張立勤 崔云玲 崔增團 張舉軍 萬倫

摘要：研發(fā)和推廣應用高效節(jié)水技術是提升揚黃灌區(qū)制種玉米產(chǎn)量、支撐制種玉米產(chǎn)業(yè)增效和持續(xù)發(fā)展的重要途徑。為了給建立制種玉米水肥一體化技術模式下的科學高效灌溉制度提供科學依據(jù)。在甘肅揚黃灌區(qū)滴灌水肥一體化條件下，研究了不同灌溉定額和灌水次數(shù)下制種玉米的產(chǎn)量表現(xiàn)和水分利用效果。結果表明，灌溉定額從2 250 m3/hm2增加到3 000 m3/hm2時，制種玉米增產(chǎn)幅度達33.84%，但灌溉定額高于3 000 m3/hm2并繼續(xù)增大時增產(chǎn)效果不明顯，生育期耗水量增加，水分利用效率降低明顯。灌水次數(shù)從10次增加至20次時，制種玉米產(chǎn)量及水分利用效率均呈降低趨勢，灌水次數(shù)多于15次并繼續(xù)增加時，制種玉米減產(chǎn)顯著。灌水次數(shù)和灌溉定額之間不存在互作效應。在灌溉定額偏低條件下，增加灌水次數(shù)會造成制種玉米嚴重減產(chǎn)。當生育期灌溉定額為3 000 m3/hm2、灌水次數(shù)為10次時，折合產(chǎn)量較高，為7 386.9 kg/hm2，較其余處理增產(chǎn)-2.77%～93.58%；水分利用效率最高，為17.83 kg/（mm·hm2），較其余處理提高5.32%～78.30%；種植純收益較高，為29 683.6元/hm2，較其余處理增加-511.8～20 675.4元/hm2；產(chǎn)投比最高，為3.03，較其余處理增加0.07～1.38?？梢姡嗨?0次、灌溉定額為3 000 m3/hm2時灌溉水利用效果相對優(yōu)化。

關鍵詞：灌溉定額；灌水次數(shù)；制種玉米；產(chǎn)量；水分利用效率

中圖分類號：S513；S275 ? ? ? ? ? ? ?文獻標志碼：A ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2097-2172（2022）02-0124-06

doi：10.3969/j.issn.2097-2172.2022.02.006

Effects of Irrigation on Yield and Water Use Efficiency of Seed Corn

under the Condition of Water and Fertilizer Integration

ZHANG Liqin 1， CUI Yunling 1， CUI Zengtuan 2， ZHANG Jujun 3， WAN Lun 2

（1. Institute of Soil， Fertilizer and Water Saving， Gansu Academy of Agricultural Sciences， Lanzhou Gansu 730070， China; 2. General Station of Gansu Cultivated Land Quality Construction and Protection， Lanzhou Gansu 730030， China; 3. Agricultural Technology Extension Centre of Jingtai County， Jingtai Gansu 730400， China）

Abstract： Research and extension on efficient water-saving technologies are of great importance in increasing the seed corn yield， supporting seed corn industry efficiency enhancement and sustainable development in Yanghuang irrigated area. To provide reference for scientific irrigation system establishment under the water and fertilizer integration mode for seed corn， the yield performance and water use efficiency of seed corn under different irrigation quota and irrigation times were studied under the condition of water and fertilizer integration of drip irrigation in Yanghuang irrigated area of Gansu Province. The results showed that when irrigation quota increased from 2 250 m3/ha to 3 000 m3/ha， the yield of seed corn increased by 33.84%， however， when the irrigation quota was at or higher than 3 000 m3/ha， the results of yield increase along with the increase of irrigation quota was not significant， the water consumption increased during the growth period， and the water use efficiency decreased significantly. When the irrigation times increased from 10 times to 20 times， the yield and water use efficiency of seed corn showed a trend of decrease. When the number of irrigation times was more than 15， the yield decreased significantly along with the increase of irrigation times. No interaction effect between irrigation times and irrigation quota was detected. Especially under the condition of low irrigation quota， increasing irrigation times would reduce yield of seed corn seriously. When compared with other treatments， under the treatment of ? ?3 000 m3/ha irrigation quota and ?10 times of frequency， average seed corn yield was high which was 7 386.9 kg/ha and was increased by -2.77% to 93.58%， water use efficiency was the highest which was 17.83 kg/（mm·ha） and was increased by 5.32% to 78.30%， the net income was the highest which was 29 683.6 RMB/ha and was increased by -511.8 to 20 675.4 RMB/ha， and the production investment ratio was the highest which was 3.03 and was inceased by 0.07 to 1.38. Therefore， the irrigation water utilization efficiency was relatively optimized when irrgated 10 times at the irrigation quota of 3 000 m3/ha.

Key words： Irrigation quota; Irrigation time; Seed corn; Yield; Water use efficiency

甘肅揚黃灌區(qū)氣候干旱、降水稀少，利用黃河水提灌是當?shù)剞r(nóng)業(yè)發(fā)展的重要保障。但受揚程高、提灌能力有限、輪灌周期長等諸多因素的影響，區(qū)內制種玉米生產(chǎn)中供需水矛盾突出，階段性缺水多發(fā)，在很大程度上影響了其產(chǎn)量水平和種植效益［1 - 2 ］。研發(fā)和推廣應用高效節(jié)水技術是提升揚黃灌區(qū)制種玉米產(chǎn)量、支撐制種玉米產(chǎn)業(yè)增效和持續(xù)健康發(fā)展的重要途徑。研究表明，滴灌水肥一體化技術具有顯著的節(jié)水增產(chǎn)效果［3 - 6 ］，有關學者就其灌溉定額和灌溉次數(shù)方面進行了研究。楊凡等［7 ］的研究結果表明，增加灌溉定額，釀酒葡萄的百粒質量和產(chǎn)量逐漸增大，灌溉定額為2 295 m3/hm2時，葡萄生長、產(chǎn)量及品質指標均較好。王克全等［8 ］研究表明，玉米穗長、穗粗、行粒數(shù)和百粒質量與灌溉定額總體呈正相關，籽粒產(chǎn)量隨灌溉定額的增大而增大。李寧等［9 ］研究認為，多次灌水有利于小麥株高生長和葉面積系數(shù)增大，增加灌水次數(shù)，有利于小麥增產(chǎn)。賀忠群等［10 ］研究提出，溫室黃瓜開花結果到拔秧期的適宜灌溉定額為1 934.76 m3/hm2，灌水次數(shù)為10次。陳婷停［11 ］的研究結果表明，生育期灌水8次、灌溉定額為3 765 m3/hm2時，有利于提高玉米的產(chǎn)量、水分利用以及營養(yǎng)品質。邢小寧等［12 ］認為，增加灌溉定額和灌水次數(shù)可以促進棉花營養(yǎng)生長，提高蕾期和花鈴期葉面積指數(shù)，并提出南疆免冬、春灌棉花生育期適宜灌溉定額為420 mm，灌水次數(shù)為16次。牟洪臣等［13 ］指出，在北疆干旱地區(qū)，灌水次數(shù)為９次、灌溉定額為360～405 mm時，更有利于春小麥的生長和產(chǎn)量提高。目前圍繞制種玉米開展的研究和報道不多，已有研究多在漫灌或溝灌模式下進行［14 - 17 ］。農(nóng)戶在生產(chǎn)中應用水肥一體化技術時，多根據(jù)自身經(jīng)驗進行，盲目、過量灌水較為普遍，致使該技術應用成效難以充分發(fā)揮。近年來，水肥一體化技術在甘肅揚黃灌區(qū)制種玉米生產(chǎn)中的應用面積逐年擴大，因此，研發(fā)和建立制種玉米水肥一體化技術模式下的科學高效灌溉制度，顯得尤為緊迫。我們通過研究灌溉定額和灌水次數(shù)對制種玉米產(chǎn)量和水分利用的影響，以期為制種玉米水肥一體化條件下的灌水參數(shù)制定和高效灌溉制度建立提供科學依據(jù)。

1 ? 材料與方法

1.1 ? 試驗地概況

試驗于2020年4 — 9月在位于甘肅省揚黃灌區(qū)的白銀市景泰縣條山農(nóng)場進行。試驗區(qū)位于103° 33′ ～104° 43′ E，36° 43′ ～37° 38′ N，多年平均降水量 185.6 mm，蒸發(fā)量1 722.8 mm，≥10 ℃的有效積溫3 038.4 ℃。試驗于5月1日播種母本，5月6日播種1期父本，5月11日播種2期父本，10月11日收獲，期間降水量218.9 mm，其中≥5 mm的有效降水量179.4 mm，具體見圖1。試驗地前茬為馬鈴薯，土壤肥力均勻，耕層（0～20 cm）土壤含水解氮87.48 mg/kg、速效磷43.95 mg/kg、速效鉀246.29 mg/kg、全鹽1.24 g/kg。

1.2 ? 供試材料

供試氮肥為甘肅劉化（集團）有限責任公司生產(chǎn)的尿素（含N 46.4%），磷肥為四川什邡市運東化工有限公司生產(chǎn)的磷酸一銨（含P2O5 61%、N 11.8%），鉀肥為國投羅布泊鉀鹽有限責任公司生產(chǎn)的農(nóng)業(yè)用硫酸鉀（含K2O≥51%）。指示作物為制種玉米品系，代號為1760，親本由甘肅農(nóng)墾良種有限責任公司提供。內鑲式滴灌帶由亞美特公司生產(chǎn)，內徑16 mm，滴頭間距30 cm，流量1.4 L/h。

1.3 ? 試驗設計

試驗按照裂區(qū)設計的原理，采用大區(qū)無重復設計，試驗區(qū)面積為286.0 m2（11.0 m×26.0 m）。試驗共設9個處理，其中主區(qū)為制種玉米生育期滴水次數(shù)，設3個水平，分別為S：10次，Z：15次，G：20次；副區(qū)為灌溉定額，設3個水平，分別為L：2 250 m3/hm2，M：3 000 m3/hm2，H：3 750 m3/hm2。不同灌水條件的灌溉設計方案見表1。

1.4 ? 試驗方法

試驗采用條膜覆蓋栽培模式，帶幅100 cm，覆蓋后地膜采光面50 cm，膜間距50 cm。滴灌帶鋪設于膜下正中。制種玉米親本均在膜面種植，采用滿天星加行比的方式，父母本比例1∶5，即每播5行母本種1行父本，并在兩母本行中間加播1行父本。母本播種后5 d播一期父本，10 d后播二期父本，母本株距21 cm，密度78 000株/ hm2，父本密度30 900株/hm2。各處理施肥量、肥料分配及施肥時間均相同，施氮（N）270 kg/hm2、磷（P2O5）90 kg/hm2、鉀（K2O）54 kg/hm2，所有肥料均通過滴灌系統(tǒng)分8次隨水追施。肥料分配及施肥方案如下：播前、出苗至拔節(jié)期、拔節(jié)期至吐絲期、吐絲期至灌漿中期、灌漿中期至成熟期等生長階段施肥次數(shù)分別依次為0、2、3、2、1次，氮（N）-磷（P2O5）-鉀（K2O）分配量（kg/hm2）分別依次為0-0-0、81.0-36.0-0、 108.0-27.0-27.0、 81.0- 27.0-16.2、0-0-10.8。

1.5 ? 測定項目與方法

1.5.1 ? ?土壤水分 ? ?播種前及收獲后各測定1次。在制種玉米母本行確定測點采用土鉆取土，用烘干法測定。測定土壤深度為120 cm，測定層次分別為0～10、10～20、20～30、30～40、40～60、60～80、80～100、100～120 cm。對0～120 cm土壤水分含量測定值進行加權平均。

1.5.2 ? 作物生育期耗水量及水分利用效率 ? ?作物生育期耗水量根據(jù)田間水分平衡方程式ET=P+I+G±△W計算，式中ET為制種玉米生育期耗水量（mm）；P為播種至收獲期有效降水量（mm）；I為生育期灌水量（mm）；G為作物利用地下水量（mm）， 由于試驗地地下水埋深20 m以上，因此取G=0；△W為播種至收獲期0～120 cm土層土壤貯水量的變化（mm），具體按公式△W=（播種前體積含水量-收獲后體積含水量）×1 200 mm計算。水分利用效率計算公式為WUE=Y/ET，式中Y為制種玉米母本籽粒產(chǎn)量（kg），ET為生育期耗水量（mm）。

1.5.3 ? ?計產(chǎn)及考種 ? ?每處理區(qū)沿南北方向隨機確定3個測產(chǎn)區(qū)，每個測產(chǎn)區(qū)面積52 m2，制種玉米收獲期按確定的測產(chǎn)區(qū)分區(qū)計產(chǎn)，在每個測產(chǎn)區(qū)隨機取樣10株考種。

1.6 ? 數(shù)據(jù)分析

利用Excel軟件對試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計整理，采用DPS軟件對試驗測定數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析

2 ? 結果與分析

2.1 ? 不同灌水條件下的制種玉米產(chǎn)量表現(xiàn)

從表2可以看出，灌水條件對制種玉米產(chǎn)量影響較大。在不同灌溉定額和滴水次數(shù)條件下，制種玉米的產(chǎn)量差異較為顯著，其中處理SH折合產(chǎn)量最高，為7 597.2 kg/hm2，比其余處理增產(chǎn)165.6～ ?3 781.2 kg/hm2，增產(chǎn)幅度為2.23%～99.09%；其次為處理ZH，折合產(chǎn)量為7 431.6 kg/hm2，比其余處理增產(chǎn)0.61%～94.75%；處理SM居第3位，折合產(chǎn)量為7 386.9 kg/hm2，比其余處理增產(chǎn)8.73%～93.58%，且處理ZH、處理SM與處理SH之間的產(chǎn)量差異均不顯著。處理GL折合產(chǎn)量最低，為 ? 3 816.0 kg/hm2，比其余處理減產(chǎn)30.67%～49.77%，與其余處理的產(chǎn)量差異均達極顯著水平。

進一步分析灌水次數(shù)和灌溉定額對制種玉米產(chǎn)量的具體影響，結果表明，相同灌溉定額條件下，制種玉米產(chǎn)量隨灌水次數(shù)的增加而下降（表2），灌水10次時制種玉米折合產(chǎn)量最高，為6 917.1 kg/hm2，比灌水15、20次的處理分別增產(chǎn)5.18%、28.30%。在灌水10～15次的范圍內，增加灌水次數(shù)，制種玉米折合產(chǎn)量雖然下降，但減產(chǎn)不顯著；當灌水次數(shù)高于15次并繼續(xù)增加至20次時，制種玉米減產(chǎn)明顯。

與灌水次數(shù)相反，增加灌溉定額，制種玉米產(chǎn)量呈增加趨勢（表2）。在3 750 m3/hm2的高灌溉定額條件下，制種玉米折合產(chǎn)量最高，為7 124.2 kg/hm2，比灌溉定額為2 250、3 000 ?m3/hm2的處理分別增產(chǎn)5.83%、41.65%。在不同灌溉定額范圍內，水分對制種玉米產(chǎn)量的作用效果不同。灌溉定額從2 250 m3/hm2增加到3 000 m3/hm2時，制種玉米增產(chǎn)33.84%，增產(chǎn)效果十分顯著；繼續(xù)增加灌溉定額至3 750 m3/hm2時，制種玉米增產(chǎn)不再顯著?？梢?，膜下滴灌水肥一體化條件下，在2 250～ ? ? ? 3 000 m3/hm2范圍內適度增加灌水量，有利于顯著提高制種玉米產(chǎn)量水平；當生育期灌溉定額高于 ?3 000 m3/hm2且繼續(xù)增加時，盡管仍具有一定的增產(chǎn)效應，但水分對玉米產(chǎn)量的貢獻力下降，增產(chǎn)不明顯，使灌溉投入和生產(chǎn)成本增加，并對種植效益產(chǎn)生負面影響。

對比分析灌水次數(shù)和灌溉定額間的F值發(fā)現(xiàn)，與灌水次數(shù)相比，灌溉定額對制種玉米產(chǎn)量的影響相對較大，且灌水次數(shù)與灌溉定額之間不存在互作效應。以上結果表明，水肥一體化條件下，保證足額充分供水對制種玉米的產(chǎn)量至關重要，水分供應不足，不利于制種玉米高產(chǎn)。通過增加灌水次數(shù)的方式，不能補償供水不足對制種玉米產(chǎn)量造成的負面影響。灌溉水總量嚴重不足時，灌水次數(shù)越多，減產(chǎn)幅度越大。

2.2 ? 灌水次數(shù)和灌溉定額對制種玉米產(chǎn)量構成要素的影響

制種玉米千粒重受供水條件的影響較大，在灌水次數(shù)相同的條件下增加灌溉定額，千粒重隨之增加；灌水定額從2 250 m3/hm2增加到3 000 m3/hm2時千粒重增加明顯。與灌溉定額相比，灌水次數(shù)對千粒重的影響相對弱化，在2 250 m3/hm2的低灌溉定額條件下，灌水次數(shù)越多制種玉米千粒重越低。在3 000～3 750 m3/hm2相對較高的灌溉定額范圍內增加灌水次數(shù)時則千粒重呈增加趨勢，但不同處理之間差異不顯著。在灌水次數(shù)和灌溉定額的共同作用下，處理GH千粒重最高，與其余處理相比千粒重增加1.1～49.7 g。

灌溉定額對穗粒數(shù)的影響與千粒重相同，灌水次數(shù)相同時，增加灌溉定額，穗粒數(shù)隨之增加。灌水次數(shù)對穗粒數(shù)的影響與千粒重不同，同一灌溉定額條件下增加灌水次數(shù)，制種玉米穗粒數(shù)下降。尤其將灌水次數(shù)從10次增加到20次時，制種玉米穗粒數(shù)減少均明顯。在所有處理中，處理SH和處理SM穗粒數(shù)相對較高，比其余處理分別增加9.7～125.2粒和2.0～115.5粒。

從以上結果看出，灌水次數(shù)增加，造成制種玉米減產(chǎn)的主要原因與穗粒數(shù)減少有關，在供水量相同的條件下，增加灌水次數(shù)，單次灌水量會隨之減少，造成灌溉后水分下滲有限，多分布于土壤表層，深層土壤含水量不足，土壤向作物適時和持續(xù)供水能力弱化，進而影響制種玉米的授粉效果，結實率下降，穗粒數(shù)降低。在此過程中，盡管千粒重有所增加，但效果不明顯，從而造成制種玉米產(chǎn)量下降。

2.3 ? 不同灌水條件下的制種玉米水分利用效果

生育期耗水量是影響制種玉米水分利用效率的關鍵因素。不同灌水條件下，各處理生育期耗水量在370.2～541.0 mm（表3），其中GH處理耗水量最高，與其余處理相比增加60.4～170.8 mm。灌水次數(shù)相同時，增加灌溉定額，制種玉米生育期耗水量增加明顯。相同灌溉定額條件下，灌水次數(shù)從10次增加到15次時，制種玉米生育期耗水量呈下降趨勢。繼續(xù)增加至20次時，制種玉米耗水量也隨之增大。在3 000～3 750 m3/hm2灌溉定額范圍內，灌水20次的處理耗水量均高于灌水10次和15次處理。不同灌水條件對制種玉米水分利用效率的影響不同，相同的灌水次數(shù)條件下增加灌溉定額，制種玉米水分利用效率先增加而后降低，灌溉定額為3 000 m3/hm2時最高。在相同灌溉定額條件下，灌水次數(shù)對水分利用效率的影響既不規(guī)律也不明顯。不同供水條件下，處理SM水分利用效率最高，與其余處理相比增加0.90～7.83 kg/（mm·hm2），增幅為5.32%～78.30%。

2.4 ? 不同處理種植效益比較

生產(chǎn)成本和產(chǎn)量水平是決定制種玉米種植效益的兩大關鍵因素。灌溉定額不同的處理，生產(chǎn)成本差異主要因灌溉水成本不同所致（表4），不同處理間差異介于750～1 500元/hm2；灌溉定額相同的處理，生產(chǎn)成本也相同，產(chǎn)值直接決定種植效益，而產(chǎn)值又因產(chǎn)量水平不同而不同。灌水次數(shù)增多，產(chǎn)量水平降低，種植效益隨之下降。不同處理中，以處理SH和處理SM純收益相對較高，比其余處理分別增加511.8～21 187.2元/hm2和481.8～20 675.4元/hm2。其中處理SM產(chǎn)投比最高，比其余處理增加0.07～1.38。從以上結果看出，水肥一體化條件下，科學合理的灌水參數(shù)對技術成效至關重要，盲目過量或少量多次灌溉，不僅增加生產(chǎn)成本，還會使制種玉米減產(chǎn)，產(chǎn)生增投減收的不良后果。

3 ? 討論與結論

在作物生長過程中，灌溉是土壤水分的主要來源和調節(jié)水分供應效果的關鍵措施［18 - 19 ］。滴灌水肥一體化條件下，灌水不僅直接影響作物的生長和產(chǎn)量形成，而且對肥料的運移以及作物對養(yǎng)分的吸收利用均有重要影響。供水不足，易使作物受旱減產(chǎn)；而灌水過量，將造成灌溉水浪費，并引起養(yǎng)分淋溶［3 ］，進而降低水肥利用效率。李俠等［20 ］的研究表明，灌溉定額4 410 m3/hm2時，制種玉米產(chǎn)量較好。連彩云等［21 ］的研究結果顯示，滴水量為3 600 m3/hm2、10 d滴水1次時制種玉米產(chǎn)量最高。本試驗表明，灌水次數(shù)和灌溉定額對制種玉米產(chǎn)量均有重要影響，在2 250～3 750 m3/hm2范圍內增大灌溉定額，制種玉米千粒重、穗粒數(shù)和產(chǎn)量均隨之增加；在10～20次范圍內增加灌水次數(shù)，制種玉米穗粒數(shù)減少，產(chǎn)量明顯下降，尤其在灌水次數(shù)從15次增加到20次時減產(chǎn)嚴重。以上結果也說明，在水肥一體化條件下，灌水時要注意適度，并不是灌溉定額越高、灌水次數(shù)越多，制種玉米產(chǎn)量越高。

在甘肅揚黃灌區(qū)滴灌水肥一體化條件下，研究了不同灌溉定額和灌水次數(shù)下制種玉米的產(chǎn)量表現(xiàn)和水分利用效果。結果表明，制種玉米生育期耗水量隨灌溉定額的增加而增大，這與趙引等［22 ］、劉風［23 ］的研究相一致，但水分利用效率與其不同，表現(xiàn)為隨灌溉定額的增大先增加而后降低。表明在一定范圍內適度增加灌水，水分對產(chǎn)量的貢獻力會大幅度提升，進而促使制種玉米顯著增產(chǎn)，提高其水分利用效率。但灌水量偏高時，盡管仍然具有一定的增產(chǎn)效果，但不明顯，同時耗水量卻顯著增加，水分對產(chǎn)量的貢獻力下降，導致水分利用效率降低。與灌溉定額相比，灌水次數(shù)對水分利用效率的影響規(guī)律不明顯。

在年度試驗條件下，灌水10次、灌溉定額為3 000 m3/hm2時，制種玉米折合產(chǎn)量相對較高，為7 386.9 kg/hm2，僅較最高產(chǎn)量的處理（灌水15次、灌溉定額為3 750 m3/hm2）減產(chǎn)2.77%且減產(chǎn)差異不顯著，但比其余處理增產(chǎn)8.73%～93.58%；水分利用效率最高，為17.83 kg/（mm·hm2），較其余處理提高5.32%～78.30%；種植純收益較高，為29 683.6元/hm2，較其余處理增加-511.8～20 675.4元/hm2；產(chǎn)投比最高，為3.03，較其余處理增加0.07～ 1.38?？梢?，灌水10次、灌溉定額為3 000 m3/hm2時灌溉水利用效果相對優(yōu)化。

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收稿日期：2022 - 10 - 06

基金項目：國家科技支撐計劃（2015BAD22B00）子課題（2015BAD22B05-06）。

作者簡介：張立勤（1970 — ），男，甘肅張掖人，研究員，主要從事作物栽培與水肥資源高效利用研究工作。Email： lqzhang1993@163.com。