灌溉定額對膜下滴灌玉米生理性狀及產(chǎn)量的影響

唐光木，何 紅，楊金鈺，徐萬里

（1.新疆農(nóng)業(yè)科學院 土壤肥料與農(nóng)業(yè)節(jié)水研究所／綠洲養(yǎng)分與水土資源高效利用重點實驗室，

烏魯木齊830091；2.國家棉花工程技術研究中心，烏魯木齊830091）

新疆位于我國西北內(nèi)陸地區(qū)，水資源不足不僅是嚴重的環(huán)境問題，也是作物正常生長發(fā)育和產(chǎn)量形成的必需條件［1］，對作物體內(nèi)水分平衡和產(chǎn)量構(gòu)成具有重要影響［2］。同時玉米不僅是重要的糧食作物之一，發(fā)展玉米生產(chǎn)對國家糧食安全及經(jīng)濟發(fā)展具有舉足輕重的作用［3］，而且玉米也是耗水量較大的農(nóng)作物。因此在水資源供需矛盾日益尖銳的條件下，如何優(yōu)化灌溉，提高水分利用效率，實現(xiàn)玉米生產(chǎn)既節(jié)水又優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)，對新疆農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義［4］。目前，滴灌技術應用于大田玉米灌溉方面的研究還處于初步階段，這些研究主要集中于不同灌水模式下玉米水分生產(chǎn)效率上的差異及其優(yōu)越性［5－8］以及灌溉制度對玉米需水規(guī)律的相關研究［9］。玉米高產(chǎn)的形成需要充足的光、熱、水、肥、氣等，而水分是決定產(chǎn)量的最活躍因素，只有適宜的水分含量，其他因素才能發(fā)揮最大作用，形成玉米高產(chǎn)，而灌溉用水不足或者過大都會制約玉米產(chǎn)量的形成。本文旨在研究膜下滴灌條件下，進行不同灌溉定額對玉米生育期生理性狀和產(chǎn)量形成的影響研究，為新疆水資源的充分利用以及膜下滴灌技術在玉米上的應用提供理論基礎和數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗位于新疆喀什地區(qū)疏勒縣洋大曼鄉(xiāng)八大隊（76°14′E，39°21′N），海拔1 254 m，無霜期211 d左右，年降水量72.2 mm，年蒸發(fā)量2 537.8 mm，年平均氣溫11.8℃，日照時數(shù)2 870.6 h，≥10℃的有效積溫4 259.9℃，屬于暖溫帶大陸性干旱型氣候。土壤類型為棕漠土，土壤質(zhì)地為砂壤土，土壤的基本理化性質(zhì)為有機質(zhì)12.61 g／kg，全氮0.62 g／kg，全磷0.79 g／kg，堿解氮54.04 mg／kg，速效磷16.80 mg／kg，速效鉀123.08 mg／kg，p H 值8.12，耕層含鹽量1.84 g／kg。

1.2 試驗設計

供試玉米品種選自喀什地區(qū)主栽的套播玉米品種鄭單958。膜下滴灌種植模式為1壟2管4行玉米，采用寬窄行種植，窄行行距40 c m，寬行行寬60 c m，株距12 c m，理論株數(shù)75 000株／h m2，保苗株數(shù)68 750株／h m2。4月15日采用覆膜鋪管播種一體機進行播種，4月23號出苗，9月2日收獲，全生育期140 d。試驗全程采用滴灌系統(tǒng)，滴灌帶間距60 c m，滴頭間距30 c m，滴頭流量2.2 L／s。

試驗采用隨機區(qū)組試驗設計，共設5個灌溉定額處理，3次重復。灌溉定額分別為3 000 m3／h m2（D1），4 500 m3／h m2（D2），5 250 m3／h m2（D3），6 000 m3／h m2（D4）和6 750 m3／h m2（D5），以常規(guī)地面灌為對照（CK），常規(guī)地面灌灌溉定額為8 250～9 750 m3／h m2，共18個小區(qū)，每個小區(qū)面積100 m2（25 m×4 m）。拔節(jié)期開始第一次滴灌（5月24日），灌溉周期為10 d，成熟收獲前一周停止灌溉（8月24日），共滴灌9次。

1.3 測定項目與方法

套播玉米生長的關鍵期苗期（4月25日）、拔節(jié)期（5月25日）、大喇叭口期（6月10日）、抽雄吐絲期（7月3日）和收獲期（9月2日）分別測定套播玉米的株高、莖粗、葉面積和葉綠素，套播玉米成熟后進行生物量和產(chǎn)量指標的測定。每個小區(qū)選擇具有代表性的植株15株，掛牌標記，進行套播玉米相關指標的定點觀測。

套播玉米生長的關鍵期每個小區(qū)對掛牌標記的植株用卷尺進行株高的測量，采用游標卡尺測量玉米的莖粗，采用掃描型手持式活體葉面積掃描儀Y MJA進行測定，葉面積測定儀掃描每個葉片的實際面積，采用SPAD-502葉綠素儀測定葉片SPAD值；玉米收獲期對掛牌標記的植株分別收獲，進行玉米地上生物量和地下生物量以及考種，測定穗粒數(shù)、單穗重、千粒重、禿頂長度等指標，同時對每個小區(qū)進行雙棒率、空桿率和病株率調(diào)查統(tǒng)計。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用Excel 2003和SPSS 13.0數(shù)據(jù)分析軟件進行數(shù)據(jù)分析和差異顯著性檢驗（P＜0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同灌溉定額對套播玉米莖粗和株高的影響

不同灌溉定額對套播玉米莖粗的影響表明，莖粗與灌溉定額存在正相關關系，隨著灌溉定額的增大，玉米的莖粗呈現(xiàn)逐步增大的趨勢，表現(xiàn)出D5＞D4＞D3＞D2＞D1（圖1）。膜下滴灌條件下，在玉米生長的苗期、抽雄吐絲期和收獲期灌溉定額對莖粗的影響較小，不同灌溉定額間莖粗變化不大，拔節(jié)期和大喇叭口期灌溉定額對玉米莖粗的影響較大，高灌溉定額D5比低灌溉定額D1分別提高了18.22%（苗期）、33.79%（拔節(jié)期）、17.74%（大喇叭口期）、19.55%（抽雄吐絲期）和19.38%（成熟期）。與常規(guī)地面灌相比，不同灌溉定額下，玉米莖粗在不同生育時期都呈現(xiàn)出相同的趨勢，表現(xiàn)為D5＞D4＞D3＞D2＞CK＞D1，說明膜下滴灌有利于玉米莖粗的生長，但低量灌溉（D1）時，水分缺乏則不利于玉米莖粗的生長。

不同灌溉定額下株高表現(xiàn)出隨著灌水量的增加，玉米株高逐步增加，不同生育時期都表現(xiàn)出了D5＞D4＞D3＞D2＞D1（圖1），高灌溉定額D5比低灌溉定額D1分別增加了2.90 c m（苗期）、7.01 c m（拔節(jié)期）、37.77 c m（大喇叭口期）、27.32 c m（抽雄吐絲期）和20.07 c m（成熟期）；在玉米生長的苗期到抽雄吐絲期，玉米株高增加迅速，相比苗期，不同灌溉定額下抽雄期株高增高了146.09～170.51 c m，日均增高2.11～2.47 c m；與常規(guī)地面灌相比，膜下滴灌有利于玉米的生長，不同生育期玉米平均株高分別提高了22.66%，44.27%，45.83%，30.00%，10.49%。

圖1 不同灌溉定額套播玉米莖粗與株高變化

2.2 不同灌溉定額對套播玉米葉面積的影響

不同灌溉定額對套播玉米葉面積的影響表明，玉米不同生育時期，隨著灌溉水量的增加，葉面積也相應增大，苗期和收獲期表現(xiàn)為D5＞D4＞D3＞D2＞D1（圖2），高灌溉定額D5相比低灌溉定額D1葉面積提高了24.34%和24.70%；拔節(jié)期、大喇叭口期和抽雄吐絲期表現(xiàn)為D4＞D5＞D3＞D2＞D1，灌溉定額D4相比低灌溉定額D1葉面積提高了27.66%，23.94%，6.74%；不同生育時期，不同灌溉定額膜下滴灌玉米葉面積顯著高于常規(guī)地面灌，相比常規(guī)地面灌分別增加了3.68 c m2，950.14 c m2，1 950.24 c m2，2 445.75 c m2，1 986.12 c m2。說明不同灌溉定額膜下滴灌對玉米葉面積的增加具有一定的影響，并顯著大于常規(guī)地面灌，但灌溉定額在一定程度上有利于玉米葉面積的增加，但超過一定量的灌溉定額（大于D4），可能葉面積的增加產(chǎn)生不利的影響。

圖2 不同灌溉定額單株葉面積變化

2.3 不同灌溉定額對套播玉米葉片SPAD值的影響

SPAD值是基于測定特定光譜波段葉綠素對光的吸收而獲得的，SPAD葉綠素儀測定的是作物葉片葉綠素的相對含量［10］。不同灌溉定額膜下滴灌套播玉米SPAD值隨著灌溉定額的增加而增大，表現(xiàn)出D5＞D4＞D3＞D2＞D1（圖3），高灌溉定額（D5）相比低灌溉定額（D1），玉米不同生育時期葉片SPAD值分別增加了4.06（苗期）、8.03（拔節(jié)期）、11.09（大喇叭口期）、5.82（抽雄吐絲期）和6.67（成熟期）；不同灌溉定額與常規(guī)地面灌相比，不同時期玉米葉片SPAD值都表現(xiàn)出D5＞D4＞D3＞D2＞CK＞D1，常規(guī)地面灌CK葉片SPAD值比低灌溉定額D1分別提高了0.98%，4.20%，7.96%，6.45%，9.56%。

圖3 不同灌溉定額葉片SPAD值變化

2.4 不同灌溉定額對套播玉米產(chǎn)量及農(nóng)藝性狀的影響

套播玉米產(chǎn)量相關的農(nóng)藝性狀在不同灌溉定額下表現(xiàn)出隨灌溉定額的增大，玉米的雙棒率和單株鮮重逐步增加，表現(xiàn)出D5＞D4＞D3＞D2＞D1（表1），高灌溉定額D5相比低灌溉定額D1玉米的雙棒率提高了165.24%，單株鮮重增加了90.48 g；玉米的空桿率、病株率和禿頂長度則隨著灌溉定額的增加而降低，表現(xiàn)出D5＜D4＜D3＜D2＜D1，高灌溉定額比低灌溉定額空桿率和禿頂長度分別減低了58.68%和45.80%，而病株率在高灌溉定額D5條件下沒有發(fā)生。與常規(guī)地面灌CK相比，CK的空桿率、病株率和禿頂長度低于低灌溉定額D1，分別降低了22.67%，18.26%，8.19%；雙棒率和單株鮮重則分別降低了1.41，58.73 g。

玉米產(chǎn)量及其產(chǎn)量構(gòu)成在不同灌溉定額下表現(xiàn)不同，穗粒數(shù)隨灌溉定額的增加而增多，表現(xiàn)為D5＞D4＞D3＞D2＞D1（表2），高灌溉定額D5相比低灌溉定額D1，穗粒數(shù)提高了9.60%，灌溉定額有利于玉米穗粒數(shù)的增加。千粒重和產(chǎn)量則表現(xiàn)為D4＞D3＞D5＞D2＞D1，灌溉定額D4相比低灌溉定額D1，千粒重和產(chǎn)量分別提高了13.92%和59.76%；高灌溉定額D5則比D4降低了3.39%和3.81%，比D3降低了0.43%和3.11%，說明適宜的灌溉定額有利于玉米千粒重和產(chǎn)量的形成，而超額的灌溉定額不僅造成水資源的浪費也不利于產(chǎn)量的形成。單穗重為D4＞D5＞D3＞D2＞D1，灌溉定額D4相比高灌溉定額D5僅增加了1.20 g，比D1則增加了36.35 g。不同灌溉定額玉米產(chǎn)量及其產(chǎn)量構(gòu)成與常規(guī)地面灌CK相比，穗粒數(shù)表現(xiàn)為D5＞D4＞D3＞D2＞D1＞CK，單穗重、千粒重和產(chǎn)量則表現(xiàn)出D2、D3、D4和D5＞CK＞D1，低灌溉定額D1對產(chǎn)量的貢獻率要小于常規(guī)地面灌CK。

表1 不同灌溉定額套播玉米產(chǎn)量性狀

表2 不同灌溉定額套播玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成

2.5 灌溉定額與套播玉米產(chǎn)量構(gòu)成的相關性分析

不同灌溉定額與玉米產(chǎn)量及其產(chǎn)量構(gòu)成之間的相關性分析表明（表3），灌溉定額與玉米的空桿率、病株率和禿頂長度呈現(xiàn)顯著的負相關關系（P＜0.01），但玉米的雙棒率和千粒重隨灌溉定額增大而增加（P＜0.05），單穗重和產(chǎn)量表現(xiàn)出顯著的增加趨勢（P＜0.01），穗粒數(shù)和單株鮮重與灌溉定額也呈現(xiàn)正相關的關系，但差異不顯著（P＞0.05），說明灌溉定額對玉米產(chǎn)量及其產(chǎn)量構(gòu)成的貢獻率較大。產(chǎn)量與產(chǎn)量構(gòu)成的相關農(nóng)藝性狀間，雙棒率、穗粒數(shù)、單穗重、千粒重以及玉米植株生物量的增加有利于玉米產(chǎn)量的形成，而空桿率、病株率和禿頂長度則影響玉米產(chǎn)量的增加。

表3 灌溉定額與產(chǎn)量構(gòu)成的相關性

3 討論

3.1 套播玉米生理性狀變化

株高是影響產(chǎn)量的重要因素，作物的形態(tài)結(jié)構(gòu)在很大程度上決定作物的競爭能力和資源獲取強度，莖桿的生長與伸長是作物對光的競爭能力的直接體現(xiàn)。本研究表明隨著灌溉定額的增大，玉米不同生育期莖粗和株高也隨之增大，這與劉站東［11］和鄭和祥［12］等研究結(jié)論灌溉定額與玉米株高和莖粗基本成正比例關系相一致。

葉片是玉米截獲光能并進行光合作用的主要器官，葉面積的大小和發(fā)展動態(tài)是衡量群體結(jié)構(gòu)是否合理的重要依據(jù)之一［13］。已有的研究表明土壤水分變化對玉米葉面積指數(shù)以及單株葉面積有重要影響［14］，郭維［15］的研究認為灌水量大，玉米植株生長旺盛，葉面積大，灌溉量小則葉面積值相對較小。本研究也得出相同的結(jié)論，隨著灌水量的增大，葉面積也隨之增大，但不同的是玉米葉面積在一定灌溉定額情況下（3 000～6 000 m3／h m2），隨灌溉定額的增大而增大，當灌溉定額超出一定范圍（＞6 000 m3／h m2），葉面積則開始下降，這與田育豐［16］的研究結(jié)論相一致?；跍y定特定光譜波段葉綠素對光的吸收而獲得的SPAD值是作物葉片葉綠素的相對含量［10］。而葉綠素含量是指植物對水分脅迫反應敏感的生理指標之一。本研究表明隨著灌溉定額的增加，玉米葉片SPAD值也隨之增大，說明土壤水分充足，玉米能夠更充分利用光能資源進行光合作用，促進玉米植株的生長發(fā)育。

3.2 套播玉米產(chǎn)量及其產(chǎn)量構(gòu)成變化

劉戰(zhàn)東等［11］研究表明膜下滴灌玉米產(chǎn)量隨灌水量的增加而增加，穗長、穗粗、單穗重以及千粒重等產(chǎn)量構(gòu)成因素也隨灌溉定額的增加而呈增加趨勢，穗粒數(shù)規(guī)律性不明顯，Saeed等［17］認為額外的灌溉會使產(chǎn)量提高。本研究表明隨著灌溉定額的增加，玉米的空桿率、病株率和禿頂長度呈現(xiàn)不同程度的降低，雙棒率和穗粒數(shù)有了顯著的提高，增加灌溉水量可降低玉米不良植株的發(fā)育以及發(fā)病率，促進玉米的健康成長和產(chǎn)量構(gòu)成；但灌溉定額超出6 000 m3／h m2時，玉米的單穗重、千粒重和產(chǎn)量則出現(xiàn)不同程度的降低，這可能是因為水分過于充足，玉米的生育期被推遲，在玉米收獲期，玉米籽粒沒有完全成熟，導致了單穗重、千粒重和產(chǎn)量的降低，這與劉玉潔等［18］的研究結(jié)論適當增加灌溉定額在一定程度上可增加作物產(chǎn)量，但超過一定值之后，產(chǎn)量并無顯著提高相一致。

4 結(jié)論

不同灌溉定額對膜下滴灌套播玉米的生理性狀和產(chǎn)量具有重要的影響，隨著灌溉定額的增大，套播玉米的莖粗、株高、葉面積和SPAD值也隨之增大，表現(xiàn)出D5＞D4＞D3＞D2＞D1，玉米整個生育期高灌溉定額（D5）比低灌溉定額（D1）分別平均提高21.74%，17.36%，18.73%，18.50%，增大灌溉量有利于玉米的營養(yǎng)生長和生殖生長；產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成在一定灌溉定額下（3 000～6 000 m3／h m2），隨灌溉定額的增加而增大，千粒重和產(chǎn)量表現(xiàn)為D4＞D3＞D5＞D2＞D1，單穗重表現(xiàn)為D4＞D5＞D3＞D2＞D1，說明超過一定的灌溉定額（＞6 000 m3／h m2），對玉米的產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成無顯著提高。由此可知，在膜下滴灌條件下，灌溉定額在5 250～6 000 m3／h m2時比較適宜。

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