不同灌溉模式对玉米生理生长、产量及水分利用效率的影响研究

李明宇

（辽宁省防汛抗旱指挥部办公室，辽宁 沈阳 110003）

0 引言

玉米是重要粮食、经济兼用作物，在保证我国粮食安全和国民经济稳步发展中占重要地位。2019年，我国玉米种植面积达到4 153万hm2，总产量达到25 540万t，但总产量与国家粮食安全中长期规划纲要的目标仍有较大差距[1]。同时，与其他旱作物相比，玉米耗水量更高，对干旱胁迫更敏感。然而，我国北方地区生育前期气温低，玉米出苗缓慢，玉米生长周期被延长，生育中后期持续高温且降雨骤减，将极显著地降低玉米产量[2]。灌溉制度是延缓玉米受干旱胁迫减产、促进玉米生理生长的最有效方法。丁艳宏的研究发现，与畦灌相比，滴灌可提高玉米水肥利用效率，可提高产量[3]。也有学者发现，膜下滴灌可提高作物水分利用效率，具有节水增产的效果[4]。辽西北地区是辽宁的玉米主要种植区，该地区降雨不多，易发生干旱，开展玉米灌溉方式效果研究，对当地农业灌溉管理，实现以水定产、以水定种植结构的适水型农业发展具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 试验站概况

本试验于2019年5—10月，在建平县灌溉新技术试验推广站进行。试验区位于建平县中西部，老哈河东岸，海拔512 m，处于海洋性季风气候向大陆性气候过渡区境内，属半湿润半干旱季风型大陆性气候。多年平均气温7.1℃，平均降水量410 mm，年可能蒸散量达600 mm，有效积温3 200℃。土壤质地为砂壤土，土壤质量体积比1.4 g/cm3。土壤有机质含量为1.66%，速效氮40 mg/kg，速效磷12.5 mg/kg，速效钾80 mg/kg，田间最大持水量fc为20.0%，pH值7.0，地下水埋深3.0 m左右。多年初霜日9月22日，终霜日5月9日，无霜期125~133 d。

1.2 试验材料

本试验供试品种为赤丹218，种植方式参考当地农户的玉米栽培方法（行距48 cm，株距30 cm，亩保苗4 000~4 500株）。玉米播种前翻耕土地后平整土地，玉米播种前灌水一次（灌水定额600 m3/hm2）。试验播种采用人工播种的方式，基肥随种施入试验小区，撒可富复合肥（氮-五氧化二磷-氧化钾）600 kg/hm2，口肥磷酸二铵15 kg/hm2。播种后封地除草。出苗期为5月11日，5月14日为三叶期，定苗、除草、松土；6月15日拔节期，中耕除草，施尿素225 kg/hm2；7月11日抽雄期；8月3日灌浆期；9月6日成熟；10月12日收获期。

1.3 试验设计

本试验为单因素试验设计。设置四个水平，分别为：膜下滴灌M1、微喷灌M2、地面灌M3、不灌溉M4，小区采用随机排列方法布置，设置三次重复，共计12个小区。

玉米整个生育期划分五个生育时期，即苗期、拔节期、抽雄期、灌浆期、成熟期。土壤水分控制下限，分别设定为田间持水量fc的65%、70%、70%、75%、70%，具体试验处理详见表1，试验小区面积为12 m×15 m，每个试验小区之间设有保护行，保护行宽度为1.2 m；需水规律以作物每个生育阶段的适宜土壤湿度为控制标准，有效降水量采用测量降水前后作物根系层土壤含水量变化的方法来确定，气象资料参照试验站的气象观测场资料。

表1 各处理的土壤水分下限控制标准

1.4 测定项目与方法

1.4.1 土壤含水率

玉米全生育期，采用剖面土壤水分测量系统（TDR）测定（每10 cm为一层，测定0~60 cm耕层土壤含水率）。观测时间为每旬开始第一天观测，灌水前、灌水后、生育阶段和降雨前后加测。

1.4.2 生理生长特性指标

分别在玉米的苗期、拔节期、抽雄期、灌浆期和成熟期，测定植株的株高和全部展开叶的叶面积，按长×宽×系数（0.75）法调查叶面积，测定每株近地面处的茎粗。每次测定均在小区内随机取10株样本，取其平均数。

1.4.3 气象资料观测

在课堂观察中我发现，相当多的同学拿到练习之后，问题都还没看，就匆忙聚焦文本。不带着问题，走远了反倒不知道缘何出发，初心怎记？

利用气象站观测的风速、风向、降雨量、蒸发量、温度、相对湿度、日照实数等数据资料。

1.4.4 玉米耗水量

根据水表读数记录每次灌水量，根据水量平衡方程计算玉米耗水量。

1.4.5 产量

成熟时按各小区单独收获，每个处理的玉米产量均以重复产量的平均值代表该处理的实际产量。同时分别取样进行室内考种，测定穗部性状和产量构成因素。

1.5 数据分析

本试验采用Microsoft Excel 2010进行数据整理，DPS软件对数据进行分析，Origin2015作图，显著性水平为p＜0.05。

2 结果与分析

2.1 灌溉模式对玉米株高的影响

图1 株高变化趋势图

表2 灌溉模式对各生育期株高影响的方差分析表单位：cm

苗期各处理苗期株高表现为：M3＞M1＞M2＞M4。随着生育期的推进，株高增加幅度逐渐提升，直至成熟期株高上升趋势减缓。成熟期各处理株高表现为：M1＞M2＞M3＞M4。由方差分析结果可知，M1处理为株高表现最优处理，M4处理为株高表现最差处理，M3与M2处理株高较为相近。

2.2 灌溉模式对玉米茎粗的影响

由表3可知，灌溉模式显著影响玉米各生育期茎粗指标，M1处理在各生育期均表现为茎粗最大，为灌溉最优处理。在苗期M2处理的株高最小，为19.3 cm，成熟期M2处理的茎粗也是各处理中最小的，为24.17 cm。

表3 灌溉模式对各生育期茎粗影响的方差分析表单位：cm

由图2可知，玉米的茎粗从苗期至拔节期增长迅速，M1处理自拔节期至灌浆期增长缓慢，其他处理自拔节期至灌浆期呈现下降趋势，自灌浆期至成熟期各处理的玉米茎粗呈现下降趋势，M1至M4处理分别下降至27.14 cm、24.17 cm、25.22 cm和26.49 cm。

图2 茎粗变化趋势图

2.3 灌溉模式对玉米叶面积的影响

由表4可知，各处理在苗期的叶面积最小，变化范围为190.29至341.37 cm2，其中M4处理最小，为190.29 cm2，M2处理最大，为341.37 cm2，灌浆期叶面积达到最大，且变化范围在5 581.68 cm2至7 293.14 cm2，其中M4处理叶面积最小，为5 581.68 cm2，M1处理叶面积最大，为7 293.14 cm2。

表4 灌溉模式对各生育期叶面积影响的方差分析表单位：cm2

由图3可知，各处理在苗期—拔节期、抽穗期—灌浆期叶面积增长较为缓慢，在拔节期—抽雄期增长迅速。

图3 叶面积变化趋势图

2.4 灌溉模式对玉米产量及产量构成的影响

灌溉模式对玉米产量及产量构成的影响可见表5。由表可知，且由方差分析结果表可知，灌溉模式显著影响玉米产量及产量构成。玉米穗长指标中，M1处理最大，为20.1 cm，M3处理最小，为19.4 cm。穗粗指标中，M4处理显著大于M1、M2、M3处理。在穗粒数、穗粒重、百粒重及产量中，M1处理均最大，分别为642.36、279.06 g、43.83 g和17 950.5 kg/hm2，M4处理均最小，分别为554.36、229.80 g、39.90 g和13 393.5 kg/hm2。由表5可知，M1处理产量最高，为17 950.5 kg/hm2，与M2处理无显著差异，但显著高于M3、M4处理。

表5 灌溉模式对玉米产量及产量构成影响的方差分析表

2.5 灌溉模式对玉米灌溉用水及水分利用效率的影响

灌溉模式对玉米灌溉用水量及生育期耗水量的影响可见表6。M1灌溉次数最大，但是生育期耗水量小于M2和M3处理，水分利用效率最高。相对于其他处理，M4处理灌溉用水量最小，导致了玉米的大量减产，M4处理水分利用效率较低。M3处理虽然获得了与M1和M2处理相近的产量，但是其灌溉用水量最大，导致M3处理水分利用效率最低。因此，若想最大程度发挥水资源利用率建议选择M1灌溉模式进行玉米种植。

表6 灌溉模式对玉米灌溉用水量及生育期耗水量的影响

2.6 经济效益分析

本试验的经济效益分析可见表7。由表可知，处理M1净收益2 080.7元/亩，比处理M2、M3、M4分别增加7.32%、6.58%、39.7%，由此可见，处理M1膜下滴灌有明显的节水、增收效果。由表7还可以看出，M4处理是由于产量低下而成本不变导致的经济所得降低。因此，若想获得最大的经济收益，建议选择膜下滴灌（M1）处理。

表7 经济效益分析

3 结论与讨论

3.1 结论

（1）灌溉模式对玉米各生育期的株高产生极显著影响，在成熟期株高表现为M1＞M2＞M3＞M4。不同灌溉模式处理的玉米各生育期株高变化趋势相同，在抽雄期前，株高随着生育期的推进而增加，抽雄期后，玉米的株高变化幅度较小。

（2）灌溉模式对玉米各生育期的茎粗产生极显著影响，在成熟期茎粗表现为M1＞M4＞M3＞M2。M2和M4处理在拔节期茎粗达到最大值，拔节期后玉米的茎粗呈现下降趋势。M3处理玉米的茎粗在抽雄期达到最大值，抽雄期后茎粗呈现下降趋势。M1处理的茎粗在灌浆期达到最大，后呈现下降趋势。

（3）灌溉模式对玉米各生育期的叶面积产生极显著影响，在成熟期叶面积表现为M1＞M2＞M3＞M4。玉米叶面积指数在生育期内随时间的变化和叶面积相同，灌浆前随生育期进行增大，灌浆后变化较小。

（4）经济效益分析结果，处理膜下滴灌处理净收益2 080.74元/亩，比微喷灌M2、地面灌M3、不灌溉M4处理分别增加7.32%、6.58%、39.7%，处理M1膜下滴灌有明显的节水、增收效果。

3.2 讨论

3.2.1 灌溉模式对玉米生理生长的影响

作物的生理生长是表征作物生长的重要指标，也是作物形成产量的先决条件。膜下滴灌作为旱作物栽培的重要方法具有提高玉米水分利用率和氮肥利用率，减少氨挥发排放，促进作物生理生长和提高作物产量的作用[4~6]。本试验中M3处理（地面灌）的灌溉用水量最大，但是叶面积指数却小于M1处理，这可能是灌溉用水量大，但是灌溉水以水分运移的形式扩散至土壤深层，而此时作物根系发育不完全，导致深层土壤水无法被作物吸收所导致的情况[7]。本试验茎粗结果表明，M1茎粗最大，M4处理次之，灌水量较高的M2和M3处理低于M4处理，这可能是因为M4处理的植株经过干旱驯化，叶片叶面积小，但是单位面积的叶绿素含量增加，可吸收同化更多的无机碳，优化养分运移所导致的[8]。

3.2.2 灌溉模式对玉米水分利用效率的影响

土壤水分决定土壤养分移动性和根区质流养分含量，直接影响植株养分同化吸收，间接影响作物产量的形成[9]。虽然充足的灌溉可以促进产量的形成，但是直接增加了作物生态需水量，降低了水分利用效率[10]。本试验M4处理虽然产量最低，但是该处理仅需自然降水，使得其水分利用效率高于地面灌M3处理，结果属于合理范畴。与M3相比，M1和M2处理进行了补充灌溉，在消耗了仅1/2的M3灌溉用水量条件下，获得了高于M3处理的产量，进一步提高了水分利用效率，为当地玉米种植提供了科学的理论依据。