不同灌水定额对膜下滴灌玉米生长指标及产量的影响

徐 剑，赵经华，黄红建，马英杰，杨 磊

(1.新疆农业大学 水利与土木工程学院，乌鲁木齐 830052；2.阿勒泰地区水利管理处，新疆 阿勒泰 836500)

0 引 言

中国西北地区深居内陆，距海遥远，绝大部分地区属于温带大陆性气候。新疆地处西北地区的最西边，降水量极少且年蒸发量极大。在这里一方面天然降水远远不能满足农业作物需水需求，另一方面地区内水资源的分布不均等因素使得水资源开发利用的难度系数增大。针对新疆这种农业用水量巨大且又干旱的区域，节水高效灌溉成了最好的选择[1,2]。滴灌作为一种现代化、高效能灌溉技术具有节水、节肥、省工、对灌溉水控制程度高等优点。地膜覆盖技术利用其透光性好、气密性强等特性在田间的作用表现为节水、保肥、控碱、灭草、治虫，最大的优点是提高土壤温度。膜下滴灌技术是基于滴灌和地膜覆盖技术发展起来的高效节水技术，具有二者的优点[3]。膜下滴灌玉米已经发展了很多年，吕东梅[4]认为膜下滴灌玉米在不同田间持水率下限的条件基础上，高田间持水率下限获得的玉米株高、叶面积、茎粗、产量均最大。郭维[5]认为膜下滴灌玉米土壤含水量总是高于常规灌溉，膜下滴灌玉米产量随灌水量的增加而增加。侯吉鹰等[6]人在灌溉水量和促增产方面对膜下滴灌玉米进行了研究，他们认为对玉米用膜下滴灌的田间灌溉方式会使玉米增产12%以上，节水在40%左右。唐光木等[7]人在不同灌溉定额条件下对南疆膜下滴灌玉米进行了玉米生长状况和产量的研究，他们认为以6 000 m3/hm2灌溉定额为上限，玉米的产量随着水量的增加而逐渐增大，玉米生长状况随水量的增加而逐步接近水量允许的玉米最佳生长发育状态。新疆膜下滴灌玉米主要运用在果蔬及棉花的种植方面[8-13]，而在北疆对膜下滴灌玉米的研究还不多，因此，研究北疆膜下滴灌玉米的科学灌溉制度，对北疆玉米节水及为该条件下进行的多种研究提供科学依据有着重要意义。本研究在北疆阿尔泰地区福海县阔克阿尕什乡浑沃尔海灌溉试验站进行，用膜下滴灌耕作方式在不同灌水定额处理下对玉米的生长指标、产量进行了探究。

1 试验材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2015年4月19日在阿尔泰地区福海县阔克阿尕什乡浑沃尔海试验站进行，北纬47°00′56″～ 47°01′56″，东经87°35′56″～87°36′01″，海拔平均高度445 m，试验站地势平坦，坡度不大，周边为戈壁荒滩，与县城高度差约30～50 m。站区灾害性天气为大风、沙尘暴和冰雹，对早中期的农作物破坏性较大。站区风力级数一般要比县城区高2级左右，气温与县城相差在2 ℃以上。4-5月份几乎每天有风，进入6月份后由于周边植被兴起，起到一定的固沙作用，大风及沙尘暴渐少。但8月份渐多，对后期高秆作物产生倒伏影响。该站区土壤质地定为多砾石沙土，保水保肥性差。土壤剖面0～30 cm表土层较薄，土壤肥力贫瘠，30～60 cm混有较大颗粒的砾石土，透水性强，带碱性，60 cm以下为湿润的黄色粗粒砂子。土壤有机质含量0.213%，全氮0.027%，速效氮19.5 ppm，速效磷9.0 ppm, 速效钾92.4 ppm。土壤干密度1.56～1.70 g/cm3。田间持水率(体积比)12%～26%。

1.2 试验材料

玉米品种选用新玉41号。滴灌带为北屯雨润节水设备公司出产的单翼迷宫式滴灌带。地膜、尿素、聚磷酸铵、钾均在当地购买。

1.3 试验方法

试验田种植模式为一膜一管二行，宽窄行种植，宽窄行距为40+60 cm。试验按灌水定额分为6个试验处理，3个重复，每个处理及重复设为一个小区，即玉米试验种植区共计18个小区，每个处理小区均有宽为1m隔离。灌水定额分6个水平，分别为225 m3/hm2(W1)、300 m3/hm2(W2)、375 m3/hm2(W3)、450 m3/hm2(W4)、525 m3/hm2(W5)、600 m3/hm2(W6)。玉米灌溉采用膜下滴灌方式进行，毛管间距1.0 m，滴头间距0.3 m，压力0.1 MPa，滴头流量3.6 L/h。W1处理为5条滴灌带，其他小区布设6条滴管带。

小区排列采取随机区组设计见图1。W1试验处理的小区宽度5 m，设有5根滴灌带，面积210 m2；其余的区宽为6 m，设有6根滴灌带，小区面积252 m2。

将玉米的全生育时段分为6个时期，分别为苗期、拔节期、喇叭口期、抽雄期、灌浆期、成熟期。在玉米整个生育期共施肥4次分别在：6月17日随滴灌施加尿素，按300 kg/hm2计；6月27日随滴灌施加尿素90 kg/hm2、聚磷酸铵20 kg/hm2、钾15 kg/hm2；7月8日随滴灌施加尿素150 kg/hm2；8月4日随滴灌施加尿素90 kg/hm2。生育期及灌溉方案见表1、表2所示。

图1 玉米试验小区随机区组排列形式(单位：m)

生长阶段生育期营养生长阶段苗期拔节期两阶段共存喇叭口期抽雄期生殖生长阶段灌浆期成熟期日期0520061506300726080609251002

表2 玉米灌水方案设计

1.4 试验内容和方法

(1)植株生长指标：每小区固定选取5株有代表性的样本，悬挂标记牌，自玉米出苗后每隔15 d测一次株高、茎围。

(2)单株有效穗数：每个试验处理小区取1 m2单位面积，由株、穗数可以计算出该小区的单株有效穗数，3个重复得平均值。

(3)空杆率:即单位面积内的空杆数占总杆数的百分率。记录空杆数与总杆数并得出空杆率，3个重复得平均值。

(4)穗长:每个试验处理小区取5个样本，分别量测穗长与秃尖长，得平均值，3个试验重复平均。

(5)每穗粒数：每个试验处理小区取3个样本，分别脱粒、数粒，3个重复的平均值。

(6)百粒重：每个试验处理小区将样本区的所有玉米棒混合脱粒、烘干，随机取100粒称重，3个重复的平均值。

(7)籽粒产量：每个试验处理小区的估产样本区烘干籽粒总重折算得出，3个重复得平均值。

(8)灌溉水利用效率：灌溉水利用效率=籽粒产量/灌溉水量。

1.5 数据处理

用Excel 2010和SPSS22.0对数据处理。

2 实验结果与分析

2.1 不同灌水定额对膜下滴灌玉米生长指标的影响

2.1.1 不同灌水定额对膜下滴灌玉米株高的影响

玉米株高的变化能反映玉米营养生长的优良状况，在玉米营养生长状况评价指标中株高是不可或缺的元素[14]。预期得到不同灌水定额对玉米的营养生长和生殖生长两阶段的作用结果及株高的变化规律可以对玉米株高进行分析。

从膜下滴灌不同灌水量处理下玉米株高变化折线(图2)可以看出，各处理玉米株高的变化都近乎是快速增长于营养生长期，当进入生殖生长阶段，株高生长速度较独处于营养生长时期有所变缓，但仍处于增长阶段。生殖生长随着玉米出苗天数的增加而趋于稳定，在80 d后株高的增长率极低，整体株高趋于稳定。

图2 不同灌水定额下玉米全生育期株高变化曲线

从图2中可以看出，玉米株高和灌水定额存在密切关系。不同灌水定额下玉米株高所表现为W5>W4>W3>W6>W2>W1。在W5处理条件下，玉米平均株高值最大，其株高值达到275 cm。W4处理次之，平均株高值为267.4 cm。二者株高平均值相差7.6 cm，处理W5和W4之间差异不明显。处理W1所得到的平均株高值最低达到193.1 cm，最高平均株高值与最低平均株高值的差为81.9 cm，W5处理比W1处理高42.4%，说明不同灌水定额处理对玉米株高有着较大影响。在6个处理中，处理W5获得的最高株高值和处理W6的株高值差为30 cm，处理W5比处理W6高12.2%。综合可以说明当灌水定额小于W5这一阶段灌水量是影响玉米株高的主要因素，玉米平均株高最大值随着灌水定额的增加而呈上升趋势，这与刘站东研究结果类似[15]。当灌水定额大于W5，灌水量不再是影响玉米株高的先决因素，这一阶段玉米株高最大值不会随灌水定额的增加而增加，反而有降低趋势。根据以上分析可以说明W5处理最适宜玉米株高增长。

2.1.2 不同灌水定额对膜下滴灌玉米茎围的影响

玉米基部茎围是玉米的根系在不同灌水定额作用下发育的好与坏和作物整体健壮发育生长程度的重要判别指标之一。

从膜下滴灌不同灌水定额处理下玉米的基部茎围变化折线图(图3)能看出，不同灌水定额处理下玉米基部茎围整体变化呈“单拱形”。从整体玉米发育生长状况来看，玉米出苗后基部茎围于17～33 d内处在快速增长状态，其增长率为155.3%。因为主要处于营养生长阶段，玉米茎秆所含干物质的比例逐渐升高，而玉米茎秆成为了光合作用产物较为重要的分配区[16]。茎围于33～46 d增长速率有所下降，其增长率为49.3%，因为这阶段中后期玉米处于由营养生长转变为营养生长和生殖生长并存的阶段。茎围在出苗后17～33 d的增长速率是茎围于33～46 d增长速率的3.15倍。于出苗后46～61 d玉米基部茎围变化不大，处于稳定状态，各处理基部茎围平均值从2.356 cm长粗到了2.448 cm，其增长率为9.2%。于出苗后61～76 d玉米基部茎围平均值从2.448 cm缩短到了2.308 9 cm，其增长率为-5.7%，一方面是因为此阶段玉米主要进行生殖生长，发生了干物质的转移，另一方面是由于作物缩水。说明玉米基部茎围在不同灌水定额处理下随着生育期的变化总体为变粗—稳定—变细的态势。从图3中可以看出，不同灌水定额下玉米基部茎围所表现为W5处理下玉米平均基部茎围最大，处理W6次最大，W5与W6对茎围的影响差异不大。处理W2所得玉米平均茎围最小。说明W5处理下得到的玉米根系较其他处理下的玉米根系发育要好，玉米抗倒能力较其他灌水定额处理的玉米要强[17]。根据上述处理W5对玉米茎围的增长效果较其他处理好。

图3 不同灌水定额下玉米全生育期基部茎围变化曲线

2.2 不同灌水定额处理对玉米产量构成因素及产量的影响

2.2.1 不同灌水处理对春小麦产量构成因素的影响

表3是玉米穗长、每穗粒数、百粒重、单位面积籽重、产量、灌溉水利用系数的统计表。表4是不同灌水定额对玉米产量构成因素及产量显著分析。穗长、百粒重、每穗粒数随灌水定额的增大而增大，W6的玉米穗长和百粒重最大，W1最小。W1、W2和W3处理的玉米每穗粒数无显著差异。一方面W6处理的玉米每穗粒数最大，而另一方面W5、W6处理间玉米每穗粒数并无明显差异。由此说明，当灌水定额大于W5，对促进每穗粒数的增加无明显作用。灌水定额W1所得单位面积籽重最小，W6最大。相邻两个处理之间玉米单位面积籽重无明显差异，但整体呈上升趋势。说明灌水定额的增加对单位面积籽重的增加有明显的促进作用。W1和W2之间处理玉米空杆率无明显差异，但较其他处理差异显著。W3、W4、W5、W6处理间空杆率无明显差异。产量随着灌水定额的增加而增加，整体呈上升趋势。相邻两处理间无明显差异。W6处理的玉米产量最大，W5次之，然而W5与W6之间并无明显差异。说明这时影响产量的因素不再是灌水定额的大小，因此单纯提高灌水定额来增加玉米产量的做法是不科学的。灌溉水利用系数在总体上呈随灌水定额的增大而增大的态势，其中W5最高，W6次之，W1最小，当灌水定额大于W5时，灌溉水利用系数随灌水量的增加而降低。说明W5的灌溉水利用的效果最好，水量无效损耗相对最少。综合以上所说情况，一方面处理W5能达到较好的用水、节水效果，另一方面W5对玉米产量的增加较其他处理最为有益，所以W5可以作为玉米农田生产活动中的首选。

表3 不同灌水定额处理玉米产量构成因素及灌溉水利用系数表

表4 不同灌水定额处理下膜下滴灌玉米产量构成因素及产量方差分析

续表4 不同灌水定额处理下膜下滴灌玉米产量构成因素及产量方差分析

注：*表示平均值差异在0.05层级显著。

2.2.2 多因素对玉米产量的偏相关分析

表5是百粒重、秃尖长、穗长、单株有效数、每穗粒数、单位面积籽重、空杆率、灌溉水利用系数对产量的偏相关分析，分析图表可知不管对哪一个因素进行单一控制空杆率始终对籽粒产量表现为无相关性。在部分控制因素中百粒重、秃尖长、每穗粒数对籽粒产量表现为相关在0.05层级显著，即对产量有一定的相关性。单位面积籽重、穗长、单株有效穗数、灌溉水利用系数对产量相关显著。其中单一控制空杆率时穗长、单株有效穗数、灌溉水利用系数对产量表现为极相关。综上所述可以说明穗长、单株有效穗数、单位面积籽重对产量的影响最大，而单株有效穗数、穗长、单位面积籽重又都与灌水定额有着密切的关系，所以用适合的灌水量进行大田灌溉保证上述三者良好增长就会获得较好的产量。

表5 多因素条件下控制单一因素对玉米籽粒产量偏相关分析

注：**表示相关在0.01层级显著，*表示相关在0.05层级显著。

3 结 语

(1)膜下滴灌玉米的株高、茎围都随着灌水量的增加而增加。处理W1、W2因为灌水量少，在很大程度上限制了玉米的生长发育，所以显得玉米株高和茎围都较小。处理W5、W6的玉米株高及茎围都较大，经过综合分析后，在六个处理中W5最适合玉米发育生长。灌水定额在525 m3/hm2以上，不但消耗了更多的水，而且过多的灌水量不利于玉米发育生长。

(2)单株有效穗数、百粒重、每穗粒数、穗长、产量和灌水定额有着密切的关系，在灌水定额逐渐增加的情况下单株有效穗数、百粒重、每穗粒数、穗长、产量都呈上升趋势。经相关性分析得单位面积籽重、穗长、单株有效穗数、灌溉水利用系数对玉米产量呈显著性相关，说明在一定程度上保证了单位面积籽重、穗长、单株有效穗数、灌溉水利用系数有个良好的态势就能保证有好的收产，而处理W5就能使单位面积籽重、穗长、单株有效穗数、灌溉水利用系数处于良好的态势。在各处理中W6的产量最大，W5和W6对玉米的产量无明显差异，当灌水量大于W5时，单纯增加灌水量来提高玉米产量的做法意义不大。综合分析后得出为达到在节制用水的基础上保产并增产的目的，最有利于玉米生长发育和玉米增产的525 m3/hm2灌水定额是最好的选择。

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