不同微潤(rùn)灌溉處理對(duì)玉米生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響

何玉琴，成自勇，張 芮，張金霞，李有先，姚名澤

(1甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，甘肅蘭州730070;2甘肅省張掖市水務(wù)局，甘肅張掖734000)

隨著水資源的日益緊缺，節(jié)水灌溉技術(shù)已成為農(nóng)業(yè)發(fā)展的一項(xiàng)重要保障措施，但由于現(xiàn)有的節(jié)水技術(shù)的設(shè)備投資大，使節(jié)水技術(shù)發(fā)展緩慢，為解決這一問(wèn)題，深圳市微潤(rùn)灌溉技術(shù)有限公司開(kāi)發(fā)了一種新型的節(jié)水灌溉技術(shù)即微潤(rùn)灌溉，它是用半透膜的原理使土壤保持濕潤(rùn)的一種灌溉方式.微潤(rùn)灌溉的設(shè)備投資低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不消耗動(dòng)力，節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用，可以有效地降低農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)成本.微潤(rùn)灌溉與滲灌相似，是一種地下微灌形式，即灌溉水通過(guò)管壁上的微孔由內(nèi)向外呈發(fā)汗?fàn)顫B出，隨即通過(guò)管壁周圍土壤顆粒的吸水作用向土體擴(kuò)散，給作物根層供水，一次連續(xù)性實(shí)現(xiàn)對(duì)作物灌溉全過(guò)程.因此，可以看作是滴灌的一種特殊形式，又被稱為地下滲灌［1-2］.這種灌溉方式可以改善土壤水氣環(huán)境，有利于作物生長(zhǎng).土壤表面能夠保持較為干燥狀態(tài)，不僅棵間蒸發(fā)量下降，還能防止雜草生長(zhǎng).可將化肥溶解于水中，把肥料直接輸送到作物根部，減少肥料的損失［3-6］.目前已有研究表明，滲灌埋設(shè)深度、間距和壓力是影響灌水質(zhì)量的主要因素.埋設(shè)深度等單因素對(duì)滲灌灌水效果方面的研究已有一些報(bào)道［7-12］，而在多因素組合下影響的研究較少.本試驗(yàn)主要研究微潤(rùn)管的埋設(shè)深度、間距和壓力對(duì)栽培作物生長(zhǎng)及產(chǎn)量的影響，提出微潤(rùn)管最優(yōu)的埋設(shè)深度、間距和壓力的組合模式，為微潤(rùn)灌溉技術(shù)的應(yīng)用和推廣提供理論依據(jù).

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地基本情況

本試驗(yàn)分別在2010年4—10月和2011年4—10月在全國(guó)重點(diǎn)灌溉試驗(yàn)站甘肅省張掖市灌溉試驗(yàn)中心實(shí)施.該試驗(yàn)站位于北方干旱內(nèi)陸河灌區(qū)甘州盈科灌區(qū)，屬于典型的大陸性干旱氣候地帶，降雨稀少且變化率大.年平均氣溫:城區(qū)7.3℃，淺山區(qū)5.4℃，氣溫日差(13.3～15.7℃)較大;該區(qū)土地面積36.90萬(wàn) hm2，耕地6.01萬(wàn) hm2，占總土地面積的16.29%;用于耕作的土壤主要為灰棕漠土、綠洲灌淤土和灰鈣土.試驗(yàn)地土壤容重為1.73 g/cm3，田間持水量為16.0%.

1.2 試驗(yàn)材料和田間管理

大田試驗(yàn)品種:制種玉米父本昌7-2、母本478.種植方式為插花點(diǎn)種，行距為40 cm，株距為25 cm.具體操作見(jiàn)表1.

表1 玉米整個(gè)生育期的田間管理Tab.1 Design of experiment under different treatments

1.3 土壤水分含量的測(cè)定及計(jì)算

測(cè)定方法用烘干稱重法測(cè)定，每個(gè)重復(fù)取2個(gè)樣.測(cè)定時(shí)間每隔10 d測(cè)定1次，另播前、收后、各次灌水前后以及降雨加測(cè)，作物耗水量用水量平衡法計(jì)算:ET=P+I-D-ΔS.式中，ΔS為土體儲(chǔ)水變化量/mm;P為有效降雨量/mm;I為生育期灌溉量/mm;D為深層滲漏/mm;ET為蒸騰蒸發(fā)量/mm.由于灌水量較小，深層滲漏可以忽略不計(jì).

1.4 株高和單株干物質(zhì)等生理指標(biāo)測(cè)量

株高采用卷尺測(cè)量，從5月31日起每隔10 d測(cè)量1次，每個(gè)小區(qū)固定測(cè)量5株.每隔10 d測(cè)量干物質(zhì)的含量，每個(gè)小區(qū)取3株，先將樣品放在105℃烘箱中烘30 min，使植物組織停止生理活動(dòng)，再降至80℃烘干至恒質(zhì)量.考種時(shí)用游標(biāo)卡尺、卷尺、電子稱分別測(cè)量玉米穗質(zhì)量、穗粗、穗長(zhǎng)、禿尖度、穗行數(shù)、穗粒數(shù)、穗粒質(zhì)量和百粒質(zhì)量.

1.5 統(tǒng)計(jì)分析

采用Microsoft Excel 2003進(jìn)行數(shù)據(jù)處理作圖，Spss11.5 for windows軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析.本文數(shù)據(jù)采用2010—2011年2年的平均值.

1.6 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

由前人理論及2010年的試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)所得，2011年的試驗(yàn)設(shè)計(jì)微潤(rùn)管埋設(shè)深度為12和18 cm，間距分別為1管1行和2管3行，壓力為0.45和0.60 MPa，試驗(yàn)設(shè)計(jì)如表2所示.

表2 不同處理的試驗(yàn)設(shè)計(jì)1)Tab.2 Design of experiment under different treatments

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)玉米莖粗和株高生長(zhǎng)的影響

由圖1可以看出，在玉米生長(zhǎng)的前期，各處理的莖粗和株高都基本相同.苗期到拔節(jié)期是玉米莖稈生長(zhǎng)的關(guān)鍵時(shí)期，中期生長(zhǎng)平緩，到后期又略有生長(zhǎng).但玉米株高的生長(zhǎng)趨勢(shì)異于莖粗的生長(zhǎng)趨勢(shì)，玉米的株高從苗期逐漸增大，抽穗期前增長(zhǎng)速度最快，抽穗后至灌漿初期，株高增長(zhǎng)緩慢，趨于穩(wěn)定，到灌漿期后株高基本定型.對(duì)照(CK)的莖粗與株高大于其他處理，而T4由于灌水量不足，玉米的生殖生長(zhǎng)始終低于其他各處理.本試驗(yàn)結(jié)果表明玉米的株高隨著耗水量的減小而減小，玉米的前期生長(zhǎng)受灌水量的影響較小，而到中期則不斷加強(qiáng)，對(duì)后期的影響又逐步減少.

圖1 各處理生育期內(nèi)玉米莖粗和株高Fig.1 Plant diameter and height of maize in childbearing period under different treatments

從圖2可以看出，不同處理的玉米株高生長(zhǎng)速率(單位時(shí)間的玉米株高)在玉米拔節(jié)到抽穗期前逐漸增大，但隨著玉米的生長(zhǎng)，在生長(zhǎng)后期出現(xiàn)減小的趨勢(shì).在玉米生長(zhǎng)前期，T4處理的生長(zhǎng)速率最小，但在進(jìn)入拔節(jié)期后其生長(zhǎng)速率超過(guò)了T2、T3和T4，在玉米生長(zhǎng)后期T4處理的生長(zhǎng)速率大于其他4個(gè)處理.由此可看出，由于供水不足T4處理對(duì)玉米的水分脅迫明顯，株高不能正常生長(zhǎng)，有提前成熟現(xiàn)象.T1、T2、T3和CK處理的生長(zhǎng)速率趨勢(shì)相同，生長(zhǎng)速率接近.

圖2 各處理玉米株高生長(zhǎng)速率Fig.2 Growth rate of plant height of maize in childbearing period under different treatments

2.2 不同處理對(duì)玉米干物質(zhì)積累的影響

由圖3可以看出，微潤(rùn)灌溉玉米的干物質(zhì)積累的總趨勢(shì)異于膜下滴灌，說(shuō)明微潤(rùn)灌溉的水分分配和膜下滴灌的不同.苗期各處理的干物質(zhì)積累差別不大，拔節(jié)期干物質(zhì)積累迅速增加，且在拔節(jié)期后便顯出了差異性.拔節(jié)期和抽穗期的干物質(zhì)積累趨勢(shì)相同;灌漿期T2處理的干物質(zhì)積累較大，成熟期T3處理的干物質(zhì)積累較快，而T1處理在灌漿期前的干物質(zhì)積累較大，在灌漿期后基本不再增長(zhǎng);T2、T3和T4處理在灌漿期前干物質(zhì)積累量基本相同，在灌漿期后出現(xiàn)差別;T4處理的干物質(zhì)積累在抽穗期后處于穩(wěn)定，有提前成熟的現(xiàn)象.CK的單株干物質(zhì)含量在整個(gè)生育期內(nèi)都高于其他處理.由此可知耗水量對(duì)玉米苗期干物質(zhì)的積累影響不大，但對(duì)其他各生育期有不同程度的影響.

圖3 各處理玉米的單株干物質(zhì)量Fig.3 Dry matter of maize under different treatments

2.3 不同處理對(duì)玉米產(chǎn)量構(gòu)成情況的影響

從表3中可以看出，膜下滴灌(CK)的產(chǎn)量、穗質(zhì)量、穗粒數(shù)和穗粒質(zhì)量都高于其他處理，百粒質(zhì)量和穗行數(shù)卻低于T1處理，這說(shuō)明微潤(rùn)灌溉可以優(yōu)化玉米干物質(zhì)的分配與轉(zhuǎn)移.方差分析結(jié)果顯示，T4處理的產(chǎn)量構(gòu)成因子和其他處理都存在極顯著差異，說(shuō)明玉米的各因子形成受耗水量的影響較大.在微潤(rùn)灌溉處理中，T3的禿尖度最小，產(chǎn)量、穗粒數(shù)和穗粒質(zhì)量最高，而百粒質(zhì)量也僅次于T1處理，說(shuō)明微潤(rùn)管在埋設(shè)深度18 cm、埋設(shè)間距為1管1行、壓力為0.60 MPa的設(shè)計(jì)下，有利于玉米產(chǎn)量的形成.T4處理由于嚴(yán)重缺水影響了玉米的生殖生長(zhǎng)和籽粒的生長(zhǎng).可見(jiàn)，合理的微潤(rùn)灌溉處理有利于籽粒的生長(zhǎng)和玉米的生殖生長(zhǎng).

2.4 不同處理對(duì)玉米耗水量和水分利用效率的影響

在玉米的整個(gè)生育期內(nèi)，耗水量隨著灌水量的減少而減少，產(chǎn)量隨著耗水量的增加而增加.在耗水量方面各個(gè)處理都存在極顯著差異，且滴灌的耗水量最多，而在水分利用率方面卻都不存在極顯著差異，T2和T4的水分利用效率有顯著差異，這說(shuō)明微潤(rùn)灌溉明顯提高了水分利用率.與CK相比，T4的節(jié)水率最高，T3的節(jié)水率最小.CK處理玉米的耗水量最大，產(chǎn)量也最高，分別比T1、T2、T3和T4高33.13%、34.48%、26.82%和63.94%(表4).T4處理的耗水量最小，產(chǎn)量最低，這是由于T4處理的埋設(shè)深度大、壓力小，本身出水量小，不能滿足玉米關(guān)鍵期需水量，使產(chǎn)量嚴(yán)重受損從而導(dǎo)致減產(chǎn)和水分利用率低.

表3 不同處理的產(chǎn)量構(gòu)成情況1)Tab.3 Yield constituent under different treatments

表4 不同處理的玉米耗水量和水分利用率1)Tab.4 Maize evapotranspiration and water use efficiency under different treatments

3 結(jié)論

以膜下滴灌作為對(duì)照試驗(yàn)，對(duì)不同的微潤(rùn)灌溉處理進(jìn)行了試驗(yàn).根據(jù)不同的微潤(rùn)灌溉處理的耗水量不同對(duì)玉米莖粗、株高、干物質(zhì)、產(chǎn)量和水分利用效率等影響分析比較，可得出如下結(jié)論:

1)在玉米的整個(gè)生育期中莖粗、株高和產(chǎn)量隨著耗水量的下降而下降.微潤(rùn)灌溉的干物質(zhì)積累趨勢(shì)和膜下滴灌不同.在玉米需水關(guān)鍵期缺水會(huì)使玉米不能正常生長(zhǎng)，提前成熟，且嚴(yán)重減產(chǎn).

2)在產(chǎn)量構(gòu)成因素方面，微潤(rùn)灌溉有利于玉米籽粒發(fā)育，使籽粒飽滿，百粒質(zhì)量增加，可以優(yōu)化玉米干物質(zhì)的積累、分配與轉(zhuǎn)移.而膜下滴灌產(chǎn)量最高，籽粒飽滿程度卻遜于微潤(rùn)灌溉的處理.

3)膜下滴灌的產(chǎn)量和水分利用效率都最高.在不同的微潤(rùn)灌溉處理下，微潤(rùn)管的埋設(shè)深度、間距和壓力對(duì)玉米的產(chǎn)量和水分利用效率都有顯著的影響，T2的水分利用效率最高，T3的產(chǎn)量最高，由此可知其中壓力對(duì)產(chǎn)量和水分利用效率影響最大.T1和T3的耗水量大于T2和T4，說(shuō)明微潤(rùn)管間距對(duì)微潤(rùn)管出水量的影響較大.

本試驗(yàn)表明，微潤(rùn)灌溉處理在產(chǎn)量方面還不及膜下滴灌，但在產(chǎn)量構(gòu)成和水分利用率方面卻優(yōu)于膜下滴灌.從玉米的綜合效益看，微潤(rùn)管埋設(shè)深度18 cm、間距為1管1行、壓力在0.60 MPa的組合為最優(yōu)處理.由于微潤(rùn)灌溉尚處于研究階段，在使用過(guò)程中有爆管和漏水現(xiàn)象.雖然目前微潤(rùn)灌溉存在一些缺點(diǎn)及由于技術(shù)問(wèn)題有減產(chǎn)現(xiàn)象，但由于它所具有的一系列優(yōu)點(diǎn)，使得它具有廣闊的應(yīng)用前景，今后還需要不斷研究解決微潤(rùn)灌溉技術(shù)和產(chǎn)品方面的問(wèn)題，最終達(dá)到節(jié)水增產(chǎn)的目的.

［1］岳兵.滲灌技術(shù)存在問(wèn)題與建議［J］.灌溉排水，1997，16(2):40-44.

［2］王彥軍，沈秀英，王留運(yùn).一種新型的節(jié)水灌溉技術(shù):滲灌［J］.節(jié)水灌溉，1997(2):3-7.

［3］王允喜，李明思，藍(lán)明菊.膜下滴灌土壤濕潤(rùn)區(qū)對(duì)田間棉花根系分布及植株生長(zhǎng)的影響［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2011，27(8):31-38.

［4］COELHO F E，OR D.Root distribution and water uptakepatterns of maize under surface and subsurface dripirrigation［J］.Plant and Soil，1999，206(2):123-136.

［5］TAYLOR H M，KLEPPER B.Water relations of cotton:I:Rootgrowth and water use as related to top growth and soil watercontent［J］.Agron J，1974，66:584-588.

［6］CARMI Z P A，GRAVA A.Cotton growth and production underdrip-irrigation restricted soil wetting［J］.Irrig Sci，1988，9(2):143-156.

［7］王淑紅，張玉龍，虞娜.滲灌技術(shù)的發(fā)展概況及其在保護(hù)地中應(yīng)用［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2005，21(S1):92-95.

［8］曲天佑，盛子榮.解決滲灌堵塞及其它問(wèn)題的探討［J］.內(nèi)蒙古水利，1998(2):38-39.

［9］張國(guó)祥.地下滴灌(滲灌)的技術(shù)狀況與建議［J］.地下水，1996，18(2):51-54.

［10］奕永慶.節(jié)水灌溉技術(shù)［J］.今日科技，1998(11):8-9.

［11］雷醒民.滲灌中管深管距滲水量的試驗(yàn)淺析［J］.廣西氣象，1997(2):27-28.

［12］馮廣志.對(duì)“滲灌”的幾點(diǎn)看法［J］.中國(guó)農(nóng)村水利水電，1997(7):5-6.