膜下滴灌水肥耦合設計對河西灌區玉米生長指標的影響

賈麗炯，王文婷，王多平

（蘭州資源環境職業技術大學，甘肅蘭州 730021）

甘肅省河西地區水資源有限，降水量偏少，蒸發量較大。玉米作為當地重要的大田作物，栽培面積大，廣泛應用了滴灌等節水灌溉技術[1-2]。在河西地區玉米栽培中，水氮管理方式較為粗放，最優水肥策略尚未明確。為研究膜下滴灌水肥耦合設計對玉米生長指標的影響，在不同水分梯度和氮肥梯度下，探究各生育時期玉米株高、徑粗、葉面積指數、冠層覆蓋度和地上干物質量的變化規律，分析不同水肥處理對玉米全生育期各生長指標的影響，確定合理的灌水量和施氮量組合，為甘肅省河西干旱灌區玉米膜下滴灌水肥管理和高產栽培提供一定的理論指導和實踐經驗[3-5]。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗區位于甘肅省武威市民勤縣勤鋒保護站，地理位置為東經103°01′，北緯38°73′，是典型的荒漠氣候，多年平均氣溫7.8 ℃，多年平均降水量110 mm，蒸發量2 644 mm，日照時間3 028 h，0 ℃以上積溫為3 550 ℃，無霜期達162 d，最大凍土埋深115 cm，降雨主要集中在7—9 月，占全年降水量的90%以上。試驗區土質為均質砂壤土，平均田間持水量和土壤容重分別為20.0%和1.58 g·cm-3。

1.2 試驗設計

試驗玉米品種為先玉335，設計3 個水分處理（T1、T2、T3）及3 個氮肥處理（F1、F2、F3），每個處理設置1 個小區，共9 個小區，每個小區設定3 膜，每膜種植3 行玉米，行距40 cm、株距30 cm。滴灌帶一膜兩行鋪設在玉米種植帶中間，T1、T2、T3 處理每667 m2灌水量依次為25 m3、30 m3、35 m3，分別在拔節期、大喇叭口期、抽雄期、開花期和灌漿期灌水1次，通過水表讀取灌水量；各灌水處理分別設定3 個氮肥梯度，F1、F2、F3 處理每667 m2純氮量（尿素含氮量46.6%）為10 kg、20 kg、30 kg，按照3 ∶5 ∶2的比例分別在拔節期、大喇叭口期、開花期施加，施氮時直接稱量，然后通過文丘里施肥器施入。2021 年4 月25 日播種，10 月2 日收獲。

1.3 測試項目及方法

1.3.1 玉米生長指標測定

在玉米各生育期用直尺（精度1 mm）測定株高、葉片長度和寬度，用數顯游標卡尺（精度0.01 mm）測定玉米莖稈地上5 cm 處的縱莖（mm）、橫莖（mm），利用公式（1）計算徑粗（mm2）。

葉面積根據式（2）計算。

式（2）中：S為單株葉面積，cm2；K為校正系數；L為葉長，cm；B為葉寬，cm；N為所測株數。

葉面積指數LAI按式（3）計算。

式（3）中：S為單株葉面積，cm2；n為單位土地面積總株數；s為單位土地面積，cm2。

1.3.2 土壤水分測定

利用烘干法測定土壤水分，每次灌水前一天和后一天通過土鉆取土0～100 cm，降雨后加測一次，測試方法同上。

1.3.3 地上干物質量測定及函數擬合關系

將采摘后玉米嫩稈105 ℃烘箱殺青1 h 后，在75 ℃條件下烘48 h 至恒重，測定地上干物質質量。

采用Logistic 函數模擬各處理下地上干物質量與播種后生長天數之間的關系，表達式如（4）所示。

式（4）中：a、b、k均為擬合參數；y指地上干物質量，g；x指干物質量對應的播種后天數，d。

1.3.4 冠層覆蓋度計算

冠層覆蓋度（CC）采用Hsiao 等推薦的由葉面積指數轉換得到的經驗公式進行計算。

式（5）中：CC為冠層覆蓋度；LAI為葉面積指數。

1.4 數據處理

采用Microsoft Office Excel 2010 進行數據處理，采用Microsoft Office Excel 2010 和Origin Pro 2018 進行繪圖，IBM SPSS Statistics 22.0 對各指標進行方差分析及顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 水氮耦合對玉米株高的影響

不同水分和氮肥處理對株高的影響較大。從整體株高變化分析，隨著灌水量的增加，株高也隨之增加，如圖1 所示。拔節期高水中肥處理有利于玉米更好生長；大喇叭口期相同氮肥條件下，隨著水分的增加，株高也隨著增加；開花期灌水量增大有利于玉米生長，但氮肥量影響不大；灌漿期隨灌水量的增加株高整體呈增加趨勢。同一水分條件下，氮肥梯度變化對灌漿期玉米株高影響不顯著。

圖1 玉米全生育期株高變化

2.2 水氮耦合對玉米徑粗的影響

同一水分處理條件下，隨著玉米生育期的推進，玉米徑粗生長呈現先快速增長再逐漸平緩的趨勢，在拔節期和大喇叭口期增長最明顯。如圖2 所示，在T3水分條件下，F2 處理玉米的徑粗增長量較其他氮肥處理增長量多。拔節期保持良好的土壤水分條件有利于玉米徑粗的增長，但增施氮肥對促進玉米徑粗增長不明顯；大喇叭口期氮肥量為F3 時不利于玉米徑粗的增長，為F2 時玉米徑粗最大；開花期T3F2 處理條件下作物生長良好，徑粗最大；玉米灌漿期T3F2 處理時徑粗最大。灌水量和施氮量增加有利于玉米徑粗的增長，但施氮量偏大，不利于玉米徑粗的增長。

圖2 玉米全生育期徑粗變化

2.3 水氮耦合對玉米葉面積指數的影響

如圖3 所示，在各處理條件下，玉米從拔節期到灌漿期葉面積指數變化呈先快速增長，隨后逐漸平緩的趨勢；大喇叭口期隨灌水量和施氮量的增加，葉面積指數整體呈增加趨勢；開花期T3F2 處理較其他各處理有顯著性差異；灌漿期葉面積指數最大值為T3F2處理。在玉米灌溉不足的情況下，加大氮肥施用量不僅造成肥料的浪費，也不利于玉米正常生長。

圖3 玉米全生育期LAI 變化

2.4 水氮耦合對玉米冠層覆蓋度的影響

冠層覆蓋度表征了玉米葉片生長和地表覆蓋的狀況。如表1 所示，在拔節期冠層覆蓋度均低于0.150，屬于低覆蓋度；大喇叭口期之后，冠層覆蓋度均在0.650以上，具有較高的冠層覆蓋度。不同水氮處理對玉米冠層覆蓋度影響較大，隨著灌水量的增加，冠層覆蓋度呈增加趨勢，最大值均出現在高水中肥（T3F2）處理下。

表1 各處理全生育期玉米冠層蓋度變化

2.5 水氮耦合對玉米地上干物質量的影響

從表2 數據可知，拔節期（播種后30～60 d）灌水量和施氮量對玉米地上干物質量變化影響不大；大喇叭口期影響較大（播種50～80 d），該生育期是玉米的關鍵需水期，充足的水分和氮肥供應有利于玉米的快速生長；開花期（播種60～90 d）地上干物質量隨灌水量和施氮量整體呈增加的趨勢；T3F2 處理在玉米灌漿期獲得了最大的地上干物質量，是一種較優的灌水施氮量組合；Logistic 函數可以較好地模擬各處理下地上干物質量與播種后生長天數之間的關系，R2均在0.95 以上。

表2 地上干物質量隨玉米播種后天數增長而變化的Logistic 函數擬合關系

3 結論與討論

基于滴灌節水灌溉技術，在甘肅省河西干旱區開展了不同灌溉定額和施氮水平對膜下滴灌玉米生長指標等方面的影響研究。從整體株高變化看，株高隨著灌水量的增加而增加。從全生育期各個水肥處理對徑粗的影響分析，隨著水分和氮肥量的增加，徑粗整體呈增加趨勢，T3F2 處理最大。玉米全生育期，葉面積指數呈先快速增長，隨后逐漸平緩的變化趨勢。隨著灌水量和施氮量的增加，冠層覆蓋度呈增加趨勢，冠層覆蓋度最大值出現在高水中肥（T3F2）處理，從拔節期到灌漿期，T3F2 處理較其他處理差異顯著。各處理玉米地上干物質量隨播種后天數均呈“慢—快—慢”的S 型生長曲線，R2均在0.95 以上。從整個生育期和處理綜合分析，水分不足將影響玉米地下和地上生物量，在水分供給良好的條件下，中度施氮量更有利于玉米地上和地下生物量的生長。