作物生長指標(biāo)與土壤水分狀況及地溫關(guān)系研究

鄭和祥，郭克貞，郝萬龍

(1.水利部牧區(qū)水利科學(xué)研究所，呼和浩特010020;2.呼和浩特市水文勘測局，呼和浩特010020)

水是作物生長的基本條件之一，農(nóng)田水分狀況不僅直接影響作物的生理活動(dòng)，而且會(huì)通過農(nóng)田小氣候和農(nóng)業(yè)技術(shù)措施等影響作物產(chǎn)量[1-2]。在干旱半干旱地區(qū)，提高水的有效利用率是農(nóng)牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要問題，通過優(yōu)化灌溉水管理以及使用保水劑、抗旱劑、覆膜等農(nóng)藝措施可有效提高水分生產(chǎn)率和水分利用效率[3-5]。研究表明土壤水分、地溫對作物的生長發(fā)育有顯著的影響，并最終影響作物產(chǎn)量，而田間土壤水分的變化過程不僅與土壤特性有關(guān)，還與地溫和采用的保水劑、覆膜等農(nóng)藝措施有關(guān)，各因素之間是相互影響和制約的關(guān)系[6-7]。因此有必要對作物生長指標(biāo)與土壤水分、地溫以及采用的各項(xiàng)農(nóng)藝措施的關(guān)系進(jìn)行研究。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

田間試驗(yàn)在內(nèi)蒙古錫林浩特市牧區(qū)節(jié)水灌溉試驗(yàn)站進(jìn)行，該試驗(yàn)站位于錫林浩特市以西7 km的達(dá)布希勒特蘇木境內(nèi)，試驗(yàn)地土壤為沙壤土，氣候類型屬于溫帶半干旱大陸性氣候，干燥少雨，全年降水量300～360 mm;蒸發(fā)強(qiáng)烈，蒸發(fā)量1 750～2 100 mm;全年平均氣溫0～1℃，全年≥10℃的積溫1 750℃;無霜期 90～115 d，日照時(shí)數(shù)2 750 h;地下水埋深12 m左右。

根據(jù)當(dāng)?shù)氐淖匀粭l件及土壤環(huán)境特性，選擇中科6號青貯玉米作為試驗(yàn)材料，其特點(diǎn)是高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病、耐旱，生育期90～95 d;青貯玉米是奶牛必備的黃金飼料，在北方牧區(qū)需求量較大。

對青貯玉米設(shè)7種不同的試驗(yàn)處理，每種處理3個(gè)重復(fù)，共計(jì)21個(gè)試驗(yàn)小區(qū)。分別為高水(充分灌溉):灌溉定額為充分灌溉的100%。充分灌溉的灌水定額和灌水日期根據(jù)土壤含水率控制，含水率下限為田間持水量的70%。中水(輕度缺水):灌溉定額為充分灌溉的60%。低水(中度缺水):灌溉定額為充分灌溉的40%。大田漫灌為對照處理(CK)。另外3種不同的處理為采用不同的農(nóng)藝措施，分別為覆膜、保水劑浸種和溝施保水劑，灌水水平為高水。青貯玉米各試驗(yàn)處理見表1。

表1 青貯玉米試驗(yàn)處理

各試驗(yàn)處理的土壤含水率采用土壤水分速測儀測定，并結(jié)合土鉆取土樣，采用烘干稱重法測定，每10 d觀測1次，雨后及灌水前后加測;土壤含水率按0-20，20-40，40-60，60-80 ，80-100 cm 分層進(jìn)行測定。采用HOBO小型自動(dòng)氣象站進(jìn)行農(nóng)田小氣候監(jiān)測，同時(shí)測定各試驗(yàn)處理的地溫，分4層測定，分別為0-10，10-20，20-30，30-40 cm。詳細(xì)記錄每個(gè)試驗(yàn)處理的灌水時(shí)間和灌水定額;測定青貯玉米每個(gè)生育期的生長指標(biāo):株高、莖粗和產(chǎn)量。

2 不同處理對青貯玉米生長指標(biāo)的影響

2.1 不同處理對青貯玉米株高的影響

對青貯玉米每個(gè)生育期的株高進(jìn)行測定，每個(gè)處理選擇代表性植株定位觀測，采用其平均值繪制青貯玉米株高隨日期的生長過程見圖1。從圖中可以看出，不同灌溉水平對青貯玉米株高影響總體趨勢是一致的，是由快到慢的生長趨勢，各處理的最高平均增長速率不同，在整個(gè)生育期內(nèi)，其中抽穗期株高增長率最大，其增長速率最大可達(dá)3.02 cm/d，高水處理生長速率比中水處理、低水處理分別高13.17%和35.12%，到了開花期則生長趨于緩慢，此時(shí)由營養(yǎng)生長開始轉(zhuǎn)向生殖生長，用于株高和葉片的同化物減少，使其生長速率下降。從圖1中可以看出，同一灌溉水平使用不同的技術(shù)處理株高的變化對比，使用覆膜技術(shù)最好，這是由于青貯玉米是喜熱、喜水性植物，覆膜能同時(shí)提高地溫和保持土壤水分，其次是使用保水劑浸種比使用溝施保水劑效果好，這是由于保水劑浸種更有效地保持有效土壤水分，這三種技術(shù)處理均比CK處理要好。不同灌溉水平和使用不同的技術(shù)處理株高的變化對比，從高到低依次為覆膜、高水、保水劑浸種、溝施保水劑、CK、中水和低水。

圖1 各處理株高的變化曲線

2.2 不同處理對青貯玉米莖粗的影響

在田間試驗(yàn)中對青貯玉米的每個(gè)生育期的莖粗進(jìn)行測定，每個(gè)處理選擇代表性植株定位觀測，采用其平均值繪制青貯玉米莖粗隨時(shí)間的生長過程見圖2。從圖中可以看出，不同灌溉水平對青貯玉米莖粗影響總體趨勢都是由快到慢，各處理的最高平均增長速率不同，在整個(gè)生育期內(nèi)，其中抽穗期莖粗增長率最大，其增長速率最大可達(dá)0.37 mm/d，高水處理生長速率比中水處理、低水處理分別高 11.35%和32.32%，到開花期生長趨于緩慢。從圖中可以看出同一灌溉水平使用不同的技術(shù)處理莖粗的變化對比，使用保水劑浸種最好，其次是使用溝施保水劑和覆膜，這是由于保水劑浸種更有效地保持有效土壤水分，這三種技術(shù)處理總體均比CK處理好。可以得出不同灌溉水平和使用不同的技術(shù)處理莖粗的變化，從高到低依次為保水劑浸種、高水、覆膜、溝施保水劑、中水、CK和低水。

圖2 各處理莖粗的變化曲線

2.3 不同處理對青貯玉米鮮重的影響

通過對青貯玉米的每個(gè)生育期的鮮重進(jìn)行測定，每個(gè)處理選擇代表性植株定位觀測，采用其平均值繪制青貯玉米鮮重隨時(shí)間的生長過程見圖3。不同灌溉水平對青貯玉米鮮重影響總體趨勢都是一致的，是由快到慢的生長趨勢，各處理的最高平均增長速率不同，在整個(gè)生育期內(nèi)，抽穗期鮮重增長率最大，其增長速率最大可達(dá)2 308.5 kg/hm2，高水處理生長速率比中水處理、低水處理分別高17.23%和66.98%，開花期生長趨于緩慢，這是由于株高和葉片的同化物減少，使其生長速率下降。同一灌溉水平使用不同的技術(shù)處理鮮重的變化，使用覆膜技術(shù)最好，這是由于青貯玉米是喜熱、喜水性植物，覆膜能同時(shí)提高地溫和保持土壤水分，其次是使用保水劑浸種比使用溝施保水劑效果好，這是由于保水劑浸種更有效地保持有效土壤水分，這三種技術(shù)處理均比CK處理要好，這種產(chǎn)量的關(guān)系與上面株高的變化情況是一致的。不同灌溉水平和使用不同的技術(shù)處理鮮種的變化對比，從高到低依次為覆膜、高水、保水劑浸種、中水、溝施保水劑、CK和低水。

圖3 各處理鮮種的變化曲線

3 作物生長狀況與地溫的關(guān)系

對青貯玉米高水、中水和低水各處理進(jìn)行地溫觀測，在青貯玉米全生育期內(nèi)測定表層土地溫、0-10，10-20，30-40 cm土層的地溫，繪制出全生育期各處理?xiàng)l件下的地溫變化曲線如圖4。

從圖中可以看出，每一種處理各層的變化趨勢是一致的，都是表層土的地溫最高，往下依次為0-10，10-20，30-40 cm土層，當(dāng)土壤灌水時(shí)，地溫會(huì)顯著下降，這不利于喜熱的青貯玉米生長，當(dāng)土壤含水率很低時(shí)，地溫明顯較高，表層地溫最高達(dá)40℃，比2 m處大氣溫度高大約8℃，這也不利于喜水的青貯玉米生長，因此，要合理控制土壤含水率，使地溫和土壤含水率達(dá)到最佳耦合，以促進(jìn)作物生長。

青貯玉米10 cm和40 cm土層地溫變化曲線總的趨勢是每一土層高水處理?xiàng)l件下的地溫最低，中水處理次之，低水處理?xiàng)l件下的地溫最高，青貯玉米在高水、中水和低水3種處理?xiàng)l件下地溫總的變化趨勢的主要影響因素是大氣溫度和土壤含水率。

圖4 青貯玉米不同水分處理各土層地溫變化曲線

上述的分析結(jié)果表明:高水(充分灌溉)雖然能提供作物生長所需的足夠水分，但同時(shí)會(huì)降低地溫，在北方地區(qū)由于作物生育前期和后期的地溫均較低，而不利于作物生長，因此對于水資源相對緊缺的北方寒冷地區(qū)，可適當(dāng)采用非充分灌溉。

4 結(jié)論

(1)在不同灌溉水平和使用不同的農(nóng)藝措施，株高的變化從高到低依次為覆膜、高水、保水劑浸種、溝施保水劑、CK、中水和低水;莖粗的變化規(guī)律為從高到低依次為保水劑浸種、高水、覆膜、溝施保水劑、中水、CK和低水;莖粗的變化關(guān)系為從高到低依次為覆膜、高水、保水劑浸種、中水、溝施保水劑、CK和低水。

(2)影響地溫變化的主要因素是大氣溫度和土壤水分，充分灌溉能提供作物生長所需足夠水分的同時(shí)會(huì)降低地溫，而不利于作物生長，因此對于水資源相對緊缺的北方寒冷地區(qū)，可適當(dāng)采用非充分灌溉。

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