不同灌溉定额对膜侧玉米生长及水分利用效率的影响

2018-05-30焦炳忠任秋实郭媛姣孙兆军

中国农村水利水电 2018年5期

焦炳忠，任秋实，郭媛姣，王力，孙兆军,2,3,4

(1.宁夏大学土木与水利工程学院，银川 750021；2.宁夏大学资源环境学院，银川 750021；3.宁夏大学环境工程研究院，银川 750021；4.宁夏(中阿)旱区资源评价与环境调控重点实验室，银川 750021)

0 引言

宁夏中部干旱带主要在农、林、牧等系统的汇合处，气候变化异常，春季干旱、风大，土壤表面的蒸发受气候影响非常强烈，作物种植的各时期与降雨时间不对称。太阳光和紫外线照射充足，用水泵抽水提供灌溉是制约干旱地区农业经济发展的因素，发展精准化灌溉成为当前面临的关键问题[1]。干旱区域地下水深，灌溉水渗漏严重，农作物很难在短时间内吸收全部的灌溉水，因此，精准灌溉对农作物的生长和减少水资源成为限制农业经济效益的主因[2]。在农业生产中，减少地表水分蒸发、地下渗漏、作物在各生育时期对水分消耗，以及提高农作物对水分利用效率更为重要[3-6]。许多学者[7-13]通过设置不同灌水定额与不覆盖方式和覆膜等组合模式对玉米农艺性状及产量进行了研究，表明膜下高水量的灌溉对玉米全生育期需水量与灌水量线性相关，并且玉米的水分利用效率达到最低。本田间试验采取不同的灌溉定额和种植模式组合，对扬黄灌区玉米等间距种植模式和大水漫灌的灌溉方式进行改进并开展小区试验，为当地改变玉米种植方式提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2016年在宁夏王团科技园开展。该区域干旱，春、夏季降雨量少，秋季降雨偏多，年平均降水量270 mm，西北风多，导致地表水分散失过快，年平均气温8.6 ℃，年平均日照3 024 h。试验区田间持水率21.43%，全盐0.27 g/kg，全氮0.62 g/kg，全磷0.75 g/kg，速效磷24.13 mg/kg，速效钾190.00 mg/kg，有机质7.90 mg/kg，pH 7.65，土壤容重1.28 g/cm3。

1.2 试验设计

设膜侧、膜下、露地3种种植模式和2 400、3 000、3 600 m3/hm23种灌溉定额的随机区组试验，共9个处理。灌水定额的设计是依据当地玉米耗水量和参考文献。田间试验设计见表1。

表1 试验设计Tab.1 Experimental design

供试玉米品种为当地多年种植，种植方式采用宽行(700 mm)和窄行(30 mm)，株距30 cm，地膜90 cm，种植株数为81 900 株/hm2。小区长5 m，宽5.7 m，面积180 hm2，共计9个处理，共27个小区，每小区种10行玉米、5条滴灌带，每条滴灌带控制两行玉米，滴灌带滴头流量为1.5 L/h。

5月10日试验地撒施二铵(300 kg/hm2)、钾肥(450 kg/hm2)作为基肥，深旋并平整试验地，划分小区，按照试验方案铺普通PE白色膜。5月11日，铺设滴灌带，按照试验计划灌溉150 m3/hm2，主要保证玉米出苗率；5月12日人工进行种植；5月23日出苗；5月28日定苗；7月9日拔节期；7月28日大喇叭口期；8月16日抽雄期；9月4日灌浆期，9月15日乳熟期，10月11日成熟期，收获10月13日，全生育期为155 d，全生育期内降雨量为167 mm。玉米施肥情况见表2。在整个试验中，灌溉水来自黄河水，储存到水库经过沉淀晾晒利用水泵抽水灌溉。

表2 玉米各生育阶段的施肥Tab.2 Fertilization in the growth stages of corn

1.3 观测项目

生长指标及产量：观测各小区玉米出苗时间；各生育时期的农艺性状和各小区产量。

土壤含水率：在玉米整个生育时期，用采土样的方法在0～100 cm范围，每20 cm取1次，用烘干法测。

产量：玉米在成熟期时，选定良好的天气，对各小区作物全部测产，人工收获，脱粒，将其化为亩产。

2 结果与分析

2.1 不同灌溉定额和种植模式对玉米生育时期的影响

根据扬黄灌区气候条件和玉米生长特性，玉米的灌水日期和各处理灌水量如表3所示。

该试验在没有漫灌的前提下开展的，为保证玉米的发芽和出苗，各试验于5月11日进行第一次灌水，灌水量均为150 m3/hm2。定苗后根据试验方案进行试验。从表3可以看出，在3种种植方式下，高水量处理的灌溉定额3 600 m3/hm2比中水量处理多了600 m3/hm2，低水量处理多了1 200 m3/hm2。

2.2 不同灌溉定额和种植模式对玉米株高的影响

由图1可以看出，从拔节期到抽雄期，在较短的时间内，增幅很大，并且各处理间也有明显的变化，在拔节期(6月21日)CG株高最高为110.1 cm，比LD株高高31.1 cm，到抽雄期(8月5日)增长到248 cm，增长了137.9 cm；抽雄期到成熟期，CG的株高从抽雄期(8月5日)248 cm增长到成熟期(10月4日)290.3 cm，增长了42.3 cm，营养生长期CG的增长幅度比生殖生长期高95.6 cm，在抽雄期前，玉米主要进行营养生长，株高增长快，到了抽雄期，玉米进入生殖生长阶段，此时光合作用的产物有一部分用于籽粒的生长。在抽雄期(8月5日)各处理的株高从高到低依次为，在成熟期(10月4日)各处理的株高从高到低依次为CG>CZ>XG>XZ>CD>LG>XD>LZ>LD。在相同灌溉定额条件下，膜侧和膜下在苗期(5月26日)到抽雄期(8月5日)玉米株高涨幅比露地种植高。在相同种植模式下，高水量的处理比低水量的处理，株高在各生育时期高，并且增幅快。

表3 各处理灌水日期和实际灌溉量 m3/hm2

图1 不同灌溉定额和种植模式对玉米株高变化Fig.1 Changes of maize plant height under different irrigation quota and Planting Patterns

2.3 不同灌溉定额和种植模式对玉米叶片数的影响

叶片数的多少直接影响玉米的光合作用、呼吸作用，进而对玉米的生长性状、籽粒饱满和产量都有影响。由图2可以看出，苗期(5月26日)膜侧和膜下种植比露地种植叶片数多1片，主要是在播之前灌溉相同水量10 m3，用于玉米出苗，之后第一次灌水在6月24日，此阶段作物生长主要靠播种前灌溉的水和很少的降雨量维持，还有减少地表蒸发。从苗期(6月9日)开始到抽雄期(8月5日)各处理玉米叶片数增长速度最快，各处理涨幅从大到小依次为CG>CZ=XG>XZ=CD= LZ> XD>LG>LD，涨幅最大为膜侧高水量处理为10片。从抽雄期(8月5日)到成熟期(10月4日)各处理叶片数增长缓慢，成熟期(10月4日)叶片数从多到少依次为CG=CZ>XG=XZ=CD=XD=LG>LZ>LD，其中CG(16片)比LD(13片)在成熟期叶片数多3片。在相同灌溉定额条件下，玉米全生育期膜侧叶片数增加比膜下和露地快。在相同种植模式下，高水量的处理比低水量的处理，叶片数在各生育时期多。

图2 不同灌溉定额和种植模式对玉米叶片数变化Fig.2 Changes of maize leaf numbers under different irrigation quota and Planting Patterns

2.4 不同灌溉定额和种植模式对玉米叶面积指数的影响

作物叶面积指数是叶面积大小的表现，叶面积和叶片数的多少直接影响作物光合作用。由图3可以看出，苗期到灌浆期各处理的叶面积指数逐渐增加，灌浆期到成熟期各处理叶面积指数有所下降。在灌浆期(9月1日)，各处理叶面积指数从高到低依次为CG>CZ> XG> CD >XZ> LG > XD >LZ >LD，其中CG叶面积指数(5.92)比LD叶面积指数(4.83)在灌浆期多18.4%。在相同灌溉定额条件下，玉米全生育期高水量膜侧叶片数增加比膜下和露地快。在相同种植模式下，高水量的处理比低水量的处理，叶片数在各生育时期多。

图3 不同灌溉定额和种植模式对玉米叶面积指数变化Fig.3 Change of Leaf Area Index of Maize under different irrigation quota and Planting Patterns

2.5 不同灌溉定额和种植模式对玉米干物质积累量的影响

由图4可以看出，从出苗期到成熟期CG比CZ、XZ干物质积累量的增长量分别增多了2.57%和1.70%，CG比XG、LG干物质积累量的增长量分别增多了2.41%和7.13%；CG比LD干物质积累量的增长量增多了11.27%。

图4 不同灌溉定额和种植模式对玉米干物质累积量变化Fig.4 Changes of dry matter accumulation in maize under different irrigation quota and Planting Patterns

2.6 不同灌溉定额和种植模式对玉米产量及水分生产效率的影响

图5可以看出，在种植模式相同下，玉米产量随着灌水量的增加而增多，其中每公顷产量最高的组合是CG为11.00 t/hm2；在种植模式相同下，玉米产量最高的都是高水量，分别是露地滴灌为9.91 t/hm2、膜下滴灌为10.35 t/hm2、膜侧滴灌为11.00 t/hm2，产量从高到低依次为高水量 >中水量 >低水量。在灌水定额相同下，各种植模式产量最高为膜侧滴灌11.00 t/hm2，其次为膜下滴灌为10.35 t/hm2，露地滴灌最低为9.91 t/hm2。CG比CZ和CD产量分别高6.04%和3.05%， CG比XG和LG产量分别高9.12%和6.01%。说明CG处理的效果最好，膜侧高水量种植技术具有增温保水、早熟高产、并能够很好地促进玉米全生育期的生长，增加产量。

采用DPS软件对各处理产量进行LSD即显著性多重比较，不同灌水定额和种植模式处理的玉米产量之间存在显著性差异，其中，CG与其他处理存在极显著差异；CZ与其他处理存在极显著差异；CD、XG和XZ之间无极显著差异；露地滴灌种植模式下3种灌溉定额下各处理之间存在极显著差异。

图5 各处理玉米产量变化Fig.5 Change in maize yield 注：a、b、c等不同字母表示不同处理数在0.05水平上的差异性显著。

处理灌溉定额/(m3·hm-2)实际需水量/(m3·hm-2)实际产量/(t·hm-2)水分生产效率/(kg·m-3)灌溉水分生产效率/(kg·m-3)LD240037658．842．353．68LZ300042909．602．243．20LG360050109．911．982．75XD240035259．962．824．15XZ3000376510．182．703．39XG3600466510．352．222．87CD2400376510．342．754．31CZ3000397510．662．683．55CG3600465011．002．373．06

由表4可知，灌溉水生产效率从高到低依次为：CD>XD>LD>CZ>XZ>LZ>CG>XG>LG。CD的灌溉水分生产效率最高为4.31 kg/m3，产量为10.34 t/hm2，LG的灌溉水分生产效率最低为2.75 kg/m3，产量为9.91 t/hm2。各处理的水分生产效率从高到低依次为：XD>CD>XZ>CZ>CG>LD>LZ>XG>LG。XD的水分生产效率最高为2.82 kg/m3，产量为9.96 t/hm2，LG的灌溉水分生产效率最低为1.98 kg/m3，产量为9.91 t/hm2。所以，水分生产效率高的灌溉模式组合也不一定产量高。

3 讨论

种植模式和灌溉定额的优化组合是旱区玉米高产高效的主要栽培和节水措施，已有研究表明[11]，膜下滴灌高水量下玉米的农艺性状和产量都最优；张昊等[14]通过两年的大田试验数据，得出不同灌水定额和覆膜种植模式下玉米滴灌对不同土壤层的水分分布的影响具有显著差异，并探讨了不同灌溉定额下玉米产量、水分利用效率的差异，表明，高水量的膜下滴灌玉米产量与灌水定额大小成正比，并且玉米的水分利用效率达到最低。本田间试验开展了不同种植模式和不同灌溉定额对玉米各生育时期玉米农艺性状、产量以及水分生产效率的变化情况，部分田间试验验证了高水量和覆盖物下对玉米的农艺性状和产量都有增加作用。在相同灌溉定额下，膜侧种植玉米各指标比膜下种植和露地种植高；在相同种植模式下，高水量处理的玉米各指标比中水量和低水量处理的高。

本研究表明，处理XD的水分利用效率最高，为2.82 kg/m3，灌溉定额为2 400 m3/hm2；处理LG的水分利用效率最低，为1.98 kg/m3，灌溉定额为3 600 m3/hm2。说明灌水较多和有覆盖物的种植方式，更有利于对玉米产量的提高，但水分利用效率不是很高。因此，选择合适的覆盖方式，适当地降低玉米的灌水量，有利于提高玉米的水分利用效率。

4 结语

采用膜侧种植玉米比膜下种植和露地种植的各生育时期、农艺性状和产量最佳。CD的水分生产效率最高，达到2.75 kg/m3(产量为10.34 t/hm2)，LG的水分生产效率最低，为1.98 kg/m3(产量为9.91 t/hm2)。CG产量最高，为11.00 t/hm2，但水分生产效率仅为2.37 kg/m3，说明产量高，水分生产效率不一定最高。膜侧滴灌种植玉米的产量及水分生产效率高于其他灌溉技术，是宁夏扬黄灌区适宜的节水灌溉技术，灌溉定额为2 400 m3/hm2的玉米水分生产效率最高，节水增效明显，可作为当地较适宜的灌溉制度。

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