不同滴灌帶配置方式對玉米干物質(zhì)的積累及產(chǎn)量影響

王雪苗，安進(jìn)強(qiáng)，雒天峰，李 晶，孫克翠，楊曉婷

（1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 工學(xué)院，蘭州730070；2.甘肅省水利科學(xué)研究院，蘭州730000）

膜下滴灌是滴灌和覆膜種植保溫保水相結(jié)合的一項(xiàng)新灌溉技術(shù)，亦可以說是覆膜栽培技術(shù)的延伸和深化［1］。國內(nèi)外學(xué)者關(guān)于玉米滴灌技術(shù)的研究成果都是在分析田間試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，針對灌水量、灌水頻率對玉米耗水量、灌溉水利用系數(shù)、作物系數(shù)、土壤水熱分布、產(chǎn)量的影響開展研究，這些研究成果對灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)、玉米滴灌灌溉制度的制定具有指導(dǎo)性價值［2－9］。 楊 九 剛［10］等 通 過 對 2 種 滴 管 帶 的 布 設(shè) 方式的積鹽區(qū)位置的研究分析發(fā)現(xiàn)：1膜2管4行更有益于棉花生長，灌溉水利用系數(shù)1膜2管4行較1膜1管4行高，減少了灌水時間，提高了灌水效率，減少了深層滲漏水量。關(guān)于旱區(qū)大田膜下滴灌土壤鹽分運(yùn)移特征的研究表明：1膜1管形成窄深型土壤濕潤區(qū)，其土壤水分水平分布均勻性較差，使田間棉花根系分布和植株生長均勻性低；1膜3管形成寬淺型土壤濕潤區(qū)，其土壤水分水平分布均勻性較好，使田間棉花根系的分布和植株生長均勻性較高；膜下滴灌條件下，宜采用寬淺型土壤濕潤區(qū)［11］。冉立忠等［12］試驗(yàn)表明，普寬栽培1膜2管模式、超寬栽培1膜3管模式的毛管配置方式即毛管間距80cm左右完全能達(dá)到膜下滴灌棉田節(jié)水、高產(chǎn)、高效的目的。李高華等［13］試驗(yàn)研究不同配置方式下生物學(xué)產(chǎn)量及其在各器官中的分配，對棉花高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)具有重要意義。劉敏杰等［14］通過研究不同滴灌毛管鋪設(shè)對大棗，葡萄的產(chǎn)量等的影響，表明葡萄在選定1行3管的毛管鋪設(shè)方式最為經(jīng)濟(jì)合理，而大棗在選定1行4管的毛管鋪設(shè)方式最為經(jīng)濟(jì)合理。楊相昆等［15］通過單因素隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)表明離滴管帶越近的冬麥，干物質(zhì)積累越多，且1管4行總干物質(zhì)積累高于1管5行處理。盡管不同滴灌帶配置的應(yīng)用研究較多，但不同灌水處理下不同滴灌帶配置對玉米的生長及產(chǎn)量等的影響研究甚少。本試驗(yàn)結(jié)合民勤當(dāng)?shù)刈匀簧鷳B(tài)條件，分析不同水分不同滴灌帶的配置方式對玉米葉面積、葉片光合勢、干物質(zhì)、相對生長率、產(chǎn)量及水分利用效率的影響，旨在為荒漠綠洲地區(qū)玉米高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培技術(shù)的生產(chǎn)實(shí)踐及大面積推廣應(yīng)用提供技術(shù)指導(dǎo)，滴灌帶的合理配置對指導(dǎo)區(qū)域玉米高產(chǎn)節(jié)水生產(chǎn)有一定意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2014年4—10月在甘肅省水利科學(xué)研究院民勤節(jié)水農(nóng)業(yè)暨生態(tài)建設(shè)試驗(yàn)示范基地進(jìn)行，試驗(yàn)區(qū)地處民勤綠洲和騰格里沙漠交界地帶，屬典型的大陸性荒漠氣候，地理位置東經(jīng)130°05′10″，北緯38°37′18″。降雨稀少，蒸發(fā)量大，風(fēng)沙多，自然災(zāi)害頻繁。多年平均氣溫7.8℃，極端最高氣溫39.5℃，極端最低氣溫－27.3℃，多年平均降雨量110mm，蒸發(fā)量2 644mm，日照時效3 028h，≥10℃積溫3 145℃，＞0℃積溫3 550℃，無霜期150d，最大凍土深115cm，試驗(yàn)區(qū)土質(zhì)為均質(zhì)粘壤土，平均田間持水量和容重分別為22.9%和1.59g/cm3。土壤氨態(tài)氮含量15mg/kg，速效鉀173mg/kg，土壤有機(jī)質(zhì)含量13%，在第2～3次灌水時在首部加肥料罐隨水追施尿素。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用膜下滴灌灌水方式，滴頭形式為長流道式，滴頭流量0.2L/s，滴頭間距30cm，用水表測量水量，利用人工測試坑進(jìn)行試驗(yàn)，測試坑面積為1.2m×1.8m，深度為2m，株行距30cm×40cm。測試坑四周用水泥防水層來防止土壤水分側(cè)向交換，試驗(yàn)共設(shè)置六個處理，一個對照（表1），每個處理設(shè)置3個重復(fù)，灌水周期為25d，全生育期內(nèi)共灌水5次。各處理均于4月29日播種，分別在玉米拔節(jié)期和灌漿期追施尿素。其他管理措施同一般大田，9月23日收獲。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3 觀測項(xiàng)目與方法

葉面積：在每個小區(qū)選取長勢均勻有代表性的3株玉米對作物葉片進(jìn)行測量，單株葉面積［12］：LA＝∑（L×W×0.75）式中，L為葉片長度，W為葉片寬度。光合勢［16］：LAD＝［（第一次測定葉面積＋第二次測定葉面積）/2］×間隔天數(shù)。干物質(zhì)：在玉米各個生育時期，選取與葉齡標(biāo)記基本一致的植株，取其地上部分，在105°C烘干箱內(nèi)殺青1h，再在85°C恒溫下烘6～8h至恒重，測定其干重。

土壤含水量：用取土烘干法測定土壤含水量，每10d測定1次并在灌水前后加測，每隔5d用時域反射儀（TDR）測計(jì)劃濕潤層（0—120cm）土壤含水量，以確定灌水時間。

玉米耗水量：采用水量平衡法計(jì)算。

式中：ETa——計(jì)算時段的耗水量（mm）；P——計(jì)算時段的降 雨量 （mm）；I——計(jì)算時段的灌水 量（mm）；G——計(jì)算時段地下水對根區(qū)吸水層的補(bǔ)給量（mm）；D——計(jì)算時段的深層滲漏（mm）；R——計(jì)算時段灌溉、降雨量的地面徑流損失量（mm）；Hi——第i層玉米根區(qū)吸水層厚度（m）；γ——試驗(yàn)區(qū)土壤干容重（t/m3）；θ始i，θ末i——試驗(yàn)區(qū)第i層計(jì)算時段始、末的土壤含水率，以質(zhì)量含水率表示；n——玉米根區(qū)吸水層取土層數(shù)，在本試驗(yàn)中取12。

穗部性狀及產(chǎn)量構(gòu)成因子：成熟后按小區(qū)測定各處理產(chǎn)量。每小區(qū)取樣5株，即每個處理取15株玉米進(jìn)行測產(chǎn)，當(dāng)玉米籽粒水分低于20%時，進(jìn)行室內(nèi)考種，測定穗長、穗粗、禿頂長、穗行數(shù)、行粒數(shù)等穗部性狀以及單株成穗數(shù)、穗粒數(shù)、百粒重等產(chǎn)量構(gòu)成因子。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同水分不同鋪設(shè)方式對玉米葉面積的影響

從表2可以看出不同水分不同鋪設(shè)方式處理下玉米在整個生育期內(nèi)葉面積動態(tài)變化均呈現(xiàn)“慢—快—慢”的特征，且在全生育期內(nèi)不同水分對玉米葉面積的影響存在明顯差異。在苗期，各個處理初始條件相同，且苗期植株對水分的需求和依賴性不大，各處理間葉面積未表現(xiàn)出顯著差異；在拔節(jié)期，T1和T2的葉面積值均低于CK，且T2與CK存在顯著差異（p＜0.05），其他處理與CK差異不顯著，說明在拔節(jié)期灌水定額為375 m3/hm2時，3行2管對玉米葉面積影響顯著；進(jìn)入抽雄期灌水定額為375m3/hm2的處理與CK差異性顯著，灌水定額為450m3/hm2和525m3/hm2的處理與CK無顯著性差異（p＜0.05），且隨著灌水定額的增加葉面積依次增大；成熟期各個處理間無顯著差異。

表2 不同水分不同鋪設(shè)方式對玉米葉面積變化對比 cm2/株

2.2 不同水分不同鋪設(shè)方式對玉米光合勢的影響

由表3可知，玉米葉片光合勢在生育期內(nèi)呈現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢，與葉面積變化趨勢基本一致，且喇叭期—抽雄期達(dá)到最大值。

在玉米全生育期內(nèi)，只有在喇叭期—抽雄期，T1和T2葉片光合勢的值與CK的值差異顯著（p＜0.05），說明該時期是玉米葉片光合勢受水分影響最敏感的時期。灌水定額為450m3/hm2的總光合勢T4的值，在整個生育期內(nèi)分別比CK高出20.48%，21.64%，14.18%，21.16%，15.89%。且灌水定額為450m3/hm2的T4總光合勢最高，為干物質(zhì)積累和高產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。

表3 不同水分不同鋪設(shè)方式對玉米光合勢變化對比 104 m2·d/hm2

圖1 不同水分不同鋪設(shè)方式對玉米干物質(zhì)的影響

2.2 不同水分不同鋪設(shè)方式對玉米干物質(zhì)的影響

由圖1可以看出，各處理的干物質(zhì)積累量隨著生育期的推進(jìn)呈上升趨勢。幼苗期T1—T6處理的單株干物質(zhì)量分別為1.51，1.26，1.48，1.37，1.52和1.54 g，較CK 1.50g無顯著性差異。在全生育期內(nèi)，T5，T6和CK的干物質(zhì)量高于T1和T2，即灌水定額較高的處理更利于玉米干物質(zhì)的積累，這與王立敏［17］等研究的在全生育期內(nèi)，供水量越多，干物質(zhì)的積累越好，即對形成籽粒產(chǎn)量越有利相一致。再對相同水分不同鋪設(shè)方式處理之間進(jìn)行比較得出，T2，T4和T6處理的植株干物質(zhì)的增長分別高于T1，T3和T5處理的植株，由此說明不同的鋪設(shè)方式對干物質(zhì)的積累產(chǎn)生了不同程度的影響，且3行2管優(yōu)于3行3管。

2.3 不同水分不同鋪設(shè)方式對玉米相對生長速率的影響

相對生長率（RGR）是指單位生物量在單位時間所生成的凈生物量，直接影響各生育階段干物質(zhì)累積量。由圖2可知，玉米全生育期內(nèi)RGR在拔節(jié)期—喇叭期階段最高，光合產(chǎn)物積累迅速；進(jìn)入喇叭期—抽雄期后增長速率迅速減慢，且各個處理間的相對生長率差異不大；到灌漿期—成熟期各處理分別為1.17×103，1.86×103，0，0，0，0.82×103，0.28×103g/（g·d），其中T3，T4和T5首先出現(xiàn)零值，說明在干物質(zhì)的輸出效率上T3，T4和T5高于其他處理；在灌漿期—成熟期，植株開始衰老，生長幾乎停滯，相對生長率急劇下降幾近于零。

圖2 不同水分不同鋪設(shè)方式對玉米相對生長速率的影響

2.4 不同水分不同鋪設(shè)方式對玉米產(chǎn)量和水分利用效率的影響

如表4所示，全生育期內(nèi)T1和T2處理的耗水量最小，產(chǎn)量最低，且T1和T2的耗水量和水分利用效率與CK存在極顯著的差異，這是由于T1和T2處理的灌水量小，玉米關(guān)鍵時期的需水量不能得到滿足，因此導(dǎo)致產(chǎn)量和水分利用效率偏低。灌水定額為375m3/hm2時，T1的產(chǎn)量為8 592.55kg/hm2，T2的產(chǎn)量為8 684.705kg/hm2，且 T1和 T2與CK 間無顯著性差異，說明在灌水定額為375m3/hm2的水分處理下，滴灌帶鋪設(shè)方式對產(chǎn)量的影響較微弱；而灌水定額為450m3/hm2時，T4的產(chǎn)量比T3高出3 742.2kg/hm2，且 T4的水分利用效率最高，分別比 T1，T2，T3，T5，T6，CK 高出46.24%，42.50%，26.20%，26.15%，48.23%，37.89%。由此可知，在灌水定額為450m3/hm2時，3行2管在一定程度上比3管3行更利于玉米的生長發(fā)育和產(chǎn)量的增加。在整個生育期內(nèi)，玉米耗水量隨著灌水量的增加而增加，且CK和其他處理之間差異顯著，CK的耗水量最高達(dá)428.668 2mm，說明膜下滴灌具有保水、儲水的作用，優(yōu)于漫灌。

表4 不同水分不同鋪設(shè)方式對玉米產(chǎn)量和水分利用效率對比

3 結(jié)論與討論

玉米在不同生育期對水分虧缺均表現(xiàn)為葉面積降低，光合作用下降，導(dǎo)致有機(jī)質(zhì)積累的下降，以及產(chǎn)量降低［18］。張芮等［19］研究不同生育期水分虧缺表明，在拔節(jié)—抽雄期或抽雄—灌漿期對株高和葉面積生長的抑制調(diào)控會嚴(yán)重影響制種玉米產(chǎn)量和水分利用效率。本研究表明，不同水分不同鋪設(shè)方式對玉米單株葉面積的影響程度不同，在拔節(jié)期，灌水定額為375m3/hm2的處理葉面積值明顯低于對照，且灌水定額為375m3/hm2的3行2管鋪設(shè)方式的處理與對照存在顯著差異，由此可知，在拔節(jié)期低灌水定額（375m3/hm2）的處理對玉米葉面積產(chǎn)生了不利影響，這與張振化［20］等研究表明拔節(jié)期受旱對玉米株高及葉面積影響最大，抽雄后的水分虧缺對玉米生長發(fā)育影響不明顯的結(jié)論相一致；而在灌水定額為375 m3/hm2時，3行2管鋪設(shè)方式造成邊行玉米灌水不均，因此對玉米葉面積產(chǎn)生較大影響。本試驗(yàn)表明，不同的鋪設(shè)方式對干物值的積累產(chǎn)生了不同程度的影響，在一定程度上，3行2管的鋪設(shè)方式更利于玉米干物質(zhì)的積累。本研究通過在混凝土測坑中，不同滴灌帶的配置來研究玉米不同生育期的生理指標(biāo)以及產(chǎn)量，研究表明，在灌水定額為450m3/hm2，3管2行在提高產(chǎn)量和水分利用效率方面優(yōu)于3管3行，且節(jié)省管材和減少材料浪費(fèi)。

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