不同灌溉方式對(duì)制種玉米產(chǎn)量及水分利用效率的影響

王增麗，朱興平，溫廣貴

(1. 武威市中心灌溉試驗(yàn)站，甘肅 武威 733000；2. 武威職業(yè)學(xué)院機(jī)械工程系，甘肅 武威 733000)

西北地區(qū)由于具有獨(dú)特的地理氣候優(yōu)勢(shì)及豐富的光熱資源，自20世紀(jì)90年代以來(lái)，逐漸成為我國(guó)60多個(gè)玉米高產(chǎn)品種的制種基地。其中，以河西走廊的武威市、張掖市為主產(chǎn)區(qū)[1]。河西走廊地區(qū)發(fā)展制種玉米具有良好的天然隔離條件；長(zhǎng)日照、晝夜溫差大、干燥多風(fēng)的高產(chǎn)氣候條件；病蟲(chóng)害輕、產(chǎn)品品質(zhì)高等優(yōu)勢(shì)。截止到2010年，甘肅省已發(fā)展制種玉米面積10萬(wàn)hm2。其中所屬石羊河流域的武威市、金昌市達(dá)3.33萬(wàn)hm2，總產(chǎn)超過(guò)2.08 億kg，制種玉米已成為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民增收的主要途徑之一。因此，針對(duì)該流域大力發(fā)展制種玉米產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀，研究不同灌溉方式對(duì)制種玉米產(chǎn)量及節(jié)水效益的影響具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[2,3]。

大量研究表明，增加灌水定額可以提高灌水質(zhì)量，改善作物品質(zhì)，提高產(chǎn)量及WUE[4,5]，在特定生育期內(nèi)降低灌水量會(huì)造成作物減產(chǎn)[6,7]。關(guān)于制種玉米虧缺灌溉對(duì)產(chǎn)量影響方面的研究很多[8-13]，但這些研究基本上僅對(duì)相同灌溉方式下進(jìn)行了橫向比較[14-16]，對(duì)不同灌溉方式進(jìn)行的縱向比較研究鮮少。基于此，對(duì)不同灌溉方式對(duì)制種玉米產(chǎn)量及水分利用效率的影響進(jìn)行試驗(yàn)研究，分析比較不同灌溉方式節(jié)水增產(chǎn)效益，旨在為本地區(qū)制種玉米高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)提供技術(shù)指導(dǎo)和理論依據(jù)。

1 材料與方法

試驗(yàn)于2014年4-10月在武威市中心灌溉試驗(yàn)站進(jìn)行，試驗(yàn)站位于東經(jīng)102°50′50″，北緯37°52′20″，海拔1 580 m，多年平均降水量為164.4 mm，多年平均蒸發(fā)量為2 000 mm，地下水埋深為48 m，土壤干密度為1.51 g/cm3，土壤質(zhì)地為灰鈣質(zhì)粉質(zhì)壤土，田間持水率為29%(體積含水率)。

供試品種為富農(nóng)963，父母本種植比例1∶5。壟溝設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為壟高20 cm，壟頂寬50 cm，壟底寬80 cm，溝底寬20 cm。每壟種2行玉米，株距20 cm，行距50 cm，基肥量：尿素262.5 kg/hm2，磷酸二氫銨525 kg/hm2。小區(qū)面積為100 m2(5 m×20 m)，3次重復(fù)。灌水方式設(shè)置小畦灌(SBI)、常規(guī)溝灌(CFI)、隔溝交替灌(AFI)3種，灌溉水源為地下水，灌溉水量采用水表計(jì)量。各種農(nóng)藝措施參照當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)。灌溉方式設(shè)置見(jiàn)表1。

采用農(nóng)田土壤水量平衡公式進(jìn)行耗水量計(jì)算。由于該試驗(yàn)田地下水埋深在40 m以下，可視地下水補(bǔ)給量為0，降水入滲深度不超過(guò)1 m，可視深層滲漏為0。作物生長(zhǎng)所需水分主要由灌溉水和降雨供應(yīng)。因此，水量平衡方程可簡(jiǎn)化為：

ET=P+I-ΔW

(1)

WUE=Y/ET

(2)

式中：ET為作物生育期耗水量，mm；P為生育期降水量，mm；I為生育期內(nèi)灌溉量，mm；ΔW為作物生育期土壤蓄水變化量，mm；WUE為水分利用效率，kg/m3；Y為制種玉米產(chǎn)量，kg/hm2。

作物收獲后，各小區(qū)取10株進(jìn)行考種。測(cè)定穗長(zhǎng)、穗粗、禿尖長(zhǎng)、行粒數(shù)、出籽率和千粒重6個(gè)產(chǎn)量構(gòu)成要素。測(cè)產(chǎn)采取小區(qū)單打單收方法測(cè)定。

各試驗(yàn)數(shù)據(jù)取平均值，采用SPSS16.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素分析，采用Duncan新復(fù)極差法進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)(p<0.05)。

表1 制種玉米不同灌溉方式設(shè)置表Tab.1 The irrigation methods for seed maize

2 結(jié)果與分析

2.1 制種玉米產(chǎn)量及WUE分析

不同處理制種玉米產(chǎn)量及WUE分析見(jiàn)表2。由表2可知，不同灌溉方式及灌水時(shí)間對(duì)制種玉米產(chǎn)量及WUE影響顯著。相同灌溉定額條件下，隔溝交替灌制種玉米產(chǎn)量較常規(guī)溝灌增減幅度在-2.43%～ 10.24%。常規(guī)溝灌條件下，T2較T1處理全生育期減少灌水量100 mm，制種玉米產(chǎn)量影響不顯著。表明溝灌若能保證作物需水關(guān)鍵期的灌溉，適度降低灌水量不會(huì)造成制種玉米減產(chǎn)。各處理產(chǎn)量結(jié)果分析表明，T5、T6處理產(chǎn)量分別為10.11、10.87 t/hm2，較其他處理高。依次為T(mén)2處理，產(chǎn)量為9.86 t/hm2，T1處理產(chǎn)量最低，為8.33 t/hm2，其中T4、T5處理與T1、CK差異顯著。

各處理耗水量分析結(jié)果表明，不同灌溉方式下，作物生育期耗水量不盡相同，各處理耗水量為349.7～625.0 mm，且隔溝交替灌耗水量最低，畦灌耗水量最高，常規(guī)溝灌耗水量居中。結(jié)合WUE測(cè)定結(jié)果，各處理為1.40～3.03 kg/m3之間。其中，T5、T6處理與T1、CK差異達(dá)顯著性水平。

2.2 產(chǎn)量構(gòu)成要素相關(guān)性分析

將各處理制種玉米產(chǎn)量構(gòu)成要素列于表3。由表3可知，不同灌溉方式對(duì)制種玉米穗長(zhǎng)、禿尖長(zhǎng)、行粒數(shù)、千粒重的影響無(wú)顯著性差異。溝灌方式較畦灌能明顯增加制種玉米穗粗、行粒數(shù)和出籽率，且差異顯著。

表3 不同處理制種玉米產(chǎn)量構(gòu)成要素分析Tab.3 The major economic characters value of seed maize

注：字母表示p<0.05的顯著性差異。

將各產(chǎn)量構(gòu)成要素與產(chǎn)量進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果見(jiàn)表4。由表4可知，行粒數(shù)、出籽率與產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)(r=0.982 8**，r=0.973 8**)，穗長(zhǎng)、禿尖長(zhǎng)與產(chǎn)量呈負(fù)相關(guān)。說(shuō)明穗長(zhǎng)適中，提高行粒數(shù)、出籽率能提高制種玉米產(chǎn)量。從性狀之間的相關(guān)分析可以看出，行粒數(shù)與出籽率呈極顯著正相關(guān)(r=0.937 3**)，說(shuō)明行粒數(shù)的增加能提高出籽率，進(jìn)而提高產(chǎn)量；而禿尖長(zhǎng)與行粒數(shù)、出籽率、千粒重呈負(fù)相關(guān)(r=-0.449 9，r=-0.491 3)，表明禿尖長(zhǎng)過(guò)大，行粒數(shù)、出籽率降低，產(chǎn)量降低。

為消除各經(jīng)濟(jì)性狀之間由于相互促進(jìn)、相互制約的關(guān)系而造成的混淆，準(zhǔn)確地描述產(chǎn)量對(duì)于經(jīng)濟(jì)性狀的依賴(lài)關(guān)系，建立了產(chǎn)量的最優(yōu)線性回歸方程為：

表4 產(chǎn)量要素與產(chǎn)量相關(guān)性分析Tab.4 Correlation of yield and major economic characters

注：*，**表示差異分別達(dá)p<0.05和p<0.01水平。

Y=-2.48+0.25X1-1.67X3+0.23X4+0.07X5

(3)

其中，多元相關(guān)系數(shù)R=0.999 9，多元決定系數(shù)R2=0.999 8，F(xiàn)=4 054.47，說(shuō)明X1(穗長(zhǎng))、X3(禿尖長(zhǎng))、X4(行粒數(shù))、X5(出籽率)與Y(產(chǎn)量)之間存在著顯著的線性回歸關(guān)系。多元決定系數(shù)R2=0.999 8，說(shuō)明產(chǎn)量的99.98%是由X1(穗長(zhǎng))、X3(禿尖長(zhǎng))、X4(行粒數(shù))、X5(出籽率)等4個(gè)經(jīng)濟(jì)性狀決定的，剩余因素(誤差和其他影響產(chǎn)量的因素)對(duì)產(chǎn)量的影響僅為0.02%，因此，可以用該回歸方程來(lái)預(yù)測(cè)制種玉米產(chǎn)量。

2.3 產(chǎn)量構(gòu)成要素主成分分析

對(duì)6個(gè)產(chǎn)量構(gòu)成要素進(jìn)行主成分分析，結(jié)果見(jiàn)表5。由表5可知，前3個(gè)主成分中的累積貢獻(xiàn)率已經(jīng)包含了6個(gè)變量85.54%的信息。

第一主成分因子特征值為2.39，其貢獻(xiàn)率為39.88%，對(duì)應(yīng)特征向量中，行粒數(shù)分值較大(0.621 7)，其次為出籽率(0.612 8)，說(shuō)明行粒數(shù)增加，出籽率也增加，故稱(chēng)第一主成分為粒數(shù)因子。第二主成分因子的特征值為1.88，其貢獻(xiàn)率為31.32%，對(duì)應(yīng)特征向量中，穗粗分值較大(0.601 8)，依次為穗長(zhǎng)(0.569 4)，禿尖長(zhǎng)(0.385 2)。而行粒數(shù)、出籽率表現(xiàn)為較弱的負(fù)向量(-0.038 1，-0.082 0)，說(shuō)明穗長(zhǎng)、穗粗、禿尖長(zhǎng)也影響制種玉米產(chǎn)量，故稱(chēng)第二主成分為穗型因子。第三主成分因子特征值為0.86，其貢獻(xiàn)率為14.33%，對(duì)應(yīng)的特征向量千粒重分值較大(-0.770 8)，說(shuō)明千粒重過(guò)大降低制種玉米產(chǎn)量，故稱(chēng)第三主成分為粒重因子。

表5 入選特征根和特征向量Tab.5 The selected eigenvalues and eigenvectors

通過(guò)以上分析可知，構(gòu)成制種玉米產(chǎn)量變化的主成分因子分別是粒數(shù)因子、穗型因子和粒重因子。其中，粒數(shù)因子貢獻(xiàn)率最大，粒重因子貢獻(xiàn)率較小。

3 結(jié) 語(yǔ)

不同灌溉方式下，制種玉米生育期耗水量為349.7～625.0mm。隔溝交替灌溉方式耗水量最低，畦灌耗水量最高，常規(guī)溝灌耗水量居中。

不同灌溉方式下，制種玉米產(chǎn)量為8.73～10.87t/hm2，構(gòu)成要素與產(chǎn)量相關(guān)性分析結(jié)果表明，行粒數(shù)、出籽率與產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)(r=0.982 8，0.973 8)，穗長(zhǎng)、禿尖長(zhǎng)與產(chǎn)量呈負(fù)相關(guān)。說(shuō)明穗長(zhǎng)適中，能提高制種玉米產(chǎn)量。此外，行粒數(shù)與出籽率呈極顯著正相關(guān)(r=0.9373)，說(shuō)明行粒數(shù)的增加能提高出籽率，進(jìn)而提高產(chǎn)量；而禿尖長(zhǎng)與行粒數(shù)、出籽率、千粒重呈負(fù)相關(guān)，表明禿尖長(zhǎng)過(guò)大，行粒數(shù)、出籽率降低，產(chǎn)量降低。

主成分分析結(jié)果表明，行粒數(shù)、出籽率、穗長(zhǎng)、穗粗、禿尖長(zhǎng)、千粒重6個(gè)產(chǎn)量構(gòu)成要素對(duì)制種玉米產(chǎn)量的累積貢獻(xiàn)率達(dá)85.54%。采用隔溝交替灌溉方式能調(diào)控植株的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)，加大土壤水分對(duì)制種玉米營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)的控制，促進(jìn)生殖生長(zhǎng)，提高制種玉米產(chǎn)量。

制種玉米采取隔溝交替灌溉方式，全生育期灌水8次(苗期1次，拔節(jié)期2次，抽穗期1次，灌漿期2次，乳熟期2次)，灌溉定額為2 250m3/hm2的灌溉方式能穩(wěn)定提高制種玉米行粒數(shù)、出籽率，改善穗型，提高制種玉米產(chǎn)量和水分利用效率。

[1] 張立勤，馬忠明，王智琦，等.不同栽培模式下制種玉米的產(chǎn)量及水分生產(chǎn)效應(yīng)[J].節(jié)水灌溉，2012,(12):43-45,50.

[2] 張永明，殷雪梅，王嘉翔，等.石羊河流域行業(yè)取耗水總量控制指標(biāo)研究[J].中國(guó)水利水電科學(xué)院學(xué)報(bào), 2014,12(3):282-286.

[3] 張曉琳，霍再林，佟 玲.石羊河流域主要作物節(jié)水灌溉效益評(píng)價(jià)[J].中國(guó)農(nóng)村水利水電,2014,(8):15-17.

[4] 李世瑤，蔡煥杰，陳新明.基于主成分分析的畦灌質(zhì)量評(píng)價(jià)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2013,29(24):86-93.

[5] 王偉娜，邵孝侯，程 晉，等.灌溉水質(zhì)水量對(duì)番茄影響的主成分分析[J].河海大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2014,42(4):372-376.

[6] 王 峰，杜太生，邱讓建. 基于品質(zhì)主成分分析的溫室番茄虧缺灌溉制度[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2011,27(1):75-80.

[7] 王 峰，杜太生，邱讓建，等. 虧缺灌溉對(duì)溫室番茄產(chǎn)量與水分利用效率的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2010, 26(9):46-52.

[8] 董平國(guó)，王增麗，溫廣貴，等.不同灌溉制度對(duì)制種玉米產(chǎn)量和階段耗水量的影響[J]．排灌機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2014，32(9):822-828.

[9] 張 群，成自勇，張 芮，等.膜上調(diào)虧灌溉對(duì)制種玉米產(chǎn)量的影響[J].灌溉排水學(xué)報(bào)，2012,31(1):141-142.

[10] 張 芮，成自勇，李有先.水分虧缺對(duì)膜下滴管制種玉米生長(zhǎng)季產(chǎn)量的影響[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2009,27(2):125-128.

[11]ZhangJinxia,ChengZiyong,ZhangRui.Regulateddeficitdripirigationinfluencesonseedmaizegrowhtandyieldunderfilm[J].Procediaenginering, 2012,28(2):464-468.

[12]LiangHailing,LiFusheng,NongMengling.Effectsofalternatepartialroot-zoneirrigationonyieldandwateruseofstikymaizewithfertigation[J].AgriculturalWaterManagement,2013,116(1):242-247.

[13] 胡鐵民，王增麗，董平國(guó).西北旱區(qū)制種玉米不同灌溉制度對(duì)土壤水分及產(chǎn)量的影響[J].節(jié)水灌溉，2014,(1):27-31.

[14] 韓萬(wàn)海，王增麗，張 萍.石羊河流域制種玉米全膜壟作溝灌水肥調(diào)控試驗(yàn)研究[J].灌溉排水學(xué)報(bào)，2014,33(4/5):107-111.

[15] 吳 迪，孟偉超，薄曉東，等.不同地面灌溉方式對(duì)制種玉米產(chǎn)量與水分利用效率的影響[J].灌溉排水學(xué)報(bào)，2014,33(4/5):185-188.

[16] 張立勤，馬忠明，俄勝哲. 壟膜溝灌栽培對(duì)制種玉米產(chǎn)量和水分利用效率的影響[J].西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2007,16(4):83-86.