灌水对不同品种玉米产量和水分利用的影响

王　耀，康永泰，高天啟，孙小娟

(1.甘肃省天祝县农产品质量检测检验站，甘肃天祝　733299；2.甘肃省天祝县农业技术推广中心，甘肃天祝　733299)



灌水对不同品种玉米产量和水分利用的影响

王耀1，康永泰2，高天啟1，孙小娟1

(1.甘肃省天祝县农产品质量检测检验站，甘肃天祝733299；2.甘肃省天祝县农业技术推广中心，甘肃天祝733299)

选用甘肃武威市黄羊镇天祝移民点主推的6个品种，研究不同品种玉米对不同灌溉制度(蒙头水；蒙头水+拔节水；蒙头水+拔节水+灌浆水)的响应。结果表明：玉米灌浆期水分消耗主要分布在20～40 cm土层；不同品种玉米耗水量以‘中单909’最高(434 mm)，‘登海605’(411 mm)次之，‘郑单958’(352 mm)最低。低灌水‘浚单20’和高灌水‘先玉335’的水分利用效率较高，分别为29和28.9 kg/(hm2·mm)，中灌水‘郑单958’和高、中灌水‘登海605’次之，分别为28.2和27.8 kg/(hm2·mm)，低灌水‘中单909’的最低，为22 kg/(hm2·mm)；高灌水 ‘登海605’和‘先玉335’的产量分别为12.0和11.4 t/hm2，分别较低灌水处理增产13.0%和14.2%；而‘郑单958’和‘浚单20’高灌水处理的产量分别为10.1和10.2 t/hm2，与低灌水处理差异不显著。因此，在甘肃武威市黄羊镇天祝移民点，‘登海605’和‘先玉335’ 灌蒙头水+拔节水+灌浆水可以获得高产，‘郑单958’和‘浚单20’仅灌蒙头水即可稳产。

品种；高产；灌溉制度；水分动态；河西灌区

甘肃河西地区属于典型的绿洲灌溉农业地区，水资源合理利用与当地农业可持续发展紧密相关[1]。近年来，随着全球气候变化、农业用水增加、地下水过度开采及不合理灌溉等因素影响，水资源亏缺已成为限制河西灌区粮食增产的巨大瓶颈[2]。玉米是河西灌区主要粮食作物之一，受近年来一系列节水灌溉技术创新和高产抗旱品种育成的带动，玉米产量稳步提高，为该地区粮食安全做出重要贡献。然而，目前该地区农田用水灌溉定额较大，特别是冬季储水灌溉，灌溉定额高达180 mm 左右，串灌漫灌仍是当地的主要灌水方式。在春玉米生长季节，灌水次数多、灌水量大，灌水次数多达6～7 次，次灌水量高达100 mm 左右[3]，使水分不合理利用与作物需水间的矛盾不断加剧。因此，如何提高单位水产出已成为灌溉制度研究的重要课题[4]。已有研究报道，玉米的产量与生育期降雨总量没有显著相关性，而与降雨的合理分配关系密切[5]。不同灌水次数和灌水量对玉米耗水和水分利用效率及周年耗水和周年水分利用效率均有显著影响，不同生育时期水分亏缺或过剩都可能导致减产[6]，灌溉制度不同不仅影响玉米苗期形态建成[7]、生育时长[8]及生长特性[9]等，也显著调节水分利用效率[10-11]，进而影响产量形成。虽然河西灌区玉米生长季节与雨季基本吻合，但生育期内降雨不均常使得玉米在某一生育时期仍需补充灌溉。目前，选用玉米高产品种，结合良好的栽培措施，仍是玉米进一步增产的重要途径[12]。为缓解甘肃武威市黄羊镇天祝移民点农业用水与地下水短缺的矛盾，突破因均一灌溉导致的品种增产瓶颈问题，实现不同玉米品种差异化、精量化灌溉，保障农业可持续生产，本研究针对当前甘肃武威市黄羊镇天祝移民点主推的‘郑单958’ ‘浚单20’ ‘先玉335’ ‘农华101’ ‘登海605’ ‘中单909’ 6个高产玉米品种开展相应的灌溉制度研究，以期为该地区适宜的玉米品种选择及灌溉水的高效利用提供理论支持。

1　材料与方法

1.1试验地概况

田间试验在甘肃武威市黄羊镇天祝移民点综合试验基地(37°40′N、102°51′E，海拔1 787 m)进行。该区年均气温 7.9 °C，无霜期165 d，日照时数 2 300 h，光热资源丰富，以“1年1熟”耕作制度为主；年均降雨量为452 mm，6-9 月占全年降水量的 65%～80%，其他月份降水偏少；年均蒸发量 2 500 mm。试验区土质为砂壤土，0～100 cm土壤体积质量为1.45 g/cm3，田间持水率为25.6%，饱和体积含水率为29.8%，地下水埋深大于5 m。

1.2试验设计

试验采用二因素随机区组设计，以灌水处理为主区因素，主区区组重复3次；以品种处理为副区因素，在同一主区内，不同品种处理在副区内随机设计，3次重复(表1)。主区灌水处理分为：只灌蒙头水(低灌水，W1)、灌蒙头水+拔节水(中灌水，W2)、灌蒙头水+拔节水+灌浆水(高灌水，W3)，每次灌水定额为75 mm，用精量水表控制小区灌水量，受2013年7月-8月初降雨量(240 mm)影响，拔节期未对玉米进行灌溉，仅在8月25日对高灌水处理进行灌溉。副区玉米品种选用甘肃武威市黄羊镇天祝移民点的6个主推品种，分别为‘郑单958’(V1)、‘浚单20’(V2)、‘先玉335’(V3)、‘农华101’(V4)、‘登海605’(V5)及‘中单909’(V6)。小区面积20 m2(10 m × 2 m)，为避免灌水侧渗，不同灌水处理区组间设立1.5 m宽走道，不同灌水处理区组间设0.3 m高土埂，土埂基部宽度0.4 m(图1)。

表1　2因素处理组合

图1　田间玉米灌溉与品种2因素试验示意图(图中1～18所表示的处理组合同表1)

试验区前茬作物为春小麦，玉米播种前喷施玉米田专用除草剂(乙草胺)，用量为1 500 mL/hm2，兑水900 kg/hm2，进行土壤封闭。播种量为37.5 kg/hm2，行距50 cm，通过苗期间苗，保持种植密度75 000株/hm2。受灌溉次数处理影响，无法对小区进行统一追肥，采用“沃夫特”控释肥[w(N)∶w(P2O5)∶w(K2O) = 22∶8∶ 12]，在机械播种时一次性施入距玉米行5 cm处，施肥深度10 cm，施肥量为1 125 kg/hm2。玉米播种期为2013-04-19，收获期为9月17日。玉米生育期内，除灌水次数不同外，其他各项田间管理措施严格控制在相同条件下进行。

1.3田间管理与指标测定

土壤水分监测点的平面布置：在小区地块中央平整的地方，避开低洼易积水地点，且同沟槽保持一定的距离，每小区均匀布置3个取样点。

土壤含水率垂向测点的布设：在0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm处监测。

土壤含水率：采用烘干法测定，每隔10 d测定1次，用土钻采取土样；灌溉、降雨前后加测。

有效降雨量：采用布置在试验田的雨量筒记录。利用水量平衡通过计算获得，即某次降雨的有效降雨量为次降雨量减去地面径流量和深层渗漏量。由于后两项不易测定，用经验的降雨有效利用系数计算有效降雨量，即：

Pe=Pα

式中Pe为有效降雨量(mm)；P为次降雨量(mm)；α为降雨有效利用系数，采用α=1.0经验系数。

耗水量：玉米整个生育期耗水量采用土壤水量平衡方程进行估算[13]，即：

一九三七年十二月二十一日下午四点发生的事，我姨妈孟书娟在脱险后把它记录下来。多年后，她又重写了一遍。我读到的，是她以成熟的文字重写的记述。我毕竟不是我姨妈那样的史学文豪，我是个写小说的，读到这样的记载就控制不住地要用小说的思维去想象它。现在，我根据我的想象以小说文字把事件还原。

ET=WSs-WSh+I+Pe，

式中ET为耗水量(mm)，WSs和WSh分别为播种前和收获后0～100 cm土壤贮水量(mm)，I和Pe分别为全生育期灌水量(mm)和有效降雨量(mm)。本试验区地下水位大于5 m，因此不考虑地下渗漏损失和地下水毛细给水量[14]。

产量：玉米收获时按小区单独测产，实打实收，分别计各小区地上部分产量和籽粒产量，籽粒风干至13%含水率后测定产量。

考种：玉米成熟后，在各小区随机取10株考种，包括穗长、秃尖长、穗粗、百粒质量等指标。

水分利用效率：

WUE=Y/ET

WUE为水分利用效率[kg/(hm2·mm)]，Y为玉米籽粒产量(t/hm2)，ET为玉米全生育期的耗水量(mm)。

1.4数据分析

采用SPSS 17.0计算“平均值±标准误”，通过ANOVA表计算处理间LSD值。用Duncan’s法进行差异分析。灌水与品种间的交互作用运用Univariate Analysis of Variance分析。用Origin 8.0软件进行绘图。

2　结果与分析

2.1土壤水分季节性变化规律

如图2所示，7月-8月初有4次较强降雨，分别发生在7月2日(降雨量48 mm)、7月18日(49 mm)、7月23日(34 mm)和8月1日(46 mm)，降雨量使得前期玉米的灌水效果不明显，至8月25日灌水前，10和50 cm土层土壤水分差异不显著。不同品种玉米的土壤水分在降雨或灌水后均明显升高，3～5 d后又有明显回落，但50 cm土层土壤水分升高和回落的幅度小于10 cm土层，表明表层水分更易受降雨和蒸发的影响。不同灌水处理间10和50 cm土层土壤水分，前期波动较大，且维持在较高水平，平均土壤水分保持在20.2%～27.3%(图2-a，2-c)。在8月1日之后，土壤水分出现明显下降，至8月21日，平均土壤水分降至20.4%左右，下降幅度达25.3%；8月25日之后，除对高灌水处理进行补充灌溉外，土壤水分在16.4%～20.2%。高灌水处理土壤水分在灌水3 d后亦明显下降，至成熟期土壤水分亦降至较低水平，这对玉米后期籽粒脱水是非常有利的。

图2　不同灌水水平(a，b)和品种(c，d)在全生育期10和50 cm土层的土壤水分

不同品种玉米10 cm土层土壤水分差异不显著，但总体上以‘郑单958’的最高，全生育期平均为23.7%；‘先玉335’次之，为23.2%；‘农华101’最低，为21.7%(图2-b)。不同品种玉米50 cm土层土壤水分含量差异显著，尤其是在8月15日灌浆期之后(图2-d)。6月20日-8月1日，不同品种玉米50 cm土壤水分含量较高，平均保持在24.1%～27.1%，而8月1日-8月25日50 cm土层土壤水分出现明显下降，至8月25日，平均土壤水分维持在20.6%～23.5%，下降幅度为13.3%～17.0%；8月25日-9月16日平均土壤水分维持在较低水平，为19.3%～21.7%，但不同品种间差异增大。从全生育期平均值来看，‘浚单20’和‘郑单958’的50 cm土壤水分较高，分别为24.8%，24.6%，‘先玉335’次之，为24.2%；‘中单909’最低，为21.4%。

2.2耗水量、产量和水分利用效率之间的关系

玉米耗水量、产量和WUE是受灌水和品种二因素交互作用影响(表2)。高灌水处理的耗水量和产量最高，中灌水和低灌水处理产量差异不显著。灌水处理对WUE影响不显著，灌水×品种交互作用对耗水量、产量和WUE存在显著影响(P<0.05)。由图3可知，不同品种玉米耗水量差异显著，表现为‘中单909’(434 mm)>‘登海605’(411 mm)> ‘农华101’(389 mm)> ‘先玉335’(376 mm)> ‘浚单20’(371 mm)> ‘郑单958’(352 mm)(图3)。‘登海605’的产量最高，为11.2 t/hm2，‘先玉335’次之，为10.6 t/hm2；‘农华101’的最低，为9.5 t/hm2。灌水×品种交互作用下，低灌水‘浚单20’和高灌水‘先玉335’的WUE较高，分别为29和28.9 kg/(hm2·mm)，中灌水‘郑单958’和高、中灌水‘登海605’次之，分别为28.2和27.8 kg/(hm2·mm)，低灌水‘中单909’的最低，为22 kg/(hm2·mm)。高灌水处理‘登海605’和‘先玉335’的产量分别为12.0和11.4 t/hm2，较低灌水处理的增产13.0%和14.2%；而‘郑单958’和‘浚单20’在高灌水处理的产量分别为10.1和10.2 t/hm2，与低灌水处理的差异不显著。这表明‘登海605’和‘先玉335’在高灌水条件下能维持较高的产量和WUE，‘郑单958’和‘浚单20’在低灌水水平下的耗水量最低，且产量和WUE在不同灌水条件下较稳定。

2.3灌水量和品种因子对玉米产量性状的影响

灌水处理对夏玉米穗长和百粒质量有极显著影响，对穗粗没有影响；高灌水处理主要通过影响玉米的穗长来影响产量(表3)。高灌水处理的穗长最长，为20.5 cm，显著高于中灌水和低灌水处理。品种之间百粒质量的差异是形成品种间产量差异的主要原因，换言之，品种主要是通过增加百粒质量来改善玉米产量。灌水×品种交互作用对穗长和百粒质量有显著影响，对秃尖长和穗粗的影响不显著。‘登海605’的穗长和百粒质量较大，分别较‘郑单958’高12.0%和13.4%；‘先玉335’的穗长和百粒质量较‘郑单958’高12.5%和6.0%。这也解释同等条件下，‘登海605’和‘先玉335’产量高于‘郑单958’的原因。

表2　河西灌区2因子(灌水/品种)对玉米耗水量、产量和水分利用效率的方差分析

注:“*”和“**”分别表示差异显著(P<0.05)和极显著(P<0.01)，“ns”表示不显著。下同。

Note: “* ”and “**” indicate significant difference atP<0.05 andP<0.01 levels, respectively, with “ns” standing for non-significance.The same below.

图3　不同灌水水平和玉米品种的耗水量(A)、产量(B)和WUE(C)

变量Variance处理Treatment穗长/cmEarlength秃尖长/cmBald-tiplength穗粗/cmEardiameter百粒质量/g100-kernelmass灌水 IrrigationW320.5a1.0b5.0a30.6aW220.0b1.3a4.9ab29.6bW119.4b1.3a4.8b29.3b品种 SpecieV620.1b0.8b4.7d28.9cV521.5a1.6a5.0ab32.1aV419.7bc1.7a4.9bc30.2bV321.6a1.7a4.8cd30.0bV218.1d0.5b5.2a31.4aV119.2c0.8b5.0ab28.3cF值 FValue灌水 Irrigation7.0**3.5*2.5ns7.9*品种 Species19.7**18.3**24.6**34.3**灌水×品种 Irrigation×Species2.5*0.9ns1.7ns5.0**

3　讨论与结论

在绿洲灌溉农业地区，合理的水分投入和优化，不仅能起到良好的水肥互作效应，也是提高水分利用效率和产量的关键[15]。李淑文等[14]认为，灌水处理后，土壤表层30～60 cm 水分含量在玉米整个生育时期内变化最为剧烈，灌水处理与表层水分呈正效应，亦与品种抗旱性密切相关，耐旱品种受灌水量影响较小。也有研究[16]认为，玉米WUE随灌水量、耗水量增加而提高，但较高WUE并未在高水分产量最高的处理，而在中等水分处理。玉米在开花后的1～2周对水分胁迫最为敏感，该时期干旱会造成17%～33%的减产[17]。本研究中，不同品种玉米10和50 cm土壤水分在开花期后(8月1日)出现显著下降，其中50 cm土层的降幅大于10 cm土层的。但是，开花后不同品种间50 cm土壤水分含量差异显著。‘浚单20’和‘郑单958’的50 cm土壤水分较高，分别为24.8%和24.6%；‘中单909’最低，为21.4%。该时期的高水分含量使得‘郑单958’和‘浚单20’在灌浆期有充足的土壤贮水量应对灌浆期干旱。可见，不同品种对干旱胁迫敏感程度不同，也解释‘郑单958’和‘浚单20’在灌溉灌浆水条件下增产幅度较小的原因，与刘战东等[18]对夏玉米需水量和需水规律的研究结论一致。

近年来，河西灌区4-6月降雨量少，玉米播种后的墒情往往较差。因此，蒙头水是保证玉米出苗的关键，是玉米高产的基础[5]。另外，玉米灌浆期灌水能够使玉米后期叶片保持光合功能，对提高玉米百粒质量很关键[19]。本研究中，由于7-8月初降雨充足，满足玉米拔节、开花的水分需求，在仅灌蒙头水条件下，‘郑单958’和‘浚单20’保持稳产，而‘先玉335’和‘登海605’在蒙头水+灌浆水条件下，产量明显提高。‘农华101’和‘中单909’在灌浆水条件下产量亦有提高，但增产幅度低于‘登海605’和‘先玉335’。这表明，不同品种对灌溉制度的响应亦不相同，‘郑单958’和‘浚单20’灌蒙头水+拔节水(中灌水)即可，而‘登海605’和‘先玉335’则仍需补充灌溉灌浆水才能获得高产。不同品种间玉米产量差异显著，在仅灌蒙头水条件下，‘登海605’产量最高，达11.1 t/hm2，‘农华101’最低，为9.0 t/hm2；在灌蒙头水+灌浆水条件下，‘登海605’产量最高，达12.0 t/hm2，‘农华101’最低，为10.0 t/hm2。由此可见，在低灌水和高灌水条件下，更换高产品种提高产量幅度分别达20.0% 和23.3%，而灌浆期补充灌溉对产量的提高幅度达8.1%～ 11.1%，灌浆期灌溉增产可能与后期灌溉延长叶片的功能期有关[20]，同时，灌水后穗长、百粒质量的增加，也是‘登海605’与‘先玉335’较其他品种玉米增产的原因之一[21]。

选用节水高产品种及优化灌溉制度，一直是河西绿洲区农业作物生产关注的主要方面。选用甘肃武威市黄羊镇天祝移民点的6个主推玉米品种，结合其土壤水分动态、产量及水分利用效率的比较研究，该区‘登海605’和‘先玉335’采用灌蒙头水+拔节水+灌浆水的灌溉制度，获得高产的同时水分利用效率显著提高；‘郑单958’和‘浚单20’仅灌蒙头水即可稳产。

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(责任编辑：顾玉兰Responsible editor:GU Yulan)

Effects of Irrigation Schedules on Yields and Water Utilizations of Different Maize Species

WANG Yao1，KANG Yongtai2,GAO Tianqi1and SUN Xiaojuan1

(1. Department of Agricultural Products Quality Inspection, Tianzhu Gansu733299,China；2. Agricultural Technology Promotion Center, Tianzhu Gansu733299,China)

A field experiment with three treatments of different irrigation times at different stages was conducted during maize growing period at huangyang town, Wuwei, Gansu province. Six maize species were used to evaluate the effects of irrigation schedules. The results showed that, at filling stage, the maximum water consumption occurred in 20-40 cm soil layers. The water consumption of‘Zhongdan909’was the maximum (434 mm), followed by‘Denghai605’(411 mm), while the minimum occoured for‘Zhengdan958’(352 mm). The effects of different maize species on yields and water use efficiencies (WUE) changed with irrigation times. Both‘Jundan20’with once irrigation and‘Xianyu335’with three times irrigation had higherWUE, which were 29 kg/(hm2·mm) and 28.9 kg/(hm2·mm), respectively, followed by‘Zhengdan958’with twice irrigation and‘Denghai605’with three times irrigation, with theWUEof 28.2 kg/(hm2·mm) and 27.8 kg/(hm2·mm), respectively; theWUEfor‘Zhongdan909’with once irrigation was the minimum[22 kg/(hm2·mm)]. The yields of‘Denghai605’and ‘Xianyu335’with three times irrigation were 12.0 and 11.4 t/hm2, respectively, which were 13.0% and 14.2% higher than their corresponding lower irrigation treatments, respectively. However,‘Zhengdan958’and‘Jundan20’with three times irrigation had the lowest yields: 10.1 and 10.2 t/hm2, respectively. There were no significant differences between different irrigation times. Therefore,‘Denghai605’and‘Xianyu335’ with three times irrigation could achieve higher yields, while‘Zhengdan958’and‘Jundan20’with once irrigation could achieve stable yields in this regeion.

Species; High yield; Irrigation schedule; Water dynamics; Hexi irrigated regeion

2016-01-22Returned2016-04-08

WANG Yao, male，senior agronomist. Research area: agricultural technology promotion.E-mail:tzncpzjzwy@163.com.

2016-01-22

2016-04-08

王耀，男，高级农艺师，主要从事农业技术推广。E-mail:tzncpzjzwy@163.com

S152.7；S157.4

A

1004-1389(2016)08-1165-08

网络出版日期：2016-07-14

网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1220.S.20160714.1103.016.html