張富倉，嚴(yán)富來，范興科，李國棟，劉 翔， 陸軍勝，王 英，麻瑋青

?

滴灌施肥水平對寧夏春玉米產(chǎn)量和水肥利用效率的影響

張富倉1，嚴(yán)富來1，范興科2，李國棟1，劉 翔1， 陸軍勝1，王 英1，麻瑋青2

（1. 西北農(nóng)林科技大學(xué)旱區(qū)農(nóng)業(yè)水土工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，楊凌 712100； 2. 西北農(nóng)林科技大學(xué)水土保持研究所，楊凌 712100）

為探討不同滴灌施肥水平對春玉米產(chǎn)量及水肥利用效率的影響，應(yīng)用滴灌施肥技術(shù)于2016和2017年在寧夏旱作節(jié)水科技園區(qū)試驗(yàn)站開展大田春玉米小區(qū)試驗(yàn)。以“先玉335”為試驗(yàn)材料，設(shè)置4個(gè)灌水水平（D75：75%ETc、D90：90%ETc、D105：105%ETc、D120：120%ETc，ETc為玉米需水量）和4個(gè)N-P2O5-K2O施肥水平：2016年為60-30-30 kg/hm2（F60）、120-60-60 kg/hm2（F120）、180-90-90 kg/hm2（F180）、240-120-120 kg/hm2（F240），2017年為150-70-70 kg/hm2（F150）、225-110-110 kg/hm2（F225）、300-150-150 kg/hm2（F300）、375-180-180 kg/hm2（F375），以1個(gè)充分灌水（120%ETc）無肥為對照（CK），共17個(gè)處理。研究不同水肥供應(yīng)對春玉米株高、莖粗、葉面積指數(shù)（leaf area index，LAI）、地上部干物質(zhì)累積量和產(chǎn)量的影響，并分析其水肥利用效率。2 a試驗(yàn)結(jié)果表明：灌水量和施肥量單因素對玉米株高、莖粗、LAI都有顯著或極顯著的影響，灌水量和施肥量耦合效應(yīng)對玉米株高有極顯著的影響；灌水量和施肥量對玉米成熟期地上部干物質(zhì)的影響隨著2 a施肥梯度的不同而有所差異，在低肥梯度的2016年，灌水量和施肥量對地上部干物質(zhì)累積有顯著的影響，其中D120F180處理籽粒地上部干物質(zhì)最大，為12 691 kg/hm2，在高肥梯度的2017年，隨著灌水量和施肥量的增加，75%ETc和105%ETc處理的地上部干物質(zhì)累積量有先增加后減小的趨勢，D90F300處理下籽粒地上部干物質(zhì)累積量最大，為14 912 kg/hm2；在低肥梯度的2016年，灌水施肥量對春玉米產(chǎn)量有顯著影響，D120F240處理產(chǎn)量最高，為14 400 kg/hm2，而在高肥梯度的2017年，D90F300處理玉米產(chǎn)量最高，為16 884 kg/hm2；2 a試驗(yàn)結(jié)果表明灌水量和施肥量對春玉米水分利用效率和肥料偏生產(chǎn)力都有極顯著影響。基于春玉米產(chǎn)量和水分利用效率最大值的95%為置信區(qū)間優(yōu)化水肥管理方案，兼顧節(jié)水節(jié)肥，推薦灌水量在323～446 mm、N-P2O5-K2O施肥量在210-104-104～325-163-163 kg/hm2。該研究結(jié)果對寧夏春玉米滴灌施肥管理具有重要指導(dǎo)意義。

灌溉；肥；蒸騰蒸發(fā)量；春玉米；產(chǎn)量；水分利用效率；肥料偏生產(chǎn)力

0 引 言

寧夏揚(yáng)黃灌區(qū)是中國重要的糧食生產(chǎn)基地之一，農(nóng)業(yè)用水占當(dāng)?shù)赜盟偭康?0%左右[1]。隨著引黃水量消減及非農(nóng)業(yè)用水量的增加[2]，農(nóng)業(yè)用水短缺逐漸成為制約當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的因素之一。揚(yáng)黃灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水浪費(fèi)嚴(yán)重，農(nóng)田灌溉的主要方式是大水漫灌，加之土壤質(zhì)地偏砂性[3]，農(nóng)田灌溉滲漏嚴(yán)重，導(dǎo)致灌溉水利用效率較低。同時(shí)，過量施肥和施肥方法落后也導(dǎo)致肥料利用率不高，因此，大力發(fā)展高效節(jié)水灌溉技術(shù)，提高農(nóng)田水肥綜合利用效率，對保障該地區(qū)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展與農(nóng)田生態(tài)環(huán)境的改善具有重要意義。

應(yīng)用田間試驗(yàn)手段研究水肥耦合對作物生長和水肥利用效率的影響是制定高效灌溉施肥制度的重要途徑。特別是隨著滴灌水肥一體化技術(shù)廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，該技術(shù)能提高作物根區(qū)水肥分布的均勻度[4]，在保證作物高產(chǎn)的同時(shí)，既能節(jié)水節(jié)肥，又能大幅度地提高作物的水肥利用效率。目前，國內(nèi)外在應(yīng)用水肥一體化技術(shù)進(jìn)行作物灌溉施肥方面已開展了諸多研究。已有研究表明，在砂質(zhì)土壤下玉米滴灌比傳統(tǒng)灌溉的水分利用效率更高[5]。鄒海洋等[6]研究了甘肅河西地區(qū)玉米滴灌施肥水肥耦合效應(yīng)，認(rèn)為灌水量90%ETc～100%ETc、施肥量180-90-90（N-P2O5-K2O）kg/hm2是該地區(qū)春玉米最佳滴灌施肥策略。孫文濤等[7]在玉米滴灌水肥耦合試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，氮磷肥和灌水量及其交互作用對產(chǎn)量的影響都表現(xiàn)為正效應(yīng)，其交互作用的效應(yīng)順序?yàn)榈玖姿镜住９竦萚8]的滴灌水肥互作試驗(yàn)表明灌水與施氮均可顯著增加玉米產(chǎn)量、穗粒數(shù)和穗粒質(zhì)量，二者有明顯的正交互作用，且以氮為主效應(yīng)。劉洋等[9]認(rèn)為增加施氮次數(shù)能顯著增加產(chǎn)量，干物質(zhì)質(zhì)量和氮素吸收量隨施氮量呈增加趨勢，在玉米生育后期表現(xiàn)的更為明顯。Sui等[10]評價(jià)了在中國東北地區(qū)膜下滴灌玉米產(chǎn)量增加的潛力和最佳施氮量，并認(rèn)為滴灌具有節(jié)水和節(jié)肥的潛力。以往的研究多數(shù)集中在單一的灌水量和施氮量效應(yīng)或水肥協(xié)同條件下的增產(chǎn)效應(yīng)，通過產(chǎn)量和水分利用效率等來尋求最佳水肥組合?；趯幭膿P(yáng)黃灌區(qū)潛在作物蒸發(fā)蒸騰量而確定適宜的春玉米滴灌水肥管理模式報(bào)道較少，本文結(jié)合當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際，以提高春玉米生長、產(chǎn)量、水肥利用效率為目標(biāo)，研究探索滴灌施肥條件下春玉米節(jié)水節(jié)肥、高產(chǎn)高效的灌溉施肥制度，為當(dāng)?shù)氐喂啻河衩讓?shí)施有效的水肥一體化管理提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2016和2017年4－9月在寧夏回族自治區(qū)科技廳旱作節(jié)水科技園區(qū)試驗(yàn)站進(jìn)行，該試驗(yàn)站位于吳忠市同心縣王團(tuán)鎮(zhèn)（36°50′N，105°60′E），地處中溫帶半干旱大陸性氣候區(qū)，多年平均氣溫8.6 ℃，多年平均日照時(shí)數(shù)為3 024 h，無霜期120～218 d。多年平均降水量272.6 mm，平均蒸發(fā)量2 325 mm。試驗(yàn)區(qū)土壤為砂壤土，土壤容重為1.43 g/cm3，田間持水量為20.25%（質(zhì)量含水量），全氮0.65 g/kg，有機(jī)質(zhì)8.10 mg/kg，全磷0.77 g/kg，速效磷21.65 mg/kg，速效鉀170.00 mg/kg，pH值7.83，地下水埋深40 m以上。試驗(yàn)區(qū)2016和2017年玉米生育期（4—9月）內(nèi)降雨量分別為142和283 mm（圖1），試驗(yàn)區(qū)玉米播種到收獲前20 d左右的有效降雨量分別為100和190 mm。

圖1 2016年和2017年春玉米生育期內(nèi)降雨量和多年平均潛在作物蒸騰蒸發(fā)量（ET0）

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

高聚林等[11]研究表明糧用玉米的適宜N∶P2O5∶K2O比例大致為1.0∶0.5∶1.0。本試驗(yàn)考慮到灌區(qū)土壤初始速效鉀含量較高，調(diào)整N∶P2O5∶K2O的比例為1.0∶0.5∶0.5。試驗(yàn)設(shè)滴灌灌水量和施肥量2個(gè)因素，以施肥量為主區(qū)，灌水量為副區(qū)。施肥量設(shè)4個(gè)水平（N-P2O5-K2O），2016年設(shè)置低肥梯度水平，分別為：F60（60-30-30 kg/hm2）、F120（120-60-60 kg/hm2）、F180（180-90-90 kg/hm2）和F240（240-120-120 kg/hm2）。由于2016年產(chǎn)量最高的施肥處理為F240處理，所得實(shí)際產(chǎn)量偏低，因此2017年在此基礎(chǔ)上提高了施肥水平，調(diào)整為高肥梯度水平（N-P2O5-K2O）：F150（150-70-70 kg/hm2）、F225（225-110-110 kg/hm2）、F300（300-150-150 kg/hm2）和F375（375-180-180 kg/hm2）。根據(jù)作物需水量（crop transpiration, ETc），設(shè)4個(gè)灌水量水平：D75（75%ETc）、D90（90%ETc）、D105（105%ETc）、D120（120%ETc）。以充分灌水（D120）且無肥作為對照（CK）。ETc計(jì)算如下[12]：

式中ET0是根據(jù)FAO-56 Penman Monteith (FPM)計(jì)算的試驗(yàn)區(qū)2001－2015年玉米生長季潛在作物蒸發(fā)蒸騰量（圖1），K為玉米的作物系數(shù)，根據(jù)作物生育階段而定，苗期取為0.7、拔節(jié)-灌漿取1.2、乳熟-成熟取0.6[12]。由于該地區(qū)春玉米農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中為了控制苗期過快生長，在苗期末期才開始灌水，另外為確保每個(gè)灌水處理單次灌水后均不發(fā)生深層滲漏，用式（2）計(jì)算試驗(yàn)區(qū)0～100 cm土壤最大儲(chǔ)水量，為286 mm。加上該地區(qū)為水庫抽水灌區(qū)，需采取輪灌工作制度。因此，設(shè)計(jì)灌水間隔為12 d，遇降雨灌水日期順延（以人進(jìn)入作物根區(qū)土壤表面行走而不產(chǎn)生凹陷并能進(jìn)行管理的日期為準(zhǔn)）。土壤儲(chǔ)水量計(jì)算公式為[13]

式中為土壤儲(chǔ)水量，mm；θ為第層土壤體積含水率，%；h為第層土壤厚度，cm；為測土壤體積含水率時(shí)的層序，每20 cm為一層，共5層。由于2017年春玉米播種后土壤含水率較低，灌了1次緩苗水，每個(gè)處理灌了22.48 mm；另外，該年8月份有效降雨量較大，而第7、8和9次灌水時(shí)主要考慮隨水施肥。但灌水量過少只能把肥料輸送至地表，無法將肥料運(yùn)送至春玉米主要根系活力區(qū)[14-15]，不利于根系對肥料的吸收。因此，D75處理灌水量為20 mm左右，其余處理按比例調(diào)整。2016年和2017年春玉米生育期內(nèi)灌水量和灌水日期見表1。

1.3 田間試驗(yàn)

供試春玉米品種為“先玉335”，為當(dāng)?shù)赝茝V的密植品種。2016年4月10日播種，2016年9月16日收獲，共160 d；2017年4月12日播種，2017年9月18日收獲，共160 d。玉米采用寬窄行播種（寬行玉米間距為70 cm，窄行玉米間距為40 cm）和一條滴灌帶控制2行春玉米種植方式，滴灌帶布設(shè)在窄行玉米中間。滴灌帶滴頭間距為30 cm，滴頭流量2.5 L/h，滴頭工作壓力0.1 MPa，玉米株距為20 cm，種植密度為90 900株/hm2。為保證灌水與施肥的均勻性，采用橫向供水方式[16]，每小區(qū)長為27.5 m，寬為6.6 m，小區(qū)面積為181.5 m2，小區(qū)隨機(jī)區(qū)組排列，每個(gè)處理3次重復(fù)。

表1 春玉米滴灌灌水試驗(yàn)方案

注：D75、D90、D105和D120分別表示75%ETc、90%ETc、105%ETc和120%ETc(ETc為作物需水量)，下同。

Note: D75, D90, D105and D120represent 75%ETc, 90%ETc, 105%ETcand 120%ETc, respectively (ETcis crop evapotranspiration), the same as below.

春玉米2 a試驗(yàn)采用水肥一體化的滴灌施肥方式，肥料選用尿素（N-46.4%）、磷酸一銨（N-12%、P2O5-61%）和硫酸鉀（K2O-52%）（均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。2016年整個(gè)生育期施肥7次，分別為苗期1次、拔節(jié)期2次、吐絲期2次，灌漿期2次，每次施肥量占總施肥量的比例分別為苗期10%、拔節(jié)期30%、吐絲期30%、灌漿期30%；2017年整個(gè)生育期共施肥8次，分別為苗期1次、拔節(jié)期2次、吐絲期3次，灌漿期2次，每次施肥量占總施肥量的比例分別為苗期10%、拔節(jié)期30%、吐絲期35%，灌漿期25%。

1.4 測定項(xiàng)目和方法

1.4.1 植株生長指標(biāo)測定

在春玉米吐絲期中期測定株高、莖粗和葉面積指數(shù)。每個(gè)小區(qū)選取有代表性的植株5株，用游標(biāo)卡尺測定莖粗，用卷尺測定株高，所有葉片長度和最大寬度，計(jì)算葉面積指數(shù)，葉面積指數(shù)（leaf area index, LAI）計(jì)算公式[17-18]為

式中為葉片數(shù)；l為單葉片長度，cm；b為單葉片最大寬度，cm；為單株占地面積，cm2。

1.4.2 地上部干物質(zhì)累積量與產(chǎn)量的測定

在春玉米成熟時(shí)期取樣，每個(gè)小區(qū)選取有代表性的植株5株，從莖基部與地上部分離，去除表面污垢后各器官分離，放入烘箱在105 ℃殺青0.5 h，75 ℃下烘至恒質(zhì)量，采用電子天平稱量并計(jì)算單株地上部干物質(zhì)量，最后換算成群體生物量（kg/hm2）。

在玉米收獲后進(jìn)行產(chǎn)量及其構(gòu)成要素測定，選取小區(qū)中間相鄰2條滴灌帶控制的4行玉米，連續(xù)取10株，風(fēng)干后測定穗長、穗粗、行粒數(shù)和禿尖長，脫粒測定總質(zhì)量及其百粒質(zhì)量，最終折算成含水率為14%的籽粒產(chǎn)量[9]。

1.4.3 水分利用效率、灌溉水利用效率及肥料偏生產(chǎn)力

水分利用效率（water use efficiency, WUE）計(jì)算公式[19]為

灌溉水利用效率的計(jì)算公式[21]為

IWUE=/（7）

式中IWUE為灌溉水利用效率（irrigation water use efficiency），kg/m3。

肥料偏生產(chǎn)力的計(jì)算公式[22]為

式中PFP為肥料偏生產(chǎn)力（partial factor productivity of fertilizer），kg/kg；F為所施N、P2O5、K2O的總量，kg/hm2。

用Microsoft Excel 2013進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；用SPSS 18.0統(tǒng)計(jì)分析軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析；用Origin 9.0軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同水肥處理對春玉米生長的影響

表2為2 a試驗(yàn)不同水肥處理對春玉米株高、莖粗和LAI的影響。結(jié)果表明，灌水量對株高和LAI的單因素影響極顯著（<0.01），對莖粗的單因素影響顯著（<0.05）；施肥量對三者的影響均極顯著（<0.01）；兩者的交互作用只對株高有極顯著性影響（<0.01），對莖粗和LAI的影響均不顯著（＞0.05）。由表2可知，D75、D90和D105灌水水平下，2016年F180處理株高顯著高于F120處理（<0.05），2017年F150處理顯著低于F225處理（<0.05）；D120灌水水平下，2016年與F120處理相比，F(xiàn)60處理有顯著性降低（<0.05），2017年F225處理顯著低于F375處理（<0.05）。比較2 a試驗(yàn)各處理莖粗之間的差異性可知，2016年試驗(yàn)同一施肥水平中，除D120F60處理莖粗值顯著高于D90F60和D105F60處理（<0.05），其余處理均無顯著性差異（＞0.05）；2017年試驗(yàn)同一施肥水平中，除D105F300處理莖粗值顯著低于D120F300處理（<0.05），其余處理均無顯著性差異（＞0.05）。

表2 2016和2017年水肥處理對春玉米株高、莖粗和葉面積指數(shù)的影響

注：同列不同字母表示顯著性差異（＜0.05），*表示達(dá)到顯著水平（＜0.05），**表示達(dá)到極顯著水平（＜0.01），CK為充分灌水（120%ETc）無肥處理，下同。

Note: Different letters in the same column indicate significant difference (＜0.05), * means significant(＜0.05), **means much significant(＜0.01), CK was the fully irrigated (120%ETc) without fertilizer application, the same as below.

LAI是反應(yīng)作物群落葉面積變化的重要參數(shù)，和一定范圍的光合作用、蒸騰作用和生物量的形成等密切相關(guān)，對作物高產(chǎn)有著重大的生產(chǎn)意義[23-24]。由表2可知，D75灌水水平下，2016年F180處理的LAI顯著高于F120處理（<0.05），2017年F150處理顯著低于F225處理（<0.05）；D90灌水水平下，2016年F180和F240處理顯著高于F120處理（<0.05），2017年F225處理顯著低于F300處理（<0.05）；D105灌水水平下，2016年F180和F240處理顯著高于F120處理（<0.05），2017年F225處理顯著高于F150處理（<0.05），且顯著低于F375處理（<0.05）；D120灌水水平下，2016年F60處理比F120處理有顯著性降低（<0.05），2017年F225處理顯著高于F150處理（<0.05）。

總體看來，施肥能明顯地促進(jìn)春玉米株高和LAI的增長。2 a試驗(yàn)中，D75與D90灌水水平下，株高隨施肥量的增加呈現(xiàn)先增加后趨于穩(wěn)定，而在D105與D120灌水水平下，株高隨施肥量的增加而增加，并且增加速率在慢慢減小。相同灌水處理下，2017年的株高、莖粗和LAI指數(shù)普遍高于2016年，這可能是因?yàn)?016年降雨量和施肥量較小，不能有效地滿足該地區(qū)春玉米的生長。2 a試驗(yàn)LAI最大值分別為5.40（2016年）和5.82（2017年），相對應(yīng)的處理分別為D120F240處理和D120F375處理，與同一施肥水平下的LAI無顯著性差異，但顯著高于2016年F120處理（D120F120處理除外）和2017年F150處理（<0.05）。試驗(yàn)結(jié)果表明適當(dāng)提高春玉米的施肥量，能明顯地增加LAI和株高，但當(dāng)施肥量達(dá)到一定程度后，株高和LAI將趨于平穩(wěn)。

2.2 不同水肥處理對春玉米地上部干物質(zhì)累積的影響

地上部干物質(zhì)量可以反映作物生長情況，往往很大程度上能影響產(chǎn)量的多少[25]。由圖2可知，與CK處理相比，施肥能明顯地提高春玉米地上部干物質(zhì)累積量。2016年D105F240處理下的地上部干物質(zhì)累積量值最大，達(dá)到26 513 kg/hm2，與D75F240和D90F180處理相比分別提高了16.74%和16.88%（<0.05），與D120F180和D120F240處理無顯著差異（>0.05）；2017年D90F375處理下的地上部干物質(zhì)累積量值最大，達(dá)到31 165 kg/hm2，與D75F300、D105F300、和D120F225處理相比分別提高了7.63%、7.92%和14.65%（<0.05）。

注：不同字母表示同一灌水水平下，不同施肥處理間地上部干物質(zhì)累積總量差異顯著（<0.05）。

Note: Different letters indicate total aboveground biomass among fertilization treatments is significantly different under the same irrigation level (<0.05).

圖2 2016年和2017年不同水肥處理對春玉米地上部干物質(zhì)累積量的影響

Fig.2 Effects of different water and fertilizer treatments on aboveground biomass of spring maize in year of 2016 and 2017

總體看來，2016年成熟期地上部干物質(zhì)量整體呈現(xiàn)出F180、F240處理高于F60、F120處理，但2017年隨著施肥量的增加，地上部干物質(zhì)量呈現(xiàn)出先增加后減小的趨勢（D90F375和D120F375處理除外）。春玉米成熟期地上部干物質(zhì)累積量主要集中在籽粒中，2016年D120F180處理下的籽粒地上部干物質(zhì)量最大，為12 691 kg/hm2，占地上部干物質(zhì)總累積量的比例為48.35%，與D120F240和D105F240處理無顯著性差異（＞0.05）；2017年D90F300處理下的籽粒干物質(zhì)量最大，為14 912 kg/hm2，占地上部干物質(zhì)總累積量的比例為51.61%，相比于D90F375處理下的籽粒干物質(zhì)量增加了14.99%（<0.05），與所占地上部干物質(zhì)累積量的比例平均增長了10.00%（<0.05）。說明株高偏高雖然增大了營養(yǎng)器官的干物質(zhì)累積量，卻影響到了籽粒干物質(zhì)的積累，使得籽粒所占總干物質(zhì)的比例減小，降低作物產(chǎn)量。因此，合理的水肥供應(yīng)對提高作物產(chǎn)量尤為重要。

2.3 不同水肥處理對春玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成要素的影響

由表3可知，施肥能顯著地提高玉米籽粒的產(chǎn)量，不同的灌水量和施肥量對玉米籽粒的產(chǎn)量及其產(chǎn)量構(gòu)成要素有不同程度的影響。2 a試驗(yàn)結(jié)果表明，灌水量對產(chǎn)量及其構(gòu)成要素的影響低于施肥量的影響。施肥量對產(chǎn)量及其產(chǎn)量構(gòu)成要素均有極顯著影響（<0.01），灌水量對行粒數(shù)和產(chǎn)量有極顯著影響（<0.01），水肥的交互作用對產(chǎn)量構(gòu)成要素有極顯著影響（2016年灌水量和施肥量交互作用對穗粗的影響除外）（<0.01），對產(chǎn)量有顯著影響（<0.05）。

總體看來，在2016年低肥梯度水平和相同灌水水平條件下，春玉米籽粒產(chǎn)量隨施肥量的增加而增加，而當(dāng)2017年相應(yīng)的增加施肥量后，籽粒的產(chǎn)量隨施肥量增加先增加后減小。以D90和D105灌水水平為例，2016年，在相同灌水水平條件下，F(xiàn)240處理的產(chǎn)量雖然與F180處理無顯著差異（＞0.05），但顯著高于其他處理（<0.05），而在2017年相同灌水條件下，F(xiàn)300處理籽粒產(chǎn)量顯著高于其他處理（<0.05）。另外，2016年，D105F180處理在產(chǎn)量方面有著明顯的優(yōu)勢，該處理在N-P2O5-K2O施肥量減少60-30-30 kg/hm2，灌水量減少82 mm的情況下，仍與最高產(chǎn)量D120F240處理產(chǎn)量（14 400 kg/hm2）無顯著差異（＞0.05）。但2017年相應(yīng)增加施肥量后，D90F300處理產(chǎn)量最高，為16 884 kg/hm2，并顯著高于其他處理（<0.05），比D75F300、D105F300和D120F300處理分別提高了11.00%、7.32%和13.85%（<0.05）。

2.4 不同水肥處理對春玉米WUE、IWUE及PFP的影響

由表4可知，灌水量是造成耗水量（ET）差異的主要原因，并且與ET正相關(guān)。由于2017年降雨量大于2016年，造成2017年ET普遍高于2016年。2 a試驗(yàn)表明灌水對ET有顯著影響（<0.05），但隨著灌水量的增加，各施肥處理間的ET無顯著影響（＞0.05）。

由表4可知，2016年D75灌水水平下，F(xiàn)180處理的WUE顯著高于F120和F240處理（<0.05），D90灌水水平下，F(xiàn)240處理的WUE顯著高于F180處理（<0.05），D105、D120灌水水平下，F(xiàn)180處理的WUE顯著高于F120處理（<0.05），與F240處理無顯著差異（＞0.05）；2017年相同灌水水平下，F(xiàn)300處理均顯著高于F225處理和F375處理（D105和D120灌水水平下，F(xiàn)300處理的WUE與F375處理無顯著差異）。總體看來，灌水量和施肥量單因素或交互作用對WUE和IWUE均有顯著性影響（<0.05），在2016年低肥梯度水平和相同灌水水平條件下，WUE和IWUE均隨施肥量增加而增加（D75和D90灌水處理WUE除外），而當(dāng)2017年相應(yīng)的增加施肥量后，WUE隨施肥量的增加先增加后減小。

肥料偏生產(chǎn)力（PFP）是反映當(dāng)?shù)赝寥阑A(chǔ)養(yǎng)分水平和化肥施用量綜合效應(yīng)的指標(biāo)。在相同的灌水水平中，PFP與肥料的施用量成反比?？傮w看來，灌水量和施肥量單因素或交互作用對PFP均有極顯著影響（<0.01）。2016年D120F240與D105F180產(chǎn)量無顯著差異（＞0.05），但PFP卻顯著低于D105F180處理（<0.05）；2017年產(chǎn)量最高處理（D90F300）相對應(yīng)的PFP為28.14 kg/kg，與D75F225和D105F225處理無顯著性差異（＞0.05）。2016年D105F180處理的PFP值與D75F240、D90F240、D105F240和D120F240處理相比，分別提高了57.28%、46.02%、31.89%和27.77%（<0.05）；2017年D90F300處理的PFP值與D75F300、D105F300和D120F300處理相比，分別提高了11.00%、7.32%和13.88%（<0.05）。

表3 2016和2017年不同水肥處理對春玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成要素的影響

表4 2016和2017年不同水肥處理對水分利用效率（WUE）、灌溉水利用效率（IWUE）及肥料偏生產(chǎn)力（PFP）的影響

2.5 基于春玉米產(chǎn)量和WUE的水肥管理方案優(yōu)化

考慮2 a施肥水平和灌水量的不同，因此將2 a試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行綜合分析：分別以春玉米產(chǎn)量、WUE和PFP為因變量，以灌水量和施肥量為自變量，基于最小二乘法，運(yùn)用Mathematica 9.0對數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，結(jié)果如表5所示。當(dāng)產(chǎn)量達(dá)到最大值時(shí)，灌水量為446 mm，施肥量（N-P2O5-K2O）為325-163-163 kg/hm2；當(dāng)WUE達(dá)到最大值時(shí)，灌水量為349 mm，施肥量（N-P2O5-K2O）為297-149-149 kg/hm2；當(dāng)PFP達(dá)到最大值時(shí)，灌水量為541 mm，施肥量（N-P2O5-K2O）為60-30-30 kg/hm2；可見，相同的灌水施肥條件下，很難同時(shí)滿足產(chǎn)量、WUE和PFP均達(dá)到最大值。進(jìn)一步分析考慮將三者最大值95%、90%、85%和80%的置信區(qū)間為可接受性對三者同時(shí)進(jìn)行優(yōu)化處理發(fā)現(xiàn)，隨著置信區(qū)間的增加，產(chǎn)量和WUE所重疊的陰影區(qū)域也逐漸增加，由于PFP與產(chǎn)量和WUE變化規(guī)律相反，使得PFP最大值95%、90%、85%和80%的置信區(qū)間與產(chǎn)量和WUE的置信區(qū)間均無重疊區(qū)域，若繼續(xù)增大優(yōu)化區(qū)間，優(yōu)化結(jié)果會(huì)大大減小產(chǎn)量和WUE，不符合現(xiàn)實(shí)高產(chǎn)與節(jié)水目標(biāo)，故單獨(dú)考慮產(chǎn)量與WUE的優(yōu)化，計(jì)算當(dāng)產(chǎn)量和WUE分別達(dá)到最大值的95%置信區(qū)間內(nèi)時(shí)所需要的灌水量和施肥量，結(jié)果如圖3所示，當(dāng)灌水量在323～460 mm，施肥量（N-P2O5-K2O）在210-104-104～412-205-205 kg/hm2時(shí)，產(chǎn)量和WUE均能同時(shí)達(dá)到最大值的95%以上。然而灌水量在446～460 mm，施肥量（N-P2O5-K2O）在325-163-163～412-205-205 kg/hm2時(shí)，產(chǎn)量和WUE雖然能同時(shí)達(dá)到最大值的95%以上，但產(chǎn)量呈下降趨勢。以最大產(chǎn)量和最大WUE的95%為置信區(qū)間，兼顧節(jié)水節(jié)肥的目標(biāo)，選擇優(yōu)化區(qū)間為：灌水量在323～446 mm，施肥量(N-P2O5-K2O)在210-104-104～325-163-163 kg/hm2。此時(shí)，PFP（22.81～33.74 kg/kg），約為PFP最大值的30%。

表5 水肥供應(yīng)與春玉米產(chǎn)量、水分利用效率和肥料偏生產(chǎn)力的回歸關(guān)系

注：和分別代表灌水量和N-P2O5-K2O施肥量。

Note:andrepresent amount of irrigation water and N-P2O5-K2O fertilizer application rate, respectively.

注：圖中圓的散點(diǎn)代表2 a實(shí)測值，陰影區(qū)域分別代表產(chǎn)量、WUE最大值95%的置信區(qū)間和肥料偏生產(chǎn)力最大值80%的置信區(qū)間。

3 討 論

3.1 不同水肥供應(yīng)對春玉米生長、地上部總干物質(zhì)量和產(chǎn)量的影響

土壤水分是土壤養(yǎng)分釋放的基礎(chǔ)，施肥能提高作物的水分利用效率，適宜的水肥供應(yīng)對作物的生長和增產(chǎn)具有顯著的正耦合效應(yīng)[26-27]，但肥料供應(yīng)過多會(huì)使作物“徒長”，對產(chǎn)量形成不利[28-29]。本研究發(fā)現(xiàn)2016年75%ETc～105%ETc和2017年75%ETc～90%ETc灌水水平下，株高隨施肥量的增加呈先增加后趨于平穩(wěn)，而在2016年120%ETc和2017年105%ETc灌水水平下，株高隨施肥量增加先增加后減??；2 a試驗(yàn)相同施肥處理下，除2016年D120F60處理莖粗值顯著高于D90F60和D105F300處理和2017年D105F300處理莖粗值顯著低于D120F300處理，其余處理均無顯著性差異。相同灌水處理下，2017年的株高、莖粗、LAI指數(shù)和地上部干物質(zhì)累積量普遍高于2016年，這可能是因?yàn)?016年降雨量和施肥梯度較小，不能有效地滿足該地區(qū)春玉米的生長。2 a試驗(yàn)2016年D120F240處理和2017年D120F375處理LAI值最大，并顯著高于2016年F120處理（D120F120處理除外）和2017年F150處理，說明LAI和株高并不是隨施肥量的增加而線性增加的。2016年試驗(yàn)中，D105F180處理的籽粒產(chǎn)量與D120F240處理無顯著性差異（＞0.05），但顯著高于D90F240處理（<0.05），2017年試驗(yàn)中，D90F300處理的籽粒產(chǎn)量顯著高于其他處理（<0.05）。這與鄒海洋等[6]得出的膜下滴灌條件下90%ETc～100%ETc灌水水平、180-90-90(N-P2O5-K2O) kg/hm2施肥水平下產(chǎn)量最高，郭金金等[30]180 kg/hm2施氮量下玉米的株高、莖粗、LAI值最大的結(jié)論不盡相同，這可能與試驗(yàn)土壤質(zhì)地，灌水量或施肥量、試驗(yàn)材料品種和種植密度不同有關(guān)。本研究中，90%ETc灌水水平和300-150-150（N-P2O5-K2O）施肥水平下的產(chǎn)量最高，但株高、LAI和地上部干物質(zhì)累積量卻沒有取得最大值，2017年試驗(yàn)中D120F375處理的株高值取得最大，D90F375處理的地上部干物質(zhì)累積量取得最大，均顯著高于D90F300處理（<0.05），但D90F300處理下籽粒干物質(zhì)累積量占地上部干物質(zhì)總累積量的比例相比于D90F375處理下的籽粒干物質(zhì)量增加了14.99%（<0.05），與所占地上部干物質(zhì)累積量的比例平均增加了10.00%（<0.05），表明增加水肥供應(yīng)雖然會(huì)增加春玉米的株高和LAI，但若水肥供應(yīng)過多同樣會(huì)減小籽粒干物質(zhì)量，降低地上部干物質(zhì)量，使得產(chǎn)量減少；D120F375處理的莖粗值和LAI值取得最大，但產(chǎn)量顯著低于D90F300處理（<0.05）。因此，在滴灌施肥條件下，灌水量和施肥量的合理配比應(yīng)被重點(diǎn)考慮。

3.2 不同水肥供應(yīng)對春玉米WUE、PFP的影響及優(yōu)化水肥管理方案

邵國慶等[31]認(rèn)為在相同灌水條件下，增加施氮量能顯著提高玉米的水分利用效率；Alkaisi等[32]研究發(fā)現(xiàn)灌水量和施氮量對WUE均有顯著性影響。本研究中得到與之相似的結(jié)果，在2017年高肥梯度同一灌水水平下，WUE值隨施肥量增加先增加后減小，當(dāng)施肥量(N-P2O5-K2O)達(dá)到300-150-150 kg/hm2時(shí)，WUE達(dá)到最大值，比較該施肥條件下的各灌水水平，D120F300處理WUE值最低。在2a試驗(yàn)中，D90F300處理（2017年）的產(chǎn)量最高，WUE分別顯著高于D120F240處理和D120F375處理（<0.05），說明適宜的灌水量和施肥量能增加WUE，選取合適的中水高肥處理，達(dá)到“以肥調(diào)水”的效果。

施肥和灌水對棉花[33-34]、番茄[35]和馬鈴薯[36]等作物PFP均有極顯著的影響（<0.01），在同一灌水水平下，隨施肥量的增加PFP顯著下降（<0.05）。本研究結(jié)果與之相似，在2016試驗(yàn)處理中D105F60處理的PFP與D120F60處理無顯著性差異（＞0.05），但顯著高于其他處理（<0.05）；2017年試驗(yàn)處理中，D90F150處理下的PFP顯著高于其他處理（<0.05），但產(chǎn)量卻顯著低于最高產(chǎn)量處理（<0.05），從追求高產(chǎn)目標(biāo)來說，該灌水水平和施肥水平的組合并不合理。

本論文在優(yōu)化水肥管理方案時(shí)，考慮到PFP最大值80%置信區(qū)間與產(chǎn)量和WUE無重疊區(qū)域，繼續(xù)增加優(yōu)化區(qū)間會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)量和WUE大大減小，故先基于產(chǎn)量和WUE對水肥管理方案進(jìn)行優(yōu)化，分析產(chǎn)量、WUE與灌水量、施肥量之間的關(guān)系，考慮最大值95%的置信區(qū)間為可接受性，并保證區(qū)間內(nèi)產(chǎn)量為非遞減趨勢，得出灌水量在323～446 mm，N-P2O5-K2O施肥量在210-104-104～325-163-163 kg/hm2時(shí)，優(yōu)化區(qū)間所得到的PFP在22.81～33.74 kg/kg，產(chǎn)量和WUE均能達(dá)到最大值的95%以上。本優(yōu)化是基于2 a的試驗(yàn)結(jié)果，2 a降雨量差異較大，不同年份的氣象差異可能會(huì)使得試驗(yàn)結(jié)果及優(yōu)化區(qū)間有所不同，優(yōu)化的結(jié)果還需進(jìn)一步的田間試驗(yàn)驗(yàn)證。

4 結(jié) 論

本文研究不同滴灌水肥供應(yīng)對寧夏春玉米生長、產(chǎn)量及水肥利用效率的影響，結(jié)果表明：

1）灌水量和施肥量對玉米株高、莖粗、葉面積指數(shù)都有顯著和極顯著的影響；在2016年低肥梯度水平下，灌水量和施肥量對干物質(zhì)累積有顯著的影響，其中D120F180處理籽粒干物質(zhì)最大為12 691 kg/hm2，在2017年高肥梯度水平下，隨著灌水量和施肥量的增加，地上部干物質(zhì)累積量有先增加后減小的趨勢（D90F375和D120F375處理除外），D90F300處理下籽粒干物質(zhì)累積量最大為14 912 kg/hm2。

2）在低肥梯度的2016年，灌水量和施肥量的交互作用對春玉米產(chǎn)量有顯著影響，而在高肥梯度的2017年，春玉米產(chǎn)量隨灌水量和施肥量的增加呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，灌水量和施肥量對玉米水分利用效率、灌溉水分利用效率和肥料偏生產(chǎn)力都有顯著和極顯著的影響。基于春玉米產(chǎn)量、水分利用效率和肥料偏生產(chǎn)力優(yōu)化水肥管理方案，考慮區(qū)間內(nèi)產(chǎn)量為非遞減趨勢得出灌水量在323～446 mm，N-P2O5-K2O施肥量在210-104-104～325-163-163 kg/hm2時(shí)，所得到的PFP為22.81～33.74 kg/kg，產(chǎn)量和水分利用效率均能達(dá)到最大值的95%以上，為適宜的滴灌施肥區(qū)間。該研究結(jié)果對寧夏春玉米滴灌施肥管理具有重要指導(dǎo)意義。

[1] 寧夏水文水資源勘測局.寧夏水資源公報(bào)[R]. 銀川：寧夏回族自治區(qū)水利廳，2012：27.

[2] Pereira L S, Gon?alves J M, Dong B , et al. Assessingbasin irrigation and scheduling strategies for savingirrigationwater and controlling salinity in the upperYellow River Basin, China[J]. Agricultural Water Management, 2007, 93(3):109－122.

[3] 趙如浪，楊濱齊，王永宏，等. 寧夏高產(chǎn)玉米群體產(chǎn)量構(gòu)成及生長特性研究[J]. 玉米科學(xué)，2014，22(3)：60－66.

Zhao Rulang, Yang Binqi, Wang Yonghong, et al. Yield structure and growth characteristics of high yield maize population in Ningxia[J]. Journal of Maize Sciences, 2014, 22(3): 60－66. (in Chinese with English abstract)

[4] Fan Junliang, Wu Lifeng, Zhang Fucang, et al. Evaluation of drip fertigation uniformity affected by injector type, pressure difference and lateral layout[J]. Irrigation and Drainage, 2017, 66(4): 520－529.

[5] Ibrahim M M, Elbaroudy A A, Taha A M. Irrigation and fertigation scheduling under drip irrigation for maize crop in sandy soil[J]. International Agrophysics, 2016, 30(1): 47－55.

[6] 鄒海洋，張富倉，張雨新，等. 適宜滴灌施肥量促進(jìn)河西春玉米根系生長提高產(chǎn)量[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2017，33(21)：145－155.

Zou Haiyang, Zhang Fucang, Zhang Yuxin, et al. Optimal drip irrigation and fertilization amount enhancing root growth and yield of spring maize in Hexi region of China[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(21): 145－155. (in Chinese with English abstract)

[7] 孫文濤，孫占祥，王聰翔，等. 滴灌施肥條件下玉米水肥耦合效應(yīng)的研究[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2006，39(3)：563－568.

Sun Wentao, Sun Zhanxiang, Wang Congxiang, et al. Coupling effect of water and fertilizer on corn yield under drip fertigation[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2006, 39(3): 563－568. (in Chinese with English abstract)

[8] 郭丙玉，高慧，唐誠，等. 水肥互作對滴灌玉米氮素吸收、水氮利用效率及產(chǎn)量的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2015，26(12)：3679－3686.

Guo Bingyu, Gao Hui, Tang Cheng, et al. Response of water coupling with N supply on maize nitrogen uptake, water and N use efficiency, and yield in drip irrigation condition[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2015, 26(12): 3679－3686. (in Chinese with English abstract)

[9] 劉洋，栗巖峰，李久生. 東北黑土區(qū)膜下滴灌施氮管理對玉米生長和產(chǎn)量的影響[J]. 水利學(xué)報(bào)，2014，45(5)：529－536.

Liu Yang, Li Yanfeng, LI Jiusheng. Effects of nitrogen management on the growth and yield of mulched and drip-irrigated maize in Northeast Black Soil Regions[J]. Journal of Hydraulic Engineering, 2014, 45(5): 529－536. (in Chinese with English abstract)

[10] Sui Juan, Wang Jiandong, Gong Shihong, et al. Assessment of maize yield-increasing potential and optimum N level under mulched drip irrigation in the northeast of China[J]. Field Crops Research, 2018, 215: 132－139.

[11] 高聚林，王志剛，孫繼穎，等. 青貯玉米對氮磷鉀的吸收規(guī)律[J]. 作物學(xué)報(bào)，2006，32(3)：363－368.

Gao Julin, Wang Zhigang, Sun Jiying, et al. Nitrogen phosphorus and potassium absorption in ensilage maize[J]. Acta Agronomica Sinica, 2006, 32(3): 363－368. (in Chinese with English abstract)

[12] Allen R G, Pereira L S, Raes D, et al, Crop evapotranspiration-Guidelines for computing crop water requirements-FAO Irrigation and drainage paper 56[R]. Rome: Food and Agriculture Organization of the United Nations, 1998.

[13] 谷曉博，李援農(nóng)，銀敏華，等. 降解膜覆蓋對油菜根系、產(chǎn)量和水分利用效率的影響[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2015，46(12)：184－193.

Gu Xiaobo, Li Yuannong, Yin Minhua, et al. Effects of biodegradable film mulching on root distribution, Yield and water use efficiency of winter oilseed rape ()[J]. Transactions of Chinese Society for Agricultural Machinery, 2015, 46(12): 184－193. (in Chinese with English abstract)

[14] 張瑞富，楊恒山，高聚林，等. 深松對春玉米根系形態(tài)特征和生理特性的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2015，31(5)：78－84.

Zhang Ruifu, Yang Hengshan, Gao Julin, et al. Effect of subsoiling on root morphological and physiological characteristics of spring maize[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2015, 31(5): 78－84. (in Chinese with English abstract)

[15] Sullivan W M, Jiang Z C, Hull R J. Root morphology and its relationship with nitrate uptake in Kentucky bluegrass[J]. Crop Science, 2000, 40(3): 765－772.

[16] 范軍亮，張富倉，吳立峰，等. 滴灌壓差施肥系統(tǒng)灌水與施肥均勻性綜合評價(jià)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2016，32(12)：96－101. Fan Junliang, Zhang Fucang, Wu Lifeng, et al. Field evaluation of fertigation uniformity in drip irrigation system with pressure differential tank[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2016, 32(12): 96－101. (in Chinese with English abstract)

[17] 靳立斌，張吉旺，李波，等. 高產(chǎn)高效夏玉米的冠層結(jié)構(gòu)及其光合特性[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，46(12)：2430－2439.

Jin Libin, Zhang Jiwang, Li Bo, et al. Canopy structure and photosynthetic characteristics of high yield and high nitrogen efficiency summer maize[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2013, 46(12): 2430－2439. (in Chinese with English abstract)

[18] 麻雪艷，周廣勝. 玉米葉面積指數(shù)動(dòng)態(tài)模擬的最適野外觀測資料[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2013，24(6)：1579－1585.

Ma Xueyan, Zhou Guangsheng. Optimum field observation data for simulating maize leaf area index[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2013, 24(6): 1579－1585. (in Chinese with English abstract)

[19] Eberbach P, Pala M. Crop row spacing and its influence on the partitioning of evapotranspiration by winter-grown wheat in Northern Syria[J]. Plant & Soil, 2005, 268(1): 195－208.

[20] Oweis T Y, Farahani H J, Hachum A Y. Evapotranspiration and water use of full and deficit irrigated cotton in the Mediterranean environment in northern Syria[J]. Agricultural Water Management, 2011, 98(8): 1239－1248.

[21] 陳靜，王迎春，李虎，等. 滴灌施肥對免耕冬小麥水分利用及產(chǎn)量的影響[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，47(10)：1966－1975.

Chen Jing, Wang Yingchun, Li Hu, et al. Effects of drip fertigation with no-tillage on water use efficiency and yield of winter wheat[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2014, 47(10): 1966－1975. (in Chinese with English abstract)

[22] Ierna A, Pandino G, Lombardo S, et al. Tuber yield, water and fertilizer productivity in early potato as affected by a combination of irrigation and fertilization[J]. Agricultural Water Management, 2011, 101(1): 35－41.

[23] 王希群，馬履一，賈忠奎，等. 葉面積指數(shù)的研究和應(yīng)用進(jìn)展[J]. 生態(tài)學(xué)雜志，2005，24(5)：537－541.

Wang Xiqun, Ma Luyi, Jia Zhongkui, et al. Research and application advances in leaf area index(LAI)[J]. Chinese Journal of Ecology, 2005, 24(5): 537－541. (in Chinese with English abstract)

[24] 麻雪艷，周廣勝. 春玉米最大葉面積指數(shù)的確定方法及其應(yīng)用[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)，2013，33(8)：2596－2603.

Ma Xueyan, Zhou Guangsheng. Method of determining the maximum leaf area index of spring maize and its application[J]. Acta Ecologica Sinica, 2013, 33(8): 2596－2603. (in Chinese with English abstract)

[25] 夏方山，毛培勝，閆慧芳，等. 植物花后光合性能與物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)的研究進(jìn)展[J]. 草地學(xué)報(bào)，2013，21(3)：420－427.

Xia Fangshan, Mao Peisheng, Yan Huifang, et al. Photosynthetic performance and material transport of post-anthesis plants (Review)[J]. Acta Agrestia Sinica, 2013, 21(3): 420－427. (in Chinese with English abstract)

[26] 馬強(qiáng)，宇萬太，沈善敏，等. 旱地農(nóng)田水肥效應(yīng)研究進(jìn)展[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2007，18(3)：665－673.

Ma Qiang, Yu Wantai, Shen Shanmin, et al. Research advances in water fertilizer effect on dry land farm[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2007, 18(3): 665－673. (in Chinese with English abstract)

[27] Hammad H M, Ahmad A, Wajid A, et al. Maize response to time and rate of nitrogen application[J]. Pakistan Journal of Botany, 2011, 43(4): 1935－1942.

[28] Nakamura K, Harter T, Hirono Y, et al. Assessment of root zone nitrogen leaching as affected by irrigation and nutrient management practices[J]. Vadose Zone Journal, 2004, 3(4): 1353－1366.

[29] Wang Yanzhe, Zhang Xiying, Liu Xiuwei, et al. The effects of nitrogen supply and water regime on instantaneous WUE, time-integrated WUE and carbon isotope discrimination in winter wheat[J]. Field Crops Research, 2013, 144(1): 236－244.

[30] 郭金金，張富倉，王海東，等. 不同施氮量下緩釋氮肥與尿素?fù)交鞂τ衩咨L與氮素吸收利用的影響[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，50(20)：3930－3943.

Guo Jinjin, Zhang Fucang, Wang Haidong, et al. Effects of slow-release nitrogen fertilizer and urea blending on maize growth and nitrogen uptake under different nitrogen application rates[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2017, 50(20): 3930－3943. (in Chinese with English abstract)

[31] 邵國慶，李增嘉，寧堂原，等. 灌溉和尿素類型對玉米水分利用效率的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2010，26(3)：58－63.

Shao Guoqing, Li Zenjia, Ning Tangyuan, et al. Effects of irrigation and urea types on water use efficiency of maize[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2010, 26(3): 58－63. (in Chinese with English abstract)

[32] Alkaisi M M, Yin X. Effects of nitrogen rate, Irrigation rate, and plant population on corn yield and water use efficiency[J]. Agronomy Journal, 2003, 95(6): 1475－1482.

[33] 吳立峰，張富倉，周罕覓，等. 不同滴灌施肥水平對北疆棉花水分利用率和產(chǎn)量的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2014，30(20)：137－146.

Wu Lifeng, Zhang Fucang, Zhou Hanmi, et al. Effects of drip irrigation and fertilizer application on water use efficiency and cotton yield in North of Xinjiang[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2014, 30(20): 137－146. (in Chinese with English abstract)

[34] Wang Haidong, Wu Lifeng, Cheng Minghui, et al. Coupling effects of water and fertilizer on yield, water and fertilizer use efficiency of drip-fertigated cotton in northern Xinjiang, China[J]. Field Crops Research, 2018, 219: 169－179.

[35] 邢英英，張富倉，張燕，等. 膜下滴灌水肥耦合促進(jìn)番茄養(yǎng)分吸收及生長[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2014，30(21)：70－80.

Xing Yingying, Zhang Fucang, Zhang Yan, et al. Irrigation and fertilization coupling of drip irrigation under plastic film promotes tomato’s nutrient uptake and growth[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2014, 30(21): 70－80. (in Chinese with English abstract)

[36] 張富倉，高月，焦婉如，等. 水肥供應(yīng)對榆林沙土馬鈴薯生長和水肥利用效率的影響[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2017，48(3)：270－278.

Zhang Fucang, Gao Yue, Jiao Wanru, et al. Effects of water and fertilizer supply on growth, water and nutrient use efficiencies of potato in sandy soil of Yulin Area[J]. Transactions of Chinese Society for Agricultural Machinery, 2017, 48(3): 270－278. (in Chinese with English abstract)

Effects of irrigation and fertilization levels on grain yield and water-fertilizer use efficiency of drip-fertigation spring maize in Ningxia

Zhang Fucang1, Yan Fulai1, Fan Xingke2, Li Guodong1, Liu Xiang1, Lu Junsheng1, Wang Ying1, Ma Weiqing2

(1.712100,; 2.712100,)

To explore the effects of different drip irrigation and fertilization levels on spring maize yield as well as water- fertilizer use efficiency, a 2-yr field experiment was carried out in the Water-saving Science and Technology District of Ningxia in 2016 to 2017. The spring maize variety of “Xianyu 335” was planted. There were 4 irrigation levels (75%ETc, 90%ETc, 105%ETcand 120%ETc, where ETcis the crop evapotranspiration) and 4 N-P2O5-K2O fertilization levels including 60-30-30 kg/hm2, 120-60-60 kg/hm2, 180-90-90 kg/hm2, 240-120-120 kg/hm2in 2016, and 150-70-70 kg/hm2, 225-110-110 kg/hm2, 300-150-150 kg/hm2, 375-180-180 kg/hm2in 2017. A control treatment with fully irrigated (120%ETc) with no fertilization was also set up. There were 17 treatments in total. The plant height, stem diameter, leaf area index (LAI), aboveground biomass and grain yield of spring maize were measured. The water use efficiency (WUE), irrigation water use efficiency (IWUE) and partial factor productivity of fertilizer (PFP) were also calculated. The 2-yr results showed that the single factor of irrigation and fertilization had significant or extremely significant effects on the plant height, stem diameter and LAI. Irrigation and fertilization had a significant coupling effect on the plant height of spring maize. The effects of irrigation and fertilization on the aboveground biomass at maturity varied with the fertilizer gradients. With low fertilizer application rate in 2016, the irrigation and fertilization treatments had significant effects on the aboveground biomass, with the maximum of 12 691 kg/hm2in the treatment of irrigation 120%ETcandN-P2O5-K2O application rate of 180-90-90 kg/hm2. With the high fertilizer application rate in 2017, the aboveground biomass of 75%ETcand 105%ETcwere first increased and then decreased with the increase in the irrigation amount and fertilizer application rate, reaching the maximum of 14 912 kg/hm2in the treatment of 90%ETcandN-P2O5-K2O application rate of 300-150-150 kg/hm2. Irrigation and fertilization had a significant effect on the grain yield of spring maize in 2016, with the maximum of 14 400 kg/hm2in the treatment of 120%ETcandN-P2O5-K2O application rate of 240-120-120 kg/hm2. The grain yield in 2017 reached the maximum of 16 884 kg/hm2in the treatment of 90%ETcandN-P2O5-K2O application rate of 300-150-150 kg/hm2. In 2016, the WUE and IWUE were the highest in the treatment of 75%ETcandN-P2O5-K2O application rate of 180-90-90 kg/hm2but the PFP was the highest in the treatment of 120%ETcandN-P2O5-K2O application rate of 60-90-90 kg/hm2. In 2017, the IWUE were the highest in the treatment of 75%ETcandN-P2O5-K2O application rate of 300-150-150 kg/hm2but the PFP was the highest in the treatment of 90%ETcandN-P2O5-K2O application rate of 150-70-70 kg/hm2. By multiple regression, the treatments of irrigation and fertilizer application rate were different when the maximal yield, WUE and PFP were obtained. When the irrigation amount was 323-446 mm and the N-P2O5-K2O application rate was between 210-104-104 kg/hm2and 325-163-163 kg/hm2, the yield and WUE could reach 95% confidence interval of maximal yield and maximal WUE while the PFP under the this combined treatment was only about 30% of maximal PFP. The results could provide guidance to field irrigation and fertilizer application in the field in Ningxia.

irrigation; fertilizers; evapotranpiration; spring maize; yield; water use efficiency; partial factor productivity of fertilizer

張富倉，嚴(yán)富來，范興科，李國棟，劉 翔，陸軍勝，王 英，麻瑋青.滴灌施肥水平對寧夏春玉米產(chǎn)量和水肥利用效率的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2018，34(22)：111－120. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.22.014 http://www.tcsae.org

Zhang Fucang, Yan Fulai, Fan Xingke, Li Guodong, Liu Xiang, Lu Junsheng, Wang Ying, Ma Weiqing. Effects of irrigation and fertilization levels on grain yield and water-fertilizer use efficiency of drip-fertigation spring maize in Ningxia[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(22): 111－120. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.22.014 http://www.tcsae.org

2018-06-13

2018-08-10

國家重點(diǎn)研發(fā)專項(xiàng)（2017YFC0403303）；國家“十二五”863計(jì)劃項(xiàng)目課題（2011AA100504）；國家“十二五”科技支撐計(jì)劃“黃土高原揚(yáng)黃灌區(qū)（寧夏）增糧增效技術(shù)研究與示范”（2015BAD22B05）；教育部高等學(xué)校創(chuàng)新引智計(jì)劃項(xiàng)目（B12007）

張富倉，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事節(jié)水灌溉理論與技術(shù)研究。Email：zhangfc@nwsuaf.edu.cn

10.11975/j.issn.1002-6819.2018.22.014

S157.4+1; S275.6

A

1002-6819(2018)-22-0111-10