浅探微喷灌技术应用对玉米产量的影响

2023-06-28陈东

中国农业文摘·农业工程 2023年1期

陈东

摘要：【目的】探析微喷灌技术应用对玉米产量的影响。【方法】以畦灌为对照，设置3个微喷灌灌水定额，研究玉米干物质积累、叶面积指数、叶绿素含量、光合参数和产量及产量因素的变化特征。【结果】微喷灌能够显著影响玉米干物质积累量，干物质积累量随灌水定额的增加呈先升高后降低的趋势，显著增加各生育期的叶面积指数。微喷灌显著增加玉米叶片叶绿素含量、净光合速率、胞间二氧化碳浓度、气孔导度和蒸腾速率，在灌水定额为40mm/次时，叶绿素和净光合速率最高。微喷灌显著提高玉米千粒重、行粒数和产量，在灌水定额为40mm/次时，玉米产量最好。【结论】综合比较，微喷灌能够显著提高玉米干物质积累、叶面积指数、叶绿素含量、光合参数和产量及产量因素在灌水定额为40mm/次时，玉米长势最好，产量最高，是较为合理的微喷灌灌水量。

关键词：玉米；微喷灌；产量

玉米是我国重要的粮食作物，同时也是山东省的主要粮食作物之一，对保障粮食安全具有十分重要的意义[1]。水分是植物生长必需的物质，也是植物营养物质输送的载体[2]。水分影响着土壤物理化学性质以及微生物和植物的生理生化活动[3]。随着农业的发展，农田用水量逐年增加，导致我国水资源严重匮乏，已经影响到我国农业的持续发展[4]，传统的灌水主要是通过大水漫灌或者畦灌，这种灌溉方式浪费严重，水资源利用率低下[5]。

微喷灌是介于滴灌和喷灌之间的一种新型灌溉技术[6]，具有节水降耗、不受地形地貌限制、灌水均匀、灌水时间和灌水量可控、对土壤和作物扰动小、对水质要求低、能够提高作物产量、易于实现水肥一体化等一系列突出优点[7]，对农田小气候及土壤性状也具有一定的调节作用[8]。吕丽华等[9]研究了微喷灌冬小麦部分生理指标的变化以及产量和水分利用特点。结果表明，在较低灌水量范围内，相同灌水量下微喷灌小麦叶片渗透势、叶绿素含量和光合速率均高于畦灌小麦，微喷灌能显著提高小麦生育后期叶片生理活性，增产效果突出，节水潜力较大。郑孟静等[10]研究微喷灌对夏玉米产量和水分利用效率的影响，结果表明，采用微喷灌控水方式，灌水定额38mm、灌水2-3次，可在保障产量的前提下提高水分利用效率。党建友等[11]研究表明，微喷灌生育期灌4水，越冬水和拔节水灌水量增加到600m3/hm2，配合拔节水和灌浆水追施氮肥，使冬小麦成穗数和千粒重增加而增产，且水肥利用效率最高。因此，本文以畦灌为对照，设置3个微喷灌灌水定额，研究玉米干物质积累、叶面积指数、叶绿素含量、光合参数和产量及产量因素的变化特征。为山东泰安地区玉米高产栽培和微喷灌技术的应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 試验地概况

试验于2019年于泰安市东平县进行，位于山东省中部的泰山南麓，介于东经116°20′—117°59′，北纬35°38′—36°28′之间，属于温带大陆性半湿润季风气候区，四季分明，寒暑适宜，光温同步，雨热同季。全年平均日照数2627.1h，日照百分率58%左右。年平均气温为12.9℃。年内7月份最高，1月份最低，全年平均≥0℃的积温4731℃，≤10℃的积温4213℃，无霜期平均195 d，年平均降水量为697mm。土质为沙中壤土，pH值为6.4，有机质含量10.74g/kg，全氮含量0.86g/kg，碱解氮含量86.31mg/kg，速效磷含量27.97mg/kg，速效钾124.82mg/kg。

1.2 供试材料

试验玉米品种为郑单 958 为试验材料，由河南省农业科学院粮食作物研究所提供。试验用无机肥料为尿素（46% N）、过磷酸钙（17.5% P2O5）和氯化钾（60% K2O），购自当地农资市场。

1.3 实验设计

试验于2019年进行，采用完全随机设置，试验以畦灌为对照（CK）灌水定额为70mm/次，灌溉3次；微喷灌设置3个灌水定额，分别为20mm/次（T1），40mm/次（T2），60mm/次（T3），各处理均灌溉3次。微喷灌处理每小区铺设微喷带，微喷带为斜5孔、孔径0.8mm、带宽40mm、喷射角范围45°-70°，微喷带铺设在玉米行间。所有处理均施入氮肥（N）180kg/hm2，磷肥（P5O2）90kg/hm2，钾肥（K2O）90kg/hm2，氮肥60％、所有磷肥、钾肥及微生物肥料作为基肥在播种前（4月25日）一次性施入，其余氮肥在玉米拔节期前（6月15日）进行追施。每小区8垄，垄宽0.65m，长7m，面积约36.4m2，每处理重复3次，随机排列，试验田田间管理同大田。

1.4 测定项目与方法

1.4.1 玉米干物质的测定

分别在拔节期、抽雄期、灌浆期、乳熟期和完熟期取样，将植株按茎、叶、穗分开，于105℃下杀青30min，80℃下烘干至恒重，进行称重。

1.4.2 叶面积的测定

分别在拔节期、抽雄期、灌浆期和乳熟期取样，每个小区取玉米植株３株，测定叶面积、干物质重量。叶面积的测定用长宽系数法。

叶面积（cm2）=长（cm）×宽（cm）×0.7

叶面积指数=单位土地面积叶片总面积/土地面积

1.4.3 玉米光合特性的测定

在玉米抽雄期用SPAD仪测定叶绿素含量，同时用便携式光合系统（GFS-3000）测定玉米叶片净光合速率、蒸腾速率、气孔导度和胞间二氧化碳浓度。

1.4.4 玉米产量及产量构成因素的测定

玉米实收测产，收获晾干后，于室内考察穗行数、穗粒数、百粒重、含水量等穗部性状，按14%含水量计算籽粒产量。

1.5 数据分析

采用Excel2010统计和计算数据，采用SPSS24.0进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 微喷灌对玉米干物质的影响

干物质是反映植株生长的重要指标，由表1可知，随生育进程的推进，玉米干物质积累量呈逐渐增加的趋势。微喷灌显著影响玉米干物质积累量，其中在拔节期各处理间没有显著差异。在抽雄期，各处理表现为T2＞T3＞T1＞CK，各处理均显著高于CK，T1、T2和T3分别比CK高出2.33％、5.86％和4.45％，T3处理和T1、T2差异不显著。在灌浆期各处理表现为T2＞T3＞T1＞CK，各处理均显著高于CK，T1、T2和T3分别比CK高出1.29％、17.06％和13.56％，处理间差异均显著。在乳熟期，各处理表现为T2＞T3＞T1＞CK，各处理均显著高于CK，T1、T2和T3分别比CK高出3.43％、11.98％和8.17％，处理间差异均显著。在完熟期，各处理表现为T2＞T3＞T1＞CK，各处理均显著高于CK，T1、T2和T3分别比CK高出3.69％、10.72％和8.67％，T2和T3处理间没有显著差异。

2.2 微喷灌对玉米叶面积指数的影响

叶面积指数直接影响干物质的积累量和产量，是衡量玉米生长的重要指标。由表2可知，叶面积指数随生育进程的推进，呈先升高后降低的趋势。微喷灌能够显著提高玉米叶面积指数。在拔节期，各处理间没有显著差异。在抽雄期，各处理表现为T2＞T3＞T1＞CK，各处理均显著高于CK，T1、T2和T3分别比CK高出3.78％、16.86％和9.00％，处理间差异均显著。在灌浆期，各处理表现为T3＞T2＞T1＞CK，各处理均显著高于CK，T1、T2和T3分别比CK高出2.84％、7.64％和12.95％，处理间差异均显著。在乳熟期，各处理表现为T3＞T2＞T1＞CK，T1处理和CK没有显著差异，T2和T3显著高于CK，分别高出3.53％和6.99％，T2和T3处理间没有显著差异。在完熟期，各处理表现为T3＞T2＞T1＞CK，T1处理和CK没有显著差异，T2和T3显著高于CK，分别高出6.57％和3.02％。

2.3 微喷灌对玉米叶片叶绿素的影响

由表3可知，微喷灌显著影响玉米叶片叶绿素含量，其中叶绿素a含量表现为T2＞T3＞T1＞CK，各处理均显著高于CK，T1、T2和T3分别比CK高出2.99％、5.43％和7.23％，各处理间差异均显著。叶绿素b含量表现为T2＞T3＞T1＞CK，T1和CK没有显著差异，T2和T3显著高于CK，分别高出11.96％和10.18％。叶绿素a＋b含量表现为T2＞T3＞T1＞CK，各处理均显著高于CK，T1、T2和T3分别比CK高出2.76％、7.41％和8.15％，各处理间差异均显著。

2.4 微喷灌对玉米葉片光合特性的影响

光合特性是作物物质积累的基础，由表4可知，微喷灌显著影响玉米光合特性，其中净光合速率表现为T2＞T3＞T1＞CK，各处理均显著高于CK，T1、T2和T3分别比CK高出1.70％、9.00％和3.07％，各处理间差异均显著。胞间二氧化碳浓度表现为T2＞T3＞T1＞CK，各处理均显著高于CK，T1、T2和T3分别比CK高出7.70％、18.33％和13.75％，各处理间差异均显著。气孔导度表现为T2＞T3＞T1＞CK，各处理均显著高于CK，T1、T2和T3分别比CK高出7.52％、15.76％和19.88％，T2处理和T1、T3处理没有显著差异。蒸腾速率表现为T2＞T1＞T3＞CK，各处理均显著高于CK，T1、T2和T3分别比CK高出12.56％、22.46％和10.02％，T1和T3处理没有显著差异。

2.5 微喷灌对玉米产量及产量构成因素的影响

由表5可知，微喷灌显著影响玉米产量及产量构成因素，各处理间穗数和穗行数没有显著差异。各处理表现为T2＞T3＞T1＞CK，各处理均显著高于CK，T1、T2和T3分别比CK高出4.42％、12.10％和6.59％，T1和T2处理间没有显著差异。千粒重表现为T2＞T3＞T1＞CK，各处理均显著高于CK，T1、T2和T3分别比CK高出2.14％、3.32％和5.56％，T3处理和T1、T2处理没有显著差异。玉米产量表现为T2＞T3＞T1＞CK，各处理均显著高于CK，T1、T2和T3分别比CK高出10.36％、23.53％和13.59％，T1和T3处理间没有显著差异。

3 讨论

水分是植物生长的必要元素，玉米地上部植株干物质积累量反映群体的光合能力[12]，其与籽粒产量呈显著正相关。水分是影响干物质积累的重要条件，作物在生长发育过程中，同化物在植株各器官不断地进行着转化与分配，并且受土壤水分状况的影响较大[13]。本研究结果表明，微喷灌能够显著提高玉米各生育期的干物质积累量，一方面，是由于微喷灌的灌溉均匀度较好，能够保证土壤含水量基本一致，另一方面，微喷灌采用水肥一体化的施肥模式，能够提高肥料的利用率，减少土壤养分损失，从而提高玉米干物质积累量。干物质积累量随微喷灌定额的增加呈先升高后降低的趋势，说明微喷灌灌水量过高不利于作物生长，可能是由于灌水量的增加导致土壤养分淋溶量加大，从而减少植株对养分的运输。

玉米生长发育所需的化学能，是由叶片对光能截获和光合作用转化而来的[14]，光合作用是作物生长发育和产量形成的生理基础，光合作用决定作物物质积累，光合能力的提高对增加籽粒产量有重要作用[15]。通过合理的水肥协调，能够调节作物光合性能及光合产物的积累与分配[16]，当水肥发生变化时，作物通过调节体内碳、氮含量分配，使其更好地适应生存环境[17]，在某种意义上，适宜水分条件下施肥可促进光合作用，加快碳、氮代谢运转[18]。叶绿素是光合作用的基础，是实现光合作用功能的关键[19]。本研究表明，微喷灌显著提高玉米叶片叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a＋b、说明合理灌溉是保证叶绿素含量的重要保障。本研究表明，微喷灌显著提高玉米净光合速率、胞间二氧化碳浓度、气孔导度和蒸腾速率，且在灌水定额为40mm/次时，光合速率最大。

产量是衡量作物生长最重要的指标[20]，大量研究表明，微喷灌能够显著提高作物产量，纪军锋等[21]研究表明，在冬春连旱的恶劣气象条件下，利用微喷技术对冬小麦在越冬期和返青期进行适时控水和补水，可有效缓解旱情，大幅度提高冬小麦的产量、生物量和水分利用效率。董浩等[22]研究表明，微喷灌水肥一体化处理具有较高的绿叶面积和叶绿素含量，有利于干物质积累和籽粒产量的提高。本研究表明，微喷灌显著提高玉米产量，一方面，微喷灌水分蒸发损失小、灌溉水利用系数较高，另一方面，微喷灌对农田小气候及土壤性状具有一定的调节作用，进而促进干物质向籽粒运输。综合比较，微喷灌能够显著提高玉米干物质积累、叶面积指数、叶绿素含量、光合参数和产量及产量构成因素，在灌水定额为40mm/次时，玉米长势最好，产量最高，是较为合理的微喷灌灌水量。

参考文献

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