有限灌溉對新墾沙地春玉米生理性狀及產(chǎn)量要素的影響

劉 靜，成自勇，張恒嘉，安飛虎

（1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院農(nóng)業(yè)水利工程系，甘肅蘭州730070；2.鄂爾多斯市水務(wù)局，內(nèi)蒙古鄂爾多斯017000）

玉米是臨澤地區(qū)的主要作物，但由于其生長期內(nèi)耗水量大，加之該地區(qū)水資源日趨緊張，使得玉米種植受到越來越大的影響。發(fā)展有限灌溉是解決該地區(qū)水資源短缺與農(nóng)業(yè)發(fā)展之間矛盾的有效途徑。許多研究表明，適度水分虧缺會提高作物產(chǎn)量，有利于提高水分利用效率，使產(chǎn)量與品質(zhì)同步提高[1-4]，且通過有限水量在作物生長期間的最優(yōu)化分配，提高有限水分向作物根系吸收轉(zhuǎn)化和光合產(chǎn)物向經(jīng)濟產(chǎn)量轉(zhuǎn)化的效率，可達到高產(chǎn)目的[5-10]。

本研究旨在通過探究有限灌溉對臨澤地區(qū)綠洲農(nóng)田生產(chǎn)力的影響，從而為該地區(qū)有限灌溉條件下綠洲農(nóng)業(yè)水資源可持續(xù)利用提供理論支撐和科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

試驗于2008年4—9月在北方干旱內(nèi)陸河流域的甘肅省臨澤縣中國科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所臨澤內(nèi)陸河流域綜合研究站（39°21′N，100°07′E）進行。供試品種為沈單16號。試驗地為綠洲新墾沙地，0～30，30～60，60～150 cm土層土壤容重和田間持水量分別為1.44g/cm3和21.8%，1.45 g/cm3和 21.2%，1.47 g/cm3和19.8%。該區(qū)常年平均地下水位4.2m，毛管水上升高度65 cm，地下水不能補給到作物根系分布層（向上補給量忽略不計）。試驗地位于綠洲邊緣，為風沙土，以細沙為主，結(jié)構(gòu)差，土壤貧瘠。試驗土壤部分理化性狀如表1所示。

表1 試驗土壤部分理化性狀

1.1 試驗設(shè)計

試驗共設(shè)6個處理，灌水方式為畦灌（用水表嚴格控制灌水量）。試驗采用單因素隨機區(qū)組設(shè)計，每一處理及對照均重復(fù)3次，共18個小區(qū)，小區(qū)面積為12.5m×5.6m。供試春玉米為當?shù)赜衩字髟云贩N沈單16號，于2008年4月5日播種，播種密度為8萬株/hm2。播前底施純氮48 kg/hm2、純磷 63 kg/hm2、純鉀 28 kg/hm2作為基肥。在玉米出苗后2周左右進行人工間苗，并于拔節(jié)期和孕穗期分別追施純氮48，32 kg/hm2。試驗設(shè)計如表2所示，其中，對照（CK）灌水量與研究區(qū)春玉米實際灌水量一致。所有耕作均采用機械，足墑播種，播前清除雜草，作物生長發(fā)育過程中進行中耕、人工除草，并及時防治病蟲害。

表2 玉米全生育期不同灌溉處理實際灌水量 mm

1.2 觀測項目和方法

1.2.1 土壤水分 玉米生育期間每隔7 d測定1 次土壤水分，分別于 40，60，80，100，120，140，160，180，200 cm土層測量，其中地表至20 cm用土鉆法觀測，20～200 cm用土壤水分中子儀觀測。

1.2.2 葉面積及株高 葉面積用葉面積儀測定，株高用卷尺測定。

1.2.3 灌漿 灌漿期間每隔4～6 d每小區(qū)各取1穗，每穗取50粒進行考種，測定籽粒產(chǎn)量。

1.2.4 產(chǎn)量測定 于2008年9月22日每小區(qū)取10株玉米，測定穗行數(shù)、行粒數(shù)、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量、穗長、穗粗、禿頂長，計算理論產(chǎn)量。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對玉米耗水特性的影響

2.1.1 耗水量 測定結(jié)果（表3）表明，苗期由于植株小，大部分地表裸露，主要以地表蒸發(fā)為主，各處理耗水量最?。话喂?jié)期由于植株主要為生理生長階段，需要消耗大量的水分，此期間達到第1個耗水量峰值，且以CK最大；抽雄期至灌漿期，由于葉面積達到全生育期最大，地面覆蓋增大，而且隨著氣溫的升高，作物的生理生長和生殖生長同步進行，需水急劇增加，主要以植株的蒸騰耗水為主，耗水量達到最大值，所有處理及CK以WT5最大；灌漿期至成熟期為玉米生長發(fā)育對水分最為敏感的階段，此期間水分的虧缺會對產(chǎn)量的形成產(chǎn)生不可逆的影響，最終導(dǎo)致產(chǎn)量下降。

從總體來看，春玉米全生育期內(nèi)耗水量隨著灌水量的增加而增加，不同處理中耗水量最大的為CK。

表3 有限灌溉條件下春玉米的耗水特性

2.1.2 耗水模數(shù) 有限灌溉條件下春玉米耗水模數(shù)測定結(jié)果（表3）表明，在苗期至拔節(jié)期，不同處理耗水模數(shù)為全生育期最小，占全生育期耗水模數(shù)的1.88%～4.51%，其中以WT3最?。辉诎喂?jié)期至抽雄期，耗水模數(shù)為全生育期內(nèi)最大，占全生育期耗水模數(shù)的34.80%～43.94%，其中以WT3最大；在抽雄期至灌漿期，耗水模數(shù)占全生育期耗水模數(shù)的32.15%～40.44%，其中以WT5最大；在灌漿期至成熟期，耗水模數(shù)占全生育期耗水模數(shù)的20.30%～22.02%，其中以WT3最大。

2.1.3 耗水強度 有限灌溉條件下春玉米耗水強度測定結(jié)果（表3、圖1）表明，不同處理的耗水強度在全生育期內(nèi)表現(xiàn)為單峰曲線，苗期最小，在抽雄—吐絲期耗水強度達到最大值，灌漿期又變小。所有處理及CK在苗期、抽雄期的耗水強度以WT5最大，在拔節(jié)期、吐絲期、灌漿期，以CK最大。從總體來看，在全生育期內(nèi)，隨著灌水量的增加，耗水強度也隨之增加，以CK最大。

2.2 不同處理對玉米葉面積指數(shù)及株高的影響

玉米葉面積指數(shù)測定結(jié)果（表4、圖2）表明，所有處理全生育期葉面積指數(shù)的變化都呈單峰曲線，其高峰值均出現(xiàn)在灌漿期，之后葉片開始衰退、葉面積指數(shù)下降。方差分析結(jié)果表明，WT1，WT2，WT3 處理之間以及 WT4，WT5，CK處理之間玉米全生育期內(nèi)基本不存在顯著性差異（P＞0.05），但WT1與CK之間存在顯著性差異，在苗期、拔節(jié)期，WT1比CK葉面積指數(shù)分別降低21.4%，12.4%。

表4 不同生育期玉米葉面積指數(shù)的變化

玉米株高測定結(jié)果（表5、圖3）表明，各處理株高全生育期變化趨勢一致，表現(xiàn)為苗期—拔節(jié)期、拔節(jié)—抽雄期增長較緩慢，抽雄—灌漿期快速增長，達到最大值。方差分析表明，處理WT1，WT2，WT3 之間，處理 WT4，WT5，CK之間不存在顯著差異（P＞0.05），但WT1與CK之間存在顯著差異，在苗期、抽雄期、吐絲期、灌漿期，WT1株高比CK分別降低11.9%，15.2%，6.1%，7.8%。所有處理中，灌水最多的CK株高最大，說明灌水量在一定范圍內(nèi)，株高隨灌水量增加而增加。

表5 不同生育期玉米株高的變化 cm

2.3 不同處理對玉米灌漿強度的影響

灌漿強度測定結(jié)果（表6、圖4）表明，所有處理籽粒灌漿強度基本呈現(xiàn)為單峰曲線，在授粉后24 d左右時達到峰值，其中，WT4處理最大，為1.43 g/d。

方差分析結(jié)果表明，所有處理及CK在灌漿期間灌漿強度基本不存在顯著性差異（P＞0.05），但授粉后4 d左右WT1與CK之間存在顯著性差異，WT1 與 WT2，WT3，WT4，WT5，CK相比，分別降低17.1%，17.6%，20.8%，28.8%，31.5%；授粉后29 d左右，處理WT1，WT3與CK之間差異顯著，WT1，WT3灌漿強度比CK分別降低71.6%，66.1%。在灌漿初期灌水多少會對灌漿強度有較大影響，但隨著時間的推移，灌漿強度不會隨灌水的增多而顯著增強，所有處理及CK灌漿強度基本趨于穩(wěn)定，尤其是到灌漿末期，灌漿強度基本保持一致，這可能與玉米本身的遺傳基因有關(guān)，而與水分多少沒有直接的關(guān)系，多余的水分只能增加玉米的奢侈性耗水，而對產(chǎn)量增加沒有促進作用。

表6 不同處理授粉后灌漿強度的變化 g/d

2.4 不同處理對玉米產(chǎn)量的影響

測定結(jié)果（表7）表明，全生育期灌水最少的處理WT1籽粒理論產(chǎn)量最高，達14 953 kg/hm2，較處理 WT2，WT3，WT4，WT5 和 CK 分別增加23.6%，15.6%，44.0%，16.5%和 8.7%。WT1全生育期灌水量最少，但其理論產(chǎn)量最高，這可能是由于灌漿前減少灌水（表2）形成水分脅迫，其在一定程度上增強了作物的抗逆性，有利于干物質(zhì)的積累以及群體生長率、光合凈同化率和籽粒干物質(zhì)的增加，從而導(dǎo)致作物籽粒產(chǎn)量提高。方差分析表明，產(chǎn)量性狀中，不同灌溉處理及CK間玉米穗粗、禿頂長、穗行數(shù)差異均不顯著（P＞0.05），但處理WT1與WT4，WT5，CK之間千粒質(zhì)量差異顯著，處理WT1比處理WT4，WT5，CK分別增加26.9%，14.0%，14.0%；處理WT1比WT2，WT3，WT4穗粒質(zhì)量分別增加21.0%，11.1%，42.5%。

因此，在綠洲新墾沙地上，如果有限灌溉的灌水定額和灌水時期安排適當，全生育期使用較少的水，水生產(chǎn)力不但不會降低，反而會大幅度提高。這與張恒嘉等[11]的研究結(jié)論一致。

表7 不同處理玉米產(chǎn)量構(gòu)成要素

3 結(jié)論

（1）各處理及CK中，玉米的耗水量、耗水強度均隨灌水量的增加而增加；全生育期內(nèi)玉米葉面積指數(shù)和株高，WT1，WT2，WT3 之間以及WT4，WT5，CK之間不存在顯著差異，但處理WT1與CK之間存在顯著差異，苗期、拔節(jié)期，處理WT1比CK葉面積指數(shù)分別降低21.4%，12.4%；苗期、抽雄期、吐絲期、灌漿期，處理WT1比CK株高分別降低11.9%，15.2%，6.1%，7.8%。

（2）所有處理及CK間籽粒灌漿強度基本呈現(xiàn)為單峰曲線。在授粉后24 d左右時達到峰值，其中，WT4處理最大，為1.43 g/d。所有處理及CK在灌漿期間灌漿強度基本不存在顯著性差異，但授粉后4 d左右WT1與CK之間存在顯著性差異，處理 WT1 比處理 WT2，WT3，WT4，WT5，CK灌漿強度分別降低 17.1%，17.6%，20.8%，28.8%，31.5%；授粉后29 d左右，處理WT1和WT3與CK之間差異顯著，處理WT1，WT3比CK分別降低71.6%，66.1%。

（3）全生育期灌水最少的處理WT1籽粒理論產(chǎn)量最高，達14 953 kg/hm2，較處理WT2，WT3，WT4，WT5和 CK分別增加 23.6%，15.6%，44.0%，16.5%和8.7%。在產(chǎn)量性狀中，不同灌溉處理及CK間玉米穗粗、禿頂長、穗行數(shù)均不存在顯著差異，但處理WT1與WT4，WT5，CK之間千粒質(zhì)量存在顯著差異，處理WT1比WT4，WT5，CK分別增加26.9%，14.0%，14.0%。

本研究表明，在該綠洲新墾沙區(qū)如果合理安排灌溉時期，有限灌溉有助于提高水分利用效率和有限水資源承載力下綠洲農(nóng)田生產(chǎn)力，從而達到節(jié)水增產(chǎn)的目的。

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