李前，秦裕波，尹彩俠，孔麗麗，王蒙，侯云鵬，孫博，趙胤凱，徐晨，劉志全

滴灌施肥模式對玉米產(chǎn)量、養(yǎng)分吸收及經(jīng)濟效益的影響

李前，秦裕波，尹彩俠，孔麗麗，王蒙，侯云鵬，孫博，趙胤凱，徐晨，劉志全*

吉林省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部東北植物營養(yǎng)與農(nóng)業(yè)環(huán)境重點實驗室，長春 130033

【目的】通過研究不同滴灌施肥模式對玉米產(chǎn)量、養(yǎng)分吸收、土壤氮素平衡、水分利用效率及經(jīng)濟效益的影響，以期為吉林省半干旱區(qū)滴灌玉米的生產(chǎn)提供理論依據(jù)。【方法】于2018—2019年在吉林省松原市民樂村進行田間試驗，設置5個處理，即覆膜滴灌水肥一體化（DFM）、淺埋滴灌水肥一體化（DF）、淺埋滴尿素處理（DIU）、淺埋滴水處理（DI）和農(nóng)民習慣施肥處理（FP），于玉米拔節(jié)期、大喇叭口期、吐絲期、灌漿期和成熟期采集植株樣品，分為莖稈、葉片和籽粒三部分，測定干物質(zhì)積累量及氮、磷、鉀含量，分析玉米關鍵生育時期植株養(yǎng)分吸收利用特性。在玉米播種前和收獲后采集0—100 cm土層土樣分析土壤氮素平衡情況，采集玉米播種前和收獲后0—200 cm土層土樣測定土壤含水量，分析玉米水分利用效率?！窘Y果】滴灌施肥處理（DFM、DF、DIU和DI）兩年玉米的平均產(chǎn)量顯著高于農(nóng)民習慣施肥處理10.3%—20.6%，在干旱年份（2018年）的增產(chǎn)幅度（13.7%—27.9%）大于多雨年份（2019年）的增產(chǎn)幅度（7.2%—13.7%），還提高了成熟期玉米氮、磷、鉀積累量，提高幅度分別為15.7%—31.7 %（＜0.05）、11.0%—35.6%（＜0.05）和5.2%—20.9%，尤其提高了吐絲后氮、磷、鉀的吸收量，分別提高63.1%—95.2%（＜0.05）、11.6%—63.0%和40.0%—110.0%（＜0.05）；水分利用效率顯著提高了21.8%—33.9%，降低氮素表觀損失量13.8%—92.0%。覆膜滴灌（DFM）與淺埋滴灌（DF）處理相比，在干旱年份顯著提高了玉米產(chǎn)量和水分利用效率，而在多雨年份差異不顯著，覆膜滴灌顯著降低了土壤氮素表觀損失量74.2%，二者凈收益無顯著性差異，DFM處理的產(chǎn)投比顯著低于DF處理。在淺埋滴灌條件下，DF處理與DIU處理間的玉米產(chǎn)量、氮素表觀損失量和水分利用效率差異均不顯著；DF處理成熟期的干物質(zhì)積累量和磷鉀積累量顯著高于DIU處理；DF處理與DIU處理的凈收益和產(chǎn)投比均無顯著性差異；DI處理在干旱年份的玉米產(chǎn)量顯著高于FP處理13.7%，在多雨年份并不顯著，還顯著提高了成熟期的氮磷積累量和吐絲后的氮鉀積累量，DI處理的凈收益與FP處理無顯著性差異，但產(chǎn)投比顯著低于FP處理。【結論】滴灌施肥模式在半干旱區(qū)可提高玉米產(chǎn)量、成熟期氮磷鉀積累量和水分利用效率，降低土壤氮素表觀損失量，在干旱年份效果顯著。覆膜滴灌技術在干旱年份優(yōu)勢大于淺埋滴灌，但產(chǎn)投比顯著低于淺埋滴灌技術。淺埋滴尿素模式的產(chǎn)量、水分利用效率、凈收益和產(chǎn)投比與淺埋滴灌水肥一體模式相比均無顯著性差異，成本較低的淺埋滴尿素模式簡化了生產(chǎn)環(huán)節(jié)，還可達到一定的增產(chǎn)效果。綜上所述，在本試驗條件下，淺埋滴尿素模式是適宜吉林省半干旱區(qū)玉米生產(chǎn)的滴灌施肥技術。

滴灌施肥；玉米；產(chǎn)量；養(yǎng)分吸收；水分利用效率；經(jīng)濟效益

0 引言

【研究意義】吉林省作為玉米的主產(chǎn)省和國家重要的商品糧生產(chǎn)基地，截至2019年，全省玉米播種面積占糧食播種面積的比重達到74.8%[1]。吉林省西部半干旱區(qū)作為吉林省糧食主要生產(chǎn)潛力區(qū)，春旱和降水不均一直威脅著該區(qū)玉米生產(chǎn)的穩(wěn)定性[2]。2015 年11月，國家農(nóng)業(yè)部出臺了《關于“鐮刀彎”地區(qū)玉米結構調(diào)整的指導意見》，吉林西部作為調(diào)減的主要地區(qū)，如何利用有限的資源保證糧食安全已成為亟需解決的問題。滴灌作為一種先進的節(jié)水灌溉技術，可有效解決玉米生產(chǎn)中生育期補水和追肥的問題[3-4]，近年來滴灌技術在干旱地區(qū)被廣泛應用，但在大田作物生產(chǎn)應用中存在許多問題，投入的成本沒有帶來相應的經(jīng)濟回報，缺乏實用高效、經(jīng)濟可行的滴灌施肥模式的深入研究。因此，研究適合吉林半干旱區(qū)最優(yōu)的玉米滴灌施肥技術模式，對東北西部半干旱區(qū)玉米的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)和可持續(xù)綠色發(fā)展具有重要的意義?！厩叭搜芯窟M展】目前，滴灌技術在不同地區(qū)應用的形式有所不同，常見的玉米滴灌方式有膜下滴灌和淺埋滴灌。膜下滴灌可提高玉米生育前期土壤溫度，提高玉米產(chǎn)量和水分利用效率[5-6]，有效解決了東北春播時氣溫低、幼苗期倒春寒及春旱的現(xiàn)象，有顯著的增產(chǎn)效果[7]。淺埋滴灌技術是近年來在內(nèi)蒙古地區(qū)探索研究的一種水肥高效滴灌技術，將滴灌帶覆土3—5 cm，解決了膜下滴灌玉米生育后期早衰、殘膜污染及秸稈還田難等問題[8]。該技術可提高化肥生產(chǎn)率 20.9%，減少化肥用量17.3%，減少地膜使用成本750元/hm2[9]。在滴灌的基礎上，不同的施肥灌溉方法對于玉米產(chǎn)量、養(yǎng)分吸收利用的影響較大[10]。根據(jù)玉米的養(yǎng)分和水分的需求規(guī)律，通過調(diào)整灌溉頻率和施肥用量等策略促進植株生長。有研究表明，少量多次的高頻施肥可延長生殖生長活躍周期，促進玉米生育后期生長，減少養(yǎng)分流失，提高肥料利用率和水分利用效率[11-12]。【本研究切入點】近年來，前人對于滴灌玉米的研究大多集中在滴灌技術的水肥調(diào)控[13-14]、施肥水平與施用方法[15-17]，提高玉米產(chǎn)量和水分利用率[18-19]等方面，對于不同的滴灌栽培模式也做相應的研究[20-21]，但是農(nóng)戶在滴灌和施肥技術的選擇上仍缺乏因地制宜的科學根據(jù)，例如：覆膜滴灌與不覆膜滴灌技術的效果是否有較大的差異？磷鉀肥分次滴施是否具有增產(chǎn)的效果？或許在當前生產(chǎn)條件下只補充水分就能夠達到理想的增產(chǎn)結果？欠缺對滴灌施肥技術科學理論和實用高效性的深入研究?！緮M解決的關鍵問題】本文通過研究幾種滴灌施肥模式對玉米產(chǎn)量、養(yǎng)分吸收利用、土壤氮素平衡、水分利用效率及經(jīng)濟效益的影響，旨在建立適宜吉林省半干旱區(qū)水肥高效技術模式，為吉林省半干旱區(qū)滴灌技術的應用和推廣提供重要的參考價值和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2018—2019年在吉林省松原市寧江區(qū)大洼鎮(zhèn)民樂村（東經(jīng)124.33°，北緯43.51°）開展，該試驗區(qū)屬溫帶大陸性季風氣候，2018 和2019年玉米生育期內(nèi)積溫分別為2 997和2 905℃，降雨量分別為346和456 mm（圖1）。試驗地土壤類型為黑鈣土，質(zhì)地為砂壤，播前0—20 cm土層的基本理化性質(zhì)為：有機質(zhì)含量23.8 g·kg-1、水解氮93.24 mg·kg-1、有效磷35.40 mg·kg-1、速效鉀88.72 mg·kg-1、pH 6.82。

圖1 2018年和2019年降雨量和平均氣溫

1.2 試驗設計

試驗共設置5個處理，分別為覆膜滴灌水肥一體化（DFM），白色透明塑料膜覆蓋在玉米及滴灌帶之上，30%的氮肥和50%的磷鉀肥作底肥施入，剩余肥料在后期分4次隨水進行滴灌施肥；淺埋滴灌水肥一體化（DF），30%的氮肥和50%的磷鉀肥作底肥施入，剩余肥料在后期分4次隨水進行滴灌施肥；淺埋滴尿素（DIU），將30%的氮肥和100%的磷鉀肥作底肥施入，剩余70%氮肥進行分4次隨水滴灌追施；淺埋滴水（DI），全部肥料一次性作底肥施入，后期進行4次滴水；農(nóng)民習慣施肥處理（FP），全部肥料一次性作底肥施入，播種后灌溉一次，生育期不進行補灌。具體施肥措施見表1。重復3次。試驗分別于 2018 年5月6日、2019年5月7日播種，2018年9月20日、2019年9月27日收獲。供試玉米品種為翔玉998，種植密度為 7.0萬株/hm2。

表1 滴灌施肥策略

>DFM：覆膜滴灌水肥一體化處理，簡稱覆膜滴灌；DF：淺埋滴灌水肥一體化處理，簡稱淺埋滴灌；DIU：淺埋滴尿素處理；DI：淺埋滴水處理；FP：農(nóng)民習慣施肥處理，簡稱農(nóng)民習慣。下同

DFM: Drip fertigation with plastic film; DF: Shallow buried drip fertigation; DIU: Shallow buried drip fertigation urea; DI: Shallow buried drip irrigation; FP: Farmer practices.The same as below

所有處理的氮磷鉀施肥量相同，灌水量相同。肥料用量N-P2O5-K2O為210-90-90 kg?hm-2；肥料種類：農(nóng)民習慣（FP）及淺埋滴水處理（DI）采用施美瑞緩釋復合肥（N-P2O5-K2O： 25-11-11），水肥一體化處理（DFM和DF處理）的基肥采用尿素（N 46%），磷酸二銨（（N-P2O5-K2O：18-46-0），氯化鉀（K2O 60%），追肥采用尿素（46%），水溶性肥磷酸一銨（N-P2O5-K2O：12-61-0）和水溶性氯化鉀（K2O 60%）。

2018 年所有滴灌施肥處理的灌水量為115 mm，具體分配為出苗水20 mm，拔節(jié)期和大喇叭口期分別灌水25 mm，吐絲期和灌漿期分別灌水22.5 mm，農(nóng)民習慣處理灌水量為 90 mm，為漫灌出苗水。2019 年灌水量為80 mm，具體分配為出苗水20 mm，拔節(jié)期和大喇叭口期分別灌水20 mm，吐絲期和灌漿期分別灌水10 mm，農(nóng)民習慣處理兩年灌水量均為90 mm。

試驗小區(qū)長10 m，寬3.6 m，面積36 m2，試驗采用大壟雙行栽培模式，窄行間距為40 cm，寬行間距為80 cm，滴灌帶在播種時鋪設在窄行中間，滴灌帶內(nèi)徑16 mm，滴頭間距30 cm。覆膜滴灌處理小區(qū)在施肥播種后人工覆膜，一膜一壟。試驗水源采用地下井水，每小區(qū)各接一個獨立施肥罐，施肥時按各小區(qū)所需肥量分別加入施肥罐中，將施肥罐充滿水，充分攪拌，使其完全溶解，扣緊罐蓋，施肥前先滴清水30 min，然后打開施肥罐閥滴肥，施肥后繼續(xù)滴清水30 min。

1.3 測定方法

干物質(zhì)積累量和氮磷鉀累積量：取樣時期分別為拔節(jié)期（V8）、大喇叭口期（V12）、吐絲期（R1）、灌漿期（R3）和成熟期（R6），每小區(qū)在一行選取3株具有代表性的玉米。分為葉片、莖稈和籽粒3部分，測定各時期植株氮磷鉀養(yǎng)分含量，樣品采用H2SO4-H2O2消煮后，全氮采用凱氏定氮法測定，全磷采用鉬銻抗比色法測定，全鉀采用火焰光度計測定。

土壤硝態(tài)氮含量：在播種前和收獲后，用土鉆在每小區(qū)取0—100 cm 土層的土樣，每20 cm一層，用環(huán)刀法測定每一土層容重。每個小區(qū)隨機取5點，將土壤樣品混勻后，放于-20 ℃冰箱保存。用流動注射分析儀測定其硝態(tài)氮含量。根據(jù)各層土壤容重將硝態(tài)氮含量換算成0—100 cm土體的硝態(tài)氮含量。

成熟期產(chǎn)量：每小區(qū)劃定20 m2收獲全部玉米果穗，自然風干后測定標準含水量（14%）的產(chǎn)量，測定收獲穗數(shù)、穗粒數(shù)、百粒重。

土壤含水量及玉米耗水量：在播種前和收獲后，用土鉆在每小區(qū)取0—200 cm土層的土樣，進行20 cm分層后，用烘干法計算土壤含水量，根據(jù)作物蒸散量的計算采用農(nóng)田水分平衡方程。

耗水量（ET，mm）=降雨量+灌溉量±（生育期初始貯水量-生育期末貯水量）[22]（1）

氮素表觀損失量（N apparent loss，kg?hm-2）=施氮量+土壤起始NO3-含量-作物收獲氮移走量-收獲土壤NO3-含量[23]（2）

水分利用效率（water use efficiency，kg?m-3）=產(chǎn)量/作物耗水量 （3）

總投入（total input，元/hm2）= 化肥成本+滴灌帶、地膜成本+水、電人工費+機械和農(nóng)藥成本 （4）

凈收益（net income，元/hm2）=玉米收益-總投入（5）

產(chǎn)投比（benefit/cost ratio）=玉米收益/總投入（6）

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用 Microsoft Excel 2013 進行統(tǒng)計分析，所有數(shù)據(jù)用 SAS統(tǒng)計分析程序進行方差分析和差異顯著性檢驗，最小顯著極差法（LSD 法）進行多重比較，顯著性水平＜0.05，使用 Microsoft Excel 2013 軟件作圖。

2 結果

2.1 不同滴灌施肥模式對玉米產(chǎn)量及構成因素的影響

由表2可知，滴灌施肥模式對玉米產(chǎn)量、穗粒數(shù)和百粒重有顯著影響，對收獲穗數(shù)沒有顯著影響，穗粒數(shù)和百粒重年際間存在差異；年份與滴灌施肥模式的交互作用對產(chǎn)量、收獲穗數(shù)和穗粒數(shù)沒有顯著性影響，對百粒重有顯著性影響。DFM處理的產(chǎn)量在2018年顯著高于DF處理6.5%，在2019年差異并不顯著。從產(chǎn)量構成因素來看，2018年的DFM處理的穗粒數(shù)顯著高于DF處理，2019年DFM處理的穗粒數(shù)和百粒重均與DF處理的無顯著性差異，但DFM處理均高于DF處理。DF、DIU和DI處理間兩年的產(chǎn)量、穗粒數(shù)和穗數(shù)均無顯著性差異；DI處理2018年的產(chǎn)量顯著高于FP處理13.7%，在2019年差異不顯著，2018年DI處理的穗粒數(shù)和百粒重均顯著高于FP處理4.5%和6.9%，2019年DI處理的穗粒數(shù)顯著高于FP處理。

綜合來說，滴灌施肥處理（DFM、DF、DIU和DI）的兩年平均產(chǎn)量均顯著高于農(nóng)民習慣處理，分別增產(chǎn)20.6%、15.6%、12.8%和10.3%，干旱年份（2018年）的增產(chǎn)幅度（13.7%—27.9%）大于多雨年份（2019年）的增產(chǎn)幅度（7.2%—13.7%）。從產(chǎn)量構成因素來看，主要是提高了穗粒數(shù)和百粒重，百粒重的增加幅度大于穗粒數(shù)的增加幅度。

2.2 不同滴灌施肥模式對玉米干物質(zhì)積累的影響

從表3可知，玉米在各生育時期的干物質(zhì)積累量年際間均有顯著性差異，不同滴灌施肥模式顯著影響玉米的干物質(zhì)積累量，年份與滴灌施肥模式的互作對干物質(zhì)積累量無顯著性影響（除拔節(jié)期外）。這說明，滴灌施肥模式在不同年份對玉米干物質(zhì)積累量的影響趨勢是一致的。DFM處理拔節(jié)期的干物質(zhì)積累量顯著大于DF處理，在之后的各生育時期干物質(zhì)積累均無顯著性差異；DF處理與DIU處理相比，成熟期的干物質(zhì)積累量顯著提高；DI處理吐絲期后的干物質(zhì)積累量顯著大于FP處理，吐絲期前無顯著性差異。

表2 不同滴灌施肥模式對玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構成因素的影響

表內(nèi)同一列數(shù)字后不同字母表示處理間差異顯著（＜0.05）。*表示0.05顯著水平；**表示0.01顯著水平； NS表示不顯著。表3、表4、表6同

Different letters in the same column denote significant difference at＜0.05 probability levels between treatments.* Significant at the 0.05 probability level; ** Significant at the 0.01 probability level; NS: Not significant at the 0.05 probability level.The same as Table 3, Table 4 and Table 6

表3 不同滴灌施肥模式對玉米干物質(zhì)動態(tài)積累的影響

綜合來說，滴灌施肥處理（DFM、DF、DIU和DI）吐絲后的干物質(zhì)積累量顯著大于農(nóng)民習慣處理，灌漿期提高幅度為3.5%—9.8%，成熟期提高幅度為4.4%—11.4%。

2.3 不同滴灌施肥模式對養(yǎng)分累積的影響

從表4可知，滴灌施肥模式對吐絲期、成熟期以及吐絲后的氮磷鉀積累量均有顯著的影響，年份與滴灌施肥模式間的交互作用對吐絲期磷素積累有顯著影響，其余均無顯著影響。滴灌施肥處理（DFM、DF、DIU和DI）的成熟期的氮磷鉀含量高于FP處理，提高幅度分別為15.7%—31.7%（＜0.05）、11.0%—35.6%（＜0.05）和5.2%—20.9%；還提高吐絲后氮磷鉀的積累量，提升幅度分別為63.1%—95.2%（＜0.05）、11.6%—63.0%和40.0%—110.0%（＜0.05）。DFM處理與DF相比，顯著增加了吐絲期的磷鉀積累量和成熟期的磷積累量；DF處理與DIU相比，顯著提高了成熟期的磷鉀積累量和吐絲期后磷鉀積累量；DI處理與FP處理相比，顯著提高了成熟期的氮磷積累量和吐絲后的氮鉀積累量。

表4 不同滴灌施肥模式對玉米養(yǎng)分累積的影響

2.4 不同滴灌施肥模式對土壤氮素平衡的影響

由表5可知，不同施肥模式對收獲時0—100 cm土壤剖面的硝態(tài)氮含量和氮素表觀損失有顯著影響。從2019年收獲后土壤殘留的硝態(tài)氮含量來看，F(xiàn)P處理最大，與DFM和DIU處理相比沒有顯著性差異；從兩年總氮吸收量來看，DFM、DF、DIU和DI顯著高于FP處理，分別高出18.0%、14.2%、10.2%和3.7%；滴灌施肥處理（DFM、DF、DIU和DI）與FP處理相比，降低13.8%—92.0%的氮素表觀損失量；DFM處理的氮素表觀損失量與DF處理相比，顯著降低74.2%，DF處理與DIU處理間差異不顯著；DI處理與FP處理之間的氮素表觀損失量無顯著性差異。

表5 不同滴灌施肥模式對土壤氮素表觀損失的影響

表內(nèi)同一列數(shù)字后不同字母表示處理間差異顯著（＜0.05）

Different letters in the same column denote significant difference at＜0.05 probability levels between treatments

2.5 不同滴灌施肥模式對玉米耗水量及水分利用效率的影響

表6可以看出，滴灌施肥模式、年份、模式與年份之間的交互作用對耗水量及水分利用效率有顯著性影響。滴灌施肥處理（DFM、DF、DIU和DI）的兩年平均水分利用效率顯著高于FP處理，提高幅度為21.8%—33.9%。在2018年，DFM處理的耗水量顯著低于DF處理，其水分利用率顯著高于DF。在2019年耗水量和水分利用效率均無顯著性差異。DF、DIU和DI處理間的水分利用效率無顯著性差異；DI處理兩年的水分利用效率均顯著高于FP處理，在干旱年（2018）份耗水量顯著低于FP處理，在多雨年份（2019）不顯著。

2.6 不同滴灌施肥模式對經(jīng)濟效益的影響

從表7經(jīng)濟效益分析來看，各施肥模式的投入成本排序為DFM＞DI＞DF＞DIU＞FP，兩年平均的凈收益排序為DF＞DIU＞DFM＞FP＞DI，兩年平均的產(chǎn)投比排序為DIU＞DF＞FP＞DFM＞DI。2018年DFM、DF和DIU處理的凈收益顯著高于FP處理，增收1 954—2 248 元/hm2，提高幅度為22.2%—25.6%，2019年的增收幅度較小3.9%—9.2%。DFM處理與DF相比，兩年的產(chǎn)投比值均顯著降低，凈收益無顯著性差異；DF和DIU處理的凈收益和產(chǎn)投比均顯著大于DI處理，DF與DIU處理的凈收益和產(chǎn)投比值之間均無顯著性差異；DI處理的凈收益與FP處理無顯著性差異，但是兩年的產(chǎn)投比值均低于FP處理。

表6 不同滴灌施肥模式對玉米耗水量及水分利用效率的影響

表7 不同滴灌施肥模式經(jīng)濟效益分析

表內(nèi)同一列數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間差異顯著（＜0.05）?；蕛r格：尿素1 700元/t，磷酸二銨2 600元/t，氯化鉀2 500元/t，水溶性磷酸一銨5 200元/t，水溶性氯化鉀5 000元/t，緩釋肥3 200元/t。玉米價格1.6元/kg

Different letters in the same column denote significant difference at＜0.05 probability levels between treatments.Price of fertilizer: 1 700 yuan/t for urea, 2 600 yuan/t for diammonium phosphate, 2 500 yuan/t for potassium chloride, 5 200 yuan/t for monoammonium phosphate, 5 000 yuan/t for potassium chloride, 3 200 yuan/t for slow-release fertilizer, and 1.6 yuan/kg for maize

3 討論

大量研究表明，滴灌是一種提高水肥利用率、作物干物質(zhì)及產(chǎn)量的有效方法[24]，但是滴灌技術會因土壤類型、氣候條件和作物而產(chǎn)生不同的效果[25-26]。王激清等[27]在冀西北地區(qū)的研究結果表明，以水肥一體化為核心的管理措施與傳統(tǒng)方式相比，玉米產(chǎn)量顯著提高，且降低了土壤硝態(tài)氮的淋洗的風險。本研究結果表明，滴灌施肥處理（DFM、DF、DIU和DI）的玉米產(chǎn)量和成熟期玉米氮磷鉀積累量均高于農(nóng)民習慣處理，提高幅度分別為10.3%—20.6%、15.7%—31.7%（＜0.05）、11.0%—35.6%（＜0.05）和5.2%— 20.9%，尤其提高了吐絲后氮磷鉀的吸收量，其提高幅度分別為63.1%—95.2%（＜0.05）、11.6%—63.0%和40.0%—110.0%（＜0.05）；水分利用效率提高了21.8%—33.9%，氮素表觀損失量降低了13.8%— 92.0%。滴灌施肥技術提高了作物水分和養(yǎng)分的吸收效率，而且分次滴施氮肥降低土壤-作物系統(tǒng)中氮肥盈余，減少氮素表觀損失，降低了土壤中硝態(tài)氮向深層土壤的遷移量[28-29]。

3.1 覆膜滴灌與淺埋滴灌

前人對于覆膜滴灌和淺埋滴灌的優(yōu)劣存在分歧。ZHANG等[30]的研究表明，覆膜滴灌與不覆膜滴灌處理相比，產(chǎn)量提高5.9%—8.8%，水分利用效率提高10.7%—13.1%。而楊恒山等[31]的結果認為淺埋滴灌與膜下滴灌相比，可顯著提高玉米產(chǎn)量和灌溉水利用效率。李金琴等[32]研究發(fā)現(xiàn)，淺埋滴灌與膜下滴灌在灌水量相同時產(chǎn)量相當。在本研究中，2018年的降水量為346 mm，屬于干旱年份，2019年的降水量為456 mm，屬于多雨年份。膜下滴灌（DFM）與淺埋滴灌（DF）相比，在干旱年份顯著提高玉米產(chǎn)量和水分利用效率，但是多雨年份不顯著；從產(chǎn)量構成因素來看，主要是顯著增加了穗粒數(shù)，從而達到增產(chǎn)效果；水分利用效率的提高是降低了玉米的耗水量；從養(yǎng)分吸收來看，玉米成熟期DFM處理的氮磷鉀積累量均高于DF處理，磷素積累量達到顯著水平。這主要是由于覆膜具有提高玉米生育前期土壤溫度和含水量的作用，這會促進磷在土壤中的擴散，增加玉米對于磷素的吸收，為生育后期的生長奠定了基礎。DFM與DF處理相比還顯著降低74.2%的氮素表觀損失量，其原因是覆膜后土壤溫度在加快有機氮礦化、增加無機氮累積的同時，也促進了作物的生長發(fā)育和根系吸收能力[33-34]。本文與楊恒山等[31]的結果不同，其原因是試驗兩年的降水量分別為399.7和453.3 mm，兩種模式的灌溉量為315 mm，施氮量為275 kg?hm-2，處于一個水肥比較富足的條件，極有可能造成膜下玉米的早衰，使淺埋滴灌的增產(chǎn)效果要優(yōu)于膜下滴灌。本文中，在2018和2019年的灌溉量分別為115和80 mm，施氮量為210 kg?hm-2，在干旱年份的淺埋滴灌下灌溉量稍顯不足，增加灌溉量和施氮量可能會縮小淺埋滴灌與覆膜滴灌之間的產(chǎn)量差距，這需要后續(xù)進一步研究。

3.2 滴灌條件下不同施肥方法

研究表明，滴灌條件下，部分磷肥在生育后隨水追施可顯著增加作物產(chǎn)量，提高磷肥利用率[35-36]。磷肥少量多次施于土壤中，其磷的有效性、移動性和溶解性等均明顯優(yōu)于基肥一次施入，并能顯著提高作物對磷的吸收[37]。對于鉀肥的施用方法有分歧，一些學者認為，鉀肥基施增產(chǎn)效果優(yōu)于拔節(jié)期和大喇叭口期追施[38-39]，也有研究表明，滴灌條件下鉀肥基追施用優(yōu)于鉀肥一次性基施[40]。本文結果表明，DF處理（淺埋滴氮磷鉀）與DIU處理（淺埋滴尿素）相比，玉米成熟期的干物質(zhì)積累量和磷鉀積累量DF處理顯著高于DIU，在生育期分次滴施磷鉀肥可促進吐絲后期對磷鉀的吸收。二者的產(chǎn)量、氮素表觀損失量和水分利用效率差異均不顯著。其原因可能是試驗區(qū)的土壤速效磷含量為33.1 mg?kg-1，磷肥施用量為90 kg?hm-2，根據(jù)張寬等[41]對吉林淡黑鈣土的磷素豐缺分級，本試驗地塊土壤屬于富磷土壤，適宜磷肥施用量在60—90 kg?hm-2，在富磷土壤滴灌分次施用磷肥增產(chǎn)效果不顯著。

DI處理和FP處理的施肥量和施用方式相同，都是緩控釋復合肥在播種前一次性施用，滴水處理在干旱年份的效果尤為顯著，DI處理2018年的產(chǎn)量和水分利用效率顯著高于FP處理13.7%和34.3%，在2019年，DI與FP處理的產(chǎn)量無顯著性差異，但DI的水分利用效率顯著高于FP。DI處理還顯著提高了成熟期的氮磷積累量和吐絲后的氮鉀積累量，其中可能的原因是緩控釋肥在土壤水分充足的條件下釋放充分，在干旱年份釋放不完全，不能滿足玉米生長的需求，即使在多雨年份，優(yōu)化的水分管理也能促進植株對養(yǎng)分的吸收進而提升產(chǎn)量。這與WU等[42]等的研究結果一致，水分優(yōu)化管理（DI）在干旱年份具有顯著的增產(chǎn)效果，而在多雨年份效果不顯著。

3.3 滴灌施肥技術的經(jīng)濟效益評價

經(jīng)濟效益是不同水肥技術優(yōu)劣的最終體現(xiàn), 也是衡量其可持續(xù)發(fā)展的重要指標。滴灌施肥的投入設備和水溶肥的成本較高，但在干旱多發(fā)、規(guī)?；?jīng)營的地區(qū)應用得當，可獲得較好的經(jīng)濟效益和盈利能力。李經(jīng)緯等[43]和GENG等[44]的研究結果認為覆膜滴灌雖然在玉米產(chǎn)量、養(yǎng)分和水分利用效率等方面均高于淺埋滴灌，但是經(jīng)濟效益之間無差異，甚至低于淺埋滴灌。綜合環(huán)境效益分析，持續(xù)的覆膜會對環(huán)境造成一定的影響，淺埋滴灌是當前種植技術條件下適合農(nóng)民的施肥方法，覆膜滴灌可在解決地膜污染問題和進一步優(yōu)化施肥策略之后成為未來農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的有效措施。在本研究中，覆膜滴灌的產(chǎn)投比顯著低于淺埋滴灌，在多雨年份甚至低于FP處理，DI處理的產(chǎn)投比顯著低于FP處理，因此不推薦使用覆膜滴灌和淺埋滴水模式；DF和DIU的凈收益和產(chǎn)投比均無顯著性差異，成本較低的DIU處理簡化生產(chǎn)環(huán)節(jié)，還可達到一定的增產(chǎn)效果，是值得推薦的滴灌施肥方法。可以看出，在降水豐富的年份，滴灌施肥技術的優(yōu)勢并不突出，其高成本很難通過提高玉米產(chǎn)量來平衡，根據(jù)目前玉米生產(chǎn)的成本、價格以及當?shù)剞r(nóng)戶的產(chǎn)量水平，本試驗推薦的淺埋滴尿素模式的產(chǎn)量為10 884 kg?hm-2時，可達到盈利水平，達到11 481 kg?hm-2以上時，產(chǎn)投比高于農(nóng)民習慣，達到更佳的經(jīng)濟效益。

4 結論

在吉林省半干旱地區(qū)，與農(nóng)民習慣相比，滴灌施肥技術顯著提高玉米的產(chǎn)量、水分利用效率、干物質(zhì)積累量、成熟期氮磷鉀積累量及吐絲后氮磷鉀積累量，降低氮素表觀損失量。覆膜滴灌模式在干旱年份優(yōu)勢大于淺埋滴灌技術，但產(chǎn)投比顯著低于淺埋滴灌模式。淺埋滴尿素模式的玉米產(chǎn)量、水分利用效率、凈收益和產(chǎn)投比與淺埋水肥一體模式相比均無顯著性差異，淺埋滴尿素模式生產(chǎn)成本低，還可達到一定的增產(chǎn)效果。綜合玉米生產(chǎn)現(xiàn)狀和經(jīng)濟效益，淺埋滴尿素模式更適宜于吉林省半干旱地區(qū)。

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Effect of Drip Fertigation Mode on Maize Yield, Nutrient Uptake and Economic Benefit

LI Qian, QIN YuBo, YIN CaiXia, KONG LiLi, WANG Meng, HOU YunPeng, SUN Bo, ZHAO YinKai, XU Chen, LIU ZhiQuan*

Institute of Agricultural Resources and Environment, Jilin Academy of Agricultural Sciences/ Key Laboratory of Plant Nutrition and Agro-Environment in Northeast Region, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Changchun 130033

【Objective】 To study the effects of different drip fertigation modes on maize yield, nutrient absorption, soil nitrogen balance, water use efficiency and economic benefits, in order to provide a theoretical basis for drip irrigation maize production in semi-arid area of Jilin province.【Method】Field experiment was carried out in Minle Village of Jilin Province for 2018-2019.Five treatments were set up: drip fertigation with plastic film (DFM), shallow buried drip fertigation (DF), shallow buried drip fertigation urea (DIU), shallow buried drip irrigation (DI), and farmer practices (FP).We collected plant samples at jointing stage, bell stage, silking stage, filling stage and mature stage, divided into stem, leaf and grain parts, measured the shoot dry matter weight and the contents of nitrogen, phosphorus and potassium, respectively.Based on these data, the nutrient absorption were calculated or evaluated.The soil samples from 0-100 cm soil depth were respectively collected before sowing and after harvest of maize to study soil nitrogen balance．The soil samples from 0-200 cm soil depth were respectively collected before sowing and after harvest of maize to study water use efficiency.【Result】The maize yield of drip fertigation treatments (DFM, DF, DIU and DI) were higher than farmers' conventional treatment 10.3%-20.6%, the rate of yield increase in the dry year (2018) (13.7%-27.9%) was higher than that in the rainy year (2019) (7.2%-13.7%), meanwhile, the accumulation of nitrogen, phosphorus and potassium in mature stage was increased by 15.7%-31.7%（＜0.05）, 11.0%-35.6% (＜0.05) and 5.2%-20.9%, especially increased the nitrogen, phosphorus and potassium uptake after silking by 63.1%-95.2% (＜0.05), 11.6%-63.0% and 40.0%-110.0% (＜0.05); it also significantly increased the water use efficiency (WUE) by 21.8%-33.9% and decreased the apparent nitrogen loss by 13.8%-92.0%.Compared with shallow buried drip fertigation (DF), DFM treatment increased the yield and water use efficiency in dry years, but differences were not significant in rainy years, DFM treatment significantly reduced soil nitrogen apparent loss by 74.2%, but there was no significant difference in net income between in two treatments, and the benefit/cost ratio of DFM treatment was lower than that of DF treatment significantly.Under shallow buried drip irrigation, there were no significant differences in maize yield, nitrogen apparent loss and water use efficiency between DF and DIU treatments.However, the accumulation of dry matter and P and K in DF treatment at mature stage were significantly higher than those in DIU treatment.There was no significant difference between DF treatment and DIU treatment in net income and benefit/cost ratio.The maize yield of DI treatment was 13.7% higher than that of FP treatment in dry years, but not significantly in rainy years.It also significantly increased N and P accumulation at mature stage and N and K accumulation after silking.The net income of DI treatment was not significantly different from that of FP treatment, but the ratio of production and input was significantly lower than that of FP treatment.【Conclusion】Drip fertigation mode could increase maize yield, N, P and K accumulation and water use efficiency, and reduce N apparent loss in semi-arid areas, and the effect was significant in dry years.The advantage of DFM treatment were greater than DF, but the benefit/cost ratio was lower than DF.There was no significant difference in the yield, nutrient uptake and water use efficiency, net income and the benefit/cost ratio between shallow buried drip fertigation urea technology and shallow buried drip fertigation technology, the low cost DIU treatment simplified the production process, and also had the obvious effect on increasing grain yield.In conclusion, shallow buried drip fertigation urea mode was suitable for the current situation of maize production in semi-arid area of Jilin Province.

drip fertigation; maize; yield; nutrient absorption; water use efficiency; economic benefit

2021-03-15；

2021-05-06

基本科研經(jīng)費項目（KYJF2021ZR103）、國家重點研發(fā)計劃（2017YFD0201806）、吉林省科技發(fā)展計劃（2019001032XH）

李前，E-mail：liqian880618@163.com。通信作者劉志全，E-mail：zhqliu888@sina.com

（責任編輯 李云霞）