玉米滴灌灌溉施肥一体化技术研究与应用主要在暖泉农场4队和简泉农场2队实施。暖泉农场4队耕地土壤属非盐渍化土壤，0～80 cm土壤剖面平均全盐含量在0.43 g/kg，简泉农场土壤属轻度盐渍化土壤，0～80 cm土壤剖面平均全盐含量在1.42 g/kg，局部区域达到6.0 g/kg以上。玉米滴灌灌溉施肥一体化技术研究主要针对滴灌条件下土壤全盐变化情况，以及灌溉、施肥制度开展工作。
一、项目区自然条件
简泉农场2队多年平均降水量为185 mm，年均蒸发量1 320 mm，年均气温13.3℃，年日照时数3 083 h，无霜期160 d左右，霜期始于10月下旬，终于4月上旬，全年多风。项目区以灌淤土为主。土质适中，多为轻壤土或中壤土，有机质含量11.3 g/kg，全氮1.02 g/kg，有效磷23.4 mg/kg，速效钾122 mg/kg，pH为8.45，土壤氮、磷、钾养分含量中等，通透性和保水性、保肥性良好，有利于作物生长，是重要的农业土壤资源。项目区地下水资源丰富，主要补给来源为灌溉入渗及贺兰山山前侧向补给，地下水资源年达0.017亿m3。地下水埋深均在3～5 m之间，矿化度1.0 g/L，水质较好。
暖泉农场项目区自然概况见上节。
二、试验设计
（一）暖泉农场项目区灌溉制度设计
以大田种植玉米郑丹958为研究对象，播种行距55 cm，密度为5 500株/亩，2011年4月15日至4月20日播种，考种（收获）期为2011年9月19日。基肥施入二铵、尿素分别为300 kg/hm2和150 kg/hm2，种肥施入过磷酸钙150 kg/hm2。根据试验区玉米常年渠水灌溉量和灌溉次数，设定滴灌灌溉施肥一体化玉米灌溉量和灌溉次数均为3个水平（见表5-2-1），灌溉量分别为3 150 m3/hm2、2 700 m3/hm2、2 250 m3/hm2，灌水次数分别为6次、5次、4次。
表5-2-1 正交试验设计表
注：LAI为拔节至成熟期合计值，株高为成熟期测定值。
由于试验区从4月到6月初无有效降水，玉米根层土壤含水率为13.5%（质量比），33℃以上气温持续多日，为保证玉米后期生长良好，在玉米第1次灌溉时，各试验处理灌水量均为60 m3/亩，剩余灌溉量按照设计依次而灌。
（二）追肥设计
由于玉米早期底肥与种肥施入量的限制，追肥为滴灌专用肥（氮∶磷∶钾比例按照玉米不同生育期对3者的不同需求而配比），施肥量为600 kg/hm2，追肥4次，每次150 kg/hm2，分别为6月17日、6月27日、7月8日和7月27日。
（三）简泉农场项目区灌溉制度设计
灌溉制度同暖泉农场项目区灌溉制度。
（四）检测指标
在田间试验中，叶面积指数（LAI）由式（5.2）求得。
公式（5.2）中，n为第j株的总叶片数；m为测定株数；ρ种为种植密度。Lij为第j株玉米的第i叶长；Bij为第j株玉米的第i最大叶宽。
①玉米测产取样方法。根据地块自然分布将示范点划分为10片左右，每片随机取3个地块，每个地块在远离边际的位置取有代表性的样点6行，采样面积S≥67 m2。
②田间实收。每个样点收获全部果穗，计数果穗数目后，称取鲜果穗重X1（kg/hm2），按平均穗重法取20个果穗作为标准样本测定鲜穗出籽率和含水率，并准确丈量收获样点实际面积。产量计算依据公式（5.3）计算。
公式（5.3）中，Y1=（X1/S）×666.7×15；出籽率L=X2（样品鲜籽粒重）/X1（样品鲜果穗重）；籽粒含水率M（%）：用国家认定并经校正后的种子水分测定仪测定籽粒含水量，每点重复测定10次，求平均值M。
三、结果与分析
（一）土壤含水量变化分析
因为自玉米播种到拔节期间，试验区无有效降水。从图5-2-1（此处只给出灌溉量1水平下的2-1、2-3、2-5处理土壤含水量变化，其他处理土壤含水量变化与此类似）中可以看出，灌溉第1水前（1GQ，以下类同，拔节—小喇叭口期）的玉米耕地土壤剖面（0～60 cm）土壤含水量降到极小值（13.5%），表明在试验区特有的地理条件下，无有效降水时，人工灌溉是玉米此生育阶段唯一的水源。从图5-2-1中可以看出，各处理灌溉后，土壤含水量显著增高，有效地促进植株的生长。由于灌水次数为6次时，及时补充表层土壤含水量，减缓了40～60 cm土壤水分的消耗。因此，图5-2-1的A处理0～40 cm土壤含水量呈显著锯齿状变化（6个峰值），40～60 cm土壤含水量呈锯齿状变化较弱。从图5-2-2中看出，相同灌溉量条件下，灌水次数较多时0～60 cm土层土壤含水率相对较高。随着灌水次数的减少，两次灌水间隔时间较长，土壤含水率下降到相对较小值，产生一定的土壤水分亏缺胁迫，影响作物产量。因此，从图5-2-1B、5-2-1C中看出，土壤含水率变化呈锯齿状的变化减弱（5个和4个峰值），且从表5-2-1中看出，2-1处理产量相对较高于2-3和2-5处理的产量。
图5-2-1 不同处理生育期内土壤含水时空分布
图5-2-2 不同处理生育期内0～60 cm土壤平均含水率时空分布
（二）玉米株高变化分析
从图5-2-3中可以看出，株高随着灌溉量和灌溉次数的增多而增大。由于灌溉量和灌溉次数设定水平梯度太小，此试验没有反映出影响玉米株高变化的最优灌溉量和灌溉次数（根据表5-2-2中的方差分析）。
图5-2-3 不同因子对玉米株高影响
表5-2-2 玉米株高方差分析
F0.95（2，2）=19F0.99（2，2）=99
（三）玉米叶面积变化分析
从图5-2-4中可以看出玉米叶面积指数变化过程呈“S”状，类似大水漫灌玉米叶面积指数变化过程。进入7月份后，气温较高，蒸发量较大，随着灌水量的减少，保存在玉米根层土壤的水分相应减少（如2-2、2-4、2-6处理）。从实地调查结果发现，此灌溉量水平下的玉米出现早衰，玉米叶面积指数从大喇叭—抽穗到抽穗灌浆期呈下降趋势，不利于玉米灌浆成熟。从表5-2-3的分析得出，灌溉量对玉米叶面积指数影响显著，而灌溉次数对此没有影响。
图5-2-4 不同处理玉米LAI变化
表5-2-3 玉米叶面积方差分析
F0.95（2，2）=19 F0.99（2，2）=99
（四）玉米产量与灌溉水水分生产率分析
由于试验区浅层地下水埋深较大，且作物生育期期间降水量极少，高水平灌溉量保证了作物不易受到土壤水分亏缺的影响。且在灌溉量不变，适当增加灌水次数（减少灌水量），可以使作物充分吸收水分。同时养分随水分以溶解态进入土壤，水解充分，适宜的灌水量保证了养分停留在作物根部附近，有助于作物吸收养分，提高作物经济产量。因此，从图5-2-5中可以看出，随着灌溉量和灌溉次数的减少，玉米产量呈下降趋势。
由于试验区属于典型宁夏引黄灌溉区，有地下水埋深较大、降水量极少、蒸发量大等特点。灌溉量和灌溉时间是保证作物高产的基础。采用滴灌灌溉施肥一体化，保证了土壤湿润深度和湿润层内土壤含水率在一定范围内，减小了玉米受旱的程度。从玉米拔节—小喇叭口期开始，分阶段（玉米生长关键期）适量追肥，不仅减少了农业面源污染产生的负荷，而且肥料速溶后随水进入土壤，更有利于作物及时有效地吸收。因此，从表5-2-4中可以看出，灌溉量与灌水次数对玉米产量的影响呈极显著和显著。从不同因素、不同水平组合产量看，灌溉量和灌溉次数最优组合为3 150 m3/hm2和6次。
图5-2-5 不同因子对玉米产量的影响
表5-2-4 玉米产量方差分析
F0.95（2，2）=19 F0.99（2，2）=99
尽管高水平灌溉量和灌溉次数组合下的产量相对较高，但是对于宁夏引黄灌区来讲，随着农业种植技术的逐步提高，提高灌溉水水分生产率是农户增收的关键。从土壤水分胁迫角度考虑，较小的灌溉量有助于诱导玉米通过影响光合产物向不同组织器官的分配，从而提高最终产量而降低营养器官的生长量和有机合成物质的总量，提高了灌溉水水分生产率。从表5-2-1和图5-2-6中可以看出，灌溉水水分生产率最高的灌溉量与灌水次数组合是2 250 m3/hm2和6次，即灌溉量较少且灌水次数较多时，有助于提高灌溉水水分生产率。不同灌溉量和灌水次数对灌溉水水分生产率影响均为极显著（见表5-2-5）。
因此，与试验区地理条件和气候条件相近的地区，要充分考虑本地区水资源量，以便合理设计灌溉量和灌水次数，充分发挥资源优势，提高农户收入。
图5-2-6 不同因子对灌溉水水分生产率的影响
表5-2-5 玉米灌溉水水分生产率方差分析
F0.95（2，2）=19 F0.99（2，2）=99
（五）盐渍化土壤玉米生育期灌溉用水分析
根据简泉农场2队土壤盐渍化现状，试验区玉米滴灌灌溉分6次，第一水灌水为60 m3/亩。按照试验设计剩余灌溉量平均分为5次，但在实际实施期间，发现250 m3/亩及以下灌溉量的南2、南3示范区中0～40 cm土壤含水量仅为15.8%（南1区含水量为19.6%），仅为田间持水量的63.2%，不利于玉米生长，从第3次灌水开始，全部灌水量调整为48 m3/亩，保障玉米根系层内含水量充足。
常规种植区（对照区）灌溉5次，共计580 m3/亩。由此可知，滴灌灌溉在土壤盐渍化程度较重地区比大水漫灌降低灌溉量300 m3/亩，降低48.27%。
（六）盐渍化土壤玉米根系土壤含盐量
图5-2-7 不同灌溉方式玉米根系土壤含盐量变化
从图5-2-7中可以看出，受到蒸腾蒸发的影响，滴灌条件下表层土壤含盐量变化幅度较大，其他土壤剖面中土壤含盐量变化较小。滴灌条件下土壤含盐量整体趋势处于上升，冬灌前上升到1.90 g/kg。由于井水灌区灌水量较大，第1次灌水之后土壤含盐量从1.27 g/kg下降到0.55 g/kg，冬灌前上升到1.79 g/kg。玉米生育期期间，滴灌灌溉量为300 m3/亩（次灌水量为48 m3/亩）比井水灌溉量为580 m3/亩（次灌水量为116 m3/亩）前者比后者的土壤含盐量高0.95 g/kg。因此，滴灌灌溉期间要保障作物不受盐害，必须保持土壤湿润度达到一定比例（根据土壤质地、含盐量而定）。
（七）效益分析
试验区周边玉米采用引黄河水灌溉，从6月初到成熟期间，灌水3～4次，灌溉量在4 800～6 450 m3/hm2（耕地地理位置不同，导致灌溉量不同），而试验区玉米平均灌溉量为2 700 m3/hm2。试验区根据土壤、玉米植株体内营养成分的高低，将玉米从进入拔节到乳熟期分为前、中、后期3各阶段，施入的滴灌专用肥氮磷钾比分别为35∶12∶5、33∶13∶6、30∶13∶9。通过对比滴灌水肥一体化与试验区周边渠水（大水漫灌）灌溉玉米的平均产量、平均千粒重、平均灌溉量和平均施肥量发现：前者产量和千粒重分别高出后者33%和19.5%，但灌溉量和追肥量（纯氮）分别减少52.0%、48.5%。滴灌灌溉施肥一体化比常规灌溉减少水费355.8元/hm2，减少化肥（追肥）费用937.5元/hm2，减少人工投入2 250元/hm2，整体效益显著。在滴灌灌溉施肥一体化项目示范区内（试验区除外），同品种玉米最高产量与最低产量相差12.96%，而渠水（大水漫灌）灌溉区玉米产量相差达到66.96%，表明滴灌条件下水肥一体化更有效地利用水资源和养分。
四、结论
①玉米产量随着灌溉量和灌水次数增高而增大，且灌溉量对玉米产量呈极显著和显著影响，对玉米株高影响不显著；灌溉量对玉米叶面影响显著。
②在灌溉量为3 150 m3/hm2时，玉米产量相对较高，但较小的灌溉量有助于诱导玉米自身抗旱能力且提高了灌溉水水分生产率，规划滴灌灌溉施肥一体化种植时，要充分考虑本地区水资源量，合理设计灌溉量和灌水次数，充分发挥资源优势，提高农户收入。
③与常规灌溉相比，滴灌水肥一体化玉米产量和千粒重分别高出常规灌溉33.0%和19.5%，灌溉量和施肥量分别减少52.0%、48.5%，分别减少水费和化肥（追肥）费用355.8元/hm2、937.5元/hm2。
④规划玉米滴灌灌溉施肥一体化种植时，要充分考虑本地区水资源量，来合理设计灌溉量和灌水次数。当地下水埋深大于1.5 m时，可以参考表5-2-6制定灌溉施肥制度。当地下水埋深小于1.5 m时，根据土壤质地，可适量减少灌溉量。
表5-2-6 玉米滴灌灌溉施肥一体化灌溉施肥制度
注：施肥量根据施入底肥量确定氮∶磷∶钾比与总量。
⑤类似简泉农场2队土壤盐渍化现状的区域，灌溉制度除满足第一水为60 m3/亩以外，其余5次灌水量保持在45 m3/亩以上，总灌溉量控制在280～300 m3/亩，才能满足玉米对土壤水分与盐分含量的要求。
⑥轻度盐渍化耕地中，玉米生育期期间，滴灌灌溉量为300 m3/亩（次灌水量为48 m3/亩），井水灌溉量为580 m3/亩（次灌水量为116 m3/亩），前者比后者土壤含盐量高0.95 g/kg。因此，滴灌灌溉期间要保障作物不受盐害，必须保持土壤湿润度达到一定比例（根据土壤质地、含盐量而定）。
⑦在灌溉管理水平较高的灌溉区内，可以将此灌溉制度中的灌溉次数增加到9次，即在总灌水量不变的情况下，从小喇叭口到乳熟期的每次灌水分为2次灌溉，可以根据土壤含水量、天气情况调节灌水量。
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