灌水对水肥一体化制种玉米产量和水分利用效率的影响

张立勤 崔云玲 崔增团 张举军 万伦

摘要：研發和推广应用高效节水技术是提升扬黄灌区制种玉米产量、支撑制种玉米产业增效和持续发展的重要途径。为了给建立制种玉米水肥一体化技术模式下的科学高效灌溉制度提供科学依据。在甘肃扬黄灌区滴灌水肥一体化条件下，研究了不同灌溉定额和灌水次数下制种玉米的产量表现和水分利用效果。结果表明，灌溉定额从2 250 m3/hm2增加到3 000 m3/hm2时，制种玉米增产幅度达33.84%，但灌溉定额高于3 000 m3/hm2并继续增大时增产效果不明显，生育期耗水量增加，水分利用效率降低明显。灌水次数从10次增加至20次时，制种玉米产量及水分利用效率均呈降低趋势，灌水次数多于15次并继续增加时，制种玉米减产显著。灌水次数和灌溉定额之间不存在互作效应。在灌溉定额偏低条件下，增加灌水次数会造成制种玉米严重减产。当生育期灌溉定额为3 000 m3/hm2、灌水次数为10次时，折合产量较高，为7 386.9 kg/hm2，较其余处理增产-2.77%～93.58%；水分利用效率最高，为17.83 kg/（mm·hm2），较其余处理提高5.32%～78.30%；种植纯收益较高，为29 683.6元/hm2，较其余处理增加-511.8～20 675.4元/hm2；产投比最高，为3.03，较其余处理增加0.07～1.38。可见，灌水10次、灌溉定额为3 000 m3/hm2时灌溉水利用效果相对优化。

关键词：灌溉定额；灌水次数；制种玉米；产量；水分利用效率

中图分类号：S513；S275              文献标志码：A              文章编号：2097-2172（2022）02-0124-06

doi：10.3969/j.issn.2097-2172.2022.02.006

Effects of Irrigation on Yield and Water Use Efficiency of Seed Corn

under the Condition of Water and Fertilizer Integration

ZHANG Liqin 1， CUI Yunling 1， CUI Zengtuan 2， ZHANG Jujun 3， WAN Lun 2

（1. Institute of Soil， Fertilizer and Water Saving， Gansu Academy of Agricultural Sciences， Lanzhou Gansu 730070， China; 2. General Station of Gansu Cultivated Land Quality Construction and Protection， Lanzhou Gansu 730030， China; 3. Agricultural Technology Extension Centre of Jingtai County， Jingtai Gansu 730400， China）

Abstract： Research and extension on efficient water-saving technologies are of great importance in increasing the seed corn yield， supporting seed corn industry efficiency enhancement and sustainable development in Yanghuang irrigated area. To provide reference for scientific irrigation system establishment under the water and fertilizer integration mode for seed corn， the yield performance and water use efficiency of seed corn under different irrigation quota and irrigation times were studied under the condition of water and fertilizer integration of drip irrigation in Yanghuang irrigated area of Gansu Province. The results showed that when irrigation quota increased from 2 250 m3/ha to 3 000 m3/ha， the yield of seed corn increased by 33.84%， however， when the irrigation quota was at or higher than 3 000 m3/ha， the results of yield increase along with the increase of irrigation quota was not significant， the water consumption increased during the growth period， and the water use efficiency decreased significantly. When the irrigation times increased from 10 times to 20 times， the yield and water use efficiency of seed corn showed a trend of decrease. When the number of irrigation times was more than 15， the yield decreased significantly along with the increase of irrigation times. No interaction effect between irrigation times and irrigation quota was detected. Especially under the condition of low irrigation quota， increasing irrigation times would reduce yield of seed corn seriously. When compared with other treatments， under the treatment of    3 000 m3/ha irrigation quota and  10 times of frequency， average seed corn yield was high which was 7 386.9 kg/ha and was increased by -2.77% to 93.58%， water use efficiency was the highest which was 17.83 kg/（mm·ha） and was increased by 5.32% to 78.30%， the net income was the highest which was 29 683.6 RMB/ha and was increased by -511.8 to 20 675.4 RMB/ha， and the production investment ratio was the highest which was 3.03 and was inceased by 0.07 to 1.38. Therefore， the irrigation water utilization efficiency was relatively optimized when irrgated 10 times at the irrigation quota of 3 000 m3/ha.

Key words： Irrigation quota; Irrigation time; Seed corn; Yield; Water use efficiency

甘肃扬黄灌区气候干旱、降水稀少，利用黄河水提灌是当地农业发展的重要保障。但受扬程高、提灌能力有限、轮灌周期长等诸多因素的影响，区内制种玉米生产中供需水矛盾突出，阶段性缺水多发，在很大程度上影响了其产量水平和种植效益［1 - 2 ］。研发和推广应用高效节水技术是提升扬黄灌区制种玉米产量、支撑制种玉米产业增效和持续健康发展的重要途径。研究表明，滴灌水肥一体化技术具有显著的节水增产效果［3 - 6 ］，有关学者就其灌溉定额和灌溉次数方面进行了研究。杨凡等［7 ］的研究结果表明，增加灌溉定额，酿酒葡萄的百粒质量和产量逐渐增大，灌溉定额为2 295 m3/hm2时，葡萄生长、产量及品质指标均较好。王克全等［8 ］研究表明，玉米穗长、穗粗、行粒数和百粒质量与灌溉定额总体呈正相关，籽粒产量随灌溉定额的增大而增大。李宁等［9 ］研究认为，多次灌水有利于小麦株高生长和叶面积系数增大，增加灌水次数，有利于小麦增产。贺忠群等［10 ］研究提出，温室黄瓜开花结果到拔秧期的适宜灌溉定额为1 934.76 m3/hm2，灌水次数为10次。陈婷停［11 ］的研究结果表明，生育期灌水8次、灌溉定额为3 765 m3/hm2时，有利于提高玉米的产量、水分利用以及营养品质。邢小宁等［12 ］认为，增加灌溉定额和灌水次数可以促进棉花营养生长，提高蕾期和花铃期叶面积指数，并提出南疆免冬、春灌棉花生育期适宜灌溉定额为420 mm，灌水次数为16次。牟洪臣等［13 ］指出，在北疆干旱地区，灌水次数为９次、灌溉定额为360～405 mm时，更有利于春小麦的生长和产量提高。目前围绕制种玉米开展的研究和报道不多，已有研究多在漫灌或沟灌模式下进行［14 - 17 ］。农户在生产中应用水肥一体化技术时，多根据自身经验进行，盲目、过量灌水较为普遍，致使该技术应用成效难以充分发挥。近年来，水肥一体化技术在甘肃扬黄灌区制种玉米生产中的应用面积逐年扩大，因此，研发和建立制种玉米水肥一体化技术模式下的科学高效灌溉制度，显得尤为紧迫。我们通过研究灌溉定额和灌水次数对制种玉米产量和水分利用的影响，以期为制种玉米水肥一体化条件下的灌水参数制定和高效灌溉制度建立提供科学依据。

1   材料与方法

1.1   试验地概况

试验于2020年4 — 9月在位于甘肃省扬黄灌区的白银市景泰县条山农场进行。试验区位于103° 33′ ～104° 43′ E，36° 43′ ～37° 38′ N，多年平均降水量 185.6 mm，蒸发量1 722.8 mm，≥10 ℃的有效积温3 038.4 ℃。试验于5月1日播种母本，5月6日播种1期父本，5月11日播种2期父本，10月11日收获，期间降水量218.9 mm，其中≥5 mm的有效降水量179.4 mm，具体见图1。试验地前茬为马铃薯，土壤肥力均匀，耕层（0～20 cm）土壤含水解氮87.48 mg/kg、速效磷43.95 mg/kg、速效钾246.29 mg/kg、全盐1.24 g/kg。

1.2   供试材料

供试氮肥为甘肃刘化（集团）有限责任公司生产的尿素（含N 46.4%），磷肥为四川什邡市运东化工有限公司生产的磷酸一铵（含P2O5 61%、N 11.8%），钾肥为国投罗布泊钾盐有限责任公司生产的农业用硫酸钾（含K2O≥51%）。指示作物为制种玉米品系，代号为1760，亲本由甘肃农垦良种有限责任公司提供。内镶式滴灌带由亚美特公司生产，内径16 mm，滴头间距30 cm，流量1.4 L/h。

1.3   试验设计

试验按照裂区设计的原理，采用大区无重复设计，试验区面积为286.0 m2（11.0 m×26.0 m）。试验共设9个处理，其中主区为制种玉米生育期滴水次数，设3个水平，分别为S：10次，Z：15次，G：20次；副区为灌溉定额，设3个水平，分别为L：2 250 m3/hm2，M：3 000 m3/hm2，H：3 750 m3/hm2。不同灌水条件的灌溉设计方案见表1。

1.4   试验方法

试验采用条膜覆盖栽培模式，带幅100 cm，覆盖后地膜采光面50 cm，膜间距50 cm。滴灌带铺设于膜下正中。制种玉米亲本均在膜面种植，采用满天星加行比的方式，父母本比例1∶5，即每播5行母本种1行父本，并在两母本行中间加播1行父本。母本播种后5 d播一期父本，10 d后播二期父本，母本株距21 cm，密度78 000株/ hm2，父本密度30 900株/hm2。各处理施肥量、肥料分配及施肥时间均相同，施氮（N）270 kg/hm2、磷（P2O5）90 kg/hm2、钾（K2O）54 kg/hm2，所有肥料均通过滴灌系统分8次随水追施。肥料分配及施肥方案如下：播前、出苗至拔节期、拔节期至吐丝期、吐丝期至灌浆中期、灌浆中期至成熟期等生长阶段施肥次数分别依次为0、2、3、2、1次，氮（N）-磷（P2O5）-钾（K2O）分配量（kg/hm2）分别依次为0-0-0、81.0-36.0-0、 108.0-27.0-27.0、 81.0- 27.0-16.2、0-0-10.8。

1.5   测定项目与方法

1.5.1    土壤水分    播种前及收获后各测定1次。在制种玉米母本行确定测点采用土钻取土，用烘干法测定。测定土壤深度为120 cm，测定层次分别为0～10、10～20、20～30、30～40、40～60、60～80、80～100、100～120 cm。對0～120 cm土壤水分含量测定值进行加权平均。

1.5.2   作物生育期耗水量及水分利用效率    作物生育期耗水量根据田间水分平衡方程式ET=P+I+G±△W计算，式中ET为制种玉米生育期耗水量（mm）；P为播种至收获期有效降水量（mm）；I为生育期灌水量（mm）；G为作物利用地下水量（mm）， 由于试验地地下水埋深20 m以上，因此取G=0；△W为播种至收获期0～120 cm土层土壤贮水量的变化（mm），具体按公式△W=（播种前体积含水量-收获后体积含水量）×1 200 mm计算。水分利用效率计算公式为WUE=Y/ET，式中Y为制种玉米母本籽粒产量（kg），ET为生育期耗水量（mm）。

1.5.3    计产及考种    每处理区沿南北方向随机确定3个测产区，每个测产区面积52 m2，制种玉米收获期按确定的测产区分区计产，在每个测产区随机取样10株考种。

1.6   数据分析

利用Excel软件对试验数据进行统计整理，采用DPS软件对试验测定数据进行统计分析

2   结果与分析

2.1   不同灌水条件下的制种玉米产量表现

从表2可以看出，灌水条件对制种玉米产量影响较大。在不同灌溉定额和滴水次数条件下，制种玉米的产量差异较为显著，其中处理SH折合产量最高，为7 597.2 kg/hm2，比其余处理增产165.6～  3 781.2 kg/hm2，增产幅度为2.23%～99.09%；其次为处理ZH，折合产量为7 431.6 kg/hm2，比其余处理增产0.61%～94.75%；处理SM居第3位，折合产量为7 386.9 kg/hm2，比其余处理增产8.73%～93.58%，且处理ZH、处理SM与处理SH之间的产量差异均不显著。处理GL折合产量最低，为   3 816.0 kg/hm2，比其余处理减产30.67%～49.77%，与其余处理的产量差异均达极显著水平。

进一步分析灌水次数和灌溉定额对制种玉米产量的具体影响，结果表明，相同灌溉定额条件下，制种玉米产量随灌水次数的增加而下降（表2），灌水10次时制种玉米折合產量最高，为6 917.1 kg/hm2，比灌水15、20次的处理分别增产5.18%、28.30%。在灌水10～15次的范围内，增加灌水次数，制种玉米折合产量虽然下降，但减产不显著；当灌水次数高于15次并继续增加至20次时，制种玉米减产明显。

与灌水次数相反，增加灌溉定额，制种玉米产量呈增加趋势（表2）。在3 750 m3/hm2的高灌溉定额条件下，制种玉米折合产量最高，为7 124.2 kg/hm2，比灌溉定额为2 250、3 000  m3/hm2的处理分别增产5.83%、41.65%。在不同灌溉定额范围内，水分对制种玉米产量的作用效果不同。灌溉定额从2 250 m3/hm2增加到3 000 m3/hm2时，制种玉米增产33.84%，增产效果十分显著；继续增加灌溉定额至3 750 m3/hm2时，制种玉米增产不再显著。可见，膜下滴灌水肥一体化条件下，在2 250～       3 000 m3/hm2范围内适度增加灌水量，有利于显著提高制种玉米产量水平；当生育期灌溉定额高于  3 000 m3/hm2且继续增加时，尽管仍具有一定的增产效应，但水分对玉米产量的贡献力下降，增产不明显，使灌溉投入和生产成本增加，并对种植效益产生负面影响。

对比分析灌水次数和灌溉定额间的F值发现，与灌水次数相比，灌溉定额对制种玉米产量的影响相对较大，且灌水次数与灌溉定额之间不存在互作效应。以上结果表明，水肥一体化条件下，保证足额充分供水对制种玉米的产量至关重要，水分供应不足，不利于制种玉米高产。通过增加灌水次数的方式，不能补偿供水不足对制种玉米产量造成的负面影响。灌溉水总量严重不足时，灌水次数越多，减产幅度越大。

2.2   灌水次数和灌溉定额对制种玉米产量构成要素的影响

制种玉米千粒重受供水条件的影响较大，在灌水次数相同的条件下增加灌溉定额，千粒重随之增加；灌水定额从2 250 m3/hm2增加到3 000 m3/hm2时千粒重增加明显。与灌溉定额相比，灌水次数对千粒重的影响相对弱化，在2 250 m3/hm2的低灌溉定额条件下，灌水次数越多制种玉米千粒重越低。在3 000～3 750 m3/hm2相对较高的灌溉定额范围内增加灌水次数时则千粒重呈增加趋势，但不同处理之间差异不显著。在灌水次数和灌溉定额的共同作用下，处理GH千粒重最高，与其余处理相比千粒重增加1.1～49.7 g。

灌溉定额对穗粒数的影响与千粒重相同，灌水次数相同时，增加灌溉定额，穗粒数随之增加。灌水次数对穗粒数的影响与千粒重不同，同一灌溉定额条件下增加灌水次数，制种玉米穗粒数下降。尤其将灌水次数从10次增加到20次时，制种玉米穗粒数减少均明显。在所有处理中，处理SH和处理SM穗粒数相对较高，比其余处理分别增加9.7～125.2粒和2.0～115.5粒。

从以上结果看出，灌水次数增加，造成制种玉米减产的主要原因与穗粒数减少有关，在供水量相同的条件下，增加灌水次数，单次灌水量会随之减少，造成灌溉后水分下渗有限，多分布于土壤表层，深层土壤含水量不足，土壤向作物适时和持续供水能力弱化，进而影响制种玉米的授粉效果，结实率下降，穗粒数降低。在此过程中，尽管千粒重有所增加，但效果不明显，从而造成制种玉米产量下降。

2.3   不同灌水条件下的制种玉米水分利用效果

生育期耗水量是影响制种玉米水分利用效率的关键因素。不同灌水条件下，各处理生育期耗水量在370.2～541.0 mm（表3），其中GH处理耗水量最高，与其余处理相比增加60.4～170.8 mm。灌水次数相同时，增加灌溉定额，制种玉米生育期耗水量增加明显。相同灌溉定额条件下，灌水次数从10次增加到15次时，制种玉米生育期耗水量呈下降趋势。继续增加至20次时，制种玉米耗水量也随之增大。在3 000～3 750 m3/hm2灌溉定额范围内，灌水20次的处理耗水量均高于灌水10次和15次处理。不同灌水条件对制种玉米水分利用效率的影响不同，相同的灌水次数条件下增加灌溉定额，制种玉米水分利用效率先增加而后降低，灌溉定额为3 000 m3/hm2时最高。在相同灌溉定额条件下，灌水次数对水分利用效率的影响既不规律也不明显。不同供水条件下，处理SM水分利用效率最高，与其余处理相比增加0.90～7.83 kg/（mm·hm2），增幅为5.32%～78.30%。

2.4   不同处理种植效益比较

生产成本和产量水平是决定制种玉米种植效益的两大关键因素。灌溉定额不同的处理，生产成本差异主要因灌溉水成本不同所致（表4），不同处理间差异介于750～1 500元/hm2；灌溉定额相同的处理，生产成本也相同，产值直接决定种植效益，而产值又因产量水平不同而不同。灌水次数增多，产量水平降低，种植效益随之下降。不同处理中，以处理SH和处理SM纯收益相对较高，比其余处理分别增加511.8～21 187.2元/hm2和481.8～20 675.4元/hm2。其中处理SM产投比最高，比其余处理增加0.07～1.38。从以上结果看出，水肥一体化条件下，科学合理的灌水参数对技术成效至关重要，盲目过量或少量多次灌溉，不仅增加生产成本，还会使制种玉米减产，产生增投减收的不良后果。

3   讨论与结论

在作物生长过程中，灌溉是土壤水分的主要来源和调节水分供应效果的关键措施［18 - 19 ］。滴灌水肥一体化条件下，灌水不仅直接影响作物的生长和产量形成，而且对肥料的运移以及作物对养分的吸收利用均有重要影响。供水不足，易使作物受旱减产；而灌水过量，将造成灌溉水浪费，并引起养分淋溶［3 ］，进而降低水肥利用效率。李侠等［20 ］的研究表明，灌溉定额4 410 m3/hm2时，制种玉米产量较好。连彩云等［21 ］的研究结果显示，滴水量为3 600 m3/hm2、10 d滴水1次时制种玉米产量最高。本试验表明，灌水次数和灌溉定额对制种玉米产量均有重要影响，在2 250～3 750 m3/hm2范围内增大灌溉定额，制种玉米千粒重、穗粒数和产量均随之增加；在10～20次范围内增加灌水次数，制种玉米穗粒数减少，产量明显下降，尤其在灌水次数从15次增加到20次时减产严重。以上结果也说明，在水肥一体化条件下，灌水时要注意适度，并不是灌溉定额越高、灌水次数越多，制种玉米产量越高。

在甘肃扬黄灌區滴灌水肥一体化条件下，研究了不同灌溉定额和灌水次数下制种玉米的产量表现和水分利用效果。结果表明，制种玉米生育期耗水量随灌溉定额的增加而增大，这与赵引等［22 ］、刘风［23 ］的研究相一致，但水分利用效率与其不同，表现为随灌溉定额的增大先增加而后降低。表明在一定范围内适度增加灌水，水分对产量的贡献力会大幅度提升，进而促使制种玉米显著增产，提高其水分利用效率。但灌水量偏高时，尽管仍然具有一定的增产效果，但不明显，同时耗水量却显著增加，水分对产量的贡献力下降，导致水分利用效率降低。与灌溉定额相比，灌水次数对水分利用效率的影响规律不明显。

在年度试验条件下，灌水10次、灌溉定额为3 000 m3/hm2时，制种玉米折合产量相对较高，为7 386.9 kg/hm2，仅较最高产量的处理（灌水15次、灌溉定额为3 750 m3/hm2）减产2.77%且减产差异不显著，但比其余处理增产8.73%～93.58%；水分利用效率最高，为17.83 kg/（mm·hm2），较其余处理提高5.32%～78.30%；种植纯收益较高，为29 683.6元/hm2，较其余处理增加-511.8～20 675.4元/hm2；产投比最高，为3.03，较其余处理增加0.07～ 1.38。可见，灌水10次、灌溉定额为3 000 m3/hm2时灌溉水利用效果相对优化。

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收稿日期：2022 - 10 - 06

基金项目：国家科技支撑计划（2015BAD22B00）子课题（2015BAD22B05-06）。

作者简介：张立勤（1970 — ），男，甘肃张掖人，研究员，主要从事作物栽培与水肥资源高效利用研究工作。Email： lqzhang1993@163.com。