灌水技术参数对覆膜制种玉米生长与蒸腾耗水的影响

马士萌 佟 玲 王素芬 赵 引 马冬青 李德智

(1.中国农业大学中国农业水问题研究中心,北京 100083;2.甘肃武威绿洲农业高效用水国家野外科学观测研究站,武威 733009;3.滨州学院山东省黄河三角洲生态环境重点实验室,滨州 256600)

0 引言

灌溉对我国农业生产和粮食安全保障占有极为重要的地位。尤其在干旱绿洲灌溉农业区,种植业完全依赖于灌溉,水资源不足长期制约着该地区的农业发展。据统计2020年我国农业用水仍占据总用水量的62.1%。而农田灌溉水有效利用系数仅为0.565,与发达国家还有很大差距[1]。因此充分挖掘农业的节水潜力,提高农业水利用效率对缓解水资源压力具有十分重要的现实意义。

近年来覆膜滴灌技术在干旱地区取得了明显的节水成效[2]。有研究学者表明覆膜会影响土壤水热动态[3],减少地表无效蒸发,从而增加产量,提高水分利用效率[4-6]。因此探究覆膜滴灌下高效节水灌溉制度十分必要。滴头流量与灌水间隔时间是滴灌设计中两个重要的参数,与土壤含水率以及作物根区的湿润体特征有着直接的关系[7-12]。不同灌水条件下形成的湿润体特点不同,湿润体形状对作物耗水有显著的影响。宽浅型土壤湿润体会增加土壤的蒸发,进而影响作物生长发育与蒸发蒸腾量。有研究表明大滴头流量下灰枣的耗水量大于小滴头流量,小滴头流量处理枣果着色品质较优[13]。当灌水量一致时,灌水间隔时间越短,滴头附近土壤含水率越高,水分向四周扩散的梯度差就越大[12]。有关番茄[14]、枸杞[15]、甘蓝[16]等不同作物的研究发现,减小灌水间隔时间可以增加作物的株高、茎粗、叶绿素含量等指标,同时果实品质更优。但田建柯等[17]研究表明玉米的株高、叶面积、产量、水分利用效率随灌水频率的增大均呈现下降趋势。有研究认为灌水间隔时间为6 d时可以提高新疆地区覆膜玉米的产量和水分利用效率[18]。在对苜蓿的研究发现,随着灌水频率增加,耗水量呈现先减小后增加的变化趋势[19]。灌水技术参数对作物的影响因土壤环境和作物种类有显著差异,目前关于灌水技术参数对覆膜制种玉米生长耗水的影响研究还比较少,尤其覆膜条件下的响应机制还需进一步探究。作物蒸发蒸腾量是指导作物合理灌溉的重要依据,液流监测能够直接表征植株体内瞬时的水分消耗情况,也可用于估算冠层蒸腾量[20-22]。茎流变化不仅受太阳辐射、温度、饱和水汽压差和相对湿度等气象因素的影响[23-24],还与土壤含水率、土壤温度以及作物生理参数有关[25-27]。龚道枝等[28]利用气象因子与茎流量之间的数量关系预测桃树的蒸腾量,发现液流与参考作物蒸发蒸腾量呈良好的线性关系。在探究玉米[29]、葡萄[30]等作物时发现,利用叶面积指数、茎粗对单株茎流进行尺度转换得到的群体蒸腾量与实测值有很好的一致性。然而覆膜情况下水热条件变化、作物不同尺度液流变化与灌水技术参数的关系还不明确。

河西走廊地区是我国制种玉米的主要产区,可保障全国50%的种子使用量[31]。但由于缺乏科学的灌溉指导,实际生产中水分利用效率较低。因此,本文针对西北旱区膜下滴灌灌水技术参数不统一、水分利用效率低的现状,比较不同滴头流量与灌水间隔时间对制种玉米的液流速率以及植株生长状况的影响并将植株蒸腾进行尺度提升,以期揭示制种玉米的蒸腾耗水以及水分生产力对不同灌水技术参数的响应规律,为探索节水高效膜下滴灌灌溉制度提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2018年4—9月在甘肃武威绿洲农业高效用水国家野外科学观测研究站进行,该地区属于温带大陆性气候,冬季长夏季短,昼夜温差达15℃。降水量少,且全年分布不均,多年平均降水量为164.4 mm,年蒸发量为2 000～2 700 mm。但该地区光热充足,全年日照时数可达3 000 h以上,大于0℃年积温为3 550℃,无霜期150 d左右。该地区平均海拔为1 581 m,地下水埋深超过25 m。试验区内土壤质地为砂质壤土,深度0～100 cm土层平均土壤干容重为1.51 g/cm3,田间持水率为0.29 cm3/cm3,凋萎系数为0.12 cm3/cm3[29]。

1.2 试验设计

本试验供试制种玉米品种为TRFA2018。采用覆膜滴灌灌溉方式。试验滴头流量设计3个水平:2.0、2.5、3.0 L/h,灌水间隔时间设计5个水平:6、8、10、12、14 d。其中滴头流量2.5 L/h设计6、10、14 d 3个灌水间隔时间水平,其他滴头流量与灌水间隔时间采取正交设计,共计13个处理,每个处理3个重复(表1)。种植方式为“一膜两带四行”,即1幅膜内铺设2条滴灌带,播种4行作物,作物行距40 cm,株距25 cm,滴灌带间距为80 cm,滴头间距30 cm,膜宽140 cm,膜间为裸土,裸土宽40 cm,试验区面积约0.38 hm2。父本母本种植比例为1∶6,母本于2018年4月19日播种,第1批父本于2018年4月26日播种,第2批父本于2018年5月2日播种。施肥依据当地种植生产经验确定,氮、磷、钾施肥量分别为250 kg/hm2(N)、60 kg/hm2(K2O)、165 kg/hm2(P2O5),40%氮肥作为基施和磷肥、钾肥在播种前施入,60%在各生育期按作物需肥比例滴施追肥,除草、喷洒农药等农艺措施以当地生产经验为准。

表1 试验设计

1.3 监测指标与方法

1.3.1气象数据与灌水量

利用标准自动气象站(HOBO,Onset Computer Corp.,美国)对生育期内降雨量Pe、太阳辐射Rs、气温、相对湿度、风速等数据进行连续观测,每15 min自动记录一次数据。

本试验第1次灌水为出苗水,灌水量为30 mm,5月27日开始第1次灌水处理,之后按设计的灌水间隔时间进行灌水。依据Penman-Monteith公式[24]计算出各时段内参数作物蒸发蒸腾量ET0,ET0乘以各生育阶段的作物系数Kc再减去该时段的有效降雨量Pe确定每次灌水量。不同生育期的作物系数通过对试验站多年玉米覆膜滴灌试验数据计算并拟合回归,按生育期划分进行插值求得。ETc为作物需水量。当灌水间隔时段内的有效降雨量大于该时段的作物耗水量时不进行灌水。所有处理全生育期灌水总量相同。生育期划分与灌水量如表2所示。

表2 制种玉米各生育期平均灌水量

1.3.2植株生长指标

各小区随机选取制种玉米母本5～6株,使用卷尺测量株高和每片全展开叶的叶长、叶宽。株高测量从植株地上底部量至叶片最高生长点。叶面积指数计算式为[29]

(1)

式中LAI——叶面积指数,cm2/cm2

Aa——单株总叶面积,cm2

Ab——单株占地面积,cm2

n——单株叶片数

Bimax——第i片叶片最大宽度,cm

Li——第i片叶片长度,cm

制种玉米进入蜡熟期后开始测产,测产取样时在小区内随机选取1行制种玉米,沿滴灌带方向连续取样20株,取样重复3次,人工脱粒后经干燥箱(85℃)干燥至质量恒定,称取质量,换算至含水率13%,最终籽粒产量为单株籽粒质量(含水率13%时)与密度和出苗率的乘积。

1.3.3液流速率与蒸腾量

使用包裹式茎流计测量制种玉米植株液流,包裹时间为7月中旬,分别在P1D1、P1D2、P1D3、P3D3、P5D3处理选取代表处理内玉米长势的母本进行包裹,其中P1D3、P3D3、P5D3各设1个重复,每隔7 d或降雨后拆除重新包裹,每次更换植株时重新根据植株的长势进行参数率定。单株尺度液流速率提升到群体尺度蒸腾量的计算公式为[29]

(2)

式中T——群体蒸腾量,mm/d

SF——单株液流速率,g/d

LA——包裹植株单株叶面积,cm2

1.3.4作物耗水量

作物耗水量根据水量平衡方程计算,计算公式为

ETt=Pe+I+W-D-R-ΔW

(3)

式中ETt——t生长阶段内的耗水量,mm

I——灌水量,mm

W——根区毛管水上升的水量,mm,由于地下水埋深超过25 m,此项可忽略

D——根区排水量,mm,由于灌水前后90～100 cm的土壤含水率基本保持不变,此项可忽略

R——地表径流量,mm,由于试验地点平坦而且降雨不密集,此项可忽略

ΔW——根区土壤含水量的变化量,mm

式(3)可简化为

ETt=Pe+I-ΔW

(4)

有效降雨量采用简化方法计算[32],计算式为

Pe=∑δP0

(5)

式中P0——日降雨量,mm

δ——日降雨量有效利用系数

当P0<5 mm,δ=0;当5 mm≤P0≤50 mm,δ=1;当P0>50 mm,δ=0.8。

1.4 数据分析

采用 Microsoft Excel处理数据,制作图表,采用SPSS 21.0 (IBM SPSS Statistics,美国)软件进行Duncan多范围检验和方差分析(P<0.05)。

2 结果与分析

2.1 灌水处理对植株生长与产量的影响

2.1.1灌水处理对制种玉米株高的影响

如图1所示,母本的株高在苗期增长缓慢,拔节期开始进入快速生长期,抽穗期增长速度又变缓,这是由于母本在拔节期末会进行人工抽雄,株高有整体减小的变化趋势。各处理株高基本都在拔节期达到最大值,最大值在172.67～213.75 cm之间。灌浆期植株底部叶片开始老化脱落,部分上部叶稍变黄、干枯,导致株高逐渐减小。由于前期还未进行灌水处理,各处理的株高在苗期并未出现明显差异,灌水处理开始之后差异逐渐显现。D1滴头流量下(图1a),在设计范围内,随着灌水间隔时间增加株高表现为先增大后减小的趋势,在P2处理株高取得最大值。D2、D3滴头流量下(图1b、1c),拔节期之后灌水间隔时间为P1、P3时制种玉米株高在不同生育期的长势都较好。前期玉米的生长发育与种子品质、土壤质地、肥力等多种因素有关,而拔节期是玉米需水量较大的时期,水分成为关键控制因素,这表明此时灌水间隔时间较短时水分条件更优。株高与灌水间隔时间之间没有呈现出显著的规律性变化,这可能是由于P2D3试验小区地理位置靠近树木,受遮荫的影响。如图1d～1f所示,同一灌水间隔时间处理下,滴头流量越大,对制种玉米的株高越有利。滴头流量为2.0 L/h的处理制种玉米株高明显小于另外2个滴头流量。P1处理(6 d)各滴头流量间株高的差异不显著,随着灌水间隔时间的增加,不同滴头流量间差异增大,这可能是由于高频灌溉下土壤水分状况维持在较优水平,减弱了滴头流量对土壤含水率的影响。

图1 不同灌水处理制种玉米株高变化曲线

2.1.2灌水处理对玉米叶面积的影响

不同灌水技术参数下制种玉米叶面积指数在全生育期的变化呈现单峰曲线,苗期增长速率较小,拔节期迅速增大,在拔节期末或抽穗期开始时达到峰值,抽穗期后叶面积指数开始减小(图2)。各处理制种玉米的最大叶面积指数在3.73～4.32 cm2/cm2之间。制种玉米需在拔节期末进行人工抽雄,母本的叶面积指数变化曲线有一个明显的折点,抽穗期之后随着植株的老化,叶片从边缘开始逐渐变黄变干,叶面积指数不断减小,成熟期后老化明显加快。

图2 不同灌水处理制种玉米叶面积指数变化曲线

制种玉米叶面积指数在不同灌水间隔时间和滴头流量呈现显著的差异性。苗期之后,滴头流量为D1(2.0 L/h)时,P2处理(8 d)的叶面积指数明显高于其他灌水间隔时间处理(图2a)。D2(2.5 L/h)处理中,不同灌水间隔时间下叶面积指数由大到小依次为P3、P1、P5(图2b)。但当滴头流量增加到D3(3.0 L/h)时,P1处理的叶面积指数超过了P3处理(图2c)。D3滴头流量下,制种玉米叶面积指数在灌水间隔时间为8 d(P2)时未取得最高值,可能同样由于树木遮荫的影响。灌水间隔时间一定时,如图2d～2f所示,在试验设计范围内,高频灌溉时(P1),拔节期之后滴头流量越大,对叶面积指数越有利。灌水间隔时间超过10 d(P3)后,叶面积指数由大到小依次为D2、D3、D1,说明灌水间隔时间与滴头流量间可能存在交互影响。

2.1.3灌水处理对制种玉米产量的影响

灌水间隔时间为P1(6 d)、P3(10 d)时,不同滴头流量下制种玉米的籽粒产量没有显著差异,籽粒产量均在滴头流量为2.5 L/h时取得较大值,如图3a～3c(图中不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05),下同)所示。灌水间隔时间增加到P5(14 d)时,滴头流量对籽粒产量产生了显著影响。随着滴头流量增大,籽粒产量增加,D3处理产量相比D1增加15.48%。这可能是由于灌水间隔时间较短时,玉米在籽粒形成期处在良好的水分状况中,滴头流量对产量的影响较小;灌水间隔时间增加后,不同滴头流量处理灌水后土壤湿润状况出现明显差异,大滴头流量对肥料的吸收更有利,促进了产量的增加。这一结论与洪明等[33]的研究结果一致。

图3 不同灌水处理对制种玉米产量的影响

灌水间隔时间对制种玉米籽粒产量有显著影响,如图3d～3f 所示。D1(2.0L/h)与D3(3.0L/h)下,随灌水间隔时间增加,产量先增加后减小。最大值出现在灌水间隔时间为P2(8 d)的处理,籽粒产量的最大值分别为5.61、5.80 t/hm2,这与株高、LAI随灌水间隔时间变化的规律有很好的一致性。滴头流量为D2(2.5 L/h)时,3个灌水间隔时间处理在P1(6 d)时籽粒产量最大,最大值为6.04 t/hm2,当灌水间隔时间增加到P5(14 d)时,籽粒产量下降25.49%。拟合回归分析结果表明灌水间隔时间变化与制种玉米籽粒产量呈二次函数关系,如图3g、3h、3i(图中*表示在P<0.05水平下,相关性显著;**表示在P<0.01水平下,相关性显著)为灌水间隔时间与籽粒产量的相关关系拟合曲线与方程,不同滴头流量下相关性均较好,其中滴头流量为D1、D2处理下相关性达到了极显著水平(P<0.01)。

2.2 不同时间尺度液流变化

2.2.1灌水处理对日尺度液流速率的影响

不同灌水处理下制种玉米单株日尺度液流变化存在显著差异。如图4(图中Rs曲线中黑色实心点对应的日期有降雨)所示,由于降雨时茎流计要拆除后重包,数据有若干天的缺失。监测时期内不同处理日尺度单株液流速率在30.51～734.55 g/d间变化。随生长期进行,母本单株日尺度液流量呈现波动减小的变化规律,从观测第1天到生育期末,单株日尺度液流速率降低52.68%～78.44%,这表明制种玉米在抽穗期后蒸腾有减弱的趋势。在生长发育后期随着植株衰老,叶片、根系等器官的机能下降,作物的光合作用减弱,因此蒸腾速率也会下降。不同灌水处理下,日太阳辐射Rs与制种玉米单株日尺度液流速率达到极值的日期基本一致。随着滴头流量的增大,日单株液流速率有增加的趋势。在观测期间,灌水间隔时间为P1的处理液流量均处在较高值,而当灌水间隔时间增加时,制种玉米单株日尺度液流速率有减小的趋势。这主要是由于灌水间隔时间较短时,土壤水分状况较好,促进了作物的蒸腾作用。变化曲线中的极小值一般出现在阴雨天,此时无强烈的太阳光照,由此可以看出液流速率直接受气象因素的影响。降雨过后液流速率会逐渐增加。这是由于降雨后土壤含水率升高,在大气蒸腾引力相同的条件下,土壤含水率也制约着制种玉米液流速率。

图4 不同灌水处理下单株日尺度液流速率变化曲线

2.2.2灌水处理对小时尺度液流的影响

在数据采集日期中随机选取连续3 d来观察制种玉米小时尺度的液流变化,结果表明小时尺度液流速率变化与太阳辐射变化呈明显的正相关(图5)。在夜间无太阳辐射,液流速率基本为零,说明制种玉米在夜间几乎没有蒸腾作用。有时在夜间依然能观测到较低的液流变化,这是由于白天作物蒸腾剧烈时,会破坏植株体内原有的水分平衡,夜间根系会主动从土壤中吸水来补充流失的水分。日间液流开始时间比太阳辐射出现的时间滞后约 90 min,同时液流速率达到峰值的时间比最大太阳辐射晚90 min左右。早晨太阳辐射较弱,气温低,液流速率较小,随太阳辐射的增强,温度升高,液流速率迅速增大。不同滴头流量处理下液流速率均在12:00—14:00达到峰值,之后太阳辐射减弱,温度降低,液流速率减小。可以看出滴头流量的增大显著增加了植株日间液流速率,17—19日中D3滴头流量处理液流速率的峰值比D2、D1分别增加85.88%～127.02%、117.80%～151.89%。这种变化规律在观测时期内有普遍性。不同灌水间隔时间处理液流速率基本在同一时间达到峰值,当灌水间隔时间由6 d(P1)增加到14 d(P5)时,制种玉米小时尺度液流速率呈现减小的趋势,峰值点降低23.56%～31.48%。15:00左右不同处理的液流速率均有短暂的下降。这是由于在温度较高的中午,植物会关闭气孔来保存自身的水分,失去蒸腾牵引力作用而导致液流速率下降。

图5 不同灌水处理下单株小时尺度液流速率变化曲线

2.3 灌水处理对玉米蒸腾耗水的影响

2.3.1不同处理下制种玉米日蒸腾动态

日尺度的液流速率与土壤含水率、叶面积指数以及茎粗均有显著相关性。本文选取叶面积指数对单株蒸腾量进行尺度提升,群体蒸腾量变化如图6所示。液流监测时间主要在制种玉米的灌浆期和成熟期,灌浆期不同处理制种玉米日蒸腾量在0.89～10.03 mm之间,成熟期日蒸腾量为0.32～8.26 mm。从7月底开始,制种玉米母本田间日蒸腾量呈波动减小的变化趋势,变化曲线中极小值的拐点出现在阴雨天气,在8月28日—9月2日蒸腾量一直处于波谷的原因可能是由于该时期内出现了连续的阴雨天气,抑制了制种玉米的蒸腾作用。灌水间隔时间为P1时,制种玉米灌浆期之后不同滴头流量处理日蒸腾量由大到小基本表现为D3、D2、D1,表明在高频灌溉下,增大滴头流量会导致制种玉米蒸腾量增加。而在D3滴头流量下,P1处理表现出较高的蒸腾量,但不同灌水间隔时间与田间蒸腾量未表现出显著相关性,特别是在灌浆期结束前。这可能是由于植株蒸腾受土壤含水率的显著影响,当

图6 不同灌水处理下制种玉米蒸腾量

滴头流量较大时,灌水过程中水分来不及下渗易形成地面积水,从而干扰了灌水间隔时间改变对土壤含水率造成的影响。

2.3.2不同灌水处理对耗水量的影响

灌水间隔时间与滴头流量对制种玉米耗水量和水分生产力的影响都达到了显著性。如图7a所示,灌水间隔时间为P1～P4时,随灌水间隔时间增加,制种玉米的全生育期耗水量均出现显著下降。而灌水间隔时间增加到P5时,各处理耗水量均有一定程度的增加。这一结果可能是由于当灌水间隔时间超过12 d时,进行灌溉时土壤表层含水率迅速达到饱和,抑制了水分的下渗,灌水后地表易产生大面积积水,从而增大了土壤蒸发等非生产力损失。研究结果还表明D1处理耗水量明显高于其他2个滴头流量。灌水间隔时间不大于10 d时,D2可以获得更低的全生育期耗水量。与D1相比,D2处理下制种玉米的耗水量降低1.86%～4.14%。所有灌水技术参数组合中P1D1处理的全生育期耗水量最大,为373.31 mm,P4D3处理下耗水量最小,为 345.70 mm。在D1、D3处理下,灌水间隔时间为P4的处理相比P1处理耗水量也分别减少4.65%、5.47%。且D1、D3处理下水分生产力随灌水间隔时间增加表现出先增加后减少的趋势,在P2处理取得最大值,分别为1.52、1.58 kg/cm3。3个滴头流量中D2、D3可以使制种玉米获得更高的水分生产力。综合耗水量和水分生产力表现,灌水间隔时间为8～10 d和滴头流量为2.5 L/h(D2)可以在降低农业耗水的同时保证作物生产力。这一结果与MA等[34]基于产量与水氮利用效率的灌溉制度优化结论一致。

图7 不同灌水处理下制种玉米全生育期耗水量和水分生产力

3 讨论

不同的滴头流量和灌水间隔时间会带来土壤温度和水分动态的差异,影响作物的根系吸水、蒸腾和光合作用,进而影响作物的生长和产量。田建柯等[17]对夏玉米的研究结果表明,随灌水频率从3 d增加到9 d,玉米的株高、叶面积、干物质量和产量均呈下降趋势。本文分析制种玉米的生长状况发现,灌水间隔时间小于10 d(P3)时株高明显高于其他灌水间隔时间,且在D1处理中可以看到在灌水间隔时间为8 d(P2)时株高取得最大值,并且在叶面积指数中也得到了相似的结果。不同灌水间隔时间与制种玉米的籽粒产量呈现二次函数关系,D1和D3处理下产量最大值均出现在灌水间隔时间为8 d的处理,所有处理中灌水间隔时间为6～10 d时可以获得相对较高的产量。这表明灌水间隔时间并不是越短越好,在6～10 d间存在一个最优的区间。这是由于同一灌水量时,高频灌溉处理0～20 cm土层的含水率较高,不利于水分的下渗和水平扩散,易导致水分分布不均匀[35],进而会影响作物的生长。这与田建柯等[17]关于夏玉米的研究结果不同。D2、D3处理下制种玉米株高和叶面积指数和产量都显著优于D1。从生长指标和产量的表现来看灌水间隔时间为6～10 d、滴头流量为2.5 L/h和3.0 L/h均是较优的方案。

植株液流速率可以反映蒸腾强度,滴头流量增大会促进日尺度液流速率增加,即增加日单株液流流量,同时小时尺度液流速率的峰值也增加;而增加灌水间隔时间,日尺度液流速率和小时尺度液流速率的峰值都有降低的趋势。这反映了较大滴头流量和较短灌水间隔时间时植株的蒸腾作用更强烈。这是由于作物蒸腾与根系吸水过程密切相关,滴头流量较大时,灌水后土壤湿润体偏宽浅,土壤水分和根系分布更为均匀,对根系的生长更有利[36-37]。灌水间隔时间越长,灌水前土壤表层干燥面积越大,灌水后被湿润的土壤面积越大[38],土壤含水率在湿润体内的分布梯度差相对较小,会降低作物根系向植株体输送水分以及养分的效率[39]。从蒸腾量和耗水变化来看,增大滴头流量会增加制种玉米蒸腾量。灌水间隔时间不大于10 d时,滴头流量2.5 L/h(D2)下耗水量最低,而且可以获得更高的水分生产力。不同灌水间隔时间中12 d(P4)的耗水量最少,从6 d增加到12 d时耗水量逐渐减小,但在D1、D3处理下灌水间隔时间为8 d(P2)和10d时水分生产力比其他灌水间隔时间下更高,且基于D1、D3处理的试验结果表明灌水间隔时间与制种玉米的籽粒产量呈现显著二次函数关系,P2处理取得最大值。基于拟合趋势,D2处理下最佳灌水间隔时间也将出现在8 d左右。李菊等[40]在河西地区关于春玉米的研究中也得到了灌水间隔时间为8 d时水分生产力较高的结果。综合研究结果,从单因素分析来看滴头流量的最佳选择为2.5 L/h(D2)。虽然P1D2的灌溉方案获得了最高的产量和水分生产力,但是与P3D2相比产生了更大的耗水量。所以从农业高效节水的角度,滴头流量2.5 L/h与灌水间隔时间8～10 d(P2、P3)的组合是适宜干旱地区覆膜制种玉米的较优灌溉方案。若以增产和提高水分生产力为目标,P1D2组合表现最优,滴头流量为2.5 L/h(D2),灌水间隔时间为6～8 d的灌溉方案是较优选择。

4 结论

(1)D1处理下,增加灌水间隔时间时株高和叶面积表现为先增大后减小的变化趋势,在P2处理取得最大值。D2、D3处理下,灌水间隔时间不超过10 d时制种玉米株高和叶面积指数都表现较好。3个设计滴头流量中D2、D3灌水处理下制种玉米的生长状况更优。

(2)灌水间隔时间较短时籽粒产量在滴头流量为2.5 L/h时取得较大值,不同处理间没有显著差异。灌水间隔时间增加到14 d后出现显著差异,大滴头流量更有助于增加产量。随灌水间隔时间增加制种玉米籽粒产量呈现显著的二次函数变化。

(3)较大滴头流量和较小灌水间隔时间下制种玉米的蒸腾作用明显增强。单株日尺度液流速率与单株小时尺度液流速率均随着滴头流量的增大而增加,随灌水间隔时间增加而呈现减小趋势。

(4)高频灌溉下,增大滴头流量会导致制种玉米的蒸腾量增加。灌水间隔时间为6～12 d时,增加灌水间隔时间可以显著降低制种玉米的全生育期耗水量。灌水间隔时间增加到14 d时,耗水量反而增加。D2、D3处理下制种玉米可以获得更少的耗水和更高的水分生产力,灌水间隔时间不超过10 d时,D2表现更优。水分生产力随灌水间隔时间增加表现出先增加后减少的趋势,在P2处理取得最大值。综合研究结果,以农业高效节水为目标,滴头流量为2.5 L/h(D2)、灌水间隔时间为8～10 d(P2、P3)是适宜干旱地区覆膜制种玉米的较优灌溉管理方案组合;从提高产量和水分生产力的角度,灌水间隔时间为6～8 d更优。