遼西地區(qū)膜下滴灌玉米高水效品種篩選與評價(jià)

摘 要：以10個(gè)玉米品種為試材，研究遼西地區(qū)膜下滴灌對不同玉米子粒產(chǎn)量和水分利用效率的影響，表明灌溉與不同玉米品種產(chǎn)量互作顯著，各灌溉處理總耗水量（ET）差異均不顯著，部分灌溉高產(chǎn)品種的水分利用效率差異不顯著，不同品種灌水利用效率（IWUE）差異顯著，豫豐508與新單001的IWUE較高，分別為2.07 kg/m3與2.02 kg/m3；通過聚類分析將玉米劃分為低水效和高水效品種，表明高水效品種產(chǎn)量比低水效品種增產(chǎn)，遼單1211（產(chǎn)量最高為955.43 kg/667m2）是子粒產(chǎn)量和水分利用效率兼顧的最優(yōu)品種，高水效品種增產(chǎn)的主要原因是行粒數(shù)、百粒重的顯著增加。

關(guān)鍵詞：玉米膜下滴灌；高水效；聚類分析；子粒產(chǎn)量

中圖分類號：S503.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）07-1560-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.07.006

遼寧省位于我國東北地區(qū)南部，全省水資源總量342億m3，人均水資源量不足900 m3，僅為全國平均值的1/3；水資源的特點(diǎn)是時(shí)空分布不平衡，水土資源不匹配，全省現(xiàn)有耕地總面積417萬hm2，其中遼西北干旱地區(qū)耕地面積近200萬hm2，占全省的48%[1]，但降水資源十分匱乏，且降水變率較大，近年來氣候表現(xiàn)出干旱化特征[2]。因干旱缺水導(dǎo)致該地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)極不穩(wěn)定，干旱年份下的糧食生產(chǎn)波動(dòng)幅度為20億～35億kg[3]。水資源短缺與水的利用效率低的矛盾成為制約遼寧大田作物持續(xù)增產(chǎn)的主要瓶頸。大力發(fā)展節(jié)水效益高、穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)增效、技術(shù)先進(jìn)成熟的微灌技術(shù)將為遼寧省保障國家糧食安全提供重要技術(shù)支撐。遼寧省在2011年啟動(dòng)實(shí)施了“千萬畝”滴灌節(jié)水工程，東北地區(qū)在2012年啟動(dòng)實(shí)施了國家“節(jié)水增糧行動(dòng)”工程，有效促進(jìn)了遼寧省節(jié)水農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，為糧食穩(wěn)定增長提供了重要保障。遼西半干旱地區(qū)是遼寧省新增灌溉面積的重點(diǎn)地區(qū)，由于缺少配套高水效玉米品種，使已建成的節(jié)水灌溉工程未能充分發(fā)揮作物灌溉增產(chǎn)潛力。

在雨養(yǎng)與灌溉條件下，不同玉米品種生長性狀、子粒產(chǎn)量和水分利用效率不同。針對遼西地區(qū)雨養(yǎng)玉米，侯志研等[4]以抽雄至抽絲的間隔時(shí)間、棒三葉均角、水分利用效率等指標(biāo)研究了不同玉米品種的抗旱性，白偉等[5]采用灰色關(guān)聯(lián)度分析方法對阜新地區(qū)12個(gè)主栽玉米品種評價(jià)表明適宜阜新地區(qū)的玉米品種為遼單565、良玉11和鄭單958，但該區(qū)域針對灌溉條件下玉米高水效品種篩選與評價(jià)的相關(guān)報(bào)道則較少涉及。因此，本研究在膜下滴灌條件下，對不同品種玉米子粒產(chǎn)量和水分利用效率進(jìn)行研究，并對不同玉米品種的產(chǎn)量進(jìn)行聚類分析，以期明確灌溉條件下影響不同品種產(chǎn)量的主要參數(shù)指標(biāo)，為節(jié)水灌溉生產(chǎn)中篩選玉米高水效品種及其評價(jià)方法提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)在遼西朝陽建平灌溉試驗(yàn)站進(jìn)行，土壤類型為沙壤土，玉米品種為：惠美玉988、新單336、新單001、豫豐508、飛天358、宏碩899、龍238、遼單565、遼單120；種植密度為4000株/667 m2，各品種處理均以不灌溉為對照（CK），共20個(gè)處理，3次重復(fù)，小區(qū)面積50 m2（5 m×10 m）；各處理土壤含水率控制下限為：苗期-拔節(jié)期60%（占田間持水率的比例，下同）、拔節(jié)-抽穗期70%、抽穗-灌漿期 75%、灌漿-成熟期70%。玉米在4月下旬至5月上旬之間播種，各處理均施用三元復(fù)合肥（N 15%-P2O5 15%-K2O 15%）30 kg/667 m2作為種肥，按三個(gè)生育期（拔節(jié)期、大喇叭口期、灌漿前期）分別追施尿素12 kg/667 m2、12 kg/667 m2、6 kg/667 m2。通過測定不同處理耗水量、產(chǎn)量等性狀。

1.2 土壤含水率

采用土鉆取樣烘干法，分別于播種前（5月3日）、苗期（6月6日）、拔節(jié)期（7月3日）、灌漿期（8月19日）和收獲期（9月18日）測定0～100 cm土壤含水率，20 cm 一個(gè)層次，3次重復(fù)。土壤蓄水量計(jì)算方法：

W=h×a×b×10/100 （1）

式（1）中，W為土壤蓄水量，單位為mm，h為土層深度，單位為cm，a為土壤容重，單位為g/cm3，b為土壤含水率，單位為%。

1.3 作物耗水量

ET=R1+U-R-F-ΔW （2）

式（2）中，ET為作物耗水量，單位為mm；R1為作物生育期降水量，單位為mm；U為地下水補(bǔ)給量，單位為mm；R為徑流量，單位為mm；F為土壤水分滲漏量，單位為mm；ΔW為收獲后和播種前土壤根層儲水量的變化，單位為mm，其中土壤儲水量以1 m 土層含水率計(jì)算；因?yàn)樵囼?yàn)小區(qū)土地平坦，故地表徑流和土壤水分滲漏量可以忽略不計(jì)；地下水埋深較大，多在幾十米以下，地下水的補(bǔ)充可以忽略不計(jì)；據(jù)此，式（2）可簡化為：

ET=R1-ΔW（3）

1.4 水分利用效率計(jì)算方法

水分利用效率（WUE）可用以下公式進(jìn)行計(jì)算：

WUE=Y/ET （4）

式（4）中，Y為經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量（kg/hm2）（不同作物經(jīng)濟(jì)部位不同）；ET為實(shí)際蒸散量（mm），可根據(jù)式（2）求得。

在某些情況下降水利用效率PUE[6，7]和IWUEi[7]可以用WUE作為描述降水和灌溉水的利用效率的估算。而嚴(yán)格意義上，對于PUE的計(jì)算來說，可用降水量（mm）替換式（4）中的ET；如果從更嚴(yán)格意義上的定義灌溉水利用效率（Irrigation water use efficiency，IWUE）可表示為：

IWUE=（Yi-Yni）/I （5）

式（5）中，Yi為灌溉后產(chǎn)量，Yni為不灌溉作物產(chǎn)量（或雨養(yǎng)產(chǎn)量Yr），I為灌溉量，IWUE與WUE、PUE的單位一致。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析方法

采用DPS軟件進(jìn)行方差分析與聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同玉米品種子粒產(chǎn)量及水分利用率的差異

由表1可知，灌溉處理間（主區(qū)）與不同玉米品種（副區(qū)）間均差異顯著，其中灌溉與不同玉米品種產(chǎn)量互作顯著，表明灌溉可以增加玉米產(chǎn)量。如表2所示，不同品種間灌溉與不灌溉（雨養(yǎng)）產(chǎn)量之間差異顯著，對偏旱年型來說，不灌溉（雨養(yǎng)）玉米產(chǎn)量差異顯著，雨養(yǎng)條件下遼單120與新單336雨養(yǎng)產(chǎn)量較高，分別為764.53和795.27 kg/667 m2，降水利用效率（PUE）分別為2.54和2.64 kg/m3，宏碩899雨養(yǎng)產(chǎn)量最低為711.23 kg/667m2，PUE為2.36 kg/m3；WUE是作物對土壤水利用效率，各灌溉處理總耗水量差異均不顯著，灌溉產(chǎn)量是增加WUE的主要因素，遼單1211灌溉產(chǎn)量最高為955.43 kg/667m2，WUE最高為2.44 kg/m3，龍238灌溉產(chǎn)量最低為824.87 kg/667m2，WUE最低為2.13 kg/m3，部分灌溉高產(chǎn)品種的水分利用效率差異不顯著；根據(jù)不同玉米生育灌溉下限指標(biāo)，灌溉量為90 mm，與不灌溉（雨養(yǎng)）相比，各玉米品種灌溉增產(chǎn)效果明顯，灌水利用效率（IWUE）差異顯著，豫豐508與新單001產(chǎn)量增幅較大，分別為185.9 kg/667m2和182.2 kg/667m2，IWUE也較高，分別為2.07 kg/m3與2.02 kg/m3，飛天358增幅最低，IWUE效率最低，僅為0.96 kg/m3，IWUE可以較好地區(qū)分玉米不同品種產(chǎn)量增幅對灌水的響應(yīng)情況。

2.2 不同玉米品種產(chǎn)量聚類分析

根據(jù)歐氏距離的大小，運(yùn)用最長距離法，以10個(gè)玉米品種子粒產(chǎn)量與灌水利用效率（IWUE）為指標(biāo)，通過聚類分析將10個(gè)玉米品種分成2組，分別為低水效組和高水效組，低水效作物品種分別為惠美玉988、宏碩899、遼單565、飛天358和龍238；高水效品種分別為新單336、新單001、遼單120、遼單1211和豫豐508（圖1）。

2.3 不同水分利用類型品種產(chǎn)量構(gòu)成要素分析

如表3所示，從水分利用類型上來看，膜下滴灌條件下玉米不同品種產(chǎn)量構(gòu)成中，除粒長外各要素存在顯著差異；高水效品種產(chǎn)量比低水效品種平均增加77.74 kg/667 m2；低水效玉米品種產(chǎn)量要素中，各品種間差異不同，其中遼單565穗長和行粒數(shù)表現(xiàn)為數(shù)值最小，惠美玉988行數(shù)最少，而龍238的百粒重和產(chǎn)量為最低；各品種中遼單565百粒重最高為47.7 g；高水效玉米品種的產(chǎn)量要素中，各品種間差異不同，遼單120的穗長和行粒數(shù)均為最優(yōu)，而百粒重各處理間差異不顯著，在產(chǎn)量方面遼單1211的產(chǎn)量為所有品種中最高，為955.43 kg/667 m2。由此表明，高水效品種在膜下滴灌條件下產(chǎn)量構(gòu)成方面增產(chǎn)的主要原因是行粒數(shù)、百粒重的顯著增加。因此，豫豐508、遼單1211可初步在遼西地區(qū)膜下滴灌種植區(qū)進(jìn)行大面積示范推廣，其他品種的適應(yīng)性還有待于進(jìn)一步篩選研究。

3 結(jié)論

膜下滴灌條件下的灌溉與不同玉米品種產(chǎn)量互作效應(yīng)顯著，各灌溉處理的總耗水量（ET）差異均不顯著，部分灌溉高產(chǎn)品種的水分利用效率差異也不顯著，而不同玉米品種灌水利用效率（IWUE）差異顯著，豫豐508的IWUE為2.07 kg/m3，新單001的IWUE為2.02 kg/m3；試驗(yàn)初步表明高水效品種較低水效品種增產(chǎn)，其中遼單1211的產(chǎn)量最高為955.43 kg/667 m2（百粒重為43.45 g），為子粒產(chǎn)量和水分利用效率兼顧的適宜品種。綜上所述，今后可進(jìn)一步應(yīng)用本研究的方法開展遼西地區(qū)高水效玉米品種篩選與評價(jià)，增加灌溉玉米品種選擇性，為遼西地區(qū)玉米節(jié)水增產(chǎn)提供技術(shù)支撐。

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