彭 龙，吕志远，郭克贞，苏佩凤，姜梦琪，鲁耀泽

(1. 内蒙古农业大学 水利与土木建筑工程学院，呼和浩特010018；2. 中国水科院 牧区水利科学研究所，呼和浩特 010020)

0 引 言

在干旱半干旱地区，影响农业可持续发展的主要因子有两个，一是干旱缺水，土壤水分供给不足；二是土壤肥力低，养分供应不足[1-3]。土壤水分和养分既是作物生长发育的主要胁迫因子，又具有相互影响、互补的作用，对农作物可产生协同效应、叠加效应、拮抗效应[4]。因此，针对土壤质地、水分和肥力存在地区间差异这一特点[5,6]，合理调控水、肥因子，实现“以肥调水”和“以水促肥”的水肥耦合效应，达到水分和养分的高效利用和增产的目的[7,8]。本文以玉米为对象，采用阶段性缺水模式进行灌溉和高、中、低3种施肥模式相结合的试验方法，探讨了毛乌素沙地水肥耦合效应，为当地灌溉、施肥制度的制定提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验在毛乌素沙地乌审旗治沙站进行。乌审旗位于内蒙古自治区鄂尔多斯市南部，地理坐标东经108°17′36″～109°40′22″，北纬37°38′54″～39°23′50″，平均海拔1 200 m左右。试验所在区域属于典型的温带半干旱大陆性季风气候，四季分明，春季多风少雨，旱情严重；夏季降雨较多，相对集中，以暴雨或阵雨为多；秋季气候凉爽，冬季干燥寒冷。乌审旗年平均气温在6～8 ℃之间，无霜期为130～160 d；极端最高气温36.5 ℃，极端最低气温在-29 ℃；年降雨量350～400 mm，主要集中在7-9月。供试土壤以栗钙土为主，有机质含量12.18 g/kg，全氮0.57 g/kg，速效磷2.66 mg/kg，速效钾82.37 mg/kg，pH值8.26,土壤容重1.41 g/cm3，田间持水率16.43%。

1.2 试验设计

本项目主要研究灌溉、施肥两种因素在不同组合下的玉米生长发育状况，以及玉米产量变化。试验研究采用小区田间试验，小区面积30 m2，供试玉米品种为五谷702。试验于2014年进行，5月1日播种，10月15日收获。试验将玉米生育期划分为苗期、拔节期、抽雄期、灌浆期。试验以土壤水分、不同施肥组合和施肥量作为控制因子。以充分灌溉处理为对照，分苗期、拔节期、抽雄期、灌浆期4个生育阶段缺水，共5个水分处理，根据当地实际灌溉情况，设水分上限为田间持水率θ田，水分下限70%θ田为水分适宜，水分下限55%θ田为受旱处理；施肥处理分为高、中、低3个施肥水平，施肥量与施肥组合见表1，当地的施肥水平与试验中肥处理相近。每个处理3次重复，共45个小区。

采用TRIME-3型TDR土壤水分测定仪测定土壤含水率，每点分层0～20、20～40、40～60、60～80和80～100 cm，每7 d观测一次，降雨和灌水前后加测一次，并结合土钻取样，采用烘干法校核。定期观测玉米株高(以基部土面及顶端为准，用钢卷尺测量)、茎粗(用细绳和钢卷尺测量周长，用周长除以π得到)和叶面积。叶面积测定采用量测法，每小区随机取5株样本，用钢卷尺测每片叶的长度和最宽处，然后以长×宽的乘积再乘以折算系数(0.75)确定单株叶面积，取其平均数作为计算叶面积指数的基数，小区的叶面积指数用公式：

LAI=ρ×A

式中：ρ为种植密度，株/m2；A为单株叶面积，m2/株。

计算水分生产率(玉米产量与全生育期耗水量的比值)。采用SPSS17.0软件进行显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同水肥处理对玉米株高的影响

株高是反映玉米生长状况的重要指标之一。玉米自苗期始株高逐渐增加，拔节-抽雄增高速度最快，抽雄以后到灌浆初期株高增加趋缓[9]。在相同水分处理下，玉米株高随着肥量的增加，整体呈现出增高的趋势。在相同施肥条件下，与充分灌溉相比，各生育期阶段受旱处理都会使玉米株高有所降低，其中影响最大的阶段为拔节期，其次是苗期。因为玉米进入拔节期，植株的新陈代谢活动旺盛，茎秆的拔节伸长和植株体积增加都很快，是玉米株体形成的重要时期，需要大量的水分和养分，如果这一时期缺水少肥，均会导致植株生长不良[10]。与高肥+充分灌溉相比，高、中、低3种施肥条件下，拔节期受旱株高的下降率分别为4.24%、4.92%、6.98%，呈现上升趋势，详见表2。表明在毛乌素沙地，施肥量的增加有助于降低拔节期缺水对玉米株高的影响。从图1中可以看出玉米在高肥+充分灌溉条件下株高最高，达到了2.92 m。

表1 玉米水肥耦合试验方案

注：表中水分控制数值均为土壤水分下限值，取田间持水率的百分数(%)。

图1 不同水肥处理对玉米株高的影响

2.2 不同水肥处理对玉米茎粗的影响

玉米茎粗随玉米生长进程而增加，增加幅度因水肥处理不同而异，到抽雄期达到最大，抽雄-成熟期玉米各处理茎粗有所下降，详见图2。图2(a)为不同生育阶段缺水处理玉米茎粗的生长变化，其中拔节期受旱玉米茎粗最小，其次是苗期受旱。与拔节期受旱+高肥处理(YMG2)相比，充分灌溉+高肥处理(YMGQ)茎粗提高了2.8%～12.71%。图2(b)为在不同施肥处理下的玉米茎粗随施肥量增加的生长变化。与充分灌溉+低肥处理(YMDQ)相比，充分灌溉+高肥处理(YMGQ)玉米茎粗提高了1.51%～11.84%。

表2 玉米水肥不同组合与充分灌溉+高肥相比的下降率

图2 不同水肥处理对玉米茎粗的影响

2.3 不同水肥处理对玉米叶面积指数的影响

叶片是植物光合作用的重要器官，玉米叶面积指数及其功能与产量呈正相关。不同水肥处理下的玉米叶面积指数如图3所示。由图3可知，玉米在整个生育期内，叶面积指数呈现出先增加后减小的趋势，抽雄期达到最高，之后逐渐降低。充分灌溉+高肥处理下，玉米叶面积指数最高，最高可以达到4.86。在相同水分处理下，不同施肥处理相比，可以看出玉米叶面积指数随着肥量的增加在增加。在相同施肥处理下，每个生育阶段受旱都会影响叶面积指数的高低，拔节期缺水对叶面积指数影响最大，抽雄期次之。在高、中、低3种施肥处理下，拔节期受旱处理与充分灌溉+高肥相比，叶面积指数的下降率分别为17.07%、19.04%、20.54%。与充分灌溉相比，每个阶段受旱处理的在该阶段叶面积有所下降，这种下降趋势在随后的生长发育过程中即使得到了充分的水量，使其土壤含水率达到玉米生长所需，也难以消除阶段性缺水对叶面积指数的影响。

图3 全生育期玉米水肥耦合叶面积指数动态变化

2.4 不同水肥处理对玉米产量及水分生产率的影响

由图4可以看出，在相同水分处理下，随着肥量的增施，从低肥处理到中肥处理可以看出玉米产量在明显的增加，但从中肥处理到高肥处理可以看到产量没有出现增产的现象，其中有部分处理还略低于中肥处理，说明肥量的增施可以提高玉米的产量，但并不是肥量越多越好，存在着一定的阈值，超过这个阈值会产生拮抗效应，造成肥量的浪费。在相同施肥处理下，各生育期阶段受旱处理与充分灌溉处理相比，作物产量都有不同程度的减少，其中抽雄期缺水处理减产率最高，拔节期次之。因为抽雄期是玉米从营养生长过渡到生殖生长的需水关键时期，该时期缺水会造成雄穗抽出困难，影响开花授粉，从而影响产量。灌浆期受旱处理对产量影响较小，可能与玉米的生长特点和生理特性有关。本试验中，施肥为中肥，水分为充分灌溉处理下的产量最高，达到了10 995 kg/hm2。抽雄期受旱处理与最高产量处理(中肥+充分灌溉处理)相比，在高、中、低3种施肥处理下的减产率分别为27.37%、25.78%、45.88%。

图4 不同水肥处理对玉米产量的影响

从表3中可以看出，在相同水分处理下，玉米水分生产率在中肥指标时最高。在相同施肥处理下，玉米水分生产率的高低为，拔节期受旱>苗期受旱>充分灌溉>灌浆期受旱>抽雄期受旱。比较不同处理间的水分生产率发现，在中肥处理下，玉米拔节期受旱水分生产率最高，达到了2.61 kg/m3，比高水+高肥提高了24.59%。综合考虑减产率与水分生产率2个观测指标可得出，在中肥处理下，苗期进行适当的受旱，这样有利于提高肥料的利用率，有利于根系的下扎提高玉米的抗旱性。

表3 不同水肥处理下的玉米产量、水分生产率和减产率

注：同一列中不同字母表示不同处理间达到0.05水平显著差异(P<0.05)。

3 结 论

(1)水肥耦合试验研究表明，各生育期水分胁迫均会在不同程度上抑制玉米株高、茎粗和叶面积指数的增长。充分灌溉+高肥处理的株高、茎粗和叶面积指数优于其他处理。在相同水分处理下，随着施肥量的增加株高、茎粗和叶面积指数也在逐渐增高，在相同施肥量处理下，拔节期受旱处理对株高、茎粗和叶面积指数影响最大，苗期受旱次之。

(2)从试验结果分析可知，充分灌溉+中肥处理产量最高，达到了10 995 kg/hm2。在相同施肥处理下，随着受旱时期的推移，产量表现为充分灌溉>灌浆期受旱>苗期受旱>拔节期受旱>抽雄期受旱。与产量最高处理(充分灌溉+中肥处理)相比，抽雄期受旱减产率最高，该时期受旱在高、中、低3种肥力处理下的减产率分别为27.37%、25.78%、45.88%。

(3)在相同水分处理下，玉米水分生产率在中肥指标时最高。在相同施肥处理下，拔节期水分亏缺处理的水分生产率最高，苗期水分亏缺次之。拔节期受旱+中肥处理水分生产率最高，达到了2.61 kg/m3。综合考虑减产率与水分生产率两种因素，玉米在中等施肥水平下(N 240 kg/hm2、P2O590 kg/hm2、K2O 60 kg/hm2)，苗期土壤水分控制在55%以上、其他生育期控制在70%以上有利于玉米高产。

[1] 金 轲，汪德水，蔡典雄，等.水肥耦合效应研究I不同降雨年型对N、P水配合效应的影响[J]. 植物营养与肥料学报，1999，5(1)：1-7.

[2] 腾 云，郭亚芬，张忠学，等.东北半干旱区大豆水肥耦合模式试验研究[J]. 东北农业大学学报，2005，10(5)：640-641.

[3] Benbi D K. Efficiency of nitrogen use by dry land wheat in a sub humid region in relation to optimizing the amount of available water[J].Journal of Agricultural Science，1989，115(1)：7-10.

[4] 王智琦，马忠明，张立勒，等.水肥耦合对作物生长的影响研究综述[J]. 甘肃农业科技，2011，5(5)：44-47.

[5] 杜尧东，刘作新.水肥耦合对丘陵半干旱区春小麦产量的影响[J].华南农业大学学报(自然科学版)，2003，24(1)：8-12.

[6] 吕 刚，史冬梅.三峡库区春玉米水肥耦合效应研究[J].水土保持学报，2005，19(3)：192-195.

[7] 翟丙年，李生秀.冬小麦产量的水肥耦合模型[J].中国工程科学，2002，4(9)：69-73.

[8] 贺冬梅，张崇玉，王丹妮，等.玉米拔节期水肥耦合效应研究[J].水土保持研究，2008，15(3)：164-166.

[9] 肖俊夫，刘战东，刘祖贵，等.不同时期干旱和干旱程度对夏玉米生长发育及耗水特性的影响[J].玉米科学，2011，19(4)：54-58.

[10] 仲 爽.黑龙江省西部半干旱区玉米水氮耦合效应试验研究[D].哈尔滨：东北农业大学，2009.