北疆无膜浅埋滴灌对玉米产量及经济效益的影响

陈江鲁，丁变红，张小伟，张庭军，孙志远，陈永生，蒋兴星

（1. 新疆生产建设兵团第六师农业科学研究所，新疆 五家渠 831300；2. 新疆生产建设兵团第六师奇台农场农业发展服务中心，新疆 五家渠 831300；3. 新疆生产建设兵团第六师农业技术推广站，新疆 五家渠 831300）

新疆维吾尔自治区光热资源丰富、昼夜温差大，是灌溉农业区，非常适宜作物生长[1‐2]。但是该区气候干燥、降雨量少、蒸发量大，水资源短缺是限制该区农业可持续发展的主要因素。覆膜和滴灌等节水灌溉技术的引入有效提高了该区作物的产量和灌溉水利用效率[3‐4]。覆膜能有效降低土壤水分蒸发，提高表层土壤温度，使土壤保持适宜的水热条件[5]。滴灌系统可以将肥料随水施入土壤中，保证适量的水和肥料稳定地到达作物根部。覆膜滴灌技术是将作物覆膜栽培种植技术与滴灌技术相结合的一种高效节水灌溉技术[6]，具有节肥、节水、省工、增产、增效等诸多优点，对促进干旱区农业发展具有重要的作用[7‐10]。但是，由于重使用、轻回收，农用塑料薄膜的回收率仅为5%[11]，致使我国地膜残留污染问题日益凸显[12]。为解决这一难题，2012 年新疆维吾尔自治区阿勒泰地区青河县进行了27 hm2饲草料地浅埋滴灌试验，该技术的应用减轻了劳动强度，促进了农业发展[13]。无膜浅埋滴灌技术是在不覆地膜的前提下，采用宽窄行种植模式，一般窄行35～40 cm，宽行65～70 cm，利用浅埋滴灌专用播种机播种，同时将滴灌带埋设于窄行中间深3～5 cm 处，实现播种、施肥、铺带、覆土一次完成。全生育期按照作物生长发育规律，通过输水管道定时定量滴水滴肥，从而实现节本、提质增效。自2013 年起，在新疆维吾尔自治区青河县阿苇灌区等地对浅埋滴灌技术进行示范推广，新疆生产建设兵团、新疆农业大学等也开展了有关浅埋滴灌牧草种植方面的研究工作[14‐15]。新疆维吾尔自治区在棉花种植过程中将无膜栽培与地下滴灌技术相结合，减轻了地膜污染的同时降低了灌溉水的无效消耗[16]。由于浅埋滴灌技术的不断革新和完善，其优势愈加明显，取得了较好的效果[17‐19]，逐渐被广大农牧民认可和接受，其应用面积不断扩大，应用作物种类不断增多。目前，无膜浅埋滴灌技术应用主要集中于牧草[13‐16]、棉花[17]、青贮玉米[18]等作物，在普通玉米上的研究较少，且主要集中于单一玉米品种[19‐21]，对于不同熟期玉米品种覆膜滴灌与无膜浅埋滴灌产量和经济效益的对比研究鲜见报道。为此，探讨无膜浅埋滴灌对玉米生育进程、农艺性状、产量及经济效益的影响，为北疆干旱地区玉米的高产、节水、高效栽培以及灌溉农业的可持续发展提供理论依据和技术指导。

1 材料和方法

1.1 试验区概况

试验于2019 年在新疆生产建设兵团第六师农业科学研究所试验示范基地（87°25´E、43°18´N）进行，该地海拔为401 m，近10 a玉米生长季（4—10月）内年平均降雨量为60.5 mm，日平均温度为20.8 ℃，日照时间为1 673.3 h，全年≥10 ℃积温为3 599.5 ℃，年均无霜期为182.6 d。试验田土质为壤土，含碱解氮53.4 mg/kg、速效磷48.1 mg/kg、速效钾101.7 mg/kg、有机质14.2 g/kg，pH值为7.9。

1.2 试验设计

试验采用裂区设计，滴灌方式为主区，设膜下滴灌（F1）和无膜浅埋滴灌（F2）2 种方式；品种为副区，玉米品种分别为早熟品种KWS2030（P1，≥10 ℃有效积温为2 000 ℃）、中熟品种KWS9384（P2，≥10 ℃有效积温为2 300 ℃）和晚熟品种KWS3564（P3，≥10 ℃有效积温为2 900 ℃）。试验小区面积均为150 m2，设置3 次重复。基施65 kg/hm2N、105 kg/hm2P2O5、34.5 kg/hm2K2O，生育期内随水滴灌施271 kg/hm2N。4月27日播种，人工点播，采用70 cm+40 cm 宽窄行配置，密度绳控制株距，株距为20 cm，种植密度为9.0×104株/hm2。适时进行田间化控，防止杂草和病虫害的发生，其他管理与大田生产相同。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 生育进程 玉米生育进程记载按照李少昆等[22]的方法进行。

1.3.2 农艺性状 吐丝期，选取长势一致的玉米5株，用直尺测量株高、穗位高、重心高、基部节间长度。用数显游标卡尺测量基部节间茎粗。计算穗位系数和重心系数，穗位系数=穗位高/株高×100%，重心系数=重心高/株高×100%。

1.3.3 干质量 在玉米拔节期、大喇叭口期、吐丝期、灌浆期和成熟期），每小区随机选取3 株长势均匀的玉米植株，用剪刀沿土壤表面将植株剪下，去除表面污垢后用剪刀将茎、叶、穗分离，放入烘箱于105 ℃杀青0.5 h，再于75 ℃烘至恒质量，最后用电子天平称质量。

1.3.4 产量及其构成因素 在玉米成熟后，各处理去除边行，收获全部穗，称鲜质量。按平均穗质量取20个穗脱粒称质量，计算出籽率。用谷物水分测定仪（PM-8188）测定籽粒含水量。按国家粮食水分标准14.0%计算产量。通过田间调查和室内考种获取穗数、穗粒数、千粒质量等[23]。并根据生产成本计算经济效益。具体生产成本见表1。

表1 不同滴灌方式玉米生产环节的成本元/hm2Tab.1 Cost of maize production under different drip irrigation methodsYuan/ha

续表1 不同滴灌方式玉米生产环节的成本元/hm2Tab.1（Continued） Cost of maize production under different drip irrigation methodsYuan/ha

1.4 数据处理

采用Excel 2013 进行数据处理，利用SPSS 23.0软件进行方差分析和多重比较（LSD法）。

2 结果与分析

2.1 无膜浅埋滴灌对玉米生育进程的影响

由表2 可知，3 个玉米品种同一天播种，与膜下滴灌处理相比，无膜浅埋滴灌处理出苗时间均晚2 d，吐丝日期均晚3 d，成熟日期晚4～5 d，3 个玉米品种都能正常成熟，膜下滴灌处理加速了玉米营养生长和生殖生长，缩短了生育期。膜下滴灌处理生育期最短的品种是P1，从播种到成熟只需要115 d；无膜浅埋滴灌处理生育期最长的品种是P3，从播种到成熟需要151 d。

表2 无膜浅埋滴灌对玉米生育进程的影响Tab.2 Effect of shallow-buried drip irrigation without film on maize growth process

2.2 无膜浅埋滴灌对玉米农艺性状的影响

由表3可知，品种、滴灌方式及其二者交互作用对玉米株高、穗位高、重心高、穗位系数、重心系数均有极显著的影响；另外，品种对基部节间茎粗、基部节间长度、基部节间长粗比均有极显著影响，滴灌方式对基部节间茎粗、基部节间长度均有极显著影响，品种与滴灌方式的交互作用对基部节间长粗比有显著影响。

表3 无膜浅埋滴灌对玉米农艺性状的影响Tab.3 Effects of shallow-buried drip irrigation without film on agronomic characters of maize

由表3可知，无膜浅埋滴灌处理玉米株高、穗位高、重心高、穗位系数、重心系数、基部节间茎粗、基部节间长度、基部节间长粗比（P1除外）均高于膜下滴灌处理；早熟玉米品种株高、穗位高、重心高、穗位系数、重心系数、基部节间茎粗均小于晚熟品种，早熟玉米品种基部节间长度和基部节间长粗比均大于晚熟品种。总体来看，株高、穗位高、重心高、穗位系数、重心系数、基部节间茎粗均以P3F2 处理最高，基部节间长度、基部节间长粗比分别以P1F2、P1F1处理最高。

2.3 无膜浅埋滴灌对玉米干质量的影响

由表4 可知，拔节期，品种、滴灌方式及两者交互作用对玉米干质量均无显著影响。大喇叭口期，品种对干质量有极显著影响，晚熟品种干质量高于早熟品种；滴灌方式及其与品种的交互作用对干质量均无显著影响。吐丝期，品种对干质量有极显著影响，晚熟品种干质量高于早熟品种；滴灌方式对干质量有显著影响，膜下滴灌处理干质量高于无膜浅埋滴灌处理；品种与滴灌方式的交互作用对干质量无显著影响。灌浆期和成熟期，品种对干质量均有极显著影响，总体上晚熟品种干质量高于早熟品种；滴灌方式对干质量无显著影响；滴灌方式对干质量均无显著影响；品种与滴灌方式的交互作用对干质量均有极显著影响，灌浆期以P3F1 处理最高，成熟期以P3F2处理最高。

表4 无膜浅埋滴灌对玉米干质量的影响Tab.4 Effects of shallow-buried drip irrigation without film on dry quality of maizekg/hm2

2.4 无膜浅埋滴灌对玉米产量及其构成因素的影响

由表5可知，品种、滴灌方式及两者的交互作用对玉米穗数均无显著影响。品种对穗粒数、千粒质量、产量均有极显著影响，晚熟品种穗粒数、千粒质量均高于早熟品种，产量表现为晚熟品种>中熟品种>早熟品种。滴灌方式对穗数、穗粒数、千粒质量、产量均无显著影响。不同处理间穗数无显著差异。无膜浅埋滴灌处理穗粒数高于膜下滴灌处理，增幅为3.1%～7.3%，但差异不显著。对于P2、P3 来说，无膜浅埋滴灌处理产量高于膜下滴灌处理，分别提高0.9%、6.0%；对于P1 来说，无膜浅埋滴灌处理产量低于膜下滴灌处理；但差异均不显著。千粒质量的表现趋势与产量相反。品种与滴灌方式的交互作用对千粒质量有显著影响，以P3F1 处理最高，为370.4 g，显著高于P1F1、P1F2 处理，与其他处理差异不显著。总体来看，穗粒数和产量均以P3F2处理最高，分别为606.0 粒和19 471.9 kg/hm2。综上，与膜下滴灌处理相比，无膜浅埋滴灌可以提高玉米穗粒数和中晚熟品种产量。

表5 无膜浅埋滴灌对玉米产量及其构成因素的影响Tab.5 Effects of shallow-buried drip irrigation without film on maize yield and its components

2.5 无膜浅埋滴灌对玉米经济效益的影响

由表6 可知，不同滴灌方式间比较，3 个玉米品种膜下滴灌处理生产成本均较无膜浅埋滴灌处理提高9.0%，主要用于地膜及机械清理方面；产投比、经济效益均表现为无膜浅埋滴灌处理高于膜下滴灌处理，增幅分别为12.0%～23.1%、2.8%～13.1%；P2、P3产值均表现为无膜浅埋滴灌处理高于膜下滴灌处理，增幅分别为0.6%、5.7%，P1 反之。不同品种间比较，产值、经济效益和产投比均表现为P1

表6 不同滴灌方式下玉米经济效益万元/hm2Tab.6 Economic benefits of maize under different drip irrigation methods×104 yuan/ha

3 结论与讨论

地膜覆盖适用于播种出苗期有短期低温冷害的地区[24]。研究表明，覆膜比裸地种植玉米能提高0～5 cm 表层地温2.4～3.6 ℃/d，以苗期增温效应最明显，随着玉米生长发育，群体郁闭程度增加，其增温效果变差[25]。地膜覆盖通过改变土壤温度来促进出苗，加速作物的生长发育[26‐27]。LI 等[28]研究发现，与裸地种植相比，覆膜种植小麦出苗和穗分化显著提前。本研究发现，无膜浅埋滴灌处理玉米生育期较膜下滴灌处理延长4～5 d，这与前人[26‐28]研究结果类似。另外，同一品种在无膜浅埋滴灌条件下，株高、穗位高、重心高、穗位系数、重心系数、基部节间茎粗、基部节间长度、基部节间长粗比总体上均高于膜下滴灌处理。

ZHANG 等[29]研究发现，膜下滴灌处理玉米较露地滴灌处理增产5.9%～8.8%。王罕博等[30]研究发现，旱作条件下覆膜处理玉米较露地处理增产15.3%。本研究发现，早熟玉米品种千粒质量在无膜浅埋滴灌条件下显著高于膜下滴灌；无膜浅埋滴灌处理穗粒数较膜下滴灌处理提高3.1%～7.3%；早熟玉米品种产量在无膜浅埋滴灌条件下略低于膜下滴灌，中、晚熟玉米品种产量较膜下滴灌处理提高0.9%～6.0%。这与前人[29‐30]研究结果略有不同，可能是因为在作物生长发育后期地膜覆盖的增温效应不仅对生长发育、养分吸收和产量形成没有太多实际意义，还会加速作物根系早衰，缩短叶片和根系等营养器官吸收光合同化产物的时间[31]。也有研究表明，短期内地膜覆盖技术有较好的保墒能力和显著的增产效果，但是长期使用会造成土壤有机质大量分解和养分消耗，降低土壤吸水能力，使土壤水肥含量下降，并且作物产量也有逐年下降的趋势，且随着覆膜年份的增加残膜污染越来越严重[32]。本研究发现，覆膜滴灌处理生产成本比无膜浅埋滴灌处理高，无膜浅埋滴灌处理经济效益较膜下滴灌处理提高2.8%～13.1%，这与梅园雪等[19]研究结论相似。

综上所述，与膜下滴灌技术相比，无膜浅埋滴灌技术在保证玉米能够正常成熟的前提下，总体上可以提高玉米穗粒数和产量，并提高经济效益和产投比，以中晚熟品种表现较好，适宜在中西部半干旱区大面积推广应用，经济效益可观、生态效益明显，具有极其广阔的推广前景。