不同水肥条件对滴灌制种玉米产量 和水分利用效率的影响

张立勤，车宗贤，崔云玲，崔增团，万 伦

(1.甘肃省农业科学院土壤肥料与节水农业研究所，兰州 730070；2.甘肃省耕地质量建设管理总站，兰州 730020)

甘肃灌区光热土地资源丰富，自然隔离条件相对优越，是我国最大的杂交玉米种子生产基地，制种玉米也是该区促使农业增效、农民增收的支柱型产业[1-3]。但由于地处我国西北干旱区，降水稀少且时空分布不均，蒸发强度大，缺水一直是限制该区农业发展的关键因素，也是制约区内制种玉米产业发展壮大的主要瓶颈。研发和大面积推广应用农田节水新技术，有效提高水资源利用效率，是促进甘肃灌区制种玉米产业持续健康发展的重要途径。近年来，膜下滴灌水肥一体化技术因节水、增产、增收效果明显[4-7]，在甘肃灌区制种玉米生产中发展较快。但跟踪调查结果显示，由于缺乏科学的水肥利用参数，技术在应用过程中仍然参照传统漫灌模式进行灌水和施肥，盲目灌溉和过量施肥现象普遍，作物水肥利用效率不高, 生产成本居高不下，在很大程度上影响了技术应用成效，迟滞了水肥一体化技术的推广应用。围绕制种玉米水肥利用以及玉米在滴灌条件下的水肥制度，国内已开展了较多研究[8-16]，但在水肥一体化模式下，针对制种玉米水肥利用的报道相对较少。本试验通过研究不同水肥条件对制种玉米生长和产量的影响，以期为建立制种玉米水肥一体化高效灌溉制度和科学施肥体系、推动水肥一体化技术快速推广应用提供科学依据。

1 试验材料及方法

1.1 试验地概况

试验于2016年4-10月在甘肃省景泰县条山农场进行。试验地位于103°33′～104°43′E，36°43′～37°38′N，多年平均降雨量185.6 mm，≥10 ℃的有效积温3 038.4 ℃，通过黄河水提灌实施灌溉。试验4月30日播种母本，10月17日收获，期间降水量192.1 mm，其中≥5 mm的有效降水159.2 mm，具体见图1。试验地耕层(0～20 cm)土壤养分含量见表1。

图1 试验期间月降雨量

表1试验地耕层(0～20cm)土壤肥力状况[甘肃景泰(2016年)]

土层深度/cm有机质/%全氮/%全磷/%全钾/%水解氮/(mg·kg-1)速效磷/(mg·kg-1)速效钾/(mg·kg-1)全盐/%pH0～201.280.0920.0822.3870.345.5165.50.0688.54

1.2 试验设计及方法

试验采用大区无重复设计,共设6个处理，分别为优化灌水、常规施肥(WMFC)；优化灌水、平衡施肥(WMFO)；优化灌水、减量施肥(WMFL)；优化灌水、充分施肥(WMFH)；充分灌水、平衡施肥(WHF0)；亏缺灌水、平衡施肥(WLFO)。不同处理灌溉定额、施肥量和滴水施肥次数见表2。各处理均采用免冬灌干播湿出栽培，不灌冬水，母本播种后即刻滴水1次，定额为450 m3/hm2，剩余水量分别在母本出苗-拔节，拔节至大喇叭口，大喇叭口至抽雄，抽雄至灌浆中期，灌浆中期至成熟5个生长阶段滴入，各阶段均滴水2次，灌水定额分别占剩余水量的15%、18%、22%、25%、20%；WMFC处理全部磷肥和30%氮肥基施，其余40%和30%氮肥分别于母本拔节和抽雄期追施，其他处理不施基肥，所有肥料均通过滴灌系统分10次随水追施。种植带幅90 cm，采用幅宽70 cm地膜，实施条膜覆盖，膜间距40 cm。亲本均在膜面种植，母本行距45cm，株距21 cm，种植密度105 825 株/hm2，父本分两期播于膜面两行母本中间，5月12日播种1期，5月17日播种2期，株距30 cm，种植密度37 050 株/hm2。试验区面积10.8 m×25 m=270 m2，随机排列。供试制种玉米品系为GK163，滴灌带滴头间距30 cm，流量1.4 L/h，敷设于膜下正中。

表2 不同处理灌水及施肥情况

1.3 测定项目与方法

(1)土壤水分。在播种前、收获后及制种玉米生长期测定0～100 cm土层土壤含水量。每个处理区内沿斜线确定3个采样点，每个采样点在膜下滴灌带滴头正下方和膜间各确定1个测点，土钻取土，用烘干法进行测定。测定土层依次为0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm。0～100 cm测定值加权平均。

(2)生育期耗水量及水分利用效率。生育期耗水量：根据田间水分平衡方程式计算：

ET=P+I+G±ΔW

(1)

式中：ET为制种玉米生育期耗水量，mm；P为播种至收获期有效降水量，mm；I为生育期灌水量，mm；G为作物利用地下水量，mm。

由于试验地地下水埋深20 m以上，因此取G=0；ΔW为播种～收获期0～100 cm土层土壤贮水量的变化(mm)，具体按公式ΔW=(播种前体积含水量-收获后体积含水量)×1 000 mm计算。

水分利用效率：

WUE=Y/ET

(2)

式中：Y为制种玉米母本籽粒产量，kg；ET为制种玉米生育期耗水量，mm。

(3)收获时每区随机确定面积27 m2的3个测产区，分区计产、考种。

(4)用DPS软件对测定数据进行统计分析。

2 试验结果与分析

2.1 不同水肥条件下制种玉米的产量表现

滴水和施肥对制种玉米的产量均有重要影响(表3)，不同处理产量在5 640.0～9 360.0 kg/hm2范围内变化，其中WMFH处理产量最高，比其他处理增产120.0～3 720.0 kg/hm2，其次为WMFO处理，比其他处理增产1 395.5～3 600.0 kg/hm2，且与处理WMFH之间的产量差异不显著。对比分析不同处理的产量结果可以看出，在平衡施肥(FO)条件下，随灌溉定额增加，制种玉米产量呈先增加而后降低的变化趋势，在优化灌水(WM)条件下的产量最高，分别比充分灌水(WH)和亏缺灌水(WL)增产1 600.0～2 280.0 kg/hm2，表明在膜下滴灌水肥一体化栽培条件下，并不是灌水越多，制种玉米产量越高，在4 200 m3/hm2基础上适度降低灌溉定额，制种玉米产量增加，但过度减少灌溉定额至2 700 m3/hm2时，制种玉米产量下降；在优化灌水(WM)条件下，传统施肥(WMFC)处理产量最低，比其他处理减产2 205.0～3 720.0 kg/hm2。在各水肥一体化处理中，随施肥量的增加，制种玉米产量持续增加，但施肥量高于N 270 kg/hm2、P2O590kg/hm2、K2O 54 kg/hm2的平衡水平继续增大时，肥料对产量的贡献力下降，增产效果不再显著。

表3 不同水肥条件下制种玉米的产量表现

2.2 灌水和施肥对制种玉米水分利用的影响

在滴灌水肥一体化栽培条件下，受灌水次数多、土面蒸发剧烈和作物蒸腾多方面因素的共同影响，0～20 cm土层土壤水分变化较为敏感，进入拔节期(6月15日)后，灌水和施肥对其影响较大(图2)，相同施肥条件下，灌溉定额高的处理，不同生长阶段0～20 cm土层的土壤含水量也相对较高，与灌水相比，施肥水平对其影响相对弱化，在相同灌水条件下，尽管不同施肥处理间土壤水分也存在一定差异，但变化规律不明显。0～100 cm土层土壤水分含量除受灌水条件的影响外，制种玉米的生长状况对其影响也较大(图3)，处理WLF0不同生长阶段的土壤含水量均低于WHF0和WMF0，但WHF0和WMF0之间土壤水分差异规律不明显。灌溉定额相同的不同施肥处理之间0～100 cm土层土壤水分变化与0～20 cm土层相同，也无明显规律。

图2 不同处理0～20 cm土层田间土壤水分变化

图3 不同处理0～100 cm土层田间土壤水分变化

2.3 灌水和施肥对制种玉米水分利用效率的影响

在不同水肥条件下，制种玉米生育期耗水量在441.2～575.1 mm范围内变化(表4)，表现出随灌水定额增加耗水量也随之增大的变化趋势。充分灌水处理(WHFO)耗水量最大，亏缺灌水处理(WLFO)耗水量最低。在优化灌溉定额(WM)条件下，传统施肥处理(WMFC)耗水量最大，平衡施肥处理(WMFO)耗水量相对低于减量施肥(WMFL)和充分施肥处理(WMFH)，充分施肥(WMFH)和减量施肥(WMFL)处理二者之间耗水量差异不明显。

表4 不同水肥条件下制种玉米的水分利用效率

注：降雨量为播种期至收获期有效降水。

制种玉米产量水平和生育期耗水量直接影响水分利用效率，各处理中，WMFO处理水分利用效率显著高于其他处理，比其他处理增加1.13～9.38 kg/(mm·hm2)，增幅6.07%～91.02%。在平衡施肥(FO)条件下，灌溉定额从亏缺水平(WL)增加到优化水平(WM)时，水分利用效率也显著增加，继续增加灌水量至充分灌溉水平(WH)时，水分对产量的贡献力下降，水分利用效率随之降低。在优化灌水(WM)条件下，制种玉米水分利用效率受产量水平的影响较大，除平衡施肥(WMFO)处理外，其他处理均表现出产量水平高、水分利用效率也相对较高的变化趋势。

2.4 不同水肥条件下制种玉米种植效益比较

产量水平和生产成本直接决定制种玉米的种植收益。在年度试验中，各处理因施肥及灌水不同，在生产成本方面有所差异，但水肥投入对种植效益的影响相对较小(表5)，不同处理纯收益的高低主要受产量水平的影响，产量高的处理纯收益也相对较高。各处理中，WMFH纯收益最高，为39 762.0 元/hm2，其次为WMFO，纯收益仅比WMFH减少130.5 元/hm2，但比其他处理增加7 779.0～21 912.0 元/hm2，产投比变化趋势与纯收益类似，处理WMFO最高，比其他处理增加0.09～1.41。

表5 不同栽培模式下制种玉米收益对比

注：水价:1.00 元/m3(含黄河水提灌和滴灌供水及过滤所用电费),玉米种子出售价6元/kg,各处理滴灌系统、地膜及种子投入相同，分别为4 251.0 元/hm2(含滴灌系统折旧450 元/hm2)和1 875.0 元/hm2，在表中投入项没有列出。

3 结 语

(1)膜下滴灌水肥一体化栽培条件下，适宜的灌溉定额和施肥量均有利于制种玉米增产，灌溉定额偏低(2 700 m3/hm2)，制种玉米减产明显；过量增施肥料，增产不显著。水分利用效率随灌溉定额的增加先增大后降低，在优化灌溉定额(3 450 m3/hm2)水平最高。施肥量高于平衡施肥条件(N 270 kg/hm2、P2O590 kg/hm2、K2O 54 kg/hm2)继续增大时，制种玉米水分利用效率下降。

(2) 制种玉米种植收益受产量水平的影响较大，产量高的处理纯收益也相对较高。与产量相比，水肥投入带来的生产成本差异对纯收益的影响不明显。

(3)在灌溉定额3 450 m3/hm2、施N 270 kg/hm2、P2O590 kg/hm2、K2O 54 kg/hm2条件下，制种玉米产量较高，水分利用效果及种植效益相对优化。与其他处理相比，增产1 395.5～3 600.0 kg/hm2，水分利用效率提高1.13～9.38 kg/(mm·hm2)，种植纯收益增加7 779.0～21 920.0 元/hm2，产投比增加0.09～1.41。可作为滴灌水肥一体化条件下制种玉米的优化水肥用量进行应用。