不同测墒补灌模式对黄淮海区域夏玉米生长及水分利用率的影响

关键词： 测墒补灌； 黄淮海区域； 夏玉米； 产量； 水分利用率

中图法分类号： S513 文献标识码： A 文章编号： 1000-2324（2024）01-0016-07

黄淮海区域是我国夏玉米的主要种植区，常年种植面积600 万hm2，总产量超过2 300 万t，均占到全国的30%以上[1-2]。黄淮海区域夏玉米种植期虽然正值雨季，但因夏玉米生育期高温和降水时空分布不均而出现季节性干旱，不仅影响夏玉米生长，而且严重降低其产量，能否适时适量灌溉成了制约黄淮海区域夏玉米生产的关键因素。黄淮海区域夏玉米灌水方式大多采用大水漫灌，灌水过量导致田间水分损失过多，不仅浪费水资源，而且淋失大量土壤养分，影响了土壤肥力，降低了夏玉米产量和水分利用效率[3]。

测墒补灌是一种基于土壤水分状况和作物关键生育期需水特点的先进灌溉方法[3]，目前大多数研究都集中在小麦生产方面[4-7]，夏玉米方面的研究主要集中在我国西北干旱区域[8-15]，而在黄淮海季节性干旱区域研究报道较少。因此，针对黄淮海区域夏玉米生产灌溉存在的问题，比较研究不同测墒补灌模式对夏玉米生长、土壤养分、产量和水分利用效率影响，筛选最优的测墒补灌模式，不仅为黄淮海季节性干旱区域夏玉米灌溉新技术的推广与应用提供理论依据与实践支撑，而且对进一步促进黄淮海区域夏玉米节水增产和保障粮食安全具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

田间试验于2021年6月12日—2021年9月23日在山东省宁阳县乡饮乡万家村（N35°45′56″，E116°52′16″）进行。

试验地土壤类型为洪积潮棕壤（中国土壤系统分类为普通简育湿润淋溶土），质地为粉壤土，土壤基本理化性状如表1所示。

1.2 供试材料

夏玉米品种为郑单958，行距70 cm，株距20 cm，种植密度为71460 株/hm²。夏玉米种肥同播复合肥750 kg/hm（2 N 25-P₂O₅ 7-K₂O 8≥40%），于夏玉米大喇叭口期微喷追施尿素（N 46%）375 kg/hm²。

1.3 供试微喷设备与水源

微喷带支管∅30 cm，每条支管距离50 cm有9 个微孔，微孔间距为1.2 cm，微喷带支管在田间间隔5 m分布，田块长度170 m，每条微喷带支管控制面积为850 m²。微喷带支管上水量为80 m³/h，播前常规微喷时长80 min，每条微喷带灌水量82.1 m³/667 m²，也即123.09 mm。由于播前灌后0～40cm 土层土壤含水量远超田间持水量。因此，常规灌溉水土壤相对含水量为100%。

灌溉水源为地下水，埋深≥50 m，淡水、水质符合《GB 5084-2021 农田灌溉水质标准》。

1.4 试验设计

根据夏玉米生育期的需水特点，参考《DB37/T 3952-2020小麦测墒补灌节水高产栽培技术规程》，田间试验设夏玉米大喇叭口期、抽雄开花期、籽粒灌浆期0～40 cm土层控制目标土壤相对含水量模式处理分别为70%和75%，以常规灌溉（也即0～40 cm 土层目标土壤相对含水量100%）为对照模式处理，共3 个模式处理，每个模式处理重复6 次，每个小区面积5 m×170m=850 m²，采用随机区组排列，区组内其他田间管理措施一致。所有处理在夏玉米播前均微喷80 min；常规灌溉模式处理夏玉米大喇叭口期、抽雄开花期、籽粒灌浆期微喷时长均为40 min。

70% 补灌和75% 补灌模式处理根据玉米需水关键期0～40 cm 土壤自然含水量的实际情况进行测墒并计算补灌水量：补灌水量（m3/667 m²）=20/3×r×H×（B₁-B₂），式中r 为测墒土层土壤平均容重（g/cm³）；H为测墒土层深度0～40 cm；B₁为目标土壤质量含水量（田间持水量×目标土壤相对含水量，%）；B₂为灌溉前土壤质量含水量（%）。

1.5 测定项目指标与方法

1.5.1 土壤理化性状指标 土壤比重和容重分别采用比重瓶法、环刀法测定；土壤质地、田间持水量分别采用微吸管法、威尔克斯法测定；土壤pH 采用酸度计测定；土壤有机质采用重铬酸钾外加热法测定；土壤全氮采用凯氏定氮法测定；土壤碱解氮采用碱解扩散法测定；土壤有效磷采用0.5 mol/L NaHCO₃溶液浸提-钼锑抗比色法测定；土壤速效钾采用1 mol/L NH₄OAC溶液浸提-火焰光度法测定。

1.5.2 夏玉米生长性状指标 在夏玉米成熟期采用量测法测定株高、茎粗等长势指标；在每个小区划定0.7 m2样方收获全部玉米植株和玉米穗，每个小区3 次重复，调查样方内的株数、有效穗数、穗粒数，测定其整株生物量鲜重，烘干至恒重测定其整株生物量干重，并测定籽粒水分含量和千粒重，计算籽粒产量。

1.5.3 土壤含水量和田间耗水量以及水分利用率 夏玉米生长期间土壤墒情和气象资料均采用小型气象站监测数据，试验田块局地总降水量为722.09 mm（图1）。夏玉米生育期0～40 cm 土层土壤体积含水量监测数据如表3所示。

玉米生育期耗水总量：ET=P₀+I+F-R+（W₀-W_t）。

式中，ET为玉米生育期耗水总量（mm）；I 为玉米生育期灌水量（mm）；P0为玉米生育期的有效灌水量（mm）；F为地下水补给量（mm），由于试验地地下水埋深≥50 m，不能供耕层玉米根系吸收利用，故可忽略，也即F≈0；R为地表径流（mm），由于试验地地势平坦，无地表径流产生，即R≈0；W₀、W_t、W₀-W_t分别为玉米播前和收获期0～40 cm土层土壤含水量及其储水量的变化量（mm）。

水分利用率：WUE=Y/ET；灌溉水利用率：IWUE=Y/I。

式中，WUE为水分利用率（kg（/ hm²·mm））；Y为籽粒产量（kg/hm²）；ET为玉米生育期耗水总量（mm）；IWUE为灌溉水分利用率（kg（/ hm²·mm））；I为玉米生育期灌水量（mm）。

1.6 统计分析

田间监测数据和室内化验数据均采用Microsoft Excel 2019、SAS 9.3（SAS Institute2012）进行统计与方差分析和作图，采用邓肯最小二乘法（P≤0.05）进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同测墒补灌模式处理对夏玉米成熟期土壤养分含量的影响

与CIR 处理相比，S70处理和S75处理显著提高了夏玉米成熟期土壤全氮含量，分别达到1.87%、8.38%；其中S70处理和S75处理之间差异显著，S75处理夏玉米成熟期土壤全氮含量显著高于S70处理，达到6.39%（表4）。

S75 处理夏玉米成熟期土壤有效磷含量显著高于CIR处理和S70 处理，分别提高了29.82%和26.56%；而CIR 处理夏玉米成熟期土壤有效磷含量与S70 处理之间差异不显著。与CIR 处理相比，70%和S75 处理均能显著提升夏玉米成熟期土壤速效钾含量，分别达到19.53% 和26.74%；而S75处理显著高于S70处理6.03%。

2.2 不同测墒补灌模式处理对玉米长势指标的影响

在夏玉米成熟期，S75处理比S70处理和CIR处理显著提高了夏玉米株高9.48%和12.71%；而S70 处理和CIR 处理间夏玉米株高差异不显著。S75 处理和CIR处理夏玉米茎粗显著高于S70 处理，分别高出9.49%和8.03%；S75 处理和CIR 处理夏玉米茎粗间差异不显著（表5）

S75 处理夏玉米植株生物量鲜重均显著高于CIR 处理和S70 处理，分别达到9.19% 和16.73%；而S70 处理的夏玉米植株生物量鲜重则显著低于CIR处理6.45%。与S70 处理相比，S75处理的夏玉米植株生物量干重显著高出了5.08%；CIR处理和S70处理之间、CIR处理和S75处理之间夏玉米植株生物量干重差异均不显著。

成熟期夏玉米植株含水量不同处理之间差异性与夏玉米植株生物量鲜重一致。S75 处理玉米植株含水量均显著高于CIR 处理和S70 处理，分别达到18.38%和37.76%；而S70 处理夏玉米植株生物量鲜重则显著低于CIR 处理达到14.07%。

2.3 不同测墒补灌模式处理对夏玉米产量及其构成因素的影响

S75 处理夏玉米穗粒数、千粒重和产量均最高，其次为CIR处理，最低为S70 处理，而且三者之间差异显著（表6）。

与CIR 处理相比，S75 处理显著提高了夏玉米穗粒数、千粒重、产量，分别达到9.98%、2.56%和12.80%。而S70 处理与CIR处理相比，则显著降低了夏玉米穗粒数、千粒重和产量，分别达到10.90%、2.36%和13.00%。

2.4 不同测墒补灌模式处理对玉米水分利用率的影响

与CIR 处理相比，S75 处理和S70 处理夏玉米耗水总量均分别显著降低了10.32% 和12.98%，也即节水10.32%和12.98%；S75 处理耗水总量显著高于S70 处理3.06%。S75 处理夏玉米水分利用率均显著高于CIR 处理和S70 处理，分别提高了25.78%、25.81%；而CIR 处理和S70处理之间夏玉米水分利用率差异不显著（图2）。

S75 处理、S70处理和CIR 处理之间夏玉米灌溉水利用率均差异显著，S75 处理显著最高。S75 处理灌溉水利用率均显著高于CIR 处理和S70处理，分别提高了69.71%和14.22%。

3 讨论

3.1 不同测墒补灌模式夏玉米成熟期土壤养分状况

不同灌溉模式土壤全氮、有效磷和速效钾含量，均随着目标土壤相对含量增加呈现先增加后降低的趋势，其中S75 处理夏玉米根区表层土壤养分含量显著最高。

由于CIR处理水量超出了田间持水量，导致部分氮素随水淋失而土壤全氮低于补灌模式处理；S75 处理每次灌水量均高于S70 处理而低于CIR处理，其能够有效连接毛管孔隙，通气性低于S70 处理，减少了氮素挥发损失，保持了土壤更多氮素，这与土壤硝态氮在适宜灌水量时保持最大量的研究结果一致[16-17]。

CIR 处理每次灌水量较大，均能淋失部分磷素，导致玉米成熟期土壤有效磷含量低于S70处理和S75 处理；S70 处理由于灌水量少于S75 处理，仅为毛管断裂含水量，能够溶解或活化的土壤磷量也低于75%补灌处理，同时S75 处理更有助于夏玉米根系生长，分泌更多的有机酸溶解更多的矿物态钾，提高了土壤速效钾含量。因此S75 处理相较于S70 和CIR均能有效提高土壤有效磷和速效钾含量，这与适量灌溉有利于提高土壤有效磷和速效钾含量的研究结果相一致[18-19]。

3.2 不同测墒补灌模式夏玉米生长状况

本研究表明，与S70和CIR 处理相比，除了与CIR处理夏玉米茎粗、生物量干重差异不显著外，S75 处理株高、茎粗、生物量鲜重和干重、植株含水量均显著最高。这说明与CIR 和S70 处理相比，S75 处理灌水量低于CIR 处理水量而高于S70处理，灌水量既能满足了夏玉米生长的需求，又不过量淋失土壤养分。

S75 处理提高了夏玉米长势，这与适当补灌水促进了夏玉米植株的生长和干物质的积累，提高夏玉米长势指标的研究结果一致[20]。

3.3 不同测墒补灌模式夏玉米产量状况

与其他模式处理相比，S75 处理提高夏玉米穗粒数和千粒重及产量的效果显著最优。这是由于S75 处理相比于CIR 处理的灌水量少而并不淋失土壤养分，相比于S70处理灌水量稍多，不仅能满足夏玉米生长对水分的需要，而且能够有效活化土壤养分，有利于夏玉米吸收和积累养分，促进了夏玉米生长和叶片光合作用以及干物质的形成与积累，显著提高了夏玉米产量及其构成因素。这与适量补充灌溉有益于提高玉米千粒重和籽粒产量的结果相一致[20-21]。

3.4 不同测墒补灌模式夏玉米水分利用状况

本研究表明，CIR 处理耗水总量高于S75 处理和S70处理。这是由于土壤蒸发和作物蒸腾等耗水量均随灌水量的增加而增多[13]。

S75 处理夏玉米水分利用效率显著高于CIR和S70处理。这是因为S75 处理比S70处理能够更好地满足玉米生长发育对水分的需求，且比CIR 处理节省了灌水量、减少了浪费和养分淋失，有效地促进了玉米增产，因此S75 处理玉米水分利用效率最高。这与测墒补灌水量增加可显著提高冬小麦水分利用率一致[22]。

由于CIR处理灌水量远高于S75 处理和S70处理，而夏玉米产量虽高于S70处理，但低于S75处理；且相较于S70 处理，CIR处理的夏玉米产量增幅远小于其灌水量增幅；同时S75处理夏玉米产量最高，而S70 处理夏玉米产量最低，S75处理夏玉米产量增幅远大于其灌水量增幅。因此，导致CIR 处理的灌溉水利用率不仅低于S75处理，而且也低于S70处理，且S75 处理的灌溉水利用率显著最高。

4结论

在夏玉米种肥同播复合肥（N 25-P₂O₅ 7-K₂O 8≥40%）750 kg/hm²、夏玉米大喇叭口期微喷追施尿素（N 46%）375 kg/hm² 和播前常规灌溉（0～40 cm 土层控制目标土壤相对含水量100%）的条件下，夏玉米大喇叭口期、抽雄开花期、籽粒灌浆期0～40 cm 土层控制目标土壤相对含水量均为75%的测墒补灌模式能够达到节省灌溉水量、保持土壤养分、促进夏玉米生长、增加夏玉米产量、提高水分利用率和灌溉水利用率的效果，是黄淮海夏玉米种植区最优的节水、保肥、促长、增产、高效的测墒补灌模式。