沙地水肥耦合對玉米生長及產量的影響

王美榮，閆建文，史海濱，李仙岳，丁宗江

(內蒙古農業大學 水利與土木建筑工程學院，呼和浩特 010018)

0 引 言

內蒙古河套灌區是國家和自治區重要的商品糧、油生產基地。水和肥是該地區發展農業過程當中兩大關鍵性限制因子。正確的水肥利用規劃，對農作物的需水量和吸收養分有所增加，并對農田小環境有所改變和達到作物產量提高。前幾年就有研究工作者對此區作物需水及養分作了很多試驗，且有一定的成就[1,2]。到目前為止大部分研究人員在鹽漬化土壤上進行研究有：薛鑄等采用盆栽試驗研究不同鹽分作用下對向日葵的影響確定了水鹽雙重脅迫條件下的水肥配合值[3]，已有研究人員在河套灌區針對鹽漬化土壤水肥耦合對作物的生長影響做了大田試驗[4,5]。得出了相應鹽漬化土壤最佳的水肥用量。有研究人員在烏素沙地水肥耦合對苜蓿、玉米等作物的生長發育的研究，得出最優水肥用量比[6,7]。但很少有人針對河套灌區中的沙丘地做水肥耦合對作物的生長影響研究，本文以玉米為研究對象，探討了河套灌區中的沙丘地上水肥耦合效應，為當地農業的發展提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

試驗在木雷灘試驗站進行，該站位于內蒙古自治區巴彥淖爾市磴口縣沙金套海蘇木東南方向，地理坐標在東經106°56′56″北緯40°31′37″左右，平均海拔為1 059 m左右；試驗站屬于烏蘭布和沙漠地區。試驗期間最高氣溫為42.42 ℃，最低氣溫為-21.6 ℃，年降雨量170.9 mm，4月-9月降雨量為141.5 mm，蒸發量約為381.8 mm，日照時數3 209.5 h，作物生長期光合有效輻射1.68×105 J/cm2，無霜期136～144 d。平均風速2.57 m/s，其特征是冬寒漫長，春秋短暫，夏季炎熱，降水量少，氣候干燥，風沙多，0～100 cm土層土壤體積質量平均為1.59 g/cm3左右，耕層土壤田間持水率14.03%，當地常見的種植作物種。

1.2 試驗設計

玉米品種選用鄭旦958，高產、穩產、優質、適應性廣。株高240～250 cm，穗位高100～110 cm左右，穗長24 cm，穗行數14～16行，籽粒黃色，半馬齒型，果穗簡型，出籽率88%～90%，千粒重300～350 g,抗倒伏，較耐旱。所使用的氮肥為尿素，含氮量為46%，磷肥為(NH4)2HPO4，含P元素46%～52%。

試驗設計中包括灌溉定額及施氮量兩個因素。玉米生育期內共灌水3次，灌溉定額分為3個水平，包括2 925、2 250、1 575 m3/hm2，施氮量分為4個水平，包括0、125、225和325 kg/hm2，玉米生長的拔節期、大喇叭口期和灌漿期進行灌水。追肥在拔節期和灌漿期各追1/2，處理分別W3N0、W2N0、W1NO、W3N1、W2N1、W1N1、W3N2、W2N2、W1N2、W3N3、W2N3和 W1N3共12個處理。詳見表1 。磷肥作為底肥一次性施入，施用量與當地農戶相同，氮肥和磷肥混合使用，大約為450～600 kg/hm2。試驗小區面積為9×10 m2。試驗以株距30 cm，行距50 cm進行種植玉米。小區間由寬50 cm，高30 cm的田壟分隔開，防止各小區水肥互竄，田間農業管理與當地農戶一致，澆灌方式為畦灌，用水表來控制水量。

表1 水肥試驗處理

測定作物生態指標：株高、莖粗、葉面積。

莖粗使用游標卡尺來測得，株高、葉面積用卷尺測量，株高測定是從植株根部到植株的生長點，葉面積的測定是從葉尖到葉基的長度與離葉基1/3處的葉寬計算得到；其中，葉面積S=0.75×葉長A×葉寬B，葉面積指數LAI=葉片總面積/土地面積,測定玉米產量：3個收獲區中每個處理都選定4×5 m進行收獲，將收獲的玉米按從大到小的順序排定并隨機挑選15穗進行考種，考種包括穗粗、穗長、禿尖長、穗行數、行粒數、穗粒數及千粒重。硝態氮含量采用紫外分光光度計測定，硝態氮的累積量=土層厚度×土壤容重×土壤硝態氮含量/10[8]，利用Excel進行數據分析。

2 結果與分析

2.1 不同水氮處理對玉米株高的影響

圖1中表示了在玉米生長不同日期內各種水氮配合比的株高變化。在玉米發育前期，農作物的株高增速極快，到了抽雄期以后它基本沒有變化。而在相同的水分狀態下玉米株高在前期有明顯的差異，但是在生育期后期的變化并不是很明顯，說明玉米在生育的前期對水分比較敏感。三個水分當中，低水處理的株高低于其他兩個處理，說明玉米的株高對水分的供給有一點的要求。施氮肥處理玉米株高明顯比不施肥處理要高，但并不是簡單的施氮肥量越大就越有利于玉米株高的增加。在玉米的生育期中的抽雄期、灌漿期和成熟期時，株高都是隨著施氮量的增加而增加。但是施氮量在225～325 kg/hm2時變化并不是很明顯。玉米在高水處理下施氮量在225～325 kg/hm2之間對玉米株高的生長最有利。

圖1 高、中、低水不同氮肥處理玉米株高變化

2.2 不同水氮處理對玉米莖粗的影響

從圖2中可得到在同一水分狀態下，玉米莖粗的在生長過程當中，變化的走勢：莖粗生長從苗期到拔節期迅速的增粗，之后在第三個階段增粗緩慢，直到莖粗從灌漿期到成熟期幾乎沒有變化。從整體來看對于莖粗來說，不施肥處理的莖粗明顯比施肥的要細，灌水量都在中水處理下，而氮肥施用量在325 kg/hm2時莖粗增加效果明顯。不施肥處理的莖粗明顯比施肥要細。對于玉米的莖粗的增加在中水高氮即W2N3處理下有利于增加。

圖2 高、中、低水不同氮肥處理玉米莖粗變化

2.3 不同水氮處理對玉米葉面積指數的影響

圖3中是玉米在土壤水分差異的情況葉面積的不同，跟著糧食產物的日期的進行，葉面積的整體前升后降的趨勢。在葉面積增長這一階段(拔節期-抽雄期)，可以明顯看出高水及中水處理的葉面積數值遠高于低水處理，抽雄期到灌漿期是對整個春玉米產量形成關鍵的時期，中水和高水處理的下降趨勢較低水處理比較平緩。在灌漿期至成熟期時，不同水處理的葉面積都急劇下降。在相同水分處理下，氮肥施用量在225～325 kg/hm2之間，玉米的葉面積顯著高于其他處理。在相同的不追肥的處理下，高水處理的玉米的葉面積顯著高于其他兩個水處理，說明肥料不足時加大灌溉水量有助于葉面積的增加。高水處理的葉面積指數最大，最高達到4.77，在不同水處理下葉面積都是隨著施氮量的增加而增加。

圖3 高、中、低水不同氮肥處理玉米葉面積指數的變化

2.4 不同水氮處理對玉米籽粒產量與增產率的影響

由圖4的籽粒產量可以看出，在低水處理下，玉米籽粒產量隨著施氮量的增加而增加，而且施加氮肥的增產效果非常明顯。而在施氮量為125～225 kg/hm2之間，籽粒的產量并沒有太大的變化。在中水處理下玉米籽粒產量,隨著施氮量的增加籽粒產量也是在增加，但是在施氮量在225 kg/hm2之后，反而會對籽粒產量造成抑制的情況。是因為水分的缺失限制了氮肥的利用率。在高水處理下，玉米籽粒的變化情況與低水處理變化情況基本一樣。在氮肥施用量相同的情況下中水處理的籽粒產量的數值最大為13 174 kg/hm2。在相同的水分狀態下，施氮量的增加會使籽粒產量增加。但是增加氮肥量他們的增產效果不一樣。

圖4 高、中、低水不同氮肥處理玉米籽粒產量和增產率的變化

根據增產率可以得出：在低水處理下，施氮量為325 kg/hm2時，比不施氮肥的增產效果最好。在中水處理下，施氮量為225 kg/hm2時，增產效果明顯且在整個處理情況下中水中肥的處理產量最高。在高水處理下，施氮量為325 kg/hm2時，增產率最大達到32.47%。在使用結論是必須結合當地的水資源的多少來具體確定施氮量的用量。中水處理當中，施氮量為225和325 kg/hm2時，產量的差異性不大，是因為施氮量的增加，由于水分供應不足導致氮肥利用率的降低。另外在高水處理中，施氮量為325 kg/hm2時，與其上的產量的差異性不大。水分供應充足以后，對于沙地來說，保水性能差，同時肥料也隨著土壤中的水分被淋溶到地下深層水當中，對于作物來說，導致植物吸收的氮肥減少，從而產量沒有提高。

2.5 不同水氮處理對水分利用率的影響

圖5為不同水肥處理的水分利用率變化圖，由圖可知，W2N2的WUE最高，其次是W2N3，W1N0的WUE最低，由水分利用效率W1N0

圖5 高、中、低水不同氮肥處理水分利用率的變化

2.6 土壤中硝態氮的積累量與產量的關系

長期大量施用氮肥會使土壤中硝態氮的累積，隨著氮肥的投入量的增加，大田中的硝態氮的累積含量增大[9-11]。表2中的3個處理都是隨著土壤的深度加深，土壤中的硝態氮在隨著深度增加，這說明氮肥在提供給植物時，植物吸收不完全，隨著水分向下運動。在0～100 cm的3個不同水分處理硝態氮累積量分別為11.276、19.454、66.09 kg/hm2。

表2 W1N3、W2N3和W3N3處理硝態氮累積量

同樣的施氮量，不同的灌水量導致的結果，對比其產量看，高水產量為12 284 kg/hm2、中水產量11 638 kg/hm2、低水產量10 312 kg/hm2。施氮量相同時，說明了水分對植物吸收土壤中的硝態氮有明顯的作用，水分越高，土壤當中的硝態氮的累積量越少，其植物對硝態氮的利用率越高，從而產量也有所增加。從圖6可以看出硝態氮的累積量和產量的相關性較好為R2=0.999 5。得出在同一施肥水平下，增加灌水量有利于作物對氮肥的吸收，但灌水量太大，導致土壤養分向下遷移。

圖6 高肥不同水處理硝態氮累積量與產量的關系

3 結 論

沙地低壓管道水肥耦合試驗研究表明:

(1)土壤質地為沙地時，灌溉水量為2 925 m3/hm2施氮量為225～325 kg/hm2之間的水氮配合比對玉米的株高 、莖粗、葉面積的生長最為有利。

(2)土壤質地為沙地時，增加灌溉水量、氮肥的使用量都會相應地提高玉米的籽粒產量，合適的水肥配合比會使產量最優化，節水灌溉情況下，水分利用率達到最大。通過研究表明：在W2N2處理下，即全生育期玉米灌水量為2 250 m3/hm2施氮量為225 kg/hm2為本地域玉米水肥耦合的閾值區域。

(3)在沙丘地上，施氮量相同時，水分對植物吸收土壤中的硝態氮有明顯的作用，水分越高，其植物對硝態氮的利用率越高，從而產量也有所增加。

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