水肥调控对全膜双垄沟播糯玉米产量及水分利用率的影响

任 青，马娟娟，孙西欢,2，郭向红，段 勇，李若帆

(1.太原理工大学水利科学与工程学院，太原 030024；2.晋中学院，山西 晋中 030600)

0 引 言

山西省地处黄土高原地区，农业水土资源空间差异较大，利用效率较低，制约着农业发展[1]。自然降水的大量流失及无效蒸发是导致作物产量低的根本原因，因此增加地面覆盖、减少无效蒸发、合理施肥等均是提高作物水分利用率的有效途径[2]。覆膜可明显提高玉米的产量与水分利用效率[7,8]，玉米全膜双垄沟播栽培是集覆盖抑蒸、膜面集雨、垄沟种植技术为一体的旱作农业的突破性技术[3,4]，具有增加土壤墒情、蓄水保墒、增加作物产量的效果[5,6]。适量的灌水施肥可促进玉米的水分利用[9-11]，王绍美等[12]在甘肃地区不同覆膜模式对玉米产量及水分利用率的研究表明，全膜双垄沟播对玉米产量提高的效应最大，王红丽[13]、陈红[14]等在甘肃地区分别研究了全膜双垄沟播对玉米季节性耗水、水分动态变化及产量等调节机制的影响，研究表明玉米全膜双垄沟播收获指数较裸地平作提高132.5%，生育期缩短9 d，且能显著提高玉米出苗率。相关研究在山西以及华北其他地区的研究应用较少，本试验根据山西地区气候特点，在全膜双垄沟播的基础上，进行了不同水肥处理对糯玉米水分利用效率及产量的影响研究，以期为山西地区糯玉米高产、水分高效利用的最佳栽培模式及其配套水肥处理，为糯玉米的高产、水分高效利用提供理论基础和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2018年在山西省农科院东阳试验示范基地进行，该地区属晋中盆地潇河冲积平原区，基地内地形平坦，地面高程在海拔795～800 m之间。该地区属于温带大陆性季风气候，夏季炎热多雨，冬季寒冷干燥，春、秋短促，年平均气温9.8 ℃，降雨量418～483 mm，年日照时数2 662 h，无霜期158 d，表层土壤质地为中壤土,理化性状为pH 8.55，土壤全氮0.78 g/kg，有机质10.35 g/kg，碱解氮52 mg/kg，速效磷49.12 mg/kg，速效钾251.29 mg/kg，田间持水量23.11%(质量含水量)，土壤容重1.2 g/cm3。

1.2 试验材料与设计

试验材料：供试糯玉米品种为晋单糯41号玉米，所施氮肥为尿素，含氮(N)464 g/kg；钾肥为农业用硫酸钾，含氧化钾(K2O)510 g/kg；磷肥为粉状过磷酸钙，含有效磷(P2O5)160 g/kg。

试验方法：试验采用随机区组设计，全膜宽窄行双垄沟播种植，小区面积16.8 m2，4次重复。试验设不同灌水时间与次数和施肥方式2个因素(见表2)，施肥方式设F0(肥料在整地前一次性翻施)，F1(基施30%+拔节期30%追施+大喇叭口期追施40%)，F2(基施30%+大喇叭口期追施70%)3种，灌水时期与灌水次数设 I1(播种期、拔节后期—孕穗期分别控制土壤含水率在适宜含水率水平即(75%～85%) )与I0(即在播种期控制土壤含水率为(75%～85%)、苗期-拔节前期为(65%～75%)、拔节后期一孕穗期、孕穗期—开花期均为(70%～80%)) 2个水平，共6个灌水施肥组合处理。施肥量根据土壤的基础肥力情况确定，N、P、K三要素的比例约为3∶1∶2，各处理的施肥总量相同，其中N、K肥采用基施+追施的方法，P肥全部采用基施。每个小区所施尿素总量为0.6 kg,过磷酸钙0.58 kg，硫酸钾0.36 kg。灌水量根据不同时期的土壤含水率以及土壤适宜含水率进行计算。

2018年糯玉米生育期内降雨量如表1所示。

表1 2018年糯玉米生育期降雨情况

表2 全膜双垄沟播糯玉米灌水施肥处理表

注：表中θf为田间持水量。

1.3 测定项目及方法

分别在糯玉米的苗期、拔节期、孕穗期、和成熟期采用烘干法测定各小区土壤含水量，测定时在每个小区同一水平方向选取7个点，从种植沟第三行两株玉米之间，往宽行方向取4个点，窄行方向取2个点，每个水平测点之间的距离为10 cm，在同一测点的垂直方向每20 cm为一层，取地下1 m深的土壤测各层的含水率并求其平均值。

图1 水平方向取土点

土壤水分利用率(WUE,kg/m3)计算公式[15]为：

WUE=Y/ET,Et=P+I-ΔW

(1)

灌溉水利用率(IWUE,kg/m3)计算公式[16]为：

IWUE=Y/I

(2)

式中:Y为糯玉米单位面积产量，kg/hm2；ET为糯玉米生育期耗水量，m3/hm2；P为生育期降水量，mm；I为生育期内灌溉量，mm；ΔW为作物生育期内土壤蓄水变化量，mm。

在糯玉米的成熟期，每个小区随机取20株进行考种，测定株高、穗位高、茎粗、穗长、穗行数、行粒数、鲜穗重、百粒重6个产量构成因子，并折算14%含水率下的籽粒产量，计算公式如下：

Y=鲜穗重×出籽率×

[1-(含水率)]÷(1-14%)

(3)

本试验各处理灌水量见表3。

表3 2018年不同水肥处理灌水量表

1.4 数据分析

数据的统计分析采用Excel，Origin2018进行计算绘图和SPSS17.0软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理对不同时期土壤含水率的影响

图2为各处理不同时期土壤含水率的变化。土壤水分是作物生长的重要因素之一，从图中可以看出，不同施肥与灌水对糯玉米苗期0～100 cm土壤含水量的垂直分布影响不大，变化范围在2%～5%之间。糯玉米苗期，同一灌水条件下，F0处理的土壤含水率低于F1、F2处理，说明播前N、K肥全部基施可增加苗期糯玉米的水分吸收。至拔节期，由于连续降雨的影响，各处理土壤含水量较苗期显著提高，各个处理之间的土壤含水率均在18%～21%之间，相差较小，F0I1、F2I1两种处理土壤含水率有微弱的优势。拔节期F1处理的土壤含水率低于F0、F2处理，说明拔节期追施N、K肥增加了糯玉米的水分消耗。至孕穗期，降雨量为77 mm，植株生长需水量较多，这一时期土壤含水率较前期有所下降。同一灌水条件下，不同施肥处理的土壤含水率表现为F0>F1>F2，这是由于F2、F1分别在大喇叭口期追施70%、30%的N、K肥，增加了糯玉米的耗水量。成熟期降雨量为23 mm，土壤水分得到补充，且这一时期糯玉米耗水较少，0～60 cm土层含水率较孕穗期有所上升。从苗期到成熟期全生育期内，各处理0～60 cm土层含水率变化较大，60～100 cm土层含水率变化较小，较为稳定，说明糯玉米对土壤水分的吸收主要集中在0～60 cm土层。

图2 各处理不同时期土壤含水率的变化

2.2 不同处理对糯玉米产量构成因子的影响

表4为不同处理对糯玉米产量构成因子的影响。从表4可以看出，不同灌水施肥方式，糯玉米果穗表现出不同的性状。N、K肥分多次追施的果穗性状均优于肥料在整地前全部翻施，同一施肥条件，灌水次数不同，果穗性状也表现出不同的差异。从表中可知，不同灌水施肥处理对糯玉米的穗长、穗行数、行粒数的影响无显著性差异，但F2I1处理下均为最大。F1I0处理的糯玉米茎粗最高，秃尖最短，与其他处理间差异显著，但与F2I1处理无显著差异，F0I1处理的秃尖最长，行粒数、鲜穗重均最小，说明秃尖越长，行粒数、产量降低。F2I1处理鲜穗重最高，说明有利于提高产量构成因子，增加糯玉米鲜穗重。

2.3 不同处理对糯玉米水分利用率的影响

试验期间6月初到中旬为糯玉米的苗期，6月下旬到7月上旬为拔节期，7月中旬到下旬为孕穗期，8月上旬为成熟期，降雨量分别为45、28、77、23 mm，总降雨量为173 mm(即1 730 m3/hm2)。

由表5可知，各处理间糯玉米籽粒产量差异显著，其中F2I0处理糯玉米籽粒产量最高，为5 183.60 kg/hm2；F1I0处理耗水量最高，且与其他处理之间的差异达到显著水平。

全膜双垄沟播条件下不同水肥处理糯玉米的灌溉水利用率以F2I1处理最大，为4.83 kg/m3，F0I0最小，为4.43 kg/m3，总体表现为F2I1处理>F1I1处理>F2I0处理>F0I1处理>F1I0处理>F0I0处理，F2I1处理灌溉水利用率较F0I0处理提高了9.03%，有显著性差异，同一施肥条件下，I1处理组的灌溉水利用率高于I0处理，相同灌水条件，氮钾肥基施30%+大喇叭口期追施70%的施肥方式可提高糯玉米的灌溉水利用率。

表4 不同处理对糯玉米产量构成因子的影响

表5 不同处理糯玉米土壤水分利用率

注：采用Duncan’s multiple range test方法分析，同一列不同字母表示显著性差异(P<0.05)。

全膜双垄沟播条件下不同水肥处理糯玉米的土壤水分利用率以F2I1处理最高，为2.11 kg/m3,F0I1最低，为1.96 kg/m3,F0、F1两种施肥方式下，I0处理的土壤水分利用效率均高于I1处理；F2施肥方式，I1处理的土壤水分利用率高于I0处理，说明施肥方式与控制灌水两者共同影响糯玉米的土壤水分利用率。

2.4 耗水量与鲜穗产量的关系分析

图3为不同水肥处理下糯玉米的耗水量与鲜穗产量的关系拟合。由图3看出鲜穗产量与耗水量呈二次抛物线关系，即y=-0.148x2+270.1x-248 864,r2=0.962 5，式中x表示耗水量；y表示糯玉米鲜穗产量，产量随着耗水量的增加表现出迅速增长—缓慢增长—负增长，这与汪顺生[17]、俞建河[18]等的研究结果一致，说明过高或过低的耗水量对糯玉米的产量均会产生影响。F2I1处理的耗水量较低，但鲜穗产量最高，这是由于在孕穗期追施大比例氮钾肥且孕穗期水分适宜有利于提高作物产量，增加了糯玉米的水分利用率。

图3 耗水量与糯玉米鲜穗产量的关系

3 结 论

本试验通过全膜双垄沟播条件下不同施肥方式与灌水处理对糯玉米产量及水分利用率的影响研究可得出以下结论。

(1)在全膜双垄沟播种植条件下，在糯玉米全生育期内，从苗期到孕穗期，F2、F1 的土壤含水率较高，可为糯玉米的生长提供较好的土壤水分环境。

(2)全膜双垄沟播种植条件下，F2I1处理的灌溉水利用率和土壤水分利用率均为最高，分别为2.11、4.83 kg/m3，F0I1处理的土壤水分利用率最小，分别为1.96 kg/m3，F0I0的灌溉水利用率最小，为4.43 kg/m3。

(3)糯玉米产量随着耗水量的增加表现出迅速增长—缓慢增长—负增长的变化。F0、F1施肥条件下，I1处理的产量均小于I0处理，F2I0的籽粒产量最大，为5 183.6 kg/hm2,但是与F2I1处理没有显著性差异，且2次灌水的灌溉水利用率和土壤水利用率均大于4次灌水。

合理的水肥处理可以达到以肥促水的效果， 由上述分析可知，F2I0、F2I1处理的产量较高，但F2I1处理的灌溉水利用率和土壤水分利用率均为最高，且能较好地满足糯玉米生育期的耗水需求，是山西地区全膜双垄沟播种植条件下，糯玉米高产及水分高效利用较好的配套水肥处理。