曹雪松，鄭和祥，苗 平，牛 海，孫晨云

引黃滴灌條件下水氮互作對(duì)玉米耗水特性及產(chǎn)量的影響

曹雪松1，鄭和祥1，苗 平2，牛 海3，孫晨云4

（1.中國水利水電科學(xué)研究院 牧區(qū)水利科學(xué)研究所，呼和浩特 010020；2.鄂爾多斯市河湖保護(hù)中心，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000；3.鄂爾多斯市水利事業(yè)發(fā)展中心，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000；4.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利與土木建筑工程學(xué)院，呼和浩特 010018）

【】為鄂爾多斯杭錦旗黃河南岸灌區(qū)引黃滴灌玉米提出合理的水肥調(diào)控方案。采用田間試驗(yàn)，設(shè)3個(gè)引黃滴灌灌水定額（225、300 m3/hm2和375 m3/hm2），每種灌溉定額下均設(shè)2個(gè)施氮量（207、276 kg/hm2），研究了引黃滴灌條件下不同水肥處理對(duì)玉米耗水量、耗水強(qiáng)度、水分生產(chǎn)率和玉米產(chǎn)量的影響。引黃滴灌條件下水氮互作表現(xiàn)出顯著的正交互作用。耗水量與耗水強(qiáng)度隨灌水定額的增加呈遞增趨勢(shì)，耗水量與耗水強(qiáng)度的峰值均出現(xiàn)在玉米的抽雄期—灌漿期。在一定的水分條件下，增加施肥量對(duì)玉米耗水特性的影響不顯著；在同一灌水定額下，增加施肥量不能顯著提高作物千粒質(zhì)量、籽粒產(chǎn)量和水分生產(chǎn)率，當(dāng)施肥量超過一定數(shù)量時(shí)，繼續(xù)施肥對(duì)產(chǎn)量和水分生產(chǎn)率反而產(chǎn)生負(fù)影響。當(dāng)灌水量為4 206.84～4 890.36 m3/hm2、施肥量為977.13～1 122.87 kg/hm2時(shí)，引黃滴灌玉米有95%的概率可獲得大于8 765.55 kg/hm2的籽粒產(chǎn)量。綜合節(jié)水、高產(chǎn)和高效等生產(chǎn)因素，建議鄂爾多斯黃河南岸灌區(qū)引黃滴灌玉米灌水定額300 m3/hm2左右，灌水12～14次，施尿素（含氮量為46%）1 200 kg/hm2左右。

滴灌；玉米；耗水量；籽粒產(chǎn)量；水分生產(chǎn)率

0 引言

【研究意義】隨著城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大、經(jīng)濟(jì)總量的快速增長、城市人口的急劇膨脹以及氣候變化，人們對(duì)水資源的需求呈指數(shù)級(jí)增長，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了當(dāng)前水資源的承受能力[1-2]。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)作為水資源用水大戶，在糧食安全、潛在的氣候變化和環(huán)境保護(hù)方面正承受著越來越大的壓力[3]。農(nóng)業(yè)用水資源開發(fā)困難，受氣候、地理?xiàng)l件和資金等約束較大，短期內(nèi)不可能解決大面積的農(nóng)田灌溉難題，同時(shí)，農(nóng)業(yè)用水面臨著資源短缺和浪費(fèi)嚴(yán)重的雙重壓力。因此，推行節(jié)水農(nóng)業(yè)、增加農(nóng)田灌溉用水路徑與渠道，是我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)高質(zhì)量發(fā)展和緩解水資源供需矛盾的重要舉措。內(nèi)蒙古自治區(qū)杭錦旗黃河南岸灌區(qū)始建于1963年，位于黃河右岸堤防與庫布齊沙漠之間，總設(shè)計(jì)灌溉面積約為375.3 km2，是鄂爾多斯市最大的引黃灌溉灌區(qū)，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有重要作用。春玉米是該地區(qū)農(nóng)牧民種植最受歡迎的糧食作物之一，常年采用引黃河水畦灌，不但嚴(yán)重浪費(fèi)水資源，用水效率低，而且隨著畦灌水的蒸發(fā)與入滲，將黃河水中的鹽分留存于土壤表面。隨著時(shí)間的推移，黃河南岸灌區(qū)土壤鹽堿化程度逐漸加重，嚴(yán)重影響了灌區(qū)作物的生長，導(dǎo)致灌區(qū)農(nóng)牧民收入減少。因此，有必要開展引黃滴灌研究，降低土壤鹽堿化程度，提高水分利用效率，緩解水資源供需矛盾，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)更加高效?！狙芯窟M(jìn)展】滴灌作為現(xiàn)代高效節(jié)水灌溉技術(shù)的先進(jìn)代表，不僅可以有效削減灌水的無效蒸發(fā)與肥料淋溶損失，而且對(duì)提高灌溉水與肥料的利用效率、改善作物品質(zhì)以及提高作物產(chǎn)量均有顯著的效果[4-5]。滴灌是引黃灌區(qū)發(fā)展高效節(jié)水灌溉最為有效和可靠的灌溉方式[6-7]。玉米滴灌與噴灌和常規(guī)溝灌相比產(chǎn)量無明顯降低，在水分利用效率大幅提高的同時(shí)可節(jié)水35%～55%[8]。李菊等[9]對(duì)河西地區(qū)春玉米生長和水分利用進(jìn)行了研究，結(jié)果表明同一滴灌頻率下，充分灌溉（100%C）處理的株高、莖粗、葉面積指數(shù)和干物質(zhì)累積量均顯著高于虧缺灌溉處理，灌水量對(duì)春玉米產(chǎn)量、水分利用效率和灌溉水利用效率影響極顯著，產(chǎn)量最高達(dá)到15 769 kg/hm2，比虧缺灌溉（60%C、80%C）分別提高29.68%和8.90%。勉有明等[10]開展了揚(yáng)黃灌區(qū)土壤水分、溫度、碳氮及玉米產(chǎn)量對(duì)施氮量的響應(yīng)研究，結(jié)果表明秸稈還田配施氮肥對(duì)滴灌玉米各生育期0～25 cm土層土壤溫度有明顯的調(diào)控效應(yīng)，可有效增加0～40 cm土層土壤有機(jī)碳和全氮量，調(diào)節(jié)土壤碳氮，顯著提高玉米籽粒產(chǎn)量和水分生產(chǎn)率。【切入點(diǎn)】黃河水泥沙量較大，將黃河水通過揚(yáng)水泵站泵到沉沙池中沉沙，再經(jīng)過一、二級(jí)過濾系統(tǒng)過濾，將過濾后的黃河水通過滴灌的形式作用于鄂爾多斯黃河南岸灌區(qū)鹽堿地玉米，采用引黃滴灌的模式，結(jié)合水肥一體化技術(shù)進(jìn)行玉米農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。目前，滴灌技術(shù)已在水資源相對(duì)匱乏地區(qū)大面積推廣應(yīng)用，并取得了較好的節(jié)水效果[11]，引黃滴灌技術(shù)也已在內(nèi)蒙古河套灌區(qū)開展了相關(guān)研究，主要是引黃滴灌水肥一體化工程設(shè)計(jì)、引黃灌區(qū)規(guī)模化發(fā)展滴灌投資與效益等，而針對(duì)鄂爾多斯黃河南岸灌區(qū)引黃滴灌對(duì)玉米耗水特性及產(chǎn)量的影響的研究未見報(bào)道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】在鄂爾多斯黃河南岸灌區(qū)開展引黃滴灌玉米田間試驗(yàn)，研究引黃滴灌對(duì)玉米耗水特性及產(chǎn)量的影響，分析引黃滴灌條件下不同水分處理對(duì)玉米耗水量、耗水強(qiáng)度、水分生產(chǎn)率、株高及產(chǎn)量的影響規(guī)律，以期為鄂爾多斯黃河南岸灌區(qū)引黃滴灌技術(shù)的推廣應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)與技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于鄂爾多斯市杭錦旗，其位于鄂爾多斯高原西北部，東與鄂爾多斯市達(dá)拉特旗、東勝區(qū)相鄰，西南與鄂爾多斯市烏審旗接壤，北部與巴彥淖爾市隔河相望，地理坐標(biāo)為東經(jīng)106°55′—109°16′，北緯39°22′—40°52′，東西長197.0 km，南北寬166.0 km，總土地面積1.89萬km2，屬中溫帶大陸性氣候，多年平均風(fēng)速3.0 m/s；多年平均氣溫5.6 ℃；平均相對(duì)濕度為49%，干燥度1.98；多年平均日照時(shí)間3 193 h；多年平均降水量與蒸發(fā)量分別為245、2 720 mm；平均無霜期155 d，土壤凍結(jié)深度可達(dá)1.54 m。試驗(yàn)區(qū)土壤為砂土，0～40 cm土層的田間持水率為22.86%，播種前耕作層（0～40 cm）土壤有機(jī)質(zhì)量3.270 g/kg，全氮量0.243 g/kg，硝態(tài)氮量9.02 mg/kg，銨態(tài)氮量15.33 mg/kg，速效磷量4.90 mg/kg，速效鉀量63.0 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)材料及種植方法

供試材料：采用當(dāng)?shù)剞r(nóng)民使用的制種玉米，根系發(fā)達(dá)，抗倒性強(qiáng)，耐旱、耐高溫，活桿成熟，耐密植、適口性好。

種植方式：試驗(yàn)田采用不覆膜條播，一帶控制2行玉米，寬窄行距分別為50、35 cm的偏心播種種植方式，大田試驗(yàn)種植方式布置圖詳見圖1。試驗(yàn)田2條滴灌帶間距為85 cm，試驗(yàn)田株距20 cm，種植密度11.76萬株/hm2。滴灌帶滴頭間距0.3 m，滴頭流量2.0 L/h，滴頭工作壓力0.1 MPa。

圖1 大田試驗(yàn)種植方式布置圖

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2020年5—9月在鄂爾多斯市杭錦旗巴拉貢鎮(zhèn)朝凱村開展了田間試驗(yàn)。黃河水按水流方向依次經(jīng)過引水渠、沉沙裝置、水泵、施肥裝置、過濾裝置和田間滴灌系統(tǒng)進(jìn)入土壤直接供作物吸收。試驗(yàn)設(shè)灌水定額、施肥量2個(gè)因子，試驗(yàn)布設(shè)6個(gè)試驗(yàn)處理，3個(gè)重復(fù)，共計(jì)18個(gè)試驗(yàn)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)長60 m，寬6 m，相鄰小區(qū)間設(shè)置2 m隔離帶。肥料均采用當(dāng)?shù)剞r(nóng)民常用的尿素（含氮量為46%）。播種時(shí)每個(gè)試驗(yàn)處理均施入等量的基肥（農(nóng)家肥15 000 kg/hm2），追肥時(shí)按試驗(yàn)處理施入尿素，將尿素在施肥罐中充分溶解，然后通過水壓差隨滴灌灌水直接滴施到作物根區(qū)，各處理灌水與施肥時(shí)間、次數(shù)均相同。病蟲草害、農(nóng)機(jī)農(nóng)藝配套措施均按照當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶實(shí)施方式統(tǒng)一進(jìn)行田間管理。灌水量采用旋翼式數(shù)字水表精確計(jì)量。各試驗(yàn)處理作物生育期灌溉、施肥實(shí)施方案詳見表1。

1.4 觀測指標(biāo)與方法

氣象要素：在試驗(yàn)區(qū)設(shè)立農(nóng)田氣象站，主要用于觀測氣溫、降雨量、風(fēng)速、相對(duì)濕度、氣壓、風(fēng)向等。試驗(yàn)區(qū)全年降雨量210.1 mm，其中玉米生育期內(nèi)有效降雨量169.2 mm，作物生育期內(nèi)有效降雨量、總輻射和氣溫見圖2。

表1 各試驗(yàn)處理作物生育期灌溉、施肥實(shí)施方案

注出苗期和抽雄期不施肥；灌水定額單位為m3/hm2，施肥量單位為kg/hm2。

圖2 作物生育期內(nèi)有效降雨量、總輻射和氣溫

作物生長發(fā)育指標(biāo)：作物的株高和莖粗分別采用卷尺和游標(biāo)卡尺測量，每個(gè)生育期測定1次，每次測量時(shí)隨機(jī)選取各試驗(yàn)處理的3株制種玉米進(jìn)行測量，取平均值作為測量結(jié)果；玉米收獲時(shí)各試驗(yàn)區(qū)除邊行后單打單收測產(chǎn)，并測定玉米千粒質(zhì)量和籽粒產(chǎn)量等指標(biāo)，最后按照國家收購標(biāo)準(zhǔn)將籽粒產(chǎn)量折合成籽粒含水率為14%的單位面積產(chǎn)量。

土壤含水率：各試驗(yàn)小區(qū)土壤含水率采用HH2型TDR土壤水分測定儀和智墑2種儀器測定，2種儀器測定結(jié)果相互校核后取均值代表所測土壤含水率。

灌水情況和地下水位：主要記錄各試驗(yàn)處理的灌水日期、灌水定額和灌溉定額；地下水位采用HOBO地下水位自動(dòng)檢測儀（美國）測定試驗(yàn)區(qū)地下水水位變化，試驗(yàn)區(qū)地下水埋深為1.3～1.5 m。

1.5 玉米耗水量的計(jì)算與分析

玉米耗水量的計(jì)算采用水量平衡方程計(jì)算：

玉米各生育期土壤貯水變化量根據(jù)各試驗(yàn)處理的土壤含水率值計(jì)算，計(jì)算式為：

式中：θ為相應(yīng)時(shí)段初始土壤含水率（%）；θ1為相應(yīng)時(shí)段末土壤含水率（%）；為土壤體積質(zhì)量（g/cm3）；為計(jì)劃濕潤層深度（mm）。

玉米下邊界水分通量根據(jù)試驗(yàn)實(shí)測的土壤負(fù)壓值進(jìn)行各生育期土壤深層滲漏或補(bǔ)給量的計(jì)算。土壤計(jì)劃濕潤層下邊界土壤水分的補(bǔ)給和滲漏采用定位通量法計(jì)算，測定儀器為負(fù)壓計(jì)。定位通量法計(jì)算式為：

水分生產(chǎn)率為作物消耗單位水量的產(chǎn)出，其值等于作物產(chǎn)量與作物凈耗水量之比值。作物水分生產(chǎn)率采用下式計(jì)算：

式中：水分生產(chǎn)率（kg/m3）；為作物產(chǎn)量（kg/hm2）；其他符號(hào)同上。

耗水強(qiáng)度為單位面積的植物群體在單位時(shí)間內(nèi)的耗水量。作物耗水強(qiáng)度采用下式計(jì)算：

式中：為耗水強(qiáng)度（mm/d）；為作物生育階段歷時(shí)（d）；其他符號(hào)同上。

耗水模數(shù)指玉米各生育時(shí)期耗水占其全生育期耗水的比重。

1.6 數(shù)據(jù)分析

使用SPSS 19.0、SigmaPlot 14.0、Origin Pro 8.5和Excel 2019軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、分析和繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 引黃滴灌對(duì)玉米各生育階段耗水特性的影響

玉米各生育時(shí)期耗水量、耗水強(qiáng)度和耗水模數(shù)等耗水特征值如表2所示。由表2可知，不同處理玉米各生育時(shí)期耗水量隨灌水定額的增加呈遞增趨勢(shì)，耗水高峰時(shí)期出現(xiàn)在玉米的拔節(jié)期—抽雄期—灌漿期，而玉米出苗期和成熟期的耗水量相對(duì)較低；YM3、YM4、YM5、YM6處理玉米在各生育時(shí)期的耗水量均顯著大于YM1、YM2處理的；從玉米全生育期的耗水量分析，YM1、YM2處理耗水量相差不大，約為300 mm，這是由于灌水定額較低的緣故；YM3、YM4、YM5、YM6處理耗水量相差不大，約為400 mm，當(dāng)灌溉定額接近玉米的需水量的時(shí)候，隨著灌水定額的增大，玉米耗水量不再增加，此時(shí)灌水定額已不再是約束玉米生長發(fā)育的首要因素。

由表2可知，不同處理?xiàng)l件下玉米的耗水強(qiáng)度呈先增大后減小的趨勢(shì)，即隨著灌水定額的增加，玉米的耗水強(qiáng)度隨之增大，當(dāng)灌水定額達(dá)到一定的數(shù)量之后，再增加灌水定額，玉米的耗水強(qiáng)度不再增大，反而會(huì)出現(xiàn)減小的趨勢(shì)；不同處理?xiàng)l件下玉米耗水強(qiáng)度較大的時(shí)期出現(xiàn)在玉米的抽雄期—灌漿期，玉米在出苗期—拔節(jié)期和成熟期的耗水強(qiáng)度相對(duì)較低；YM4處理玉米在抽雄期的耗水強(qiáng)度最大，為4.75 mm/d，YM1處理玉米在出苗期的耗水強(qiáng)度最小，為1.35 mm/d；YM1、YM2處理玉米在不同生育時(shí)期的耗水強(qiáng)度均顯著低于YM3、YM4、YM5、YM6處理的，這是由于YM1、YM2處理的灌水定額較低，不能達(dá)到玉米正常生長發(fā)育所需的灌水水平，外在表現(xiàn)為玉米生長緩慢，株高明顯低于其他處理。

由表2可知，不同試驗(yàn)處理玉米的耗水模數(shù)峰值出現(xiàn)在抽雄期—灌漿期，最小值則出現(xiàn)在成熟期，同時(shí)，各處理玉米耗水模數(shù)在出苗期—拔節(jié)期和灌漿期差異不顯著；不同試驗(yàn)處理玉米的耗水模數(shù)隨著灌水定額的增加呈增加趨勢(shì)，玉米在出苗期植株幼小且生長緩慢，地溫和太陽輻射均較低，植株耗水量和耗水強(qiáng)度均處于較低水平，耗水模數(shù)也較低，約為10%；玉米在抽雄期—灌漿期植株生長旺盛，雄穗、雌穗迅速分化，植株葉面積指數(shù)達(dá)到峰值，植株開始開花授粉，同時(shí)灌漿也需要消耗部分水分，另外此階段氣溫和太陽輻射均處于較高水平，土壤蒸發(fā)和植株蒸騰作用加劇，故此階段玉米的耗水量和耗水強(qiáng)度較大，耗水模數(shù)為31.15%～34.19%；收獲期氣溫和太陽輻射有所降低，此階段植株各形態(tài)指標(biāo)均處于衰退狀態(tài)，耗水強(qiáng)度有所降低，但由于成熟期歷時(shí)最短，因此階段耗水量占整個(gè)生育期耗水量的比例較低，耗水模數(shù)最小，為5.12%～6.50%。

表2 不同試驗(yàn)處理作物各生育期耗水特性

注同列不同小寫字母表示處理間差異顯著（＜0.05），下同。為耗水量，為耗水強(qiáng)度，為耗水模系數(shù)。

2.2 引黃滴灌對(duì)玉米千粒質(zhì)量、籽粒產(chǎn)量及水分生產(chǎn)率的影響

表3為不同試驗(yàn)處理玉米千粒質(zhì)量、籽粒產(chǎn)量及水分生產(chǎn)率。由表3可知，引黃滴灌不同試驗(yàn)處理間玉米千粒質(zhì)量、籽粒產(chǎn)量和水分生產(chǎn)率的差異均顯著，且隨著灌水定額的增加，玉米千粒質(zhì)量、籽粒產(chǎn)量和水分生產(chǎn)率均呈先增大后減小的趨勢(shì)。YM4處理玉米千粒質(zhì)量、籽粒產(chǎn)量和水分生產(chǎn)率均最大，分別為326.6 g、11 326.58 kg/hm2和2.79 kg/m3，YM1處理玉米千粒質(zhì)量、籽粒產(chǎn)量和水分生產(chǎn)率均最小，分別為246.44 g、5 072.79 kg/hm2和1.67 kg/m3，相比于YM1處理，YM4處理玉米千粒質(zhì)量、籽粒產(chǎn)量和水分生產(chǎn)率分別增大32.54%、123.28%和67.32%。YM4處理玉米千粒質(zhì)量、籽粒產(chǎn)量和水分生產(chǎn)率均顯著大于其他處理。綜合考慮千粒質(zhì)量、籽粒產(chǎn)量和水分生產(chǎn)率等因素以及本著黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展的原則，建議當(dāng)?shù)匾S滴灌玉米按照YM4處理灌水、施肥水平進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

表3 不同試驗(yàn)處理玉米千粒質(zhì)量、籽粒產(chǎn)量及水分生產(chǎn)率

2.3 引黃滴灌玉米產(chǎn)量與灌水、施肥因素關(guān)系分析

灌水定額、施肥量和籽粒產(chǎn)量間的回歸模擬分析曲線見圖3，其回歸方程為：

=-153 648.996 8+25.380 5+204.275 1-

0.002 7-0.002 42-0.090 82，2=0.9835，（7）

式中：為玉米籽粒產(chǎn)量（kg/hm2）；為灌水量（m3/hm2）；為施肥量（kg/hm2）。

圖3 玉米籽粒產(chǎn)量與灌水、施肥量關(guān)系曲線

將引黃滴灌水、氮代碼值在[0，1]內(nèi)等分為7個(gè)等級(jí)（0.00、0.17、0.33、0.50、0.67、0.83、1.00），所有組合共49組。將相應(yīng)的水、氮代碼值輸入回歸模型，從玉米籽粒產(chǎn)量中選出本試驗(yàn)平均產(chǎn)量超過均產(chǎn)8 765.55 kg/hm2的35套方案，占所有方案的71.43%。不同灌水和施氮水平的頻數(shù)統(tǒng)計(jì)分析表明，4 206.84～4 890.36 m3/hm2的灌水量和977.13～1 122.87 kg/hm2的施肥量有95%的概率可以獲得大于8 765.55 kg/hm2的玉米籽粒產(chǎn)量。

3 討論

作物的灌溉技術(shù)方式不同，其耗水特性及產(chǎn)量的響應(yīng)亦不同。噴灌技術(shù)模式較普通地面灌溉水分生產(chǎn)效率可以提高到2.15倍[12]，通過增加施肥頻次與施肥時(shí)間后移提高作物葉面積指數(shù)，延緩葉片衰老，增加作物的最大生長速率，進(jìn)而增加作物產(chǎn)量[13]，還可以通過微噴補(bǔ)灌至作物的目標(biāo)濕潤土層，提高作物產(chǎn)量[14]。當(dāng)?shù)喂喙喔榷~減少20%時(shí)，交替地下滴灌可以提高春玉米水分利用效率和灌溉水利用效率，但產(chǎn)量較固定地下滴灌有所降低[15]；膜下滴灌技術(shù)適量的水、氮耦合可提升玉米的株高、葉面積和產(chǎn)量[16]。膜下滴灌材料的改善對(duì)提高作物水分效率也扮演重要的角色，有研究指出使用誘導(dǎo)期為50～70 d的氧化型生物可降解薄膜下滴灌可有效提高玉米的水分利用效率[17]。研究表明[14-15,18]，在水源是地下水的前提下，噴灌、交替地下滴灌、膜下滴灌均能一定程度提高作物的耗水特性與產(chǎn)量。本研究發(fā)現(xiàn)引黃滴灌不同灌水、施肥處理階段耗水量與耗水強(qiáng)度的峰值均出現(xiàn)在抽雄期—灌漿期，水、氮單因素對(duì)玉米籽粒產(chǎn)量的影響大小次序?yàn)楣嗨臼┑?，灌水是影響玉米籽粒產(chǎn)量的主要因素，水氮互作對(duì)玉米產(chǎn)量有明顯促進(jìn)作用，這與前人[19-23]研究結(jié)果一致。淺埋滴灌水肥一體化通過水氮運(yùn)移，使氮肥分布于作物根系周圍，不會(huì)造成氮肥流失或局部虧缺，實(shí)現(xiàn)氮肥的精準(zhǔn)供應(yīng)，在時(shí)間和空間上與制種玉米水肥供需匹配更加合理，氮肥利用率更高，從而表現(xiàn)出在一定的水分條件下，施氮肥有利于提高作物耗水量、水分生產(chǎn)率及產(chǎn)量。

滴灌水、氮在適宜范圍內(nèi)耦合可表現(xiàn)出明顯的正交互作用，從而促進(jìn)作物的干物質(zhì)積累，獲得高產(chǎn)。張忠學(xué)等[24]、Zhang等[25]研究表明，適當(dāng)?shù)販p少灌水量可在作物減產(chǎn)不顯著的情況下提高作物水分利用效率。Rudnick等[26]研究表明，玉米在生殖生長期內(nèi)耗水量對(duì)氮肥施用量的響應(yīng)顯著。本研究表明在一定的水分條件下，增加施肥量對(duì)玉米耗水特性的影響不顯著。在水分不足時(shí)，高氮量反而對(duì)玉米的生長發(fā)育起到抑制作用，這與孫云云等[16]、郝小雨等[27]的研究結(jié)論一致。與YM4處理相比，繼續(xù)增加灌水定額，玉米千粒質(zhì)量、籽粒產(chǎn)量和水分生產(chǎn)率不升反降。究其原因可能是水、肥耦合供給在一定程度上會(huì)改變作物耗水特性和產(chǎn)量性狀，進(jìn)而影響作物產(chǎn)量與水分生產(chǎn)率。說明引黃滴灌條件下，對(duì)作物進(jìn)行適時(shí)適量的灌水和施肥，不但可以改善作物的耗水特性，促進(jìn)作物生長發(fā)育，增加產(chǎn)量，而且可以提高水肥利用效率，從而達(dá)到“水肥互促”的正效應(yīng)結(jié)果。

4 結(jié)論

1）耗水量與耗水強(qiáng)度隨灌水定額的增加呈先增大后減小趨勢(shì)，耗水量與耗水強(qiáng)度的峰值出現(xiàn)在玉米的抽雄期—灌漿期。當(dāng)灌水定額大于300 m3/hm2時(shí)，增加施肥量對(duì)玉米耗水特性的影響不顯著。

2）灌水一定的條件下，增加施肥量不能顯著提高作物千粒質(zhì)量、籽粒產(chǎn)量和水分生產(chǎn)率，過高的施肥對(duì)產(chǎn)量和水分生產(chǎn)率反而產(chǎn)生負(fù)影響。當(dāng)灌水量為4 206.84～4 890.36 m3/hm2、施肥量為977.13～1 122.87 kg/hm2時(shí)，引黃滴灌玉米有95%的概率可獲得大于8 765.55 kg/hm2的籽粒產(chǎn)量。

3）綜合節(jié)水、高產(chǎn)和高效等生產(chǎn)因素，建議鄂爾多斯黃河南岸灌區(qū)引黃滴灌玉米采用灌水定額約300 m3/hm2，灌水12～14次，施肥量約為1 200kg/hm2的水肥調(diào)控模式。

[1] WU L, SU X L, MA X Y, et al. Integrated modeling framework for evaluating and predicting the water resources carrying capacity in a continental river basin of Northwest China[J]. Journal of Cleaner Production, 2018, 204: 366-379.

[2] YANG Z Y, SONG J X, CHENG D D, et al. Comprehensive evaluation and scenario simulation for the water resources carrying capacity in Xi’an city, China[J]. Journal of Environmental Management, 2019, 230: 221-233.

[3] FITTON N, ALEXANDER P, ARNELL N, et al. The vulnerabilities of agricultural land and food production to future water scarcity[J]. Global Environmental Change, 2019, 58: 101 944.

[4] IBRAHIM M M, EL-BAROUDY 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.

[5] SUI J, WANG J D, GONG S H, 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.

[6] KARLBERG L, ROCKSTR?M J, ANNANDALE J G, et al. Low-cost drip irrigation—A suitable technology for southern Africa?: An example with tomatoes using saline irrigation water[J]. Agricultural Water Management, 2007, 89(1/2): 59-70.

[7] WAN S Q, KANG Y H, WANG D, et al. Effect of drip irrigation with saline water on tomato (Lycopersicon esculentum Mill) yield and water use in semi-humid area[J]. Agricultural Water Management, 2007, 90(1/2): 63-74.

[8] KARIMI M, GOMROKCHI A. Yield and water use efficiency of corn planted in one or two rows and applying furrow or drip tape irrigation systems in Ghazvin Province, Iran[J]. Irrigation and Drainage, 2011, 60(1): 35-41.

[9] 李菊, 張富倉, 王艷麗, 等. 灌水量和滴灌頻率對(duì)甘肅省河西地區(qū)春玉米生長和水分利用的影響[J]. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2021, 26(10): 8-20.

LI Ju, ZHANG Fucang, WANG Yanli, et al. Effects of irrigation amount and drip irrigation frequency on spring maize growth and water use in Hexi area of Gansu Province[J]. Journal of China Agricultural University, 2021, 26(10): 8-20.

[10] 勉有明, 苗芳芳, 吳鵬年, 等. 施氮量對(duì)揚(yáng)黃灌區(qū)土壤水分、溫度、碳氮及玉米產(chǎn)量的影響[J]. 排灌機(jī)械工程學(xué)報(bào), 2021, 39(9): 950-958.

MIAN Youming, MIAO Fangfang, WU Pengnian, et al. Effects of nitrogen application rates on soil water, temperature, carbon nitrogen, and maize yield in Yanghuang irrigation area[J]. Journal of Drainage and Irrigation Machinery Engineering, 2021, 39(9): 950-958.

[11] 郭金路, 谷健, 尹光華, 等. 遼西半干旱區(qū)淺埋式滴灌對(duì)春玉米耗水特性及產(chǎn)量的影響[J]. 生態(tài)學(xué)雜志, 2017, 36(9): 2 514-2 520.

GUO Jinlu, GU Jian, YIN Guanghua, et al. Effect of shallow-buried drip irrigation on water consumption characteristics and yield of spring maize in semi-arid region of western Liaoning[J]. Chinese Journal of Ecology, 2017, 36(9): 2 514-2 520.

[12] 韓小龍, 周立華, 鮑子云. 寧夏引黃灌區(qū)玉米噴灌技術(shù)模式集成與示范應(yīng)用[J]. 寧夏工程技術(shù), 2014, 13(2): 148-150.

HAN Xiaolong, ZHOU Lihua, BAO Ziyun. Integration and demonstration application for Ningxia Yellow River Irrigation District corn sprinkler irrigation technology[J]. Ningxia Engineering Technology, 2014, 13(2): 148-150.

[13] 劉見, 寧東峰, 秦安振, 等. 氮肥減量后移對(duì)噴灌玉米產(chǎn)量和水氮利用效率的影響[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2020, 39(3): 42-49.

LIU Jian, NING Dongfeng, QIN Anzhen, et al. Impacts of reducing and delaying nitrogen application on yield and water and nitrogen use efficiency of summer maize under sprinkler fertigation[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2020, 39(3): 42-49.

[14] 吳祥運(yùn), 王東, 蔡曉, 等. 微噴補(bǔ)灌對(duì)夏玉米產(chǎn)量和水分利用效率的影響[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2021, 40(1): 30-37.

WU Xiangyun, WANG Dong, CAI Xiao, et al. The impacts of supplementary micro-hose-sprinkling irrigation amount on yield and water use efficiency of summer maize[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2021, 40(1): 30-37.

[15] 黃鵬飛, 尹光華, 谷健, 等. 交替地下滴灌對(duì)春玉米產(chǎn)量和水分利用效率的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2016, 27(8): 2 507-2 512.

HUANG Pengfei, YIN Guanghua, GU Jian, et al. Effects of alternate subsurface drip irrigation on yield and water use efficiency of spring maize[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2016, 27(8): 2 507-2 512.

[16] 孫云云, 劉方明, 高玉山, 等. 吉林西部膜下滴灌水氮調(diào)控對(duì)玉米生長及水肥利用的影響[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2020, 39(11): 76-82.

SUN Yunyun, LIU Fangming, GAO Yunshan, et al. Regulating water and fertilizer application in film-mulched drip irrigation to improve growth and water - fertilizer utilization of maize in Western Jilin[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2020, 39(11): 76-82.

[17] FENG Y Y, SHI H B, CAO X S, et al. Numerical modeling of soil water–heat transport under oxo-biodegradable film mulch and the optimal mulching period[J]. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 2021, 147(9): 04 021 035.

[18] 李晶晶, 臧文靜, 黎耀軍, 等. 噴灌施氮管理對(duì)春玉米產(chǎn)量及水氮利用的影響[J]. 排灌機(jī)械工程學(xué)報(bào), 2020, 38(12): 1 277-1 283.

LI Jingjing, ZANG Wenjing, LI Yaojun, et al. Effects of different nitrogen managements on spring maize yield, water and nitrogen use efficiency under sprinkler fertigation[J]. Journal of Drainage and Irrigation Machinery Engineering, 2020, 38(12): 1 277-1 283.

[19] 丁運(yùn)韜, 程煜, 張?bào)w彬, 等. 利用HYDRUS-2D模擬膜下滴灌玉米農(nóng)田深層土壤水分動(dòng)態(tài)與根系吸水[J]. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究, 2021, 39(3): 23-32.

DING Yuntao, CHENG Yu, ZHANG Tibin, et al. Modeling of dynamics of deep soil water and root uptake of maize with mulched drip irrigations using HYDRUS-2D[J]. Agricultural Research in the Arid Areas, 2021, 39(3): 23-32.

[20] 邵云, 李曉波, 崔景明, 等. 華北平原南部一年兩熟區(qū)不同搭配作物光合性能比較研究[J]. 河南師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2020, 48(6): 84-91.

SHAO Yun, LI Xiaobo, CUI Jingming, et al. Comparative study on photosynthetic performance of different collocation patterns in the doube-cropping area in the southern part of North China Planin[J]. Journal of Henan Normal University (Natrual Science Edition), 2020, 48(6): 84-91.

[21] 蔡曉, 吳祥運(yùn), 王東, 等. 水氮互作對(duì)滴灌夏玉米生長及水分利用效率的影響[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2020, 39(6): 33-42.

CAI Xiao, WU Xiangyun, WANG Dong, et al. Combined effects of water and nitrogen application on growth and water use of summer maize under drip irrigation[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2020, 39(6): 33-42.

[22] 尚文彬, 張忠學(xué), 鄭恩楠, 等. 水氮耦合對(duì)膜下滴灌玉米產(chǎn)量和水氮利用的影響[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2019, 38(1): 49-55.

SHANG Wenbin, ZHANG Zhongxue, ZHENG En’nan, et al. Nitrogen-water coupling affects nitrogen utilization and yield of film-mulched maize under drip irrigation[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2019, 38(1): 49-55.

[23] 寧東峰, 秦安振, 劉戰(zhàn)東, 等. 滴灌施肥下水氮供應(yīng)對(duì)夏玉米產(chǎn)量、硝態(tài)氮和水氮利用效率的影響[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2019, 38(9): 28-35.

NING Dongfeng, QIN Anzhen, LIU Zhandong, et al. Effects of irrigation and fertilization levels ongrain yield and water and N use efficiency of drip-fertigation summer maize in the North China plain[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2019, 38(9): 28-35.

[24] 張忠學(xué), 張世偉, 郭丹丹, 等. 玉米不同水肥條件的耦合效應(yīng)分析與水肥配施方案尋優(yōu)[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào), 2017, 48(9): 206-214.

ZHANG Zhongxue, ZHANG Shiwei, GUO Dandan, et al. Coupling effects of different water and fertilizer conditions and optimization of water and fertilizer schemes on maize[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2017, 48(9): 206-214.

[25] ZHANG G Q, LIU C W, XIAO C H, et al. Optimizing water use efficiency and economic return of super high yield spring maize under drip irrigation and plastic mulching in arid areas of China[J]. Field Crops Research, 2017, 211: 137-146.

[26] RUDNICK D R, IRMAK S, DJAMAN K, et al. Impact of irrigation and nitrogen fertilizer rate on soil water trends and maize evapotranspiration during the vegetative and reproductive periods[J]. Agricultural Water Management, 2017, 191: 77-84.

[27] 郝小雨, 馬星竹, 高中超, 等. 氮肥管理措施對(duì)黑土春玉米產(chǎn)量及氮素利用的影響[J]. 玉米科學(xué), 2016, 24(4): 151-159.

HAO Xiaoyu, MA Xingzhu, GAO Zhongchao, et al. Effects of nitrogen fertilizer management on spring maize yield and nitrogen utilization in black soil[J]. Journal of Maize Sciences, 2016, 24(4): 151-159.

The Effect of Drip Fertigation with Yellow River Water on Water Consumption and Yield of Summer Maize

CAO Xuesong1, ZHENG Hexiang1, MIAO Ping2, NIU Hai3, SUN Chenyun4,

（1.Institute of Water Resources for Pastoral Area of China Institute of Water Resources and Hydropower Research, Huhhot 010020, China; 2. Ordos River and Lake Protection Center, Ordos 017000, China;3. Ordos Development Center of Water Conservancy, Ordos 017000, China;4. School of Water Conservancy and Civil Engineering, Inner Mongolia Agricultural University, Hohhot 010018, China）

【】Irrigation and fertilization combine to modulate water uptake and crop yield. The purpose of our work is to find a rational fertigation scheduling for corn production drip-irrigated using the Yellow River water in Ordos, Inner Mongolia. 【】The experiment was conducted in a corn field. The crop was drip-irrigated at the irrigation amount of 225, 300 and 375 m3/hm2respectively, each having two nitrogen applications: 207 and 276 kg/hm2. In each treatment, we measured water consumption and the crop yield.【】Coupling irrigation and nitrogen fertilization showed a positive interaction between them in certain ranges. Water consumption and its associated consumption intensity both increased with the irrigation amount, peaking at the tasseling -filling stage. Increasing nitrogen fertilization did not always result in a significant effect on water consumption, nor increased the thousand-grain weight, grain yield and water productivity. When the irrigation amount was in the range of 4 206.84～4 890.36 m3/hm2and the fertilization in 977.13～1 122.87 kg/hm2, there was a high probability (95%) to increase the corn yield to more than 8 765.55 kg/hm2.【】Considering water saving, yield and water and nitrogen use efficiency, the optimal drip-fertigation using Yellow River water for corn production in Ordos was to irrigate 300 m3/hm2of water in 12～14 times, with 1 200 kg/hm2(46% of nitrogen) of fertilization.

drip fertigation;corn;water consumption;grain yield; water production efficiency

曹雪松, 鄭和祥, 苗平, 等. 引黃滴灌條件下水氮互作對(duì)玉米耗水特性及產(chǎn)量的影響[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2022, 41(3): 33-39.

CAO Xuesong, ZHENG Hexiang, MIAO Ping, et al. The Effect of Drip Fertigation with Yellow River Water on Water Consumption and Yield of Summer Maize[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2022, 41(3): 33-39.

2021-08-10

“科技興蒙”重點(diǎn)專項(xiàng)項(xiàng)目（KJXM-EEDS-2020010-01）；鄂爾多斯市科技計(jì)劃項(xiàng)目（20190101）；中國水利水電科學(xué)研究院科研專項(xiàng)項(xiàng)目（MK2020J05）；內(nèi)蒙古自治區(qū)水利科技項(xiàng)目（MK0413B032021）

曹雪松（1989-），男，河南商丘人。碩士，主要從事節(jié)水灌溉理論與新技術(shù)研究。E-mail: cxsmks@126.com

1672 - 3317（2022）03 - 0033 - 07

S274.1

A

10.13522/j.cnki.ggps.2021366

責(zé)任編輯：趙宇龍