膜上灌玉米节水灌溉制度参数与氮磷比最优配方研究

一、材料与方法

（一）试验点基本情况

试验点位于宁夏回族自治区吴忠市利通区东塔乡石佛村，北纬37°59′，东经106°11′，海拔1 127.4 m。试验田为重壤土，土壤干容重为1.465 g/cm3，田间持水率为25%（质量比），地下水埋深120 cm。土壤全盐量为1.67 g/kg，碱解氮127 mg/kg，有效磷为38.6 mg/kg，速效钾为169 mg/kg，全氮为1.17 g/kg，全磷为0.87 g/kg，全钾为13.89 g/kg，有机质为15.7 g/kg，pH为8.21。

（二）试验设计

试验采用正交试验设计方法。根据当地实际生产经验和灌水条件，分析灌区实地情况，因素选取适合灌区的灌水次数、灌水定额和氮磷比（考虑土壤养分的前提下确定出的比例）。因素与水平编码见表3-2-1。正交表选择L9（34）。正交试验设计方案见表3-2-2。试验目的是研究单种玉米小畦膜上灌条件下，不同灌水定额、灌水次数和氮磷配比对玉米生长发育、生理及产量的影响，以提出灌水定额、灌水次数和氮磷比最优配方。

表3-2-1　因素与水平编码

（三）试验实施

试验小区共9个，小区长15 m，宽12.25 m，面积为34 m2。考虑到试验的局限性和土壤特性空间变异性，各处理在田间顺序排列布置，各处理采用小畦膜上灌，田间布置见图3-2-1。试验玉米品种为金穗2001号，于2004年4月6日播种、覆膜，每畦种4行，行距为0.45 m，株距为0.3 m，19日放苗，5月20日间苗，6月4日按照设计方案施肥，6月6日、7月6日、8月6日、8月23按照设计方案分畦采用无喉道量水堰量水灌溉。

表3-2-2　正交试验设计方案

图3-2-1　田间试验布置

二、结果与分析

（一）膜上灌玉米生育阶段分析

膜上灌玉米生育期的临界日期见表3-2-3。播种至出苗期14天，出苗至拔节期35天，拔节至大喇叭口期48天，大喇叭口至抽雄吐丝期11天，抽雄吐丝至灌浆期20天，灌浆至乳熟期17天，乳熟至成熟期10天，全生育期共155天，比未覆膜条件下生育期缩短10天（同品种玉米）。原因在于，覆膜后土壤保水性更好，早晚温差小（与未覆膜相比较），养分利用更充分，玉米生长期缩短。但是，玉米出现了早衰的现象：玉米叶片变黄、变枯。

表3-2-3　玉米生育期

（二）膜上灌玉米不同时间株高分析

由表3-2-4和图3-2-2可知，在玉米出苗至拔节期，由于温度较低，玉米根系较浅，获得的养分及水分较少，同时，在5月初有霜冻，导致株高增长缓慢。在此期间，每天株高增长量为1.71 cm。从拔节到抽穗期，随着叶面积的增大，玉米获得的太阳能增加，光合速率随之提高，同时，玉米根系相应地增加，使玉米获得更多的养分和水分，在此期间玉米株高增长速度最快，从59 cm增加到265 cm，平均每天增长量为3.49 cm。到了大喇叭口期以后，株高增长速度缓慢。抽雄至灌浆期，株高从265 cm增加到275 cm，平均每天增长量为0.5 cm。玉米子粒成熟时，叶片开始变黄，出现了早衰。

表3-2-4　玉米株高测定

注：日期格式为日/月。

以株高作为指标，经极差分析后得出：由于RB>RC>RA，则各因子由主要因素到次要因素的顺序为B（主）→C→A（次）。极差RB最大，最优水平为B1，极差RC次之，最优水平为C2，极差RA最小，最优水平取A2。因此，最优组合为B1C2A2，即灌水定额为600 m3/hm2、灌水次数为3次、氮磷比为2.5时株高最高。方差分析不显著。

（三）膜上灌玉米不同时间叶面积指数分析

大量研究发现，玉米一生中，叶面积指数在不断变化着，整个变化过程大致可分为三个阶段：上升期、稳定期和衰落期。稳定期是指叶面积达到最大之后，在一段时期内保持不下降或变动微小的阶段。

试验各处理叶面积指数测定结果和其变化曲线分别见表3-2-5和图3-2-3。由表3-2-5和图3-2-3可知，玉米从拔节至抽雄吐丝期，平均叶面积指数从1.2增加到6.2，叶面积指数增长迅速，达到整个生育期最大值。从抽雄吐丝至乳熟期叶面积指数从6.2减小到5.8。叶面积指数的高低能够反映出玉米产量的高低。在以往生产实践中发现，如果叶面积指数达到6以上，玉米产量能达到高产。

图3-2-2　玉米不同时间株高变化曲线图

以叶面积作为指标，经极差分析后得出：B（主）→A→C（次）。极差RB最大，最优水平为B1，极差RA次之，最优水平为A2，极差Rc最小，最优水平取C2。因此，最优组合为B1A2C1，即灌水定额为600 m3/hm2、灌水次数为3次、氮磷比为2.5时叶面积指数最高。方差分析不显著。

表3-2-5　玉米叶面积指数测定表

注：日期格式为日/月。

图3-2-3　叶面积指数变化图

（四）膜上灌土壤含水率分析

从图3-2-4、3-2-5、3-2-6看出，在6月6日前土壤平均含水率保持在31%，占田间持水率的85%，足以满足玉米从播种苗到出苗所需水量。6月6日分别在处理1、4、7分别灌水2.1 m3（600 m3/hm2），处理2、5、8分别灌水3.1 m3（900 m3/hm2），处理3、6、9分别灌水4.1m3（1 200 m3/hm2）。而在6月6日到7月5日期间处理1、5、9土壤含水率分别为31.5%、31.6%和31.7%，分别占田间持水率的86.1%、86.3%和86.6%，说明土壤水分受降雨（此期间降雨量为13.8 mm）和地下水影响很大，促使不同灌水量、不同处理的土壤平均含水率在该时段很接近。

在7月6日，分别给处理1至处理6按设计灌水量灌第二水。从7月6日到8月5日，处理1、5土壤平均含水率分别为31.8%和31.3%，分别占田间持水率的86.9%和85.5%，在8月6日，分别给处理1至处理6按设计灌水量灌第三水，给处理7到处理9灌第二水，由表中数据看出，从8月10日到20日，处理1的土壤平均含水率为33.1%，占田间持水率的90.4%，从8月10日到9月5日，处理5和处理9的土壤含水率分别为35.1%和33.3%，分别占田间持水率的95.9%和91.9%。在进入8月份以后雨水频繁，并且地下水位由140 cm上升到102 cm，8月23日按设计只给处理1、2、3灌第四水，从8月27日至9月5日，处理1的土壤平均含水率为36.4%，占田间持水率的99.5%。

由此看出，在玉米生长后期，处理1、5和9的0～60 cm土壤平均含水率占田间持水率均超过85%，特别是处理1土壤平均含水率占田间持水率达99.5%，说明土壤水分非常充足，甚至造成根系通气不良。表明在没有人工灌水的情况下，雨水和地下水的补给足以满足玉米生长所需水量。由图3-2-4、3-2-5、3-2-6看出，从播种到第一次灌水期间土壤含水率呈下降趋势，在整个玉米生育期期间有人工灌水时土壤含水率上升，处理1有四次凸点，处理5有三次凸点，处理9有二次凸点。0～40 cm土层土壤含水率波动大，40～60 cm土层土壤含水率波动小。从播种到收获期间，土壤含水率总的趋势是逐渐上升。

图3-2-4　处理1玉米全生育期土壤含水率变化图

图3-2-5　处理5玉米全生育期土壤含水率变化图

图3-2-6　处理9玉米全生育期土壤含水率变化图

（五）膜上灌玉米产量结果及分析

1.极差分析

从表3-2-6可以看出，由于RB>RC>RA，则各因子由主要因素到次要因素的顺序为B（主）→C→A（次）。

从灌水次数与产量的关系图3-2-7看出：产量随着灌水次数的增加而增加，灌水次数为4次时，平均产量最高。

表3-2-6　正交试验结果及极差分析

从灌水定额与产量的关系图3-2-8看出：产量随着灌水定额的增加而在逐渐减少，当灌水定额为600 m3/hm2时产量最高，900 m3/hm2时次之，1 200 m3/hm2时最低。在玉米全生育期内降雨量补给为1 326 m3/hm2，地下水补给为608 m3/hm2，因计划湿润层增加而增加的水量为1 900 m3/hm2，土壤储水量为353 m3/hm2，人工最小灌溉定额为2 500 m3/hm2。所以在玉米整个生育期内5 880 m3/hm2的水量，足以满足玉米实际需水量5 205 m3/hm2。另外，灌溉后水量的消耗一部分为玉米的耗水量（覆膜后玉米的耗水量主要表现为植株蒸腾），另一部分则为下渗流失。但是，在整个生育期期间地下水位埋深在108～142 cm之间变动，灌溉水量只有很少的部分流失。所以每次灌水后玉米不能很快消耗水分，将会影响玉米的发育和生长，影响最终的产量。因此，灌水定额为600 m3/hm2时产量最高，900 m3/hm2时次之，1 200 m3/hm2时最低。

从氮磷比与产量的关系图3-2-9看出：氮磷比与产量关系呈上凸抛物线形，N/P为2.5时产量最高，N/P为1.4时产量次之，N/P为3.6时产量最低。一般情况下，种肥（氮、磷、钾配合使用）能显著增加叶片的长度和宽度，从而扩大叶面积，孕穗期追肥能促进中部叶及穗位以上叶良好生长，提高光合效率，尤其在大喇叭口期，可提高光合势和净光合率，能减少败育粒，增加粒重，提高产量。但是，当氮肥供应过多时（相对来说，磷肥供应较少），会影响光合作用的进行，植物体内碳水化合物缺乏，作物贪青晚熟，籽粒不充实，从而导致产量下降；反之，如果氮肥较少，则磷肥相对较多，会使植物体内叶绿素含量降低，叶片变黄，光合作用受到抑制，从而使植物体内碳水化合物缺乏，产量下降。所以，在三种水平中N/P为2.5时产量相对最高。

从极差值可以看出：极差RB最大，最优水平为B1，极差RC次之，最优水平为C2，极差RA最小，最优水平取A1。因此，最优组合为B1C2A1，即灌水定额为600 m3/hm2、灌水次数为4次、氮磷比为2.5时产量最高。灌水定额较少，但是灌水次数较多，这样将会使土壤始终保持在一个合适的含水量，再加上氮磷比适中，化肥能够适量地溶解在水中。作物根系所吸收的水分和养分都会处于平衡的状态，所以在此组合下玉米产量最高。

2.方差分析

经方差分析可知（见表3-2-7），灌水定额对产量的影响显著，灌水次数和N/P对产量的影响无显著。对试验结果影响不显著的因子可以经济、方便为原则，选取任一水平。

表3-2-7　方差分析表

图3-2-7　灌水次数与产量关系图

图3-2-8　灌水定额与产量关系图

图3-2-9　氮磷比与产量关系图

三、结论

①分别以玉米株高、叶面积指数和干物质作为指标进行极差分析后得出：灌水定额是主要影响因素，灌水次数和氮磷比是次要影响因素。方差分析不显著。

②经极差分析，得出最优组合为：灌水次数为4次、灌水定额为600 m3/hm2、氮磷比为2.5时产量最高。亦既在玉米生育期间降雨量为129 mm、地下水位埋深为108～142 cm条件下，采用小量多次、中等肥力的节水节肥的最优组合方案时，在宁夏地区的膜上灌玉米能取得高产。