北疆膜下滴灌玉米年際需水量及耗水規(guī)律

翟超，周和平，趙健

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北疆膜下滴灌玉米年際需水量及耗水規(guī)律

翟超，周和平，趙健

（新疆維吾爾自治區(qū)水利管理總站/新疆灌溉中心試驗站，烏魯木齊 830000）

【目的】探索新疆天山北部準(zhǔn)噶爾盆地南緣區(qū)膜下滴灌玉米年際需水量、氣象因素、水分生產(chǎn)率、作物系數(shù)以及生長、生理動態(tài)等變化特征，為調(diào)整區(qū)域作物種植結(jié)構(gòu)，高效節(jié)水提供理論依據(jù)。【方法】在新疆灌溉中心試驗站，通過2013—2015年3年的旱棚灌溉試驗，分析4種不同灌水定額300、375、450、525 m3·hm-2（分別用T1、T2、T3、T4表示）玉米年際內(nèi)和年際間耗水規(guī)律、作物系數(shù)及生長、生理指標(biāo)變化，采用相關(guān)分析方法，探明各氣象因素與玉米需水量的相關(guān)關(guān)系，確定影響玉米需水量變化的主要氣象因素?！窘Y(jié)果】年際內(nèi)各處理玉米總耗水量、生育階段耗水量隨灌水量增加而增大，2013年各處理（T4—T1）總耗水量為202.69、243.22、317.70、366.99 mm；2014年各處理總耗水量為293.81、372.18、466.69、537.13 mm；2015年各處理總耗水量為326.84、401.31、490.76、569.33 mm。年際間，2015年度各處理總耗水量比2014年多5.66%、4.90%、7.26%、10.11%，比2013年多35.54%、35.26%、39.39%、37.98%；2014年度各處理總耗水量比2013年多31.68%、31.92%、34.65%、31.01%。2015年平均溫度比前兩年高2.6%—3.3%，有效降雨高30.4%—31.2%，相對濕度高11.5%—12.5%。平均溫度對玉米播種至灌漿生長期需水量影響突出，線性回歸方程的決定系數(shù)均達(dá)到0.98。玉米產(chǎn)量隨灌水量的增加呈先增后減趨勢，經(jīng)優(yōu)化分析玉米生育期灌水量為3 570—6 370 m3·hm-2，產(chǎn)量可達(dá)13 061—14 929 kg·hm-2。水分生產(chǎn)率隨灌水量增加而降低，變幅5.92—1.75 kg·m-3之間。作物系數(shù)隨灌水定額增加而增大，變幅在0.51—1.18之間，3年內(nèi)作物系數(shù)在灌漿—成熟階段最大，其值為1.01，播種—出苗作物系數(shù)最小，其值為0.33。【結(jié)論】年際內(nèi)玉米各處理總耗水量差異顯著，各生育階段耗水量在拔節(jié)—抽雄、抽雄—灌漿、灌漿—成熟階段差異顯著。年際間各處理總耗水量變化差異顯著，各處理生育階段耗水量在抽雄—灌漿、灌漿—成熟階段差異顯著。氣象因素中平均溫度、有效降雨、相對濕度呈逐年增長趨勢，太陽輻射、風(fēng)速、平均溫度與需水量成正相關(guān)，相對濕度與需水量成負(fù)相關(guān)。在出苗—拔節(jié)階段，主要氣象影響因素是太陽輻射和風(fēng)速；在拔節(jié)—抽雄階段，主要氣象影響因素是相對濕度和平均溫度；在抽雄—灌漿階段，主要氣象影響因素是平均溫度。平均溫度對玉米生育階段需水量影響最大。玉米產(chǎn)量與全生育期灌水量成二次拋物線關(guān)系。玉米作物系數(shù)全生育期呈現(xiàn)單峰值變化，峰值出現(xiàn)在抽雄—灌漿期。生育期內(nèi)玉米株高隨灌水量增大而增加，全生育期呈單峰變化，峰值在抽雄期。葉面積指數(shù)峰值出現(xiàn)在灌漿期，葉綠素峰值出現(xiàn)在抽雄期。

膜下滴灌；需水量；氣象因素；水分利用效率；作物系數(shù)

0 引言

【研究意義】膜下滴灌技術(shù)在新疆快速發(fā)展，根據(jù)新疆統(tǒng)計局?jǐn)?shù)據(jù)[1]，膜下滴灌面積從2002年12萬hm2擴大到2012年的220萬hm2以上，新疆玉米種植面積從2002年50.2萬hm2增加到2012年的86.0萬hm2。準(zhǔn)噶爾盆地南緣區(qū)是北疆地區(qū)玉米主要產(chǎn)地，占全疆玉米產(chǎn)量的20%左右。新疆玉米膜下滴灌需水規(guī)律研究大部分為單年度、短周期[2-3]，玉米不同年際間需水規(guī)律和相關(guān)生理指標(biāo)及特征尚未清楚。因此研究準(zhǔn)噶爾盆地南緣區(qū)玉米生育期灌溉需水量變化、主要氣象影響因素及其規(guī)律，作物產(chǎn)量、水分利用效率、生長和生理特征與灌水量的關(guān)系具有重要意義。【前人研究進(jìn)展】氣溫對玉米生長影響較大，近50年的溫度升高趨勢為過去100年的2倍[4]。近年西北干旱區(qū)氣溫上升幅度為0.33℃·(10a)-1，其中北疆增溫幅度大于其他地區(qū)[5]。王衛(wèi)光等[6]研究表明，作物生長及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)受氣候變化影響改變的同時，必然導(dǎo)致作物耗水過程的變化，再加上氣候變異帶來的降水波動，引起灌溉需水量的變化。目前針對氣候變化對作物需水量影響的研究方有兩種，一是黃仲冬[7]、胡瑋[8]、閻苗淵[9]、羅玉峰[10]及李玉義等[11]通過收集歷史氣象資料，分析歷史年份中作物需水量變化的主要因素以及多年需水量變化趨勢；二是王衛(wèi)光[12-13]、叢振濤[14]、WANG[15]、TAO[16]、周牡丹[17]及李秀芬等[18]將歷史氣象資料與計算模型相結(jié)合，預(yù)測未來年份作物需水量變化趨勢。【本研究切入點】前人研究分析均采用FAO56-PM法計算作物灌溉需水量，本文利用實測作物需水量與氣象資料展開分析，在諸多氣象因素中找出影響該地區(qū)作物需水量變化的主要氣象因素?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本文通過2013—2015年灌溉試驗研究，探求準(zhǔn)噶爾盆地南緣區(qū)膜下滴灌玉米不同年際間耗水規(guī)律、氣象因素對玉米需水量影響、作物產(chǎn)量及生長、生理變化特征，為灌區(qū)調(diào)整種植結(jié)構(gòu)，合理配置灌溉用水，提高水利用效率提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

研究區(qū)位于新疆灌溉中心試驗站，地處昌吉市濱湖鎮(zhèn)13戶村，東經(jīng)87°18′，北緯44°01′，平均海拔600m。該區(qū)處于天山北坡沖積、洪積平原南緣，屬天山北坡帶頭屯河流域，年均降水181.7 mm，年蒸發(fā)1 739.1 mm，日照時數(shù)7.8 h，年均氣溫13.1℃，≥0℃積溫3 856.2℃，屬典型內(nèi)陸干旱性氣候。研究區(qū)地下水埋深2.5—4.5 m，棕漠土類土壤質(zhì)地為中—輕壤，0—120 cm土層土壤干容重1.46—1.65 g·cm-3，耕作層1.50—1.60 g·cm-3，0—120 cm土層田間持水量（干土重）18.8%—23.9%，耕作層20.1%—23.4%；地表與地下水礦化度3—4 g·L-1，為弱咸水，土壤全鹽小于0.2%，無鹽漬化；耕作層土壤有機質(zhì)1.59%，肥力屬中偏下水平，土壤有效氮90.84 mg·kg-1，有效磷41.63 mg·kg-1，有效鉀421.2 mg·kg-1，表現(xiàn)為缺氮少磷鉀豐富特點。試驗研究區(qū)建有2組地下廊道防雨棚式測坑設(shè)施，其中1組具有土壤水分、土壤溫度、土壤鹽分自動采集的自動化設(shè)施，能適應(yīng)不同灌溉試驗設(shè)計需要。測坑設(shè)施總面積604 m2，每組測坑面積301.54 m2（長32.25 m，寬9.35 m），試驗處理小區(qū)24個，以廊道為中心，兩側(cè)分布12個試驗處理小區(qū)，小區(qū)面積6.67 m2（長3.3 m×寬2 m），2組測坑共計48個試驗處理小區(qū)。

1.2 試驗材料及設(shè)計

供試品種為當(dāng)?shù)爻Ｓ糜衩灼贩N華西146，2013年4月24日播種，8月26日收獲；2014年4月29日播種，9月18日收獲；2015年4月22日播種，9月18日收獲。灌水周期、次數(shù)、施肥及病蟲害防治均按當(dāng)?shù)胤绞焦芾?，灌水周期?0 d/次，關(guān)鍵生育期（拔節(jié)—灌漿）5 d/次，2013年灌水8次，2014、2015年灌水11次。按照當(dāng)?shù)胤N植方式布置，一膜兩管四行，膜寬125 cm，株距30 cm、行距20 cm，滴灌帶間距100 cm，留苗密度為80 000株/hm2。采用迷宮式滴灌帶，滴頭間距20 cm，設(shè)計滴頭流量為2.4×10-3m3·h-1，用水表控制灌水量。試驗設(shè)計按《灌溉試驗規(guī)范》（SL 13-2004）要求，采用灌水定額單因素，作物全生育期設(shè)置4個處理水平，分別是300、375、450、525 m3·hm-2（下文用T1、T2、T3、T4表示），當(dāng)?shù)爻Ｓ霉嗨~已包含其中，3次重復(fù)，隨機區(qū)組排列（表1）。

表1 灌溉試驗設(shè)計

1.3 測定項目與方法

1.3.1 土壤水分測定 采用TRIME水分儀分別在播種前、收獲后、灌水前，灌水后按20 cm分層測定0—120 cm土壤含水率。每個小區(qū)布設(shè)兩根測管，位于測坑長邊中軸線三分之一和三分之二位置。耗水量按照水量平衡公式計算：

=++——（1）

式中，為有效降雨量，mm；為灌水量，mm；為地下水補給量，mm；為深層滲漏量，mm；為土壤儲水量的變化量，mm。在有底測坑和防雨棚的條件下，，=0。滴灌條件下，采用測坑排水裝置測定深層滲漏量，其值很小，固深層滲漏量可以忽略不計。故上面的公式（1）可以寫成：

=—（2）

1.3.2 氣象因素測定 2013—2015年玉米生育期各項氣象指標(biāo)由站內(nèi)自動氣象站測定。其中有效降雨的計算本文采用美國國家灌溉工程手冊推薦的有效降水量分析方法[19-22]：

=0.531747+0.295164—0.0567972+ 0.0038043（4）

式中，P為月平均有效降水量，in；P為月平均降水量，in；ET為月平均作物蒸散量，in；為土壤水分貯存因子；為可使用的土壤貯水量，in，項通常取為作物根區(qū)的土壤有效持水量的40%—60%，取決于滴灌管理措施。

1.3.3 作物產(chǎn)量及特征值測定 作物成熟后，各小區(qū)取具有代表性長勢基本一致的連續(xù)10株進(jìn)行考種?？挤N指標(biāo)包括有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、千粒重。測產(chǎn)采取小區(qū)單打單收方法測定。

1.3.4 水分利用效率的計算 水分利用效率的計算公式[23]為

WUE=Y/ET（4）

式中，為水分利用效率Y為玉米產(chǎn)量，kg·hm-2；ET為生育期間實際耗水量，mm。

1.3.5 作物系數(shù)的計算 作物系數(shù)K是計算作物需水量的重要參數(shù)，其計算式可用實測作物蒸發(fā)蒸騰量與同時間段內(nèi)參考作物蒸發(fā)蒸騰量ET（整理3年氣象數(shù)據(jù)，利用彭曼公示進(jìn)行計算）的比值表示。

K=ET/ET（5）

1.3.6 作物生長、生理指標(biāo)測定 采用直尺測量生育期株高、葉面積，用SPAD-502Plus便攜式葉綠素儀測定作物葉綠素。株高、葉面積和葉綠素每10 d觀測一次，關(guān)鍵生育期5 d一次。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析方法

利用SPSS19.0對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性檢驗和相關(guān)分析，采用Excel 2007繪制圖標(biāo)。

2 結(jié)果

2.1 玉米膜下滴灌生育期耗水規(guī)律

表2為不同試驗處理玉米生育期耗水量，分析可知，年際內(nèi)不同灌水處理玉米總耗水量隨灌水量增加而增大，各年份T4處理比T3、T2和T1處理分別高13.11%—13.80%、29.51%—33.73%和42.59%—45.30%，T3處理比T2和T1分別高18.23%—23.44%和33.40%—37.04%，T2處理比T1高16.66%—21.06%。

不同灌水處理玉米年際內(nèi)生育階段耗水量隨灌水量增加而增大，在拔節(jié)—抽雄、抽雄—灌漿、灌漿—成熟階段差異顯著。拔節(jié)—抽雄階段各年份T4處理階段耗水量比T3、T2和T1處理分別高15.51%—21.07%、26.55%—40.18%和37.84%—57.89%，T3處理比T2和T1分別高9.38%—24.20%和26.43%—46.65%，T2處理比T1高13.78%—29.61%。抽雄—灌漿階段各年份T4處理階段耗水量比T3、T2和T1處理分別高13.63%—22.63%、34.82%—43.18%和42.99%—48.80%，T3處理比T2和T1分別高18.06%—34.21%和28.33%—40.71%，T2處理比T1高9.37%—12.54%。灌漿—成熟階段各年份T4處理階段耗水量比T3、T2和T1處理分別高2.50%—15.86%、18.87%—50.43%和38.48%—55.31%，T3處理比T2和T1分別高15.91%—41.09%和36.23%—46.89%，T2處理比T1高9.85%—27.37%。

各處理生育階段耗水模數(shù)變化規(guī)律為播種—出苗階段耗水模數(shù)為1.86%—5.86%，出苗—拔節(jié)階段為10.14%—20.88%，拔節(jié)—抽雄階段為16.60%—35.26%，抽雄—灌漿階段為21.63%—29.13%，灌漿—成熟階段為17.52%—46.10%。各處理玉米日耗水強度為播種—出苗階段耗水強度0.88—2.93 mm·d-1；出苗—拔節(jié)階段耗水強度0.70—2.01 mm·d-1，拔節(jié)—抽雄階段，氣溫升高，植株營養(yǎng)生長旺盛，耗水強度達(dá)最大，為2.38—7.55 mm·d-1，抽雄—灌漿階段，為2.37—9.21 mm·d-1，灌漿—成熟階段，植株葉片逐漸凋零，耗水強度下降為1.92—6.70 mm·d-1，全生育期玉米平均日耗水強度變化范圍1.70—4.76 mm·d-1。

年際間，各處理總耗水量變化差異顯著，2015年度各處理（T4—T1）總耗水量比2014年多5.66%、4.90%、7.26%、10.11%，比2013年多35.54%、35.26%、39.39%、37.98%；2014年度各處理（T4—T1）總耗水量比2013年多31.68%、31.92%、34.65%、31.01%。年際間，各處理生育期耗水量變化在抽雄—灌漿、灌漿—成熟階段差異顯著。在抽雄—灌漿階段，2015年各處理（T4—T1）階段耗水量比2014年多16.14%、13.78%、3.81%、7.17%，比2013年多44.17%、37.67%、44.17%、44.49%；2014年各處理（T4—T1）階段耗水量比2013年多33.42%、27.71%、41.96%、40.20%。在灌漿—成熟階段，2015年各處理（T4—T1）階段耗水量比2014年多19.57%、18.72%、24.27%、27.46%，比2013年多62.29%、67.11%、76.96%、72.61%。2014年各處理（T4—T1）階段耗水量比2013年多53.12%、59.54%、69.58%、62.24%。

以上分析看出，年際內(nèi)玉米生育期總耗水量隨灌水量增加而增大，各處理間耗水量差異顯著；年際內(nèi)各處理生育期階段耗水量，在拔節(jié)—抽雄、抽雄—灌漿、灌漿—成熟階段耗水量差異均顯著，這是由于灌溉處理水平不同引起，且在抽雄—灌漿階段差異最大，說明這一時期玉米對水分需求敏感。年際間各處理總耗水量變化呈逐年上升趨勢，2015年總耗水量最高；2013年玉米耗水量比2015、2014年少，主要原因是灌水次數(shù)較后兩年少3次。2015年總耗水量比2014年多，其原因是受氣象因素影響，在抽雄—成熟階段，2015年同期氣溫、太陽輻射較2014年高，玉米耗水增加。

表2 2013—2015年各處理玉米耗水規(guī)律匯總

不同小寫字母表示同一階段下不同灌溉處理間0.05水平差異顯著。下表同

Different lowercase letters indicate significant differences under different irrigation treatments at 0.05 level. The same as below

2.2 作物生長年份氣象因素變化

由表3看出，氣象因素中平均溫度、有效降雨、相對濕度呈逐年增長趨勢，2015年平均溫度比前兩年高2.6%—3.3%，有效降雨高30.4%—31.2%，相對濕度高11.5%—12.5%。3年氣象數(shù)據(jù)平均溫度的峰值出現(xiàn)在灌漿—成熟階段，風(fēng)速的峰值出現(xiàn)在播種—出苗階段，有效降雨的峰值出現(xiàn)在出苗—拔節(jié)階段，太陽輻射的峰值出現(xiàn)在拔節(jié)—抽雄階段，相對濕度的峰值出現(xiàn)在抽雄—灌漿階段。3年中，屬2015年氣候變化最大，在關(guān)鍵生育期（灌漿—成熟階段）持續(xù)10 d出現(xiàn)高溫天氣，平均氣溫比前兩年同期高出6.21℃和4.93℃，有效降雨集中在出苗—拔節(jié)、灌漿—成熟后期，屬于“暖濕型”氣候；2013年相對濕度較2015年少12.50%，太陽輻射較2015年高3.1%，屬“暖干型”氣候。

表3 2013—2015年玉米不同生育期氣象要素變化

2.3 氣象因素變化對玉米各生育期需水量的影響

采用Pearson相關(guān)分析法，對2013—2015年氣象要素與玉米生育期需水量相關(guān)分析，由表4結(jié)果看出，不同氣象要素與各生育期需水量相關(guān)性不同，太陽輻射、風(fēng)速、平均溫度與需水量成正相關(guān)，相對濕度與需水量成負(fù)相關(guān)，相關(guān)顯著（a=0.05）。影響生育階段灌溉需水量變化的主要氣象要素不同，在出苗—拔節(jié)階段，主要氣象影響因素是太陽輻射和風(fēng)速；在拔節(jié)—抽雄階段，主要氣象影響因素是相對濕度和平均溫度；在抽雄—灌漿階段，主要氣象影響因素是平均溫度。由于處理在雨棚下試驗，有效降雨因素影響不顯著。采用線性逐步回歸法分析氣象要素對玉米播種至灌漿生長期需水量影響，結(jié)果表明，平均溫度變化影響突出，線性回歸方程的決定系數(shù)均達(dá)到0.98。結(jié)合作物耗水規(guī)律分析可知，影響玉米需水量的主要氣象因素是平均溫度，生育期平均溫度提高直接影響玉米蒸散量，蒸散量增加，玉米耗水增多，需水量增加。

2.4 作物系數(shù)分析

3年間玉米各處理作物系數(shù)，隨著灌水定額增加而增大，全生育期作物系數(shù)的值在0.51—1.18變化（表5）。各生育階段作物系數(shù)表現(xiàn)為播種—出苗階段作物系數(shù)0.20—0.41，出苗—拔節(jié)階段作物系數(shù)0.30—0.68，拔節(jié)—抽雄階段作物系數(shù)0.53—1.54，抽雄—灌漿階段作物系數(shù)0.47—1.91，灌漿—成熟階段作物系數(shù)0.43—1.53。3年內(nèi)作物系數(shù)在灌漿—成熟階段最大，其值為1.01，播種—出苗作物系數(shù)最小，其值為0.33。

表4 玉米不同生育階段灌溉需水量與氣象要素的相關(guān)系數(shù)

*為0.05水平（雙側(cè)）上顯著相關(guān)Significant correlation was on the 0.05 level (bilateral)

表5 2013—2015年玉米各生育階段作物系數(shù)

由圖1可發(fā)現(xiàn)，生育期內(nèi)作物系數(shù)程單峰變化，不同年份峰值出現(xiàn)時期不同，2013、2014年峰值為拔節(jié)—抽雄階段，2015年峰值出現(xiàn)在抽雄—灌漿階段。通過分析氣象數(shù)據(jù)得知，2015年抽雄—灌漿階段最高氣溫達(dá)45.2℃，受氣溫影響，此階段玉米參考作物蒸騰量與實際耗水量相關(guān)較大。同時該階段耗水量分別比2013、2014年同期高42.5%、11.4%。耗水強度也高于其他年份。

2.5 生長指標(biāo)與生理指標(biāo)分析

由表6可知各處理玉米株高、葉面積指數(shù)和葉綠素在全生育不同階段差異顯著，在同一生育階段差異較顯著。各處理玉米株高隨灌水量增大而增加，全生育期呈單峰變化，峰值在抽雄期。葉面積指數(shù)峰值出現(xiàn)在灌漿期，葉綠素峰值出現(xiàn)在抽雄期，此時是玉米營養(yǎng)生長旺盛期。全生育期T3處理葉面積指數(shù)高于其他處理，較高的葉面積指數(shù)提高了玉米光合作用，有利于生殖生長階段有機物積累。

2.6 水分利用效率分析

表7和圖2為2013—2015年灌水量與產(chǎn)量、水分利用率分析結(jié)果。不同灌水量處理玉米產(chǎn)量差異較顯著。3年中最高產(chǎn)量對應(yīng)的灌水定額均為450 m3·hm-2，最低產(chǎn)量對應(yīng)的灌水定額均為300 m3·hm-2，T3處理比T4、T2和T1處理產(chǎn)量分別高4.08%—9.18%、8.10%—44.80%和8.03%—43.58%。各處理產(chǎn)量與生育期灌水量成二次曲線關(guān)系，隨灌水量的增加產(chǎn)量先增后減，經(jīng)優(yōu)化分析玉米生育期灌水量3 570—6 370 m3·hm-2，產(chǎn)量可達(dá)13 061—14 929 kg·hm-2。水分利用效率隨灌水量增加而降低，變幅5.92—1.75 kg·m-3。

圖1 膜下滴灌玉米作物系數(shù)

表6 2013-2015年玉米株高、葉面積指數(shù)、葉綠素與灌水定額關(guān)系

圖2 玉米灌水量與產(chǎn)量關(guān)系

表7 2013—2015年膜下滴灌條件下不同水分處理玉米產(chǎn)量指標(biāo)和水分利用效率

3 討論

準(zhǔn)噶爾盆地南緣區(qū)玉米全生育內(nèi)平均氣溫呈上升趨勢，玉米需水量隨氣溫的升高也逐年增加，玉米達(dá)到高產(chǎn)的需水量為461—637 mm，這與肖俊夫等[24]研究相一致。張國強等[3]、劉占東等[25]對玉米需水規(guī)律研究表明，玉米全生育期耗水量隨灌溉定額的增大而增大，玉米階段耗水量表現(xiàn)為生育前期少、中后期多的變化趨勢，在各階段中，灌溉定額大的處理耗水量和耗水強度相對較大，變化趨勢與本文研究相似。BOZKURT等[26]在10 370 kg·hm-2產(chǎn)量水平下研究表明，隨著灌溉量的增加，玉米的產(chǎn)量也相應(yīng)增加，整體呈拋物線趨勢，與本文結(jié)論一致。王增麗等[27]研究表明，不同灌溉定額對春玉米穗長影響不顯著，對百粒重影響顯著，與本研究結(jié)論相近。杜加強等[28]研究表明，相對濕度是影響作物參考蒸散量主要因素，由于相對濕度的顯著增加造成土壤濕度增加，同時降低田間溫度，減小蒸發(fā)，對田間節(jié)水起到了持續(xù)保墑的關(guān)鍵性作用。也有學(xué)者研究表明作物水分變化主要受日照和風(fēng)速影響[29-31]。主要是由于日照減少使到達(dá)地面的能量減弱，導(dǎo)致地面蒸發(fā)減少；風(fēng)速降低會使空氣與土壤中的水分交換強度變低，有利于土壤水分的保持。前人研究大部分是基于作物全生育期，而本文細(xì)化到玉米的每個生育階段，研究影響玉米各生育階段需水量的主要氣象因素，使結(jié)果更加全面準(zhǔn)確，為下一步開展玉米生產(chǎn)中各階段水分優(yōu)化管理，實現(xiàn)玉米高產(chǎn)節(jié)水，提供依據(jù)。黃仲冬等[7]、閻苗淵等[9]研究表明，是影響作物需水量變化的主要氣象因素，而本文研究表明，在影響玉米需水量諸多氣象因素中，氣溫的影響最為突出。李正國等[32]、李輝等[33]研究表明，玉米是對氣溫要求較高、對氣候變化較敏感的作物，其生長季農(nóng)業(yè)氣候資源的變化勢必影響玉米的生育期長度及發(fā)育過程，進(jìn)而影響玉米產(chǎn)量。當(dāng)前，北疆增溫幅度大于其他地區(qū)[5]，對玉米增產(chǎn)而言是有力條件，可適當(dāng)調(diào)整作物種植結(jié)構(gòu)，增加玉米種植面積。北疆灌溉試驗站網(wǎng)已在建設(shè)當(dāng)中，站點覆蓋主要灌區(qū)，利用各站點多年氣象數(shù)據(jù)，結(jié)合作物實測需水量，研究不同區(qū)域氣象因素對作物需水規(guī)律與產(chǎn)量的影響，建立新時期不同作物需水量數(shù)據(jù)庫，將是下一步工作重點。

4 結(jié)論

年際內(nèi)，各處理玉米生育期總耗水量、生育階段耗水量均隨灌水量增加而增大，不同灌水處理玉米總耗水量差異均顯著。受不同灌溉處理和年際氣象因素影響，玉米階段耗水量在拔節(jié)—抽雄、抽雄—灌漿、灌漿—成熟階段差異顯著。各處理均在抽雄—灌漿階段差異最大，說明這一時期水分需求敏感。年際間，各處理總耗水量變化差異顯著，各處理生育階段耗水量變化在抽雄—灌漿、灌漿—成熟階段差異顯著。

3年中，2015年氣候變化最大，平均氣溫高于前兩年同期溫度，有效降雨集中在出苗—拔節(jié)期和灌漿—成熟后期，屬于“暖濕型”氣候；2013年相對濕度較2015年少12.50%，太陽輻射較2015年高3.1%，屬“暖干型”氣候。氣象因素中，太陽輻射、風(fēng)速、平均溫度與需水量成正相關(guān)，相對濕度與需水量成負(fù)相關(guān)。在出苗—拔節(jié)階段，主要氣象影響因素是太陽輻射和風(fēng)速；在拔節(jié)—抽雄階段，主要氣象影響因素是相對濕度和平均溫度；在抽雄—灌漿階段，主要氣象影響因素是平均溫度。其中有效降雨、平均溫度、相對濕度呈逐年增長趨勢。平均溫度對玉米生育期需水量影響最大。

玉米產(chǎn)量與全生育期灌水量成二次拋物線關(guān)系。玉米作物系數(shù)大小表現(xiàn)為抽雄—灌漿＞灌漿—成熟＞拔節(jié)—抽雄＞出苗—拔節(jié)＞播種—出苗，全生育期呈現(xiàn)單峰值變化，峰值出現(xiàn)在抽雄—灌漿期。生育期內(nèi)玉米株高隨灌水量增大而增加，全生育期呈單峰變化，峰值在抽雄期。葉面積指數(shù)峰值出現(xiàn)在灌漿期，葉綠素峰值出現(xiàn)在抽雄期。膜下滴灌玉米全生育期灌溉定額為461—637 mm，灌水次數(shù)9—11次，其中苗期2次，拔節(jié)期2次，抽雄期2—3次，灌漿期3—4次，平均灌水周期10 d（抽雄、灌漿期5 d一次）。

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（責(zé)任編輯 楊鑫浩）

Experimental Study on Inter-Annual Water Requirement and Water Consumption of Drip Irrigation Maize in North of Xinjiang

ZHAI Chao, ZHOU HePing, ZHAO Jian

(Xinjiang Uygur Autonomous Region Water Resources Management Station/Xinjiang Irrigation Central Experiment Station, Urumqi 830000 )

【Objective】 The objective of this experiment is to explore the annual water demand of maize, meteorological factors, water productivity, crop coefficient and characteristics of growth and physiological dynamicsof maize cultivated by using drip irrigation under membrane in the northern Tianshan area in the south edge of Zhunggar Basin in Xinjiang, and to provide a theoretical basis for adjusting regional crop planting structure and saving water.【Method】At the Xinjiang Irrigation Centeral Experimental Station, Four different irrigation quotas of 300, 375, 450, and 525 m3·hm-2(denoted by T1, T2, T3, T4, respectively) were analyzed in a 3-year irrigation test carried out in 2013-2015. The correlations between the meteorological factors and the water demand of maize were studied by using the correlation analysis method to determine the water requirement, the crop coefficient, the growth index and the physiological index of maize. Changes of the main meteorological factors were also studied. 【Result】The total water consumption of maize in the interannual period increased with the increase of irrigation amount. The total water consumption in different treatments was 202.69, 243.22, 317.70 and 366.99 mm in 2013, that was 293.81, 372.18, 466.69, and 537.13 mm in 2014, and that was 326.84, 401.31 , 490.76 and 569.33 mm in 2015, respectively. The total annual water consumption in 2015 was 5.66%, 4.90%, 7.26% and 10.11% higher than that in 2014, 35.54%, 35.26%, 39.39% and 37.98% higher than that in 2013. In 2014, water consumption was 31.68%, 31.92%, 34.65% and 31.01% higher than that in 2013. The average temperature in 2015 was 2.6%-3.3% higher than that in the previous two years, the effective rainfall was 30.4%-31.2% more than that in the previous two years, and the relative humidity was 11.5%-12.5% higher. The average temperature had a significant effect on the water demand from sowing to grain filling, and the coefficient of determination of linear regression equation was 0.98. The irrigation amount in the growing period was 3 570-6 370 m3·hm-2, and the yield was 13 061-14 929 m3·hm-2. The yield of maize was increased first and then decreased with the increase of irrigation amount. Water productivity decreased with the increase of irrigation volume, ranging from 5.92 to 1.75 kg·m-3. The coefficient of crop increases with the increase of irrigation quota, and the range is between 0.51-1.18. The crop coefficient in the three years was the highest at the grain filling-maturing stages, and its value was 1.01. The sowing-emergence coefficient was the smallest.【Conclusion】 There were significant differences in the total water consumption of maize in the inter-annual period, and the water consumption in the growth period was significant at the stages of jointing-tasseling, tasselling-grouting, and grouting-maturing. There were significant differences in the total water consumption between treatments at different stages, and the water consumption at each growth stage was significantly different between tassel-filling stage, filling stage and maturity stage. The average temperature, effective rainfall and relative humidity of meteorological factors are increasing year by year. Solar radiation, wind speed and average temperature are positively correlated with water demand, and relative humidity is negatively correlated with water requirement. At the jointing-tapping stage, the main meteorological factors are relative humidity and average temperature; At the tassel-grouting stage, the main meteorological factors are the average temperature. The main meteorological factors are solar radiation and wind speed. The average temperature had the greatest influence on water requirement in the maize growing period. The relationship between maize yield and irrigation amount in the whole growth period is quadratic parabola. The whole growth period of maize showed a single-peak change, and the peak appeared at tassel-filling stage. During the growing period, the plant height of maize increased with the increase of irrigation amount, the whole growth period showed a single peak change, and the peak value was at tasseling stage. The peak value of leaf area index appeared at grain filling stage, and chlorophyll peak appeared at tasseling stage.

drip irrigation under film; water demand; meteorological factor; water use efficiency; crop coefficient

2016-09-08；接受日期：2017-04-12

新疆水利科技專項（2013G02）

翟超，E-mail：494419789@qq.com。通信作者周和平，E-mail：xjslzhp@126.com