沙地水肥耦合对玉米生长及产量的影响

2018-07-06王美荣闫建文史海滨李仙岳丁宗江

节水灌溉 2018年6期

王美荣，闫建文，史海滨，李仙岳，丁宗江

(内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院，呼和浩特 010018)

0 引言

内蒙古河套灌区是国家和自治区重要的商品粮、油生产基地。水和肥是该地区发展农业过程当中两大关键性限制因子。正确的水肥利用规划，对农作物的需水量和吸收养分有所增加，并对农田小环境有所改变和达到作物产量提高。前几年就有研究工作者对此区作物需水及养分作了很多试验，且有一定的成就[1,2]。到目前为止大部分研究人员在盐渍化土壤上进行研究有：薛铸等采用盆栽试验研究不同盐分作用下对向日葵的影响确定了水盐双重胁迫条件下的水肥配合值[3]，已有研究人员在河套灌区针对盐渍化土壤水肥耦合对作物的生长影响做了大田试验[4,5]。得出了相应盐渍化土壤最佳的水肥用量。有研究人员在乌素沙地水肥耦合对苜蓿、玉米等作物的生长发育的研究，得出最优水肥用量比[6,7]。但很少有人针对河套灌区中的沙丘地做水肥耦合对作物的生长影响研究，本文以玉米为研究对象，探讨了河套灌区中的沙丘地上水肥耦合效应，为当地农业的发展提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

试验在木雷滩试验站进行，该站位于内蒙古自治区巴彦淖尔市磴口县沙金套海苏木东南方向，地理坐标在东经106°56′56″北纬40°31′37″左右，平均海拔为1 059 m左右；试验站属于乌兰布和沙漠地区。试验期间最高气温为42.42 ℃，最低气温为-21.6 ℃，年降雨量170.9 mm，4月-9月降雨量为141.5 mm，蒸发量约为381.8 mm，日照时数3 209.5 h，作物生长期光合有效辐射1.68×105 J/cm2，无霜期136～144 d。平均风速2.57 m/s，其特征是冬寒漫长，春秋短暂，夏季炎热，降水量少，气候干燥，风沙多，0～100 cm土层土壤体积质量平均为1.59 g/cm3左右，耕层土壤田间持水率14.03%，当地常见的种植作物种。

1.2 试验设计

玉米品种选用郑旦958，高产、稳产、优质、适应性广。株高240～250 cm，穗位高100～110 cm左右，穗长24 cm，穗行数14～16行，籽粒黄色，半马齿型，果穗简型，出籽率88%～90%，千粒重300～350 g,抗倒伏，较耐旱。所使用的氮肥为尿素，含氮量为46%，磷肥为(NH4)2HPO4，含P元素46%～52%。

试验设计中包括灌溉定额及施氮量两个因素。玉米生育期内共灌水3次，灌溉定额分为3个水平，包括2 925、2 250、1 575 m3/hm2，施氮量分为4个水平，包括0、125、225和325 kg/hm2，玉米生长的拔节期、大喇叭口期和灌浆期进行灌水。追肥在拔节期和灌浆期各追1/2，处理分别W3N0、W2N0、W1NO、W3N1、W2N1、W1N1、W3N2、W2N2、W1N2、W3N3、W2N3和 W1N3共12个处理。详见表1 。磷肥作为底肥一次性施入，施用量与当地农户相同，氮肥和磷肥混合使用，大约为450～600 kg/hm2。试验小区面积为9×10 m2。试验以株距30 cm，行距50 cm进行种植玉米。小区间由宽50 cm，高30 cm的田垄分隔开，防止各小区水肥互窜，田间农业管理与当地农户一致，浇灌方式为畦灌，用水表来控制水量。

表1 水肥试验处理

测定作物生态指标：株高、茎粗、叶面积。

茎粗使用游标卡尺来测得，株高、叶面积用卷尺测量，株高测定是从植株根部到植株的生长点，叶面积的测定是从叶尖到叶基的长度与离叶基1/3处的叶宽计算得到；其中，叶面积S=0.75×叶长A×叶宽B，叶面积指数LAI=叶片总面积/土地面积,测定玉米产量：3个收获区中每个处理都选定4×5 m进行收获，将收获的玉米按从大到小的顺序排定并随机挑选15穗进行考种，考种包括穗粗、穗长、秃尖长、穗行数、行粒数、穗粒数及千粒重。硝态氮含量采用紫外分光光度计测定，硝态氮的累积量=土层厚度×土壤容重×土壤硝态氮含量/10[8]，利用Excel进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 不同水氮处理对玉米株高的影响

图1中表示了在玉米生长不同日期内各种水氮配合比的株高变化。在玉米发育前期，农作物的株高增速极快，到了抽雄期以后它基本没有变化。而在相同的水分状态下玉米株高在前期有明显的差异，但是在生育期后期的变化并不是很明显，说明玉米在生育的前期对水分比较敏感。三个水分当中，低水处理的株高低于其他两个处理，说明玉米的株高对水分的供给有一点的要求。施氮肥处理玉米株高明显比不施肥处理要高，但并不是简单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、灌浆期和成熟期时，株高都是随着施氮量的增加而增加。但是施氮量在225～325 kg/hm2时变化并不是很明显。玉米在高水处理下施氮量在225～325 kg/hm2之间对玉米株高的生长最有利。

图1 高、中、低水不同氮肥处理玉米株高变化

2.2 不同水氮处理对玉米茎粗的影响

从图2中可得到在同一水分状态下，玉米茎粗的在生长过程当中，变化的走势：茎粗生长从苗期到拔节期迅速的增粗，之后在第三个阶段增粗缓慢，直到茎粗从灌浆期到成熟期几乎没有变化。从整体来看对于茎粗来说，不施肥处理的茎粗明显比施肥的要细，灌水量都在中水处理下，而氮肥施用量在325 kg/hm2时茎粗增加效果明显。不施肥处理的茎粗明显比施肥要细。对于玉米的茎粗的增加在中水高氮即W2N3处理下有利于增加。

图2 高、中、低水不同氮肥处理玉米茎粗变化

2.3 不同水氮处理对玉米叶面积指数的影响

图3中是玉米在土壤水分差异的情况叶面积的不同，跟着粮食产物的日期的进行，叶面积的整体前升后降的趋势。在叶面积增长这一阶段(拔节期-抽雄期)，可以明显看出高水及中水处理的叶面积数值远高于低水处理，抽雄期到灌浆期是对整个春玉米产量形成关键的时期，中水和高水处理的下降趋势较低水处理比较平缓。在灌浆期至成熟期时，不同水处理的叶面积都急剧下降。在相同水分处理下，氮肥施用量在225～325 kg/hm2之间，玉米的叶面积显著高于其他处理。在相同的不追肥的处理下，高水处理的玉米的叶面积显著高于其他两个水处理，说明肥料不足时加大灌溉水量有助于叶面积的增加。高水处理的叶面积指数最大，最高达到4.77，在不同水处理下叶面积都是随着施氮量的增加而增加。

图3 高、中、低水不同氮肥处理玉米叶面积指数的变化

2.4 不同水氮处理对玉米籽粒产量与增产率的影响

由图4的籽粒产量可以看出，在低水处理下，玉米籽粒产量随着施氮量的增加而增加，而且施加氮肥的增产效果非常明显。而在施氮量为125～225 kg/hm2之间，籽粒的产量并没有太大的变化。在中水处理下玉米籽粒产量,随着施氮量的增加籽粒产量也是在增加，但是在施氮量在225 kg/hm2之后，反而会对籽粒产量造成抑制的情况。是因为水分的缺失限制了氮肥的利用率。在高水处理下，玉米籽粒的变化情况与低水处理变化情况基本一样。在氮肥施用量相同的情况下中水处理的籽粒产量的数值最大为13 174 kg/hm2。在相同的水分状态下，施氮量的增加会使籽粒产量增加。但是增加氮肥量他们的增产效果不一样。

图4 高、中、低水不同氮肥处理玉米籽粒产量和增产率的变化

根据增产率可以得出：在低水处理下，施氮量为325 kg/hm2时，比不施氮肥的增产效果最好。在中水处理下，施氮量为225 kg/hm2时，增产效果明显且在整个处理情况下中水中肥的处理产量最高。在高水处理下，施氮量为325 kg/hm2时，增产率最大达到32.47%。在使用结论是必须结合当地的水资源的多少来具体确定施氮量的用量。中水处理当中，施氮量为225和325 kg/hm2时，产量的差异性不大，是因为施氮量的增加，由于水分供应不足导致氮肥利用率的降低。另外在高水处理中，施氮量为325 kg/hm2时，与其上的产量的差异性不大。水分供应充足以后，对于沙地来说，保水性能差，同时肥料也随着土壤中的水分被淋溶到地下深层水当中，对于作物来说，导致植物吸收的氮肥减少，从而产量没有提高。

2.5 不同水氮处理对水分利用率的影响

图5为不同水肥处理的水分利用率变化图，由图可知，W2N2的WUE最高，其次是W2N3，W1N0的WUE最低，由水分利用效率W1N0

图5 高、中、低水不同氮肥处理水分利用率的变化

2.6 土壤中硝态氮的积累量与产量的关系

长期大量施用氮肥会使土壤中硝态氮的累积，随着氮肥的投入量的增加，大田中的硝态氮的累积含量增大[9-11]。表2中的3个处理都是随着土壤的深度加深，土壤中的硝态氮在随着深度增加，这说明氮肥在提供给植物时，植物吸收不完全，随着水分向下运动。在0～100 cm的3个不同水分处理硝态氮累积量分别为11.276、19.454、66.09 kg/hm2。

表2 W1N3、W2N3和W3N3处理硝态氮累积量

同样的施氮量，不同的灌水量导致的结果，对比其产量看，高水产量为12 284 kg/hm2、中水产量11 638 kg/hm2、低水产量10 312 kg/hm2。施氮量相同时，说明了水分对植物吸收土壤中的硝态氮有明显的作用，水分越高，土壤当中的硝态氮的累积量越少，其植物对硝态氮的利用率越高，从而产量也有所增加。从图6可以看出硝态氮的累积量和产量的相关性较好为R2=0.999 5。得出在同一施肥水平下，增加灌水量有利于作物对氮肥的吸收，但灌水量太大，导致土壤养分向下迁移。