春玉米不同品種耗水特性及水分利用效率差異研究

劉化濤，黃學(xué)芳，池寶亮 ，鄭秀清，陳軍峰

(1．太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院，太原 030024；2．山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院旱地農(nóng)業(yè)研究中心，太原 030031)

水資源虧缺是限制北方農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主要因素，山西省水資源總量為123.8 億m3，人均、公頃均占有水量分別為381和2 700 m3，大大低于全國(guó)平均水平[1]，而農(nóng)田灌溉是山西省用水大戶，但農(nóng)業(yè)用水資源少且效率低下，全省灌溉水利用系數(shù)只有0.46[2]，因此，提高有限水資源的利用效率成為發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)的研究熱點(diǎn)。

玉米已成為山西省種植面積最大的作物，但多數(shù)地區(qū)玉米需水與降雨時(shí)期錯(cuò)位明顯、耦合度較低[3-4]，導(dǎo)致一些品種的產(chǎn)量潛力并未得到充分開(kāi)發(fā)，水分利用效率存在提升空間，一個(gè)節(jié)水又高產(chǎn)的玉米品種在吸水、耗水和產(chǎn)量形成上有明顯的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，水分利用效率在種間差異可達(dá)30%～100%[5]；所以，針對(duì)品種的需水耗水特性進(jìn)行研究在生產(chǎn)上有重要意義。楊濤等通過(guò)盆栽控水試驗(yàn)研究了正常供水和中度脅迫下12個(gè)玉米品種的耗水特性及水分利用效率差異[6,7]，張雪峰也在盆栽控水條件下研究了5個(gè)玉米品種的水分利用效率，為選育和推廣抗旱節(jié)水品種提供生理基礎(chǔ)[8]；上述研究均在盆栽條件下進(jìn)行，但針對(duì)品種間大田群體效應(yīng)下的耗水特性、水分利用效率等方面的研究，尚鮮有報(bào)道。因此，本試驗(yàn)在半干旱區(qū)大田條件下，選用生產(chǎn)上主推和新近育成的密植型春玉米雜交種，對(duì)豐水年型下不同品種的耗水特性、產(chǎn)量及水分利用效率差異進(jìn)行對(duì)比分析，為該區(qū)選擇節(jié)水、高產(chǎn)型玉米品種提供基礎(chǔ)，并對(duì)該區(qū)灌溉制度研究提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2012年在山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院東陽(yáng)試驗(yàn)基地進(jìn)行，該區(qū)位于晉中市榆次區(qū)東陽(yáng)鎮(zhèn)西陽(yáng)村北，屬晉中盆地瀟河沖積平原區(qū)，地勢(shì)平坦，水源充足，是傳統(tǒng)的糧菜產(chǎn)區(qū)，氣候條件屬典型的溫帶大陸性季風(fēng)型氣候，一年四季分明，年均日照時(shí)數(shù)2 639 h，年均氣溫約9.8 ℃，1月均溫-6.1 ℃，7月均溫23.5 ℃，年均降水量430.2 mm，年最大降水量624.9 mm，年均無(wú)霜期154 d。土壤類型為潮土，有機(jī)質(zhì)在1%左右，pH 8左右。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，供試品種選用：大豐30、先玉335、鄭單958、康地4574、富友968、潞玉36、迪卡M9、京科968、晉單65、利民33共10個(gè)密植型玉米品種；播種時(shí)按照統(tǒng)一密度6 萬(wàn)株/hm2種植，行距60 cm，株距27 cm；小區(qū)面積為30 m2，長(zhǎng)6 m，寬5 m；3次重復(fù)，共30個(gè)處理。播前每小區(qū)用肥量為過(guò)磷酸鈣600 kg/hm2，硝酸磷肥1 200 kg/hm2，作為底肥一次施入。2012年4月25日播種，9月30日收獲。田間管理與大田生產(chǎn)一致。

2012年試驗(yàn)地4-9月降雨量分析表明(圖1)，玉米全生育期內(nèi)降雨量為393.1 mm，大于多年平均降雨量348.4 mm，因此為豐水年型，且從降雨分布可看出，玉米生育期內(nèi)有效降雨頻次高，雨量分布均勻，在各階段均能滿足玉米對(duì)水分的需求。

圖1 試驗(yàn)地玉米生育期降雨資料分析

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

土壤水分含量：測(cè)定0～2 m土層含水量，每20 cm為1層，0～20 cm采用TDR水分測(cè)定儀測(cè)定，20～200 cm采用中子水分儀測(cè)定，在小區(qū)中心位置埋設(shè)中子管，播種后、收獲前測(cè)定，間隔15 d及生育階段始末測(cè)定。

產(chǎn)量：收獲時(shí)在小區(qū)中間行連續(xù)取20株果穗，室內(nèi)考種(穗長(zhǎng)、穗粗、穗行數(shù)、穗行粒數(shù)、子粒水分、百粒重)，計(jì)算產(chǎn)量。

耗水量：按照農(nóng)田水量平衡方程計(jì)算：

ET=W1-W2+I+P+G

式中：ET表示農(nóng)田耗水量，mm；W1為生育期始土壤貯水量；W2為生育期末土壤貯水量；I為生育期灌水量；P為生育期降雨量；G為地下水補(bǔ)給量。

試驗(yàn)地生育期內(nèi)未進(jìn)行灌溉，因此I=0；試驗(yàn)區(qū)地下水埋深80 m，因此G=0。

水分利用效率：為作物產(chǎn)量Y與農(nóng)田耗水量ET的比值，即WUE=Y/ET。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

數(shù)據(jù)處理、繪圖與分析采用Excel、DPS統(tǒng)計(jì)分析軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同春玉米品種間耗水特性差異分析

表1中數(shù)據(jù)分析表明，不同品種不同生育時(shí)期，其耗水特性不同；全生育期耗水量上，潞玉36最高，達(dá)398.5 mm，利民33最低，為370.1 mm，方差分析表明(表2)，潞玉36、鄭單958及利民33三者之間差異達(dá)顯著水平(P<0.05)，其余處理間差異不顯著；生育時(shí)期耗水量上，各品種均為灌漿期耗水量最多，成熟期最少。

表1 春玉米不同品種間生育期耗水特性差異分析 mm

表2 春玉米不同品種全生育期耗水量方差分析

各生育時(shí)期不同品種的耗水量變異特性可采用極值比Ka和變異系數(shù)Cv值來(lái)表示。Ka=Xmax/Xmin，其中Xmax為系列數(shù)據(jù)最大值，Xmin為系列數(shù)據(jù)最小值，Ka值越大，生育時(shí)期品種間耗水量變化幅度越大，反之則越?。槐?中看出，各品種在拔節(jié)期(Ka=1.306)和抽雄期(Ka=1.306)耗水量變化幅度較大，其余各時(shí)期變化幅度較接近，所以，品種對(duì)拔節(jié)期至抽雄期的土壤供水能力最敏感；

2.2 不同春玉米品種間產(chǎn)量及水分利用效率差異分析

圖2中可看出，品種間產(chǎn)量以大豐30最高，達(dá)14 541 kg/hm2，利民33最低，為11 005.1 kg/hm2；方差分析表明(表3)，大豐30與迪卡M9及利民33之間產(chǎn)量差異達(dá)顯著水平(P<0.05)，其余品種間差異均不顯著。

圖2 春玉米不同品種間產(chǎn)量及水分利用效率分析

水分利用效率方面，除先玉335和迪卡M9外，各品種高低變化基本與其產(chǎn)量高低趨勢(shì)保持一致(圖2)，其中大豐30最高，達(dá)38.8 kg/(hm2·mm)，迪卡M9最低，為29.3 kg/(hm2·mm)，而先玉335則高于鄭單958但低于康地4574；說(shuō)明不同品種的水分利用效率與產(chǎn)量之間有較好的一致性，產(chǎn)量高，一般水分利用效率也較高，反之，則較低。

表3 春玉米不同品種產(chǎn)量方差分析

2.3 春玉米各品種耗水量及水分利用效率關(guān)系分析

圖3中以產(chǎn)量為橫坐標(biāo)，以耗水量為縱坐標(biāo)，相交于各自平均值(表4)，將坐標(biāo)圖劃分為4個(gè)象限，并在圖中標(biāo)出各品種的對(duì)應(yīng)位點(diǎn)；結(jié)果表明，大豐30、富友968、先玉335屬于高產(chǎn)低耗水型品種，康地4574、鄭單958屬于高產(chǎn)高耗水型品種，潞玉36、晉單65、京科968屬于低產(chǎn)高耗水型品種，而迪卡M9和利民33則屬于低產(chǎn)低耗水型品種。

圖3 不同品種耗水量與產(chǎn)量二維圖

圖4中以耗水量為橫坐標(biāo)，以水分利用效率為縱坐標(biāo)，相交于各自平均值后(表4)，將坐標(biāo)圖劃分為4個(gè)象限，并在圖中標(biāo)出各品種的對(duì)應(yīng)位點(diǎn)；結(jié)果表明，大豐30、富友968、先玉335屬于低耗水高水分利用效率型品種，康地4574、鄭單958屬于高耗水高水分利用效率型品種，潞玉36、晉單65、京科968屬于高耗水低水分利用效率型品種，而迪卡M9和利民33則屬于低耗水低水分利用效率型品種。

圖4 不同品種耗水量與水分利用效率二維圖

綜上分析認(rèn)為，大豐30、富友968、先玉335為高產(chǎn)、高水分利用效率、低耗水型品種，其中尤其以大豐30、富友968為最優(yōu)；康地4574、鄭單958、潞玉36、晉單65、京科968則產(chǎn)量較為接近，但均為高耗水型品種；迪卡M9和利民33產(chǎn)量低、耗水低，但水分利用效率也較低；因此，在品種選擇時(shí)，應(yīng)結(jié)合區(qū)域土壤水分條件來(lái)種植適宜的品種，以保證在獲得穩(wěn)產(chǎn)、豐產(chǎn)的同時(shí)，兼顧水資源的利用效率。

3 討論與結(jié)論

在水資源匱乏地區(qū)，為解決節(jié)水與高產(chǎn)之間矛盾，農(nóng)田玉米的耗水特性與水分利用效率是節(jié)水農(nóng)業(yè)的研究熱點(diǎn)；研究表明，深耕深松可以提高土壤的蓄水能力，促進(jìn)根系對(duì)深層土壤水分的吸收利用，進(jìn)而提高水分利用效率[9-13]；秸稈和地膜覆蓋可以改變作物的耗水規(guī)律[14-16]，減少農(nóng)田蒸發(fā)的無(wú)效耗水[17-19]；而種植密度則與農(nóng)田耗水量呈二次拋物線關(guān)系，所以，因地制宜的合理密植才能提高土壤水分利用效率[20-23]；灌溉及降雨年型不同則直接影響農(nóng)田水分蒸散和生產(chǎn)效率，在玉米需水關(guān)鍵階段，相同灌水頻率時(shí)，耗水量隨灌水量的增加而增加，相同灌水量時(shí)，耗水強(qiáng)度隨灌水頻率的增加而增加[24-28];品種間水分利用效率差異在12%-19%，所以應(yīng)將品種與灌溉制度優(yōu)化結(jié)合[29]；上述研究針對(duì)的玉米品種均較少且單一。

表4 不同品種產(chǎn)量、耗水量、水分利用效率分析

本試驗(yàn)研究結(jié)果表明，不同品種間，耗水特性不同，全生育期耗水量以潞玉36最高，利民33最低；各品種對(duì)拔節(jié)期至抽雄期的土壤供水能力最敏感，同時(shí)也是造成品種間耗水量差異的主要時(shí)期，不同品種的水分利用效率與產(chǎn)量之間有較好的一致性，因此，大豐30、富友968、先玉335為高產(chǎn)、高水分利用效率、低耗水型品種，迪卡M9和利民33為低產(chǎn)、低水分利用效率、低耗水型品種；康地4574、鄭單958、潞玉36、晉單65、京科968則產(chǎn)量較為接近，但均為高耗水型品種。

節(jié)水農(nóng)業(yè)其科學(xué)目標(biāo)可概括為提高水的利用率和水分利用效率[30]。生物節(jié)水技術(shù)研究以提高植物自身的水分利用效率為主要核心，主要措施有調(diào)整作物類型、品種和種植制度；培育優(yōu)良抗旱品種；按照作物需水規(guī)律來(lái)進(jìn)行非充分灌溉等[31]。因此，優(yōu)選抗旱節(jié)水品種是農(nóng)藝及生物節(jié)水的重要措施。本試驗(yàn)初步探討了大田條件下不同玉米品種間耗水特性及水分利用效率差異，但受氣候土壤特點(diǎn)等限制因素，不同區(qū)域性的適宜節(jié)水高產(chǎn)型品種選擇及灌溉制度制定，仍待進(jìn)一步研究。

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