宁夏黄土高原区滴灌青贮玉米灌溉参数试验研究

李 智，尹 娟,2,3，周 乾，鲍子云

(1.宁夏大学土木与水利工程学院，银川 750021；2.旱区现代农业水资源高效利用教育部工程中心，银川 750021；3.宁夏节水灌溉与水资源调控工程技术研究中心，银川 750021；4.宁夏水利科学研究院，银川 750021)

0 引 言

玉米作为宁夏的主要种植作物，种植面积占全区耕地面积的30%以上，但目前玉米灌溉90%以上仍然采用地面畦灌，灌溉水利用效率不高。而水资源已成为制约宁夏当地经济和社会发展的主要因素，因此节水灌溉是宁夏青贮玉米生产持续发展的必然选择。但在宁夏黄土高原区，对滴灌青贮玉米的灌溉参数研究较少。本文通过田间试验，研究不同灌水处理条件下作物各生育期的生长指标，确定各生育期合理的土壤水分下限，为滴灌青贮玉米推广应用提供合理的科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

本试验位于宁夏吴忠市盐池县冯记沟乡。地处北纬，东经，地势南高北低，南部为黄土丘陵区，中北部为鄂尔多斯缓坡丘陵区，平均海拔高度1 295 m。该地区属于典型的中温带大陆性季风气候，风大沙多、干旱少雨、蒸发强烈。多年平均降雨量293.9 mm，年蒸发量2 139 mm，是降雨量的7.3倍，年内分配不均，降雨大多集中在6-9月份，占全年降水72.4%。多年平均温度8.2 ℃，极端最低气温-30 ℃，极端最高气温38 ℃，全年无霜期128 d，10 ℃以上活动积温2 945 ℃，冻土期为11月-次年3月，持续95 d左右。

试验区土壤类型为砂壤土，由于土层含沙量大，在自然和人为因素的影响下，土地有沙化和盐碱化趋势，土壤理化性质见表1。

表1 试验区土壤理化性质Tab.1 Soil physical and chemical properties of soil in experimental area

1.2 试验设计

试验于2015年4-10月在盐池县冯记沟乡开展，供试玉米品种为正大12。于4月15日播种，9月21日收割，生育期共计159 d。结合早春翻地，施腐熟有机肥4 200 kg/hm2作为基肥。试验共设8个处理，每个处理3个重复，共24个小区。每个试验小区为8行3列，其中长为16 m，宽为5.5 m，小区面积为88 m2。采用宽窄行的种植方式，宽行70 cm、窄行40 cm、株距为20 cm、种植密度为9.345 万株/hm2，青贮玉米不同生育期土壤水分控制下限，见表2。各处理农艺措施相同，作物生育期共追肥6次，追肥总量为675 kg/hm2。

滴灌带采用内镶贴片式，内径16 mm、壁厚为0.15 mm、滴头流量1.75 L/h、滴头间距30 cm、额定工作压力0.1 MPa。采用一带2行种植模式，滴灌带铺设于窄行正中。

从6月8日起开始测量植物株高，每个小区选取连续3株固定位置的青贮玉米，株高使用精确度为1 mm的卷尺测量；使用CI-340光合仪，于2015年7月21日8∶00-16∶00测定青贮玉米净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)等，重复2次；每个处理小区取10株生长一致的玉米，测出每株玉米的重量，计算出每个处理小区的青贮玉米理论产量。

采用Excel2010和DPS软件数据处理系统处理和分析数据。

表2 土壤水分下限设计Tab.2 Design of soil water contents

注：θf为土壤田间持水量。

2 试验结果与分析

2.1 不同土壤水分下限对青贮玉米株高的影响

图1给出了不同灌水处理条件下青贮玉米株高生长变化的趋势。随着生育期的延长，各处理株高逐渐增大，直至打顶前，青贮玉米株高增加量，处理F7最大，F8次之，F4最低。株高生长速率是指在两次测量之间的净生长量与前一次测量值的比值，并且把前一次测量值看作100%，它是研究植物动态生长的一项重要指标[1]。在6月20日以前，各处理株高差别不大；各处理株高生长速率最高出现在6月20日至7月8日期间，处理F1、F2、F3、F4、F5、F6、F7、F8分别为118.36%、122.28%、125.11%、116.41%、137.87%、127.57%、126.38%、109.78%，此期间株高生长速率，处理F5最高，而处理F8最低；在7月8日至7月28日期间，处理F1、F2、F3、F4、F5、F6、F7、F8株高生长速率分别为69.36%、88.97%、76.21%、88.63%、53.75%、67.79%、67.38%、77.67%，这期间各处理的株高生长速率显著下降；7月28日以后青贮玉米主要以生殖生长为主，各处理的株高生长速率基本停止。

图1 不同灌水处理对青贮玉米株高的影响Fig.1 Effects on plant height and stem thick under differentirrigation treatments

2.2 不同土壤水分下限对青贮玉米光合作用的影响

图2为不同灌水处理玉米净光合速率的日变化趋势图。从图2可以看出，叶片的Pn从早上8∶00开始迅速增加，这是由于经过夜间的富集作用，胞间CO2浓度清早较高，随着气温的升高和光合有效辐射的上升，净光合速率升高[2]。处理F4和F5的Pn呈单峰曲线，其峰值在10∶00出现；处理F6的Pn波动性不大；处理F1、F2、F3、F7、F8的Pn呈双峰曲线，出现光合午休现象，其第一峰值出现在上午10∶00，第二峰值于14∶00出现，随后开始下降。各处理上午的Pn明显大于下午，这主要是由于经过上午的光合作用后，叶片中的光合产物积累而发生反馈抑制的原因[3]。各处理中，处理F7日平均净光合速率最高，为20.08 μmol/(m2·s)，处理F1最低，为8.01 μmol/(m2·s)，其日平均净光合速率大小为F7>F8>F3>F5>F2>F4>F6>F1。

图2 不同灌水处理对青贮玉米净光合速率的影响Fig.2 Effects of different irrigation treatments on net photosynthetic rate of Silage Maize

由图3不同灌水处理青贮玉米蒸腾速率的日变化趋势图，可以看出，Tr与Pn有相似的变化规律，各处理Tr与Pn的峰值同时出现；处理F8日平均蒸腾速率最高，为3.57 mmol/(m2·s),处理F1最小，为1.71 mmol/(m2·s),其日平均蒸腾速率大小为F8>F7>F3>F2>F5>F4>F6>F1。

图3 不同灌水处理对青贮玉米蒸腾速率的影响Fig.3 Effects of different irrigation treatments on transpiration rate of Silage Maize

2.3 不同土壤水分下限对青贮玉米水分生产效率的影响

WUE=Y/ETc

(1)

式中：WUE为青贮玉米水分利用效率，kg/m3；Y为青贮玉米单位面积产量，kg/hm2；ETc为青贮玉米全生育期总耗水量，m3/hm2。

表3显示，苗期土壤水分下限为50%θf、拔节期土壤水分下限相同条件下(处理F1与F2、F3与F4)，抽雄-灌浆期土壤水分下限越高，其水分生产效率越高；而当苗期土壤水分下限为55%θf，拔节期土壤水分下限相同条件下(处理F5与F6、F7与F8)，抽雄-灌浆期土壤水分下限越高，其水分生产效率越低；当苗期、抽雄-灌浆期土壤水分下限相同条件下，拔节期土壤水分下限与水分生产效率呈正比；苗期土壤水分下限为50%θf各处理的水分生产效率明显小于55%θf；处理F7水分生产效率达到最大值，为20.67 kg/m3，较F1、F2、F3、F4、F5、F6、F8处理增加41.17%、28.88%、36.24%、29.51%、17.32%、23.61%、4.06%，说明在宁夏黄土高原区青贮玉米滴灌生产方式中采用处理F7控水方案，达到节水高产的目的。

表3 不同处理的水分生产效率和灌溉水利用效率Tab.3 Effects of different irrigation treatments on water use efficiency andirrigation water use efficiency of silage maize

2.4 不同土壤水分下限对青储玉米产量的影响

由表4不同土壤水分下限条件下产量差异性分析，可以得出，处理F1与处理F3的产量差异不显著，但与其他处理间的产量差异均达到了显著或者极显著水平；处理F2、F4、F6之间产量差异不显著；处理F7与其他处理之间产量差异极显著；不同土壤水分下限条件下，处理F7产量最高，为89 724 kg/hm2，处理F1最低，为57 136.5 kg/hm2，处理F1、F2、F3、F4、F5、F6、F8分别比处理F7低36.32%、28.72%、35.07%、29.53%、14.15%、22.89%、9.56%。

表4 不同土壤水分下限条件下产量差异性分析Tab.4 Yield variance analysis under different soil water contents

注：表中的值为均值，同一列中字母相同代表差异不显著，小写字母代表显著性差异(p<0.05)，以大写字母代表显著性差异极显著水平(p<0.01)。

3 结论与讨论

3.1 讨 论

作物通过光合作用合成碳水化合物，积累干物质，积累量的大小直接反映在株高等形态指标上。本实验研究表明，在青贮玉米抽雄-灌浆期前，株高生长速率呈现出先快后慢的趋势，说明前期作物所吸收的水分和养分主要用于营养生长。前人对玉米研究时发现，适度干旱后复水营养器官首先等量补偿生长，经济目标器官则表现为低补偿生长[4]。在苗期时应进行蹲苗，若土壤水分过多地上部分幼苗生长迅速，而地下部的根系又多扎在浅层土壤内，试验区土质为沙壤土不能有效的保持水分，致使在玉米需水关键期不能有效地吸收深层土壤水从而影响玉米植株的正常生长。大量研究表明，亏缺灌溉可以通过适度控制土壤水分下限给作物一个适中的干旱环境中提高作物的产量。

3.2 结 论

(1)6月20日-7月28日玉米的生长速率较快，7月28日以后其生长速率基本停止；处理F7的株高增加量最大，F8次之，F4最低。

(2)不同土壤水分下限处理上午的净光合速率和蒸腾速率明显大于下午，处理F7日平均净光合速率最高，达20.08 μmol/(m2·s)，处理F1最低，为8.01 μmol/(m2·s)；处理F8日平均蒸腾速率最高，为3.57 mmol/(m2·s),处理F1最小，为1.71 mmol/(m2·s)。

(3)处理F7的产量、灌溉水利用效率、水分生产效率在各处理中均达到最大值，分别为89 724.00 kg/hm2、33.99、20.67 kg/m3。因此，对于实现节水高产目的来说，处理F7控水方案较为理想。

可见，滴灌青贮玉米土壤水分下限以处理F7(播种-出苗期65%θf、苗期55%θf、拔节期60%θf、抽雄-灌浆期60%θf、成熟期60%θf)生长指标最好，建议其为适宜土壤水分下限。

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