不同施肥模式对地膜覆盖玉米水分利用效率影响的研究

韩 萍，李 科

(陇东学院 农林科技学院,甘肃 庆阳 745000)

庆阳，位于甘肃省最东部，地处黄土高原残塬沟壑区，远离海洋，天然降雨量少，时空分布不均匀，加之人口数量逐渐增加，人均占有水资源量都不及周边的平凉和陕西延安、榆林等地，供需矛盾日渐明显[1]，为严重缺水地区。玉米是西北地区主要种植的农作物之一，种植面积和产量仅次于小麦，也是庆阳地区重要的粮食作物和主要的经济作物。影响玉米高产的主要因素有水分、肥料、气象条件、光照等[2],其中，水分对玉米产量有着重要的作用，它是玉米进行光合作用重要的介质，可以促进光合作用产物的积累，还能提高籽粒的转化率。实际生产中，满足玉米的水分供应不仅能促进玉米在生育期内各指标的生长，比如株高、干物质量的积累、籽粒大小和饱满度，还能显著提高玉米的产量和品质[3]。玉米除了在苗期需要控制水分以外，在玉米拔节以后，对水分的需求量会越来越大，如果这种需求得不到满足，生命活动受阻，就会有不同程度的减产。土壤中的水分是玉米中水分的直接来源，土壤水分直接决定玉米生长状况的好坏。多年来国内外学者对玉米的肥水关系做了大量的研究，主要围绕地膜覆盖的保水增值效应进行。胡芬等认为地膜覆盖能增加地湿，抑制土壤水分蒸发，保持土壤水分，可以明显改善土壤水分生态条件和热量平衡，从而使作物生长发育速度加快，增产增收效果明显[4]。研究还发现干旱缺水和春季低温是导致甘肃省中东部雨养农业区作物低产的两个主要原因，所以提高降水利用率是农田管理的关键环节。为了确定最佳施肥方式，本文就运用田间试验与室内统计分析相结合的方法，对覆膜条件下的玉米在不同施肥水平下的产量及水分利用率开展研究，也为该地区的玉米优化耕作施肥模式提供理论基础和技术支撑。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

本试验于2018年在陇东学院试验农场进行，该农场位于甘肃省庆阳市西峰区八里庙，东经108°，北纬38°，平均海拔1400m。该实验地属于暖温带半干旱大陆性气候区，四季分明，多年平均气温8.5℃，年平均降雨量547mm，全年降水主要集中在7-9月，年平均日照时数2300h，无霜期140天。前茬作物冬小麦收获后立即进行秸秆粉碎还田处理。供试土壤土质为黑垆土，微碱性，0-20cm耕作层土壤有机质含量1.11%，全氮0.081%，速效磷0.073%，速效钾1.94%，综合土壤肥力为中等偏上。

1.2 试验材料

供试作物：种植面积大且有代表性的“陇单8号”玉米品种，为甘肃省农科院作物。

供试肥料：尿素(N46.6%)、过磷酸钙(P2O514%)、硫酸钾(K2O52%)分别作物氮、磷、钾肥；施可丰牌商品有机肥料(有机质>30%)作为有机肥。

供试地膜：黑色，140×0.008，聚乙烯吹塑地膜。

1.3 试验设计

表1 试验设计及各处理施肥水平 (kg/亩)

该试验在陇东学院试验农场进行，采用农业部《测土配方施肥技术规范》提出的“3414”设计[5]。在亩施50kg商品有机肥的基础上，设肥料N、P、K3个因素，4个施肥水平，随机区组排列，地膜覆盖，空白不施肥为对照，重复3次。试验小区的长度为3.35m，宽度为2m，面积为6.7m2，周围设有2.0m保护区。试验小区为4行区，行距为0.5m，株距为0.3m，区距为0.5m，走道为1.0m。各处理组的有机肥全部、磷肥全部、钾肥全部、氮肥的3/5作为基肥一次性施入土壤，其余在玉米的大喇叭口期作为追肥。试验过程中采取的其他所有的措施与大田一样。

2 测定内容与方法

2.1 土壤容重

土壤容重指的是一定体积的原状土壤干土的质量，又叫土壤密度。玉米播种之前用干燥称量法进行量测：用环刀(直径50cm、高50cm)在0-100cm的土层深度挖代表性的原状土壤进行测量[6]。

2.2 土壤水分

土壤水分又称土壤湿度，在玉米生长过程中如播种、苗期、小喇叭口期、大喇叭口期、吐丝、灌浆以及成熟等这几个生育期分别均用烘干法[7]测定玉米全生育期土壤的含水量(鲜土样在105℃烘箱内烤8h)，每个取样点的深度为0-20cm。

2.3 土壤水分利用效率

关于水分利用率的概念很多，最基本的就是玉米用单位数量的水生产有机物质的量，表征了玉米有机物质生产与水分之间的关系，是衡量玉米生长程度的一个重要指标。通常用玉米地上部分干物质的量和玉米生育期0-200cm土层总需水量的比值来表示。

土壤水分利用率(kg/亩·mm)=玉米地上部分干物质产量(kg/亩)/玉米总需水量(mm)

土壤的水分利用率还与土壤的储水量和作物的耗水量有关。土壤储水量指的是一定厚度的土壤总的含水量。

土壤储水量(mm)=土层厚度(cm)×土壤容重(g/cm3)×土壤含水量(%)/10

作物耗水量用实际蒸散量来表示，指的是一定产量的玉米实际消耗的水的量，采用农田水量平衡公式对玉米生长期的耗水量进行计算。

Eta=I+P-△W

其中，Eta：作物生长期的耗水量(mm)；I：作物生长期的灌水量(mm)；P：作物生育期内的降水量(mm)；△W：作物生长期土壤储水的变化量，也就是玉米播种期土壤的储水量与玉米收获期土壤的储量的差值。

2.4 玉米产量

在玉米成熟收获期进行玉米产量的随机测定：每一组处理随机选取10株玉米，分别测定穗长、穗粗、穗行数、行粒数、秃尖程度、穗重，晒干并将谷物脱离后，清洁测定千粒重，计算产量。

2.5 数据处理

试验结果采用三次重复试验的算术平均值，并用Excel 2010进行数据处理，SPSS 25.0软件进行显著性检验。

3 结果与分析

3.1 不同施肥模式对土壤含水量的影响

表2为不同施肥模式下各处理的土壤含水量。从玉米播种到成熟，土壤含水量的平均值介于16.41%～19.34%之间。玉米苗期(从出苗到拔节)，处理14的土壤含水量最高，达20.59%，与对照相比，增加4.08%；其次是处理10，达20.25%，与对照相比，增加3.74%。小喇叭口期，处理10的土壤含水量最高，为16.88%，与对照相比，增加2.83%；其次是处理14，含水量达15.72%，与对照相比，增加1.67%。大喇叭口期，处理10的土壤含水量最高，达21.66%,与对照相比，增加1.57%；其次是处理11，达20.58%，与对照相比，增加0.49%。吐丝期，处理2的土壤含水量最高，达21.81%,与对照相比，增加3.11%；其次是处理3，达21.76%,与对照相比，增加3.06%。灌浆期，处理14的土壤含水量最高，达20.37%，与对照相比，增加3.47%；其次是处理8，达20.01%，与对照相比，增加3.11%。成熟期，处理12的土壤含水量最高，达17.48%，与对照相比，增加5.26%；其次是处理7，达17.30%，与对照相比，增加5.08%。综上，玉米在小喇叭口期土壤含水量比整个生育期土壤含水量的均值还低，而在苗期、大喇叭口期、吐丝期以及灌浆期土壤的含水量低于生育期含水量的均值。其原因是玉米在从苗期到大喇叭口期，对水的需求量比较大，同时也是玉米干物质累积和生殖生长同期发育的关键时期[8]。

图1 不同施肥条件下土壤含水量的变化

表2 不同施肥模式对土壤含水量的影响 单位：%

表3 不同施肥模式对玉米水分利用率的影响 单位：%

3.2 不同施肥模式对玉米水分利用率的影响

表3为不同施肥模式下各处理的玉米水分利用率。玉米田间耗水量均值568.59mm，收获后贮水量均值为39.17mm。其中，田间耗水量相对较大的是处理1、2、13，变化趋势是处理1>处理2>处理13；土壤贮水量的变化趋势是处理12>处理7>处理9；水分利用率均值1.43kg/亩·mm，不同处理下水分利用率的变化趋势是处理6>处理10>处理14。显然，处理6的玉米水分利用率最高，为1.57kg/亩·mm；其次是处理10，为1.53kg/亩·mm。处理6的玉米产量最大，为887.70kg/亩；其次是处理10，为867.00kg/亩·mm。氮(N)磷(P2O5)钾(K2O)比例分别为1∶0.75∶0.16、1∶0.75∶0.25，说明施肥条件影响玉米的生长状况，适宜地调控施肥比例在一定条件下有利于玉米根系发育，从而影响玉米的干物质产量，最大限度地提高玉米根系对土壤中水分的利用效率[9]。

3.3 产量与水分利用效率的关系

植物进行光合作用合成有机物需要水分，没有水和光合作用植物是不能正常生长的，玉米亦如此。玉米在生长过程中需要大量的水分，尤其是大喇叭口期、抽穗开花期、结粒期作为玉米的三个关键需水期，水分供应不足直接就会影响玉米的产量。表4为玉米产量与耗水量以及水分利用率之间的相关性分析：玉米产量与玉米水分利用率之间相关程度极高，呈正相关关系并达到极显著水平，相关系数为0.9982；而玉米产量与耗水量、耗水量与水分利用率都没有明显的相关程度，表明玉米产量与玉米对土壤水分的利用率也就是与吸收水分的多少有关系，且与土壤耗水量的多少无关。

表4 玉米产量与水分利率的相关性

4 结论与讨论

本试验通过测定玉米在生育期内的水分利用率、产量、土壤含水量，探讨了不同施肥比例对玉米土壤水分利用效率的影响，主要结论有：

(1)配方施肥一定程度上明显有助于增加玉米产量和提高水分利用率，其中，处理6,玉米干物质量和水分利用率都最大，是处理组中的最佳施肥组合，N∶P2O5∶K2O为1∶0.75∶0.16。

(2)玉米产量与水分利用率相关程度极高，呈正相关关系并达到极显著水平，相关系数为0.9982。玉米产量与耗水量、耗水量与水分利用率都没有明显的相关关系。

水是玉米进行光合作用的重要因素，生育期内水分不足会严重制约玉米的正常生长，只有满足各个时期玉米对水分的需求，才能进行正常的生长发育。一株玉米一生要从土壤中吸收约200kg的水[10]，生长期间玉米根系从土壤中吸收的水主要用于蒸腾作用，一小部分用作光合作用的原料。土壤水的多少直接影响到植物的生长，不同植物对水的需求不同，土壤水含量过低，只有耐旱植物可以正常生长；土壤水分过高，土壤中氧气浓度就会降低，影响植物根的呼吸，也不能正常生长。通过试验，不同施肥条件下玉米的水分利用效率研究表明，施肥一定程度上明显有助于增加玉米产量和提高水分利用率，其中，处理6玉米产量和水分利用率都表现出一定的优势，在各处理中产量最高。

因此，通过本试验可以得知，当氮磷钾用量比值为1∶0.75∶0.16时，都可以使地膜覆盖玉米的水分利用率和产量最高，这为在陇东地区实形简化施肥，推广施肥技术，提供了有力的理论依据，同时也是旱作农业一直关注探究的技术问题。