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沟灌条件下玉米水肥耦合效应的探讨

作者:未知

  摘 要 对三个不同梯度灌溉水平的试验田开展玉米水肥耦合效应实验,在测定土壤含水量、硝态氮含量、气孔导度、蒸腾速率以及光合速率之后,探讨了水肥耦合效应对玉米耗水量与耗水规律、土壤养分、玉米生长与产量等方面的影响。发现在沟灌条件下,灌溉量、施肥量都是影响玉米产量的主要因素,为以后的相关研究提供依据。
  关键词 沟灌;玉米;水肥耦合效应;耗水量;净光合速率
  中图分类号:S513 文献标志码:B DOI:10.19415/j.cnki.1673-890x.2019.06.097
  有效控制灌溉量,科学调整氮肥用量,是玉米高产的基本要求。基于此,在河南省豫东水利工程管理局惠北灌溉试验站进行了沟灌条件下的玉米水肥耦合效应相关试验。该基地位于开封市兴隆乡34°78′N,114°51′E,海拔68.05 m,年平均气温14.1 ℃,无霜期210 d,年均日照時间2 398.8 h,属黄河冲积物发育的轻沙壤土,土壤容重为1.44 g·cm-3,田持水量为24%(质量含水量),是河南省玉米高产区域之一。
  1 试验设计
  试验选择相对平整,地力分布较为均衡,茬口相对统一的试验田作为玉米水肥耦合效应的试验区域。试验区长度为7 m,宽度为6 m,并设置宽度为1 m的保护区。试验人员共设置3个不同梯度的灌溉水平,其中高水每公顷灌溉6 000 m3水量,中水每公顷灌溉4 800 m3水量,低水每公顷灌溉2 400 m3水量。氮肥用量也设置为3个不同水平,其中高氮水平为每公顷施用氮肥360 kg,中氮水平为每公顷施用氮肥240 kg,低氮水平为每公顷施用氮肥120 kg。本试验共进行9个处理,每个处理重复进行3次,一共有27个小试验区。同时钾肥与磷肥都根据本地传统用量一次性施用,作为试验田基肥。
  试验玉米品种从兴隆乡种子公司购得,所采用品种应具有较强的抗病虫害能力以及耐旱性能,并且种植密度相对较高。本试验采用大小行方式种植玉米母本,大行行距为60 cm,小行行距为40 cm,株距为25 cm。然后通过插花的形式将父本玉米点种到母本玉米的大行之间,父本株距控制在30 cm左右,播种深度控制在6.5 cm左右,种植密度控制在每667 m2种植5 800株左右。
  2 试验项目测定方法
  通过烘干称重法来测定土壤含水量,在各小区取样2个,每20 cm进行一次土壤含水量测定,测定范围为玉米田0~100 cm的土壤含水量。并利用水平平衡方法将玉米耗水量计算出来,一般按照邻近两次土壤水分的测定结果,对这个时段中的玉米耗水量进行计算。
  通过双波长分光光度法对0~100 cm的土壤硝态氮含量进行测定。
  干物质测定方法。在玉米生长发育各个阶段,在各试验小区分别取10株玉米作为样品,用水洗干净,将玉米根部剪除,把玉米茎叶分开,并分别在105 ℃环境中持续进行30 min的杀青。之后在80 ℃环境中进行烘干,对干重进行称量,最后保存在样品袋内。
  在玉米不同的生长发育阶段,分别选择典型玉米植株,对其叶片的气孔导度、蒸腾速率以及光合速率进行测定。每株玉米取用叶子5片,并对每片叶子进行3次测定,然后取用测定结果平均值。在每次测定过程中,对5株玉米进行处理,并进行交叉测量。每次测量时间都控制在8:00—17:00,并且要求在晴天无风无云条件下进行测定。
  在玉米收获期间,每个试验小区选取15株玉米,对其穗长、穗粗、秃尖度、单株有效穗数、穗行数、行粒数与千粒质量等进行详细测定,并进行产量计算[1]。
  产量计算公式为:产量=每公顷穗数×每穗粒数×千粒质量
  3 结果与分析
  3.1 水肥耦合对玉米耗水量与耗水规律的影响
  3.1.1 玉米耗水量
  在不同的灌溉定额条件下,玉米耗水量变化规律主要表现为:生长发育前期耗水量少,中期耗水量相对较多,后期耗水量略少。其中玉米灌浆阶段到成熟阶段,耗水量所占比例最高,占据玉米整个生长发育过程总量的40%左右。
  玉米播种阶段到拔节阶段耗水强度与耗水量均相对较小,日均耗水量在2.3 mm左右。对玉米采取适度干旱措施,有助于蹲苗促壮,使其后期抗倒伏性能有效增强。
  玉米拔节阶段到抽穗阶段日均耗水量会上升到5.5 mm左右,这表明玉米在进入营养生长与生殖生长阶段后,需要及时进行灌水作业,以促使其生长阶段的转变。
  玉米抽穗阶段到灌浆阶段达到需水高峰期,日均耗水量可达到6.08 mm左右,若在此期间出现干旱缺水现象,将会严重影响到玉米的生长,极易导致玉米出现卡脖旱现象,从而造成其抽雄吐丝难度大,进而影响到玉米产量[2]。因此,需要在该阶段进行二次灌溉,并合理增加灌溉量。
  玉米灌浆阶段到成熟阶段日均耗水量会有所降低,但该阶段持续时间相对较长,气温相对较高。如果出现干旱现象,将会导致玉米籽粒出现营养不良问题,千粒质量会下降,最终对玉米产量及种子品质产生不良影响[3]。
  所以,从玉米耗水规律特点可以看出,玉米生长发育期间的灌溉次数以4次为最佳。
  3.1.2 水分利用效率
  如表1所示,为玉米不同水肥耦合条件下的水分利用率。试验结果表明,在灌水过程中,随着灌水量的增加玉米土壤的水分利用效率呈逐步降低趋势。在同一灌水水平,玉米水分利用效率与氮肥施用量呈正相关。而在灌水量超过每公顷4 800 m3的情况下,水分利用效率会随氮肥施用量的增加而相应降低。
  3.2 水肥耦合对玉米土壤养分的影响
  3.2.1 土壤硝态氮含量
  在同一施肥环境中,0~100 cm土壤层所含硝态氮的量会随灌水量的增加而出现逐渐降低的趋势。而在100~200 cm的土壤层内,土壤所含硝态氮的量则呈现随灌水量的增加而增加的状态。在同一灌水环境中,土壤所含硝态氮的量会随着氮肥施用量的增加而相应增加。   3.2.2 氮肥利用率
  在每公顷灌水量小于4 800 m3的情况下,氮肥利用效率会随着氮肥施用量的增加而得以提升,在每公顷灌水量为4 800 m3的情况下,氮肥利用效率会随着氮肥施用量的增加而呈现出先上升而后稍微降低的状况。在每公顷灌水量超过4 800 m3的情况下,氮肥利用效率会随氮肥施用量的增加而相应降低。在同一氮肥施用量水平下,随着灌水量的增加,氮肥利用效率会出现先增加而后下降的状况。
  3.3 水肥耦合对玉米生长与产量的影响
  3.3.1叶片光合速率
  试验结果显示,在玉米拔节期间,其功能叶片的净光合速率不高,各种处理下玉米功能叶片的净光合速率的平均值是19.05,其中净光合速率最大值出现在抽雄期高水高氮处理条件下,具体值是34.99,不同处理之间存在较为显著的差异。同时随着玉米不断生长发育,玉米功能叶片的净光合速率开始逐渐降低,一直到玉米成熟阶段后净光合速率降到最低值。不同处理之间的净光合速率平均值是7.64,不同处理之间没有太大差异[4]。如表2所示,为不同水肥耦合条件下,玉米主要生育期的叶片光合速率。
  3.3.2 叶片蒸腾速率
  在不同的水肥处理条件下,随着玉米生长发育阶段的推移,其功能叶片的蒸腾速率会呈现出先升后降的趋势。在玉米拔节阶段,不同处理之间的玉米功能叶片的蒸腾速率都没有因水肥条件的差异而呈现出较大的不同,不同处理下的叶片蒸腾速率大都在4~6。在玉米抽雄阶段,玉米功能叶片的蒸腾速率会随着玉米的生长和叶片面积的增大而快速提升,其中在中水中氮处理下的玉米功能叶片的最大蒸腾速率为14.04,在此之后就开始快速降低,并在成熟阶段达到最低值,不同处理之间没有太大差异,蒸腾速率约为2.0。如表3所示,为不同水肥耦合条件下,玉米主要生育期的叶片蒸腾速率。
  3.3.3 叶片气孔导度
  不同水肥处理条件下的玉米叶片的气孔导度在随着玉米的生长发育不断变化,具体气孔导度呈现先增加而后下降的状况,并在玉米抽雄阶段增加到最高值,且不同处理之间存在较为明显的差异(见表4)。相比之下,在玉米拔节阶段,其不同处理之间的叶片气孔导度没有太大差异,而在玉米抽雄与灌浆阶段,不同处理之间的叶片气孔导度差异明显加大,到成熟阶段后,叶片气孔导度快速降低,同时不同处理之间没有太大差异。其中玉米抽雄到灌浆阶段,玉米叶片的气孔导度平均下降低于10%,抽雄期高水低氮处理下玉米叶片的气孔导度比其他各处理要高出很多。
  3.3.4 玉米生物量
  根据相关性分析得知,玉米拔节阶段增加氮肥量,对干物质的积累会产生一定阻碍;而在抽雄阶段,玉米干物质含量会随着氮肥施用量的增加而增加;在灌浆阶段玉米对氮肥的需求量大幅度增加,玉米干物质积累量会明显随着氮肥施用量的增加而快速增加[5]。同时,玉米植株的地上部分会随着氮肥施用量的增加而快速生长,并且其水分需求量也大幅度增加,一直到成熟阶段,玉米干物质积累量都会随着灌水量的增加而增加。
  3.3.5 玉米产量
  如表5所示,为不同水肥耦合条件下所对应的玉米产量。由此可知,在氮肥施用量相同的条件下,灌水量增加时玉米产量也会随之提升,两者呈正相关关系。在氮肥施用量为240 kg·hm-2的情况下,玉米产量随灌水量增加的增幅最大。在灌水量为6 000 m3·hm-2的情况下,玉米产量最高可达到17 000 kg·hm-2。在每公顷氮肥施用量增加到360 kg的情况下,玉米产量随灌水量的增加量不大。在灌水条件相同的情况下,玉米产量会随氮肥施用量的增加而增加,在灌水量为6 000 m3·hm-2的情况下,高氮条件下的玉米产量却低于中氮条件下的玉米。这表明如果水分充足,氮肥施用量的增加对玉米产量增加的作用不定,同时也表明必须在特定的水分条件下增加氮肥施用量才能实现大幅度增产。
  4 结论
  通过玉米水肥耦合试验可知,沟灌条件下,土壤水分对氮肥效应的发挥有非常大的影响。在水分条件相对合适的情况下,玉米产量增幅最大。而在中氮条件下玉米产量最高。也就是说在中氮与适宜水分条件下,玉米能够获得最大的增产幅度,其水肥耦合效应达到最佳。从玉米产量的水肥耦合效应来看,土壤水分在很大程度上决定了玉米产量,而氮肥效应也对玉米最终产量有非常大的影响。
  参考文献:
  [1] 王亮,黄初女,朱浩哲,等.滴灌施肥条件下玉米水肥耦合效应的研究[J].农业与技术,2017,37(7):100-101.
  [2] 刘婕,宋碧,张军,等.穗期水肥耦合对玉米生长及产量的影响[J].江苏农业科学,2018,46(12):44-48.
  [3] 温利利,李淑文,李秀芳,等.水肥耦合效应对平原区夏玉米产量的影响[J].湖北农业科学,2012,51(3):481-484.
  [4] 杨蕊菊,马忠明.水肥耦合对小麦/玉米带田产量及构成因素的影响[J].西北农业学报,2015,24(1):54-59.
  [5] 馮鹏,王晓娜,王清郦,等.水肥耦合效应对玉米产量及青贮品质的影响[J].中国农业科学,2012,45(2):376-384.
  (责任编辑:赵中正)
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