膜下滴灌水肥耦合设计对河西灌区玉米生长指标的影响

贾丽炯，王文婷，王多平

（兰州资源环境职业技术大学，甘肃兰州 730021）

甘肃省河西地区水资源有限，降水量偏少，蒸发量较大。玉米作为当地重要的大田作物，栽培面积大，广泛应用了滴灌等节水灌溉技术[1-2]。在河西地区玉米栽培中，水氮管理方式较为粗放，最优水肥策略尚未明确。为研究膜下滴灌水肥耦合设计对玉米生长指标的影响，在不同水分梯度和氮肥梯度下，探究各生育时期玉米株高、径粗、叶面积指数、冠层覆盖度和地上干物质量的变化规律，分析不同水肥处理对玉米全生育期各生长指标的影响，确定合理的灌水量和施氮量组合，为甘肃省河西干旱灌区玉米膜下滴灌水肥管理和高产栽培提供一定的理论指导和实践经验[3-5]。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验区位于甘肃省武威市民勤县勤锋保护站，地理位置为东经103°01′，北纬38°73′，是典型的荒漠气候，多年平均气温7.8 ℃，多年平均降水量110 mm，蒸发量2 644 mm，日照时间3 028 h，0 ℃以上积温为3 550 ℃，无霜期达162 d，最大冻土埋深115 cm，降雨主要集中在7—9 月，占全年降水量的90%以上。试验区土质为均质砂壤土，平均田间持水量和土壤容重分别为20.0%和1.58 g·cm-3。

1.2 试验设计

试验玉米品种为先玉335，设计3 个水分处理（T1、T2、T3）及3 个氮肥处理（F1、F2、F3），每个处理设置1 个小区，共9 个小区，每个小区设定3 膜，每膜种植3 行玉米，行距40 cm、株距30 cm。滴灌带一膜两行铺设在玉米种植带中间，T1、T2、T3 处理每667 m2灌水量依次为25 m3、30 m3、35 m3，分别在拔节期、大喇叭口期、抽雄期、开花期和灌浆期灌水1次，通过水表读取灌水量；各灌水处理分别设定3 个氮肥梯度，F1、F2、F3 处理每667 m2纯氮量（尿素含氮量46.6%）为10 kg、20 kg、30 kg，按照3 ∶5 ∶2的比例分别在拔节期、大喇叭口期、开花期施加，施氮时直接称量，然后通过文丘里施肥器施入。2021 年4 月25 日播种，10 月2 日收获。

1.3 测试项目及方法

1.3.1 玉米生长指标测定

在玉米各生育期用直尺（精度1 mm）测定株高、叶片长度和宽度，用数显游标卡尺（精度0.01 mm）测定玉米茎秆地上5 cm 处的纵茎（mm）、横茎（mm），利用公式（1）计算径粗（mm2）。

叶面积根据式（2）计算。

式（2）中：S为单株叶面积，cm2；K为校正系数；L为叶长，cm；B为叶宽，cm；N为所测株数。

叶面积指数LAI按式（3）计算。

式（3）中：S为单株叶面积，cm2；n为单位土地面积总株数；s为单位土地面积，cm2。

1.3.2 土壤水分测定

利用烘干法测定土壤水分，每次灌水前一天和后一天通过土钻取土0～100 cm，降雨后加测一次，测试方法同上。

1.3.3 地上干物质量测定及函数拟合关系

将采摘后玉米嫩秆105 ℃烘箱杀青1 h 后，在75 ℃条件下烘48 h 至恒重，测定地上干物质质量。

采用Logistic 函数模拟各处理下地上干物质量与播种后生长天数之间的关系，表达式如（4）所示。

式（4）中：a、b、k均为拟合参数；y指地上干物质量，g；x指干物质量对应的播种后天数，d。

1.3.4 冠层覆盖度计算

冠层覆盖度（CC）采用Hsiao 等推荐的由叶面积指数转换得到的经验公式进行计算。

式（5）中：CC为冠层覆盖度；LAI为叶面积指数。

1.4 数据处理

采用Microsoft Office Excel 2010 进行数据处理，采用Microsoft Office Excel 2010 和Origin Pro 2018 进行绘图，IBM SPSS Statistics 22.0 对各指标进行方差分析及显著性检验。

2 结果与分析

2.1 水氮耦合对玉米株高的影响

不同水分和氮肥处理对株高的影响较大。从整体株高变化分析，随着灌水量的增加，株高也随之增加，如图1 所示。拔节期高水中肥处理有利于玉米更好生长；大喇叭口期相同氮肥条件下，随着水分的增加，株高也随着增加；开花期灌水量增大有利于玉米生长，但氮肥量影响不大；灌浆期随灌水量的增加株高整体呈增加趋势。同一水分条件下，氮肥梯度变化对灌浆期玉米株高影响不显著。

图1 玉米全生育期株高变化

2.2 水氮耦合对玉米径粗的影响

同一水分处理条件下，随着玉米生育期的推进，玉米径粗生长呈现先快速增长再逐渐平缓的趋势，在拔节期和大喇叭口期增长最明显。如图2 所示，在T3水分条件下，F2 处理玉米的径粗增长量较其他氮肥处理增长量多。拔节期保持良好的土壤水分条件有利于玉米径粗的增长，但增施氮肥对促进玉米径粗增长不明显；大喇叭口期氮肥量为F3 时不利于玉米径粗的增长，为F2 时玉米径粗最大；开花期T3F2 处理条件下作物生长良好，径粗最大；玉米灌浆期T3F2 处理时径粗最大。灌水量和施氮量增加有利于玉米径粗的增长，但施氮量偏大，不利于玉米径粗的增长。

图2 玉米全生育期径粗变化

2.3 水氮耦合对玉米叶面积指数的影响

如图3 所示，在各处理条件下，玉米从拔节期到灌浆期叶面积指数变化呈先快速增长，随后逐渐平缓的趋势；大喇叭口期随灌水量和施氮量的增加，叶面积指数整体呈增加趋势；开花期T3F2 处理较其他各处理有显著性差异；灌浆期叶面积指数最大值为T3F2处理。在玉米灌溉不足的情况下，加大氮肥施用量不仅造成肥料的浪费，也不利于玉米正常生长。

图3 玉米全生育期LAI 变化

2.4 水氮耦合对玉米冠层覆盖度的影响

冠层覆盖度表征了玉米叶片生长和地表覆盖的状况。如表1 所示，在拔节期冠层覆盖度均低于0.150，属于低覆盖度；大喇叭口期之后，冠层覆盖度均在0.650以上，具有较高的冠层覆盖度。不同水氮处理对玉米冠层覆盖度影响较大，随着灌水量的增加，冠层覆盖度呈增加趋势，最大值均出现在高水中肥（T3F2）处理下。

表1 各处理全生育期玉米冠层盖度变化

2.5 水氮耦合对玉米地上干物质量的影响

从表2 数据可知，拔节期（播种后30～60 d）灌水量和施氮量对玉米地上干物质量变化影响不大；大喇叭口期影响较大（播种50～80 d），该生育期是玉米的关键需水期，充足的水分和氮肥供应有利于玉米的快速生长；开花期（播种60～90 d）地上干物质量随灌水量和施氮量整体呈增加的趋势；T3F2 处理在玉米灌浆期获得了最大的地上干物质量，是一种较优的灌水施氮量组合；Logistic 函数可以较好地模拟各处理下地上干物质量与播种后生长天数之间的关系，R2均在0.95 以上。

表2 地上干物质量随玉米播种后天数增长而变化的Logistic 函数拟合关系

3 结论与讨论

基于滴灌节水灌溉技术，在甘肃省河西干旱区开展了不同灌溉定额和施氮水平对膜下滴灌玉米生长指标等方面的影响研究。从整体株高变化看，株高随着灌水量的增加而增加。从全生育期各个水肥处理对径粗的影响分析，随着水分和氮肥量的增加，径粗整体呈增加趋势，T3F2 处理最大。玉米全生育期，叶面积指数呈先快速增长，随后逐渐平缓的变化趋势。随着灌水量和施氮量的增加，冠层覆盖度呈增加趋势，冠层覆盖度最大值出现在高水中肥（T3F2）处理，从拔节期到灌浆期，T3F2 处理较其他处理差异显著。各处理玉米地上干物质量随播种后天数均呈“慢—快—慢”的S 型生长曲线，R2均在0.95 以上。从整个生育期和处理综合分析，水分不足将影响玉米地下和地上生物量，在水分供给良好的条件下，中度施氮量更有利于玉米地上和地下生物量的生长。