张雨珊,杨恒山,葛选良,刘 晶,孟繁昊,张明伟,郭子赫

(内蒙古民族大学农学院，内蒙古自治区饲用作物工程技术研究中心，内蒙古 通辽 028042)

玉米是集粮食、经济、饲用和加工为一体的多功能作物，其高产稳产对保障我国粮食安全具有重要意义。选用耐密型品种、适宜增密种植是提高玉米产量的重要途径之一[1]。增密种植可明显提高玉米群体冠层光截获率、LAI、干物质积累量和群体产量；密度过高则增加群体生长的空间压力，抑制单株生长，使根系生长发育受限，不利于产量进一步提高[2-4]。研究表明，玉米单株根重、根长、根条数均随种植密度的增加而明显降低；密度过高抑制玉米根系下扎，造成根系土层表聚，进而影响植株对耕层土壤水、氮的吸收利用[5-7]。适宜的灌溉方式对促进根冠协调生长，提高玉米产量和水、氮利用效率具有重要意义。与传统灌溉方式相比，喷灌[8]、隔沟交替灌溉[9]等灌溉方式可提高玉米对水分胁迫的适应性，促进地上部植株生物量积累，同时刺激根系生长发育，提高根系活力，利于植株对水分和养分的吸收与利用[10-11]。浅埋滴灌技术是在膜下滴灌技术基础上形成的一种新型滴灌技术，具有去膜、节水、减肥、增效的功效[12]。与传统畦灌相比，浅埋滴灌可显著提高玉米生育后期干物质积累量、转运率及干物质转运量对籽粒的贡献率，同时明显提高玉米水氮利用效率，易于实现玉米高产稳产[13-15]。本试验基于团队前期的研究基础，在90 000株·hm-2密度下设置不同水氮减量梯度，研究增密种植下浅埋滴灌水氮减量对春玉米产量、根冠特性和水氮利用效率的影响，为西辽河平原玉米浅埋滴灌水氮减量高产高效提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2018、2019 年在通辽市科尔沁区农业高新科技示范园区(122°22′E，43°36′N)进行，海拔180 m，年平均气温6.8℃，≥10℃的活动积温3 200℃，平均无霜期154 d，年均降水量390 mm。试验地土壤为灰色草甸土，试验实施前耕层(0～20 cm)土壤基础养分情况如下：有机质含量18.52 g·kg-1，碱解氮含量52.26 mg·kg-1，有效磷含量11.35 mg·kg-1，速效钾含量110.83 mg·kg-1。

1.2 试验设计

试验以常规水氮管理(畦灌4 000 m3·hm-2，氮肥小口期一次追施300 kg·hm-2)为对照(CK)，采用裂区设计，以滴灌定额为主处理，分别设置传统畦灌常规灌量40%(W1：1 600 m3·hm-2)、50%(W2：2 000 m3·hm-2)、60%(W3：2 400 m3·hm-2)3个灌溉水平；以施氮水平为副处理，分别设置常规施氮量50%(N1：150 kg·hm-2)、70%(N2：210 kg·hm-2)、100%(N3：300 kg·hm-2)3个施氮水平，3次重复，小区面积72 m2(10 m×7.2 m)。氮素供体为尿素(含氮量为46%)，各处理均基施磷酸二铵(N∶P2O5∶K2O=18∶46∶0)195 kg·hm-2，硫酸钾(N∶P2O5∶K2O=0∶0∶50)90 kg·hm-2。供试品种为农华101，种植密度9.0万株·hm-2，采用40 cm+80 cm宽窄行种植。浅埋滴灌采用内镶片式滴灌管，滴头相距20 cm，滴头流量为2.7 L·h-1，使用播种铺带一体机使滴灌管浅埋于小垄中间地表3～5 cm 处，各处理单独配置18L压差式施肥罐和水表，水肥一体化施肥法将氮肥溶于施肥罐内结合灌溉分别在拔节期、大喇叭口期、吐丝期按3∶6∶1比例追施，以水表控制灌水量。畦灌氮肥追施于小口期一次性人工撒施，在每个畦首安装球阀并安装水表以控制灌溉量。2018年5月1日播种，10月1日测产收获；2019年5月2日播种，10月3日测产收获。浅埋滴灌每年灌溉7次，传统畦灌每年灌溉4次。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 根系生物量 于吐丝期、乳熟期和完熟期，在各小区同行内选取3株代表性连续的植株，以第1株1/2株距处到第3株1/2株距处为长，以1/2行距为宽，挖长方形样方分层取根，每层20 cm，共3层。将各土层内的所有根系标记分别装入自封袋内带回实验室, 用水浸泡冲洗，洗净后挑出杂质和死根，在烘箱内105℃杀青30 min，80℃烘至恒重后，测定根干质量，计算各土层根系分布比例。

1.3.2 地上部生物量 于吐丝期和完熟期，在各小区同行内连续选取3株有代表性的植株，按茎鞘、叶片、穗轴、苞叶和籽粒分开，在烘箱内105℃杀青30 min，80℃烘至恒重后，测定干物质量。

吐丝前干物质积累量(kg·hm-2)=吐丝期干物质积累量

吐丝后干物质积累量(kg·hm-2)=完熟期干物质积累量-吐丝期干物质积累量

籽粒干物质转运量(kg·hm-2)=吐丝后籽粒干物质积累量-成熟期籽粒干物质积累量

1.3.3 产量及其产量构成因素 于完熟期，在各小区选取24 m2测产面积，3次重复，分别计算各测产区有效穗数，人工脱粒后测鲜粒质量和含水率，并折算成含水量为14%产量；之后分别取10穗有代表性果穗，风干后考种，测定穗行数、行粒数和千粒重。

1.3.4 水氮利用效率

灌溉水利用效率(IWUE)(kg·m-3)=产量(kg·hm-2)/灌水量(m3·hm-2)

氮肥偏生产力(NPEP)(kg·kg-1)=产量(kg·hm-2)/施氮量(kg·hm-2)

1.4 数据处理与分析

采用Microsoft Excel 2010进行数据整理，采用SPSS19.0软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 增密种植下浅埋滴灌水氮减量对春玉米根系分布的影响

由表1可知，不同水氮减量处理根干质量均随土层的加深而减少，各土层根干质量随灌溉量和施氮水平的增加而增加。吐丝期，0～20 cm土层除W3N3外，其他各处理根干质量均显著低于CK，20～40、40～60 cm土层W2N3和W3N3处理根干质量均与CK无显著差异。同一灌溉量下，0～20、20～40 cm土层各处理根干质量除2019、2018年20～40 cm土层W2灌溉量下N3处理显著高于N2处理外，其他灌溉量下N3处理与N2处理的差异均不显著，但均显著高于N1处理；同一施氮水平下，N1处理不同土层各灌溉量处理根干质量间的差异不显著，除40～60 cm外N2、N3施氮水平下W3与W2处理根干质量的差异均不显著,但均显著高于W1处理。完熟期，不同土层W2N3、W3N2、W3N3处理根干质量均与CK的差异不显著，同一灌溉量下，除2018年20～40 cm外，N3与N2处理根干质量间差异不显著，但显著高于N1处理；同一施氮水平下，N2、N3处理下W3与W2处理根干质量间的差异不显著，N2施氮水平下W3处理显著高于W1处理，N3施氮水平下W2、W3处理均显著高于W1处理。

表1 增密种植下浅埋滴灌水氮减量对春玉米根干质量的影响/(g·株-1)

2.2 增密种植下浅埋滴灌水氮减量对春玉米干物质积累与转运的影响

由表2可知，随灌溉量和施氮水平的增加，不同水氮减量处理吐丝期前和吐丝期后的干物质积累量、各器官转运量及其对籽粒贡献率均呈增加的趋势。吐丝前，除 W3N2、W2N3处理外，W3N3干物质积累量均显著高于其他处理；随着生育进程的推进，吐丝后W3N3处理干物质积累量显著高于CK，N1施氮水平下各处理随灌溉量增加的变化趋势不明显。各器官干物质转运量总体表现为茎鞘>叶片，同一灌溉量下均以N1施氮水平转运量最低且随灌溉量增加的变化不明显。除 W3N2、W2N3处理外，W3N3处理茎鞘干物质转运量均显著高于CK及其他处理；W2N2、W2N3、W3N2、W3N3处理和CK叶片干物质转运量的差异不显著但均显著高于其他处理。各器官籽粒转运贡献率总体表现为茎鞘>叶片且二者均随灌溉量与施氮水平的增加而增大，其中茎鞘、叶片均以W3N3对籽粒贡献率最大，与CK相比，W3N3处理茎鞘对籽粒贡献率分别提高0.37%(2018年)和0.43%(2019年)，叶片对籽粒贡献率分别提高0.27%(2018年)和0.56%(2019年)。

表2 增密种植下浅埋滴灌水氮减量对玉米干物质积累与转运的影响

2.3 增密种植下浅埋滴灌水氮减量对春玉米根冠比和单位根干质量产量的影响

由图1可知，不同水氮减量处理根冠比整体随灌溉量和施氮水平的增加而呈上升的趋势，且吐丝期>完熟期。吐丝期，2018、2019年W3N3处理根冠比与CK的差异均未达显著水平。同一灌溉量下，2018年除W3灌溉量外，其他灌溉量下均表现为N3与N2处理根冠比的差异不显著但显著高于N1处理，2019年除W2灌溉量下N1与N3处理根冠比的差异不显著外，其他灌溉量下均表现为N1和N2处理根冠比显著低于N3水平；同一施氮水平下，2018年W1与W2处理根冠比差异均未达显著水平，2019年除N1水平外，W1处理根冠比显著高于W2和W3处理。完熟期，2018年CK除与W1N2、W2N3和W3N3处理根冠比的差异不显著外，显著高于其他处理。同一灌溉量下，除W1N2处理外，其他灌溉量下均表现为N3与N2处理根冠比的差异不显著，但二者均显著高于N1处理；同一施氮水平下，除W1N3处理显著低于W3N3处理外，各灌溉量间的差异均未达显著水平。2019年N3处理下各灌溉量处理根冠比均与CK的差异不显著，N1处理下各灌溉量处理显著低于CK。同一灌溉量下，W3灌溉量下各施氮处理间差异显著，表现为N3>N2>N1，W2灌溉量下N1与N2处理根冠比的差异不显著但二者均显著低于N3处理，W1灌溉量下N2与N3处理差异不显著但均显著高于N1处理。同一施氮水平下，N2、N3处理下W2与W3处理根冠比的差异均不显著，N1施氮水平下，W1与W3处理根冠比的差异不显著但二者均显著低于W2处理。

图1 增密种植下浅埋滴灌水氮减量对玉米根冠比和单位根干质量产量的影响

不同水氮减量处理单位根干质量产量整体随灌溉量和施氮水平的增加而呈降低的趋势，吐丝期，不同水氮减量处理单位根干质量产量均显著高于CK。同一灌溉量下，N1与N2处理单位根干质量产量的差异不显著但显著高于N3处理；同一施氮水平下，2018年除N2水平下W1与W2处理单位根干质量产量的差异不显著但显著高于W3处理外，N1、N3水平下W1与W3处理差异不显著，2019年不同灌溉量间的差异均不显著。完熟期，除2019年W3N3处理单位根干质量产量与CK差异不显著外，各处理均显著高于CK。同一灌溉量下，2018、2019年N1处理均显著高于N3处理；同一施氮量下，2018年N1施氮水平下W1、W2处理均与W3处理差异不显著，W1处理显著高于W2处理，N2施氮水平下W1、W3处理均与W2处理差异不显著，W1处理显著高于W3处理，N3施氮水平下W2与W3处理差异不显著但二者均显著低于W1处理；2019年N1施氮水平下W1处理与W3处理差异不显著但二者均显著高于W2处理，N2水平下各灌溉量间差异不显著，N3水平下W2与W3处理差异不显著但二者均显著低于W1处理。

2.4 增密种植下浅埋滴灌水氮减量对春玉米产量和产量构成因素的影响

由表3可知，不同水氮减量处理的穗粒数、千粒重、产量均随施氮水平与灌溉量的增加而增加。2018年W1N3、W2N2、W2N3、W3N2和W3N3处理穗粒数与CK的差异不显著，2019年除W2N3、W3N3处理穗粒数与CK的差异不显著外，其他处理穗粒数均显著低于CK。同一灌溉量下，2018年N2与N3处理穗粒数的差异不显著，2019年N3处理显著高于N1处理；同一施氮水平下，2018年除N1处理的W3显著高于W1外，其他灌溉量下各处理间的差异均不显著，2019年N2、N3水平下W2与W3处理穗粒数的差异不显著，但均显著高于W1处理。2018年W3N3处理千粒重与CK的差异不显著，2019年除W2N3、W3N3处理千粒重与CK的差异不显著外，其他处理均显著低于CK。同一灌溉量下，2018年、2019年N3处理显著高于N1处理；同一施氮水平下，N1水平下2018年不同灌溉量处理千粒重的差异均不显著，2019年W1、W3处理与W2处理差异不显著，且2018年W3处理显著高于W1处理，N2水平下2018、2019年均表现为W1、W3处理均与W2处理差异不显著，W3处理显著高于W1处理，N3水平下2018年各灌溉量间差异显著，表现为W3>W2>W1，2019年各灌溉量间差异未达显著水平。2018年、2019年均以CK产量为最高，且与W2N3和W3N3的差异不显著，但显著高于其他处理。同一灌溉量下，除2019年W1灌溉量下N2处理产量显著低于N3处理外，其他灌溉量下N2与N3处理产量的差异均不显著；同一施氮水平下，N1水平下不同灌溉量处理产量随灌溉量增加的变化不明显，N3水平下W2与W3处理产量的差异不显著，但二者均显著高于W1处理。

表3 增密种植下浅埋滴灌水氮减量对春玉米产量和产量构成因素的影响

2.5 增密种植下浅埋滴灌水氮减量对春玉米水氮利用效率的影响

由图2可知，2018年、2019年CK灌溉水利用效率均显著低于其他处理。同一灌溉量下，除2019年W1灌溉量下N3处理灌溉水利用效率显著高于N2处理外，其他灌溉量下均表现为N3与N2处理灌溉水利用效率的差异不显著但均显著高于N1处理；同一施氮水平下，不同灌溉量处理灌溉水利用效率的差异均达显著水平。2018年、2019年W1N3处理氮肥偏产力显著低于CK，W2N3和W3N3处理氮肥偏生产力与CK的差异均不显著，其他处理则均显著高于CK。同一灌溉量下，不同减氮处理氮肥偏生产力间的差异均达显著水平；同一施氮水平下，除2018年、2019年的W1N3处理外，其他处理均表现为W2与W3处理氮肥偏生产力的差异不显著，但均高于W1处理。

3 讨 论

增密种植是现代农业生产中提高玉米单产的重要措施之一[16]。随着种植密度的增加，作物群体内单株生长空间变小，个体间对水、肥、气、热的竞争加剧，单株冠层、根层生长发育受限，植株对耕层土壤水氮供应的响应增强，通过改变灌溉方式提高对玉米水肥的供应能力是打破增密后根冠生长受限的有效途径[17]。研究表明，滴灌可保证玉米生育后期的养分供应，提高开花后干物质积累能力和转运效率[18-19]。滴灌春玉米0～20 cm土层根系质量和根长最大，其中地表根系总长度占总根长近50%[20-21]。本研究在增密种植下比较不同灌溉方式对玉米根冠的影响，结果表明在同一施氮量下，浅埋滴灌与传统畦灌在吐丝前对玉米干物质积累转运影响不明显，吐丝后浅埋滴灌下玉米干物质积累量、转运量以及籽粒贡献率显著高于传统畦灌，相对于传统畦灌浅层土壤中根系比例增加，深层略有下降，这与薛新伟等[22]的研究结果一致。本研究还发现增密种植下浅埋滴灌各处理根冠比较传统畦灌并无明显降低，在同一施氮水平灌溉量减少50%的情况下与传统畦灌无明显差异。可见，增密种植下浅埋滴灌可促进玉米冠层干物质积累和耕层土壤根系合理分布，提升根冠协同生长能力，提升玉米增密增产潜力。

此外，相比于传统畦灌因粗放的施肥灌溉方式而导致水氮利用效率低下的问题[23-25]，滴灌水肥一体化下氮肥可直接随灌水释放到玉米植株近根部，提高植株根部对养分的吸收利用效率[26]，减小株间水分蒸发量[27]，实现水氮的高效利用。浅埋滴灌下玉米水氮利用效率高主要表现在浅埋滴灌能够实现氮肥后移[28]，灌水以点渗透的方式湿润作物根系周围的土壤，氮肥随水分均匀地施入根区附近[29]，不仅能够保证增密后单株水分、养分的供应，还能有效避免水分的浪费以及氮素向深层土壤淋溶[30]，能够满足玉米生育中后期籽粒形成对水氮的需求，发挥水氮协同促进吸收的作用。本研究发现，增密种植下浅埋滴灌水氮减量处理灌溉水利用效率均显著高于传统畦灌。同一氮肥水平下，较传统畦灌在减少灌溉量50%的情况下氮肥偏生产力的差异不显著，表现出较高的水氮吸收利用能力。

4 结 论

与传统畦灌常规施肥处理相比，增密种植下浅埋滴灌水氮减量处理虽因减水减肥而出现减产但二者的差异不显著。增密种植下浅埋滴灌W2N3水氮处理根系分布合理且根冠比协调，其产量、氮肥偏生产力与CK的差异均不显著，但灌溉水利用效率提高了94.15%，在增密种植下实现了玉米高产与高效的兼顾。因此，增密种植下浅埋滴灌2 000 m3·hm-2、施氮300 kg·hm-2可满足玉米正常生长发育，并获得较高产量和水氮利用效率。该结果可为西辽河平原浅埋滴灌玉米高产与资源高效利用种植提供参考。