CN109197437A - 一种寒地半干旱区玉米大垄双行膜下滴灌的水肥高效调控方法 - Google Patents

一种寒地半干旱区玉米大垄双行膜下滴灌的水肥高效调控方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种寒地半干旱区玉米大垄双行膜下滴灌的水肥高效调控方法。它包括如下步骤：1)在大垄上施基肥，播种玉米时，先依次施用种肥、铺设滴灌带和地膜，最后打孔播种；2)在步骤1)播种玉米后出苗前对土壤滴灌出苗水1次；3)在玉米的10％～30％叶龄指数时期对土壤滴灌1次，并追施氮肥、磷肥和钾肥；4)在玉米的40％～60％叶龄指数时期对土壤滴灌1次，并追施氮肥、磷肥和钾肥；5)在玉米的70％～90％叶龄指数时期对土壤滴灌1次，并追施氮肥和磷肥；6)在玉米的100％叶龄指数时期对土壤滴灌1次，并追施氮肥和磷肥；7)在玉米吐丝后每隔10～20天对土壤滴灌1次，直至玉米收获。本发明提升了水分和肥料的吸收利用效率，大幅度提高玉米籽粒的产量和品质。

Description

一种寒地半干旱区玉米大垄双行膜下滴灌的水肥高效调控 方法
技术领域
本发明涉及一种寒地半干旱区玉米大垄双行膜下滴灌的水肥高效调控方法，属于玉米栽培技术领域。
背景技术
膜下滴灌技术是将覆膜种植与滴灌技术相结合的一种新型节水灌溉技术，既有滴灌省水、省工、增产、高效、适用性强的优点，又发挥了地膜覆盖技术保水保墒、增加土壤积温和微生物活性、减少化学物质流失的作用。近年来，尽管玉米大垄双行膜下滴灌机械化种植技术已被广泛用于黑龙江省西部半干旱区的玉米生产，有效缓解了玉米生育前期低温冷害、干旱少雨以及生育后期脱肥等玉米丰产高效的瓶颈问题，但由于该区域玉米种植田土壤较贫瘠，保水保肥性较差，在膜下滴灌栽培模式下，大部分农户为了追求高产，现有的做法通常是：在水分和养分管理上仍沿用传统栽培模式下的“大肥大水”供给方式，过量施肥、盲目灌溉，尚不能充分发挥膜下滴灌技术“少量多次”按需供应的水肥高效运筹优势，特别是针对黑龙江省西部地区特定的自然生态条件及与其类似的寒地半干旱区还没有一套适宜的、精准的水肥高效调控方法，导致水资源浪费、肥料利用率低和水体富营养化等环境不利影响加剧。
发明内容
本发明的目的是提供一种寒地半干旱区玉米大垄双行膜下滴灌的水肥高效调控方法，本发明通过对根区精准水肥控制，提升了水分和肥料的吸收利用效率，大幅度提高玉米籽粒的产量和品质，该方法有利于寒地半干旱区农业的持续高效发展，且经济适用、操作简便，易于推广。
本发明提供的一种寒地半干旱区玉米大垄双行膜下滴灌的水肥高效调控方法，包括如下步骤：
1)在大垄上施基肥，播种玉米时，先依次施用种肥、铺设滴灌带和地膜，最后打孔播种；
所述基肥、所述种肥均包括氮肥、磷肥和钾肥；
2)在步骤1)播种玉米后出苗前对土壤滴灌出苗水1次；
3)在所述玉米的10％～30％叶龄指数时期对所述土壤滴灌1次，并追施所述氮肥、所述磷肥和所述钾肥；
4)在所述玉米的40％～60％叶龄指数时期对所述土壤滴灌1次，并追施所述氮肥、所述磷肥和所述钾肥；
5)在所述玉米的70％～90％叶龄指数时期对所述土壤滴灌1次，并追施所述氮肥和所述磷肥；
6)在所述玉米的100％叶龄指数时期对所述土壤滴灌1次，并追施所述氮肥和所述磷肥；
7)在所述玉米吐丝后每隔10～20天对所述土壤滴灌1次，直至所述玉米收获。
上述的方法中，所述大垄的所处地区为寒地半干旱区，具体可为东北地区的半干旱区；
所述氮肥包括尿素、磷酸一铵、磷酸二铵和硝酸钾中的至少一种；
所述磷肥包括磷酸一铵和/或磷酸二铵；
所述钾肥包括硫酸钾、硝酸钾、氯化钾和磷酸二氢钾中的至少一种；
所述大垄的垄底宽(又称垄距)为110～130cm，所述大垄的垄台高度可为15～25cm，所述大垄的垄台宽度可为70～110cm；当所述大垄的垄底宽具体为110cm时，所述大垄的垄台宽度具体可为70～90cm；当所述大垄的垄底宽具体为130cm时，所述大垄的垄台宽度具体可为90～110cm；
所述大垄采用双行栽培方式播种所述玉米，即在每垄垄台上播种2行玉米；当所述大垄垄底宽具体为110cm时，所述垄台上的行间距具体可为35～45cm；当所述大垄垄底宽具体为130cm时，所述垄台上的行间距具体可为45～55cm；
所述大垄的覆膜宽度可为90～120cm；当大垄的垄底宽具体可为110cm时，所述大垄的覆膜宽度具体可为90～100cm；当大垄的垄底宽具体可为130cm时，所述大垄的覆膜宽度具体可为110～120cm。
本发明中，所述氮肥中总氮量、所述磷肥中总磷量、所述钾肥中总钾量的质量份分别以其含氮元素、含五氧化二磷和氧化钾的质量百分含量计算；
当所述磷肥为磷酸一铵和/或磷酸二铵，或所述钾肥为硝酸钾时，将磷肥中的氮和钾肥的氮也计算为所述氮肥的含氮量。
上述的方法中，步骤1)中，所述基肥中氮肥中总氮量、磷肥中总磷量和钾肥中总钾量施用的质量份分别可为全生育期施用总氮量的35～40份、总磷量的50～60份和总钾量的45～55份；
所述种肥中氮肥中总氮量、磷肥中总磷量和钾肥中总钾量施用的质量份分别可为全生育期施用总氮量的3～6份、总磷量的8～12份和总钾量的13～17份；
所述基肥施用于垄台中央下方，深度可为15～20cm；
所述种肥施用于播种行的侧下方，垄沟侧与种子的水平距离5～7cm、深9～10cm。
上述的方法中，步骤2)中滴灌后土壤含水量达田间持水量的75％～85％；
步骤3)中，追施所述氮肥中总氮量、所述磷肥中总磷量和所述钾肥中总钾量的质量份分别可为全生育期施用总氮量的15～21份、总磷量的10～15份、总钾量的11～15份，滴灌后土壤含水量达田间持水量的65％～75％；
步骤4)中，追施所述氮肥中总氮量、所述磷肥中总磷量和所述钾肥中总钾量的质量份分别为全生育期施用总氮量的9～15份、总磷量的5～10份、总钾量的11～15份，滴灌后土壤含水量达田间持水量的70％～80％；
步骤5)中，追施所述氮肥中总氮量、所述磷肥中总磷量和所述钾肥中总钾量的质量份分别为全生育期施用总氮量的15～21份、总磷量的5～10份、总钾量的11～15份，滴灌后土壤含水量达田间持水量的75％～85％；
步骤6)中，追施所述氮肥中总氮量和所述磷肥中总磷量的质量份分别为全生育期施用总氮量的9～15份、总磷量的10～15份，滴灌后土壤含水量达田间持水量的75％～85％；
步骤7)中，每次滴灌后土壤含水量达田间持水量的70％～80％。
本发明中，在玉米生长的4个关键叶龄时期(10％-30％、40％-60％、70％-90％和100％叶龄指数时期)，氮肥(纯N)追施部分具体可按照3:2:3:2的比例进行供给。
上述的方法中，步骤2)-7)中，每次滴灌的灌水量按照如下式Ⅰ进行计算：
m＝0.1×(β适-β实)×γ×H×p 式Ⅰ
式Ⅰ中：m为灌水定额，mm；β适、β实分别为滴灌后的土壤适宜田间持水量和滴灌前的土壤实际田间持水量，均以干重的质量百分含量计；γ为土壤干容重，t/m3；H为土壤计划湿润层深度，m；p为滴灌设计土壤湿润比，％。
本发明中，每次滴灌具体时期应视天气情况而定，如遇阴雨低温等不利天气过程则应适当调整滴灌时期；如遇较干旱年份，应适当增加田间灌水频次，并严格依据田间土壤实际墒情，酌情确定灌水定额。
上述的方法中，步骤2)-6)中，1次滴灌延续时间(t)按照如下式Ⅱ进行计算：
t＝(m×Sr×Se)/(η×q) 式Ⅱ
式Ⅱ中：t为1次灌溉延续时间，h；m为计划灌水定额，mm；Sr为毛管间距，m；Se为毛管滴头间距，m；q为滴头流量，L/h；η为滴灌水利用系数。
上述的方法中，所述式Ⅰ中，H为0.3～0.5m，p为60％～70％；
所述式Ⅱ中，当所述大垄的垄底宽具体可为110cm时，Sr可为1.1m；当所述大垄的垄底宽具体可为130cm时，Sr可为1.3m；
Se可为0.3～0.4m；q可为2.0～2.5L/h；η可为0.9～0.95。
上述的方法中，步骤3)-5)中，追施采用压差式施肥罐进行，每次滴灌过程按照如下模式：前1/4时间滴灌清水，中间1/2时间将所需肥料充分溶于施肥罐中随水施入，后1/4时间滴灌清水冲洗管道，又称为“1/4-1/2-1/4”模式。
上述的方法中，步骤1)所述基肥还包括锌肥；
步骤4)中，还包括追施硼肥的步骤。
本发明具有以下优点：
(1)本发明基于玉米大垄双行膜下滴灌栽培技术和测土配方施肥技术，依据水肥根际调控作用原理和玉米生长发育对养分、水分的需求特性，进一步优化了水肥运筹方式，分阶段实施玉米根际精准定量调控，提高了水分、养分的利用效率，促进了玉米节水节肥高效生产。
(2)培育壮苗是构建优良群体结构、实现玉米高产的第一步，本发明将磷酸二铵和硫酸钾按照一定比例混合后局部条施在玉米种子附近，提供一个较高浓度的养分区域，同时结合覆膜增温以及滴灌出苗水补墒等措施，为种子萌发和出苗创造了良好的温度、水分和养分环境，达到了苗早、苗全、苗齐和苗壮的效果。苗期通过非充分灌溉和适量追肥，促根壮苗效果显著，5展叶期叶面积、地上部干重、地下部(根系)干重、总根长、根体积、根表面积明显增加。
(3)本发明结合玉米叶龄进程动态，在玉米生长的4个关键叶龄时期(10％-30％、40％-60％、70％-90％和100％叶龄指数时期)，氮肥(纯N)追施部分具体按照3:2:3:2的比例进行供给，促进了玉米雌穗的生长发育，改善了田间玉米群体质量和光合性能动态，延缓了玉米生育后期叶片衰老进程，地上部和地下部根系生物量明显增加，而且可有效减少玉米农田中0～100cm土层无机氮残留总量，适度增加0～60cm土层无机氮残留比例，有效降低了氮素淋失的风险。此外，利用高水溶性磷酸一铵和硝酸钾，结合玉米不同生育时期磷钾肥需求规律，分别于关键叶龄时期，按照一定比例进行根际滴灌补给磷肥和钾肥，与传统膜下滴灌栽培相比，通过减氮稳磷增钾平和微量元素的适当供应等平衡施肥措施，提升玉米植株对N、P、K养分的吸收利用效率的同时，为实现壮秆、穗多、穗大以及生育后期争取粒多、粒重、优质创造了良好的根际养分环境。特别是在石灰性土壤中，磷酸一铵和硝酸钾水溶液追施后通过根际酸化，又可进一步提高土壤中磷、钾养分的有效性。
(4)本发明在玉米全生育期，依据土壤水分状况进行调优灌溉，通过不同灌水次数、灌水时间和灌水定额的精准调节，促进玉米根系在土壤深层的分布，减少灌浆期玉米根长密度的下降幅度，为玉米生育后期的水分养分吸收提供保障，可大幅度提高玉米籽粒产量。
(5)本发明通过制定合理的灌溉制度，优化基肥-种肥-追肥的时空布局，形成了“少量多次、精准定量”的水肥供应模式，实现了水分、养分供应与玉米生长发育需求相匹配，促进了玉米增产提质增效生产。较农民传统的大垄双行膜下滴灌水肥管理方法，产量增加10％以上，肥料成本节约5％左右，节约用水10％以上，每公顷效益增加50元以上，肥料偏生产力和肥料农学效率分别提高5％以上。
综上，本发明基于玉米大垄双行膜下滴灌栽培技术的保墒、增温、密植等优势，依据水肥根际调控作用原理，结合玉米生长发育特性，进一步优化水肥运筹方式，实现精准、动态的根际水肥调控，相比于农民习惯水肥管理，既满足了玉米关键生育时期对水分、养分的需求，又提高了水肥利用效率，促进了玉米节水节肥生产，为寒地半干旱区玉米高产高效提供了科学的水肥管理技术途径，具有良好的应用效果。
附图说明
图1为本发明实施例110cm和130cm大垄双行膜下滴灌水肥高效调控方法田间正向剖面图。
图2为本发明实施例3中玉米生长季降水量、蒸发量和日平均气温。
图3为本发明实施例3中不同氮肥分期追施量对玉米籽粒产量的影响图，其中图3(a)为2016年的实验结果，3(b)为2016年的实验结果。
图4为本发明实施例3中不同氮肥分期追施量对成熟期玉米籽粒品质的影响。
图5为本发明实施例3中不同氮肥分期追施量对玉米器各官氮素积累的影响，其中图5(a)为茎秆+叶鞘+雄穂的氮素积累量，图5(b)为叶片的氮素积累量，图5(c)为苞叶+穗轴的氮素积累量，图5(d)为籽粒的氮素积累量。
图6为本发明实施例3中不同氮肥分期追施量对玉米干物质积累量的影响。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1、寒地半干旱区玉米大垄双行膜下滴灌的水肥高效调控方法
选取降雨量偏低地区/年份，土壤基础肥力较差或沙壤土田块，具体按照下述步骤进行：
a、玉米整地完成后起110cm大垄，播种前，将基肥(含N≥46％尿素110kg/hm2，含N≥18％、P2O5≥46％磷酸二铵120kg/hm2，含K2O≥50％硫酸钾65kg/hm2，含Zn≥23％硫酸锌30kg/hm2)和种肥(尿素12kg/hm2、磷酸二铵21kg/hm2、硫酸钾18kg/hm2)分别混配均匀备用。播种时，在播种行下方15cm施用基肥，在播种行垄沟侧水平距离5cm、深9cm处施用种肥。
b、播种后出苗前，滴灌出苗水195m3/hm2，土壤含水量达田间持水量的80％。
c、10％-30％叶龄指数时期，追施含N≥46％尿素65kg/hm2，含N≥12％、P2O5≥61％磷酸一铵20kg/hm2，含N≥13.5％、K2O≥44.5％硝酸钾16kg/hm2，灌水135m3，确保土壤含水量达田间持水量的75％。
d、40％-60％叶龄指数时期，追施含N≥46％尿素45kg/hm2，含N≥12％、P2O5≥61％磷酸一铵10kg/hm2，含N≥13.5％、K2O≥44.5％硝酸钾16kg/hm2，含Bn≥15％硼肥0.75kg/hm2，灌水210m3/hm2，确保土壤含水量达田间持水量的85％。
e、70％-90％叶龄指数时期，追施含N≥46％尿素70kg/hm2，含N≥12％、P2O5≥61％磷酸一铵10kg/hm2，含N≥13.5％、K2O≥44.5％硝酸钾16kg/hm2，灌水175m3/hm2，确保土壤含水量达田间持水量的90％。
f、100％叶龄指数时期，追施含N≥46％尿素45kg/hm2，含N≥12％、P2O5≥61％磷酸一铵20kg/hm2，灌水150m3/hm2，确保土壤含水量达田间持水量的90％。
g、吐丝后15天灌水100m3/hm2，吐丝后35天灌水80m3/hm2，确保土壤田间持水量在85％。吐丝后50天灌水60m3/hm2，确保土壤田间持水量在80％。
本地区传统膜下滴灌水肥管理方法为：所有磷钾肥以及部分氮肥，以基肥形式施入土壤，然后分别在30％和60％叶龄指数时期进行氮肥追施，每次追施氮肥数量均为氮肥追施总量的1/2；灌溉方式均为充分饱和灌溉，即每次将土壤灌溉达饱和状态(100％田间持水量)。
田间比较试验结果表明(表1)，相比于传统膜下滴灌水肥管理方法，本方法对玉米田间出苗率以及5展叶期单株叶面积、地上部干重、地下部干重、总根长、根表面积、根体积具有明显(P<0.05)的促进作用，分别增加6.05％、7.48％、15.05％、13.13％、6.73％、9.31％和6.62％。此外，如表2所示，该方法在适当减少灌溉水用量和化学肥料投入的同时，有效提升了玉米籽粒产量1444.43kg/hm2。
表1不同水肥调控措施对玉米出苗及5展叶期形态建成的影响
表2不同水肥调控措施对玉米籽粒产量及水肥投入的比较
实施例2、寒地半干旱区玉米大垄双行膜下滴灌的水肥高效调控方法
选取降雨量较好地区/年份，基础肥力较高或粉壤土、黏壤土田块，具体按照下述步骤进行：
a、玉米整地完成后起110cm大垄，播种前，将基肥(含N≥46％尿素105kg/hm2，含N≥18％、P2O5≥46％磷酸二铵90kg/hm2，含K2O≥50％硫酸钾50kg/hm2，含Zn≥23％硫酸锌20kg/hm2)和种肥(尿素10kg/hm2、磷酸二铵18kg/hm2、硫酸钾15kg/hm2)分别混配均匀备用。播种时，在播种行下方20cm施用基肥，在播种行垄沟侧水平距离7cm、深10cm处施用种肥。
b、播种后出苗前，滴灌出苗水105m3/hm2，土壤含水量达田间持水量的75％。
c、10％-30％叶龄指数时期，追施含N≥46％尿素60kg/hm2，含N≥12％、P2O5≥61％磷酸一铵17kg/hm2，含N≥13.5％、K2O≥44.5％硝酸钾15kg/hm2，灌水95m3/hm2，确保土壤含水量达田间持水量的70％。
d、40％-60％叶龄指数时期，追施含N≥46％尿素42kg/hm2，含N≥12％、P2O5≥61％磷酸一铵8kg/hm2，含N≥13.5％、K2O≥44.5％硝酸钾15kg/hm2，含Bn≥15％硼肥0.75kg/hm2，灌水110m3/hm2，确保土壤含水量达田间持水量的80％。
e、70％-90％叶龄指数时期，追施含N≥46％尿素65kg/hm2，含N≥12％、P2O5≥61％磷酸一铵8kg/hm2，含N≥13.5％、K2O≥44.5％硝酸钾12kg/hm2，灌水90m3/hm2，确保土壤含水量达田间持水量的85％。
f、100％叶龄指数时期，追施含N≥46％尿素40kg/hm2，含N≥12％、P2O5≥61％磷酸一铵17kg/hm2，灌水110m3/hm2，确保土壤含水量达田间持水量的85％。
g、吐丝后15天灌水70m3/hm2，吐丝后30天灌水60m3/hm2，确保土壤田间持水量在85％。吐丝后45天灌水55m3/hm2，确保土壤田间持水量在75％。
田间比较试验结果表明(表3)，相比于传统膜下滴灌栽培方法，本方法对玉米田间出苗率以及5展叶期单株叶面积、地上部干重、地下部干重、总根长、根表面积、根体积具有明显(P<0.05)的促进作用，分别增加6.72％、8.97％、17.37％、15.54％、8.59％、11.14％和9.16％。此外，如表4所示，该方法在适当减少灌溉水用量和化学肥料投入的同时，有效提升了玉米籽粒产量1824.35kg/hm2，促进了区域玉米减投增效生产。
表3不同水肥调控措施对玉米出苗及5叶期形态建成的影响
表4不同水肥调控措施对玉米籽粒产量及水肥投入的比较
实例3、寒地半干旱区玉米大垄双行膜下滴灌的水肥高效调控方法
1材料与方法
1.1试验地概况
试验于2016～2017年在黑龙江八一农垦大学现代农业栽培技术与作物种质改良重点实验室试验基地(46°37′N、125°11′E)进行，海拔高度146m，该区域位于松嫩平原腹地，属于典型的北温带大陆性季风气候，全年光照充足，雨热同季，降水偏少。春季冷暖多变，干旱多风，水资源严重匮乏；夏季前期干热，后期降水集中且变率大；秋季多寒潮，降温急剧。试验基地多年平均气温4.2℃，降雨量427.5mm，蒸发量1635mm，无霜期143d，年日照时数2726h，平均风速3.8m/s。试验地土壤类型为草甸土，肥力均匀，0～20cm耕层土壤平均土壤容重1.25g/cm3，土壤pH值7.79、有机质29.72g/kg、全氮1.41g/kg、碱解氮115.89mg/kg、速效磷5.11mg/kg、速效钾106.34mg/kg。
1.2试验设计
试验采用裂区设计，主区因素为3个不同氮肥追施水平(TANFT，即氮肥追施总量)，分别为90(T90)、120(T120)、150(T150)kg/hm2；副区因素为关键生育时期的5个不同追氮量分配比例(APNFT，即不同时期追氮量分配比例)，在叶龄指数为30％、60％、80％和100％时期分别为5:5:0:0(A1)、3.3:3.3:0:3.3(A2)、3:5:0:2(A3)、3:3:2:2(A4)和3:2:3:2(A5)，其中A1为寒地半干旱区生产上常用的氮肥追施分配方案。另设滴灌覆膜不施氮(CK)处理为对照，总计16个处理(表5)，每个处理重复3次，共48个小区。各小区行长30m，宽6.6m，小区面积198m2。
表5试验因素及处理组合
各处理均采用大垄垄上双行膜下滴灌栽培模式，相邻两垄间距110cm，垄台宽80cm，垄高15cm，每垄种植两行玉米，种植密度为75000株/hm2，垄上行距为40cm，垄间行距70cm，供试玉米品种为试验区主栽品种郑单958。不同生育时期追肥使用的氮肥均为尿素，每次滴灌、追肥前使用Field TDR 200(Spectrum公司，美国)进行田间土壤含水量检测，确定各时期灌水定额。利用压差式施肥罐按照“1/4-1/2-1/4”的模式施入，即前1/4灌水定额灌清水，中间1/2灌水定额用于施肥，后1/2灌水定额灌清水冲洗管道。灌水量由水表和球阀控制，保证各小区灌水一致。通过施肥罐的水流压差和管网系统首部的压力，由安装在施肥罐上下游的压力表(精度为5％)控制，确保施肥灌上下游压差控制在0.04MPa，出水口压力恒定在0.1MPa。其它田间管理措施同玉米大垄双行膜下滴灌水肥高效调控方法。
1.3测定内容及方法
1.3.1土壤基础理化性质和无机氮含量
在整地前取0～20cm耕层土壤，根据鲍士旦的方法，测定土壤基本理化性质。整地前和收获后，每小区随机选取5个位点，使用土钻分别取0～20、20～40、40～60、60～80和80～100cm土层的新鲜土样，将各区五个样点的等层土壤混均后，装入塑封袋，放入冰盒迅速带回实验室。新鲜土样过5目筛后，经0.01mol/L的CaCl2振荡浸提，采用Auto-analyzerⅢColorimeter(Bran Luebbe)测定土壤中硝态氮与铵态氮含量。
1.3.2植株干物质积累及全氮含量
分别于玉米拔节后第15、30、45、60、75天(分别以15DAJ、30DAJ、45DAJ、60DAJ、75DAJ表示)，在各小区选取长势均匀具代表性的植株3株，15DAJ、30DAJ分为茎、叶、鞘三部分，45DAJ、60DAJ、75DAJ分为茎、叶、鞘、雄穗、苞叶、穗轴和籽粒七部分，分别装入牛皮纸袋，置于烘箱中，105℃杀青30min，80℃烘干至恒重，称重后的样品粉碎混匀后，用浓H2SO4－H2O2湿灰化法进行消煮，稀释后用凯氏定氮仪(KjelFlex K-360，BüCHI)测定含氮量，并计算植株(不同组织器官)氮素吸收量。
1.3.3测产
在玉米成熟期，收获各小区中间两垄(4行)，连续5m长的所有果穗，统计有效穗数后称重，计算平均穗鲜重；选取具代表性的20个果穗(误差小于0.05kg)，脱粒，称重，计算出籽率，最后测定籽粒含水率，折算公顷产量(14％含水率)。
1.3.4籽粒品质的测定
参照何照范主编的《粮油籽粒品质及其分析技术》，采用蒽酮比色法测定成熟期玉米籽粒中的可溶性糖及粗淀粉含量；残余法测定粗脂肪含量；凯氏定氮法测定粗蛋白含量，换算系数为6.25。
1.4气象条件
2016～2017年玉米全生育期内活动积温为2983.5℃和2947.3℃，降雨量为414.9mm和446.0mm，蒸发量为650.6mm和648.0mm(如图2所示)，两年气象条件基本一致，且试验数据一致性较好。
1.5计算公式及数据处理
1.5.1计算公式
参考巨晓棠的方法计算0～100cm土层氮素平衡参数；
土壤无机氮残留量(kg/hm2)＝土层厚度×土壤容重×土壤无机氮含量/10；
氮收获指数(NHI，％)＝籽粒吸氮量/植株总吸氮量×100％；
氮肥偏生产力(PFPN，kg/kg)＝施氮区产量/施氮量；
氮肥农学利用率(AEN，kg/kg)＝(施氮区玉米产量-不施氮区玉米产量)/施氮量；
氮肥表观利用率(AUN，％)＝(施氮区作物吸氮量–不施氮区作物吸氮量)/施氮量×100；
土壤氮素依存率(SNDR，％)＝不施氮区作物吸氮量/施氮区作物吸氮量×100。
1.5.2数据处理
所用产量指标数据分别为2016年和2017年的试验数据，其余指标均为2016年试验数据。采用SPSS 21.0进行统计分析，Duncan多重比较和T检验分析不同处理的影响差异，多因素方差分析因素间的交互效应，利用Microsoft Excel 2003绘制图表。
2结果与分析
2.1不同氮肥分期追施量对玉米籽粒产量的影响
由图3(a)可以看出，2016年以T120A5处理的玉米籽粒产量最高，达13997.67kg/hm2，且显著(P<0.05)高于其它处理。经方差分析可知，氮肥追施水平、不同时期追氮量分配比例及二者互作效应对玉米籽粒产量的影响均达极显著水平。玉米籽粒产量随氮肥追施水平的增加，表现为T120>T150>T90，且各氮肥追施水平处理间差异显著，其中T120较T150、T90处理分别高出6.97％、13.68％；随不同时期追氮量分配比例的变化表现为A5>A4>A3>A2>A1，A5处理显著高于其它处理6.56％～48.51％。
在2017年试验中(图3(b))，各处理玉米籽粒产量变化与2016年的整体趋势一致，T120A5处理籽粒产量同样显著(P<0.05)高于其它处理，且籽粒产量亦受氮肥追施水平、不同时期追氮量分配比例及二者的交互效应的极显著影响。在不同时期追氮量分配比例一致的条件下，T120籽粒产量分别显著高于T150、T90处理5.76％、16.88％；氮肥追施水平一致的条件下，A5籽粒产量较其它处理明显提高5.67％～36.16％。
2.2不同氮肥分期追施量对成熟期玉米籽粒品质的影响
由图4可知，T120A5处理玉米籽粒粗蛋白及可溶性糖含量最高，分别表现为11.54％、19.22％，而粗淀粉和粗脂肪含量则分别以T120A1和T90A1处理表现最佳，分别为73.80％、4.82％。从氮肥追施水平单因素方面来看，其极显著(P<0.01)的影响了玉米籽粒粗蛋白及可溶性糖含量，但对粗淀粉与粗脂肪含量的影响并未达显著水平。随氮肥追施水平的增加，玉米籽粒粗蛋白含量表现为T120>T150>T90，且各处理间差异均达显著水平(P<0.05)；T120与T150处理玉米籽粒可溶性糖含量差异不显著，但均显著高于T90处理，较T90处理分别提高了6.24和1.15个百分点；而不同氮肥追施水平处理间玉米籽粒淀粉及粗脂肪含量差异均未达显著水平。
不同时期追氮量分配比例单因素对玉米籽粒粗蛋白、可溶性糖、粗淀粉、粗脂肪含量的影响均达极显著(P<0.01)水平。其中玉米籽粒粗蛋白、可溶性糖含量随不同时期追氮量分配比例的变化均表现为A5>A4>A3>A2>A1，且各处理间差异均达显著水平(P<0.05)，其中A5处理较其它处理分别高出2.07～58.74个百分点、2.80～34.54个百分点；而玉米籽粒粗淀粉与粗脂肪含量则分别表现为A5>A4>A3>A2>A1、A1>A3>A5>A4>A2，其中A5处理玉米籽粒粗淀粉含量显著高于A1和A2处理4.12％和2.92％，但与A3和A4处理差异明显；同时，A1处理籽粒粗脂肪含量除与A3、A5处理间差异不显著外，显著高于其它处理4.23％～5.87％。
2.3不同氮肥分期追施量对玉米各器官氮素积累的影响
由图5可知，随着玉米生育进程的推进，氮肥追施水平和不同时期追氮量分配比例二者交互效应极显著(P<0.01)的影响了30DAJ至75DAJ时期茎秆+叶鞘+雄穂和叶片的氮素积累量，各处理的茎秆+叶鞘+雄穗及叶片的氮素积累量动态均呈抛物线的规律变化，并分别于45DAJ时期氮素积累量达峰值，其中以T90A5和T120A5处理较高，分别为35.98和35.96kg/hm2，而叶片则以T120A5处理最高为71.32kg/hm2。氮肥追施水平单因素对30DAJ至75DAJ时期作用效果也极为显著，总体来看，茎秆+叶鞘+雄穂和叶片氮素积累量均表现为T120>T150>T90。不同时期追氮量分配比例对茎秆+叶鞘+雄穗和叶片的氮素积累量的影响在各取样时期均达显著水平(P<0.05)，其中在15DAJ时期表现为A1>A2>A4>A3>A5，30DAJ时期表现为A1>A3>A5>A2>A4，45DAJ至75DAJ时期表现为A5>A4>A3>A2>A1。
由图5还可以看出氮肥追施水平和不同时期追氮量分配比例二者交互效应极显著(P<0.01)的影响了45DAJ至75DAJ时期苞叶+穗轴及籽粒氮素积累量，不同处理下，玉米的苞叶+穗轴及籽粒氮素积累量随着生育进程的延续呈持续上升趋势，并在75DAJ时期达最大值，其中以T120A5处理表现最佳。氮肥追施水平单因素对各时期苞叶+穗轴及籽粒氮素积累具有极显著影响，总体表现为T120>T150>T90。不同时期追氮量分配比例单因素除对45DAJ时期籽粒氮素积累量影响不显著外，对其它时期苞叶+穗轴及籽粒氮素积累量影响均达极显著水平(P<0.05)，60DAJ和75DAJ时期均表现为A5>A4>A3>A2>A1。
2.4不同氮肥分期追施量对土壤剖面无机氮残留量的影响
从各土层剖面无机氮残留量分布(表6)可以看出，氮肥追施水平、不同时期追氮量分配比例二者互作效应对0～20、20～40、80～100cm土层影响达显著水平(P<0.05)。氮肥追施水平、不同时期氮肥追施比例单因素均极显著影响各土层无机氮残留量，随氮肥追施水平的增加，各土层及0～100cm土层无机氮残留量均表现为T150>T120>T90，其中T150处理显著高于T90、T120处理。各氮肥追施水平下，0～40cm土层无机氮残留量表现为A2>A4>A5>A3>A1，但A3、A4和A5间无明显差异；40～60cm土层无机氮残留量则以A3、A4和A5处理较高，显著高于A1和A2处理；60～100cm土层无机氮残留量则表现为A1>A2>A3>A4>A5，且A4和A5处理明显低于A1、A2和A3处理。总体来看，深层土壤无机氮残留量随前期氮肥追施比例的增加而升高，而浅层土壤则与之相反。尽管0～100cm土层无机氮总残留量以A1最低、A2处理最高，但A5处理更有利于土壤无机氮残留分布在表层土壤中，避免无机氮大量向深层移动、积累。
表6不同氮肥分期追施量对土壤剖面无机氮残留量的影响(kg/hm2)
注：同列不同字母表示差异达到0.05显著水平；*表示在0.05显著水平，**表示在0.01显著水平；下同。
2.5不同氮肥分期追施量对玉米氮素利用率的影响
由表7可以看出，除氮收获指数受氮肥追施水平、不同时期追氮量分配比例二者互作效应的影响不显著外，其它氮素利用效率指标受其影响均达极显著水平(P<0.01)。其中T120A5处理各项氮素利用效率指标均处于较优水平。
氮肥追施水平单因素对所有相关指标均具显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)影响。除土壤氮素依存率外，其余指标随氮肥追施水平的增加均呈先升高后降低的规律变化，其中T120处理氮素收获指数最高，其次为T150处理，分别显著高于T90处理8.57％和4.67％；T120处理下氮肥偏生产力、氮肥农学利用率、氮肥表观利用率亦表现最佳，分别为66.85kg/kg、27.63kg/kg和70.23％，显著高于T90、T150处理4.42和11.59kg/kg、10.41和11.96kg/kg，20.40％和27.60％；同时，土壤氮素依存率则随氮肥追施水平的增加，呈先下降再升高的变化趋势，T120处理土壤氮依存率最低，较T90、T150处理分别显著降低了5.5和17.3个百分点。
不同时期追氮量分配比例单因素对所有指标均有极显著(P<0.01)的影响。其中，氮肥偏生产力、农学利用率、表观利用率均表现为A5>A4>A3>A2>A1，其中A5处理氮肥偏生产力、农学利用率、表观利用率分别显著高于其它处理增高幅度达4.79％～36.36％、12.46％～183.49％、28.23％～142.98％；此外，A5处理土壤氮素依存率分别较A1、A2、A3、A4处理显著降低幅度达31.23％、23.78％、13.62％和11.35％。
表7不同氮肥分期追施量对玉米氮素利用率的影响
2.6不同氮肥分期追施量对玉米干物质积累量的影响
由图6可知，随玉米生育进程的推进，氮肥追施水平和不同时期追氮量分配比例二者交互作用仅极显著(P<0.01)的影响了75DAJ时期玉米干物质积累量，除T90A1处理在75DAJ时期略有下降外，其余处理组合玉米干物质积累量均成逐渐上升规律变化，分别于75DAJ时期达到峰值，其中以T120A5处理最高，玉米干物质积累量为31.59×103kg/hm2。
氮肥追施水平单因素极显著(P<0.01)的影响了45DAJ至75DAJ时期玉米干物质积累量，同时对15DAJ、30DAJ时期影响达显著水平(P<0.05)，随氮肥追施水平的增加，各时期玉米干物质积累量均表现为T120>T150>T90，其中15DAJ、30DAJ时期，T120处理仅与T90处理间差异显著，T120处理玉米干物质积累量分别较T90、T150处理高出4.81％和1.82％、4.39％和3.20％；45DAJ时期T120与T150处理玉米干物质积累量彼此间差异不显著，但二者均显著高于T90处理，较T90处理分别提高0.64×103kg/hm2，0.29×103kg/hm2；T120处理干物质积累量在60DAJ时期分别显著高于T90、T120处理5.44％，3.07％；75DAJ时期各处理间玉米干物质积累量差异均达显著水平。
从不同时期追氮量分配比例单因素来看，其对各时期玉米干物质积累量的影响均达极显著水平(P<0.01)，但不同时期各处理所表现的干物质积累量存在差异，其中15DAJ时期，A1处理玉米干物质积累量最高，且显著高于A2、A3、A4、A5处理20.45％、25.79％、39.02％、29.63％；30DAJ时期玉米干物质积累量表现为A1>A2>A5>A4>A3，除A1处理与A2处理彼此间差异不显著外，其余处理间差异均达显著水平，A1处理较其它处理增加0.42×103kg/hm2～2.79×103kg/hm2；45DAJ至75DAJ时期玉米干物质积累量表现为A5>A4>A3>A2>A1，且各处理间差异均达显著水平(P<0.05)，A5处理分别较其它处理增加9.69％～28.62％、6.64％～24.74％、1.26％～47.14％。

Claims (10)

1.一种寒地半干旱区玉米大垄双行膜下滴灌的水肥高效调控方法，包括如下步骤：
1)在大垄上施基肥，播种玉米时，先依次施用种肥、铺设滴灌带和地膜，最后打孔播种；
所述基肥、所述种肥均包括氮肥、磷肥和钾肥；
2)在步骤1)播种玉米后出苗前对土壤滴灌出苗水1次；
3)在所述玉米的10％～30％叶龄指数时期对所述土壤滴灌1次，并追施所述氮肥、所述磷肥和所述钾肥；
4)在所述玉米的40％～60％叶龄指数时期对所述土壤滴灌1次，并追施所述氮肥、所述磷肥和所述钾肥；
5)在所述玉米的70％～90％叶龄指数时期对所述土壤滴灌1次，并追施所述氮肥和所述磷肥；
6)在所述玉米的100％叶龄指数时期对所述土壤滴灌1次，并追施所述氮肥和所述磷肥；
7)在所述玉米吐丝后每隔10～20天对所述土壤滴灌1次，直至所述玉米收获。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述大垄的所处地区为寒地半干旱区；
所述氮肥包括尿素、磷酸一铵、磷酸二铵和硝酸钾中的至少一种；
所述磷肥包括磷酸一铵和/或磷酸二铵；
所述钾肥包括硫酸钾、硝酸钾、氯化钾和磷酸二氢钾中的至少一种；
所述大垄的垄底宽110～130cm，所述大垄的垄台高度为15～25cm，所述大垄的垄台宽度为70～90cm；
所述大垄上采用双行栽培方式播种所述玉米；
所述大垄的覆膜宽度为90～120cm。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：步骤1)中，所述基肥中氮肥中总氮量、磷肥中总磷量和钾肥中总钾量施用的质量份分别为全生育期施用总氮量的35～40份、总磷量的50～60份和总钾量的45～55份；
所述种肥中氮肥中总氮量、磷肥中总磷量和钾肥中总钾量施用的质量份分别为全生育期施用总氮量的3～6份、总磷量的8～12份和总钾量的13～17份；
所述基肥施用于垄台中央下方，深度为15～20cm；
所述种肥施用于播种行的侧下方，垄沟侧与种子的水平距离5～7cm、深9～10cm。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于：步骤2)中滴灌后土壤含水量达田间持水量的75％～85％；
步骤3)中，追施所述氮肥中总氮量、所述磷肥中总磷量和所述钾肥中总钾量的质量份分别为全生育期施用总氮量的15～21份、总磷量的10～15份、总钾量的11～15份，滴灌后土壤含水量达田间持水量的65％～75％；
步骤4)中，追施所述氮肥中总氮量、所述磷肥中总磷量和所述钾肥中总钾量的质量份分别为全生育期施用总氮量的9～15份、总磷量的5～10份、总钾量的11～15份，滴灌后土壤含水量达田间持水量的70％～80％。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于：步骤5)中，追施所述氮肥中总氮量、所述磷肥中总磷量和所述钾肥中总钾量的质量份分别为全生育期施用总氮量的15～21份、总磷量的5～10份、总钾量的11～15份，滴灌后土壤含水量达田间持水量的75％～85％；
步骤6)中，追施所述氮肥中总氮量和所述磷肥中总磷量的质量份分别为全生育期施用总氮量的9～15份、总磷量的10～15份，滴灌后土壤含水量达田间持水量的75％～85％；
步骤7)中，每次滴灌后土壤含水量达田间持水量的70％～80％。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于：步骤2)-7)中，每次滴灌的灌水量按照如下式Ⅰ进行计算：
m＝0.1×(β适-β实)×γ×H×p 式Ⅰ
式Ⅰ中：m为灌水定额，mm；β适、β实分别为滴灌后的土壤适宜田间持水量和滴灌前的土壤实际田间持水量，均以干重的质量百分含量计；γ为土壤干容重，t/m3；H为土壤计划湿润层深度，m；p为滴灌设计土壤湿润比，％。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于：步骤2)-6)中，1次滴灌延续时间(t)按照如下式Ⅱ进行计算：
t＝(m×Sr×Se)/(η×q) 式Ⅱ
式Ⅱ中：t为1次灌溉延续时间，h；m为计划灌水定额，mm；Sr为毛管间距，m；Se为毛管滴头间距，m；q为滴头流量，L/h；η为滴灌水利用系数。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于：所述式Ⅰ中，H为0.3～0.5m，p为60％～70％；
所述式Ⅱ中，当所述大垄的垄底宽为110cm时，Sr为1.1m；当所述大垄的垄底宽为130cm时，Sr为1.3m；
Se为0.3～0.4m；q为2.0～2.5L/h；η为0.9～0.95。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的方法，其特征在于：步骤3)-5)中，追施采用压差式施肥罐进行，每次滴灌过程按照如下模式：前1/4时间滴灌清水，中间1/2时间将所需肥料充分溶于施肥罐中随水施入，后1/4时间滴灌清水冲洗管道。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的方法，其特征在于：所述步骤1)中基肥还包括锌肥；
步骤4)中，还包括追施硼肥的步骤。
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