摘要 ［目的］分析膜下滴灌施肥對玉米產(chǎn)量及水分利用效率的影響，闡明膜下滴灌水肥一體化的技術(shù)優(yōu)勢，解決寧夏揚黃灌區(qū)玉米水肥利用效率低的問題。［方法］在相同施肥水平條件下，以常規(guī)大水漫灌（6 000 m³/hm²）為對照，在滴灌定額為3 750 m³/hm²的基礎(chǔ)上設(shè)置不覆膜滴灌和膜下滴灌2個處理，研究不同灌水處理對玉米光合特性、產(chǎn)量、水肥利用效率及經(jīng)濟(jì)效益的影響。［結(jié)果］膜下滴灌水肥一體化技術(shù)在玉米抽雄期凈光合速率、水分利用效率最高，比漫灌處理分別提高1.5%、11.0%，比不覆膜滴灌處理分別提高6.1%、3.2%。膜下滴灌水肥一體化技術(shù)通過提高玉米收獲穗數(shù)、穗粒數(shù)和百粒重從而提高玉米產(chǎn)量，比漫灌處理增產(chǎn)8.6%，比不覆膜滴灌處理增產(chǎn)8.2%。膜下滴灌水肥一體化技術(shù)降低玉米耗水量，比漫灌處理降低28.4%，灌水利用效率提高73.6%，水分利用效率提高52.0%；同時提高了玉米氮磷鉀肥偏生產(chǎn)力，比漫灌處理分別提高8.5%、8.6%、8.5%。與漫灌處理相比，膜下滴灌水肥一體化技術(shù)在成本投入增加26.9%的基礎(chǔ)上獲得了最高的經(jīng)濟(jì)效益，比漫灌處理增加808.4元/hm²，收入提高8.1%，比滴灌不覆膜處理增收787.5元/hm²，收入提高7.8%。［結(jié)論］在滴灌定額為3 750 m³/hm²基礎(chǔ)上采用膜下滴灌施肥可在節(jié)水37.5%的基礎(chǔ)上實現(xiàn)增產(chǎn)和增收，該技術(shù)在寧夏揚黃灌區(qū)表現(xiàn)出一定的優(yōu)勢，可以應(yīng)用于該地區(qū)的玉米生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞 寧夏揚黃灌區(qū)；膜下滴灌水肥一體化；玉米；產(chǎn)量；水分利用效率

中圖分類號 S275.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 0517-6611（2024）19-0189-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.19.040

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

Study on the Integration Technology of Drip Irrigation Fertilizer Under Corn Membrane in Yanghuang Irrigation Area of Ningxia

ZHOU Yang¹， ZHAO Ru-lang²，ZHANG Wen-jie² et al

（1. Agricultural Technology Extension Service Center in Ningxia Tongxin County， Wuzhong， Ningxia 751300;2.Crops Research Institute，Ningxia Academy of Agriculture and Forestry Sciences，Yinchuan， Ningxia 750002）

Abstract ［Objective］To analyze the effects of submembrane drip irrigation fertilizer integration on maize yield and water use efficiency， elucidate the technical advantages of submembrane drip irrigation fertilizer integration， solve the problem of low utilization efficiency of corn fertilizer in Yanghuang irrigation area of Ningxia.［Method］At the same level of fertilization，the irrigation（6 000 m³/hm²） was used as a control， two treatments of non-coated drip irrigation and submembrane drip irrigation were set on the basis of a drip irrigation quota of 3 750 m³/hm²， the effects of different irrigation treatment on photosynthetic characteristics， yield， utilization efficiency and economic benefits of maize were studied. ［Result］The integrated technology of submembrane drip irrigation water fertilizer was the highest in net photosynthetic rate and water use efficiency during the maize pumping period， which was 1.5% and 11.0% higher than that of diffuse irrigation， and 6.1% and 3.2% higher than that of non-coated drip irrigation. The integrated technology of submembrane drip irrigation water fertilizer increased corn yield by increasing the number of ears， grain number and grain weight of corn， which increased by 8.6% compared to the diffusion irrigation treatment and 8.2% more than the non-mulching drip irrigation treatment. The integrated technology of submembrane drip irrigation water fertilizer reduced the water consumption of corn， which was 28.4% lower than that of diffuse irrigation， 73.6% higher irrigation efficiency， and 52.0% water use efficiency. At the same time， the partial productivity of corn nitrogen， phosphorus and potassium fertilizer was increased by 8.5%， 8.6% and 8.5%，respectively. Compared with diffusion irrigation treatment， the integrated technology of submembrane drip irrigation fertilizer had achieved the highest economic benefits on the basis of a 26.9% increase in cost input， an increase of 808.4 yuan/hm² compared to diffusion irrigation treatment， an increase of 8.1% in income， and an increase of 787.5 yuan/hm² compared to non-mulching drip irrigation，the income increased by 7.8%. ［Conclusion］Using submembrane drip irrigation and fertilization on the basis of 3 750 m³/hm² drip irrigation can achieve an increase in production and income on the basis of 37.5% water saving. This technology has certain advantages in the Yanghuang irrigation area of Ningxia and can be applied to the corn production in the area.

Key words Ningxia Yanghuang irrigation district;Submembrane drip irrigation fertilizer integration;Corn;Yield;Water use efficiency

基金項目 寧夏“十四五”農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展和生態(tài)保護(hù)科技創(chuàng)新示范項目（NGSB-2021-3-1）；寧夏農(nóng)林科學(xué)院先導(dǎo)資金項目（NKYJ-22-03）；寧夏重點研發(fā)計劃項目（2021BBF02011）；寧夏農(nóng)林科學(xué)院對外交流項目（DW-X-2023005）。

作者簡介 周洋（1976—），男，寧夏同心人，副研究員，從事農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣工作。*通信作者，助理研究員，碩士，從事土壤養(yǎng)分循環(huán)與利用方面的研究。

收稿日期 2023-06-14

玉米是寧夏的主要糧食作物，在農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮著重要作用，寧夏玉米栽培面積變化趨勢與全國發(fā)展相似，自2005年開始玉米栽培面積不斷上升，截至2020年達(dá)到了44.8萬hm^2［1］。玉米是對水肥脅迫比較敏感的作物，合理的水肥管理可以促進(jìn)玉米生長發(fā)育，提高玉米產(chǎn)量^［2］，但在實際生產(chǎn)中大水漫灌、過量施肥普遍存在，造成水、肥資源浪費，降低水肥利用率?？到B忠^［3］認(rèn)為我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中1 m³灌溉水生產(chǎn)糧食1.1 kg，水分生產(chǎn)率遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國家水平。張福鎖等^［4］研究表明我國玉米生產(chǎn)中氮磷鉀肥利用效率遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國家。膜下滴灌水肥一體化技術(shù)將地膜和滴灌水肥一體化有效結(jié)合，充分利用了地膜減少蒸發(fā)、增溫保墑作用，同時將肥料溶解在水中利用管道灌溉系統(tǒng)按照作物的水肥需求規(guī)律定時定量供應(yīng)作物所需水肥，實現(xiàn)水肥同步管理。這項技術(shù)由于膜下滴灌改變了田間灌溉水的移動路徑，土壤濕潤半徑縱向重疊，橫向離開滴頭距離一般為 35～40 cm，達(dá)到抑制土壤水分蒸發(fā)、水肥協(xié)同供應(yīng)、提高水肥利用效率的目的。Ayars等^［5］在番茄、棉花和甜玉米等作物上開展了為期 15 年的膜下滴灌水肥一體化技術(shù)研究，結(jié)果表明利用該項技術(shù)顯著提高了作物的產(chǎn)量和水分利用效率。目前，膜下滴灌水肥一體化技術(shù)在作物需水需肥規(guī)律、水肥耦合機(jī)制、土壤水鹽運移規(guī)律及灌溉制度等方面的硏究取得了突破性進(jìn)展。膜下滴灌技術(shù)在我國玉米、棉花、西瓜、葡萄等寬行作物上也得到廣泛應(yīng)用并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益^［6-8］。寧夏揚黃灌區(qū)位于寧夏中部，通過黃河揚水工程灌溉實現(xiàn)了從旱作區(qū)向灌溉區(qū)的轉(zhuǎn)變，該區(qū)域光照資源充足干旱少雨，年降雨量200 mm左右，蒸發(fā)量達(dá)2 200 mm。該區(qū)域玉米生產(chǎn)中灌溉的方式以大水漫灌為主，化肥以大田均勻撒施為主，玉米水肥利用效率普遍較低，水和肥成為該地區(qū)玉米生產(chǎn)過程中兩大關(guān)鍵性限制因子。近年來寧夏揚黃灌區(qū)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的黃河水配量逐步降低^［9］，灌溉水資源短缺成為難以回避的現(xiàn)實問題?；诖?，該研究利用覆膜和滴灌施肥相結(jié)合的技術(shù)，研究節(jié)水條件下膜下滴灌對玉米光合特征、干物質(zhì)累積分配、產(chǎn)量和水肥利用效率的影響，為寧夏揚黃灌區(qū)玉米膜下滴灌水肥一體化技術(shù)的應(yīng)用與推廣提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

該試驗區(qū)域位于寧夏揚黃灌區(qū)同心縣河西鎮(zhèn)吳家河灣村（105°52′50.04″E，37°02′33.06″N），該區(qū)域地處鄂爾多斯臺地與黃土高原北部的銜接地帶，海拔1 320 m。氣候?qū)俚湫偷臏貛Т箨懶詺夂?，四季分明，日照充足，晝夜溫差大，年降水?60 mm左右，降水年內(nèi)分布不均衡，60%以上的降雨集中在7—9月，年蒸發(fā)量為2 300 mm以上，年平均氣溫8.7 ℃，年輻射熱平均594.14 kJ/cm²，日照時數(shù)在2 850 h，為典型干旱區(qū)。試驗區(qū)土壤質(zhì)地為沙質(zhì)壤土，田間持水量為22%，表層土壤（0～20 cm）pH為8.74，全鹽含量0.078 g/kg，有機(jī)質(zhì)為9.4 g/kg，速效氮62.2 mg/kg，速效磷24.4 mg/kg，速效鉀153.4 mg/kg。試驗地前茬作物為玉米，產(chǎn)量為12 750 kg/hm²左右。

1.2 試驗設(shè)計

試驗于2021年4—10月進(jìn)行，以常規(guī)大水漫灌（6 000 m³/hm²）為對照，設(shè)置膜下滴灌3 750 m³/hm²、不覆膜滴灌3 750 m³/hm² 2個滴灌節(jié)水處理，小區(qū)面積25.0 m×6.0 m=150 m²，每個處理設(shè)3次重復(fù)，共9個小區(qū)，小區(qū)隨機(jī)區(qū)組布置。玉米品種選用先玉027，播種采用人工種植，寬行70 cm，窄行40 cm，株距23 cm種植，種植密度82 500株/hm²。試驗區(qū)灌溉水源為蓄水池調(diào)蓄的黃河水，灌溉系統(tǒng)利用潛水泵加壓，配套篩網(wǎng)+疊片過濾器進(jìn)行水質(zhì)凈化處理，各處理均為采用Ф63PE管道輸水至田間各試驗區(qū)，小區(qū)直接在輸水管道上開口，采用Ф63閘閥控制并連接水表，各試驗小區(qū)灌水獨立計量。漫灌處理采用當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)灌溉量，玉米生育期內(nèi)灌溉4次，單次灌溉量1 500 m³/hm²，滴灌處理將滴灌帶置于玉米窄行之間，單條滴灌帶灌溉2行玉米，滴灌帶滴頭間距為30 cm，滴頭流量為2.5 L/h，各處理灌水次數(shù)、灌水時間、單次灌溉定額、總灌溉定額如表1所示，各處理施肥量統(tǒng)一為N 420 kg/hm²、PO150 kg/hm²、KO 75 kg/hm²，其中漫灌處理化肥氮肥為尿素、磷肥磷酸二銨、鉀肥氯化鉀，滴灌處理統(tǒng)一采用寧夏榮和綠色科技有限公司生產(chǎn)的玉米專用水溶肥（37-8-5），具體滴灌施肥運籌如表2所示。

1.3 田間操作管理

2021年3月31日整地結(jié)束后劃分小區(qū)，大水漫灌處理在整地前將60%的氮肥以及全部磷鉀肥均勻撒施于地表后旋耕耙耱，其余40%的氮肥分別在玉米拔節(jié)—抽穗期、抽雄—揚花期按1∶1追施。不覆膜滴灌處理按照設(shè)計在田間鋪設(shè)滴灌帶，采用“干播濕出”的方式進(jìn)行播種^［10］，膜下滴灌處理先鋪設(shè)滴灌管，覆膜后人工點播，各小區(qū)間筑30 cm高田埂并在田埂上覆膜防止小區(qū)間灌溉水相互流通，各處理于4月15日統(tǒng)一播種，5～6葉期定苗，于玉米拔節(jié)期、大喇叭口期進(jìn)行人工除草，8月初進(jìn)行玉米黏蟲、大斑病綜合防治，9月25日分小區(qū)實測收獲。

1.4 測定指標(biāo)與方法

1.4.1 土壤理化性質(zhì)及水分測定。

試驗整地前采集0～20 cm 5點混合土樣采用常規(guī)農(nóng)化分析方法測定試驗地土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)^［11］。土壤含水率采用取土烘干法測定，該試驗在玉米播種前和玉米成熟期在小區(qū)內(nèi)以20 cm為一層進(jìn)行多點取樣混合測定土壤含水量，采集深度為0～60 cm，通過含水量計算土壤儲水量，公式如下^［12］：

W=∑ni=1（0.1×v×r×h）（1）

式中：W為土壤貯水量（mm）；r為實測土壤含水量（%）；v為土層土壤容重（g/cm³）；h為所要計算的土層深度（cm）；0.1為單位換算系數(shù)。試驗中每20 cm為一層進(jìn)行分層取土并計算貯水量，總測試深度為60 cm。

玉米耗水量以根區(qū)水量平衡法確定，計算公式如下^［12］：

ET=P+U+I-D-R-ΔW（2）

式中：ET為玉米耗水量（mm）；P為有效降雨量（mm）；U為地下水補(bǔ)給量（mm）；I為灌水量（mm）；D為深層滲漏量（mm）；R為徑流量（mm）；ΔW為玉米播種前和收獲后土壤貯水量的變化量（mm）。由于地下水埋深常年處于地表下5～8 m，且小區(qū)間設(shè)有田埂間隔，因此地下水的補(bǔ)給量和地表徑流量也不考慮，計算式中R 和D取值為0。

灌溉水利用效率的計算公式為^［13］：

IWUE=Y/I（3）

式中：IWUE 為灌溉水利用效率（kg/m³）；Y為玉米籽粒產(chǎn)量（kg/hm²）；I為玉米生育期灌溉量（m³）。

玉米水分利用效率按照田塊水平的水分利用效率計算，公式如下：

WUE=Y/ET（4）

式中：WUE為玉米水分利用效率［kg/（hm²·m³）］；Y為玉米籽粒產(chǎn)量（kg/hm²）；ET為玉米全生育期耗水量（ m³/hm²）。

肥料偏生產(chǎn)力的計算公式為：

PFP=Y/FT（5）

式中：PFP 為肥料偏生產(chǎn)力（kg/kg）；Y為玉米籽粒產(chǎn)量（kg/hm²）；FT為所施N、PO、KO 的總量（kg/hm²）。

1.4.2 光合速率測定。

在玉米拔節(jié)期、抽雄期選擇晴天09：00—11：00，使用Ci-340 型便攜式光合作用測定儀觀測凈光合速率（P）、蒸騰速率（T），每個處理選擇5片玉米葉片進(jìn)行標(biāo)記，取平均值。

1.4.3 產(chǎn)量及其構(gòu)成要素。

玉米拔節(jié)期、收獲期每個小區(qū)選取有代表性的植株5株，用卷尺測定株高，從莖基部與地上部分離，將玉米莖、葉、果穗完全分離，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算單株地上部干物質(zhì)量。在玉米收獲后進(jìn)行穗數(shù)統(tǒng)計，同時選擇小區(qū)內(nèi)長勢均一的植株隨機(jī)采集20株進(jìn)行穗長、穗粒數(shù)、百粒重、禿尖長、籽粒水分測定，每個小區(qū)單打?qū)嵤盏漠a(chǎn)量，加上考種時所采集20穗的產(chǎn)量，作為最終的小區(qū)產(chǎn)量。

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，利用DPS 7.05軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析，

對處理間數(shù)據(jù)進(jìn)行Duncan多重比較，差異顯著性水平用P<0.05表示。試驗數(shù)據(jù)均以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 玉米光合特征

玉米光合特征是形成干物質(zhì)的重要指標(biāo)，間接反映玉米的水肥利用狀況。玉米拔節(jié)期、抽雄期葉片光合指標(biāo)如表3所示，凈光合速率受灌溉方式及灌溉定額影響明顯，拔節(jié)期漫灌處理玉米凈光合速率最高，比滴灌處理提高了1.2%～8.8%，與膜下滴灌處理無顯著差異（P>0.05）；膜下滴灌處理玉米凈光合速率比不覆膜處理提高7.5%（P<0.05），但與漫灌處理差異不顯著（P>0.05），在滴灌條件下覆膜后能夠有效提高玉米凈光合速率，這種趨勢在玉米抽雄期表現(xiàn)顯著，在玉米抽雄期膜下滴灌量為3 750 m³/hm²時凈光合速率最高，比漫灌處理提高1.5%，比不覆膜滴灌處理提高6.1%（P<0.05），由于此時期玉米生長旺盛水肥需求量高，滴灌條件下覆膜后有效提高此時期葉片凈光合速率為玉米干物質(zhì)的形成提供基礎(chǔ)。拔節(jié)期玉米葉片蒸騰速率與凈光合速率變化趨勢不同，最高為膜下滴灌處理，比漫灌和不覆膜滴灌處理分別提高了9.2%、4.1%，處理間無顯著差異（P>0.05）;玉米抽雄期蒸騰速率最高的處理為大水漫灌處理，其次為膜下滴灌處理，各處理間均無顯著差異（P>0.05）。玉米拔節(jié)期水分利用效率漫灌處理最高，比膜下滴灌處理和不覆膜滴灌處理分別提高9.8%（P>0.05）、13.8%（P<0.05）。滴灌處理提高了玉米抽雄期水分利用效率，其中膜下滴灌處理玉米水分利用效率最高，比漫灌處理提高11.0%，比不覆膜滴灌處理提高3.2%，處理間差異不顯著（P>0.05）。說明在玉米拔節(jié)期漫灌提高了玉米的光合指標(biāo)，在抽雄期玉米進(jìn)行生殖生長，膜下滴灌施肥能提高玉米葉片光合能力，有效促進(jìn)玉米干物質(zhì)形成。

2.2 玉米干物質(zhì)累積量

玉米干物質(zhì)量是產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)，不同灌溉方式及灌溉量處理的玉米干物質(zhì)量如表4所示，玉米抽雄期干物質(zhì)量最高的處理為漫灌處理，由于此時期玉米需水量較高，漫灌單次灌溉定額較大，提高了玉米的干物質(zhì)量，漫灌處理玉米根、莖、葉比滴灌處理提高了3.5%～18.9%、1.8%～4.4%、10.6%～14.6%，漫灌葉片、莖稈干物質(zhì)量占總干物質(zhì)量的比例高于2個滴灌處理，而膜下滴灌處理根系干物質(zhì)量占總干物質(zhì)量比例高于不覆膜滴灌處理，表明膜下滴灌可有效促進(jìn)玉米根系生長。玉米成熟期根、莖、葉干物質(zhì)量各處理間無顯著差異（P>0.05），但果穗重處理間差異明顯，其中膜下滴灌處理果穗干物質(zhì)量最高，較漫灌處理提高1.8%（P>0.05），較不覆膜滴灌處理顯著提高5.9%（P<0.05）。說明膜下滴灌施肥水肥耦合作用優(yōu)勢明顯，提高了玉米干物質(zhì)量的同時提高了干物質(zhì)量向果穗的轉(zhuǎn)運，從而提高玉米產(chǎn)量。

2.3 玉米產(chǎn)量構(gòu)成及產(chǎn)量

從表5可以看出，不同灌溉方式和灌水量對玉米生長影響較大，膜下滴灌處理成熟期玉米株高最高，比漫灌處理和不覆膜滴灌處理分別提高1.8%、4.9%，處理間無顯著差異（P>0.05）。膜下滴灌處理提高了玉米穗長，比漫灌處理和不覆膜滴灌處理分別提高4.6%、4.0%，處理間無顯著差異。在漫灌6 000 m³/hm²基礎(chǔ)上滴灌節(jié)水37.5%處理顯著降低玉米禿尖長，提高玉米收獲穗數(shù)，不覆膜和膜下滴灌處理玉米禿尖比漫灌處理分別降低37.3%（P<0.05）、30.9%（P>0.05）。玉米穗數(shù)取決于出苗率，與播種期土壤含水量直接相關(guān)，由于漫灌處理利用土壤底墑播種，收獲穗數(shù)最低，不覆膜滴灌處理采用“干播濕出”技術(shù)，播種后進(jìn)行滴灌促苗，玉米收獲穗數(shù)比漫灌處理提高46.2%;膜下滴灌處理減少土面蒸發(fā)提高了玉米收獲穗數(shù)，比漫灌處理和不覆膜滴灌處理分別提高50.0%、2.6%。膜下滴灌處理提高了玉米單穗粒數(shù)，比漫灌處理提高2.6%，但各處理玉米穗粒數(shù)差異不顯著（P>0.05）;同時滴灌處理也提高了玉米籽粒百粒重，膜下滴灌處理最高，較漫灌處理提高9.3%，但處理間無顯著差異（P>0.05）。玉米產(chǎn)量最高的處理為膜下滴灌處理，理論產(chǎn)量和實測產(chǎn)量分別達(dá)到了18 631.4、16 012.8 kg/hm²，比漫灌處理分別增產(chǎn)12.1%、8.6%，比不覆膜滴灌處理分別增產(chǎn)10.4%、8.2%。說明采用膜下滴灌施肥技術(shù)能夠提高玉米收獲穗數(shù)、穗粒數(shù)和百粒重，從而提高玉米產(chǎn)量。

2.4 玉米耗水量及水分利用效率

從表6可以看出，玉米播種前0～60 cm土壤提供831.3 m³/hm²水，玉米生育期有效降雨提供2 751.7 m³/hm²，玉米收獲后，60 cm土壤儲水量最高的處理為膜下滴灌（1 241.3 m³/hm²），比漫灌處理提高15.7%，與不覆膜滴灌處理相比提高25.7%，差異顯著（P＜0.05），表明膜下滴灌能提高玉米收獲后土壤儲水量，提高土壤墑情，為來年玉米播種創(chuàng)造良好的水分條件。不同處理間玉米耗水量差異較大，其中漫灌玉米耗水量最高，達(dá)到了8 510.2 m³/hm²，與其他處理差異顯著（P＜0.05），滴灌處理玉米耗水量顯著低于漫灌，其中膜下滴灌處理最低，與漫灌處理相比降低28.4%。灌水利用高效率由玉米產(chǎn)量和灌溉量決定，滴灌處理玉米灌水利用效率顯著高于漫灌處理（P<0.05），其中膜下滴灌處理最高，達(dá)到了4.27 kg/（hm²·m³），其次是不覆膜滴灌處理，較漫灌對照分別提高73.6%、60.6%。不同處理玉米水分利用效率為1.73～2.63 kg/（hm²·m³），其中最高的處理為膜下滴灌，其次為不覆膜滴灌處理，較漫灌處理分別提高52.0%、34.7%，滴灌條件下覆膜比不覆膜玉米水分利用效率提高12.9%。

2.5 肥料生產(chǎn)效率

利用肥料偏生產(chǎn)力表征肥料的利用效率，反映單位肥料投入獲得的作物產(chǎn)量。從表7可以看出，在氮磷鉀投入量相同的情況下，不同灌溉方式以及灌溉量對肥料偏生產(chǎn)力有較大的影響，膜下滴灌施肥處理顯著提高了玉米氮磷鉀肥偏生產(chǎn)力，應(yīng)用膜下滴灌施肥方式比漫灌處理每1 kg氮、磷、鉀肥可以多生產(chǎn)3.0、8.5、16.8 kg玉米籽粒，較漫灌處理分別提高8.5%、8.6%、8.5%且差異顯著（P＜0.05），較不覆膜滴灌氮磷鉀肥偏生產(chǎn)力處理分別提高8.2%、8.3%、8.2%且差異顯著（P＜0.05），表明采用膜下滴灌施肥能有效提高玉米肥料利用效率。

2.6 玉米經(jīng)濟(jì)效益分析

提高玉米經(jīng)濟(jì)效益的前提是獲得較高的產(chǎn)量同時控制成本。不同處理玉米的生產(chǎn)成本和經(jīng)濟(jì)效益情況如表8所示。雖然滴灌處理實現(xiàn)了水費節(jié)省37.5%，但滴灌處理投入成本仍然高于漫灌處理，投入最高的處理為膜下滴灌處理，較漫灌投入增加3 138.0元/hm²，增加26.9%，其次是不覆膜滴灌處理，較漫灌投入增加1 602.0元/hm²，增加13.7%，高出投入部分主要來源于滴灌帶、肥料和地膜的投入，2個滴灌處理間總投入的差異主要來源于地膜費用的投入。由于滴灌處理提高了玉米產(chǎn)量，2個滴灌處理純收入均高于漫灌，其中膜下滴灌處理純收入最高，比漫灌處理增加808.4元/hm²，收入提高了8.1%，比滴灌不覆膜處理增收787.5元/hm²，收入提高7.8%。不覆膜滴灌處理與漫灌純收入相當(dāng)，但實現(xiàn)了大幅節(jié)水。說明對實際生產(chǎn)而言，采用滴灌處理能夠提高玉米經(jīng)濟(jì)效益，尤其是采用膜下滴灌施肥的方式在額定3 750 m³/hm²時在實現(xiàn)節(jié)水37.5%的同時帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

3 討論

水分與養(yǎng)分是影響玉米產(chǎn)量的重要限制因素，只有科學(xué)的水肥管理才能發(fā)揮水肥聯(lián)合調(diào)控的整體增產(chǎn)作用。越來越多的研究表明膜下滴灌水肥一體化技術(shù)通過調(diào)節(jié)水分和肥料使它們處于合理的范圍，水分、養(yǎng)分分次投入更符合作物的需求規(guī)律，實現(xiàn)水分和養(yǎng)分的高效管理，達(dá)到以肥調(diào)水、以肥促水的效果，是實現(xiàn)作物產(chǎn)量的提高以及水分和養(yǎng)分利用效率提高的有效途徑^［14-16］。水分是直接影響作物光合性能的重要因素，光合速率會隨水分脅迫加強(qiáng)而不斷下降^［17］。該研究結(jié)果表明，灌溉方式和灌水定額對玉米葉片光合能力均有影響，玉米拔節(jié)期漫灌處理提高了玉米葉片凈光合速率（比滴灌提高1.2%～8.8%），隨著玉米進(jìn)入生殖生長期漫灌優(yōu)勢不再明顯，玉米抽雄期膜下滴灌量為3 750 m³/hm²時玉米葉片凈光合速率比漫灌處理提高了1.5%，在同一滴灌定額和施肥量條件下，覆膜比不覆膜處理玉米凈光合速率提高6.1%，此時期玉米葉片光合產(chǎn)物的運轉(zhuǎn)可直接影響玉米產(chǎn)量，由于膜下滴灌減少了土壤水分蒸發(fā)，土壤水分含量高于漫灌處理，提高了玉米凈光合速率，同時玉米葉片水分利用效率較漫灌處理提高了11.0%，這與張樂等^［12］的研究結(jié)果相似。該研究結(jié)果表明玉米抽雄期漫灌處理地上部和根系干物質(zhì)量均高于滴灌處理，但膜下滴灌施肥方式根系干物質(zhì)量與漫灌處理無顯著差異（P>0.05），說明膜下滴灌促進(jìn)了玉米根系的生長，在玉米生殖生長階段根系的生長更有利于水分和養(yǎng)分的運輸。成熟期玉米根系、莖、葉干物質(zhì)量各處理間無顯著差異（P>0.05），但果穗重處理間差異明顯，膜下滴灌處理果穗干物質(zhì)量最高，較漫灌處理提高1.8%（P>0.05），較不覆膜滴灌處理顯著提高5.9%（P<0.05）。表明相對于漫灌處理，膜下滴灌節(jié)水37.5%的基礎(chǔ)上在玉米關(guān)鍵生育期發(fā)揮了促進(jìn)生長的作用，膜下滴灌施肥水肥耦合作用優(yōu)勢明顯，提高了干物質(zhì)量向果穗的轉(zhuǎn)運。王雯等^［18］研究認(rèn)為在玉米生育期灌溉量、施肥量相同條件下，滴灌比大水漫灌產(chǎn)量提高10.5%。李哲等^［19］研究指出通過少量多次的膜下滴灌及高頻施肥方式能促進(jìn)水分和養(yǎng)分向玉米籽粒的轉(zhuǎn)運，提高玉米百粒重，從而獲得高產(chǎn)。張國橋等^［20］研究認(rèn)為滴灌條件下，施磷肥分次滴施可增加滴灌玉米的穗重和千粒重，從而提高玉米產(chǎn)量。該研究與以上研究結(jié)果相似，結(jié)果表明膜下滴灌施肥技術(shù)在節(jié)水37.5%的基礎(chǔ)上玉米產(chǎn)量比漫灌處理8.6%，其主要原因是膜下滴灌顯著提高了收獲穗數(shù)（比漫灌提高50.0%）和玉米百粒重（比漫灌提高9.3%），從而獲得高產(chǎn)。玉米耗水量隨灌溉定額的增大而增大，劉戰(zhàn)東等^［14］研究認(rèn)為，膜下滴灌玉米生育期耗水量與灌溉定額的大小有一定的關(guān)系，灌溉定額大的處理耗水量和耗水強(qiáng)度相對較大。膜下滴灌玉米產(chǎn)量和全生育期耗水量與灌水定額成正比，隨灌水量的增加而增加，水分利用效率與之相反^［21］。該研究中大水漫灌處理由于灌溉量達(dá)到了6 000 m³/hm²因而增加了玉米的耗水量，膜下滴灌處理耗水量最低，與漫灌處理相比降低28.4%。膜下滴灌玉米灌水利用效率顯著高于漫灌，提高了73.6%。膜下滴灌玉米水分利用效率比漫灌處理提高52.0%、滴灌條件下覆膜比不覆膜玉米水分利用效率提高12.9%。在氮磷鉀投入量相同的情況下灌溉定額和灌溉方式對肥料偏生產(chǎn)力有較大的影響，王美榮等^［22］在沙地土壤上研究認(rèn)為在同一施肥水平下，增加灌水量有利于提高玉米養(yǎng)分利用效率；該試驗條件下膜下滴灌施肥處理顯著提高了玉米氮磷鉀肥偏生產(chǎn)力，在節(jié)水37.5%的基礎(chǔ)上肥料偏生產(chǎn)力較漫灌平均提高8.5%。表明采用膜下滴灌施肥能有效提高玉米肥料利用效率，這與吳立峰等^［23］在棉花上的研究結(jié)果相似。徐杰^［24］研究發(fā)現(xiàn)滴灌玉米在節(jié)水20%時仍可以取得較高經(jīng)濟(jì)效益。雖然滴灌施肥較漫灌增加了成本投入，但提高了玉米的產(chǎn)量，從而提高了經(jīng)濟(jì)效益，不覆膜滴灌處理與漫灌純收入相當(dāng)，但實現(xiàn)了37.5%的節(jié)水，膜下滴灌處理純收入最高，比漫灌處理收入提高了8.1%，比滴灌不覆膜處理收入提高7.8%。對實際生產(chǎn)而言，采用滴灌處理在實現(xiàn)節(jié)水37.5%的同時帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

實現(xiàn)玉米高產(chǎn)與資源高效，必須挖掘水肥潛力和提高土壤生產(chǎn)力，胡敏等^［25］認(rèn)為在施用生物質(zhì)炭45 t/hm²的基礎(chǔ)上應(yīng)用膜下滴灌技術(shù)提高了耕層土壤養(yǎng)分含量，實現(xiàn)玉米高產(chǎn)，可見解決好膜下滴灌耕層土壤結(jié)構(gòu)問題，提高土壤水肥保蓄能力的同時構(gòu)建水肥土綜合調(diào)控技術(shù)體系，是玉米膜下滴灌水肥一體化技術(shù)實現(xiàn)大面積應(yīng)用的關(guān)鍵。該研究僅為一年的結(jié)果，在今后的研究中應(yīng)強(qiáng)化膜下滴灌生育期內(nèi)耗水規(guī)律的研究，同時針對地膜覆蓋后農(nóng)田“白色污染”的問題強(qiáng)化降解地膜的應(yīng)用研究，為玉米膜下滴灌水肥一體化技術(shù)的應(yīng)用和推廣提供更有力的支撐。

4 結(jié)論

該試驗研究膜下滴灌水肥一體化技術(shù)對寧夏揚黃灌區(qū)玉米生長、產(chǎn)量、水肥利用效率以及經(jīng)濟(jì)效益的影響，結(jié)論如下：

（1）玉米拔節(jié)期漫灌處理玉米凈光合速率最高，比滴灌處理提高了1.2%～8.8%；膜下滴灌處理玉米凈光合速率比不覆膜處理提高7.5%；膜下滴灌處理葉片蒸騰速率比漫灌和不覆膜滴灌處理分別提高了9.2%、4.1%；玉米水分利用效率漫灌處理最高，比膜下滴灌處理和不覆膜滴灌處理分別提高9.8%、13.8%。玉米抽雄期膜下滴灌處理凈光合速率最高，比漫灌處理提高1.5%，比不覆膜滴灌處理提高6.1%；膜下滴灌處理玉米水分利用效率比漫灌處理提高11.0%，比不覆膜滴灌處理提高3.2%。

（2）采用膜下滴灌施肥技術(shù)能夠提高玉米收獲穗數(shù)、穗粒數(shù)和百粒重，從而提高玉米產(chǎn)量。膜下滴灌處理提高了玉米穗長、收獲穗數(shù)、穗粒數(shù)和百粒重，比漫灌處理分別提高4.6%、50.0%、2.6%和9.3%，比不覆膜滴灌處理分別提高4.0%、2.6%、6.4%和3.5%。膜下滴灌處理玉米產(chǎn)量比漫灌處理增產(chǎn)8.6%，比不覆膜滴灌處理增產(chǎn)8.2%。

（3）在漫灌基礎(chǔ)上節(jié)水37.5%膜下滴灌降低玉米耗水量，比漫灌處理降低28.4%。膜下滴灌處理灌水利用效率最高，其次是不覆膜滴灌處理，較漫灌對照分別提高73.6%、60.6%。膜下滴灌處理玉米水分利用效率較漫灌處理提高52.0%，比不覆膜滴灌處理提高12.9%。膜下滴灌處理顯著提高了玉米氮磷鉀肥偏生產(chǎn)力，較漫灌處理分別提高8.5%、8.6%、8.5%，比不覆膜滴灌氮磷鉀肥偏生產(chǎn)力處理分別提高8.2%、8.3%、8.2%。

（4）膜下滴灌與漫灌處理成本投入差異來源于滴灌帶、地膜和肥料成本，膜下滴灌處理比漫灌投入增加26.9%，但該處理經(jīng)濟(jì)效益最高，比漫灌處理增加808.4元/hm²，收入提高8.1%，比滴灌不覆膜處理增收787.5元/hm²，收入提高7.8%。不覆膜滴灌與漫灌處理純收入相當(dāng)。綜合分析玉米光合特征、干物質(zhì)量、產(chǎn)量、耗水量、水肥生產(chǎn)效率以及經(jīng)濟(jì)效益等因素，滴灌定額為3 750 m³/hm²采用膜下滴灌施肥可在節(jié)水37.5%的基礎(chǔ)上實現(xiàn)增產(chǎn)和增收，可以應(yīng)用于該地區(qū)的玉米生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)

［1］寧夏回族自治區(qū)統(tǒng)計局，國家統(tǒng)計局寧夏調(diào)查總隊.寧夏統(tǒng)計年鑒［M］.北京：中國統(tǒng)計出版社，2021.

［2］楊莉琳，裴冬，胡春勝，等.水肥配合對太行山山前平原高產(chǎn)區(qū)土壤礦質(zhì)氮分布及作物產(chǎn)量的影響［J］.植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報，2005，11（1）：1-7.

［3］康紹忠.水安全與糧食安全［J］.中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報，2014，22（8）：880-885.

［4］張福鎖，王激清，張衛(wèi)峰，等.中國主要糧食作物肥料利用率現(xiàn)狀與提高途徑［J］.土壤學(xué)報，2008，45（5）：915-924.

［5］AYARS J E，PHENE C J，HUTMACHER R B，et al.Subsurface drip irrigation of row crops：A review of 15 years of research at the Water Management Research Lboratory［J］.Agricultural water management，1999，42（1）：1-27.

［6］張立勤，馬忠明，王智琦，等.不同栽培模式下制種玉米的產(chǎn)量及水分生產(chǎn)效應(yīng)［J］.節(jié)水灌溉，2012（12）：43-45，50.

［7］楊小振，張顯，馬建祥，等.滴灌施肥對大棚西瓜生長、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2014，30（7）：109-118.

［8］王連君，王程翰，喬建磊，等.膜下滴灌水肥耦合對葡萄生長發(fā)育、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響［J］.農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報，2016，47（6）：113-119.

［9］PEREIRA L S，GONC’ALVES J M，DONG B，et al. Assessing basin irrigation and scheduling strategies for saving irrigation water and controlling salinity in the upper Yellow River Basin， China［J］. Agricultural water management， 2007，93（3）：109-122.

［10］楊飛，馬文禮，李宗澤，等.寧夏揚黃灌區(qū)滴灌玉米干播濕出技術(shù)研究［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2018，46（13）：44-46，79.

［11］鮑士旦.土壤農(nóng)化分析［M］.3版.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2000.

［12］張樂，尹娟，王懷博，等.不同灌水處理對玉米生長特性及水分利用效率的影響［J］.灌溉排水學(xué)報，2018，37（2）：24-29.

［13］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.

［14］劉戰(zhàn)東，肖俊夫，劉祖貴，等.膜下滴灌不同灌水處理對玉米形態(tài)、耗水量及產(chǎn)量的影響［J］.灌溉排水學(xué)報，2011，30（3）：60-64.

［15］徐劍，趙經(jīng)華，黃紅建，等.不同灌水定額對膜下滴灌玉米生長指標(biāo)及產(chǎn)量的影響［J］.節(jié)水灌溉，2017（1）：28-32.

［16］彭龍，呂志遠(yuǎn)，郭克貞，等.毛烏素沙地水肥耦合對玉米的生長發(fā)育及產(chǎn)量的影響［J］.節(jié)水灌溉，2016（4）：7-10.

［17］卜令鐸，張仁和，常宇，等.苗期玉米葉片光合特性對水分脅迫的響應(yīng)［J］.生態(tài)學(xué)報，2010，30（5）：1184-1191.

［18］王雯，張雄.榆林沙區(qū)不同灌溉方式對春玉米生長及產(chǎn)量的影響［J］.水土保持通報，2015，35（4）：213-217，222.

［19］李哲，屈忠義，任中生，等.河套灌區(qū)膜下滴灌高頻施肥促進(jìn)玉米生長及產(chǎn)量研究［J］.節(jié)水灌溉，2018（10）：1-4，8.

［20］張國橋，王靜，劉濤，等.水肥一體化施磷對滴灌玉米產(chǎn)量、磷素營養(yǎng)及磷肥利用效率的影響［J］.植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報，2014，20（5）：1103-1109 .

［21］張昊，郝春雷，孟繁盛，等.膜下滴灌條件下不同灌水量對玉米產(chǎn)量及土壤水分的影響［J］.作物雜志，2016（1）：105-109.

［22］王美榮，閆建文，史海濱，等.沙地水肥耦合對玉米生長及產(chǎn)量的影響［J］.節(jié)水灌溉，2018（6）：16-19.

［23］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，2014，30（20）：137-146.

［24］徐杰.覆膜與滴灌對東北春玉米產(chǎn)量及水氮利用效率的調(diào)控效應(yīng)研究［D］.北京：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)，2015.

［25］胡敏，苗慶豐，史海濱，等.施用生物炭對膜下滴灌玉米土壤水肥熱狀況及產(chǎn)量的影響［J］.節(jié)水灌溉，2018（8）：9-13.