小麥—玉米周年水肥一體化技術研究

張 健，袁嘉瑋，梁哲軍，張鵬飛，薛琴琴，王玉香，張冬梅，楊印斌

（山西省農業(yè)科學院棉花研究所，山西運城044000）

水肥一體化技術具有提高水分利用率和養(yǎng)分利用效率，增加作物產量，改善作物品質，促進農業(yè)可持續(xù)發(fā)展等諸多優(yōu)點[1]。在對糧棉作物的水肥一體化研究中發(fā)現[2-6]，水肥一體化可以在節(jié)水節(jié)肥的同時提高糯玉米的淀粉和還原性糖的含量，改善玉米的品質。通過水肥一體化控制灌水量和灌溉時期，利于小麥群體發(fā)育，可提高成穗數量、穗粒數和千粒質量，從而實現冬小麥增產，同時灌溉量和施肥量均減少50%以上。目前，在運城地區(qū)小麥—玉米生產過程中，存在水資源消耗大、化肥施用不合理的問題，加上近年來勞動力成本提高等問題，增加了糧食作物的生產成本，降低了經濟效益。

本試驗以冬小麥—夏玉米輪作體系為對象，探討不同水肥模式對小麥—玉米產量、水肥利用效率以及經濟效益的影響，得到一套經濟效益高的水肥一體化灌溉施肥制度，以期為當地小麥—玉米水肥一體化周年管理提供技術參考。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

本試驗于2016年10月至2017年10月在山西省農業(yè)科學院棉花研究所楊包試驗基地（35°6′25″N，110°55′39″E）進行，試驗土質為黏土。播前測定 0～40 cm土層養(yǎng)分含量為：有機質11.49 g/kg，全氮0.867 g/kg，堿解氮 30.70 mg/kg，速效磷 9.31 mg/kg，速效鉀156.5 mg/kg。

1.2 試驗材料

供試小麥品種為舜麥1718，玉米品種為鄭單958。

1.3 試驗設計

本試驗為兩季輪作體系，即由2016—2017年冬小麥和2017年夏玉米試驗組成。試驗共設6個處理，分別為施肥空白（W4N0）、足額微噴（W4N3）、足額減氮（W4N2）、減量微噴（W2N3）、減量減氮（W2N2）（表1）。以漫灌為CK，灌溉量為實際灌溉量。試驗采用隨機區(qū)組設計，小區(qū)面積為87.5m2（2.5m×35m），4次重復，每個小區(qū)安裝水表與閥門控制灌溉量。冬小麥采用等行種植，每小區(qū)10行，中間放置一根微噴帶。夏玉米采用寬窄行種植（60 cm＋80 cm），微噴帶放置于寬行中。

表1 小麥—玉米周年水肥一體化試驗設計

1.4 測定項目及方法

1.4.1 地上部干物質積累量 在小麥收獲期，各處理取3處1 m2的小區(qū)小麥的地上部分，重復3次，于烘箱中110℃殺青30min，然后將烘箱調制80℃恒溫，烘干至恒質量后稱取質量。在收獲期取玉米的地上部分，將葉、莖鞘、苞葉（苞葉＋穗軸）與籽粒4部分分別裝袋，于烘箱中110℃殺青30 min，然后將烘箱調制80℃恒溫，烘干至恒質量后稱取質量。

1.4.2 產量及產量構成要素 夏玉米成熟時，各處理設3個重復取樣區(qū)（取樣面積為1.8 m×5 m）。人工掰取取樣區(qū)里的所有玉米并裝于網兜中，進行晾曬。室外風干后，統計每株玉米的行數、行粒數，并進行脫粒。脫粒完成后稱質量，得到各取樣的總質量，然后數取各處理的千粒數，并稱質量得到千粒質量。因此，得到各處理的有效穗數、穗行數、行粒數、千粒質量、產量等產量要素。小麥成熟時，各處理取1 m2小麥地上部分，3次重復取樣。統計小麥1 m2的穗數、單株的穗粒數，脫粒后稱取千粒質量，得到各處理的穗數、穗粒數、千粒質量、產量等產量要素。

1.5 數據分析

使用Micros of t Excel 2010和SPSS對所測數據進行處理與分析，用Duncan新復極差法對數據進行顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 不同水肥條件對作物產量、產量因素及收獲指數的影響

不同水肥條件對作物產量、產量因素和收獲指數的影響不同（表2），在小麥生長季，傳統漫灌（CK）的穗粒數顯著高于其他水肥一體化處理；W4N3處理的千粒質量顯著高于W4N2處理，各處理與CK間差異不顯著；CK單位面積內穗數顯著低于W2N2水肥一體化處理；在產量方面，足額微噴（W4N3）處理顯著高于其他處理，較CK增加2.8%，減量微噴（W2N3）和減量減氮（W2N2）處理與 CK相比顯著降低，可能是由減水減氮造成的。在玉米生長季，W4N3、W2N3處理的穗粒數顯著高于其他處理；各處理間千粒質量差異不顯著；W4N3和CK的籽粒產量略高于W2N3處理，差異不顯著，但顯著高于其他處理，這與小麥季的數據特征一致；水肥一體化處理W2N3和W2N2處理與CK相比，小麥—玉米周年收獲指數明顯提高，W2N2和W2N3處理的收獲指數比CK提高了21%。在前人的研究中[7-9]，水肥一體化技術可以增加作物的干物質積累，提高養(yǎng)分在籽粒中的分配比例。本研究通過各處理間收獲指數的比較發(fā)現，微噴水肥一體化有利于作物收獲指數的提高，同時灌溉量的增加會導致收獲指數的降低。雖然增加灌溉量有利于提高作物的干物質量和籽粒產量，但造成了收獲指數的下降，這說明由增加的灌水量用于作物生長莖稈和葉片，或者說增長的籽粒產量與干物質量不成比例，導致收獲指數下降。這與張震[10]、宋兆云[11]的研究結果一致。

表2 不同水肥處理下小麥、玉米產量、產量因子及收獲指數

2.2 不同水肥條件對小麥—玉米周年水肥利用情況的影響

對比不同水肥條件下小麥—玉米周年的水分利用效率、灌溉水利用效率以及氮農學效率，結果如表3所示。CK的WUE低于其他水肥一體化處理，說明水肥一體化可以提高水分利用效率，其中，W4N3處理較CK提高了25.3%；足額微噴的2個處理與減量微噴2個處理兩兩比較，說明在施氮量相同的情況下，減少灌溉量或在灌溉量相同的情況下，增加施氮量均可以提高水分利用效率。

表3 不同水肥處理小麥—玉米周年WUE、IWUE及N農學效率

對小麥—玉米周年的IWUE進行分析可知，各水肥一體化處理的IWUE均高于CK，W4N3、W4N2、W2N3、W2N2處理與CK相比，IWUE分別提高了50.7%，38%，100%，94.3%。

通過對小麥—玉米周年的N農學效率分析發(fā)現，各水肥一體化處理的N農學效率均高于CK；W4N3處理的N農學效率高于W2N3處理，W4N2處理高于W2N2處理，這說明在施氮量相同的情況下，增加灌溉量有利于N農學效率的提高，同時，W4N3處理低于W4N2處理，W2N3處理低于W2N2處理，說明在灌溉量相同的情況下，減少施氮量有利于N農學效率的提高，這與前人的研究[12]水肥一體化施肥模式下氮肥利用率較常規(guī)施肥都有較大的提升一致。

2.3 不同水肥條件對小麥—玉米周年經濟效益的影響

表4 不同水肥處理經濟效益分析 元/hm2

對比各水肥條件下的生產成本投入、總收入和凈收入，結果如表4所示，各水肥一體化處理與CK相比，雖然增加了灌溉設施的投入，但其在灌溉、氮肥和人工方面的投入大大降低，故水肥一體化凈收入顯著高于CK。其中，經濟效益最高的是W2N2處理，與CK相比，提高了10%，W4N3處理次之，較CK提高了9.6%。遲桂梅等[13]研究發(fā)現，小麥玉米水肥一體化在6.67 hm2規(guī)模下可實現每公頃增收3 000元以上，而在本研究中經濟效益最高的處理W2N2與CK相比，每公頃增收2 127.7元，這種差異可能是由于本試驗中水肥一體化設施面積遠小于6.67 hm2，導致了生產成本的增加，故沒有達到更高的經濟效益。

3 結論與討論

山西南部作為山西省主要糧食生產基地，小麥、玉米面積約33.3萬hm2，全生育期需澆水3～4次，每公頃需水1.0萬～1.5萬m3，糧食生產已成為目前農業(yè)生產的主要高耗水作物。在實際生產中[14]，不合理的施肥對糧食產量和土壤性質的惡化影響非常嚴重。糧食生產上急需一種能夠提高灌溉效率、降低灌溉成本、提高水井使用效率、增加灌溉面積，同時能夠合理配施化肥起到增產、節(jié)水的灌溉技術。微噴灌目前在生產中體現出了低成本、低勞動力、低耗水的特點[15]。在本研究中，將小麥—玉米輪作作為一個整體，根據各生育時期的需水需肥規(guī)律，有效利用土壤水及自然降水，極大地提高了水分利用率和N農學效率，從而降低了生產成本。在本研究中，增產并非主要目標，主要是探究各優(yōu)化模式在保證產量的前提下，節(jié)水、節(jié)肥、節(jié)約勞動力，降低生產成本，提高經濟效益。各種水肥處理中，W2N2處理的經濟效益最高，比傳統漫灌增加了10%，可以為運城當地小麥—玉米周年輪作體系的水肥一體化管理提供參考。