夏玉米12展叶期补灌的增产效应及其影响因素_吕丽华.pdf
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1、节水灌溉Water Saving I夏玉米12展叶期补灌的增产效应及其影响因素吕丽华1,崔永增1,李谦1,姚艳荣1,黄冀楠1,张经廷1,孟建2,李明远2(1.农业部华北地区作物栽培科学观测实验站/河北省作物栽培生理与绿色生产重点实验室/河北省农林科学院粮油作物研究所,石家庄 050035;2.河北省农业技术推广总站,石家庄 050000)摘 要:为制定华北地区夏玉米稳产节灌制度,研究了夏玉米长期不同施氮量及生育期降水对12展叶期补灌的增产效应。采用两因子裂区试验,灌水量为主区,设限水(W1)和适水(W2);施氮量为副区,纯氮分别为0、60、120、180、240和300 kg/hm2。结果表明
2、施氮水平明显影响12展叶期补灌增产效应,施氮量60 kg/hm2土壤全氮和有机质含量从第2和第4年开始逐年下降,多数年份12展叶期补灌增产效应基本消失;施氮量120 kg/hm2土壤养分含量升高或基本维持平衡,补灌的增产效应较大。12展叶期补灌的增产效应受播种-12展叶期有效降水量的影响,该时期降水量136 mm时,播前灌1次水即可维持较高的产量水平;降水量136 mm时,12展叶期补灌可优化穗粒数和千粒重,增产效果显著。综合分析,夏玉米在灌溉播前水前提下,播种12展叶期有效降水量可作为12展叶期灌水与否的重要决策依据。关键词:华北平原;夏玉米;水氮耦合;灌溉策略;高产稳产中图分类号:S513
3、;S27 文献标识码:A DOI:10.12396/jsgg.2022415吕丽华,崔永增,李 谦,等.夏玉米 12 展叶期补灌的增产效应及其影响因素J.节水灌溉,2023(6):76-82.DOI:10.12396/jsgg.2022415.L L H,CUI Y Z,LI Q,et al.Yield-increasing effect of supplementary irrigation at summer maize 12th leaf stage and its influencing factorsJ.Water Saving Irrigation,2023(6):76-82.DO
4、I:10.12396/jsgg.2022415.Yield-increasing Effect of Supplementary Irrigation at Summer Maize 12th Leaf Stage and Its Influencing FactorsL Li-hua1,CUI Yong-zeng1,LI Qian1,YAO Yan-rong1,HUANG Ji-nan1,ZHANG Jing-ting1,MENH Jian2,LI Ming-yuan2(1.Scientific Observing and Experimental Station of Crop Culti
5、vation in North China,Ministry of Agriculture/Key Laboratory of Crop Cultivation Physiology and Green Production in Hebei Province/Institute of Cereal and Oil Crops,Hebei Academy of Agricultural and Forestry Sciences,Shijiazhuang 050035,China;2.Hebei Agricultural Technology Extension Station,Shijiaz
6、huang 050000,China)Abstract:The objective of the study was to establish water-saving irrigation system and propose a standard of irrigation for summer maize in North China Plain.The effects of effective precipitation in maize growth duration on the yield-increasing efficiency of supplementary irriga
7、tion at 12th leaf stage were studied.The experiment was carried out with split plot design,the main plots were assigned with limited water(W1)and suitable water(W2),and the sub-plots were assigned with nitrogen application rate of 0,60,120,180,240 and 300 kg N/hm2,respectively.The results showed tha
8、t the nitrogen application rate significantly affected the yield-increasing ratio of supplementary irrigation at the 12th leaf stage.The soil total N and organic matter content of treatments for 0 and 60 kg/hm2 declined gradually from the second and 文章编号:1007-4929(2023)06-0076-07收稿日期:2022-12-18基金项目:
9、河北省农林科学院科技创新专项课题(2022KJCXZX-LYS-8)资助。作者简介:吕丽华(1977-),女,研究员,博士,主要从事小麦玉米高产与资源高效利用研究。E-mail:。76夏玉米12展叶期补灌的增产效应及其影响因素 吕丽华 崔永增 李谦 等fourth years respectively,and no positive effect of W2 on yield was observed in most years.When the nitrogen application rate was 120 kg/hm2,the soil nutrient content increas
10、ed or basically maintained a balance,and the yield-increasing efficiency of supplementary irrigation was large.The yield-increasing effect of supplementary irrigation at the 12th leaf stage was influenced by the effective precipitation from sowing to 12th leaf stage.When the effective precipitation
11、from sowing to 12th leaf stage was 136 mm,irrigation once before sowing could maintain a high yield level.When the effective precipitation was 136 mm,supplementary irrigation at the 12th leaf stage could increase grain number per ear and 1000-grain weight,and the yield increasing effect was signific
12、ant.In conclusion,under the condition of irrigation at pre-sowing,the effective precipitation from sowing to 12th leaf might be considered as an important criterion to determine the necessity of supplementary irrigation at the 12th leaf stage of summer maize in North China Plain.Key words:North Chin
13、a Plain;summer maize;water-nitrogen coupling;irrigation regime;high-stable-yield0引 言华北平原是我国主要粮食产区之一,冬小麦夏玉米一年两熟是该地区主要种植模式。夏玉米季多年平均降雨量360 mm左右,低于生育期420 mm左右的耗水量1-3;且降雨时空分布不均,一般在玉米关键生长期仍需灌溉13次水。研究表明,玉米不同生长阶段需水特性存在很大差异,在某些生育时期适度水分亏缺不会造成作物明显减产4,再结合适当的农艺措施,限水灌溉在节水的同时可以实现产量与效率的协同提高5。多年来针对夏玉米已开展了大量节水灌溉理论与技术
14、研究6,7,也形成了一些成熟的夏玉米灌溉模式8-10。其中华北地区12展叶期(大喇叭口期)灌水的应用较多11-13,这种灌溉模式是指足墒播种的基础上,在 12展叶期前后灌 1次水,灌水量根据苗情和墒情而定。但近年来,华北地下水位不断下降,亟需提出更为节水的灌溉技术体系,即在保障玉米高产稳产的前提下,再进一步减少灌水次数。夏玉米播种期天气干燥多风少雨,地面蒸发量大,因此播前水(或出苗水)是保障玉米出苗和生长的必要措施,灌水效果好,调控的余地不大。12展叶期植株生长迅速,水分需求量大,对土壤水分十分敏感,为需水关键期8,14,15。但华北平原玉米拔节期以后降水逐渐增多,给12展叶期灌水留有较大的调
15、控空间。因此,在播种期灌水(或底墒充足)的基础上12展叶期灌水调减对进一步减少灌水量,缓解华北地下水位下降意义重大。然而,目前还缺乏相关的系统性研究。此外,水分和养分是相互影响的因子,水分不足限制营养物质的合成与转运,降低作物产量;肥力不足则影响水分的吸收与利用16-19。因此水分与养分的高效结合是发展节水农业的关键。本文利用华北太行山前平原区的9年大田水氮定位试验结果,分析夏玉米12展叶期补灌的增产效应及其影响因素,为该区夏玉米节水稳产技术提供理论依据。1材料与方法1.1试验设计2007年6月至2015年10月,在河北省农林科学院粮油作物研究所石家庄藁城堤上试验站(11472E,3794N)
16、进行田间试验,试验区属太行山前平原,年均降水量490 mm。试验田土壤质地轻壤质,2007年试验开始前020 cm土壤含有机质15.4 g/kg、全氮 0.98 g/kg、全磷 2.1 g/kg、碱解氮 72.8 mg/kg、有效磷19.6 mg/kg、有效钾91.1 mg/kg。试验期间夏玉米季降水量见表1。采用二因子裂区设计,小区面积51.84 m2(4.8 m 10.8 m)。以灌水处理为主区,夏玉米设限水(W1)和适水(W2)两种水分处理,限水和适水的灌水次数根据当季降水量调节(1水为播前水,2水为播前水+12展叶水,3水为播前水+12展叶水+灌浆水),具体灌水次数和灌水量见表1。通过
17、灌水,实现足墒播种、中后期不出现明显旱情。灌溉方式为塑料软管小区畦灌。氮肥为副区,设置 6个施氮水平,纯氮量分别为 0(N0)、60(N60)、120(N120)、180(N180)、240(N240)、300(N300)kg/hm2。氮肥(尿素,含 N 46.4%)30%随播种沟施,70%在12展叶期灌水前或降雨前撒施。夏玉米品种为表1试验期间各年度降水量和灌水量mmTab.1Precipitation and irrigation amount during the experimental period年份200720082009201020112012201320142015玉米季总降
18、水量399.2517.2502.7336.2456.2393.2451.4227.6237.9播种-12展叶期降水量216.9232.1129.853.7118.8133.7189.669.442.2W1处理灌水量75.0069.872.878.980.365.885.280.6W2处理灌水量播前76.172.480.376.882.773.689.183.712展叶期76.062.461.078.565.777.882.190.379.1灌浆期73.675.6总量152.162.4133.4232.4142.5160.5155.7255.0162.8注:降水量数据来自试验站内田间气象站。77
19、夏玉米12展叶期补灌的增产效应及其影响因素 吕丽华 崔永增 李谦 等郑单 958,播种密度为 7.5 万株/hm2,播种期为 6 月 8-20 日,收获期为 9 月 25 日至 10 月 5 日。按当地生产习惯进行田间管理。1.2测定方法12展叶期补灌增产率=(YW2-YW1)/YW1 100%(1)式中:YW1表示限水处理(W1)的产量;YW2表示适水处理(W2)的产量。产量及产量构成:每小区收获玉米3 行(每行10 m),数总穗数,折合为单位面积穗数,称所有果穗总鲜重,按平均鲜穗重从所收果穗中随机选取20穗,风干后测定穗粒数,脱粒,称重,测定千粒重和籽粒产量,同时采用谷物水分测定仪测定含水
20、率,计算实际产量和千粒重(按14%折算含水率)。1.3数据处理和统计分析用 Microsoft Excel 2007 处理数据和绘图,用 SPSS 17.0 软件进行方差与相关分析,采用最小显著差法进行处理间的多重比较(P0.05)。2结果与分析2.1施氮水平对夏玉米 12 展叶期灌水增产效应的影响由于玉米季的降水量及其分配年际间差异较大,夏玉米12展叶期补灌的增产效应年际间变化也非常明显,最大值为2010年度的N240的30.4%,最小值为2012年度N240的-7.4%(图1)。施氮水平对12展叶期补灌增产率及其年际变化也有明显的影响,N0和N60处理灌水增产率多年平均仅分别为1.9%和2
21、.8%,且不同年份的增产率变化幅度较小(2010和2015年除外)。N120至N300处理灌水增产率多数年份较高,多年平均为 5.4%7.9%,说明氮肥供应足可充分发挥灌水的增产效应,出现氮促水的效应;不同处理增产率互有高低,规律不明显,且不同年份的增产率变化幅度较大。由于受2007年较高基础地力的影响,N0和N60处理前3年12展叶期补灌增产率与其他施氮处理差异不大,从定位第4年开始大多年份低于其他处理(2010、2011、2013和2014年),4年平均低9.1个百分点。由于定位试验开始前土壤基础氮素含量较高,前 2 年(2007-2008年)不施氮并没有影响12展叶期补灌增产效应的发挥,
22、N0W2处理的产量高于N0W1处理,2年分别高2.3%和3.4%;随着试验定位年限的增加,土壤基础氮素持续被消耗,2009-2013年N0W2与N0W1处理的产量已没有明显差异,甚至个别年份W2产量低于W1(图1),12展叶期灌水已没有增产作用;但 2014-2015 年由于播种-12 展叶期降水量极少(31.951.6 mm),N0W2处理产量明显高于N0W1处理,分别高 5.0%和 7.1%,12 展叶期灌水增产效果明显。低氮处理(N60),试验前 4 年(2007-2010)W2 的产量明显高于 W1(图2),说明在灌溉播前水的基础上,12展叶期补灌有明显的增产作用;随着定位试验年限的延
23、长,由于长期低量施氮,土壤氮素供给能力不足,从2011年开始N60W1与N60W2产量已没有明显差异,甚至个别年份N60W2产量也低于N60W1,说明随着土壤氮素的下降,12展叶期补灌的增产效应逐渐减弱。可见,适量施氮才能使土壤有持续的氮素供应能力,才能充分发挥出灌水的增产作用。由不同施氮处理耕层土壤全氮图3(a)逐年变化可知,N0、N60和N120处理从定位第2年开始全氮含量不同程度下降,从第3年开始3个处理明显低于其他施氮处理,平均分别低24.1%、16.5%和11.8%;随定位年限增加N0和N60处理全氮含量下降明显,平均以 0.002 8/a 和 0.002 3/a 的速度下降,而 N
24、120 处理从第 4 年开始与初始土壤全氮含量大致持平;N180至N300处理从第3年开始全氮含量明显增加,从第4年开始虽有上下浮动,但大致持平。说明施氮量低于60 kg/hm2时,土壤氮消耗严重,施氮量 120 kg/hm2时,土壤氮基本持平。由不同施氮处理耕层土壤有机质含量图3(b)逐年变化可知,N0和N60处理从定位第4年开始有机质含量明显下降,且明显低于其他施氮处理,平均分别低11.3%和10.0%;其他施氮处理有机质含量虽有浮动,但从第4年或第5年开始总体上升。同样说明施氮量低于60 kg/hm2时,土壤肥力消耗严重;土壤有机质含量明显下降可能与作物缺乏氮素营养,植株生物量小,秸秆还
25、田量较少,土壤有机质补给量远低于其分解输出量有关。图1不同施氮水平下夏玉米12展叶补灌增产率的年际变化Fig.1Year-to-year variations of yield-increasing ratio of supplementary irrigation at 12th leaf of summer maize under different N application levels图2不施氮和低量施氮条件下12展叶补灌对夏玉米产量的影响Fig.2Effects of supplementary irrigation at 12th leaf on maize yield unde
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