玉米滴灌水肥一体化条件下土壤水分迁移规律试验研究

王 柏，孙艳玲，于艳梅

(黑龙江省水利科学研究院，哈尔滨 150080)

黑龙江省土地资源丰富，耕地面积在1593.33万hm2，玉米作为全省主要高产作物，对粮食稳产增产意义重大。水肥一体化技术[1-2]是将灌溉与施肥融为一体同步控制的农业新技术，是现代种植业生产的一项综合水肥管理措施，具有节水、节肥、增效等特点。李仙岳[3]研究表明膜下滴灌灌水后 1 d 湿润饱和区主要集中在 0～30 cm 土层，其中 T1、T2、T3 处理的饱和区面积分别为 559.14，288.61 和 109.78 cm2。灌水 2 d 后，低灌水处理(T3)存在较明显的水分亏缺。戚迎龙[4]研究结果显示覆膜能降低表土在相等时间间隔内水分消耗的差异，可降低表土水分消耗量在 0～60 cm 深耗水总量的占比率、并且削弱了湿润土体水分消耗的垂向差异。覆膜降低了灌后 1～7 d 滴灌带处土壤水分消耗量7.59 mm、降低了膜侧处耗水量 9.44 mm。杜红霞[5]研究表明不同氮肥施用量处理的硝态氮与土壤剖面水分随土壤深度的变化趋势基本是一致的，从控制土壤硝态氮积累和氮素利用率方面综合考虑，夏季玉米的适宜施氮量范围应控制在120～240 kg/hm2。谢英荷[6]研究了不同灌水量和施氮量对夏玉米生长状况、产量构成及水、氮利用效率等的影响，结果表明水分利用效率和灌水生产效率随灌水量的增加显著降低，两者都表现为 900 m3/hm2>1200 m3/hm2>1500 m3/hm2。尹光华[7]等研究表明，施N量对产量影响最大，灌溉量次之，施 P 量最小；耦合作用效应大小顺序为 N与P耦合>P与水耦合>N与水耦合。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

本试验研究在黑龙江省水利科技试验研究中心自动感应式遮雨棚的测坑内进行。该基地距哈尔滨市区16.5 km，总面积55 hm2，多年平均气温3.1 ℃，无霜期为130～140 d，年平均降水量多介于400～650 mm，7～9月份的降雨量占全年的70%，多年平均水面蒸发量796 mm，土壤质地为壤土。土壤基本性质为：速效氮(N)154.4 mg/kg，速效磷(P2O5)40.1 mg/kg，速效钾(K2O)376.8 mg/kg，pH值为7.27。1 m土层内的平均田间持水率(占干土重)为28.4%和土壤体积质量为1.22 g/cm3。

1.2 试验设计

供试作物为玉米强盛31号。试验因素选取灌水量和施氮量，单次灌水量设2个灌溉水平：10 mm、20 mm；施肥量设3个施肥水平：水肥一体化100%施肥、水肥一体化75%施肥、水肥一体化50%。按照完全组合试验设计，共计6个处理。另设覆膜滴灌不追氮肥的对照处理CK1、CK2，总计8个处理(详见试验方案设计表)，每个处理3个重复，共24个小区，小区的尺寸为2.0 m×2.5 m，各试验处理随机排列。栽培模式采用110 cm大垄双行，垄内小行距40 cm，垄间大行距70 cm，垄台宽70 cm，垄高15 cm，株距28 cm，种植密度6.3万株/hm2。覆膜滴灌施肥采用“1/4W—1/2N—1/4W”的模式(前1/4 时间灌清水，中间1/2 时间施肥，后1/4 时间灌清水冲洗管网)。玉米各生育期土壤相对水分含量(占田间最大持水量的百分率)控制范围：播种至出苗65～75%，出苗至拔节60%～70%左右，拔节至抽雄70%～75%，抽雄至吐丝80%～85%，吐丝至乳熟75%～80%，完熟期60%左右。

表1 试验方案设计

2 结果与分析

2.1 拔节期土壤水分迁移规律

2015年“低水+氮”、“高水+氮”耦合试验处理结果表明，灌水施肥后的第2天，60 cm土壤深度内的土壤含量水平均值达到最大，随着时间的推移，各试验处理土壤质量含水量逐渐减小。不同水氮耦合试验处理土壤水分变化趋势一致，在灌水施肥后的第2天和第4天，“高水+氮”耦合试验处理的土壤质量含水量明显大于“低水+氮”耦合试验处理，灌水后第2天“高水+氮”耦合试验处理的土壤质量含水量比“低水+氮”耦合试验处理高2.62%；灌水施肥后10 d，高水灌溉试验处理的土壤质量含水量与低水灌溉试验处理的土壤质量含水量无明显差别，表明不同滴灌灌水量对灌后4 d内土壤60 cm深质量含水量影响较大，随着时间推移，各水氮耦合试验处理的土壤平均含水量变化趋势一致,如图1所示。

图2是2015年拔节期灌水施肥后10 d内0～60 cm土壤深度内的土壤水分消退变化情况，灌水后2～4 d土壤水分消退量最大，随着时间的推移，土壤水分消退量逐渐减小，不同水氮耦合试验处理在同一时段内差异不显著。在低水灌溉和不同氮肥耦合条件下，土壤水分消退量2～4 d、4～6 d、6～10 d分别为1.43%/d、0.92%/d、0.45%/d；在高水灌溉和不同氮肥耦合条件下，土壤水分消退量2～4 d、4～6 d、6～10 d分别为1.85%/d、1.10%/d、0.72%/d。“高水+氮”耦合试验处理灌水后2～4 d、4～6 d、6～10 d的土壤水分消退量比“低水+氮”耦合试验处理分别提高了29.7%、20.0%和58.7%，灌水后2～10 d“高水+氮”耦合试验处理的土壤水分消退量比“低水+氮”耦合试验处理提高了36.1%。

图1 2015年拔节期不同水氮耦合处理土壤质量含水量变化

图2 2015年拔节期不同水氮耦合处理土壤水分消退量变化趋势

2.2 抽雄期土壤水迁移退规律

2015年“低水+氮”、“高水+氮”耦合试验处理结果表明，灌水施肥后的第2天，60 cm土壤深度内的土壤质量含水量值达到最大，随着时间的推移，各试验处理土壤质量含水量逐渐减小。不同水氮耦合试验处理土壤水分变化趋势一致，在灌水施肥后的初期的第2天、4天和第6天，“高水+氮”耦合试验处理的土壤质量含水量明显大于“低水+氮”耦合试验处理，灌水后第2天“高水+氮”耦合试验处理的土壤质量含水量比“低水+氮”耦合试验处理高3.14%；表明不同滴灌灌水量对灌后6 d内土壤60 cm深质量含水量影响较大，随着时间推移，各水氮耦合试验处理的土壤质量含水量变化趋势一致。灌水施肥后的10 d内，低水低氮和低水高氮试验处理的土壤质量含水量大于低水中氮和低水无氮；高水高氮试验处理的土壤质量含水量大于高水低氮、高水中氮和高水无氮试验处理。“高水+氮”耦合试验处理灌水后2～4 d、4～6 d、6～10 d的土壤质量含水率比“低水+氮”耦合试验处理分别提高了54.8%、27.5%和48.2%，灌水后2～10 d“高水+氮”耦合试验处理的土壤质量含水率比“低水+氮”耦合试验处理提高了43.5%，如图3所示。

图4是2015年抽雄期灌水施肥后10 d内0～60 cm土壤深度内的土壤水分消退变化情况，灌水后2～4 d土壤水分消退量最大，随着时间的推移，土壤水分消退量逐渐减小，不同水氮耦合试验处理在同一时段内差异不显著。在低水灌溉和不同氮肥耦合条件下，土壤水分消退量2～4 d、4～6 d、6～10 d分别为0.83%/d、0.53%/d、0.49%/d；在高水灌溉和不同氮肥耦合条件下，土壤水分消退量2～4 d、4～6 d、6～10 d分别为1.36%/d、0.72%/d、0.66%/d。

图3 2015年抽雄期不同水氮耦合试验处理土壤质量含水量变化

图4 2015年抽雄期不同水氮耦合试验处理土壤水分消退量变化趋势

2.3 灌浆期土壤水分迁移变化规律

2015年“低水+氮”、“高水+氮”耦合试验处理结果表明，灌水施肥后的第2天，60 cm土壤深度内的土壤质量含水率达到最大，随着时间的推移，各试验处理土壤质量含水量逐渐减小。不同水氮耦合试验处理土壤水分变化趋势一致，在灌水施肥后的初期的第2天和第4天，“高水+氮”耦合试验处理的土壤质量含水量明显大于“低水+氮”耦合试验处理，灌水后第2天“高水+氮”耦合试验处理的土壤质量含水量比“低水+氮”耦合试验处理高3.0%；表明不同滴灌灌水量对灌后4 d内土壤60 cm深质量含水量影响较大，随着时间推移，各水氮耦合试验处理的土壤质量含水量变化趋势一致。灌水施肥后的10 d内，低水高肥试验处理的土壤质量含水量大于低水低肥、低水中肥和低水无氮；高水高肥试验处理的土壤质量含水量大于高水低肥、高水中肥和高水无氮试验处理，如图5所示。

图6是2015年灌浆期灌水施肥后10天内0～60 cm土壤深度内的土壤水分消退变化情况，灌水后2～4 d土壤水分消退量最大，随着时间的推移，土壤水分消退量逐渐减小，不同水氮耦合试验处理在同一时段内差异不显著。在低水灌溉和不同氮肥耦合条件下，土壤水分消退量2～4 d、4～6 d、6～10 d分别为0.97%/d、0.66%/d、0.34%/d；在高水灌溉和不同氮肥耦合条件下，土壤水分消退量2～4 d、4～6 d、6～10 d分别为1.19%/d、0.76%/d、0.37%/d。“高水+氮”耦合试验处理灌水后2～4 d、4～6 d、6～10 d的土壤水分消退量比“低水+氮”耦合试验处理分别提高了23.3%、14.1%和10.1%，灌水后2～10 d“高水+氮”耦合试验处理的土壤水分消退量比“低水+氮”耦合试验处理提高了15.8%。

图5 2015年灌浆期不同水氮耦合试验处理土壤质量含水量变化

图6 2015年灌浆期不同水氮耦合试验处理土壤水分消退量变化趋势

3 结 论

(1)灌水施肥后的第2天，60 cm土壤深度内的土壤质量含水量达到最大，随着时间的推移，各试验处理土壤质量含水量逐渐减小。玉米拔节期和灌浆期水肥一体化灌溉后4～6 d和6～10 d的土壤水分消退速度差异较大；玉米抽雄期水肥一体化灌溉后4～6 d和6～10 d的土壤水分消退速度差异较小，表明玉米抽雄期土壤水分消退速度较大，植株耗水量较大。

(2)不同单次灌水量条件下，玉米拔节期水肥一体化灌溉后2～4 d的土壤水分消退速度分别比4～6 d、6～10 d的土壤水分消退速度大0.51%～0.75%、0.97%～1.12%；玉米抽雄期水肥一体化灌溉后2～4 d的土壤水分消退分别比4～6 d、6～10 d的土壤质量含水率消退速度大0.29%～0.34%、0.64%～0.70%；玉米灌浆期水肥一体化灌溉后2～4 d的土壤质量含水率消退速度分别比4～6 d、6～10 d的土壤质量含水率消退速度大0.30%～0.62%、0.43%～0.81%。