膜下滴灌水氮耦合对玉米水分产量的影响研究

王文婷，贾丽炯，王多平

（兰州资源环境职业技术大学，甘肃 兰州 730021）

0 引言

甘肃省河西地区水资源有限，降雨偏少，蒸发量大。玉米作为当地重要的大田作物，栽培面积较大，广泛采用了滴灌等节水灌溉技术。在该地区玉米栽培中，水氮管理比较粗放，最优水肥策略尚未明确。为了研究膜下滴灌水肥耦合设计对玉米水分产量的影响，在不同水分梯度和施氮梯度下，探究各生育时期玉米土壤平均耗水量变化特征、不同处理对产量构成因素及水分利用效率WUE的影响、产量构成因素及水分利用效率WUE的变化规律、玉米耗水量ET与产量关系等，分析不同水肥处理对玉米水分产量的影响，确定合理的灌水量和施肥量组合。

1 材料与方法

1.1 实验区概况

试验位于在甘肃省武威市民勤县勤锋保护站，属典型的大陆性荒漠气候。多年平均气温7.80℃，多年平均降雨量为110 mm，蒸发量为2 644 mm，日照时效3 028 h，0℃以上积温为3 550℃，无霜期达162 d，最大冻土埋深115 cm，降雨主要集中在7、8、9三个月，占全年的90%以上。试验区土质为均质砂壤土，平均田间持水量和容重分别为20%和1.58g/cm3。年度降雨量为100.70 mm，玉米生育期降雨量为82.50 mm，有效降雨量为42.20 mm，8 月份降雨量最大为26 mm，依次是6 月份为20.70 mm，9月份16.50 mm。玉米生育期最高气温为37.70℃，月平均最高气温在7月份为34.40℃，月最低气温在4月份为6.10℃。

1.2 田间试验设计

试验玉米品种为“先玉335”，共设置9个小区，每个小区设定3膜，每膜种植3行玉米，玉米行、株距为40 DN 30 cm，共设置3个水分处理（T1、T2、T3）及3个氮肥处理（F1、F2、F3），滴灌带一膜两行铺设在玉米种植带中间，T1、T2、T3 处理灌水量依次为375、450、525 kg/hm2，分别在苗期，拔节期，大喇叭口期，抽雄期，开花期，灌浆期各灌水1 次，通过水表可读取灌水量；各个灌水处理分别设定F1、F2、F3 三个氮肥梯度，纯氮量（尿素含氮量46.6%）分别为150、300、450 kg/hm2，按拔节期：大喇叭口期：开花期为3∶5∶2施肥，施肥时直接称量通过文丘里施肥器施入，分别在拔节期和大喇叭口期施入。2021 年4 月25 日播种，10月2日收获。

1.3 测试项目及方法

1.3.1 土壤水分测定利用烘干法测定土壤水分，每次灌水前、后1 天通过土钻取土0～100 cm，降雨后加测一次。

1.3.2 产量测定玉米收获后，测定每个小区产量。主要确定玉米穗重（g）、百粒重（g）、穗粒数、和地上干物质重量（g）等指标。

1.3.3 玉米生育期耗水量计算

式中：ET—耗水量；T—生育期内灌水量（mm）；P—有效降水量（mm）；U—生育期内地下水补给量（mm）；地下水埋深较大，一般为0；D—生育期内排水量，无地下排水量，取0；△W—时段内土壤水分的变化量（mm）。

1.3.4 水分利用效率计算

水分利用效率（WUE）即每单位耗水量的玉米籽粒产量，由下式表示：

式中：ET—作物耗水量，（mm）；Y—单位面积上的作物经济产量（kg/hm2）。

1.4 数据处理

采用Microsoft Office Excel 2010 软件进行数据处理，采用Microsoft Office Excel 2010 软件和Origin Pro 2018 软件进行绘图，IBM SPSS Statistics22.0 软件对各指标进行方差分析及显著性检验。

2 结果与分析

2.1 不同处理土壤平均耗水量变化特征

作物水分的消耗途径主要为蒸腾蒸发量和棵间蒸发，一般旱田地下渗漏和地表径流可忽略，降雨是补充作物需水的重要途径。研究表明，随着灌溉水量的增加，玉米耗水量也在相应增加。对于低水平灌水量，其平均耗水量为282.94 mm，中水平灌水量，其平均耗水量为327.51 mm，高水平灌水量，其平均耗水量为368.34 mm；高水平灌水出现了最大耗水，低水平灌水表现出了最小的耗水量。对于同一灌水水平，不同施肥量对玉米耗水量影响不显著，说明灌水量是影响玉米耗水大小的主要因素。

2.2 不同处理对产量构成因素及水分利用效率WUE的影响

灌水和施肥均对玉米穗粒重、穗粒数和产量影响显著，但对百粒重影响不显著；灌水对水分利用效率影响不显著，施肥对水分利用效率影响显著。穗粒重随着灌水量的增加呈增加趋势（115.43～161.22 g），高水平灌水的平均穗粒重分别比中水平和低水平增加40%和15.50%。同一灌水条件下，随着施肥量的增加，穗粒数也在增加；同一施肥条件下，灌水量增加，穗粒数增加，高水平灌水分别比中水平和低水平增加7.47%和36%。随着灌水量的增加，玉米产量平均增加20.93%和15.50%。对于水分利用效率WUE，中水低肥处理T2F1 最小，高水处理T3F2最高。

2.3 产量构成因素及水分利用效率WUE相关分析

穗粒重、穗粒数、百粒重对产量及水分利用效率呈正相关关系，百粒重和穗粒重之间相关性不显著，但与穗粒数相关，穗粒数和穗粒重之间呈极显著的正相关。由此可知，产量的增加是受到穗粒重、穗粒数和百粒重共同影响的结果，增加穗粒重、穗粒数和百粒重都有利于增加作物产量。

2.4 玉米耗水量ET与产量关系

随着ET的增加，产量逐渐增加且趋于平缓，ET（mm）～产量（kg·hm-2）之间的关系可用二次函数y=-0.28x2+220.08x-30559.69 表示，R2=0.8235，说明该函数能够较好地拟合ET（mm）～产量（kg·hm-2）之间的关系。根据水量平衡方程，作物耗水量主要增加值为灌水量、降雨量与土壤水分的变化量，有效降雨量是一定的，土壤水分变化量是较小的，因此，灌水量大小直接决定了作物耗水量的大小。由此可知，增加灌水量在一定程度上可以增加作物产量，当增加到一定程度时反而不利于作物的增产，甚至造成灌溉水分的浪费。

2.5 水肥耦合对产量Y和水分利用效率WUE的回归模型

基于最小二乘法原理，建立单目标的二元二次回归模型，得出玉米产量、水分利用效率WUE（因变量）与灌溉量T（自变量）与施肥量F（自变量）之间的回归模型。研究表明，Y=－0.001T2－0.001TF－0.018F2+ 7.208T + 15.052F－6256.413 可较好的拟合产量与施肥量及灌溉量之间的函数关系，且R2达到了0.966；WUE= 4.167 10-6T2－1.815 10-6F2－0.027T +0.107F + 45.788可较好的拟合水分利用效率WUE与施肥量与灌溉量之间的函数关系，且R2达到了0.934。因此，通过求解产量与灌溉量与施肥量之间的回归模型的极值，确定了理论的灌水量为3 436.65 kg/hm2，施肥量为322.50 kg/hm2。

3 结语

通过对不同水氮处理下土壤水分变化特征、玉米耗水量、产量和水分利用效率影响的研究，研究表明：对于玉米产量，随着灌水量的增加，产量平均增加20.93%和15.50%，灌水对玉米产量的影响程度大于施肥。另外，灌水和施肥均对玉米穗粒重、穗粒数和产量影响显著，但对百粒重影响不显著；随着灌水量的增加，产量增加，但随着施肥量的持续增加，并不利于玉米产量的提高。