不同灌水方式和施肥量對青貯玉米生長和產(chǎn)量的影響

王 寧，劉玉春，姜長松，趙 晗，王 遙，趙光耀

(河北農(nóng)業(yè)大學(xué)城鄉(xiāng)建設(shè)學(xué)院，河北 保定 071001)

0 引 言

我國優(yōu)質(zhì)飼草料自給率不足[1]，2015年中央一號文件指出，要加快發(fā)展草牧業(yè)，支持青貯玉米和苜蓿等飼草料種植，開展糧改飼和種養(yǎng)結(jié)合模式試點[2]。河北省是首批糧改飼試點省份之一，以糧食作物改種全株青貯玉米為主，至2017年末青貯玉米種植面積已經(jīng)達到6.53 萬hm2[3]。因地制宜地構(gòu)建青貯玉米栽培模式，對增加青儲玉米種植面積、提高青貯玉米產(chǎn)量、促進河北省“糧改飼”和農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整具有重要的意義。

水、肥是作物生長中可調(diào)控的兩項重要因素，國內(nèi)外專家學(xué)者在水肥調(diào)控對植株生長和產(chǎn)量的影響方面開展了大量研究。其中許慶方等[4]通過研究灌溉次數(shù)對青貯玉米產(chǎn)量影響發(fā)現(xiàn)隨著灌溉次數(shù)的增加，青貯玉米產(chǎn)量極顯著提高，灌溉3次產(chǎn)量可以增加6倍；高文俊等[5]通過研究施肥對青貯玉米產(chǎn)量的影響發(fā)現(xiàn)與對照相比，施用氮肥極顯著提高青貯玉米的干重，鉀肥顯著提高青貯玉米的干重。周乾等[6]利用滴灌技術(shù)通過田間試驗研究了青貯玉米灌溉與施肥間的交互作用，結(jié)果表明不同水肥組合下生長最快的時間均為青貯玉米在拔節(jié)期到抽雄期這段時間，并且在吐絲-灌漿期，株高和莖粗均增加緩慢，而且發(fā)現(xiàn)青貯產(chǎn)量與根、莖、葉鮮重有緊密聯(lián)系；溫利利等[7]通過研究夏玉米水肥耦合效應(yīng)發(fā)現(xiàn)，玉米產(chǎn)量與施肥量在一定范圍內(nèi)呈正相關(guān)關(guān)系；呂剛等[8]對三峽庫區(qū)水肥耦合作用對春玉米生長及產(chǎn)量的影響進行研究，結(jié)果表明水分對春玉米拔節(jié)期株高和葉面積影響最顯著，中氮處理下產(chǎn)量最高；Nemati A[9]研究表明試驗條件下青貯玉米的最終產(chǎn)量與株高、莖粗、葉面積成正相關(guān)關(guān)系。

以往的研究多是研究單一的灌水量、施肥量或是水肥交互作用下增產(chǎn)效應(yīng)，通過產(chǎn)量和水肥利用效率來尋求最佳水肥組合，就不同地面灌溉方式、青儲玉米的生長及產(chǎn)量的影響研究較少，而且基于河北省平原區(qū)青貯玉米的水肥試驗較少。本試驗研究結(jié)合河北省的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實際，以提高青貯玉米產(chǎn)量和經(jīng)濟效益為目標(biāo)，研究不同灌水方式和施肥量條件下青貯玉米高產(chǎn)的種植方式，以期為河北省平原區(qū)青貯玉米的高效生產(chǎn)提供參考依據(jù)，同時推進糧改飼的在河北省的進程。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗在河北省石家莊市鹿泉區(qū)寺家莊鎮(zhèn)南龍貴村進行，該地地理位置37°56′54.1″N，114°25′49.6″E，地勢平坦，海拔122 m；氣候條件屬暖溫帶半濕潤大陸季風(fēng)氣候，年平均氣溫12.2 ℃，年平均日照時數(shù)2 554 h，年平均降水536 mm，年平均蒸發(fā)量1 610.1 mm。試驗農(nóng)田土壤為壤土，初始養(yǎng)分含量為有機質(zhì)2%、速效磷11.89 mg/kg、速效鉀158 mg/kg。試驗田0～100 cm土壤的物理和水力特性參數(shù)見表1。

表1 試驗土壤物理和水力特性參數(shù)Tab.1 Physical and hydraulic properties of experimental soil

試驗于2018年6月27日播種，9月30日收獲，總計95 d。試驗期間降水量206.9 mm(分布情況見圖1)。

圖1 試驗期間降水量Fig.1 The precipitation during the experiment

1.2 試驗方案

試驗設(shè)置灌水方式和施肥量兩個因素，其中灌水方式設(shè)置畦灌和溝灌兩種常用的地面灌溉技術(shù)水平，分別記為B和F。畦灌畦長33 m、畦寬4.8 m；溝灌溝長33 m、溝深20 cm，入畦、溝流量均為9.72 L/s。試驗中青儲玉米施肥與播種同時進行，一次性全部作為基肥施用，肥料為中華復(fù)合肥，主要成分N-P2O5-K2O，28%-6%-6%，施肥量結(jié)合當(dāng)?shù)氐脑囉昧拷?jīng)驗，根據(jù)雙減要求[10]設(shè)置C1、C2、C3和C4四個水平，用量分別為750、600、450和300 kg/hm2，見表2。試驗共8個處理，每個處理3次重復(fù)，總計24個試驗小區(qū)，田間布置見圖2。各處理試驗小區(qū)隨機布置，小區(qū)面積為4.8 m×33 m=158.4 m2，兩側(cè)留有保護行。

表2 試驗施肥量處理 kg/hm2

圖2 試驗小區(qū)布置圖Fig.2 Layout of the experiment plots

供試青貯玉米品種為當(dāng)?shù)赝茝V品種“科玉188”，單行種植，行距60 cm、株距30 cm，種植密度78 000 株/ hm2。鑒于播種前土壤初始含水量低，為保證出苗，在6月27日播種后，6月28日馬上進行灌溉，灌水量1 050 m3/ hm2。

1.3 試驗觀測項目與方法

青儲玉米生育期內(nèi)每7 d左右取樣一次，監(jiān)測生長情況，監(jiān)測的生長指標(biāo)包括株高、莖粗、葉面積、葉綠素含量。青儲玉米收獲期監(jiān)測產(chǎn)量，包括鮮重和干重。取樣時，各小區(qū)隨機選取3～5株生長良好、長勢一致的植株進行生長情況和產(chǎn)量的觀測，每個試驗小區(qū)每個植株生長指標(biāo)和產(chǎn)量的均值作為試驗小區(qū)的觀測結(jié)果。①降水量：由試驗田附近的小型氣象站獲得。②株高：用盒尺自地表測量到植株最高部位。③莖粗：用111N-101型電子游標(biāo)卡尺測量距離地面3～5 cm部位的直徑。④葉面積：葉面積在7葉期之前采用Montgomery法[11]測量，即用1 mm精度的盒尺測量葉片的最長和最寬部位作為葉片的長度和寬度，相乘之后乘以葉面積系數(shù)0.75，之后所有葉面積求和得到單株葉面積；拔節(jié)期之后采用Pearce法[12]確定，即利用Montgomery法確定植株自上而下的第8片葉子的葉面積，乘以9.39，確定植株的葉面積。葉面積指數(shù)LAI[13]：

(1)

式中：α為玉米葉面校正系數(shù)；ρ為植株密度；Li為單株玉米的第i片葉的長度；Wi為第i片葉的最大寬度；n為玉米的葉片數(shù)。⑤產(chǎn)量：植株的鮮重和干重，用精度0.01 g的電子秤測量。鮮重測量后的植株剁碎，用烘箱105 ℃殺青半小時，而后80 ℃烘干至重量不再發(fā)生變化時稱取干重。⑥葉綠素含量：葉綠素含量采用TYS-A型葉綠素測定儀測量。

1.4 數(shù)據(jù)分析方法

使用SPSS17.0軟件進行觀測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，采用Excel軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 灌水方式及施肥量對青貯玉米株高的影響

表3給出了青貯玉米不同生育期各試驗處理的株高及方差分析結(jié)果。株高呈S型曲線增長，吐絲抽雄期后達到峰值約230 cm。方差分析表明，灌水方式對株高影響不顯著；除拔節(jié)期外，其他生育期內(nèi)施肥量對株高的影響顯著；灌水方式和施肥量的交互作用對株高的影響顯著。

同一施肥水平下，青貯玉米株高在播種后57 d拔節(jié)期和播種后67 d乳熟期，畦灌高于溝灌，其他生育期溝灌高于畦灌，兩種灌水方式下成熟期的株高均值分別為220和225 cm，溝灌技術(shù)比畦灌技術(shù)提高2.12%，說明溝灌有對增加青貯玉米的株高的趨勢，溝灌條件下水分集中分布在行間，并通過土壤毛細管的作用側(cè)滲至作物行，有利于青儲玉米的生長。

同一灌水方式下，成熟期株高表現(xiàn)為C2>C3>C1>C4，隨著施肥量的增加呈先增加后減少的趨勢；C2水平玉米株高均值為225 cm，比C1、C3、C4處理分別高0.90%、0.67%和2.40%；說明C2施肥水平有助于株高增長，施肥量適宜對植株生長起促進作用，施肥量過高或過低都不利于株高的提高。灌水方式和施肥量交互作用下FC2處理青貯玉米株高最大。

表3 各試驗處理不同生育期青儲玉米株高(cm)及方差分析結(jié)果Tab.3 Average and variance analysis result of the height (cm) of silage corn in different growth stages

注：①表中同列有相同字母表示差異不具有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)，以下各表同；②*表示播種后的天數(shù)，以下各表同。

2.2 灌水方式及施肥量對青貯玉米莖粗的影響

表4給出了不同試驗處理下青貯玉米莖粗均值及方差分析結(jié)果。莖粗呈曲線增長在拔節(jié)期迅速增加到乳熟期增長變緩。方差分析表明，施肥量對青貯玉米莖粗影響顯著，灌水方式的影響不顯著，灌水方式和施肥量的交互作用下對莖粗影響顯著。

在同一施肥水平下的青貯玉米在七葉期、吐絲抽雄期、乳熟期、成熟期的畦灌莖粗均值高于溝灌，其余生育期溝灌高于畦灌。成熟期，畦灌和溝灌條件下青儲玉米莖粗均值分別為2.4和2.35 cm，畦灌對青貯玉米莖粗有增加的趨勢。

表4 各試驗處理不同生育期青儲玉米莖粗(cm)及方差分析結(jié)果Tab.4 Average and variance analysis result of the stem thick (cm) of silage corn in different growth stages

同一灌水方式下成熟期莖粗表現(xiàn)為C1>C2>C3>C4，施肥量高，氮元素含量高，促進莖稈的生長；高施肥量水平 C1較C2、C3、C4施肥量水平青儲玉米的莖粗增幅分別為0.42%、2.12%和6.87%。灌水方式和施肥量的交互作用下BC1處理莖粗大于其他處理。

2.3 灌水方式及施肥量對青貯玉米葉面積指數(shù)的影響

青貯玉米葉面積指數(shù)變化表現(xiàn)為，先增加后減少，在拔節(jié)期后迅速增加，吐絲抽雄期后趨于穩(wěn)定，生育末期隨著部分葉片的衰老，有降低的趨勢，見表5。方差分析表明，除吐絲抽雄期和乳熟期外，在其余生育期，施肥量對青貯玉米葉面積指數(shù)的影響性顯著，灌水方式的影響不顯著，灌水方式和施肥量的交互作用影響顯著。

同一施肥水平下，拔節(jié)期、乳熟期溝灌處理青貯玉米葉面積指數(shù)大于畦灌處理，其余生育期畦灌優(yōu)于溝灌。全生育期畦灌和溝灌灌溉技術(shù)下葉面積指數(shù)均值分別為3.47和3.49，從全生育期考慮溝灌對葉面積指數(shù)有增加的趨勢，說明水分分布較集中的溝灌有助于青儲玉米葉片的生長。

同一灌水方式下，施肥量水平C2時青貯玉米葉面積指數(shù)高于其他施肥量處理，成熟期C2水平較C1、C3和C4水平葉面積指數(shù)的增幅分別為5.62%、5.0%和12.97%，說明適宜的施肥量有助于青貯玉米葉面積指數(shù)的增加，過高或過低的施肥量水平都會影響葉片的生長。

表5 各試驗處理不同生育期青儲玉葉面積指數(shù)LAI及方差分析結(jié)果Tab.5 Average and variance analysis result of the LAI of silage corn in different growth stages

2.4 灌水方式及施肥量對青貯玉米葉綠素含量SPAD的影響

圖3給出了青貯玉米葉片葉綠素含量SPAD值的變化，SPAD值呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢，在播種后47 d吐絲抽雄期達到最大52.4～52.8，青貯玉米營養(yǎng)生長階段葉綠素含量增加較快，吐絲抽雄后營養(yǎng)主要集中運輸?shù)阶蚜２糠郑瑢?dǎo)致葉片生長受限，葉綠素含量降低； 8月中旬連續(xù)陰天引起播種后47 d的SPAD值出現(xiàn)波動。在同一灌水方式下C2施肥量水平SPAD值最高51.16，分別比C1、C3和C4 3個施肥量水平高1.41%、1.51%和1.45%，說明C2施肥量水平優(yōu)于其他3種施肥量水平。在同一施肥水平下，每個生育期兩種灌水方式的SPAD值差異不大。灌水方式和施肥量的交互作用對SPAD值影響不顯著，在灌水方式和施肥量交互作用下BC2處理最好，適宜的施肥量和灌水方式有助于葉片葉綠素含量的積累。

2.5 灌水方式及施肥量對青貯玉米產(chǎn)量的影響

圖4給出了青貯玉米鮮重和干重的均值及方差分析結(jié)果。方差分析結(jié)果表明，施肥量對青貯玉米鮮重和干重影響顯著，灌水方式、灌水方式和施肥量的交互作用的影響不顯著。各試驗處理平均青儲玉米鮮重69.09～81.4 t/hm2、干重26.09～30.13 t/hm2。

畦灌和溝灌處理的青儲玉米鮮重均值分別為74.26和76.91 t/hm2，干重均值分別為28.1和27.95 t/hm2，溝灌處理鮮重高于畦灌處理3.6%。施肥量C2水平時，青儲玉米產(chǎn)量最高，兩種灌水方式平均鮮重為80.55 t/hm2、干重為29.92 t/hm2，施肥量 C2水平較C1、C3、C4水平的鮮重增幅為5.8%、8.1% 和13.2%，干重增幅為6.32%、7.3%和14.31%。灌水方式和施肥量的交互作用下，F(xiàn)C2處理青貯玉米鮮重和干重產(chǎn)量最高，分別為80.40和30.13 t/hm2，較其他處理鮮重產(chǎn)量高3.60%～15.35%，干重產(chǎn)量高1.0%～15.5%。

圖3 青貯玉米葉片葉綠素含量變化Fig.3 The changes of chlorophyll in silage corn leaves

圖4 各試驗處理青儲玉米鮮重和干重及方差分析結(jié)果Fig.4 The average and variance analysis result of the fresh weight and dry weight of silage corn

2.6 青貯玉米產(chǎn)量與生長形狀的相關(guān)性分析

對青貯玉米鮮重y1和干重y2與成熟期株高x1、莖粗x2、葉面積指數(shù)x3和葉綠素含量x4進行Pearson 相關(guān)性分析和多元回歸分析，分析與青儲玉米產(chǎn)量相關(guān)的生長指標(biāo)。Pearson 相關(guān)性分析結(jié)果(見表6)表明，青儲玉米鮮重和干重與株高和葉面積指數(shù)之間達到了極顯著正相關(guān)，與葉綠素含量時間達到顯著相關(guān)，與莖粗之間不相關(guān)，說明有效地增加株高和葉面積有利于青儲玉米的增產(chǎn)。

采用逐步回歸分析建立青儲玉米鮮重/干重與株高和葉面積指數(shù)之間的回歸方程，見表7，標(biāo)準化系數(shù)的大小表明葉面積指數(shù)對青貯玉米鮮重的影響較株高大，而株高對干重影響較葉面積指數(shù)大，說明葉片的水分含量是決定鮮重的一個重要因素。鮮重和干重的逐步回歸分析方程分別為：

表6 青貯玉米鮮重和干重與生長指標(biāo)的相關(guān)性分析結(jié)果Tab.6 Correlation analysis result between fresh weight, dry weight and growth index of silage corn

注：*表示在5%水平顯著相關(guān)，**表在1%水平極顯著。

y=6.41x1+100.59x3-937.41

(2)

y=35.62x1+1.352x3-110.82

(3)

以上鮮重和干重逐步回歸分析方程的Durbin-Waston統(tǒng)計量DW分別為1.5和1.2，相關(guān)系數(shù)R分別為0.796和0.669，表明回歸方程的殘差相互獨立，回歸方程的擬合精度較高。

表7 青貯玉米鮮/干重與株高和葉面積指數(shù)的逐步回歸分析結(jié)果Tab.7 The stepwise regress analysis results between fresh weight, dry weight and height and LAI of silage corn

3 結(jié)論與討論

灌水方式和施肥量對青貯玉米生長和產(chǎn)量影響的研究結(jié)果表明：

(1)畦灌和溝灌兩種灌水方式對青儲玉米的生長和產(chǎn)量影響不顯著，但溝灌與畦灌相比，株高和鮮重分別增加2.2%和3.6%，溝灌土壤水分在行間集中分布有促進青儲玉米和提高產(chǎn)量的趨勢。

(2)施肥量對青儲玉米的株高、莖粗、葉面積指數(shù)、鮮重和干重的影響顯著，施肥量600 kg/hm2時青儲玉米生長狀況較好、產(chǎn)量較高，較750、450和300 kg/hm2施肥量水平相比株高、葉面積指數(shù)、葉綠素和鮮重分別增加0.11%～27.8%、4.0.1%～10.55%、1.1%～1.8%和3.6%～15.6%。

(3)青儲玉米鮮重69.09～81.4 t/hm2、干重26.09～30.13 t/hm2。相關(guān)性和回歸分析結(jié)果表明青儲玉米鮮重和干重與株高和葉面積指數(shù)之間呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，有助于株高和葉面積生長的水肥管理措施有助于青儲玉米的生長和產(chǎn)量的提高。就本研究試驗土壤而言，溝灌、600 kg/hm2施肥量是促進青儲玉米的生長和產(chǎn)量提高的水肥管理措施。

本研究的試驗?zāi)攴萁涤炅繛槠剿辏渌哪攴萸闆r下灌水方式和施肥量對青儲玉米生長和產(chǎn)量的影響，還需要更多的試驗研究。

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