宁夏扬黄灌区玉米膜下滴灌水肥一体化技术研究
作者： 周洋 赵如浪 张文杰 邢润东 郭鑫年
摘要 ［目的］分析膜下滴灌施肥对玉米产量及水分利用效率的影响，阐明膜下滴灌水肥一体化的技术优势，解决宁夏扬黄灌区玉米水肥利用效率低的问题。［方法］在相同施肥水平条件下，以常规大水漫灌（6 000 m3/hm2）为对照，在滴灌定额为3 750 m3/hm2的基础上设置不覆膜滴灌和膜下滴灌2个处理，研究不同灌水处理对玉米光合特性、产量、水肥利用效率及经济效益的影响。［结果］膜下滴灌水肥一体化技术在玉米抽雄期净光合速率、水分利用效率最高，比漫灌处理分别提高1.5%、11.0%，比不覆膜滴灌处理分别提高6.1%、3.2%。膜下滴灌水肥一体化技术通过提高玉米收获穗数、穗粒数和百粒重从而提高玉米产量，比漫灌处理增产8.6%，比不覆膜滴灌处理增产8.2%。膜下滴灌水肥一体化技术降低玉米耗水量，比漫灌处理降低28.4%，灌水利用效率提高73.6%，水分利用效率提高52.0%；同时提高了玉米氮磷钾肥偏生产力，比漫灌处理分别提高8.5%、8.6%、8.5%。与漫灌处理相比，膜下滴灌水肥一体化技术在成本投入增加26.9%的基础上获得了最高的经济效益，比漫灌处理增加808.4元/hm2，收入提高8.1%，比滴灌不覆膜处理增收787.5元/hm2，收入提高7.8%。［结论］在滴灌定额为3 750 m3/hm2基础上采用膜下滴灌施肥可在节水37.5%的基础上实现增产和增收，该技术在宁夏扬黄灌区表现出一定的优势，可以应用于该地区的玉米生产。
关键词 宁夏扬黄灌区；膜下滴灌水肥一体化；玉米；产量；水分利用效率
中图分类号 S275.6 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2024）19-0189-06
doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.19.040
开放科学（资源服务）标识码（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
基金项目 宁夏“十四五”农业高质量发展和生态保护科技创新示范项目（NGSB-2021-3-1）；宁夏农林科学院先导资金项目（NKYJ-22-03）；宁夏重点研发计划项目（2021BBF02011）；宁夏农林科学院对外交流项目（DW-X-2023005）。
作者简介 周洋（1976—），男，宁夏同心人，副研究员，从事农业技术推广工作。*通信作者，助理研究员，硕士，从事土壤养分循环与利用方面的研究。
收稿日期 2023-06-14
玉米是宁夏的主要粮食作物，在农业经济发展中发挥着重要作用，宁夏玉米栽培面积变化趋势与全国发展相似，自2005年开始玉米栽培面积不断上升，截至2020年达到了44.8万hm2［1］。玉米是对水肥胁迫比较敏感的作物，合理的水肥管理可以促进玉米生长发育，提高玉米产量［2］，但在实际生产中大水漫灌、过量施肥普遍存在，造成水、肥资源浪费，降低水肥利用率。康绍忠［3］认为我国农业生产中1 m3灌溉水生产粮食1.1 kg，水分生产率远低于发达国家水平。张福锁等［4］研究表明我国玉米生产中氮磷钾肥利用效率远低于发达国家。膜下滴灌水肥一体化技术将地膜和滴灌水肥一体化有效结合，充分利用了地膜减少蒸发、增温保墒作用，同时将肥料溶解在水中利用管道灌溉系统按照作物的水肥需求规律定时定量供应作物所需水肥，实现水肥同步管理。这项技术由于膜下滴灌改变了田间灌溉水的移动路径，土壤湿润半径纵向重叠，横向离开滴头距离一般为 35～40 cm，达到抑制土壤水分蒸发、水肥协同供应、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开展了为期 15 年的膜下滴灌水肥一体化技术研究，结果表明利用该项技术显著提高了作物的产量和水分利用效率。目前，膜下滴灌水肥一体化技术在作物需水需肥规律、水肥耦合机制、土壤水盐运移规律及灌溉制度等方面的硏究取得了突破性进展。膜下滴灌技术在我国玉米、棉花、西瓜、葡萄等宽行作物上也得到广泛应用并取得了良好的经济效益［6-8］。宁夏扬黄灌区位于宁夏中部，通过黄河扬水工程灌溉实现了从旱作区向灌溉区的转变，该区域光照资源充足干旱少雨，年降雨量200 mm左右，蒸发量达2 200 mm。该区域玉米生产中灌溉的方式以大水漫灌为主，化肥以大田均匀撒施为主，玉米水肥利用效率普遍较低，水和肥成为该地区玉米生产过程中两大关键性限制因子。近年来宁夏扬黄灌区用于农业生产的黄河水配量逐步降低［9］，灌溉水资源短缺成为难以回避的现实问题。基于此，该研究利用覆膜和滴灌施肥相结合的技术，研究节水条件下膜下滴灌对玉米光合特征、干物质累积分配、产量和水肥利用效率的影响，为宁夏扬黄灌区玉米膜下滴灌水肥一体化技术的应用与推广提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验区概况
该试验区域位于宁夏扬黄灌区同心县河西镇吴家河湾村（105°52′50.04″E，37°02′33.06″N），该区域地处鄂尔多斯台地与黄土高原北部的衔接地带，海拔1 320 m。气候属典型的温带大陆性气候，四季分明，日照充足，昼夜温差大，年降水量260 mm左右，降水年内分布不均衡，60%以上的降雨集中在7—9月，年蒸发量为2 300 mm以上，年平均气温8.7 ℃，年辐射热平均594.14 kJ/cm2，日照时数在2 850 h，为典型干旱区。试验区土壤质地为沙质壤土，田间持水量为22%，表层土壤（0～20 cm）pH为8.74，全盐含量0.078 g/kg，有机质为9.4 g/kg，速效氮62.2 mg/kg，速效磷24.4 mg/kg，速效钾153.4 mg/kg。试验地前茬作物为玉米，产量为12 750 kg/hm2左右。
1.2 试验设计
试验于2021年4—10月进行，以常规大水漫灌（6 000 m3/hm2）为对照，设置膜下滴灌3 750 m3/hm2、不覆膜滴灌3 750 m3/hm2 2个滴灌节水处理，小区面积25.0 m×6.0 m=150 m2，每个处理设3次重复，共9个小区，小区随机区组布置。玉米品种选用先玉027，播种采用人工种植，宽行70 cm，窄行40 cm，株距23 cm种植，种植密度82 500株/hm2。试验区灌溉水源为蓄水池调蓄的黄河水，灌溉系统利用潜水泵加压，配套筛网+叠片过滤器进行水质净化处理，各处理均为采用Ф63PE管道输水至田间各试验区，小区直接在输水管道上开口，采用Ф63闸阀控制并连接水表，各试验小区灌水独立计量。漫灌处理采用当地常规灌溉量，玉米生育期内灌溉4次，单次灌溉量1 500 m3/hm2，滴灌处理将滴灌带置于玉米窄行之间，单条滴灌带灌溉2行玉米，滴灌带滴头间距为30 cm，滴头流量为2.5 L/h，各处理灌水次数、灌水时间、单次灌溉定额、总灌溉定额如表1所示，各处理施肥量统一为N 420 kg/hm2、P2O5150 kg/hm2、K2O 75 kg/hm2，其中漫灌处理化肥氮肥为尿素、磷肥磷酸二铵、钾肥氯化钾，滴灌处理统一采用宁夏荣和绿色科技有限公司生产的玉米专用水溶肥（37-8-5），具体滴灌施肥运筹如表2所示。