有限灌溉对新垦沙地春玉米生理性状及产量要素的影响

刘 静，成自勇，张恒嘉，安飞虎

（1.甘肃农业大学工学院农业水利工程系，甘肃兰州730070；2.鄂尔多斯市水务局，内蒙古鄂尔多斯017000）

玉米是临泽地区的主要作物，但由于其生长期内耗水量大，加之该地区水资源日趋紧张，使得玉米种植受到越来越大的影响。发展有限灌溉是解决该地区水资源短缺与农业发展之间矛盾的有效途径。许多研究表明，适度水分亏缺会提高作物产量，有利于提高水分利用效率，使产量与品质同步提高[1-4]，且通过有限水量在作物生长期间的最优化分配，提高有限水分向作物根系吸收转化和光合产物向经济产量转化的效率，可达到高产目的[5-10]。

本研究旨在通过探究有限灌溉对临泽地区绿洲农田生产力的影响，从而为该地区有限灌溉条件下绿洲农业水资源可持续利用提供理论支撑和科学依据。

1 材料和方法

试验于2008年4—9月在北方干旱内陆河流域的甘肃省临泽县中国科学院寒区旱区环境与工程研究所临泽内陆河流域综合研究站（39°21′N，100°07′E）进行。供试品种为沈单16号。试验地为绿洲新垦沙地，0～30，30～60，60～150 cm土层土壤容重和田间持水量分别为1.44g/cm3和21.8%，1.45 g/cm3和 21.2%，1.47 g/cm3和19.8%。该区常年平均地下水位4.2m，毛管水上升高度65 cm，地下水不能补给到作物根系分布层（向上补给量忽略不计）。试验地位于绿洲边缘，为风沙土，以细沙为主，结构差，土壤贫瘠。试验土壤部分理化性状如表1所示。

表1 试验土壤部分理化性状

1.1 试验设计

试验共设6个处理，灌水方式为畦灌（用水表严格控制灌水量）。试验采用单因素随机区组设计，每一处理及对照均重复3次，共18个小区，小区面积为12.5m×5.6m。供试春玉米为当地玉米主栽品种沈单16号，于2008年4月5日播种，播种密度为8万株/hm2。播前底施纯氮48 kg/hm2、纯磷 63 kg/hm2、纯钾 28 kg/hm2作为基肥。在玉米出苗后2周左右进行人工间苗，并于拔节期和孕穗期分别追施纯氮48，32 kg/hm2。试验设计如表2所示，其中，对照（CK）灌水量与研究区春玉米实际灌水量一致。所有耕作均采用机械，足墒播种，播前清除杂草，作物生长发育过程中进行中耕、人工除草，并及时防治病虫害。

表2 玉米全生育期不同灌溉处理实际灌水量 mm

1.2 观测项目和方法

1.2.1 土壤水分 玉米生育期间每隔7 d测定1 次土壤水分，分别于 40，60，80，100，120，140，160，180，200 cm土层测量，其中地表至20 cm用土钻法观测，20～200 cm用土壤水分中子仪观测。

1.2.2 叶面积及株高 叶面积用叶面积仪测定，株高用卷尺测定。

1.2.3 灌浆 灌浆期间每隔4～6 d每小区各取1穗，每穗取50粒进行考种，测定籽粒产量。

1.2.4 产量测定 于2008年9月22日每小区取10株玉米，测定穗行数、行粒数、穗粒数、千粒质量、穗长、穗粗、秃顶长，计算理论产量。

2 结果与分析

2.1 不同处理对玉米耗水特性的影响

2.1.1 耗水量 测定结果（表3）表明，苗期由于植株小，大部分地表裸露，主要以地表蒸发为主，各处理耗水量最小；拔节期由于植株主要为生理生长阶段，需要消耗大量的水分，此期间达到第1个耗水量峰值，且以CK最大；抽雄期至灌浆期，由于叶面积达到全生育期最大，地面覆盖增大，而且随着气温的升高，作物的生理生长和生殖生长同步进行，需水急剧增加，主要以植株的蒸腾耗水为主，耗水量达到最大值，所有处理及CK以WT5最大；灌浆期至成熟期为玉米生长发育对水分最为敏感的阶段，此期间水分的亏缺会对产量的形成产生不可逆的影响，最终导致产量下降。

从总体来看，春玉米全生育期内耗水量随着灌水量的增加而增加，不同处理中耗水量最大的为CK。

表3 有限灌溉条件下春玉米的耗水特性

2.1.2 耗水模数 有限灌溉条件下春玉米耗水模数测定结果（表3）表明，在苗期至拔节期，不同处理耗水模数为全生育期最小，占全生育期耗水模数的1.88%～4.51%，其中以WT3最小；在拔节期至抽雄期，耗水模数为全生育期内最大，占全生育期耗水模数的34.80%～43.94%，其中以WT3最大；在抽雄期至灌浆期，耗水模数占全生育期耗水模数的32.15%～40.44%，其中以WT5最大；在灌浆期至成熟期，耗水模数占全生育期耗水模数的20.30%～22.02%，其中以WT3最大。

2.1.3 耗水强度 有限灌溉条件下春玉米耗水强度测定结果（表3、图1）表明，不同处理的耗水强度在全生育期内表现为单峰曲线，苗期最小，在抽雄—吐丝期耗水强度达到最大值，灌浆期又变小。所有处理及CK在苗期、抽雄期的耗水强度以WT5最大，在拔节期、吐丝期、灌浆期，以CK最大。从总体来看，在全生育期内，随着灌水量的增加，耗水强度也随之增加，以CK最大。

2.2 不同处理对玉米叶面积指数及株高的影响

玉米叶面积指数测定结果（表4、图2）表明，所有处理全生育期叶面积指数的变化都呈单峰曲线，其高峰值均出现在灌浆期，之后叶片开始衰退、叶面积指数下降。方差分析结果表明，WT1，WT2，WT3 处理之间以及 WT4，WT5，CK处理之间玉米全生育期内基本不存在显著性差异（P＞0.05），但WT1与CK之间存在显著性差异，在苗期、拔节期，WT1比CK叶面积指数分别降低21.4%，12.4%。

表4 不同生育期玉米叶面积指数的变化

玉米株高测定结果（表5、图3）表明，各处理株高全生育期变化趋势一致，表现为苗期—拔节期、拔节—抽雄期增长较缓慢，抽雄—灌浆期快速增长，达到最大值。方差分析表明，处理WT1，WT2，WT3 之间，处理 WT4，WT5，CK之间不存在显著差异（P＞0.05），但WT1与CK之间存在显著差异，在苗期、抽雄期、吐丝期、灌浆期，WT1株高比CK分别降低11.9%，15.2%，6.1%，7.8%。所有处理中，灌水最多的CK株高最大，说明灌水量在一定范围内，株高随灌水量增加而增加。

表5 不同生育期玉米株高的变化 cm

2.3 不同处理对玉米灌浆强度的影响

灌浆强度测定结果（表6、图4）表明，所有处理籽粒灌浆强度基本呈现为单峰曲线，在授粉后24 d左右时达到峰值，其中，WT4处理最大，为1.43 g/d。

方差分析结果表明，所有处理及CK在灌浆期间灌浆强度基本不存在显著性差异（P＞0.05），但授粉后4 d左右WT1与CK之间存在显著性差异，WT1 与 WT2，WT3，WT4，WT5，CK相比，分别降低17.1%，17.6%，20.8%，28.8%，31.5%；授粉后29 d左右，处理WT1，WT3与CK之间差异显著，WT1，WT3灌浆强度比CK分别降低71.6%，66.1%。在灌浆初期灌水多少会对灌浆强度有较大影响，但随着时间的推移，灌浆强度不会随灌水的增多而显著增强，所有处理及CK灌浆强度基本趋于稳定，尤其是到灌浆末期，灌浆强度基本保持一致，这可能与玉米本身的遗传基因有关，而与水分多少没有直接的关系，多余的水分只能增加玉米的奢侈性耗水，而对产量增加没有促进作用。

表6 不同处理授粉后灌浆强度的变化 g/d

2.4 不同处理对玉米产量的影响

测定结果（表7）表明，全生育期灌水最少的处理WT1籽粒理论产量最高，达14 953 kg/hm2，较处理 WT2，WT3，WT4，WT5 和 CK 分别增加23.6%，15.6%，44.0%，16.5%和 8.7%。WT1全生育期灌水量最少，但其理论产量最高，这可能是由于灌浆前减少灌水（表2）形成水分胁迫，其在一定程度上增强了作物的抗逆性，有利于干物质的积累以及群体生长率、光合净同化率和籽粒干物质的增加，从而导致作物籽粒产量提高。方差分析表明，产量性状中，不同灌溉处理及CK间玉米穗粗、秃顶长、穗行数差异均不显著（P＞0.05），但处理WT1与WT4，WT5，CK之间千粒质量差异显著，处理WT1比处理WT4，WT5，CK分别增加26.9%，14.0%，14.0%；处理WT1比WT2，WT3，WT4穗粒质量分别增加21.0%，11.1%，42.5%。

因此，在绿洲新垦沙地上，如果有限灌溉的灌水定额和灌水时期安排适当，全生育期使用较少的水，水生产力不但不会降低，反而会大幅度提高。这与张恒嘉等[11]的研究结论一致。

表7 不同处理玉米产量构成要素

3 结论

（1）各处理及CK中，玉米的耗水量、耗水强度均随灌水量的增加而增加；全生育期内玉米叶面积指数和株高，WT1，WT2，WT3 之间以及WT4，WT5，CK之间不存在显著差异，但处理WT1与CK之间存在显著差异，苗期、拔节期，处理WT1比CK叶面积指数分别降低21.4%，12.4%；苗期、抽雄期、吐丝期、灌浆期，处理WT1比CK株高分别降低11.9%，15.2%，6.1%，7.8%。

（2）所有处理及CK间籽粒灌浆强度基本呈现为单峰曲线。在授粉后24 d左右时达到峰值，其中，WT4处理最大，为1.43 g/d。所有处理及CK在灌浆期间灌浆强度基本不存在显著性差异，但授粉后4 d左右WT1与CK之间存在显著性差异，处理 WT1 比处理 WT2，WT3，WT4，WT5，CK灌浆强度分别降低 17.1%，17.6%，20.8%，28.8%，31.5%；授粉后29 d左右，处理WT1和WT3与CK之间差异显著，处理WT1，WT3比CK分别降低71.6%，66.1%。

（3）全生育期灌水最少的处理WT1籽粒理论产量最高，达14 953 kg/hm2，较处理WT2，WT3，WT4，WT5和 CK分别增加 23.6%，15.6%，44.0%，16.5%和8.7%。在产量性状中，不同灌溉处理及CK间玉米穗粗、秃顶长、穗行数均不存在显著差异，但处理WT1与WT4，WT5，CK之间千粒质量存在显著差异，处理WT1比WT4，WT5，CK分别增加26.9%，14.0%，14.0%。

本研究表明，在该绿洲新垦沙区如果合理安排灌溉时期，有限灌溉有助于提高水分利用效率和有限水资源承载力下绿洲农田生产力，从而达到节水增产的目的。

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