溝灌條件下玉米水肥耦合效應的探討

汪明霞

摘 要 對三個不同梯度灌溉水平的試驗田開展玉米水肥耦合效應實驗，在測定土壤含水量、硝態(tài)氮含量、氣孔導度、蒸騰速率以及光合速率之后，探討了水肥耦合效應對玉米耗水量與耗水規(guī)律、土壤養(yǎng)分、玉米生長與產(chǎn)量等方面的影響。發(fā)現(xiàn)在溝灌條件下，灌溉量、施肥量都是影響玉米產(chǎn)量的主要因素，為以后的相關研究提供依據(jù)。

關鍵詞 溝灌;玉米;水肥耦合效應;耗水量;凈光合速率

中圖分類號：S513 文獻標志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2019.06.097

有效控制灌溉量，科學調(diào)整氮肥用量，是玉米高產(chǎn)的基本要求。基于此，在河南省豫東水利工程管理局惠北灌溉試驗站進行了溝灌條件下的玉米水肥耦合效應相關試驗。該基地位于開封市興隆鄉(xiāng)34°78′N，114°51′E，海拔68.05 m，年平均氣溫14.1 ℃，無霜期210 d，年均日照時間2 398.8 h，屬黃河沖積物發(fā)育的輕沙壤土，土壤容重為1.44 g·cm-3，田持水量為24%（質(zhì)量含水量），是河南省玉米高產(chǎn)區(qū)域之一。

1 試驗設計

試驗選擇相對平整，地力分布較為均衡，茬口相對統(tǒng)一的試驗田作為玉米水肥耦合效應的試驗區(qū)域。試驗區(qū)長度為7 m，寬度為6 m，并設置寬度為1 m的保護區(qū)。試驗人員共設置3個不同梯度的灌溉水平，其中高水每公頃灌溉6 000 m3水量，中水每公頃灌溉4 800 m3水量，低水每公頃灌溉2 400 m3水量。氮肥用量也設置為3個不同水平，其中高氮水平為每公頃施用氮肥360 kg，中氮水平為每公頃施用氮肥240 kg，低氮水平為每公頃施用氮肥120 kg。本試驗共進行9個處理，每個處理重復進行3次，一共有27個小試驗區(qū)。同時鉀肥與磷肥都根據(jù)本地傳統(tǒng)用量一次性施用，作為試驗田基肥。

試驗玉米品種從興隆鄉(xiāng)種子公司購得，所采用品種應具有較強的抗病蟲害能力以及耐旱性能，并且種植密度相對較高。本試驗采用大小行方式種植玉米母本，大行行距為60 cm，小行行距為40 cm，株距為25 cm。然后通過插花的形式將父本玉米點種到母本玉米的大行之間，父本株距控制在30 cm左右，播種深度控制在6.5 cm左右，種植密度控制在每667 m2種植5 800株左右。

2 試驗項目測定方法

通過烘干稱重法來測定土壤含水量，在各小區(qū)取樣2個，每20 cm進行一次土壤含水量測定，測定范圍為玉米田0～100 cm的土壤含水量。并利用水平平衡方法將玉米耗水量計算出來，一般按照鄰近兩次土壤水分的測定結果，對這個時段中的玉米耗水量進行計算。

通過雙波長分光光度法對0～100 cm的土壤硝態(tài)氮含量進行測定。

干物質(zhì)測定方法。在玉米生長發(fā)育各個階段，在各試驗小區(qū)分別取10株玉米作為樣品，用水洗干凈，將玉米根部剪除，把玉米莖葉分開，并分別在105 ℃環(huán)境中持續(xù)進行30 min的殺青。之后在80 ℃環(huán)境中進行烘干，對干重進行稱量，最后保存在樣品袋內(nèi)。

在玉米不同的生長發(fā)育階段，分別選擇典型玉米植株，對其葉片的氣孔導度、蒸騰速率以及光合速率進行測定。每株玉米取用葉子5片，并對每片葉子進行3次測定，然后取用測定結果平均值。在每次測定過程中，對5株玉米進行處理，并進行交叉測量。每次測量時間都控制在8：00—17：00，并且要求在晴天無風無云條件下進行測定。

在玉米收獲期間，每個試驗小區(qū)選取15株玉米，對其穗長、穗粗、禿尖度、單株有效穗數(shù)、穗行數(shù)、行粒數(shù)與千粒質(zhì)量等進行詳細測定，并進行產(chǎn)量計算[1]。

產(chǎn)量計算公式為：產(chǎn)量=每公頃穗數(shù)×每穗粒數(shù)×千粒質(zhì)量

3 結果與分析

3.1 水肥耦合對玉米耗水量與耗水規(guī)律的影響

3.1.1 玉米耗水量

在不同的灌溉定額條件下，玉米耗水量變化規(guī)律主要表現(xiàn)為：生長發(fā)育前期耗水量少，中期耗水量相對較多，后期耗水量略少。其中玉米灌漿階段到成熟階段，耗水量所占比例最高，占據(jù)玉米整個生長發(fā)育過程總量的40%左右。

玉米播種階段到拔節(jié)階段耗水強度與耗水量均相對較小，日均耗水量在2.3 mm左右。對玉米采取適度干旱措施，有助于蹲苗促壯，使其后期抗倒伏性能有效增強。

玉米拔節(jié)階段到抽穗階段日均耗水量會上升到5.5 mm左右，這表明玉米在進入營養(yǎng)生長與生殖生長階段后，需要及時進行灌水作業(yè)，以促使其生長階段的轉變。

玉米抽穗階段到灌漿階段達到需水高峰期，日均耗水量可達到6.08 mm左右，若在此期間出現(xiàn)干旱缺水現(xiàn)象，將會嚴重影響到玉米的生長，極易導致玉米出現(xiàn)卡脖旱現(xiàn)象，從而造成其抽雄吐絲難度大，進而影響到玉米產(chǎn)量[2]。因此，需要在該階段進行二次灌溉，并合理增加灌溉量。

玉米灌漿階段到成熟階段日均耗水量會有所降低，但該階段持續(xù)時間相對較長，氣溫相對較高。如果出現(xiàn)干旱現(xiàn)象，將會導致玉米籽粒出現(xiàn)營養(yǎng)不良問題，千粒質(zhì)量會下降，最終對玉米產(chǎn)量及種子品質(zhì)產(chǎn)生不良影響[3]。

所以，從玉米耗水規(guī)律特點可以看出，玉米生長發(fā)育期間的灌溉次數(shù)以4次為最佳。

3.1.2 水分利用效率

如表1所示，為玉米不同水肥耦合條件下的水分利用率。試驗結果表明，在灌水過程中，隨著灌水量的增加玉米土壤的水分利用效率呈逐步降低趨勢。在同一灌水水平，玉米水分利用效率與氮肥施用量呈正相關。而在灌水量超過每公頃4 800 m3的情況下，水分利用效率會隨氮肥施用量的增加而相應降低。

3.2 水肥耦合對玉米土壤養(yǎng)分的影響

3.2.1 土壤硝態(tài)氮含量

在同一施肥環(huán)境中，0～100 cm土壤層所含硝態(tài)氮的量會隨灌水量的增加而出現(xiàn)逐漸降低的趨勢。而在100～200 cm的土壤層內(nèi)，土壤所含硝態(tài)氮的量則呈現(xiàn)隨灌水量的增加而增加的狀態(tài)。在同一灌水環(huán)境中，土壤所含硝態(tài)氮的量會隨著氮肥施用量的增加而相應增加。

3.2.2 氮肥利用率

在每公頃灌水量小于4 800 m3的情況下，氮肥利用效率會隨著氮肥施用量的增加而得以提升，在每公頃灌水量為4 800 m3的情況下，氮肥利用效率會隨著氮肥施用量的增加而呈現(xiàn)出先上升而后稍微降低的狀況。在每公頃灌水量超過4 800 m3的情況下，氮肥利用效率會隨氮肥施用量的增加而相應降低。在同一氮肥施用量水平下，隨著灌水量的增加，氮肥利用效率會出現(xiàn)先增加而后下降的狀況。

3.3 水肥耦合對玉米生長與產(chǎn)量的影響

3.3.1葉片光合速率

試驗結果顯示，在玉米拔節(jié)期間，其功能葉片的凈光合速率不高，各種處理下玉米功能葉片的凈光合速率的平均值是19.05，其中凈光合速率最大值出現(xiàn)在抽雄期高水高氮處理條件下，具體值是34.99，不同處理之間存在較為顯著的差異。同時隨著玉米不斷生長發(fā)育，玉米功能葉片的凈光合速率開始逐漸降低，一直到玉米成熟階段后凈光合速率降到最低值。不同處理之間的凈光合速率平均值是7.64，不同處理之間沒有太大差異[4]。如表2所示，為不同水肥耦合條件下，玉米主要生育期的葉片光合速率。

3.3.2 葉片蒸騰速率

在不同的水肥處理條件下，隨著玉米生長發(fā)育階段的推移，其功能葉片的蒸騰速率會呈現(xiàn)出先升后降的趨勢。在玉米拔節(jié)階段，不同處理之間的玉米功能葉片的蒸騰速率都沒有因水肥條件的差異而呈現(xiàn)出較大的不同，不同處理下的葉片蒸騰速率大都在4～6。在玉米抽雄階段，玉米功能葉片的蒸騰速率會隨著玉米的生長和葉片面積的增大而快速提升，其中在中水中氮處理下的玉米功能葉片的最大蒸騰速率為14.04，在此之后就開始快速降低，并在成熟階段達到最低值，不同處理之間沒有太大差異，蒸騰速率約為2.0。如表3所示，為不同水肥耦合條件下，玉米主要生育期的葉片蒸騰速率。

3.3.3 葉片氣孔導度

不同水肥處理條件下的玉米葉片的氣孔導度在隨著玉米的生長發(fā)育不斷變化，具體氣孔導度呈現(xiàn)先增加而后下降的狀況，并在玉米抽雄階段增加到最高值，且不同處理之間存在較為明顯的差異（見表4）。相比之下，在玉米拔節(jié)階段，其不同處理之間的葉片氣孔導度沒有太大差異，而在玉米抽雄與灌漿階段，不同處理之間的葉片氣孔導度差異明顯加大，到成熟階段后，葉片氣孔導度快速降低，同時不同處理之間沒有太大差異。其中玉米抽雄到灌漿階段，玉米葉片的氣孔導度平均下降低于10%，抽雄期高水低氮處理下玉米葉片的氣孔導度比其他各處理要高出很多。

3.3.4 玉米生物量

根據(jù)相關性分析得知，玉米拔節(jié)階段增加氮肥量，對干物質(zhì)的積累會產(chǎn)生一定阻礙;而在抽雄階段，玉米干物質(zhì)含量會隨著氮肥施用量的增加而增加;在灌漿階段玉米對氮肥的需求量大幅度增加，玉米干物質(zhì)積累量會明顯隨著氮肥施用量的增加而快速增加[5]。同時，玉米植株的地上部分會隨著氮肥施用量的增加而快速生長，并且其水分需求量也大幅度增加，一直到成熟階段，玉米干物質(zhì)積累量都會隨著灌水量的增加而增加。

3.3.5 玉米產(chǎn)量

如表5所示，為不同水肥耦合條件下所對應的玉米產(chǎn)量。由此可知，在氮肥施用量相同的條件下，灌水量增加時玉米產(chǎn)量也會隨之提升，兩者呈正相關關系。在氮肥施用量為240 kg·hm-2的情況下，玉米產(chǎn)量隨灌水量增加的增幅最大。在灌水量為6 000 m3·hm-2的情況下，玉米產(chǎn)量最高可達到17 000 kg·hm-2。在每公頃氮肥施用量增加到360 kg的情況下，玉米產(chǎn)量隨灌水量的增加量不大。在灌水條件相同的情況下，玉米產(chǎn)量會隨氮肥施用量的增加而增加，在灌水量為6 000 m3·hm-2的情況下，高氮條件下的玉米產(chǎn)量卻低于中氮條件下的玉米。這表明如果水分充足，氮肥施用量的增加對玉米產(chǎn)量增加的作用不定，同時也表明必須在特定的水分條件下增加氮肥施用量才能實現(xiàn)大幅度增產(chǎn)。

4 結論

通過玉米水肥耦合試驗可知，溝灌條件下，土壤水分對氮肥效應的發(fā)揮有非常大的影響。在水分條件相對合適的情況下，玉米產(chǎn)量增幅最大。而在中氮條件下玉米產(chǎn)量最高。也就是說在中氮與適宜水分條件下，玉米能夠獲得最大的增產(chǎn)幅度，其水肥耦合效應達到最佳。從玉米產(chǎn)量的水肥耦合效應來看，土壤水分在很大程度上決定了玉米產(chǎn)量，而氮肥效應也對玉米最終產(chǎn)量有非常大的影響。

參考文獻：

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（責任編輯：趙中正）