滴灌條件下覆膜對玉米的節(jié)水增產(chǎn)效應(yīng)研究

陳　偉

(遼寧省水利水電科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110866)

滴灌條件下覆膜對玉米的節(jié)水增產(chǎn)效應(yīng)研究

陳偉

(遼寧省水利水電科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110866)

摘要：為了制定膜下滴灌條件下的玉米灌溉制度，于2014—2015連續(xù)兩年，在遼寧省蓋州灌溉試驗(yàn)站進(jìn)行了覆膜與不覆膜處理對玉米出苗率、干物質(zhì)積累、植株生長性狀、耗水量及產(chǎn)量影響的對比試驗(yàn)。結(jié)果表明：覆膜處理由于地溫較高較不覆膜處理出苗率顯著提高8.07%；在營養(yǎng)生長期，覆膜處理顯著提高了玉米的干物質(zhì)積累量，而轉(zhuǎn)為生殖生長時，覆膜處理對玉米植株干物質(zhì)積累量影響不再顯著；雖然覆膜處理綜合提高了玉米各生長性狀的數(shù)值，使之存在提高玉米騰發(fā)量的可能，但是由于覆膜處理在玉米各個生育期顯著降低了土壤水分蒸發(fā)量，最后并未增加玉米的耗水量，反而降低了玉米各個生育期的需水量；覆膜處理顯著降低了玉米需水量并提高了產(chǎn)量，因此其水分生產(chǎn)率非常高，覆膜處理較不覆膜處理，水分生產(chǎn)率顯著提高了53.6%，其經(jīng)濟(jì)效益和社會效益巨大。

關(guān)鍵詞：玉米；滴灌；覆膜；生長性狀；產(chǎn)量；水分生產(chǎn)率

水是人類活動的基礎(chǔ)，人類通過開發(fā)與利用水資源來推動社會的發(fā)展與進(jìn)步[1]。但是在社會進(jìn)步與用水人口增加的雙重壓力下，人們對水資源的索取越來越多。當(dāng)水資源短缺時，農(nóng)田灌溉用水將首先受到制約，因此提高灌溉水的利用率是解決水資源短缺的最有效途徑[2]。

地面灌溉是玉米傳統(tǒng)灌溉方法，該方法雖然操作簡便，容易被接受，但是其灌水定額大，灌水很不均勻，最終導(dǎo)致較低的灌溉水利用率[3]。目前地膜栽培在東北地區(qū)推廣范圍越來越大，滴灌技術(shù)同樣也是最能降低灌溉用水的灌溉方式，將兩種技術(shù)結(jié)合，可以更安全有效地達(dá)到高產(chǎn)、節(jié)水的目的[4]。采用膜下滴灌技術(shù)，雖然灌溉頻率較高，但是卻能夠顯著降低灌溉定額，在整個玉米生育期，可以明顯提高地溫，降低玉米棵間蒸發(fā)量，能夠使玉米長久保持均衡且高效的生長發(fā)育水平[5]。

因此于2014—2015兩年在蓋州灌溉試驗(yàn)站設(shè)置試驗(yàn)，研究在滴灌條件下，覆膜處理對土壤地溫、玉米出苗率、玉米生長形狀、耗水量及產(chǎn)量的影響。目的是掌握玉米在滴灌條件下的灌溉次數(shù)和灌水量，以便按玉米需水特性制定科學(xué)的滴灌灌溉制度和經(jīng)濟(jì)用水計劃，充分發(fā)揮生產(chǎn)潛力，為滴灌工程的設(shè)計及切實(shí)發(fā)揮節(jié)水增糧滴灌工程效益提供科學(xué)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于蓋州市徐屯鎮(zhèn)徐屯村試驗(yàn)基地院內(nèi)，即東經(jīng)122°22′53″，北緯40°20′58″，海拔24.5 m。2015年玉米整個生育期內(nèi)，即從5月6日播種至9月30日成熟，整個生育期148 d，生育期內(nèi)降水量為519.6 mm，比2014年同期降水量增加了297.8 mm，蒸發(fā)量為1210.3 mm，積溫為4030.6 ℃。日照時數(shù)為1170.8 h。玉米播種至苗期的5月6日至6月18日降雨量為82.6 mm、玉米拔節(jié)期的6月19日至7月18日降雨量為24.9 mm、玉米抽穗期的7月19日至8月7日降雨量為291.1 mm、玉米灌漿期及成熟期的8月8日至9月30日降雨量為121 mm。玉米需水關(guān)鍵期的拔節(jié)期27 d時間，降雨量僅為24.9 mm，玉米出現(xiàn)了嚴(yán)重干旱現(xiàn)象。試驗(yàn)小區(qū)玉米覆膜的灌了2次水，沒有覆膜的灌了3次水。試驗(yàn)區(qū)水源為電力深井，水量充足，出水量為60 m3/h，地下水埋深為18.5 m，不考慮地下水補(bǔ)給作用。

試驗(yàn)區(qū)土壤質(zhì)地為肥沃的中壤土，土壤容重1.54 g/cm3、pH值5.9、有機(jī)質(zhì)21.9 g/kg、全氮0.89 g/kg、有效磷及有效鉀分別為29.4 mg/kg、103.2 mg/kg。肥力中等，抗旱能力較強(qiáng)。

1.2試驗(yàn)設(shè)計

于2014—2015兩年按完全試驗(yàn)設(shè)計。一共兩個處理，分別為：滴灌不覆膜處理，滴灌覆膜處理，每個處理設(shè)置三個重復(fù)，共六個小區(qū)，小區(qū)面積為12 m×50 m共600 m2，壟距為80 cm，行距為40 cm，株距為28 cm。播種前每公頃施有機(jī)肥1500 kg/hm2。玉米5月6日播種，每公頃施復(fù)合肥525 kg/hm2，鋪設(shè)Φ20 mm滴灌軟管，滴頭間距為30 cm，工作壓力為015～0.25 MPa，單個滴頭流量為2.5 L/h左右，覆膜處理區(qū)先噴施除草劑，然后人工覆蓋地膜。5月16日出苗，三葉期定苗，拔節(jié)期每公頃施尿素600 kg/hm2。不覆膜處理在施肥及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)措施一致的情況下進(jìn)行。玉米于9月30日收割，自然風(fēng)干，用稱重法進(jìn)行產(chǎn)量觀測。玉米品種為遼丹777，采用大壟雙行種植方式，種植密度為每公頃60 000株。拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期按需水關(guān)鍵期處理，苗期和成熟期按需水非關(guān)鍵期處理。每個生育時期設(shè)置不同的灌水控制下限，各生育期的灌水控制上限為田間持水量的90%。

玉米滴灌各生育期灌水控制下限，以占田間持水量的百分比計，苗期按60%，拔節(jié)期70%，抽穗期70%，灌漿期70%。

1.3觀測指標(biāo)與方法

1.3.1土壤含水率

玉米播種后，在試驗(yàn)觀測小區(qū)內(nèi)預(yù)埋土壤水分監(jiān)測管，采用TDR進(jìn)行土壤含水率的觀測，每個試驗(yàn)小區(qū)選擇3個觀測點(diǎn)進(jìn)行觀測，每個點(diǎn)觀測5個深度，分別為10 cm、20 cm、30 cm、40 cm、50 cm，每5 d觀測一次，其中灌水前、灌水后、各生育階段始末及降雨后加測一次。

1.3.2灌水量

灌水量采用水表進(jìn)行觀測，記錄每次灌水前后的水表讀數(shù)、灌水時間及灌水日期。

1.3.3植株生長性狀

在試驗(yàn)小區(qū)內(nèi)選擇固定的5株玉米為樣本，利用直尺、游標(biāo)卡尺和葉面積儀，進(jìn)行株高、徑粗和葉面積的觀測，取其平均數(shù)，每10 d左右觀測一次。干物質(zhì)質(zhì)量是在玉米的苗期、拔節(jié)期、抽穗期和灌漿期結(jié)束后，在每個小區(qū)內(nèi)選擇長勢一般，可代表小區(qū)平均水平的非掛牌玉米1株，在105 ℃殺青0.5 h，然后在溫度80 ℃下烘至恒重，分別測定其地上部分的干物質(zhì)質(zhì)量。

1.3.4地溫

采用預(yù)埋曲管地溫表進(jìn)行觀測，觀測同種灌溉方式覆膜處理與不覆膜處理的不同深度地溫，觀測深度為5 cm、10 cm、15 cm、20 cm、40 cm。逐日觀測。

1.3.5玉米需水量

采用土壤水量平衡方程進(jìn)行計算。

1.3.6玉米產(chǎn)量

考種是在試驗(yàn)小區(qū)內(nèi)選擇5株樣本，分別測量穗長、禿尖長和穗粒數(shù)，風(fēng)干后脫粒，測定百粒重、百穗重及含水率，產(chǎn)量折為質(zhì)量含水率14%的標(biāo)準(zhǔn)理論產(chǎn)量，實(shí)際產(chǎn)量可分小區(qū)進(jìn)行實(shí)測。

1.4分析方法

利用SPSS軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，并進(jìn)行分析。

2結(jié)果與分析

2.1覆膜與不覆膜對土壤地溫及玉米出苗率的影響

由于覆膜與不覆膜，導(dǎo)致土壤地溫與土壤墑情的不同，地膜覆蓋處理能夠增溫保墑，促使玉米提早出苗，苗全苗壯，根系生長快，數(shù)量多，活力強(qiáng)。由表1可以發(fā)現(xiàn)，覆膜比不覆膜處理地溫5月份平均高出2.48 ℃，6月份平均高出2.5 ℃，由于土壤地溫與土壤墑情的不同，也導(dǎo)致玉米出苗率的不同。其中覆膜處理的出苗率為96.5%，不覆膜處理的出苗率為89.29%，覆膜處理比不覆膜處理的出苗率明顯提高7.21%。因此，在一定條件下，覆膜處理可以通過提高地溫并維持土壤水分穩(wěn)定增加玉米出苗率。

表1　玉米覆膜與不覆膜處理地溫及玉米出苗率情況

注：t0.05=3.182，本檢測t雙側(cè)=4.268，不同字母表示處理間差異顯著。

2.2覆膜與不覆膜對玉米植株干物質(zhì)積累量的影響

干物質(zhì)的積累是影響玉米產(chǎn)量的重要因素，由2015年玉米覆膜與不覆膜植株干物質(zhì)積累的測試結(jié)果來看(見表2)，苗期覆膜處理對干物質(zhì)的積累的影響不顯著，而在拔節(jié)期、孕穗期，覆膜處理較不覆膜處理顯著提高了植株干物質(zhì)積累量，其中拔節(jié)期增加8.9 g、孕穗期增加14.8 g。灌漿期與成熟期雖然較不覆膜處理分別提高了13.7 g、26.9 g，但并未達(dá)到顯著性水平，說明自灌漿期開始，玉米主要由營養(yǎng)生長轉(zhuǎn)為生殖生長，玉米莖葉中產(chǎn)生的光合產(chǎn)物開始向穗中轉(zhuǎn)移[6]。灌漿期覆膜處理增加的干物質(zhì)重，為籽粒灌漿提供了較大的“源”，有利于獲得高產(chǎn)[7]。

表2　玉米覆膜與不覆膜處理對植株干物質(zhì)積累的影響　g

注：t0.05=3.182，不同字母表示處理間差異顯著。

2.3覆膜與不覆膜處理對玉米植株及穗粒性狀的影響

表3數(shù)據(jù)表明：玉米的覆膜處理好于不覆膜處理，由于玉米覆蓋地膜，使玉米生長發(fā)育所需的環(huán)境發(fā)生了改變，從而對玉米個體發(fā)育和群體動態(tài)產(chǎn)生了影響，使其生長發(fā)育規(guī)律有了很大變化。玉米覆膜后，地膜阻隔了土壤水、氣、熱向空氣中的傳播，促進(jìn)了土壤微生物活動和土壤養(yǎng)分的分解釋放，形成了一個新的生態(tài)系統(tǒng)。玉米覆膜與不覆膜相比，植株高大粗壯，干葉片數(shù)多，結(jié)穗部位低，抗倒伏。百粒重增加1.85 g，每公頃增加3024 kg。由此發(fā)現(xiàn)，覆膜處理是通過提升與強(qiáng)化各個性狀來提高玉米產(chǎn)量，這與肥對玉米產(chǎn)量的影響效應(yīng)類似，從側(cè)面說明了覆膜處理較不覆膜處理提高了肥效。

表3　玉米覆膜與不覆膜處理對玉米植株性狀的影響

注：t0.05=3.182，不同字母表示處理間差異顯著，雙側(cè)檢驗(yàn)結(jié)果正值表示增加，負(fù)值表示降低。

2.4覆膜與不覆膜處理對玉米各生育時期需水量及耗水強(qiáng)度的影響

玉米整個生育期劃分五個生育時期，每個生育時期需水量，采用土壤水量平衡方程進(jìn)行計算(見表4)。由于玉米生長的不同生育階段，植株蒸騰面積及根系量都在發(fā)展，玉米生長的環(huán)境條件也在不斷變化的過程中，其階段需水量存在較大差異。從玉米各生育時期需水量來看，玉米苗期因植株生長緩慢，個體小，耗水少且強(qiáng)度低，一般土壤水分條件就可以維持根系的正常生長；拔節(jié)期至抽穗期，這一階段是玉米的莖葉生長最快時期，玉米從營養(yǎng)生長向生殖生長過渡階段，也是玉米對水分需求較敏感時期，該階段不僅耗水量大而且耗水強(qiáng)度較高；抽穗期至灌漿期是玉米對水分需求最敏感時期，也是植株需水量最大時期。覆膜處理較不覆膜處理顯著降低了灌溉水量，這可能是由于覆膜處理顯著降低土壤水分蒸發(fā)量所致，說明覆膜技術(shù)具有很高節(jié)水潛力[8]。

表4　覆膜與不覆膜處理對玉米各生育期需水量及耗水強(qiáng)度的影響

注：t0.05=3.182，本檢測t雙側(cè)=-12.957，不同字母表示處理間差異顯著。

2.5覆膜與不覆膜處理對玉米需水量、產(chǎn)量及水分生產(chǎn)率的影響

由表5可以看出，由于覆膜處理降低了玉米各個生育期的耗水量，因此顯著地降低了整個生育期的需水量。覆膜處理較不覆膜處理需水量降低22.8%，但是覆膜處理卻顯著提高玉米的產(chǎn)量18.9%，這可能由于覆膜處理提高了肥效，也可能是由于覆膜處理維持了土壤水分狀況，在灌漿期籽粒平穩(wěn)灌漿[8]，因此明顯地提高了玉米產(chǎn)量；覆膜處理降低了玉米需水量并提高了產(chǎn)量，因此其水分生產(chǎn)率非常高，覆膜處理較不覆膜處理，水分生產(chǎn)率顯著提高了53.6%，無論從經(jīng)濟(jì)效益還是社會效益看，基于滴灌條件下的覆膜技術(shù)應(yīng)用價值巨大。

表5　覆膜與不覆膜處理對玉米總需水量、產(chǎn)量及水分生產(chǎn)率的影響

注：t0.05=3.182，不同字母表示處理間差異顯著。

3結(jié)論

通過該試驗(yàn)方案下不同指標(biāo)的分析研究，得到如下結(jié)論：

(1)覆膜處理可以通過提高地溫并維持土壤水分穩(wěn)定增加玉米出苗率。覆膜處理較不覆膜處理出苗率顯著提高7.21%。

(2)在玉米營養(yǎng)生長期，覆膜處理顯著提高了玉米的干物質(zhì)積累量，當(dāng)玉米由營養(yǎng)生長轉(zhuǎn)為生殖生長時，可能由于覆膜處理使玉米莖葉中產(chǎn)生的大量光合產(chǎn)物轉(zhuǎn)移向穗部，導(dǎo)致灌漿期與成熟期覆膜處理對玉米植株干物質(zhì)積累量影響不再顯著。

(3)雖然覆膜處理較不覆膜處理綜合提高了玉米各生長性狀的數(shù)值，使之存在提高玉米騰發(fā)量的可能，但是由于覆膜處理在玉米各個生育期顯著降低了土壤水分蒸發(fā)量，最后并未增加玉米的耗水量，反而降低了玉米各個生育期的需水量。

(4)覆膜處理顯著降低了玉米需水量并提高了產(chǎn)量，因此其水分生產(chǎn)率非常高，覆膜處理較不覆膜處理，水分生產(chǎn)率顯著提高了53.6%，其經(jīng)濟(jì)效益和社會效益巨大。

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Study on water-saving and yield-increasing effects of maize with Plastic Film Mulch under Drip Irrigation conditions

CHEN Wei

(LiaoningInstituteofWaterResourcesandHydropowerResearch，Shenyang110866，China)

Abstract：To determine the rational irrigation regimes under drip irrigation with plastic film mulch，experiment has been conducted to study the effects of plastic film mulch (PFM) on maize emergence rate，growth characteristics，water consumption and maize yield.Results showed that:PFM can statistically improve maize emergence rate by 8.07% for the higher ground temperature compared with the treatment of non-PFM.There is significant difference between PFM and non-PFM in maize dry matter during the vegetative period.But the effects are low during reproductive period.Although，there is strong possibility to enhance the evapotranspiration for increase of maize growth characteristics with PFM，the evapotranspiration is significantly decreased for the lower soil water evaporation with treatment of PFM.Therefore，PFM matter greatly to the maize water productivity.The PFM significantly increase the water productivity by 53.6% and there are lager potentials to improve the economic and social benefits.

Key words：maize；drip irrigation；plastic film mulch；growth characteristics；yield；water productivity

基金項(xiàng)目：國家科技支撐項(xiàng)目(2014BAD12B04)，遼寧省農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新團(tuán)隊項(xiàng)目(2014212003)

作者簡介：陳偉(1984-)，男，蒙古族，工程師，主要從事灌溉排水理論與技術(shù)研究。

中圖分類號：S275.6；S274.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：2096-0506(2016)05-0001-04