不同水肥供应对石羊河流域玉米生长动态及水分利用效率的影响.pdf

年第 期水利技术监督理论研究:/不同水肥供应对石羊河流域玉米生长动态及水分利用效率的影响袁 超 张 芮 张梅花 薛瑞清 赵 霞丁 林 唐小娟 薛子钰 谭紫熠(甘肃农业大学水利水电工程学院 甘肃 兰州 大禹节水集团股份有限公司 甘肃 兰州 甘肃省水利科学研究院 甘肃 兰州)摘要:为探究不同水肥耦合对玉米生长动态及水分利用效率的影响 文章以大田玉米“同康”为试验材料在甘肃省武威市民勤县进行大田试验 设置不同灌溉制度与施肥量为影响因素 对玉米的生长指标、叶绿素含量、干物质总量、产量及水分利用效率进行了分析探究 进行有机肥替代处理较传统肥减量/的处理在玉米株高上提高 茎粗最大提高 、产量提高 、水分利用效率上提高 较传统肥处理上 玉米生长、产量及水分利用效率上并无明显差异 在同一施肥条件下 进行一定的水分胁迫使幼苗期的玉米产生竞争补偿效应 有助于玉米生育前期植株抗倒伏 在玉米生育期后期需水量增大时 水分胁迫处理由于水分无法得到充分补偿导致玉米生长指标下降 产量相对下降 但进行水分胁迫的处理在水分利用效率指标上要高于充分灌水处理 结论对于生长、产量及水分利用效率整体来说 水分胁迫下传统肥减量/机肥替代处理是本研究中提产增效的最佳选择关键词:玉米 水肥耦合 生长动态 产量 水分利用效率中图分类号:文献标识码:文章编号:()收稿日期:基金项目:甘肃省重大专项()甘肃省水利科学试验研究与技术推广计划项目(甘水建管发 号)甘肃省重点研发计划()作者简介:袁 超(年)男 硕士研究生:通讯作者:张 芮(年)男 教授:甘肃省武威市属石羊河流域 是我国典型的旱区 气候干旱、降水少、光照足、蒸发大 风沙多 长期存在着水资源短缺问题 玉米是当地种植面积最广的作物 年玉米种植占当地种植总面积的 但农户灌溉仍以传统的地面灌溉为主 施肥以传统撒施为主 这种灌溉制度与施肥方式严重抑制了当地农业经济可持续发展 因此如何兼顾区域内水资源短缺与作物增效保产问题是当地农业可持续发展中的重中之重不同的水分与养分是影响作物生长状况及产量差异的根本原因 只有适宜的灌水与施肥搭配才是农作物高产优质的前提 蒙强等研究通过适宜的水分调控下限能改善土壤水分环境、为作物生长及产量的形成创造好的条件 提高水分利用效率 魏永霞等通过研究的调亏灌溉下滴灌玉米植株与土壤水分及节水增产效应得出适当的水分胁迫并不会影响作物减产 高盼等发现 一定的水分胁迫有助于作物产生竞争补偿效应 使玉米在苗期根系及茎粗生长更为稳固 不易倒伏 适当的调亏灌溉既能缓解区域内水资源短缺问题 而且能提高作物水分利用效率、作物品质及产量 谢丽华研究得出有机肥替代化肥比较单施化肥可使玉米稳产 改善土壤 值 提高土壤肥力与作物干物质积累量杨青夏等研究表明 与常规施肥相比化肥减星 配施有机肥和菌肥的玉米产量可达到常规化肥水平 且分别比化肥减量 处理增产 和 张君等研究表明有机肥与传统化肥搭配使用有助于协调作物耗水量与产量的关系理论研究水利技术监督 年第 期提高水分利用效率 进行商品有机肥替代部分化肥 使化肥与有机肥合理搭配施用 从而促进有机质分解与矿质养分的溶解 达到改善土壤理化性质、增强土壤的保肥供肥能力、改善作物品质、提高化肥缓释效率等效果不同的灌水或施肥量均对作物的生长及产量有不同程度的影响 但以往研究方向较多偏于对不同灌水或施肥量中的一种进行研究 这对目前我国农业可持续发展具有一定局限性 所以进行不同水肥间精准耦合对玉米产量及水分利用效率影响机制的研究更具有前瞻性本文研究采取了水肥交互耦合方法 探究在不同水肥供应下玉米的生长动态及水分利用效率之间的影响规律 在总结以往研究者成果下 揭示水肥精确耦合对节水灌溉与养分高效利用的最佳机制同时也为石羊河流域制定合理的灌水施肥措施提供科学依据 材料与方法 研究区概括试验地处于民勤绿洲和腾格里沙漠交界地带的民勤县大滩乡内甘肃省水利科学研究院民勤实验站()该地多年平均气温 极端最高气温 极端最低气温 多年平均降水 多年平均蒸发量 年日照时数 积温 积温 无霜期 最大冻土深 试验区土质 为黏壤土 以下逐渐由黏壤土变为沙壤土 土壤平均容重为/田间持水率为 (体积比)实验地气候表见表 气象数据由气象生态环境监测系统气象站获得表 实验地气候表 月 月 月 月 月 月总计平均平均气温/降雨量/日照时间/实验设计大田实验于 年 月采用双因素随机区组试验设计 以“同康”为试验材料 试验小区以 宽 厚度的白膜进行一膜两行模式铺设 植株行距 株距 小区面积 ()试验设置 种肥料梯度以当地农户传统施肥量/亩为基准设置传统肥()、传统肥减量/()、传统肥减量/商品有机肥替代减量()后期追肥为尿素()有机肥为含腐殖酸水溶肥(/腐殖酸/)设置 种灌溉制度:充分灌溉(土壤含水量范围为田间持水率的 )非充分灌溉()共组合形成 个玉米处理 每个处理 次重复 共 个小区 详细处理见表 灌水定额幼苗期为/拔节期、灌浆期、成熟期均按照/当小区实测土壤含水率达到试验设计值下限时灌水 灌水后充分、非充分处理土壤含水量依次达到、田间持水率)各处理灌水日期见表 表 试验处理处理灌水量肥料模式灌水水平充分灌溉 传统肥 充分灌溉 传统减量/充分灌溉 传统减量/有机肥 非充分灌溉 传统肥 非充分灌溉 传统减量/非充分灌溉 传统减量/有机肥 由于玉米进行了基肥的施用 所以追肥时间定在幼苗期后期一次、拔节期一次、灌浆期一次 使用标准以当地传统施肥量作为参考 使用标准为/亩 其处理施肥量见表 项目数据测定与方法 土壤含水率的测定取土方法采用土钻人工分层取土 测定土层深度为 每隔 为一层进行取样 各处理重复 次 取样时期为每次灌水前、降雨后进行局部取土 在幼苗期、拔节期、灌浆期、成熟期进行全小区取土测定含水率 土壤水分保持表见表 土壤含水率采用烘干称重法测定 叶片叶绿素()的测定用叶绿素仪(型)于苗期、拔节期选择最上部展开叶 灌浆期选择穗位叶 分别测定穗 年第 期水利技术监督理论研究表 各处理灌水日期处理灌水日期 表 详细施肥表单位:施肥类型幼苗期拔节期灌浆期传统肥(尿素)传统肥减量/(尿素)传统肥减量/有机肥 表 田间土壤水分保持表处理类型土壤含水率控水范围实控土壤含水率充分灌溉 非充分灌溉 位叶基部、中部、顶部 测定 次取平均值 玉米生育期生长指标测定各生育期中 分别选取 株具有代表性 且长势一致的植株 测定其株高茎粗、叶面积、单叶重、总叶重、茎重 将烘干箱温度调定为 进行杀青 分钟 后调制 烘至恒重 测定其干物质积累量 产量及产量性状测定()产量测定玉米成熟后分小区单独进行测实产 每个小区收获全部果穗 使用精度为 电子天平(型号:/)的对果穗进行湿重测量并进行自然晾干后脱粒称质量 单打单收计算小区产量 实测产量(/亩)一个小区干重质量(收获一个小区实际面积)()()()式中 每个小区的产量 袋子质量 袋子数量 个、每个小区的袋子质量 然后测量其每个处理的产量 换算为标准产量/()产量性状测定穗长:使用精度 的自动读数式游标卡尺测定果穗全长(包括结实和没有结实的部分)每个小区采 个样本果穗测量取平均值 即为该小区的穗长平均值()穗粗:使用精度 的自动读数式游标卡尺测定果穗中间部位横截面宽度 每个小区采 个样品果穗测量取平均值 即为该小区的穗粗平均值()秃尖长:使用精度 的自动读数式游标卡尺测定果穗未结实的部分长度 每个小区采 个样本果穗测量取平均值 即为该小区的秃尖长()穗行数:每个小区采 个样本果穗分别进行穗行数的查测 并取平均值 即为该小区的穗行数行粒数:每个小区采 个样本果穗分别进行行粒数的查测 并取平均值 即为该小区的行粒数百粒重:每个小区随机挑选 个样本进行脱粒 并随机取出 粒进行称重 该数据即为小区的百粒重()水分利用效率水分利用效率()计算公式为:/()式 中 玉 米 产 量/耗 水 量/根据 灌溉试验规范规定 利用土壤含水率来测定作物腾发量时 腾发量可按以下公式计算:()()式中 阶段实际需水量 土层编号 土层总数目 本试验 第 层土壤干体积质量/第 土壤的厚度、第 土层在时段始、末的含水率(干土重的百分率)该时段内灌水量 该理论研究水利技术监督 年第 期时段内有效降雨量()该时段内深层地下水补给量 该时段内排水量(地表排水与深层排水之和)其中 试验区地下水埋深大于 故 取 试验区属干旱区 且灌水上限最大至土壤田间持水率 取 数据分析采用 和 进行数据整理和统计分析 结果与分析 不同水肥供应下对大田玉米生长形状的影响 不同处理对大田玉米株高的影响最能直观反映作物生长状况的重要指标就是株高 玉米苗期与成熟期处理间无显著差异()见表 拔节期株高开始产生变化处理、间 无 显 著 差 异 但 较、处理相比株高差异显著(其 中 较、差 异 显 著 分 别 降 低 、灌浆期各处理间株高差异性减小、处理较 处理差异著性 分别降低 、不同处理对大田玉米地上部干物质累积的影响不同处理玉米地上干物质总量见表 各处理地上部干物质总量在苗期无显著差异()拔节期干物质积累处理 最大 且与处理、呈现显著性差异 相较高、抽穗期是决定作物结实粒数多少的关键时期 由分析数据可知 处理 积累量最低 分别较处理 与 降低、这说明少肥易造成玉米干物质积累量变少 影响玉米生长 灌浆期玉米地上干物质总量较往期明显增加 各处理间差异较小 干物质积累量依次为 成熟期玉米质量达到顶峰 其中处理、与 差异明显 处理 的 干 物 质 总 量 分 别 较、降低 、不同处理对大田玉米叶面积的影响不同处理下玉米叶面积动态如图 所示 玉米幼苗期、拔节期、成熟期处理间均无显著差异()玉米苗期叶面积最小 最大为抽穗期 此时叶面积大小依次为 灌浆期叶面积处理间差异显著 处理 最大 较于处理 与 表 不同处理玉米株高动态单位/处理幼苗期 拔节期 抽穗 灌浆期 成熟期 注:同列不同小写字母表示在 水平差异显著表 不同处理玉米地上部干物质总量动态单位/处理幼苗期拔节期抽穗灌浆期成熟期 注:同列不同小写字母表示在 水平差异显著 年第 期水利技术监督理论研究分别高于 、不同处理对大田玉米 值的影响 的值在一定程度上是一种植株水分与养分的外在表现 在生长生理阶段植株在幼苗期、拔节期、成熟期叶片的 值均无显著差异()如图 所示 当玉米处于灌浆期时 处理 较 具有显著差异 增加了 达到了玉米种植阶段的最高值 不同处理对大田玉米产量的影响 不同处理大田玉米产量及部分相关性状的影响不同处理在对穗粗、秃尖、行粒数的影响上差异不显著 对穗长、穗行数百粒重、亩产量的影响均存在不同差异 见表 在对 穗 长 的 影 响 上 处 理、之间差异不显著 但处理 与处理 之间差异显 著 较 于 处 理 高 在穗 行 数 的 影 响 上 处 理、之间差异不显著 处理 与处理、虽有差异 但差异不明显 处理、对处理 存在显著差异 分别提高了 、穗行数大小依此为 百粒重是玉米考种中不可或缺的一环 它是充分体现种子大小与充实程度的一项指标从分析中图 不同处理玉米叶面积动态注:同列不同小写字母表示在 水平差异显著图 不同玉米生育期叶片 值图注:同列不同小写字母表示在 水平差异显著理论研究水利技术监督 年第 期表 不同处理玉米考种动态处理穗长/穗粗/秃尖/穗行数行粒数百粒重/亩产量/注:同列不同小写字母表示在 水平差异显著得出 处理、之间差异不明显 处理、之间也呈不明显差异 仅 与处理 之间呈现明显差异 处理 较 增加 亩产是衡量作物是否成功的一个重要指标 从表中可得 处理、处理、处理 和处理 与处理 和处理 的亩产差异显著(百粒重()穗长()均呈极显著正相关 且穗行数、百粒重、穗长在 水平上极显著正相关 见表 穗粗()呈正相关 行粒数()秃尖()呈负相关表 各处理产量相关性状相关性分析表各处理产量相关性状相关性分析穗长穗粗秃尖穗行数 行粒数 百粒重 亩产穗长穗粗 秃尖 穗行数 行粒数 百粒重 亩产 在 级别(双尾)相关性显著 在 级别(双尾)相关性显著 水肥耦合对玉米水分利用效率的影响各处理玉米全生育期水分利用效率见表:施肥一定时 各充分灌水与水分胁迫处理间产量无显著差异(碳 氮 施用有机肥可以增强土壤的保肥保水能力 提升肥料的利用效率 利于植物根系生长达到较好的水肥耦合结果 从而提高产量 从本文来看 这与上述研究者结论不符 肥料对产量的影响要高于水分 这可能是由于今年是丰水年 在玉米抽穗至灌浆期间当地雨水增多 光照减少有关 导致水分失调 从而影响产量因水分间的差异不明显 不同水肥耦合对玉米水分利用效率的影响提高作物水分利用效率是我国旱区节水农业发展的核心 作物的水分利用效率主要受灌水、降水、施肥及自然环境等因素的影响 据相关研究表示 作物产量与水分利用效率呈现正相关 且均随作物生长而增加的耗水量呈现“倒 型”趋势 水分不足会导致肥效不充分 水分过多则会导致肥效发生淋溶效应以致产量降低 养分不足情况下不但会直接影响到产量 而且也会影响水分利用效率的提高 本研究中 由于今年较往年的生育期内降水有所增加 整体上处理 的水分利用效率()最高 为 /显著高于处理(/)、(/)各处理整体表现为:由此可见 对作物进行水分胁迫的处理的水分利用效率普遍要高于充分灌水的 但今年的灌水量是否符合当地的近几年的生产需要还需进一步做实验验证 有机肥的施用能够使土壤微生物群更加丰富 改善了土壤环境 有实验表明 有机肥配施化肥可提高水分利用效率 裴雪霞等研究表明猪粪与羊粪与氮磷配施可提高小麦产量、籽粒容重、水分利用效率 在本研究中 处理 进行了有机肥替代部分氮肥进行施用 且该处理水分利用效率最高 较传统肥处理提高了 较传统肥减量/处理提高了 这与上述研究者观点一致 一部分可能与有机肥的特性有关 还可能与今年生育理论研究水利技术监督 年第 期期降水分布有关 具体进行有机肥替代比例仍需进一步实验研究验证 结语()施用商品有机肥 总养分化肥减量/搭配施用对玉米株高、茎粗、叶面积、干物质积累、值、产量、水分利用效率较化肥减量/都有明显差异 且与传统肥在玉米株高、茎粗、叶面积、干物质积累、值、产量、水分利用效率上并无明显差异 一定程度上达到了节肥保产的目标()在保持同一施肥条件下 对幼苗期的玉米水分胁迫茎粗要高于其他处理 有助于生育前期玉米植株抗倒伏 拔节期后进行水分胁迫处理玉米的生长指标及产量低于充分灌水处理 但与充分灌水处理间并无显著差异 且玉米的水分利用效率进行胁迫的处理普遍要高于充分灌水处理对于生长、产量及水分利用效率整体来说 水分胁迫下传统肥减量/机肥替代处理是本研究中提产增效的最佳选择参考文献 候天宇 佟玲 康德奎 等.中国西北干旱区石羊河流域重点治理综合效应评价.农业工程学报 ():.谢娟.石羊河流域农业水资源供需平衡对变化环境的响应.西北农林科技大学.李肖金 石培泽 杨昌钰 等.干旱缺水区节水高效农田建设成效问题与对策措施.水利规划与设计():.王佳.陕北山地枣树涌泉根灌调亏灌溉制度与水肥耦合效应研究.西安理工大学.(.).():.:.蒙强 刘静霞 李玉庆 等.土壤水分下限调控灌溉对春青稞生长、产量和水分利用的影响.干旱地区农业研究 ():.魏永霞 马瑛瑛 刘慧 等.调亏灌溉下滴灌玉米植株与土壤水分及节水增产效应.农业机械学报 ():.高盼 徐莹莹 杨慧莹 等.水分胁迫对半干旱地区玉米生长发育及产量的影响.黑龙江农业科学():.李海琴.河西灌区调亏灌溉对大田作物产量的影响.农业科技与信息():.薛道信.荒漠绿洲膜下滴灌调亏马铃薯水生产力研究.甘肃农业大学.谢丽华 李玲玲 谢军红 等.有机肥替代化肥对陇中旱区玉米生长及农田碳排放的影响.植物营养与肥料学报 ():.杨清夏 李欢 龙光强 等.基于有机肥和菌肥的玉米减肥增效研究.生态科学 ():.张君 段玉 刘亚红 等.不同施肥处理对燕麦产量、养分吸收和水肥利用效率的影响.北方农业学报 ():.邱晓丽.不同生物有机肥对土壤生物活性以及对马铃薯的生物效应的影响.甘肃农业大学.陈云梅 肖厚军 赵欢 等.商品有机肥替代化肥对春玉米生长、产量及土壤肥力的影响.西南农业学报 ():.王文娟 丁林 王以兵 等.干旱区毛管滴灌玉米土壤水分及生长指标研究.节水灌溉():.夏海雪.肥料运筹对垄沟集雨种植玉米产量和土壤水分与水肥利用效率的影响.西北农林科技大学.():.何浩 张宇彤 危常州 等.不同有机替代减肥方式对玉米生长及土壤肥力的影响.水土保持学报 ():.温利利 刘文智 李淑文 等.水肥耦合对夏玉米生物学特性和产量的影响.河北农业大学学报 ():.冯严明 丛鑫 牟晓宇 等.水肥施用量对夏玉米生长及产量的影响.节水灌溉():.司海丽 纪立东 李磊.水肥协同对水果玉米生长发育及土壤养分的影响.节水灌溉():.米国华 伍大利 陈延玲 等.东北玉米化肥减施增效技术途径探讨.中国农业科学 ():.李欢 杨清夏 李扬 等.减氮及增施腐殖酸对玉米产量和氮肥利用率的影响.生态学杂志 ():.潘周云 赵艳花 陈瑾 等.不同生育期干旱胁迫对玉米籽粒产量及其果穗性状的影响.山地农业生物学报():.隋凯强 赵龙刚 刘树堂 等.水肥耦合对夏玉米根系形态及产量的影响.华北农学报 ():.姜佰文 谢晓伟 王春宏 等.应用腐殖酸减肥对玉米产量及氮效率的影响.东北农业大学学报 ():.裴雪霞 党建友 张定一 等.化肥减量配施有机肥对旱地小麦产量、品质和水分利用率的影响.水土保持学报():.