宁夏农牧交错带青贮玉米滴灌灌溉制度研究

周 乾，鲍子云，王怀博，徐利岗

(宁夏水利科学研究院，银川 750021)

水肥一体化技术是把灌概与施肥合为一体的农业新技术，通过利用管道灌溉系统，将肥料溶解在水中，同时进行灌溉与施肥，适时、适量地满足农作物对水分和养分的需求，实现水肥同步管理和水肥高效利用的农业技术。水肥一体化技术可使水、肥同步管理，极大地削减了劳动强度和劳动力[1]。近年大面积示范表明，与传统方式相比，水肥一体化技术可减少肥料挥发、固定以及淋洗的损失，肥料利用率可提高30%～50%，水分利用率可提高40%～60%，粮食作物单产可提高20%～50%[2]。因此摸清水肥一体化条件下青贮玉米滴灌灌溉制度、水肥协同效应等问题对提高青贮玉米水肥协同效率及产量显得尤为重要。

宁夏地处西北内陆干旱区，气候干旱少雨，水资源极为匮乏，针对宁夏农业用水日趋紧张的现状，为了使水资源得到高效利用，大力推广滴灌技术是很有必要的[3]。在宁夏农牧交错带，滴灌是最为重要的高效节水灌溉方式之一，而能否得出科学合理的青贮玉米滴灌灌溉制度是推广滴灌灌溉技术的关键。本文针对宁夏农牧交错带水资源短缺及优化配置不合理的问题，采用滴灌灌溉技术，通过田间试验，研究了水肥一体化下玉米滴灌灌溉与施肥交互作用机理，探明了水肥协同效应与玉米生长之间的关系，提出了适宜宁夏农牧交错带露地滴灌青贮玉米的最优灌溉制度，对提高玉米产量，促进宁夏中部干旱带农业结构调整，缓解宁夏水资源短缺，提高有限水资源利用效率和效益具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 试验基地概况

试验区土壤类型属砂壤土，具体土壤理化性质见表1。

表1 试验区土壤理化性质

1.2 试验设计

本试验主处理灌溉定额设3个水平，副处理施肥量设3个水平，灌溉定额分别为2 250、2 625、3 000 m3/hm2，滴灌肥施肥量分别为540、675、810 kg/hm2。采用随机区组排列，共9个处理，重复3次，共27个小区，小区面积88 m2(16 m×5.5 m)，区距80 cm，排距120 cm；青贮玉米栽培方式采用宽窄行裸地滴灌，宽行70 cm，窄行40 cm，株距20 cm，密度为9万株/hm2，每个小区播种10行青贮玉米，每行80株青贮玉米，试验区周围种植4行保护区。供试青贮玉米品种为正大12，供试肥料为滴灌专用肥。具体试验设计方案见表2和表3。

表2 滴灌青贮玉米水肥一体化灌溉制度试验因素水平组合设计

表3 滴灌青贮玉米水肥一体化灌溉制度试验研究灌水施肥方案

1.3 监测指标及方法

(1)土壤含水量测定。选择PR2/6测量10、20、30、40、60和100 cm 6个层面土壤含水量。播前测定土壤基础含水量，收获期测定3个重复土壤遗留的水分含量，生育期一般每隔10 d测一次，播种-出苗期、苗期、拔节期、抽雄-吐丝期、吐丝-灌浆期和成熟期关键降雨阶段前后、滴灌灌水前后加测一次。

(2)生长指标的测定。采用米尺测定青贮玉米的株高，采用游标卡尺测定青贮玉米的径粗。

(3)光合指标的测定。在青贮玉米抽雄-吐丝期选择晴天，8∶00-18∶00每隔2 h对净光合速率(Pn)等生理指标进行测定，各处理选择该小区具有代表性的植株进行测定。

(4)产量及构成要素的测定。取样测产，采用米尺和天平测定单株青贮玉米穗数、穗长、穗粗、秃尖长、每穗粒数、百粒重、根重、茎重、叶重。

2 试验结果与分析

2.1 不同处理对青贮玉米生长指标的影响

株高生长速率是指在2次测量之间的净生长量与前一次测量值的比值，并且把前一次测量值看作100%，它是研究植物动态生长的一项重要指标[4]。2015年6月10日对青贮玉米的株高及茎粗进行第1次测量，2015年9月18日进行最后一次测量，一共测量8次，每个处理选定长势具有代表性的5棵植株作为固定测量对象，剔除最大值、最小值求得平均值。不同处理下青贮玉米株高及茎粗随时间的变化见图1和图2。从图1可以看出，从6月10日至7月27日，也即为拔节期到抽雄期，这段时间生长最快，平均每天长3.4 cm，生长速度表现为F6>F3>F4>F8>F2>F9> F5>F7>F1，随后玉米进入吐丝-灌浆期，株高开始缓慢增加，至收获期，玉米的最终株高表现为F6>F3>F4>F2>F8> F5>F9>F7>F1。从图2可以看出，在整个生长期内，各处理的茎粗总体规律表现一致，从6月10日至7月8日，也即为拔节期，这段时间茎粗生长最快，平均每天长0.44 mm，快速生长期生长速率表现为F6>F8>F9>F7> F5>F4>F3>2>F1，之后到成熟期茎粗生长速度减缓，到了成熟期，由于干物质积累主要在果实，所以茎粗增长幅度变小，最后茎粗大小表现为F6>F9>F3>F5>F8>F4>F7>F2>F1。

信号发生模块电路如图5所示，可由1个外部参考时钟、1个退耦电容电路、1个低精度数字电位器组成[6]。外部参考时钟采用的是25M的有源晶振；低精度电阻器采用的是MCP41010数字电位器[7]，用来调节幅度的大小（因为AD9833产生正的弦波只有5V，采用数字电位器可以调节其幅度的大小，便于按键调节幅度的输出）。

图1 青贮玉米株高随时间的变化曲线

图2 青贮玉米茎粗随时间的变化曲线

2.2 不同处理对青贮玉米耗水量和耗水强度的影响

本次试验在田间条件下采用水量平衡法对青贮玉米耗水量和耗水过程进行分析。根据水分收支情况，试验区水量平衡公式如下：

ET=(W0-WE)+M+P+K-D-R

式中：ET为耗水量，mm；W0、WE为生育期某阶段初、末100 cm土层的土壤含水量，mm；M为某阶段内的灌水量，mm；P为某阶段内的降雨量，mm；K为某阶段内地下水补给量，mm；D为深层渗漏量，mm；R为径流量，mm。

由于试验区地下水位埋藏较深，可不计地下水补给，生育期内降雨量较少，且强度低，降水就地入渗，地表径流量可以忽略。

采用上式计算生育期内各阶段各处理实际耗水量及耗水强度，土壤含水量变化考虑100 cm深土层的含水量变化，不同处理下青贮玉米各生育期耗水量见图3。从图3可可知，各处理在播种-出苗期、苗期、拔节期、抽雄-吐丝期、吐丝-灌浆期、成熟期6个阶段耗水量大小依次为：抽雄-吐丝期>吐丝-灌浆期>苗期>成熟期>拔节期>播种-出苗期，抽雄-吐丝期和吐丝-灌浆期玉米耗水量较大，说明该时段是青贮玉米需水关键期。

图3 不同处理下青贮玉米各生育期耗水量

耗水强度反映了作物不同生育阶段内灌溉、施肥、气象等对作物生长发育的综合影响。不同处理下青贮玉米各生育期耗水强度见图4。由图4可知，各处理在播种-出苗期、苗期、拔节期、抽雄-吐丝期、吐丝-灌浆期、成熟期6个阶段耗水强度大小依次为：吐丝-灌浆期>抽雄-吐丝期 >苗期>成熟期>播种-出苗期>拔节期，抽雄-吐丝期和吐丝-灌浆期青贮玉米耗水强度同样远大于其他生育期，说明该时段青贮玉米每天应该比其他生育时段需要灌溉更多的水。由图4可发现，青贮玉米全生育期内耗水强度从播种-出苗期开始到成熟期呈先上升后后下降再上升最后下降的趋势，各处理在吐丝-灌浆期耗水强度达到顶峰，为4.77～6.60 mm/d；成熟期耗水强度逐步降低到3.0～3.7 mm/d。从总体来看，各处理耗水强度并不随着灌水量的变化而有显著变化。

从生育期不同处理的耗水特征分析可知，在一定的气候条件下，除青贮玉米自身生理、生态特点外，主要取决于土壤水分条件。由于天然降水资源极为有限，灌溉水量及灌水时期制约着青贮玉米实际水分消耗，同时也控制着青贮玉米的正常生长发育。生育期内不同时段耗水强度的差别，在一定程度上反映其在不同物候期需水特性的不同，以及需水特性与气候条件、土壤条件之间的组合状况对青贮玉米生产的影响。

图4 不同处理下青贮玉米各生育期耗水强度

2.3 不同处理对青贮玉米净光合速率(Pn)的影响

试验期间在青贮玉米吐丝-灌浆期典型日(8月25日)于8∶00-18∶00每隔2 h对不同处理青贮玉米净光合速率(Pn)进行监测，不同处理青贮玉米净光合速率(Pn)日变化曲线见图5。

图5 不同处理青贮玉米净光合速率(Pn)日变化曲线

光合速率是光合作用固定二氧化碳的速率，光合速率变化曲线同光合有效辐射的双峰凸抛物线型类似，这也表明光合有效辐射是光合速率的重要影响因素[5-8]。从图5中可以看到，所有处理光合速率日变化第1个峰值都出现在图中的12∶00，在监测期间，12∶00数据取自12∶00-13∶00；随后光合速率开始逐渐减小，到14∶00降低到了1个极小值，14∶00的数据取自14∶00-15∶00，这主要是这段时间太阳辐射较强，光合有效辐射降低和气温急剧升高引起气孔关闭的结果，但是随后光合速率逐渐升高，到16点，光合速率又回到另一个峰值，之后开始逐渐降低，直到18∶00，只有微弱的光合速率。全天青贮玉米光合光合速率(Pn)整体表现为F6>F8>F5>F4>F7>F3>F2>F9>F1。

2.4 不同处理对青贮玉米产量及其构成要素的影响

青贮玉米干物质的积累是产量提高的前提，试验在收获青贮产量时测定了青贮玉米的最终穗长、穗粗、穗鲜重(含玉米心)，同时测定了青贮玉米根鲜重、茎鲜重和叶鲜重。

绘制了青贮玉米各处理穗长和穗粗的对比图6、图7。从图6、图7可以看出，各处理青贮玉米穗长大小总体表现为F6>F9>F4>F3>F5>F7>F1>F8>F2，穗粗大小总体表现为F4>F6>F8>F9>F3>F5>F7>F2>F1；从青贮玉米穗长和穗粗的大小来看，穗长最大的F6较最小的F2大21.1%，穗粗最大的F14较最小的F8大6.5%，这说明青贮玉米的穗长和穗粗没有明显的关系。

图6 不同处理对青贮玉米穗长的影响

图7 不同处理对青贮玉米穗粗的影响

绘制了各处理青贮玉米根、茎、叶鲜重的对比图8、图9、图10。从图8、图9、图10可以看出青贮玉米根鲜重总体变现为F6>F4>F3>F9>F5>F8>F2>F1>F7，最大的F6为299.44 g/株，青贮玉米茎鲜重总体变现为F6>F4>F9>F5>F1>F8>F3>F7>F2，最大的F6为557.88 g/株，青贮玉米叶鲜重总体变现为F6>F5>F4> F1>F9> F3>F2> F83>F7，最大的F6为174.51 g/株。

图9 不同处理对青贮玉米茎鲜重的影响

图10 不同处理对青贮玉米叶鲜重的影响

绘制了各处理青贮产量的对比图11，从图11可以看出，青贮产量最大的是处理F6，为97 365 kg/hm2，其次是F4，为82 290 kg/hm2，产量最小的是F2，为64 665 kg/hm2，青贮产量总体表现为F6>F4>F5>F9>F1>F3>F8>F7>F2。由以上可以知道，青贮玉米青贮产量的大小与根、茎、叶鲜重有紧密联系。

图11 不同处理对青贮玉米青贮产量的影响

2.5 不同处理对青贮玉米水分生产效率(WUE)的影响

试验区4-9月多年平均降雨量275.9 mm。2015年试验区实测5月份降雨35.2 mm、6月份降雨8.5 mm、7月份降雨4.3 mm、8月份降雨73.2 mm、9月18日前降雨38.8 mm，青贮玉米全生育期降雨160 mm。不同处理青贮玉米水分生产效率见表4。

表4 不同处理青贮玉米水分生产效率(WUE)

注：土壤储水量计算取土壤深度为1 m。

由表4可知，青贮玉米灌溉水利用效率表现为F6>F1>F3>F4>F5> F2>F9>F8>F7，处理F6最大为37.09kg/m3；水分生产效率表现为F6>F5>F3>F4>F1> F9>F2>F8>F1，处理F6最大为27.77 kg/m3。综合以上试验结果，在宁夏农牧交错带青贮玉米露地滴灌生产方式下，采用处理F6作为推荐最优水肥组合方式，可以达到更好的节水高产效果。

3 结 语

上述研究主要利用2015年气象资料和青贮玉米实测数据，综合分析青贮玉米生长指标、水分指标、光合指标、产量及水分生产效率等指标，得出了宁夏农牧交错带青贮玉米露地滴灌水肥一体化灌溉制度。通过上述分析和研究得出如下结论。

(1)不同水肥组合下青贮玉米在拔节期到抽雄期这段时间生长最快，平均每天株高长3.4 cm，茎粗长0.44 mm，在吐丝-灌浆期，株高和茎粗均增加缓慢。

(2)抽雄-吐丝期和吐丝-灌浆期青贮玉米耗水量以及耗水强度均较其他生育期较大，说明该时段是青贮玉米需水关键期，耗水强度从播种-出苗期开始到成熟期呈先上升后后下降再上升最后下降的趋势，各处理在吐丝-灌浆期耗水强度达到顶峰，在4.77～6.60 mm/d；成熟期耗水强度逐步降低到3.0～3.7 mm/d。各处理耗水强度并不随着灌水量的变化而有显著变化。

(3)不同处理下全天青贮玉米光合光合速率(Pn)整体表现为F6>F8>F5>F4>F7>F3>F2>F9>F1。

(4)不同处理下青贮玉米水分生产效率表现为F6>F5> F3>F4>F1> F9>F2>F8>F1，处理F6最大为27.77 kg/m3，青贮玉米青贮产量最大的是处理F6，为97 365 kg/hm2，其次是F4，为82 290 kg/hm2，产量最小的是F2，为64 665 kg/hm2，青贮产量总体表现为F6>F4>F5>F9>F1>F3>F8>F7>F2。

(5)综合青贮玉米生长指标、水分指标、光合指标、产量、水分生产效率等指标，确定宁夏农牧交错带露地滴灌青贮玉米最优灌溉制度为：灌溉定额2 625 m3/hm2，灌水次数为12次，滴灌专用肥(N、P、K总含量占50%)施用量810 kg/hm2。

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