膜下滴灌条件下玉米灌溉制度试验研究

李蔚新，王忠波，张忠学，李　欢

(东北农业大学 水利与建筑学院，哈尔滨　150030)



膜下滴灌条件下玉米灌溉制度试验研究

李蔚新，王忠波，张忠学，李欢

(东北农业大学 水利与建筑学院，哈尔滨150030)

摘要：采用玉米作为试验材料，进行大田玉米的膜下滴灌灌溉制度试验研究，改变其灌溉定额、灌水次数，设置不同的试验处理，观测降雨量、土壤含水量，运用水量平衡方程分析玉米耗水量。对收获的玉米进行考种与测产，得到一系列产量指标；分析灌溉制度对产量指标的影响。通过分析产量、耗水量及灌溉水量，从而得到水分利用效率、灌溉水生产效率，综合考虑最终确定最优的灌溉制度。

关键词：膜下滴灌；灌溉制度；玉米；耗水量；水分利用效率

0引言

玉米是黑龙江省主要的粮食作物，到2013年黑龙江省玉米种植面积达到718.67万hm2，占黑龙江省粮食作物种植面积的50.91%，产量也达到粮食总产量的50%以上。黑龙江省的水资源总量约为810×108m3,农业用水量达到70%，水资源如何高效利用，已经成为该省面临的重大问题[1]。膜下滴灌，能够控制灌水量，仅对作物根部土壤进行湿润，减少无效蒸发和深层渗漏，对比普通地面灌溉耗水量明显降低。深入研究玉米生育期耗水规律及水分生产效率，从而合理制定玉米的灌溉制度，对于国家提出的“节水增粮”的战略目标有着长久而深远的意义。

1材料与方法

1.1试验区概况

试验在黑龙江省肇州县水利科学试验站内进行，地处N45°17′、E125°35′，属大陆性温寒带气候；年平均降雨量400～500mm，平均蒸发量1 733mm，大于10℃有效积温2 845℃，无霜期138天，属于第一积温带。试验土壤为碳酸盐黑钙土，供试土物理指标如表1所示。

表1　试验区土壤物理性质

1.2试验设计与方法

以玉米“龙育3”为试验作物，5月1日统一播种施肥。采用大垄双行种植模式，小区面积5.2×13.6m2，设置0.5m保护行，保苗株数5.7万株/ hm2。小区施肥水平一致，基肥在播种前施入，二铵300kg/ hm2、K2SO4150kg/ hm2；在7月2日追肥一次，尿素375kg/ hm2，用施肥罐灌水同时一起施入。试验处理方案如表2所示。

1.3试验观测指标与计算方法

1)气象资料的观测：收集各月份逐日的气象资料，主要包括平均气温及降雨量等。

2)土壤含水量的测定：烘干法。

3)运用水量平衡的方法推求作物耗水量，有

ET=P+G+W+M

其中，P为生育期内有效降水量(m3/hm2)；G为生育期内地下水补给量(m3/hm2)；W为作物生育期始末土壤含水量之差(m3/hm2)；ET为耗水量(m3/hm2)；M为生育期灌溉用水量(kg/hm2)。

4)测产与考种：玉米成熟后每小区取中间1.3×5m2内测产量，然后每小区取样10株，进行考种。

5)进行水分生产效率(WUE)等的计算，有

水分生产效率=ET/Y

灌溉水生产效率=M/Y

其中，Y为经济作物产量(kg/hm2)。

表2　试验处理方案

2结果与分析

2.1膜下滴灌玉米各处理耗水量及耗水规律

由表3可知，膜下滴灌条件下，改变作物的灌溉定额对作物的耗水量有很大的影响：耗水量随着灌溉定额的增加而增加，L9的耗水量最大，L1的耗水量最小，相差31.5mm。这是由于灌水量的增加，土壤的含水量增加，相比于裸地，覆膜土壤的无效蒸发量明显减小，导致灌水量多的玉米生长条件优越，从而其耗水量也相应的要增加[2]。不难看出：从拔节到灌浆是玉米的需水关键期，其耗水量非常大，达到了总耗水量的50%以上[3]。总的耗水强度变化规律：播种-拔节比较小，拔节-抽雄增加，抽雄-灌浆达到最大，灌浆-成熟又渐渐减小，最后达到最小。在播种-拔节期，外界温度低，玉米植株小，作物耗水量、耗水强度低[4]。在拔节—抽雄期，外界气温增加，玉米生长旺盛，比较此时期耗水强度L1、L2、L3

表3　膜下滴灌不同灌水处理玉米生育期耗水量

2.2不同灌溉制度下的玉米考种指标统计

不同灌溉制度下的玉米考种指标分许如表4所示。

表4　不同灌溉条件下玉米指标分析

1)玉米秃尖的长度可以影响玉米籽粒的饱满程度，进而影响产量[6]。对比L2、L5、L8在相同灌水次数、不同的灌水定额条件下，秃尖长度L2

2)通过分析L4、L5、L6同为灌溉定额450m3/hm2,灌水次数的增加明显增加了穗长、穗粗、穗重、百粒质量。其中，L6的穗长比L4长3.8%，比L5长1.4%；L6的穗重比L4重6.6%，比L5的重2.7%；L6的百粒质量比L4重4.5%，比L5重1.8%。

3)分析不同灌水定额可以发现，L2灌溉定额为300m3/hm2，灌水3次的情况下的秃尖率最高为18.9%，穗粗、穗重为16．9cm和282.7g，同处理比较为最低。L9灌溉定额600m3/hm2,灌水4次的情况下，在有效地降低秃尖率、秃尖长度的基础上，其穗重达到326.8g,每穗粒重达到283.8g，百粒质量为42.9g，也为最高，穗长、穗粗也较高。

4)在所有膜下滴灌处理与常规种植CK的比较中发现，CK的秃尖长最大，每穗粒重、百粒质量最低。在L5灌溉定额为450m3/hm2，灌水3次的情况下，秃尖长比CK减少43.37%，每穗粒质量比CK增加12.6%,百粒质量比CK增加9.82%。膜下滴灌与常规灌溉比，品质提升。

2.3灌溉定额、灌水次数对产量的影响

利用SAS软件对膜下滴灌灌溉定额、灌水次数及产量进行二次回归拟合得到其回归数学模型为

其中，y为产量(kg/hm2)，x1、x2分别为灌水次数编码、灌溉定额编码。模型中的Px1=0.005 1,Px2=0.004 1都为极其显著。由此可以看出，灌溉制度实验中，灌溉定额跟灌水次数都对产量的影响很大。应用MatLab对拟合方程进行分析结果如图1所示。

图1　灌水次数、灌溉定额对玉米产量影响三维模型

从图1中不难看出：产量随着灌溉定额的增加而增大，但随着灌溉次数先增加后减少。分析得到，在理想条件下灌水次数x1=2.949 5，灌溉定额x2=600m3时得到最高的产量y=16 245kg/hm2。

2.4灌溉定额、灌水次数对产量的影响

分析图2得：水分生产效率在前期随着灌水量，灌水次数的增加而增加，到了灌溉水量比较大的时候水分生产效率基本不变，趋势线趋于水平；灌溉水生产效率在灌溉定额小的时候比较高，灌溉定额的增加反而会使其减小。因此，要从产量跟节水双方面来分析，在灌溉定额为300m3/hm2时，灌水4次，产量达到13 306kg/hm2,水分生产效率达到2.94kg/m3，灌溉水生产效率44.35kg/ m3；灌溉定额为450m3/hm2时，灌水3次时的产量14 741kg/hm2、水分生产效率达到3.15kg/m3，灌溉水生产效率也达到了32.76 kg/m3。灌溉定额600m3/hm2时，灌水3次，产量达到15 304kg/hm2，水分生产效率3.17kg/m3，灌溉水生产效率25.51kg/m3。对比可以发现：增加灌水量到达一定程度，产量的提高幅度变小，而且水分生产效率、灌溉水生产效率还降低。因此，在实际生产中要从兼顾产量和节水的角度分析，笔者认为灌溉定额450m3/hm2，灌水3次，此时的产量14 741kg/hm2、水分生产效率达到3.15kg/m3，灌溉水生产效率也达到了32.76kg/m3，是比较合理的灌水模式。

表5　各处理产量、水分利用效率、灌溉水生产效率

图2　灌溉水生产效率和水分生产效率

3总结

1)水量随着灌溉定额的增加而增加，耗水强度的变化趋势为前期小，中期增加达到最大值，后期逐渐减小。灌溉定额小的耗水强度明显没有灌溉定额大的大。对比各个处理，其耗水模系数没有明显变化。

2)穗长、穗粗、穗重、百粒质量与灌溉定额的关系比较大。随着灌溉定额的增加呈递增的趋势；分析行粒数、穗行数与灌溉制度，变化规律不明显；灌水定额跟灌水次数对减少秃尖都有很大作用。

3)应用SAS、MATLAB进行分析发现灌水次数、灌溉定额对产量都有很大的影响。

4)在实际生产中要从兼顾产量和节水的角度分析，灌溉定额450m3/hm2，灌水3次，此时的产量14 741kg/hm2、水分生产效率达到3.15kg/m3，灌溉水生产效率也达到了32.76kg/m3。这是比较合理的灌水模式。

参考文献：

[1]孙雪梅,李芳花,王柏,等.寒地黑土区喷灌条件下玉米灌溉制度研究[J].黑龙江大学工程学报,2013(3):14-18.

[2]刘战东, 肖俊夫, 刘祖贵，等.膜下滴灌不同灌水处理对玉米形态、耗水量及产量的影响[J].灌溉排水学报, 2011(3):60-64.

[3]李涛,白静.大田玉米膜下滴灌推广应用研究[J].节水灌溉,2012(9):30-32，36.

[4]魏永华,陈丽君.膜下滴灌条件下不同灌溉制度对玉米生长状况的影响[J].东北农业大学学报,2011(1):55-60.

[5]刘玉洁,李援农,潘韬等.不同灌溉制度对覆膜春玉米的耗水规律及产量的影响[J].干旱地区农业研究, 2009(6):67-72.

[6]王柏,李芳花,黄彦,等.寒地黑土区玉米高效调亏灌溉制度的试验研究[J].灌溉排水学报,2013(1):113-115.

[7]刘一龙,张忠学,郭亚芬,等.膜下滴灌条件下不同灌溉制度的玉米产量与水分利用效应[J].东北农业大学报,2010(10):53-57.

Study on the Experiment of Corn Irrigation System under Film Drip Irrigation Conditions

Li Weixin, Wang Zhongbo, Zhang Zhongxue, Li Huan

(College of Water Conservancy & Civil Engineering，Northeast Agriculture University，Harbin 150030，China)

Abstract：Regard Maize as experimental material and performance the experiment of irrigation system about corn field under the condition of drip irrigation under mulch, change its irrigation quota, irrigation times, then make different experimental processing, through observing rainfall, soil water content and analysis water consumption of maize by using water balance equation. Measuring production of mature maize and obtain a series of yield indexes, analysis the effect of irrigation system on yield indexes. through studying the yield, water consumption and irrigation water and get its water use efficiency, irrigation water productivity and comprehensive equity consideration so as to determine optimal irrigation system.

Key words：drip irrigation under mulch; irrigation system; corn; water consumption; water use efficiency

文章编号：1003-188X(2016)01-0196-05

中图分类号：S275.6

文献标识码：A

作者简介：李蔚新(1991-)，男，黑龙江鹤岗人，硕士研究生，(E-mail)liweixinsmart@126.com。通讯作者：王忠波(1971-)，男，黑龙江拜泉人，副教授，硕士生导师，(E-mail)wangzhongbo71@163.com。

基金项目：“十二五”国家科技支撑计划项目(2014BAD12B01-1)

收稿日期：2014-12-23