灌溉定額對淺埋滴灌春玉米生長與產(chǎn)量的影響

李媛媛， 楊恒山， 張瑞富， 范秀艷， 李金琴， 羅 方

(1.內(nèi)蒙古民族大學(xué) 農(nóng)學(xué)院， 內(nèi)蒙古 通遼 028000； 2.內(nèi)蒙古自治區(qū)飼用作物工程技術(shù)研究中心，內(nèi)蒙古 通遼 028000； 3.通遼市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站， 內(nèi)蒙古 通遼 028000)

灌溉定額對淺埋滴灌春玉米生長與產(chǎn)量的影響

李媛媛1,2， 楊恒山1， 張瑞富1， 范秀艷1， 李金琴3， 羅 方1

(1.內(nèi)蒙古民族大學(xué) 農(nóng)學(xué)院， 內(nèi)蒙古 通遼 028000； 2.內(nèi)蒙古自治區(qū)飼用作物工程技術(shù)研究中心，內(nèi)蒙古 通遼 028000； 3.通遼市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站， 內(nèi)蒙古 通遼 028000)

[目的] 通過不同灌溉定額對淺埋滴灌春玉米生長與產(chǎn)量的影響研究，篩選出適合內(nèi)蒙古東部地區(qū)的最佳灌水定額，為應(yīng)用和推廣淺埋滴灌提供理論和實(shí)證依據(jù)。[方法] 采用大田試驗(yàn)方法，設(shè)置400.20 m3/hm2(CK)，1 050.53 m3/hm2(DG1)，1 700.85 m3/hm2(DG2)，2 351.18 m3/hm2(DG3)，3 001.50 m3/hm2(DG4)淺埋滴灌和常規(guī)地面漫灌3 201.60 m3/hm2(GG)共6個灌溉定額處理，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)分析方法開展研究。 [結(jié)果] (1) 隨灌溉定額的增加，淺埋滴灌春玉米的株高、葉面積指數(shù)和葉綠素相對含量呈增加趨勢； (2) 凈光合速率和蒸騰速率表現(xiàn)為DG4最大，DG3次之，葉片水平水分利用效率DG3>DG4且GG處理最低； (3) DG3較GG處理的產(chǎn)量提高6.03%，灌溉水利用效率提高44.50%。 [結(jié)論] 淺埋滴灌條件下，全生育期灌溉定額為2 351.18 m3/hm2的灌溉制度節(jié)水、節(jié)膜、增產(chǎn)效益最優(yōu)。

灌溉定額； 淺埋滴灌； 春玉米； 生長； 產(chǎn)量

文獻(xiàn)參數(shù)： 李媛媛, 楊恒山, 張瑞富, 等.灌溉定額對淺埋滴灌春玉米生長與產(chǎn)量的影響[J].水土保持通報(bào)，2017,37(2)：345-348.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2017.02.052； Li Yuanyuan, Yang Hengshan, Zhang Ruifu, et al. Effects of Irrigation Quota on Growth and Yield of Spring Maize Under Shallow Subsurface Drip Irrigation[J]. Bulletin of Soil and Water Conservation, 2017,37(2)：345-348.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2017.02.052

西遼河平原地處世界玉米生產(chǎn)黃金帶，玉米種植面積約穩(wěn)定在6.0×105hm2，平均單產(chǎn)較全國高出40%以上，總產(chǎn)約占內(nèi)蒙古玉米總產(chǎn)的30%[1]。隨著全球水資源的日趨嚴(yán)峻，地處西遼河平原的作為內(nèi)蒙古東部地區(qū)玉米主產(chǎn)區(qū)的通遼市同樣面臨著地下水超采帶來的一系列生態(tài)問題,其中農(nóng)業(yè)用水是該地區(qū)水資源短缺的主要原因。目前，在生產(chǎn)實(shí)踐中傳統(tǒng)的大水漫灌方式仍然沿用，不僅造成水資源浪費(fèi)、同時也加速肥料的淋溶、環(huán)境安全風(fēng)險加大。因此,推行節(jié)水農(nóng)業(yè)對于保證區(qū)域地下水的可持續(xù)利用和糧食安全具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。滴灌具有明顯地節(jié)水增產(chǎn)特點(diǎn)，近年來膜下滴灌已在新疆[2]、西北[3]、陜北[4]和內(nèi)蒙古西部[5]等山沙兩區(qū)大面積推廣應(yīng)用。張勝軍[6]等研究指出，膜下地表滴灌存在滴灌帶易被灼傷導(dǎo)致漏水等問題，王建東[3]等研究發(fā)現(xiàn)，覆膜淺埋滴灌能避免膜下地表滴灌存在的問題。覆膜能增溫、提墑，對農(nóng)民提高收益具有重要意義，但因其難以降解、大量不合理利用，造成土地惡化、環(huán)境污染等問題[7-8]。目前我國關(guān)于無膜淺埋滴灌的研究報(bào)道鮮見，本試驗(yàn)在無膜淺埋滴灌條件下，研究灌溉定額對春玉米生長與產(chǎn)量的影響，旨在實(shí)現(xiàn)節(jié)水、節(jié)膜、穩(wěn)產(chǎn)或高產(chǎn)，為研究地區(qū)淺埋滴灌應(yīng)用提供理論和實(shí)證依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)在地處西遼河平原的內(nèi)蒙古通遼市厚德種業(yè)科技園區(qū)(43°43＇N，122°19＇E)進(jìn)行，海拔178 m，無霜期150 d左右，年平均氣溫6.4 ℃，屬中溫帶大陸性季風(fēng)氣候。2016年春玉米生育期間(5—9月)降水量為259.1 mm，其中有效降水量為235.3 mm。試驗(yàn)田地勢平坦，土壤肥力中上等，土壤質(zhì)地為壤土。播前0—20 cm表層土壤養(yǎng)分含量：有機(jī)質(zhì)含量為17.82 g/kg，堿解氮含量為54.08 mg/kg，速效磷含量為28.20 mg/kg，速效鉀含量為173.31 mg/kg，pH值為8.3。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以鄭單958為供試品種。淺埋滴灌種植模式采用大小壟種植，大壟寬80 cm、小壟寬40 cm，種植密度7.5萬株/hm2。4月27日播種，一次性施底肥〔嘉化復(fù)合肥(N∶P∶K=13∶25∶10)450 kg/hm2和尿素352.5 kg/hm2〕后起壟，之后鋪設(shè)滴灌管，再在滴灌管上覆土5 cm左右；5月16日出苗，10月3日收獲，全生育期162 d。試驗(yàn)采用滴灌系統(tǒng)，滴頭間距為33 cm，滴頭流量為2.4 L/h。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，共6個處理，3次重復(fù)。灌水方案見表1，其中CK為只澆出苗水，其余時期不澆水處理；而GG為常規(guī)漫灌處理，共計(jì)18個小區(qū)，每小區(qū)面積為72 m2(7.2 m×10 m)。為了避免灌水后處理間相互影響，小區(qū)之間間隔1 m。每小區(qū)由獨(dú)立水表控制，處理間實(shí)施相同的施肥、除草、噴藥等管理措施。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

1.3.1 生長指標(biāo)的測定 每小區(qū)選取生長一致有代表性植株連續(xù)3株，重復(fù)3次，掛牌標(biāo)記。分別在大喇叭口期、吐絲期、乳熟期和完熟期，對小區(qū)掛牌標(biāo)記的玉米用卷尺進(jìn)行株高測定，同時測定葉片最長、最寬處，利用公式計(jì)算單葉葉面積、群體葉面積指數(shù)；在大喇叭口期、吐絲期和乳熟期采用SPAD-502葉綠素儀測定穗位葉葉片SPAD值。

表1 淺埋滴灌春玉米灌水方案設(shè)計(jì)

1.3.2 光合指標(biāo)的測定 葉片光合速率、蒸騰速率分別在吐絲期和乳熟期采用美國生產(chǎn)的LI-6 400型便攜式光合測定儀測定，在晴天9：30-11：30測定穗位葉的凈光合速率、蒸騰速率，利用公式計(jì)算葉片水平水分利用效率，每次測5株。

1.3.3 產(chǎn)量指標(biāo)的測定 完熟期，各處理春玉米連續(xù)取15株，進(jìn)行室內(nèi)考種，測定指標(biāo)主要有穗長、穗粗、穗粒數(shù)、千粒重等。待玉米成熟后，按小區(qū)單獨(dú)收獲，脫粒并測產(chǎn)，將小區(qū)籽粒產(chǎn)量折合成單產(chǎn)(kg/hm2)換算，同時利用公式計(jì)算灌溉水利用效率，各處理產(chǎn)量為3次重復(fù)的平均值。

1.4 相關(guān)計(jì)算和數(shù)據(jù)處理

單葉葉面積=長×寬×系數(shù)(未完全展開葉片系數(shù)為0.5，完全展開葉片系數(shù)為0.75)[1]；

葉面積指數(shù)(LAI)=該土地面積的總?cè)~面積/土地面積[9]；

葉片水平水分利用效率(LWUE)=葉片凈光合速率/蒸騰速率×100%[10-12]；

灌溉水利用效率(WUE)=玉米籽粒產(chǎn)量/實(shí)際灌水量×100%[13]。

采用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與作圖，運(yùn)用SPSS 19.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，LSD法進(jìn)行差異顯著性分析(p<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 灌溉量對淺埋滴灌春玉米生長發(fā)育的影響

株高、葉面積指數(shù)和葉片SPAD值是衡量春玉米生長發(fā)育的重要指標(biāo)[4]。由圖1可見，株高隨灌水量的增加而增大，其中GG顯著高于CK處理，而GG與DG3，DG4處理的差異各生育期均不顯著。在吐絲期，GG較CK處理增幅最大，達(dá)35.26%。由圖2可知，葉面積指數(shù)總體趨勢為增大，在大喇叭口期、吐絲期和乳熟期表現(xiàn)為DG3處理最大，而在完熟期則表現(xiàn)為DG4處理最大，DG3處理次之。綜合各生育期發(fā)現(xiàn)，DG3顯著大于GG處理，分別增加了3.52%，6.84%，6.59%和14.74%，說明過量的灌溉定額不利于玉米葉面積指數(shù)的增加。由圖3可知，葉片SPAD值DG4處理最大，在大喇叭口期和吐絲期，DG4，DG3均較GG處理差異顯著，分別提高了4.44%，2.32%和8.22%，4.89%。

圖1 灌溉量對淺埋滴灌春玉米株高的影響

注：V12為大喇叭口期，R1為吐絲期，R3為乳熟期，R6為完熟期；圖上不同小寫字母代表處理間差異在0.05水平上達(dá)到顯著。下同。

2.2 灌溉量對淺埋滴灌春玉米光合特性的影響

凈光合速率(Pn)和蒸騰速率(Tr)是衡量玉米光合性能的重要指標(biāo)[4]。在吐絲期和乳熟期，Pn和Tr均表現(xiàn)為DG4處理最大，DG3處理次之，且DG4，DG3，DG2顯著高于CK處理。葉片水平水分利用效率(LWUE)是評價玉米生長適宜度的重要指標(biāo)[4]，DG2，DG3，DG4處理的LWUE均略高于GG處理。在吐絲期和乳熟期，DG2，DG3，DG4處理的LWUE較GG處理分別增加了6.82%和11.88%，6.25%和4.48%，3.41%和0.78%。綜上表明，過量的灌溉定額不利于春玉米增強(qiáng)光合性能，不利于光合的同化產(chǎn)物向生殖器官的轉(zhuǎn)運(yùn)，從而使得LWUE明顯降低。

圖2 灌溉量對淺埋滴灌春玉米葉面積指數(shù)的影響

圖3 灌溉量對淺埋滴灌春玉米葉片SPAD值的影響

2.3 灌溉量對淺埋滴灌春玉米產(chǎn)量及灌溉水利用效率的影響

由表2可知，產(chǎn)量表現(xiàn)為DG3處理最大、DG4處理次之，其中DG2，DG3，DG4分別較GG處理的產(chǎn)量分別增加1.43%，6.03%和2.98%，增產(chǎn)效果明顯。在產(chǎn)量構(gòu)成因素中，DG3處理的穗粒數(shù)和千粒重略高于DG4處理，表明穗粒數(shù)和千粒重的增加是DG3處理增產(chǎn)的主要原因。

各處理的灌溉水利用效率(WUE)表現(xiàn)為CK處理最大，GG處理最小，其中DG2，DG3，DG4分別較GG處理的WUE分別提高90.91%，44.50%，9.81%。表明過量的灌溉定額不僅不能使春玉米獲得高產(chǎn)而且不利于灌溉水利用效率的提高。綜合考慮，適宜的灌溉定額DG3處理較好，在保證產(chǎn)量的同時達(dá)到了較優(yōu)的WUE。

表2 灌溉量對淺埋滴灌春玉米產(chǎn)量及灌溉水利用效率的影響

3 討論與結(jié)論

合理灌溉是發(fā)展可持續(xù)農(nóng)業(yè)的前提[14]，灌溉定額直接影響春玉米的生長發(fā)育和產(chǎn)量構(gòu)成。劉戰(zhàn)東等[15]研究表明，株高與灌溉定額成正比例。唐光木等[2]研究表明，株高、葉面積、SPAD值隨灌溉定額的增加而增大。本試驗(yàn)研究淺埋滴灌春玉米的株高、LAI，SPAD值也得出相同的結(jié)論，但不同的是LAI，SPAD值在一定范圍(CK—DG4處理)內(nèi)，隨灌溉定額的增加而增大，而超出范圍(GG處理)則表現(xiàn)為下降趨勢。

灌水定額最大的GG處理雖然LWUE最低，但不同的是GG處理的Pn和Tr并不是最高，而低于DG4，DG3和DG2處理，這可能是因?yàn)镚G處理灌水量過多、增加棵間蒸發(fā)、蒸騰強(qiáng)度顯著加強(qiáng)而光合速率增加并不明顯所致。

本研究中灌溉定額最小的CK處理WUE最高，灌溉定額最大的GG處理WUE最低，這與馮鵬等[13]的研究結(jié)論一致。灌溉定額適宜的DG3較GG處理產(chǎn)量提高6.03%，WUE提高44.50%。通過對產(chǎn)量及WUE的綜合評價，DG3處理的灌溉定額較好，在保證產(chǎn)量的同時達(dá)到了較優(yōu)的WUE。

從高效利用水資源方面考慮，淺埋滴灌條件下，春玉米全生育期除灌出苗水外共灌水5次，每次灌水定額為390.20 m3/hm2，灌溉定額為2 351.18 m3/hm2的灌溉制度節(jié)水、節(jié)膜、增產(chǎn)效益最優(yōu)。本試驗(yàn)結(jié)果僅為初步的探討論證，今后應(yīng)進(jìn)一步在不同年型不同品種間進(jìn)行試驗(yàn)，完善淺埋滴灌配套技術(shù)在內(nèi)蒙古東部地區(qū)的應(yīng)用和推廣。

[1] 張玉芹,楊恒山,高聚林,等.超高產(chǎn)春玉米冠層結(jié)構(gòu)及其生理特性[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué),2011,44(21):4367-4376.

[2] 唐光木,何紅,楊金鈺,等.灌溉定額對膜下滴灌玉米生理性狀及產(chǎn)量的影響[J].水土保持研究,2014,21(3):293-297.

[3] 王建東,張彥群,龔時宏,等.覆膜淺埋滴灌技術(shù)模式田間應(yīng)用試驗(yàn)研究[J].灌溉排水學(xué)報(bào),2015,34(11):1-5.

[4] 王雯,張雄.榆林沙區(qū)不同灌溉方式對春玉米生長及產(chǎn)量的影響[J].水土保持通報(bào),2015,35(4):213-216,222.

[5] 范雅君,呂志遠(yuǎn),田德龍,等.河套灌區(qū)玉米膜下滴灌灌溉制度研究[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2015,33(1):123-129.

[6] 張勝軍,張慶飛,李學(xué)穎,等.膜下凝結(jié)水珠對滴灌帶灼傷的研究[J].節(jié)水灌溉,2014(6):29-31.

[7] 嚴(yán)昌榮,劉恩科,舒帆,等.我國地膜覆蓋和殘留污染特點(diǎn)與防控技術(shù)[J].農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境學(xué)報(bào),2014,31(2):95-102.

[8] 張丹,劉宏斌,馬忠明,等.殘膜對農(nóng)田土壤養(yǎng)分含量及微生物特征的影響[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué),2017,50(2):310-319.

[9] 王策,王志強(qiáng),張志偉,等.補(bǔ)灌量對夏玉米光合和葉綠素?zé)晒馓匦缘挠绊慬J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2012,30(6):99-106.

[10] 喬冬梅,史海濱,霍再林.淺地下水埋深條件下土壤水鹽動態(tài)BP網(wǎng)絡(luò)模型研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2005,21(9):42-46.

[11] 呂佳雯,武向良,高聚林,等.行間覆膜對內(nèi)蒙古河套灌區(qū)春玉米水分利用效率及土壤排鹽量的影響[J].玉米科學(xué),2013,21(3):103-109.

[12] 陳其鮮,楊琴,任書生.拔節(jié)期水分虧缺對沙地農(nóng)田玉米光合特性及物質(zhì)積累的影響[J].水土保持通報(bào),2015,35(4):91-96.

[13] 馮鵬,王曉娜,王清酈,等.水肥耦合效應(yīng)對玉米產(chǎn)量及青貯品質(zhì)的影響[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué),2012,45(2):376-384.

[14] 王增麗,董平國,樊曉康,等.膜下滴灌不同灌溉定額對土壤水鹽分布和春玉米產(chǎn)量的影響[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué),2016,49(12):2343-2352.

[15] 劉戰(zhàn)東,肖俊夫,劉祖貴,等.膜下滴灌不同灌水處理對玉米形態(tài)、耗水量及產(chǎn)量的影響[J].灌溉排水學(xué)報(bào),2011,30(3):60-64.

Effects of Irrigation Quota on Growth and Yield of Spring Maize Under Shallow Subsurface Drip Irrigation

LI Yuanyuan1,2, YANG Hengshan1, ZHANG Ruifu1, FAN Xiuyan1, LI Jinqin3, LUO Fang1

(1.CollegeofAgronomy,InnerMongoliaUniversityfortheNationalities,Tongliao,InnerMongolia028000,China; 2.EngineeringResearchCenterofForageCropsofInnerMongoliaAutonomous,Tongliao,InnerMongolia028000,China; 3.AgriculturalTechnologyExtensionStationofTongliaoCity,Tongliao,InnerMongolia028000,China)

[Objective] A study on the growth and yield of spring maize by different irrigation quota under shallow subsurface drip irrigation was conducted. We aimed to find out the most effective irrigation quota that was suitable for Eastern Inner Mongolia region, which was expected to provide theoretical support for application and popularization of shallow subsurface drip irrigation. [Methods] A field experiment with 6 irrigation quotas as 400.20 m3/hm2(CK), 1 050.53 m3/hm2(DG1), 1 700.85 m3/hm2(DG2), 2 351.18 m3/hm2(DG3), 3 001.50 m3/hm2(DG4), and routing irrigation 3 201.60 m3/hm2(GG) was conducted. [Results] (1) Height, leaf area index and relative chlorophyll content of spring maize under shallow subsurface drip irrigation increased with the increase of irrigation quota. (2) The net photosynthetic rate and the transpiration rate were both the largest in DG4, and followed in DG3. Leaf water use efficiency of DG3were higher than those in DG4and GG treatments. (3) Yield and water use efficiency of DG3treatment increased by 6.03% and 44.50% as compared with those of GG treatment. [Conclusion] Irrigation schedule with quota of 2 351.18 m3/hm2was considered as the most optimal one with respect to saving water and mulch, and increasing yield of spring maize under shallow subsurface drip irrigation.

irrigation quota; shallow subsurface drip irrigation; spring maize; growth; yield

2017-01-31

2017-02-16

國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目“東北平原西部(內(nèi)蒙古)玉米豐產(chǎn)節(jié)水節(jié)肥技術(shù)集成與示范”(2013BAD07B04); 內(nèi)蒙古民族大學(xué)科學(xué)研究項(xiàng)目(NMDYB15014); 內(nèi)蒙古民族大學(xué)博士啟動項(xiàng)目(BS328)

李媛媛(1982—),女(蒙古族),河北省唐山市人,碩士,講師,主要從事作物栽培與節(jié)水技術(shù)研究。E-mail:liyuanyuan20131128@126.com。

楊恒山(1967—),男(漢族),內(nèi)蒙古自治區(qū)興和縣人,博士,教授,主要從事作物高產(chǎn)栽培與節(jié)水理論技術(shù)研究。E-mail:yanghengshan2003@aliyun.com。

A

1000-288X(2017)02-0345-04

S274.1