辽西地区膜下滴灌不同灌水下限对谷子生长和产量的影响

于秀琴，李 颖，孙翔龙，闫淼宇，杨 宁，冯良山

（1.建平县灌溉新技术试验推广站，辽宁建平 122405；2.辽宁省农业科学院/农业农村部东北节水农业重点实验室，辽宁沈阳 110161；3.沈阳农业大学，辽宁沈阳 110866）

滴灌作为一种高效精准灌溉技术，较传统灌水方式具有节水、高效、优产的优点，可提高谷子大田生产的水分利用效率。膜下滴灌是一项新型的农业节水灌溉技术，将作物覆膜栽培和滴灌相结合，有效提高作物产量和水分利用效率，实现干旱区水资源的高效利用。谷子（小米）是辽西北地区的主要杂粮之一，谷子产量占全省总量的51%，是谷子的主产区，为了发展地区特色农业经济，增加农民收入，急需配套的高效灌溉制度。该试验针对辽西北地区谷子种植区的膜下滴灌适宜控水下限进行研究，制定辽西北地区谷子膜下滴灌灌溉制度，为切实提高当地杂粮产量提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 试验地概况。试验区选择辽宁省建平县西部，地理位置119°18′36″ E，41°47′18″ N，属于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400 mm。供试土壤为砂壤土，田间最大持水率21%，容重1.4 g/cm3。土壤全氮0.314 g/kg，碱解氮63 mg/kg，速效磷62 mg/kg，速效钾203 mg/kg，耕层有机质含量为11.7%，pH 7.1。

1.1.2 试验材料。供试品种为红香谷，生育期115 d，耐旱耐贫瘠，米质优良，口感好。

1.2 方法

1.2.1 试验设计。试验于2021 年4—9 月进行，共设置3个处理，播种后灌保苗水300 m3/hm2，在此之后，以传统雨养处理（YY）作为对照，再设置轻度控制灌溉（QK）和重度控制灌溉（ZK）2 种灌溉处理，每个处理重复3 次，共9 个小区。在谷子的苗期、拔节期、抽穗期、灌浆期、成熟期设置不同的灌水控制下限（表1），各生育期的灌水控制上限为田间持水量的90%。春播前对地块进行翻耕和起垄作业，翻耕深度为25～30cm。一次性施控释掺混肥料450kg/hm2、磷酸二铵150 kg/hm2，播种后统一进行1 次滴灌，促进种子萌发，此后灌水根据控水标准进行，当土壤含水率达到各生育期控制下限时，及时灌水至田间最大持水量。试验小区面积为60 m×4.8 m，各小区间设有宽度1.2 m 的保护行；作物每个生育阶段适宜土壤水分含量作为需水规律的控制标准，通过测量降雨前后谷子根层土壤含水量来确定有效降雨量。

表1 谷子不同生育阶段土壤含水率控制下限（占田间持水量百分比） %

1.2.2 测定项目及方法。①土壤含水量。谷子播种后，采用TDR 进行土壤含水率的观测。每个试验小区选择3 个测点，每个点观测5 个深度，分别为10、20、30、40、60 cm，观测时间间隔5～7 d，每次灌水前后、各生育阶段始末以及降雨后加测。②农艺性状及产量性状。分别在谷子的苗期、拔节期、抽穗期、灌浆期和成熟期测定植株的株高和全部展开叶的叶面积，叶面积按长×宽×系数（0.75）法测定；株高和茎粗分别用卷尺和游标卡尺进行测量。各指标测定均在小区内随机取10 株样本，取其平均数。考种以每个小区1 m2取样，分别测量主茎穗重、穗长、穗粗，风干后脱粒，测定千粒重、穗粒重。③群体水分利用率。WUE=Y/ET，式中WUE 表示谷子水分生产率（单位kg/m3）；Y 代表产量（单位kg/hm2）；ET 代表耗水量（单位m3/hm2）。

1.3 数据处理

利用Excel 2021 进行试验数据的整理，用Origin 2020进行作图，用SPSS 24.0 进行显著性分析。

2 试验结果分析

2.1 不同灌水处理对谷子生长和产量的影响

2.1.1 株高测定。从图1 可以看出，在整个生育期内，不同灌水下限谷子株高总体变化趋势相同，随着生育期的递进，株高逐渐增高。苗期不同处理谷子株高在40～50 cm变化，QK 处理显著高于YY 处理（P<0.05），苗期至抽穗期谷子株高迅速增大，增长接近1 倍，QK、ZK、YY 处理分别增长56.0%、56.7%和55.8%。灌浆期各处理株高均差异显著（P<0.05），株高从高到低分别为QK>ZK>YY，其中QK处理较YY 处理增长17.24%。灌浆期QK 和ZK 处理显著高于YY 处理。QK 处理株高在全生育期内均处于最高值，抽穗期随着环境温度逐渐增高，蒸发量增大，突显控水梯度处理的差异。

图1 不同处理灌水下限对株高的影响

2.1.2 茎粗测定。从图2 可以看出，谷子生育期内茎粗随着生育期的递进持续增大，但在抽穗期以后茎粗有明显的减少趋势。QK 处理在整个生育期茎粗比较高，苗期至灌浆期QK 处理较最低的YY 处理分别增长32.5%、14.1%、29.6%、22.9%。苗期至拔节期各处理未呈现显著性差异，抽穗期至灌浆期QK 和ZK 处理显著高于YY 处理（P<0.05），抽穗期时QK 和ZK 处理较YY 处理增长25.32%和17.70%，灌浆期时QK 和ZK 处理较YY 处理增长22.46%和16.23%。谷子抽穗期和灌浆期控制灌溉能显著增加谷子茎粗，轻度控制灌溉在谷子生育期内茎粗增大效果最好。

图2 不同处理灌水下限对茎粗的影响

2.1.3 叶面积指数测定。从图3 可以看出，各处理叶面积指数随着生育期的递进持续增加，平均叶面积指数从苗期0.32 增长至灌浆期5.22，其中QK 处理叶面积指数在生育期内一直处于最高值，灌浆期时为峰值5.85。拔节期控制灌溉QK 和ZK 处理叶面积指数显著高于YY 处理（P<0.05），两者增幅分别达62.65%和76.26%。苗期至拔节期是叶面积指数增长最快时段，QK、ZK 和YY 处理分别增长633.71%、601.69%和397.66%。控制灌溉在谷子生育期内能增加叶面积指数，其中轻度控制灌溉效果最好。

图3 不同处理灌水下限对叶面积指数的影响

2.1.4 产量及产量因子的构成。从表2 可以看出，控制灌溉QK 和ZK 的穗长显著高于YY 处理（P<0.05），穗粗和百粒重各处理差异不显著。穗粒重各处理差异显著（P<0.05），即灌溉水分会影响单株穗重，其中QK 处理穗粒最重，为17.84 g，较YY 处理增长12.77%。控制灌溉QK 和ZK 处理产量显著高于YY 处理，其中QK 处理产量最高，为7 650 kg/hm2，较YY 处理增加27.5%。从图4 可以看出，穗长和百粒重显著影响谷子产量，三者呈正相关，相关系数达0.99；穗长和每穗粒重呈正相关，相关系数达0.99，表明控水处理会影响穗长和穗粒重，进而影响谷子产量，轻度控制灌溉可以促进谷子单株穗长，增加穗粒所占面积比重，而单株穗重的增加会进一步增进单株产量。

图4 产量因子相关性分析

表2 产量及产量因子构成

2.2 不同灌水下限对谷子需水量和水分利用效率的影响

2.2.1 不同灌水下限对谷子阶段需水量的影响。从表3 可以看出，整个生育期谷子灌浆期至成熟期耗水模系数均在14%～20%，处于较低水平。处理QK 拔节期至抽穗期模系数占全生育期需水量的26%，耗水量367.86 mm。抽穗期耗水模系数较高，是因为抽穗期是谷子干物质流向生殖器官的关键时期，所需水量较大，同时该时期又恰好处在一年中气温最高的季节，在光照和蒸发的双重作用下谷子日耗水强度在3.84 mm。不同灌水下限对YY处理影响最大，由于抽穗期至灌浆期谷子灌水量低，难以满足生长生殖的需要，因此生殖器官的累积干物质含量较低，进而产量在各处理之中最低。YY 处理拔节期系数最大，达29.48%，到成熟期时系数降至14.16%，降幅达51.97%。ZK 处理在谷子整个生育期中耗水量最大，达370.18 mm，但是产量并未与耗水量协同，仅为7 201.5 kg/hm2，说明处理ZK 水分利用效率不高，可能存在深层渗漏、养分流失与奢侈性蒸腾耗水等现象。

表3 不同处理谷子需水量与模系数

2.2.2 不同灌水下限对谷子日需水量的影响。从表3 可以看出，谷子对水分需求规律一般可概括为苗期宜旱、需水较少，中期需水量较大，后期需水相对减少。谷子生育前期（5—6 月），即播种、出苗和拔节。播种时耕作层土壤含水率占田间持水量的65%以上时，即可满足发芽需要。出苗至拔节（6 月）需水量69.0 mm，占总耗水量的19%，日耗水强度1.970 mm。该阶段谷子主要是营养生长，地上部分生长缓慢，而地下根系发育较快，因而需水量不大。谷子生育中期（7 月至8 月中旬），即拔节、抽穗、开花期。该阶段是需水量最大、最迫切的时期，需水量为184 mm，占总需水量的50.0%，日平均需水强度在4.11 mm 左右，该阶段缺少雨水对谷子穗长、穗重影响严重。谷子生育后期（8 月中旬至9 月中旬），即开花、灌浆至成熟期。该阶段谷子处于生殖生长期，植株体内养分向籽粒运转，仍然需要充足的水分供应，需水量为107 mm，占总需水量的29.1%，日平均需水强度2.9 mm，该阶段需水量由大逐渐变小。灌溉试验结果证明，谷子产量的影响因素是耕层土壤湿度大小，高产稳产的关键是各生育阶段土壤适宜的含水率。因此农业生产活动中需要进行土壤水监控，当出现水分亏缺时及时进行灌水调控，苗期土壤含水率下限控制指标应占田间持水量的65%；拔节、抽穗、灌浆期，土壤含水率下限控制指标为占田间持水量的70%，成熟期为60%。

2.2.3 水分利用效率分析。从表4 可以看出，QK 处理灌溉水分生产率与耗水量水分生产率在各灌水处理中均最高，分别较YY 处理增加8.76%和9.56%，因此关键期土壤水分控制下限设定为田间持水量的65%，非关键期土壤水分控制下限设定为田间持水量的60%，一定程度的水分胁迫，可以显著地提高其水分生产率，使其水分生产率最高。水分利用效率随着灌水量的增加，耗水量也加大，QK 处理无论是灌溉水分生产率还是耗水量水分生产率均最高，表明覆膜滴灌用水效果显著。ZK 处理滴灌耗水量也比较大，但谷子产量和水分利用效率并未表现出随着灌水量增大而增大的现象，究其原因是水分蒸发或深层渗漏损失，造成灌水量利用效率降低。由于2021 年雨水充足，整个生育期降水量达350.7 mm，进而导致YY 处理水分利用效率也比较高。

表4 不同处理水分生产率 kg/m3

3 结论与讨论

轻度控制灌溉下谷子的株高、茎粗、叶面积指数处于优势地位，抽穗期较传统雨养处理分别增长17.1%、29.6%、32.6%；轻度控制灌溉能增加谷子产量构成因子，进而增加谷子产量，轻度控制灌溉下的谷子产量为7 650 kg/hm2，较传统雨养灌溉增加27.5%；耕层土壤湿度大小直接影响谷子的产量，苗期土壤含水率下限控制指标应占田间持水量的65%，拔节、抽穗、灌浆期，土壤含水率下限控制指标为占田间持水量的70%，成熟期为60%；QK 处理的灌溉水分生产率和水分生产率均最高，ZK 处理滴灌耗水量较大，但谷子产量和水分利用效率并未表现出随着灌水量增大而增大的现象，可能是水分蒸发或深层渗漏损失，造成灌水量利用效率降低。