不同灌水方式和施肥量对青贮玉米生长和产量的影响

王 宁，刘玉春，姜长松，赵 晗，王 遥，赵光耀

(河北农业大学城乡建设学院，河北 保定 071001)

0 引 言

我国优质饲草料自给率不足[1]，2015年中央一号文件指出，要加快发展草牧业，支持青贮玉米和苜蓿等饲草料种植，开展粮改饲和种养结合模式试点[2]。河北省是首批粮改饲试点省份之一，以粮食作物改种全株青贮玉米为主，至2017年末青贮玉米种植面积已经达到6.53 万hm2[3]。因地制宜地构建青贮玉米栽培模式，对增加青储玉米种植面积、提高青贮玉米产量、促进河北省“粮改饲”和农业种植结构调整具有重要的意义。

水、肥是作物生长中可调控的两项重要因素，国内外专家学者在水肥调控对植株生长和产量的影响方面开展了大量研究。其中许庆方等[4]通过研究灌溉次数对青贮玉米产量影响发现随着灌溉次数的增加，青贮玉米产量极显著提高，灌溉3次产量可以增加6倍；高文俊等[5]通过研究施肥对青贮玉米产量的影响发现与对照相比，施用氮肥极显著提高青贮玉米的干重，钾肥显著提高青贮玉米的干重。周乾等[6]利用滴灌技术通过田间试验研究了青贮玉米灌溉与施肥间的交互作用，结果表明不同水肥组合下生长最快的时间均为青贮玉米在拔节期到抽雄期这段时间，并且在吐丝-灌浆期，株高和茎粗均增加缓慢，而且发现青贮产量与根、茎、叶鲜重有紧密联系；温利利等[7]通过研究夏玉米水肥耦合效应发现，玉米产量与施肥量在一定范围内呈正相关关系；吕刚等[8]对三峡库区水肥耦合作用对春玉米生长及产量的影响进行研究，结果表明水分对春玉米拔节期株高和叶面积影响最显著，中氮处理下产量最高；Nemati A[9]研究表明试验条件下青贮玉米的最终产量与株高、茎粗、叶面积成正相关关系。

以往的研究多是研究单一的灌水量、施肥量或是水肥交互作用下增产效应，通过产量和水肥利用效率来寻求最佳水肥组合，就不同地面灌溉方式、青储玉米的生长及产量的影响研究较少，而且基于河北省平原区青贮玉米的水肥试验较少。本试验研究结合河北省的农业生产实际，以提高青贮玉米产量和经济效益为目标，研究不同灌水方式和施肥量条件下青贮玉米高产的种植方式，以期为河北省平原区青贮玉米的高效生产提供参考依据，同时推进粮改饲的在河北省的进程。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验在河北省石家庄市鹿泉区寺家庄镇南龙贵村进行，该地地理位置37°56′54.1″N，114°25′49.6″E，地势平坦，海拔122 m；气候条件属暖温带半湿润大陆季风气候，年平均气温12.2 ℃，年平均日照时数2 554 h，年平均降水536 mm，年平均蒸发量1 610.1 mm。试验农田土壤为壤土，初始养分含量为有机质2%、速效磷11.89 mg/kg、速效钾158 mg/kg。试验田0～100 cm土壤的物理和水力特性参数见表1。

表1 试验土壤物理和水力特性参数Tab.1 Physical and hydraulic properties of experimental soil

试验于2018年6月27日播种，9月30日收获，总计95 d。试验期间降水量206.9 mm(分布情况见图1)。

图1 试验期间降水量Fig.1 The precipitation during the experiment

1.2 试验方案

试验设置灌水方式和施肥量两个因素，其中灌水方式设置畦灌和沟灌两种常用的地面灌溉技术水平，分别记为B和F。畦灌畦长33 m、畦宽4.8 m；沟灌沟长33 m、沟深20 cm，入畦、沟流量均为9.72 L/s。试验中青储玉米施肥与播种同时进行，一次性全部作为基肥施用，肥料为中华复合肥，主要成分N-P2O5-K2O，28%-6%-6%，施肥量结合当地的试用量经验，根据双减要求[10]设置C1、C2、C3和C4四个水平，用量分别为750、600、450和300 kg/hm2，见表2。试验共8个处理，每个处理3次重复，总计24个试验小区，田间布置见图2。各处理试验小区随机布置，小区面积为4.8 m×33 m=158.4 m2，两侧留有保护行。

表2 试验施肥量处理 kg/hm2

图2 试验小区布置图Fig.2 Layout of the experiment plots

供试青贮玉米品种为当地推广品种“科玉188”，单行种植，行距60 cm、株距30 cm，种植密度78 000 株/ hm2。鉴于播种前土壤初始含水量低，为保证出苗，在6月27日播种后，6月28日马上进行灌溉，灌水量1 050 m3/ hm2。

1.3 试验观测项目与方法

青储玉米生育期内每7 d左右取样一次，监测生长情况，监测的生长指标包括株高、茎粗、叶面积、叶绿素含量。青储玉米收获期监测产量，包括鲜重和干重。取样时，各小区随机选取3～5株生长良好、长势一致的植株进行生长情况和产量的观测，每个试验小区每个植株生长指标和产量的均值作为试验小区的观测结果。①降水量：由试验田附近的小型气象站获得。②株高：用盒尺自地表测量到植株最高部位。③茎粗：用111N-101型电子游标卡尺测量距离地面3～5 cm部位的直径。④叶面积：叶面积在7叶期之前采用Montgomery法[11]测量，即用1 mm精度的盒尺测量叶片的最长和最宽部位作为叶片的长度和宽度，相乘之后乘以叶面积系数0.75，之后所有叶面积求和得到单株叶面积；拔节期之后采用Pearce法[12]确定，即利用Montgomery法确定植株自上而下的第8片叶子的叶面积，乘以9.39，确定植株的叶面积。叶面积指数LAI[13]：

(1)

式中：α为玉米叶面校正系数；ρ为植株密度；Li为单株玉米的第i片叶的长度；Wi为第i片叶的最大宽度；n为玉米的叶片数。⑤产量：植株的鲜重和干重，用精度0.01 g的电子秤测量。鲜重测量后的植株剁碎，用烘箱105 ℃杀青半小时，而后80 ℃烘干至重量不再发生变化时称取干重。⑥叶绿素含量：叶绿素含量采用TYS-A型叶绿素测定仪测量。

1.4 数据分析方法

使用SPSS17.0软件进行观测数据的统计分析，采用Excel软件作图。

2 结果与分析

2.1 灌水方式及施肥量对青贮玉米株高的影响

表3给出了青贮玉米不同生育期各试验处理的株高及方差分析结果。株高呈S型曲线增长，吐丝抽雄期后达到峰值约230 cm。方差分析表明，灌水方式对株高影响不显著；除拔节期外，其他生育期内施肥量对株高的影响显著；灌水方式和施肥量的交互作用对株高的影响显著。

同一施肥水平下，青贮玉米株高在播种后57 d拔节期和播种后67 d乳熟期，畦灌高于沟灌，其他生育期沟灌高于畦灌，两种灌水方式下成熟期的株高均值分别为220和225 cm，沟灌技术比畦灌技术提高2.12%，说明沟灌有对增加青贮玉米的株高的趋势，沟灌条件下水分集中分布在行间，并通过土壤毛细管的作用侧渗至作物行，有利于青储玉米的生长。

同一灌水方式下，成熟期株高表现为C2>C3>C1>C4，随着施肥量的增加呈先增加后减少的趋势；C2水平玉米株高均值为225 cm，比C1、C3、C4处理分别高0.90%、0.67%和2.40%；说明C2施肥水平有助于株高增长，施肥量适宜对植株生长起促进作用，施肥量过高或过低都不利于株高的提高。灌水方式和施肥量交互作用下FC2处理青贮玉米株高最大。

表3 各试验处理不同生育期青储玉米株高(cm)及方差分析结果Tab.3 Average and variance analysis result of the height (cm) of silage corn in different growth stages

注：①表中同列有相同字母表示差异不具有统计学意义(P<0.05)，以下各表同；②*表示播种后的天数，以下各表同。

2.2 灌水方式及施肥量对青贮玉米茎粗的影响

表4给出了不同试验处理下青贮玉米茎粗均值及方差分析结果。茎粗呈曲线增长在拔节期迅速增加到乳熟期增长变缓。方差分析表明，施肥量对青贮玉米茎粗影响显著，灌水方式的影响不显著，灌水方式和施肥量的交互作用下对茎粗影响显著。

在同一施肥水平下的青贮玉米在七叶期、吐丝抽雄期、乳熟期、成熟期的畦灌茎粗均值高于沟灌，其余生育期沟灌高于畦灌。成熟期，畦灌和沟灌条件下青储玉米茎粗均值分别为2.4和2.35 cm，畦灌对青贮玉米茎粗有增加的趋势。

表4 各试验处理不同生育期青储玉米茎粗(cm)及方差分析结果Tab.4 Average and variance analysis result of the stem thick (cm) of silage corn in different growth stages

同一灌水方式下成熟期茎粗表现为C1>C2>C3>C4，施肥量高，氮元素含量高，促进茎秆的生长；高施肥量水平 C1较C2、C3、C4施肥量水平青储玉米的茎粗增幅分别为0.42%、2.12%和6.87%。灌水方式和施肥量的交互作用下BC1处理茎粗大于其他处理。

2.3 灌水方式及施肥量对青贮玉米叶面积指数的影响

青贮玉米叶面积指数变化表现为，先增加后减少，在拔节期后迅速增加，吐丝抽雄期后趋于稳定，生育末期随着部分叶片的衰老，有降低的趋势，见表5。方差分析表明，除吐丝抽雄期和乳熟期外，在其余生育期，施肥量对青贮玉米叶面积指数的影响性显著，灌水方式的影响不显著，灌水方式和施肥量的交互作用影响显著。

同一施肥水平下，拔节期、乳熟期沟灌处理青贮玉米叶面积指数大于畦灌处理，其余生育期畦灌优于沟灌。全生育期畦灌和沟灌灌溉技术下叶面积指数均值分别为3.47和3.49，从全生育期考虑沟灌对叶面积指数有增加的趋势，说明水分分布较集中的沟灌有助于青储玉米叶片的生长。

同一灌水方式下，施肥量水平C2时青贮玉米叶面积指数高于其他施肥量处理，成熟期C2水平较C1、C3和C4水平叶面积指数的增幅分别为5.62%、5.0%和12.97%，说明适宜的施肥量有助于青贮玉米叶面积指数的增加，过高或过低的施肥量水平都会影响叶片的生长。

表5 各试验处理不同生育期青储玉叶面积指数LAI及方差分析结果Tab.5 Average and variance analysis result of the LAI of silage corn in different growth stages

2.4 灌水方式及施肥量对青贮玉米叶绿素含量SPAD的影响

图3给出了青贮玉米叶片叶绿素含量SPAD值的变化，SPAD值呈现先增加后减少的趋势，在播种后47 d吐丝抽雄期达到最大52.4～52.8，青贮玉米营养生长阶段叶绿素含量增加较快，吐丝抽雄后营养主要集中运输到籽粒部分，导致叶片生长受限，叶绿素含量降低； 8月中旬连续阴天引起播种后47 d的SPAD值出现波动。在同一灌水方式下C2施肥量水平SPAD值最高51.16，分别比C1、C3和C4 3个施肥量水平高1.41%、1.51%和1.45%，说明C2施肥量水平优于其他3种施肥量水平。在同一施肥水平下，每个生育期两种灌水方式的SPAD值差异不大。灌水方式和施肥量的交互作用对SPAD值影响不显著，在灌水方式和施肥量交互作用下BC2处理最好，适宜的施肥量和灌水方式有助于叶片叶绿素含量的积累。

2.5 灌水方式及施肥量对青贮玉米产量的影响

图4给出了青贮玉米鲜重和干重的均值及方差分析结果。方差分析结果表明，施肥量对青贮玉米鲜重和干重影响显著，灌水方式、灌水方式和施肥量的交互作用的影响不显著。各试验处理平均青储玉米鲜重69.09～81.4 t/hm2、干重26.09～30.13 t/hm2。

畦灌和沟灌处理的青储玉米鲜重均值分别为74.26和76.91 t/hm2，干重均值分别为28.1和27.95 t/hm2，沟灌处理鲜重高于畦灌处理3.6%。施肥量C2水平时，青储玉米产量最高，两种灌水方式平均鲜重为80.55 t/hm2、干重为29.92 t/hm2，施肥量 C2水平较C1、C3、C4水平的鲜重增幅为5.8%、8.1% 和13.2%，干重增幅为6.32%、7.3%和14.31%。灌水方式和施肥量的交互作用下，FC2处理青贮玉米鲜重和干重产量最高，分别为80.40和30.13 t/hm2，较其他处理鲜重产量高3.60%～15.35%，干重产量高1.0%～15.5%。

图3 青贮玉米叶片叶绿素含量变化Fig.3 The changes of chlorophyll in silage corn leaves

图4 各试验处理青储玉米鲜重和干重及方差分析结果Fig.4 The average and variance analysis result of the fresh weight and dry weight of silage corn

2.6 青贮玉米产量与生长形状的相关性分析

对青贮玉米鲜重y1和干重y2与成熟期株高x1、茎粗x2、叶面积指数x3和叶绿素含量x4进行Pearson 相关性分析和多元回归分析，分析与青储玉米产量相关的生长指标。Pearson 相关性分析结果(见表6)表明，青储玉米鲜重和干重与株高和叶面积指数之间达到了极显著正相关，与叶绿素含量时间达到显著相关，与茎粗之间不相关，说明有效地增加株高和叶面积有利于青储玉米的增产。

采用逐步回归分析建立青储玉米鲜重/干重与株高和叶面积指数之间的回归方程，见表7，标准化系数的大小表明叶面积指数对青贮玉米鲜重的影响较株高大，而株高对干重影响较叶面积指数大，说明叶片的水分含量是决定鲜重的一个重要因素。鲜重和干重的逐步回归分析方程分别为：

表6 青贮玉米鲜重和干重与生长指标的相关性分析结果Tab.6 Correlation analysis result between fresh weight, dry weight and growth index of silage corn

注：*表示在5%水平显著相关，**表在1%水平极显著。

y=6.41x1+100.59x3-937.41

(2)

y=35.62x1+1.352x3-110.82

(3)

以上鲜重和干重逐步回归分析方程的Durbin-Waston统计量DW分别为1.5和1.2，相关系数R分别为0.796和0.669，表明回归方程的残差相互独立，回归方程的拟合精度较高。

表7 青贮玉米鲜/干重与株高和叶面积指数的逐步回归分析结果Tab.7 The stepwise regress analysis results between fresh weight, dry weight and height and LAI of silage corn

3 结论与讨论

灌水方式和施肥量对青贮玉米生长和产量影响的研究结果表明：

(1)畦灌和沟灌两种灌水方式对青储玉米的生长和产量影响不显著，但沟灌与畦灌相比，株高和鲜重分别增加2.2%和3.6%，沟灌土壤水分在行间集中分布有促进青储玉米和提高产量的趋势。

(2)施肥量对青储玉米的株高、茎粗、叶面积指数、鲜重和干重的影响显著，施肥量600 kg/hm2时青储玉米生长状况较好、产量较高，较750、450和300 kg/hm2施肥量水平相比株高、叶面积指数、叶绿素和鲜重分别增加0.11%～27.8%、4.0.1%～10.55%、1.1%～1.8%和3.6%～15.6%。

(3)青储玉米鲜重69.09～81.4 t/hm2、干重26.09～30.13 t/hm2。相关性和回归分析结果表明青储玉米鲜重和干重与株高和叶面积指数之间呈极显著正相关关系，有助于株高和叶面积生长的水肥管理措施有助于青储玉米的生长和产量的提高。就本研究试验土壤而言，沟灌、600 kg/hm2施肥量是促进青储玉米的生长和产量提高的水肥管理措施。

本研究的试验年份降雨量为平水年，其他水文年份情况下灌水方式和施肥量对青储玉米生长和产量的影响，还需要更多的试验研究。

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