李曉娜

(通遼市農(nóng)牧技術(shù)推廣中心 內(nèi)蒙古通遼 028000）

氮肥在玉米生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系中均發(fā)揮著重要的作用， 但玉米生產(chǎn)過(guò)程中施氮量過(guò)大和利用效率低的問(wèn)題，一直無(wú)法得到妥善解決，這不僅造成了大量氮素資源和能源的浪費(fèi)， 還對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重的威脅[1-4]。 因此，如何在減量施氮和提高玉米氮肥利用效率的前提下，保證玉米產(chǎn)量，對(duì)于玉米節(jié)本增效和環(huán)境安全都具有重要的意義。 前人研究表明，滴灌在提高作物產(chǎn)量的同時(shí)，還能顯著提高氮素吸收利用效率。 趙明[5]等研究表明，滴灌通過(guò)分次施肥方式實(shí)現(xiàn)氮肥后移， 能夠維持花后較高的氮素積累能力和光合生產(chǎn)能力， 同步提高玉米籽粒產(chǎn)量和氮肥利用效率。 徐杰等[6]研究表明，滴灌能夠?qū)崿F(xiàn)分次施肥，從而實(shí)現(xiàn)氮肥的合理分配，根據(jù)作物不同需肥時(shí)期精確施肥， 保證玉米生育后期能夠保持較高的氮素積累能力及光合能力， 進(jìn)而提高產(chǎn)量和氮肥利用效率。 水肥一體化技術(shù)能夠?qū)⒌喂喙喔群褪┓视行У亟Y(jié)合， 目前生產(chǎn)上水肥一體化技術(shù)多是在膜下滴灌基礎(chǔ)上進(jìn)行的， 最先在新疆地區(qū)大面積推廣應(yīng)用，現(xiàn)在是我國(guó)北方近10 年主推的灌溉技術(shù)[7-10]，但膜下滴灌技術(shù)在推廣應(yīng)用的同時(shí)，也出現(xiàn)了植物根系下扎困難、殘膜污染等一系列問(wèn)題，對(duì)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展造成一定的影響， 并且對(duì)環(huán)境造成了污染[11-12]。 淺埋滴灌是在膜下滴灌基礎(chǔ)上研發(fā)的新型節(jié)水灌溉方式，將地表覆土代替覆膜，滴管淺埋于地表下3～5 cm，使淺埋滴灌在發(fā)揮滴灌優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，減少農(nóng)業(yè)成本投入及避免殘膜對(duì)環(huán)境的污染。 由于淺埋滴灌條件下地表覆土代替了覆膜，因此土壤水、熱變化規(guī)律會(huì)發(fā)生一定程度的改變， 這也會(huì)進(jìn)一步影響到玉米籽粒產(chǎn)量及氮素吸收利用效率。 作為一種新型節(jié)水灌溉方式，目前相關(guān)研究報(bào)道較少，關(guān)于玉米氮素利用的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。 因此，本試驗(yàn)選擇淺埋滴灌、膜下滴灌和當(dāng)?shù)卮笏? 種灌溉方式，研究不同灌溉方式對(duì)物質(zhì)生產(chǎn)性能及玉米籽粒產(chǎn)量形成的影響， 揭示不同灌溉方式下玉米氮素與轉(zhuǎn)運(yùn)規(guī)律的差異， 以期為西遼河平原灌地區(qū)大面積可持續(xù)推廣玉米水肥一體化灌溉方式提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2019 年、2020 年在西遼河平原中部的通遼市科爾沁區(qū)孔家村試驗(yàn)示范園區(qū)的定位試驗(yàn)田（43°35′N(xiāo)、121°09′E，海拔高度為 178 m）進(jìn)行，該地為溫帶大陸性季風(fēng)氣候， 光熱資源充足， 雨熱同期， 試驗(yàn)區(qū)近 5 年年均降雨量 340～440 mm、 年均氣溫 6.5～7.1℃、無(wú)霜期 150 d 左右、≥10 ℃的活動(dòng)積溫3 200℃。 試驗(yàn)地土壤為灰色草甸中壤土， 試驗(yàn)地播前耕層土壤情況見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)地0~20 cm 耕層播前土壤概況

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶(hù)主要的3 種灌溉模式， 分別為膜下滴灌、淺埋滴灌、大水漫灌，采用小區(qū)對(duì)比試驗(yàn)，小區(qū)面積為 432 m2（7.2 m×60.0 m），以農(nóng)華 101為供試品種。 各處理均采用寬窄行種植模式（窄行行距40 cm，寬行行距80 cm），種植密度5 000 株/畝。2 種滴灌方式均采用單翼迷宮式滴灌帶， 滴頭相距25 cm，滴頭流量為3.5 L/h；膜下滴灌處理采用幅寬為80 cm、 厚度為0.01 mm 的聚乙烯吹塑農(nóng)用透明膜。 各處理底施硫酸鉀（K2O，50%）6 kg/畝、磷酸二銨（P2O5，46%）13 kg/畝，追施尿素（N，46%）35 kg/畝，分別在玉米拔節(jié)期、大喇叭口期、吐絲期按 3∶6∶1 比例結(jié)合灌溉追肥，灌水量根據(jù)當(dāng)?shù)赜衩咨a(chǎn)灌溉定額確定，其中淺埋滴灌與膜下滴灌灌溉量均為3 150 m3/hm2，分6 次灌溉，大水漫灌灌溉量為4 500 m3/hm2，分4 次灌溉。 各處理均在 2019 年 5 月 5 日播種，9 月 30 日收獲；2020 年 5 月 1 日播種，10 月 1 日收獲。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 生物量及地上部氮素積累量 在春玉米大喇叭口期、 吐絲期和完熟期在各小區(qū)連續(xù)取有代表性植株3 株，將地上部按器官（莖、葉、籽粒）分離，用清水沖凈， 在干燥箱內(nèi)105℃下殺青30 min， 繼續(xù)在80℃烘至恒重后，測(cè)定干物質(zhì)量，烘干后樣品用粉碎機(jī)粉碎，過(guò)60 目篩，用H2SO4-H2O2消煮后使用凱氏定氮儀測(cè)定全氮含量，并折算地上部氮素積累量。

1.3.2 氮素相關(guān)指標(biāo)計(jì)算 測(cè)定得出全氮含量后，分別計(jì)算植株總氮素積累量、營(yíng)養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量、氮素轉(zhuǎn)運(yùn)效率、氮素轉(zhuǎn)運(yùn)對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率、氮肥偏生產(chǎn)力、氮素收獲指數(shù)、氮素利用效率。

1.3.3 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素 各小區(qū)測(cè)產(chǎn)面積為30 m2，人工脫粒后測(cè)鮮粒重和含水率并折算成含水率為14%的籽粒產(chǎn)量，同時(shí)調(diào)查該面積內(nèi)株數(shù)、穗數(shù)、雙穗數(shù)、空稈數(shù)、倒伏數(shù)。 隨后每小區(qū)隨機(jī)選取10 個(gè)果穗帶回實(shí)驗(yàn)室，待自然風(fēng)干后進(jìn)行室內(nèi)考種。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

用Excel 和SPSS 19.0 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)作圖與統(tǒng)計(jì)分析，采用LSD 法檢驗(yàn)處理間差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 玉米干物質(zhì)積累量對(duì)不同灌溉方式的響應(yīng)

由圖1 可知，2 年中3 種灌溉方式下春玉米地上部干物質(zhì)積量變化趨勢(shì)一致， 干物質(zhì)積累總量均隨玉米生育進(jìn)程的推進(jìn)而逐漸升高。 各處理間干物質(zhì)積累量吐絲期差異不顯著，乳熟期以膜下滴灌最高，淺埋滴灌次之，大水漫灌最低，其中2019 年三者間差異均不顯著，2020 年淺埋滴灌和大水漫灌間與膜下滴灌差異達(dá)到了顯著水平，但二者差異不顯著，完熟期均表現(xiàn)為淺埋滴灌＞大水漫灌＞膜下滴灌。2 年中淺埋滴灌與膜下滴灌處理干物質(zhì)積累量均達(dá)到了顯著差異水平，但與大水漫灌處理相比差異均不顯著。

圖1 玉米干物質(zhì)積累量對(duì)不同灌溉方式的響應(yīng)

2.2 玉米氮素積累量對(duì)不同灌溉方式的響應(yīng)

由圖2 可知，3 種灌溉方式玉米氮素積累量與干物質(zhì)積累量呈現(xiàn)相同的變化趨勢(shì)， 均隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)， 氮素積累量增加，2 年中各處理吐絲期氮素積累量差異均不顯著；2019 年和2020 年乳熟期均表現(xiàn)為膜下滴灌＞淺埋滴灌＞大水漫灌， 各處理間差異均達(dá)到了顯著水平；完熟期則以淺埋滴灌最高，大水漫灌次之，膜下滴灌最低，其中淺埋滴灌與膜下滴灌間差異達(dá)到了顯著水平， 但二者與大水漫灌差異均不顯著。

圖2 玉米氮素積累量對(duì)不同灌溉方式的響應(yīng)

2.3 玉米氮素轉(zhuǎn)運(yùn)對(duì)不同灌溉方式的響應(yīng)

由表2 可知，不同灌溉方式對(duì)春玉米氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量、轉(zhuǎn)運(yùn)效率及對(duì)玉米籽粒貢獻(xiàn)量不同。3 種方式下氮素轉(zhuǎn)運(yùn)總量表現(xiàn)為淺埋滴灌＞大水漫灌＞膜下滴灌，其中2019 年，淺埋滴灌與大水漫灌、膜下滴灌間差異達(dá)到了顯著水平， 但前二者間差異不顯著；2020 年，淺埋滴灌和膜下滴灌間差異達(dá)到了顯著水平， 但膜下滴灌與大水漫灌間差異不顯著。2 年中氮素轉(zhuǎn)運(yùn)率均表現(xiàn)為淺埋滴灌＞大水漫灌＞膜下滴灌，其中2019 年淺埋滴灌較大水漫灌和膜下滴灌分別提高了3.9%和7.4%，2020 年分別提高了1.0%和9.7%。 氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率莖鞘和葉均表現(xiàn)為淺埋滴灌＞大水漫灌＞膜下滴灌， 其中2019 年淺埋滴灌較大水漫灌和膜下滴灌分別提高了0.2%和1.1%，2020 年分別提高了1.1%和1.4%。

表2 玉米氮素轉(zhuǎn)運(yùn)對(duì)不同灌溉方式的響應(yīng)

2.4 玉米氮素利用效率對(duì)不同灌溉方式的響應(yīng)

由圖3 可知，不同灌溉方式對(duì)春玉米氮素利用效率的影響不同。2 年中不同灌溉方式下氮素積累總量均以淺埋滴灌最高，大水漫灌次之，膜下滴灌最低，其中2019年各處理間差異均達(dá)到了顯著水平，2020年淺埋滴灌與膜下滴灌、 大水漫灌間差異達(dá)到了顯著水平。 各處理間氮肥偏生產(chǎn)力均表現(xiàn)為淺埋滴灌＞大水漫灌＞膜下滴灌， 其中2019 年淺埋滴灌和大水漫灌間差異不顯著，但均顯著高于膜下滴灌。 各處理間氮素收獲指數(shù)差異均不顯著。 各處理間氮素利用效率2019 年處理間差異不顯著，2020 年淺埋滴灌和大水漫灌間差異不顯著，但均顯著高于膜下滴灌。

圖3 玉米氮素利用效率對(duì)不同灌溉方式的響應(yīng)

2.5 玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素對(duì)不同灌溉方式的響應(yīng)

由表3 可知，2 年中各處理產(chǎn)量均表現(xiàn)為淺埋滴灌＞大水漫灌＞膜下滴灌，其中2019 年淺埋滴灌與膜下滴灌間差異達(dá)到了顯著水平， 但二者與大水漫灌間差異均不顯著，2020 年各處理間達(dá)到了顯著水平。有效穗數(shù)和穗粒數(shù)均表現(xiàn)為淺埋滴灌＞大水漫灌＞膜下滴灌，各處理間差異不顯著；各處理間千粒重均表現(xiàn)為淺埋滴灌＞大水漫灌＞膜下滴灌，2 年中差異均達(dá)到了顯著水平。

表3 玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素對(duì)不同灌溉方式的響應(yīng)

3 討論與結(jié)論

3.1 不同灌溉方式對(duì)玉米干物質(zhì)積累、 氮素積累及氮素利用效率的影響

氮素是決定作物產(chǎn)量的關(guān)鍵因素[13-14]，也是作物生產(chǎn)中重要的營(yíng)養(yǎng)元素， 其對(duì)作物增產(chǎn)效果也最顯著[15]。 魏淑麗[16]等研究結(jié)果表明，調(diào)整施氮量能夠提高玉米花后物質(zhì)生產(chǎn)能力，在氮素積累總量一定的情況下，要想提高單位籽粒氮素的生產(chǎn)效率，就要通過(guò)提高產(chǎn)量進(jìn)而提高氮素利用效率。丁艷宏[17]在對(duì)比不同灌溉水源及方式對(duì)玉米生長(zhǎng)特性及水肥利用效率的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，滴灌能夠顯著提高玉米對(duì)氮肥的利用效率，滴灌條件下氮肥偏生產(chǎn)力提高117.00%～131.00%。習(xí)金根[18]在研究不同灌溉施氮方式下玉米的生長(zhǎng)效應(yīng)時(shí)指出， 同等施氮量的滴灌條件下氮素的利用效率更高，進(jìn)而促進(jìn)干物質(zhì)的高速積累和運(yùn)轉(zhuǎn)，最終增加玉米籽粒產(chǎn)量。 本試驗(yàn)研究表明，在不同灌溉模式下， 淺埋滴灌模式在吐絲后期干物質(zhì)積累量和氮素積累量顯著高于膜下滴灌和大水漫灌。 同時(shí)不同灌溉模式下氮肥偏生產(chǎn)力和氮素利用效率也均表現(xiàn)為淺埋滴灌＞大水漫灌＞膜下滴灌， 一方面淺埋滴灌條件下氮肥隨水直接施入到玉米根區(qū)， 可提高玉米對(duì)氮素的吸收利用效率[19]；另一方面氮肥后移可提高花后玉米葉片中氮素含量，延長(zhǎng)花后光合有效時(shí)間，改善光系統(tǒng)Ⅱ和光系統(tǒng)Ⅰ的性能和協(xié)調(diào)性， 增強(qiáng)光合電子傳遞效率，提高葉片凈光合速率，提高光合氮利用效率，促進(jìn)碳代謝運(yùn)轉(zhuǎn)及碳代謝產(chǎn)物的積累[20-21]。

3.2 不同灌溉方式對(duì)玉米產(chǎn)量的影響

前人研究表明，溝壟覆膜集水模式[22]、虧缺灌溉模式[23]、調(diào)虧灌溉模式[24]都可以通過(guò)調(diào)節(jié)土壤水分條件來(lái)影響作物光合作用效率， 從而影響作物干物質(zhì)的運(yùn)轉(zhuǎn)與積累和作物產(chǎn)量形成。 膜下滴灌能夠根據(jù)作物的生長(zhǎng)發(fā)育需求對(duì)作物根系周?chē)M(jìn)行定時(shí)、定量的精準(zhǔn)灌溉，增強(qiáng)了水分傳導(dǎo)能力，使作物光合作用能力有效提升，促進(jìn)干物質(zhì)積累與轉(zhuǎn)運(yùn)[25-27]。 淺埋滴灌由于地表無(wú)膜覆蓋，土壤水、熱變化規(guī)律與膜下滴灌等節(jié)水灌溉模式有較大區(qū)別， 必然會(huì)影響玉米光合特性、碳代謝和光合氮素利用效率，進(jìn)而影響籽粒產(chǎn)量形成。 本試驗(yàn)研究結(jié)果表明，淺埋滴灌模式下玉米產(chǎn)量最高，2 年平均產(chǎn)量為14.685 t/hm2，分別較大水漫灌和膜下滴灌提高3.89%和10.08%， 且與膜下滴灌相比2 年差異均達(dá)顯著水平， 與大水漫灌2020 年達(dá)顯著差異水平。淺埋滴灌條件下，較高的干物質(zhì)積累量和氮素積累量也為籽粒產(chǎn)量的形成奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。 膜下滴灌由于地表覆膜，一方面使玉米生育前期和中期物質(zhì)積累強(qiáng)度增加， 另一方面也使玉米生育進(jìn)程加快， 因此膜下滴灌處理玉米雖然吐絲前具有較高的干物質(zhì)積累量， 但由于生育進(jìn)程加快，生育后期根冠衰老加劇，造成吐絲后干物質(zhì)積累量明顯低于淺埋滴灌和大水漫灌， 這不但影響到干物質(zhì)的進(jìn)一步積累， 根冠衰老也使干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)效率變低，從而籽粒產(chǎn)量低于淺埋滴灌和大水漫灌處理。