㊀山东农业科学㊀2024ꎬ56(2):104~110ShandongAgriculturalSciences
㊀DOI:10.14083/j.issn.1001-4942.2024.02.014
收稿日期:2023-04-18
基金项目:国家重点研发计划项目(2022YFD2300801)ꎻ山东省玉米产业技术体系创新团队项目(SDAIT-02-07)ꎻ山东省农业科学院农
业科技创新工程项目 小麦玉米周年吨半粮关键技术研究 (CXGC2023A17)
作者简介:李佳(1997 )ꎬ男ꎬ硕士研究生ꎬ主要从事玉米栽培生理研究ꎮE-mail:1848326496@qq.com
王义(1969 )ꎬ男ꎬ主要从事作物栽培生理研究ꎮE-mail:fenglewwyy@163.com∗同为第一作者ꎮ
通信作者:高英波(1986 )ꎬ男ꎬ博士ꎬ助理研究员ꎬ主要从事玉米栽培生理研究ꎮE-mail:yingboandy@163.com
刘开昌(1971 )ꎬ男ꎬ博士ꎬ研究员ꎬ主要从事作物生理生态与栽培技术研究ꎮE-mail:liukc1971@126.com
不同灌溉施肥方式对夏玉米产量和水氮利用的影响
李佳1ꎬ2ꎬ王义3∗ꎬ肖蓉2ꎬ李亮4ꎬ王悦2ꎬ张慧2ꎬ李宗新2ꎬ
钱欣2ꎬ王良2ꎬ苏玉晓4ꎬ高英波2ꎬ刘开昌2
(1.青岛农业大学农学院ꎬ山东青岛㊀266109ꎻ2.山东省农业科学院小麦玉米国家工程实验室ꎬ山东济南㊀250100ꎻ
3.齐河县农业农村局ꎬ山东齐河㊀251199ꎻ4.东平县农业发展服务中心ꎬ山东东平㊀271599)
㊀㊀摘要:为明确不同灌溉施肥方式对夏玉米生长㊁产量及水氮利用的影响ꎬ本试验以登海605(DH605)和郑单958(ZD958)为材料ꎬ设常规灌溉施肥(FP)㊁喷灌+种肥同播(SN)㊁喷灌+水肥一体化(SF100%)㊁喷灌+水肥一体化+减氮20%(SF80%)共4个处理ꎬ研究不同灌溉施肥方式对夏玉米干物质积累㊁产量及产量构成因素㊁水分利用效率和氮肥偏生产力的影响ꎮ结果表明ꎬ品种㊁灌溉施肥方式及品种和灌溉施肥互作效应显著影响夏玉米的产量㊁干物质积累速率㊁水分利用效率(WU
E)和氮肥偏生产力(PFPN)ꎬSF80%处理下两年平均产量㊁水分利用率㊁氮肥偏生产力均最高ꎮ与FP㊁SN和SF100%处理相比ꎬSF80%处理下DH605两年平均产量分别提高14.55%㊁7.66%和2.26%ꎬ水分利用率分别提高23.73%㊁12.61%和8.86%ꎬ氮肥偏生产力分别提高
43.19%㊁34.58%和27.82%ꎻZD958两年平均产量分别提高35.93%㊁15.24%和7.84%ꎬ水分利用率分别提高40.81%㊁21.79%和11.13%ꎬ氮肥偏生产力分别提高69.91%㊁44.05%和34.80%ꎮ综上所述ꎬ喷灌+水肥一体化+减氮20%的灌溉施肥方式可以显著提高夏玉米产量和水氮利用效率ꎬ实现夏玉米增产增效ꎮ
关键词:夏玉米ꎻ灌溉施肥方式ꎻ水氮利用效率ꎻ产量
中图分类号:S513㊀㊀文献标识号:A㊀㊀文章编号:1001-4942(2024)02-0104-07
EffectsofDifferentIrrigationandFertilizationModesonYieldand
WaterandNitrogenUtilizationofSummerMaize
LiJia1ꎬ2ꎬWangYi3∗ꎬXiaoRong2ꎬLiLiang4ꎬWangYue2ꎬZhangHui2ꎬLiZongxin2ꎬ
QianXin2ꎬWangLiang2ꎬSuYuxiao4ꎬGaoYingbo2ꎬLiuKaichang2
(1.CollegeofAgronomyꎬQingdaoAgriculturalUniversityꎬQingdao266109ꎬChinaꎻ
2.NationalEngineeringLaboratoryofWheatandMaizeꎬShandongAcademyofAgriculturalSciencesꎬJinan250100ꎬChinaꎻ
3.QiheBureauofAgricultureandRuralAffairsꎬQihe251199ꎬChinaꎻ
4.DongpingAgriculturalDevelopmentServiceCenterꎬDongping271599ꎬChina)
Abstract㊀Inordertoclarifytheeffectsofdifferen
tirrigationandfertilizationmodesongrowthꎬyieldand
waterandnitrogenutilizationofsummermaizeꎬtheexperimentwasconductedwithDenghai605(DH605)
andZhengdan958(ZD958)astestmaterials.Fourtreatmentsweresetasconventionalirrigationandfertiliza ̄
tion(FP)ꎬsprinklerirrigation+seedfertilizer(SN)ꎬsprinklerirrigation+integrationofwaterandfertilizer(SF100%)ꎬsprinklerirrigation+integrationofwaterandfertilizer+20%nitrogenreduction(SF80%)ꎬand
theeffectsofdifferentirrigationandfertilizationmodesondrymatteraccumulationꎬyieldanditscomponentsꎬwateruseefficiency(WUE)andpartialproduc
tivityofnitrogenfertilizer(PFPN)ofsummermaizewerestud ̄ied.TheresultsshowedthattheyieldꎬdrymatteraccumulationrateꎬWUEandPFPNofsummermaizeweresignificantlyaffectedbyvarietyꎬirrigationandfertilizationmodesandtheirinteraction.Thetwo ̄yearaverageyieldꎬWUEandPFPNwerethehighestunderSF80%treatment.ComparedwiththetreatmentsofFPꎬSNandSF100%ꎬundertheSF80%treatmentꎬthetwo ̄yearaverageyieldofDH605increasedby14.55%ꎬ7.66%and2.26%ꎬwhilethatofZD958increasedby35.93%ꎬ15.24%and7.84%ꎻtheWUEofDH605increasedby23.73%ꎬ12.61%and8.86%ꎬwhilethatofZD958increasedby40.81%ꎬ21.79%and11.13%ꎻthePFPNofDH605increasedby43.19%ꎬ34.58%and27.82%ꎬwhilethatofZD958increasedby69.91%ꎬ44.05%and34.80%.InsummaryꎬSF80%couldsignificantlyincreasesummermaizeyieldandwaterandnitrogenuseeffi ̄ciencyꎬandthenachieveincreasedyieldandefficiencyofsummermaize.
Keywords㊀SummermaizeꎻIrrigationandfertilizationmodesꎻWaterandnitrogenuseefficiencyꎻYield
㊀㊀黄淮海平原是我国夏玉米主产区ꎬ其播种面积和产量分别占全国的31.66%和31.06%ꎬ对保障国家粮食安全具有重要意义[1]ꎮ该区夏玉米灌溉方式多以大水漫灌为主ꎬ加上 一炮轰 的施肥方式ꎬ造成水分和肥料利用率均降低[2-6]ꎮ玉米是黄淮海区主要农作物之一[7]ꎬ水分和氮素是影响玉米高产的两个关键因素ꎬ两者即相互促进又相互制约ꎬ合理的水氮措施可促进耦合效应的发生ꎬ是实现玉米绿㊁高产㊁高效的重要途径[8-9]ꎮ因此ꎬ针对黄淮海灌溉区水资源紧缺㊁水肥利用效率低等问题ꎬ亟需优化水氮管理措施ꎬ最大程度发挥水氮耦合效应的正交互作用ꎬ达到 以水促肥 和 以肥调水的目的 ꎬ以实现夏玉米高产高效生产ꎮ
与传统畦灌相比ꎬ喷灌可精准控制灌水时间和灌水量ꎬ且灌水均匀度高[10]ꎮ研究表明ꎬ不同灌溉条件下玉米的干物质积累和养分吸收表现为滴灌最优ꎬ喷灌次之ꎬ漫灌最差[11]ꎮ与漫灌相比ꎬ微喷灌能促进玉米干物质积累和籽粒灌浆ꎬ且微喷灌减肥20%与常规施肥条件下的玉米干物质积累无显著差异[12]ꎮ近年来ꎬ关于水氮互作效应对作物生长㊁产量和水氮利用影响的研究较多[13-16]ꎮ前人研究表明ꎬ水㊁氮配合可以提高玉米的产量和经济效益ꎬ水㊁肥利用效率也显著提高[17]ꎮ水肥一体化条件下减氮20%仍能获得与传统施肥模式(315kgN/hm2)相当的玉米产量[18]ꎬ可见水肥配合是玉米高产稳产的重要措施ꎮ前人关于优化玉米水㊁氮管理措施的研究多集中于常规灌溉施肥和滴灌水肥一体化上ꎬ
且多以单因素研究为主ꎬ而关于喷灌水肥一体化对玉米生长发育及其水氮耦合效应的研究鲜见报道ꎮ本试验就不同灌溉方式和氮肥施用方式对夏玉米生长㊁产量和水氮利用的影响进行研究ꎬ旨在为黄淮海灌溉区夏玉米水肥一体化技术模式的应用推广提供理论依据ꎮ
1㊀材料与方法
1.1㊀试验概况
供试品种为郑单958(ZD958)和登海605(DH605)ꎮ试验于2019年6月至2020年10月在泰安市东平县禾丰优质小麦种植专业合作社(35ʎ57ᶄ52ᵡNꎬ116ʎ21ᶄ27ᵡE)进行ꎮ试验地位于温带大陆季风性气候区ꎬ土壤类型为褐土ꎬ肥力均匀ꎮ土壤理化性质为有机质含量15.6g/kg㊁全氮1.04mg/g㊁碱解氮81.21mg/kg㊁速效钾213.15mg/kg㊁速效磷53.29mg/kgꎮ2019年和2020年玉米生育期内累计降雨量分别为273.95mm和482.13mmꎮ
1.2㊀试验设计
试验采用裂区设计ꎬ灌溉施肥方式为主区ꎬ品种为副区ꎮ小区面积50m2ꎬ小区之间留1.5m走道ꎮ设4个处理ꎬ农户常规灌溉施肥模式(FP):大水漫灌+种肥同播ꎬ缓控释肥(NʒP2O5ʒK2O=26ʒ
11ʒ11)750kg/hm2ꎻ喷灌+种肥同播(SN):缓控释肥(NʒP2O5ʒK2O=26ʒ11ʒ11)750kg/hm2ꎻ喷灌+水肥一体化(SF100%):磷钾肥做基肥一次性
501
㊀第2期㊀㊀㊀㊀㊀李佳ꎬ等:不同灌溉施肥方式对夏玉米产量和水氮利用的影响
施入(P2O582.5kg/hm2ꎬK2O82.5kg/hm2)ꎬ氮肥尿素(N46%)按4ʒ6分为种肥与大喇叭口期追肥施入ꎻ喷灌+水肥一体化+减氮20%(SF80%):磷钾肥做基肥一次性施入ꎬ氮肥尿素(N46%)按
4ʒ6分为种肥与大喇叭口期追肥施入ꎮ试验分别
于2019年6月23日和2020年6月23日播种ꎬ播种密度75000株/hm2ꎬ分别于2019年10月5日和2020年10月5日收获ꎬ其他管理措施同常
规大田ꎮ试验设计及灌水量和施氮量见表1ꎮ㊀㊀表1㊀
不同处理的灌水量及施氮量设计
处理氮肥种类播种期
水/mm氮/(kg/hm2)
大喇叭口期水/mm氮/(kg/hm2)
合计
水/mm氮/(kg/hm2)
FP
缓控释肥70195
00
70195
SN缓控释肥601950
60
195SF100%尿素607840117100195SF80%
尿素
60
62.4
40
93.6100
156
1.3㊀测定项目及方法
1.3.1㊀考种及测产㊀每个小区选取有代表性的玉米2行(每行5m)ꎬ记录有效穗数ꎬ取回所有果穗脱粒称重ꎮ采用均重法选取30穗用于室内考种ꎬ测定果穗穗长㊁秃尖长㊁穗粗㊁穗行数㊁行粒数ꎬ脱粒后测定千粒重和籽粒含水率ꎬ计算实际产量(按14%含水率折算)ꎮ
1.3.2㊀植株干物质积累㊀于播种后35d(大喇叭口期)㊁50d(吐丝期)和65㊁80㊁105d(成
熟期)分别选取有代表性的植株3株ꎬ于105ħ下杀青30minꎬ然后在80ħ下烘干至恒重称重ꎮ1.3.3㊀水分利用效率㊀在播种前和收获后ꎬ每20cm为一层ꎬ取0~100cm间共5层土样ꎬ根据下面
公式计算水分利用效率(WUE)[19]ꎮ
ΔS(mm)=10ΣρiHi(θi1-θi2)ꎬi=1ꎬ2ꎬ  ꎬnꎻ农田耗水量ETc(mm)=I+PʃΔS+Kꎻ
WUE[kg/(hm2 mm)]=
ETc
ꎮ式中:ΔS为土壤蓄存水变化量ꎬi为土层编号ꎬn为总土层数ꎬρi为第i层土壤干土容重ꎬHi为第i层土壤厚度ꎬθi1和θi2分别为第i层土壤播前和收获时的含水量ꎬ以占干土重的百分数计ꎻETc为玉米生育期间农田耗水量ꎬI为生育期内的灌水量ꎬP为生育期内有效降水量ꎬK为时段内的地下水补给量(当地下水埋深大于2.5m时ꎬK值可以忽略不计)ꎻY为籽粒产量ꎮ
1.3.4㊀氮肥偏生产力㊀氮肥偏生产力(PFPNꎬkg/kg)=籽粒产量/施氮量ꎮ1.4㊀数据处理与分析
采用MicrosoftExcel和SigmaPlot12.5软件对数据进行整理及作图ꎬ采用SPSS19.0软件对数据进行差异显著性分析(P<0.05)ꎮ
2㊀结果与分析
2.1㊀年份㊁品种及不同灌溉施肥方式及其互作与夏玉米产量及其构成㊁氮肥偏生产力和WUE的方差分析
方差分析结果(表2)表明ꎬ除品种对穗粒数
(KN)㊁穗数(EN)和水分利用效率(WUE)无显著影响外ꎬ年份㊁品种和灌溉施肥方式对产量(GY)㊁
千粒重(TGW)㊁穗粒数㊁穗数㊁氮肥偏生产力(PF ̄PN)和水分利用效率均具有极显著影响ꎮ互作效应分析表明ꎬ除年份和品种互作对GY㊁PFPN和WUEꎬ年份和灌溉施肥方式互作对GY㊁KN㊁EN和PFPNꎬ年份㊁品种和灌溉施肥方式互作对GY㊁EN㊁PFPN和WUE无显著影响外ꎬ其余年份㊁品种和灌溉施肥方式间的互作对其他指标均具有显著影响ꎮ
㊀㊀表2㊀年份㊁品种和灌溉施肥方式及三者的交互作用
㊀㊀㊀对夏玉米产量㊁产量构成㊁氮肥
㊀㊀㊀偏生产力及WUE的影响
项目GY
TGWKNENPFPNWUE年份∗∗∗∗∗∗∗∗∗
∗∗
∗∗∗∗∗∗品种∗∗∗∗∗nsns∗ns灌溉施肥方式∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗年份ˑ品种ns∗∗∗∗∗nsns年份ˑ灌溉施肥方式ns∗∗nsnsns∗∗∗品种ˑ灌溉施肥方式∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗年份ˑ品种ˑ灌溉施肥方式
ns
∗∗
∗∗
ns
ns
ns
㊀㊀注:∗㊁∗∗㊁∗∗∗分别表示在0.05㊁0.01㊁0.001水平上影响显著ꎬns表示无显著影响ꎮ
601㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀山东农业科学㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第56卷㊀
2.2㊀不同灌溉施肥方式对夏玉米产量及产量构成的影响
由表3可见ꎬ喷灌分次施肥处理(SF)可显著提高DH605和ZD958的产量ꎬSF80%和SF100%处理间(除2019年的ZD958外)无显著差异ꎮ与FP㊁SN和SF100%处理相比ꎬSF80%处理下DH605两年平均产量分别提高14.55%㊁7.66%和2.26%ꎬZD958分别提高
35.93%㊁15.24%和7.84%ꎻ穗数和穗粒数变化均与产量的变化趋势相同ꎬ均表现为SF80%处理高于其他处理ꎮ这说明喷灌分次施肥处理通过增加穗数和穗粒数ꎬ最终增加产量ꎮ
2.3㊀不同灌溉施肥方式对夏玉米植株干物质积累速率的影响
由图1可知ꎬ夏玉米的植株干物质积累速率
㊀㊀表3㊀
不同灌溉施肥方式对夏玉米产量及产量构成的影响
年份
品种处理产量/(kg/hm2)千粒重/g穗粒数
穗数/(千穗/hm2)
2019
2020
DH605
ZD958
DH605
ZD958
FP9690.54c306.87c
543.08b62.78b
SN10749.62b334.02ab554.90b63.89abSF100%11584.37a342.48a555.12b64.44abSF80%11977.05a325.56b571.57a67.22a
FP
8871.38c
317.02a485.86c62.22bSN
10865.15b321.91a541.45b63.33bSF100%11054.43b326.77a551.14b
69.17aSF80%12632.86a317.14a574.53a72.22aFP12714.50b354.66b561.33a65.37bSN13089.10ab
正则化综述349.79b564.67a67.50b
SF100%13514.93a367.84a570.67a70.00abSF80%13688.48a351.80b592.00a72.22aFP
10698.26c335.49b538.67b62.96bSN
12218.42b350.69a560.00b64.17bSF100%13612.54a320.58c601.33a71.67aSF80%
13968.22a324.95bc605.33a71.67a㊀㊀注:相同年份同一品种的同列数据后不同小写字母表示处理间差异显著(P
<0.05)ꎮ
图1㊀不同灌溉施肥方式对夏玉米植株干物质积累速率的影响
01㊀第2期㊀㊀㊀㊀㊀李佳ꎬ等:不同灌溉施肥方式对夏玉米产量和水氮利用的影响
随生育进程呈现先上升后下降的趋势ꎬ在播种后
50~65d之间达到最大值ꎮ播种后50~65dꎬSF80%处理明显提高DH605和ZD958的干物质积累速率ꎬDH605的干物质积累速率(两年平均)
较FP㊁SN和SF100%处理分别提高35.99%㊁
17.59%和11.00%ꎬZD958(两年平均)分别提高61.68%㊁38.26%和12.99%ꎮ2.4㊀不同灌溉施肥方式对夏玉米水分利用效率
的影响
由图2可知ꎬ喷灌分次施肥处理(SF)可显著提高DH605和ZD958的水分利用效率ꎬ且SF80
%处理显著高于SF100%处理(2019年的
DH605除外)ꎮ与FP㊁SN和SF100%处理相比ꎬSF80%处理下DH605的水分利用效率(两年平均)分别提高23.73%㊁12.61%和8.86%ꎬZD958(两年平均)分别提高40.81%㊁21.79%和11.13%ꎮ2.5㊀不同灌溉施肥方式对夏玉米氮肥偏生产力
的影响
由图3可知ꎬSF80%处理下ꎬDH605和ZD958的氮肥偏生产力均显著提高ꎬ与FP㊁SN和SF100%处理相比ꎬDH605(两年平均)分别提高
43.19%㊁34.58%和27.82%ꎬZD958(两年平均)分别提高69.91%㊁44.05%和34.80%ꎮ
柱上不同小写字母表示同一品种不同处理间差异显著(P<0.05)ꎬ下同ꎮ
图2㊀
不同灌溉施肥方式对夏玉米水分利用效率的影响
图3㊀不同灌溉施肥方式对夏玉米氮肥偏生产力的影响
3㊀讨论
合理的水氮运筹可有效发挥水氮耦合效应ꎬ促进玉米对水分和养分的高效利用ꎬ实现玉米高产稳产[20-21]ꎮ灌溉施肥方式对作物生长发育具有很大影响ꎬ实际生产中种植户多采用大水漫灌和 一炮轰 的灌溉施肥方式ꎮ该模式加大了肥料淋溶损失ꎬ同时增加植株倒伏和后期脱肥风险ꎬ不利于玉米高产高效生产[22-24]ꎮ传统滴灌方式
存在造价高㊁喷头易堵塞和轮作困难等缺点ꎬ喷灌水肥一体化技术同时兼具节水㊁节肥㊁轻便㊁低价㊁高效和易推广等优点ꎬ对提高夏玉米产量㊁水肥利用效率和缓解水资源短缺等方面具有重要作用[25]ꎮ前人研究表明ꎬ适宜灌水量下ꎬ减少氮肥投入有利于提高玉米产量及水氮利用效率ꎬ实现节水节肥㊁增产增效[26]ꎮ总施氮量为240kg/hm2时ꎬ微喷灌水肥一体化处理相比常规灌溉施肥的小麦产量提高3.32%~9.87%ꎬ当氮肥减施20%以
801㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀山东农业科学㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第56卷㊀

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