冀西北地区春玉米膜下滴灌水肥一体化技术试验

张宝悦+王激清+刘社平+李文杰+张俊平

摘要：针对冀西北地区水资源匮乏和化肥不合理施用问题，进行了春玉米膜下滴灌水肥一体化技术试验。结果表明，与农户传统水肥管理措施相比，膜下滴灌水肥一体化技术可明显增加春玉米产量，提高春玉米的肥料偏生产力；膜下滴灌水肥一体化技术虽增加了地膜、滴灌设备的费用，但可实现播种、施肥、覆膜、铺设滴灌带、喷施除草剂等多道工序一次性完成，可节省用工费和水电费。综合分析结果表明，春玉米膜下滴灌水肥一体化技术可提高农户的经济效益，在冀西北地区有良好的推广应用前景。

关键词：春玉米；膜下滴灌水肥一体化技术；产量；经济效益；冀西北地区

中图分类号：S513；S275.6 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2017）06-1019-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.06.006

Abstract： Study on integrated water and fertilizer management with drip irrigation and film mulch for spring maize was carried out to solve the problems of lack of water resources and unreasonable application of fertilizer in northwest Hebei province. The results showed that yield of spring maize and partial factor productivity（PFP） under integrated water and fertilizer management with drip irrigation and film mulch were higher than those under traditional water and fertilization management. Integrated water and fertilizer management with drip irrigation and film mulch increased the cost of plastic film and drip irrigation equipment， but this practice could save cost of labor and water through simultaneous realization of sowing， fertilization， mulching， laying drip irrigation， spraying herbicides and other processes. In short， integrated water and fertilizer management with drip irrigation and film mulch for spring maize could improve the economic benefit of farmer， and had good prospect of application and extension.

Key words： spring maize； integrated water and fertilizer management with drip irrigation and film mulch； yield； economic benefit； northwest Hebei province

冀西北張家口地区地处华北平原与内蒙高原的过渡地带，该区域四季分明、雨热同季、昼夜温差大，是北方重要的春玉米生产区，近5年各类玉米种植面积一直稳定在22万hm2左右，其中子粒用玉米种植面积超过13.4万hm2。目前冀西北地区玉米生产逐步由单一粮用型向多元化利用方向转化，玉米成为最主要的粮、经、饲兼用作物，不但产量高而且质量好，综合生产能力逐步增强，尤其以郑单958大面积推广种植以来，河川区高产田单位面积产量可达12 000～16 500 kg/hm2[1]，玉米生产在农业增产、农民增收中占有十分重要位置。

膜下滴灌水肥一体化技术是在地膜覆盖栽培的基础上，将施肥与灌溉结合在一起的一项农业新技术[2]。该技术是将可溶性肥料溶于灌溉水，通过滴灌系统把水和肥输送到作物根际附近土壤，供作物根系直接吸收利用，因此该技术可以实现精确控制灌水量、施肥量、灌溉及施肥时间，显著提高水资源、肥料的利用率。辽西半干旱区[3]和新疆地区[4]春玉米膜下滴灌水肥一体化技术研究表明最适宜的水氮组合将有助于春玉米获得更高产量和氮肥利用率。冀西北张家口市为干旱半干旱地区，由于水资源的匮乏，干旱已成为当地农业发展的重要制约因素[5]；此外近年来农户化肥不合理施用问题严重，氮肥过量与不足施用同时并存，直接导致氮肥利用率低下[6]，而春玉米膜下滴灌水肥一体化技术恰好可解决该区水资源不足和肥料不合理施用这两大问题。因此，本研究采用大田试验的方法，进行春玉米膜下滴灌水肥一体化技术适应性研究，为冀西北地区春玉米科学灌溉与施肥提供合理依据。

1 材料与方法

1.1 材料

试验于2014年在冀西北张家口市宣化县沙岭子镇南兴渠村进行，试验区位于北纬40°40′，东经114°52′，海拔615 m，无霜期140 d，年日照2 881 h，年均气温7.7 ℃，年平均降水量400 mm，春季降水偏少、气候干旱，雨量主要集中在6～9月份，属温带半干旱大陆性季风气候。

试验地土壤类型为灌淤土，表层（0～30 cm）土壤有机质含量22.44 g/kg，全氮含量1.12 g/kg，硝态氮含量56.57 mg/kg，速效磷含量23.78 mg/kg，速效钾含量290.93 mg/kg，土壤容重1.19 g/cm3，pH 8.24。

供试的春玉米品种为巡天969，播种时间为4月20日，收获时间为9月28日。

1.2 方法

试验采用大田试验方法，设计两种不同水肥管理措施，即农户传统水肥管理区和膜下滴灌水肥一体化管理区，各管理区面积均为3.0 hm2，每块地中随机取3个区域取样，即为3次重复。

农户传统水肥管理区采取传统的种植管理措施，春季播种前清茬并深翻25 cm，播种采用当地的圆盘式玉米播种机进行播种，大小行种植，大行70 cm，小行40 cm，平均行距55 cm，种植密度为67 500株/hm2，播后喷施除草剂。农户传统水肥管理区基肥用18-18-18-1（N-P-K-Zn）的史丹利牌复合肥，于深翻前撒施于地块中，用量为750 kg/hm2，在玉米生长大喇叭口期追施尿素（N 46%）750 kg/hm2，全生育期总计投入N 480 kg/hm2，P2O5 135 kg/hm2，K2O 135 kg/hm2。农户传统水肥管理区为春播前浇水1次，玉米生长大喇叭口期和抽穗期各浇水1次，每次浇水量为2 250 m3/hm2。

膜下滴灌水肥一体化管理区利用玉米膜下滴灌专用播种机实现播种、施肥、覆膜、铺设滴灌带、喷施除草剂、覆土压膜等多道工序一次性完成。采用幅宽1.20 m，厚度0.008 mm地膜进行全膜覆盖，玉米种植在垄沟内；顺玉米行间布置膜下滴灌，一膜一带，滴灌二行玉米，滴孔间距30 cm；采用大小行种植，大行70 cm，小行40 cm，平均行距55 cm，种植密度为81 000株/hm2，播后喷施除草剂，并进行覆土压膜。膜下滴灌水肥一体化管理区基肥用18-18-9-1（N-P-K-Zn）的天喜牌春玉米专用肥，用量为1 125 kg/hm2，随播种机施入种植小行，追肥分3次施入：第一次在大喇叭口期，追施尿素（N 46%）375 kg/hm2，第二次在抽穗期，追施尿素（N 46%）225 kg/hm2，第三次在灌浆期，追施尿素（N 46%）95 kg/hm2和硫酸钾（K2O 50%）58 kg/hm2，全生育期总计投入N 522.2 kg/hm2，P2O5 202.5 kg/hm2，K2O 130.3 kg/hm2。由于播种期至苗期降雨偏多，膜下滴灌水肥一体化管理区未浇水，只在大喇叭口期、抽穗期、灌浆期结合3次追肥滴灌浇水3次，每次浇水480 m3/hm2。

1.3 样品采集及分析测定方法

收获时对春玉米测产：每个测产区域取连续4行玉米，每行5 m，作为测产区，测产样方面积为4.00×5.00 m×0.55 m=11.00 m2。根据肥料用量和春玉米产量计算肥料偏生产力（Partial factor productivity，PFP），计算公式为PFP=Y/F，单位为kg/kg；Y为某一种特定的化肥施用下作物的产量，单位为kg/hm2；F代表化肥的投入量，单位为kg/hm2。

所有试验数据均采用Excel软件进行计算，用SAS统计软件进行统计检验分析。

2 结果与分析

2.1 不同水肥管理措施下的春玉米产量和肥料偏生产力

表1为两种不同水肥管理措施下春玉米产量和肥料偏生产力比较。从表1中可以看出，膜下滴灌水肥一体化管理措施下春玉米产量为17 107 kg/hm2，与农户传统水肥管理13 349 kg/hm2的产量相比，增产率为28.21%。肥料偏生产力（PFP）指单位投入的肥料所能生产的作物子粒产量，它是一个很重要的指标，反映当地土壤基础养分水平和化肥施用量的综合效应[7]，由表1可知，膜下滴灌水肥一体化管理措施下的春玉米的氮肥偏生产力为32.76 kg/kg，氮磷钾化肥偏生产力为20.01 kg/kg，均顯著高于传统施肥管理措施下对应的肥料偏生产力。

2.2 不同水肥管理措施下的春玉米水分利用状况

表2为两种不同水肥管理措施下水分利用状况比较。由表2可知，冀西北张家口地区农户的传统灌溉方式是播种前浇水1次，用量为2 250 m3/hm2，在春玉米追肥后的大喇叭口期和抽穗期再各灌水1次，每次用量也分别为2 250 m3/hm2，总计用水量为6 750 m3/hm2。而膜下滴灌水肥一体化管理措施采取膜下滴灌技术，只在大喇叭口期、抽穗期和灌浆期结合追肥灌水3次，每次用水量为480 m3/hm2，总计用水量为1 440 m3/hm2，因此与农户传统水肥管理措施相比，节水5 310 m3/hm2（2014年春季降雨偏多，播种后未浇出苗水，正常年份如果土壤墒情不足，此次浇水是必需的，浇水量一般为600 m3/hm2，这样计算，膜下滴灌水肥一体化管理措施需水为2 040 m3/hm2，与农户传统水肥管理相比仍节水4 710 m3/hm2）。

2.3 不同水肥管理措施下的用工状况

表3为两种不同水肥管理措施下用工状况比较。由表3可知，农户传统水肥管理和膜下滴灌水肥一体化管理措施下播种前均进行土地清理、耕地和土地镇压，用工数分别为4.50、6.56和1.13个/hm2，而农户传统水肥管理措施还需进行播前垄沟浇水，用工数为0.30个/hm2。农户传统水肥管理采用传统的播种、浇水、施肥和喷施除草剂技术，用工数分别为7.50、3.60（3次浇水的总用工数）、7.50和7.50个/hm2，膜下滴灌水肥一体化管理措施则利用玉米膜下滴灌专用播种机作业，播种用工6.60个/hm2，覆膜、铺设滴灌带、施用基肥及喷除草剂均同时完成，不需要单独消耗工时，滴灌设备安装需要消耗2.25个/hm2，浇水需要消耗1.20个/hm2，追肥和浇水同时完成，也不需要单独消耗工时。农户传统水肥管理措施玉米收获需要13.50个/hm2，而膜下滴灌水肥一体化管理措施下玉米种植密度大，需要15.00个/hm2，还需要花费4.50个/hm2用于滴灌管道和地膜的收集。总之，农户传统水肥管理措施需52.09个/hm2，而膜下滴灌水肥一体化管理措施只需41.74个/hm2。

2.4 不同水肥管理措施下的投入产出状况

两种不同水肥管理措施投入状况列于表4。由表4可知，农户传统水肥管理措施下投入最多是用工费，为4 167.2元/hm2，其次为肥料，为3 600.0元/hm2，其余水电为2 025.0元/hm2，种子为720.0元/hm2，除草剂为180.0元/hm2，总计投入10 692.2元/hm2。膜下滴灌水肥一体化管理措施下投入最多的是肥料，为4 240.0元/hm2，其次为用工费3 339.2元/hm2，其余水电为432.0元/hm2，种子为1 080.0元/hm2，除草剂为180.0元/hm2，最后地膜、滴灌毛管、滴灌干管和支管、施肥罐和过滤器分别投入为1 080.0、 1 920.0、1 500.0、600.0元/hm2，总计投入14 371.2元/hm2。

表5为两种不同水肥管理措施下经济效益状况比较。由表5可知，膜下滴灌水肥一体化管理措施比农户传统水肥管理措施投入多3 679.0元/hm2；产值是根据春玉米产量和玉米市场价格计算得到的，两种不同水肥管理措施下春玉米产量不同，因此所获得产值也不一样，农户传统水肥管理措施为32 037.6元/hm2，膜下滴灌水肥一体化管理措施为41 056.8元/hm2，因此按照投入和产值计算得到的效益两种不同水肥管理措施也有明显差异，农户传统水肥管理措施为21 345.4元/hm2，膜下滴灌水肥一体化管理措施为26 685.6元/hm2，所以冀西北地区春玉米膜下滴灌水肥一体化技术可增加春玉米产值，提高农户的经济效益。

3 小结与讨论

水、肥是制约干旱、半干旱地区农业生产的主要因素，适宜的水分条件与合理的养分供应是农作物获得高产的重要条件[8，9]。冀西北张家口地区气候特点是低温冷凉，降水量少，蒸发量大，当地农民为保湿、保墒，提高作物的产量，促使地膜覆盖和滴灌技术在该区大面积推广应用，因此集覆膜栽培与滴灌于一体的膜下滴灌水肥一体化技术可实现该区域从大水漫灌向浸润式灌溉的转变，浇地向浇作物的转变；从单一浇水转向浇水肥一体的营养液，从而使肥料利用率比传统水肥管理区明显提高[5]。

试验结果表明，与农户传统水肥管理措施相比，膜下滴灌水肥一体化技术可显著增加春玉米产量3 758 kg/hm2，增产率为28.21%，同样可实现春玉米肥料偏生产力的提高，这与前人的研究结果一致[4，10]。此外，膜下滴灌水肥一体化技术将灌溉用水从地上和地下管道网络封闭式输送到根际土壤，减少田间渠系渗漏和田间蒸发，比农户传统沟渠灌可明显节水。和农户传统水肥管理措施相比，膜下滴灌水肥一体化技术需要增加的投入主要是地膜、滴灌带、施肥罐、过滤器的费用，而膜下滴灌水肥一体化技术利用玉米膜下滴灌专用播种机播种，该机可实现开沟、播种、施肥、覆膜、铺设滴灌带、喷施除草剂、覆土压膜等多道工序一次性完成，可节省用工费、水电费，因此总体计算，膜下滴灌水肥一体化技术可实现春玉米每公顷增加经济效益5 340.2元。

总之，随着节水灌溉技术的发展，与之相结合的水肥一体化膜下滴灌技术极大地提高了水肥利用效率，经济、生态效益良好，在冀西北春玉米生產区推广前景广阔。

参考文献：

[1] 李 军，张志鹏，杨少青，等.张家口市玉米生产现状及发展对策[J].农业科技通讯，2007（7）：19-20.

[2] 岳绚丽，宋 超.北方春玉米膜下滴灌技术应用现状及对策[J].现代农业科技，2013（11）：66-68.

[3] 李文惠，尹光华，谷 健，等.膜下滴灌水氮耦合对春玉米产量和水分利用效率的影响[J].生态学杂志，2015，34（12）：3397-3401.

[4] 朱金龙，危常州，朱齐超，等.膜下滴灌春玉米氮素吸收规律与增产效应[J].玉米科学，2014，22（6）：121-125.

[5] 屈振华，赵 祥，耿光瑞，等.膜下滴灌在冀西北干旱半干旱区的应用研究[J].安徽农业科学，2011，39（34）：21170-21171，21207.

[6] 王激清，刘社平，韩宝文.施氮量对冀西北春玉米氮肥利用率和土壤硝态氮时空分布的影响[J].水土保持学报，2011，25（2）：138-143.

[7] 张福锁，王激清，张卫锋，等.中国主要粮食作物肥料利用率现状与提高途径[J].土壤学报，2008，45（5）：915-924.

[8] 高亚军，李生秀，田霄鸿，等.不同供肥条件下水分分配对旱地玉米产量的影响[J].作物学报，2006，32（3）：415-422.

[9] 张忠学，聂堂哲，王 栋.黑龙江省西部半干旱区玉米膜下滴灌水、氮、磷耦合效应分析[J].中国农村水利水电，2016（2）：1-4.

[10] 谭 华，郑德波，邹成林，等.水肥一体膜下滴灌对玉米产量与氮素利用的影响[J].干旱地区农业研究，2015，33（3）：18-23.