覆膜灌溉对河北省春玉米生长生理及产量的影响*

张 冉 ， 张照娜 ， 陆禹阔 ， 许超前 ， 史东旭 ， 贾 悦

（河北水利电力学院遥感与智慧水利创新中心，河北 沧州 061001）

0 引言

我国旱区农业灌溉是用水大户，水资源已成为制约旱区经济发展及生态环境健康的关键因素，破解旱区“水危机”的关键是实现农业高效用水[1]。玉米作为我国第一大粮食作物[2]，同时也是我国种植率第一的旱作物，在我国旱区农业生产中具有十分重要的地位[3]。河北省是我国重要的经济作物生产基地，也是我国主要旱区农业生产基地，春玉米在河北省农业发展中扮演着十分重要的角色，其产值直接影响河北省农业产值的发展。但近年来由于土地干旱严重，依照传统方法灌溉已经不能满足当今的需求，地下水的过度开采已经导致河北省多地出现了地下水降落漏斗现象[4-5]，找到一种新的、适合旱作物的灌溉方法迫在眉睫。覆膜灌溉是目前广泛采用的一种节水农艺措施[6]，已有研究表明，覆膜灌溉能够减少土壤水分损失、调节土壤温度、增加降雨入渗、提高土壤保水力，加快作物生育进程，显著增加作物产量[7]，同时还具备有效抑制土壤蒸发、提高土壤水分有效性[8]、活化土壤养分、抑制杂草及病虫害等功能[9-11]。大量研究结果表明，覆膜灌溉可通过影响作物干物质积累，从而显著提高春玉米产量[12-27]。因此，为进一步缓解河北省的农业用水问题，提高河北省旱作物产值，本研究以春玉米为研究对象，研究覆膜灌溉对春玉米生长生理及产量的影响，研究结论可为河北省作物覆膜灌溉制度的制定提供参考。

1 研究方法

1.1 试验方案设计

本次试验在衡水市节水灌溉试验站进行。选择春玉米为研究对象，每年5 月初播种，9 月底收获。分别设置用于对照的不覆膜处理（CK）和覆膜处理（PM）共2 种处理，每个处理设置3 组重复试验，地膜采用宽80 cm、厚0.04 mm 的规格。玉米株行距为50 cm×30 cm，每个处理播种时秸秆还田，并按当地种植习惯以复合肥为底肥，亩用量70 kg，无追肥。覆膜处理除覆膜外，其他均与不覆膜处理完全相同。

1.2 主要指标测定

1.2.1春玉米生长指标测定

每年6 月初开始测定春玉米株高和叶面积，每10天测定1 次。利用卷尺测量玉米叶片的长度和宽度，计算单片叶面积后相加得到整体叶面积（GLAI），每个试验小区选择5株玉米，取平均值。

1.2.2春玉米光合作用测定

采用LCPro+光合仪，对不同生育期不同处理的春玉米进行蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）、净光合速率（Pn）及胞间CO2浓度（Ci）的测定。测量时间为每天上午9 点，选择晴天观测。每个处理选1 株，固定同一方位的3个叶片进行测定。

1.2.3春玉米产量测定

对不同处理的春玉米产量进行测定，统计实际产量，折合成公顷产量，并分别测定玉米穗数、穗粗、穗重、百粒重等农艺性状。

1.3 数据分析

本研究数据主要采用Excel 2019 进行处理，数据显著性采用SPSS10.0 进行分析，图表采用Origin 2018软件作图。

2 研究结果与分析

2.1 覆膜处理对春玉米生长指标的影响

图1 为不同处理对春玉米叶面积指数（GLAI）的影响。由图1可知，覆膜处理下的春玉米GLAI比不覆膜处理状态下的春玉米提前10天达到峰值，且数值高于不覆膜处理下峰值数据。在玉米出苗后的前80 天，覆膜处理下的GLAI 数值始终高于不覆膜处理下的GLAI数值，且上升速度较快。覆膜和不覆膜处理下的GLAI均在到达峰值后持续下降，但对比覆膜处理下的GLAI，不覆膜处理下的GLAI数值下降速度较为平缓。由图1 可知，在播种后玉米生长前期里覆膜处理使玉米叶面积指数增大，光合作用变强，促进了作物的生长发育，增加了物质积累量，从而增加了玉米的产量。

图1 不同处理春玉米叶面积指数对比

图2 为不同处理对春玉米株高的影响。由图2 可知，覆膜和不覆膜处理的春玉米为同时播种，几乎同在播种第20 天出苗，但是覆膜处理下的株高明显高于不覆膜处理下的株高，且全程覆膜的株高明显高于不覆膜处理的。表明地膜覆盖对春玉米的生育期有显著影响，因为地膜覆盖增加了土壤温度，保蓄了土壤水分，增强了春玉米生长和抗旱能力，同时，也加快了作物的同化速率，从而促进春玉米提早成熟。申丽霞等[28]的研究表明，覆膜处理使春玉米生育进程加快，与本研究结论基本一致。

图2 不同处理春玉米株高对比

2.2 覆膜处理对春玉米光合作用的影响

图3 为不同处理对春玉米净光合速率（Pn）的影响。由图3 可知，不同处理在不同生育期对春玉米Pn的影响不同。随着生育期的进行，春玉米Pn呈现先增加后降低的趋势，这与叶片的发育程度有关。相同生育期内，覆膜处理的Pn高于不覆膜处理，且在苗期、拔节期、抽穗期、灌浆期4 个生育期内，春玉米Pn不同处理间的差异达到了显著水平（P<0.05）。在成熟期，覆膜处理春玉米Pn虽高于不覆膜处理，但处理间差异未达显著水平（P>0.05）。综上所述，覆膜处理可提高春玉米的净光合速率。

图3 不同处理春玉米净光合速率对比

图4 为不同处理对春玉米蒸腾速率（Tr）的影响。由图4 可知，不同处理在不同生育期对春玉米Tr的影响不同。随着生育期的进行，春玉米Tr呈现先增加后降低的趋势，这与叶片的发育程度有关。相同生育期内，覆膜处理的Tr高于不覆膜处理，且在苗期、拔节期、抽穗期、灌浆期4 个生育期内，春玉米Tr不同处理间的差异达到了显著水平（P<0.05）。在成熟期，覆膜处理春玉米Tr虽高于不覆膜处理，但处理间差异未达显著水平（P>0.05）。综上所述，覆膜处理可提高春玉米的蒸腾速率。

图4 不同处理春玉米蒸腾速率对比

图5 为不同处理对春玉米气孔导度（Gs）的影响。由图5 可知，不同处理在不同生育期对春玉米气孔导度的影响不同。随着生育期的进行，春玉米气孔导度呈现先增加后降低的趋势，这与叶片的发育程度有关。相同生育期内，覆膜处理的气孔导度高于不覆膜处理，且在苗期、拔节期、抽穗期、灌浆期4 个生育期内，春玉米气孔导度在不同处理下的差异达到了显著水平（P<0.05）。在成熟期，覆膜处理春玉米气孔导度虽高于不覆膜处理，但处理间差异未达显著水平（P>0.05）。综上所述，覆膜处理可提高春玉米的气孔导度。

图5 不同处理春玉米气孔导度对比

图6 为不同处理对春玉米胞间CO2浓度（Ci）的影响。由图6 可知，不同处理在不同生育期对春玉米Ci的影响不同。随着生育期的进行，春玉米Ci呈现先增加后降低的趋势，这与叶片的发育程度有关。相同生育期内，覆膜处理的Ci高于不覆膜处理，且在苗期、拔节期、抽穗期、灌浆期4 个生育期内，春玉米不同处理间Ci的差异达到了显著水平（P<0.05）。在成熟期，覆膜处理春玉米Ci虽高于不覆膜处理，但处理间差异未达显著水平（P>0.05）。综上所述，覆膜处理可提高春玉米的胞间CO2浓度。

图6 不同处理春玉米胞间CO2浓度对比

2.3 覆膜处理对春玉米产量的影响

表1 为不同处理对春玉米产量的影响。由表1 可知，不同处理之间春玉米产量不同。其中，覆膜处理后的春玉米产量提高明显。覆膜处理的穗数高于不覆膜处理，但处理间差异未达显著水平（P>0.05）。覆膜处理的平均穗粗达到了47.93 mm，较不覆膜处理高出了5.6%，且处理间差异达到了显著水平（P<0.05）。覆膜处理的平均穗重达到了214.13 g，较不覆膜处理高出了20.4%，且处理间差异达到了显著水平（P<0.05）。覆膜处理的平均百粒重达到了31.23 g，较不覆膜处理高出了13.8%，经济产量达到了12 700 kg/hm2，较不覆膜处理高出了7.6%，且处理间差异均达到了显著水平（P<0.05）。综上所述，覆膜处理可通过调节春玉米生长生理作用，从而提高产量。

表1 不同处理春玉米产量对比

3 结论

通过采用LCPro+光合仪，对不同生育期不同处理的春玉米进行蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）、净光合速率（Pn）及胞间CO2浓度（Ci）的测定数据研究，发现覆膜处理下的春玉米覆膜处理相比于不覆膜处理下的数据来说，更适合春玉米的生长发育。覆膜灌溉提高了土壤温度，促进了玉米的生长，缩短了玉米的生长周期。覆膜处理使玉米的叶面积指数发生了变化，加强了春玉米叶片的光合作用，增加了物质的积累量，使玉米产量增加。覆膜灌溉处理减少了土壤水分的蒸发，增加了水分利用率，达到了农业高效用水的目的。综上所述，相对于不覆膜灌溉下的春玉米，覆膜灌溉下的春玉米生长速率较快，生理状态较好且产量高。