風(fēng)沙土膜下滴灌灌溉水量對玉米生長和產(chǎn)量的影響

竇超銀　孟維忠　佟威

摘要 [目的] 為了更好地為風(fēng)沙土膜下滴灌灌溉制度的制定提供理論依據(jù)。[方法]通過田間試驗對不同灌溉水量條件下風(fēng)沙土地區(qū)膜下滴灌玉米生長和產(chǎn)量的影響進行研究。[結(jié)果]灌溉水量對玉米株高、莖粗、葉面積指數(shù)（LAI）和單株地上干物質(zhì)重等營養(yǎng)生長指標(biāo)影響較?。凰腴L、穗粗、行粒數(shù)、百粒重、穗粒重、穗重等產(chǎn)量構(gòu)成性狀和產(chǎn)量均隨著灌水量的增加先增大后減小，灌溉水量為75%ET時產(chǎn)量最高，達(dá)到7.67 t/hm2；水分利用效率（WUE）隨著灌溉水量的增加線性下降，25%ET時WUE最大，為1.30 kg/m3。[結(jié)論]在風(fēng)沙土地區(qū)，玉米膜下滴灌灌溉水量宜控制在25%ET～75%ET。

關(guān)鍵詞 產(chǎn)量；灌溉水量；風(fēng)沙土；膜下滴灌；水分利用效率

中圖分類號 S275.6；S274.1 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 0517-6611（2014）05-01312-04

Abstract [Objective] In order to provide the theory basis for mulchdrip irrigation regime. [Method] Effects of irrigation water on the growth and yield of maize in aeolian sandy soil were studied by field experiment. [Result] The results showed that irrigation water had little effect on stem length， stem diameter， LAI， and dry matter accumulation over ground per plant； ear length， ear coarse， kernels per row， weight per 100 kernels， weight of kernels per ear， ear weight and yield all increased first and then decreased as irrigation water increased； the highest yield， which reached 7.67 t/hm2， was got for WUE decreased linearly with increasing irrigation water， and its maximum was 1.30 kg/m3 for 25% ET treatment. [Conclusion] Therefore， in the aeolian sandy soil area， irrigation water about 25%-75% ET was recommended.

Key words Yield； Irrigation water； Aeolian sandy soil； Mulchdrip irrigation； Water use efficiency

風(fēng)沙土是遼寧西北部與內(nèi)蒙古科爾沁沙地接壤地區(qū)普遍存在的土壤資源，土壤以粉細(xì)沙為主，含水率較低，保水保肥性差。長期以來，該地區(qū)土地利用以玉米種植為主，依靠降雨補充灌溉，廣種薄收，產(chǎn)量僅有4.5～6.0 t/hm2，土地生產(chǎn)效率低，嚴(yán)重制約了地區(qū)農(nóng)業(yè)和經(jīng)濟發(fā)展。近年來，相關(guān)學(xué)者針對遼西北風(fēng)沙區(qū)土地利用開展了大量研究[1]，尤其是隨著國家 “東北四省區(qū)節(jié)水增糧行動”和遼寧省“千萬畝滴灌灌溉工程”等工程的實施，在遼西北地區(qū)大面積推廣應(yīng)用玉米大壟雙行膜下滴灌技術(shù)，為風(fēng)沙土地資源的高效利用提供了契機。

膜下滴灌是將滴灌技術(shù)與覆膜種植技術(shù)有機結(jié)合起來的灌溉新技術(shù)，其中地膜覆蓋具有明顯的增溫保墑作用，阻隔了土壤向大氣蒸發(fā)的通道，水分循環(huán)限于膜下，減少了水分散失，提高了水分利用的有效性；而滴灌實現(xiàn)作物按需供水，其高頻率、低流量的灌水方式使作物根區(qū)土壤經(jīng)常保持較高的含水量，創(chuàng)造了有利于作物生長發(fā)育的水、肥、氣、熱環(huán)境，因此，膜下滴灌技術(shù)在節(jié)水灌溉和調(diào)控土壤水分運動等方面得到廣泛應(yīng)用，并獲得較好的節(jié)水增產(chǎn)效果[2-3]。將膜下滴灌技術(shù)應(yīng)用于風(fēng)沙土玉米種植，則可利用該技術(shù)對水分運動進行調(diào)控，為作物生產(chǎn)提供良好的土壤環(huán)境，但是，目前相關(guān)研究還鮮有報道。因此，筆者通過田間試驗，在遼西北風(fēng)沙區(qū)以玉米遼單31為試驗材料，研究不同灌溉水量對玉米生長和產(chǎn)量等的影響，旨在為風(fēng)沙區(qū)膜下滴灌灌溉制度的制定提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗區(qū)位于遼寧省彰武縣北甸子村（E122°23′、N42°50′），地處科爾沁沙地南緣，屬于溫帶半干旱季風(fēng)氣候區(qū)，其主要特征是干燥，風(fēng)沙大。多年平均降雨量412 mm，降雨量年內(nèi)分布不均，夏季降雨量占全年降雨量的60%～70%；多年平均蒸發(fā)量1 781 mm；年平均氣溫6.1 ℃，平均風(fēng)速3.7～4.2 m/s，最大瞬時風(fēng)速達(dá)24.0 m/s，沙塵暴天氣10～15 d；植物生長期145～150 d，無霜期154 d。試驗區(qū)土壤主要為流動風(fēng)沙土，干容重1.69 g/cm3，田間持水率為6.3%，凋萎含水率為1.7%，飽和持水率為16.9%。土壤機械組成以細(xì)沙為主，占70%，物理性黏粒和粗沙很少；有機質(zhì)含量為0.66 g/kg。

1.2 供試材料與試驗設(shè)計

試驗于2012年5～9月進行，共計16個試驗對比小區(qū)，小區(qū)長2.8 m，寬2.4 m，面積6.67 m2。種植作物為玉米遼單31，采用滴灌灌溉，灌溉水量根據(jù)布置在冠層頂部20 cm蒸發(fā)皿7 d累積水面蒸發(fā)量（ET）為參考，分別設(shè)定25%ET（DI1）、50%ET（DI2）、75%ET（DI3）、100%ET（DI4）和125%ET（DI5）5個處理，當(dāng)灌水周期內(nèi)發(fā)生降雨時，從計算灌水量中減去降雨量。玉米壟距1.2 m，寬行距0.8 m，窄行距0.4 m，株距0.27 m，每個處理設(shè)3個重復(fù)。

1.3 田間管理

播種前種子進行晾曬處理，各處理均在春播前翻地，平整土地，施農(nóng)家肥（雞糞）1.5 t/hm2，5月11日起壟鋪設(shè)滴灌帶，覆膜播種。底肥施磷酸二銨225 kg/hm2，玉米復(fù)合肥225 kg/hm2。5～6葉期定苗，拔節(jié)期中耕除草，噴施農(nóng)藥甲胺磷一次，防治蟲害。9月10日后不再灌溉，10月3日收獲。

1.4 測定指標(biāo)與方法

降雨利用試驗區(qū)附近的小型氣象站監(jiān)測，在試驗區(qū)從南到北在冠層上方20 cm分別放置3套20 cm蒸發(fā)皿測量冠層水面蒸發(fā)，每天08：00測量一次。灌溉水量通過水表觀測。在玉米成熟期前，每7 d測量一次玉米株高、莖粗和單株全部展開葉的葉面積，按長×寬×系數(shù)法調(diào)查葉面積，葉面積指數(shù)（LAI）通過葉面積與單位土地面積折算求得[4]；在乳熟期隨機取3株玉米，截取地上部分物質(zhì)，稱鮮重，在105 ℃下殺青30 min，再于80 ℃下烘干至恒重，稱干重；收獲時在各小區(qū)隨機取樣10株，收獲后室內(nèi)考種，考查項目包括穗長、穗粗、禿尖長、穗行數(shù)、行粒數(shù)、穗粒數(shù)和百粒重等主要農(nóng)藝性狀，并計算產(chǎn)量。水分利用效率（WUE）根據(jù)文獻[5]的算法計算。

2 結(jié)果與分析

2.1 降雨量和灌溉量分析

由圖1可知，玉米生育期內(nèi)共降雨39次，降雨量達(dá)到394.2 mm，其中有效降雨11次，累積273.9 mm，最大降雨量發(fā)生在8月8日，降雨量達(dá)到38.3 mm，其次發(fā)生在7月22日，降雨量為30.8 mm。5月11～9月9日冠層水面累積蒸發(fā)量731.9 mm，全生育期共灌水8次，DI1、DI2、DI3、DI4和DI5分別灌水91.2、168.5、252.8、337.0和421.3 mm。

2.2 不同處理對玉米生長的影響

2.2.1

對株高的提高。由圖2可知，不同處理下玉米株高在生育期內(nèi)總體變化趨勢相同，隨著生育期的進行，株高持續(xù)增大，拔節(jié)期和抽雄期株高增加最為迅速，灌漿期后株高相對穩(wěn)定。苗期～拔節(jié)期，各處理株高相近，變幅一般在10%～15%；拔節(jié)～抽穗期，DI2處理株高高于其他處理，DI5處理株高最矮；抽穗期后，各處理株高差距逐漸縮小，最終穩(wěn)定在15 cm以內(nèi)，變幅小于10%。

2.2.2

對莖粗的影響。由圖3可知，拔節(jié)～抽雄期，隨著玉米生育進程的推進，莖粗逐漸增大；抽雄期后，莖粗相對穩(wěn)定。不同處理之間莖粗差異根據(jù)玉米生育期可以分為3個階段：苗期～拔節(jié)期，灌水量相對較多的DI3、DI4和DI5處理莖粗大于灌水量相對較少的DI1和DI2處理；拔節(jié)期后，處理之間變化規(guī)律相反，其中DI2處理莖粗最粗；灌漿期，各處理莖粗相近，變幅僅在3%～8%。

2.2.3

對LAI的影響。由圖4可知，各處理LAI隨著生育進程的推進先增大后減?。好缙冢琇AI增長緩慢；拔節(jié)～灌漿期，LAI增長明顯；灌漿期后，LAI逐漸下降。苗期～拔節(jié)期，不同灌溉處理LAI都較小，隨著灌溉水量的增加，LAI有減小的趨勢，DI1處理高出DI5處理10%～25%；隨著玉米的生長，各處理之間差異逐漸減小，到灌漿期時，各處理LAI均接近4，變幅低于10%。

2.2.4

對單株地上干物質(zhì)重的影響。由表1可知，隨著灌溉水量的增加，地上干物質(zhì)重先增大后減小，DI3處理地上干物質(zhì)重最大，達(dá)到0.30 kg；地上物質(zhì)在不同器官中的分配從重到輕依次為：穗部>葉>莖稈，穗部物質(zhì)累積明顯高于其他器官，且穗重和葉重隨灌水量增加的變化趨勢和地上物質(zhì)干重相同。DI3處理穗重和葉重高于其他處理。不同處理穗部、葉片和莖稈干重分別為地上部分物質(zhì)干重的53.9%～ 59.6%、24.0%～29.4%和13.2%～17.2%；葉干重所占比例隨灌水量的增加先增大后減小，而莖稈干重所占比例呈先減小后增大的變化趨勢，其中DI3葉干重占地上干物質(zhì)重的28.7%，高于其他處理，這一分配比例為干物質(zhì)的形成提供了有利條件。

2.3 不同處理對玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成的影響

2.3.1

對產(chǎn)量構(gòu)成的影響。由表2可知，穗長和穗粗分別在172.3～195.2和46.3～49.0 mm，隨著灌水量的增加先增大后減小，DI3處理最大；禿尖長隨灌水量的增加先減小后增大，DI3處理禿尖長最短，較DI4處理減少62.2%；行粒數(shù)變化趨勢與穗長一致，DI3處理行粒數(shù)最多，高出DI5處理10.7%；各處理行數(shù)接近，一般均為14或16行；百粒重、穗粒重和穗重分別在24.0～28.3、137.9～ 178.9和178.8～ 242.6 g，均隨著灌水量的增加先增大后減小，DI3處理最大，DI5處理最小。方差分析表明，DI5處理穗長、穗粗、百粒重和穗重顯著低于DI1、DI2和DI3處理，穗粒重顯著低于DI1和DI2處理，其他處理之間除DI4處理穗重顯著低于DI3處理外，差異均不顯著。

3 結(jié)論與討論

3.1 討論

一般研究均表明，玉米生長對水分條件較為敏感。如張芮等研究表明，灌水不充分時易導(dǎo)致葉齡推遲，植株矮小，LAI一直較小，最終影響生物產(chǎn)量和經(jīng)濟產(chǎn)量[6]。姚啟倫等研究表明，水分缺乏時，株高、總?cè)~面積、地上部干質(zhì)重等均不同程度地下降[7]。焦艷平等研究也表明，株高、莖粗、葉面積指數(shù)、地上部分干物質(zhì)積累量等均隨著土壤水勢的升高而增加[8]。也有研究認(rèn)為，玉米形態(tài)和生理特征變化和水分脅迫程度相關(guān)，只有重度水分虧缺才對玉米苗株高、莖粗、葉片數(shù)和葉面積等產(chǎn)生一定的抑制作用[9]。該試驗中，不同灌溉水量對玉米生長影響并不明顯，這與前人研究結(jié)論不完全一致。原因可能是：①降雨量及降雨在生育期內(nèi)的分布使各處理玉米均未受到重度水分脅迫；②風(fēng)沙土特殊的理化性質(zhì)有別于其他研究區(qū)的土壤條件，風(fēng)沙土持水保肥性能差，而灌溉水量的增加相應(yīng)延長了灌水時間，長時間灌溉并沒有顯著增加土壤根系分布層蓄水量，相反加劇了對土壤養(yǎng)分的淋洗，降低了土壤溫度，不利于玉米營養(yǎng)生長。

作物產(chǎn)量與其生育期總耗水量關(guān)系的看法已被大多數(shù)人所接受，即認(rèn)為在作物達(dá)到最大產(chǎn)量后再增加灌水是一種浪費[10]，而產(chǎn)量與地上物質(zhì)積累量密切相關(guān)，在一定范圍內(nèi)地上物質(zhì)累積越多，子粒產(chǎn)量也就越高。該研究中產(chǎn)量變化規(guī)律與前人研究結(jié)果一致[11]。張曉偉等研究表明，WUE隨著灌水量的增加而增加[12]；AIonlran等研究也表明，WUE值隨灌溉水量增加而呈線性增加，灌溉水量高于120%ET后減小[13]。但該研究中WUE隨灌水量的增加而減小，這與研究區(qū)土壤有關(guān)，風(fēng)沙土持水性差，土壤在灌溉后很快飽和，濕潤區(qū)與干燥區(qū)水勢梯度大，灌溉水向根區(qū)以外擴散，停止灌溉后，濕潤區(qū)失水快，因此，增加灌溉水量并未改善作物根區(qū)土壤環(huán)境，WUE降低速度高于增產(chǎn)率，導(dǎo)致WUE隨灌水量的增加呈遞減趨勢。

3.2 結(jié)論

（1）在風(fēng)沙土地區(qū)，在膜下滴灌玉米種植利用條件下，灌溉水量對玉米營養(yǎng)生長的影響較小，當(dāng)灌水量在25%ET～125%ET時，株高、莖粗、LAI和單株地上干物質(zhì)重變幅均在10%內(nèi)；地上部分干物質(zhì)重隨著灌溉水量的增加先增大后減小。

（2）穗長、穗粗、行粒數(shù)、百粒重、穗粒重和穗重均隨著灌水量的增加先增大后減小，灌水量為75%ET時達(dá)到最高；行數(shù)受灌溉影響較小；禿尖長隨著灌水量的增加呈先減小后增大的趨勢。

（3）玉米產(chǎn)量隨著灌溉水量的增加呈“拋物線”型變化，灌水量近75%ET時可以獲得最高產(chǎn)量；WUE隨著灌溉水量的增加線性下降。

因此，在風(fēng)沙土地區(qū)，利用膜下滴灌技術(shù)增加糧食產(chǎn)量和提高土地資源利用率時，灌溉水量以75%ET為宜；在以減小地下水資源開采利用，提高灌溉水利用效率為目標(biāo)時，灌溉水量可控制在25%ET以內(nèi)。

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