寒地黑土區(qū)噴灌條件下玉米生長(zhǎng)和耗水量試驗(yàn)研究

孟 巖，鄭文生，孫艷玲

(黑龍江省水利科學(xué)研究院，黑龍江 哈爾濱 150080)

我國(guó)玉米種植分布廣泛，氣候差異懸殊，生育期內(nèi)降雨量和蒸發(fā)量差別很大，需要因地制宜制定不同的灌溉制度[1]。我國(guó)北方地區(qū)，在玉米的生長(zhǎng)生育階段都存在不同程度的缺水問(wèn)題，需要實(shí)施灌溉。黑龍江省地處寒地玉米種植區(qū)，玉米播種期在4月下旬—5月上旬，該時(shí)期季節(jié)性缺水嚴(yán)重，一般需要補(bǔ)充灌溉，以增加土壤墑情。灌水是保證適時(shí)播種和出苗的關(guān)鍵，為苗期生長(zhǎng)提供適宜的水分條件[2-3]。苗期一般為5月中旬—6月中旬，濕潤(rùn)年份降水能夠滿足該時(shí)期需水要求，一般年份及干旱年份需要進(jìn)行灌水，保證苗期正常生長(zhǎng)。拔節(jié)期處于6月下旬—7月上旬，莖葉生長(zhǎng)迅速，光合作用加強(qiáng)，結(jié)實(shí)器官逐步形成，該時(shí)期旱、雨季相交，易發(fā)生干旱，需根據(jù)墑情需要灌水。抽穗期籽粒逐步形成，需水量達(dá)到全生育期的最高峰，新陳代謝極強(qiáng)，對(duì)水分最為敏感，是需水關(guān)鍵期。灌漿期莖葉養(yǎng)分向籽粒輸送，是籽粒形成的主要時(shí)期，需要足夠的水分，此期缺水受旱將會(huì)影響植株養(yǎng)分輸送，降低產(chǎn)量。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)在黑龍江省灌溉試驗(yàn)中心站進(jìn)行。試驗(yàn)中心地處東經(jīng)125°45′，北緯45°22′，屬中溫帶大陸季風(fēng)性氣候，1999—2017年年平均氣溫在-4～5 ℃之間，降雨量400～650 mm。2017年生育期平均氣溫19.5 ℃，各月平均氣溫見(jiàn)表1。試驗(yàn)在測(cè)坑內(nèi)進(jìn)行，測(cè)坑長(zhǎng)2.5 m，寬2.0 m。根據(jù)國(guó)際制土壤質(zhì)地分類標(biāo)準(zhǔn)，土壤類型為黑土，0～80 cm剖面土壤均為粉壤土，平均干容重為1.34 g/cm3，平均飽和含水率為46 %，田間持水率為36 %，分層土壤物理特性見(jiàn)表2。

表1 玉米生育期內(nèi)月平均氣溫 ℃

表2 土壤物理特性

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試品種為東富1號(hào)。5月1日統(tǒng)一播種，試驗(yàn)采用常規(guī)種植，種植密度為4.95萬(wàn)株/hm2，9月28日收獲測(cè)產(chǎn)。本試驗(yàn)主要針對(duì)拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期進(jìn)行灌溉試驗(yàn)處理，對(duì)生育期土壤水分控制分為處理1、處理2、處理3及CK，CK為當(dāng)?shù)夭还喔茸匀簧L(zhǎng)的對(duì)照處理，每個(gè)處理設(shè)3次重復(fù)，共12個(gè)試驗(yàn)小區(qū)，具體試驗(yàn)設(shè)計(jì)見(jiàn)表3，通過(guò)測(cè)定土壤含水量來(lái)確定灌水時(shí)間，灌水時(shí)采用噴頭噴灌，水表計(jì)量，計(jì)劃濕潤(rùn)層深度拔節(jié)期為40 cm，抽穗期和灌漿期為60 cm。

表3 試驗(yàn)處理

注：表中數(shù)據(jù)為土壤體積含水量占田間持水量的百分比

1.3 試驗(yàn)觀測(cè)內(nèi)容

降雨量、0～60 cm土壤水分測(cè)定、株高、葉面積、測(cè)產(chǎn)和考種。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同試驗(yàn)處理對(duì)玉米葉面積的影響

表4為玉米不同生育期劃分情況，不同處理?xiàng)l件下各生育期葉面積變化見(jiàn)圖1。

表4 玉米生育期情況

圖1 不同處理?xiàng)l件下各生育期葉面積

從不同生育期玉米葉面積變化可以看出，在玉米前期生長(zhǎng)階段，由于植株較小，對(duì)水分需求也相對(duì)較小，所以各灌溉處理株高長(zhǎng)勢(shì)狀況差異并不大[4-5]，進(jìn)入拔節(jié)期后，玉米的葉面積增長(zhǎng)較快，拔節(jié)期之后到灌漿期前期，玉米葉片的生長(zhǎng)處于較為平穩(wěn)的增長(zhǎng)，且處理3的玉米在灌漿期已經(jīng)出現(xiàn)葉片面積減小的情況，說(shuō)明這時(shí)葉片開(kāi)始萎縮。從四個(gè)處理對(duì)比來(lái)看，處理3的玉米葉片整體生長(zhǎng)比較快，CK處理葉片相對(duì)較小且生長(zhǎng)較慢。這說(shuō)明在生育期適當(dāng)?shù)募哟笏謺?huì)增加葉片面積，加速葉片的生長(zhǎng)過(guò)程。

2.2 不同試驗(yàn)處理對(duì)玉米株高的影響

圖2為不同試驗(yàn)處理?xiàng)l件下玉米株高生長(zhǎng)情況。綜合分析株高與灌水量的關(guān)系可知，在苗期及拔節(jié)期，玉米株高生長(zhǎng)較為平穩(wěn)，在拔節(jié)期之后，玉米株高開(kāi)始快速增長(zhǎng)，各處理株高長(zhǎng)勢(shì)增加幅度明顯，并且隨著植株生長(zhǎng)，對(duì)水分的需求越來(lái)越大，水分成為制約玉米生長(zhǎng)的主要因素[6]；到灌漿期，玉米株高生長(zhǎng)速度減慢，漸漸趨于平穩(wěn)。從四個(gè)處理對(duì)比來(lái)看，處理1、處理2、處理3的玉米株高在整個(gè)生育期都略高于CK對(duì)照組，說(shuō)明在各階段適當(dāng)增大灌水會(huì)使玉米株高增大，但不同時(shí)期增大灌水量對(duì)玉米成熟期株高影響并不十分明顯。

圖2 不同處理?xiàng)l件下玉米株高

2.3 不同試驗(yàn)處理下產(chǎn)量及其指標(biāo)分析

表5為不同試驗(yàn)處理下玉米產(chǎn)量指標(biāo)情況，從表中可以看出拔節(jié)期增大灌水量，玉米穗長(zhǎng)、10穗籽粒重、籽實(shí)水分和畝產(chǎn)均增大。抽穗期增大灌水量，玉米百粒重減小，禿尖長(zhǎng)、10穗籽粒重、籽實(shí)水分和畝產(chǎn)增大。灌漿期增大灌水量，玉米禿尖長(zhǎng)和百粒重減小，對(duì)作物畝產(chǎn)影響不大。

2.4 不同試驗(yàn)處理下耗水量及耗水規(guī)律

運(yùn)用公式(1)水量平衡的方法推求作物耗水量，得到玉米耗水量見(jiàn)表6。

表5 不同試驗(yàn)處理?xiàng)l件下產(chǎn)量指標(biāo)

ET=M+P+G+W0

(1)

式中：M為作物生育期內(nèi)凈灌溉用水量，mm；P為生育期內(nèi)有效降水量，mm；G為生育期內(nèi)地下水補(bǔ)給量，mm；W0為作物生育期始末土壤含水量之差，mm。

表6 不同試驗(yàn)處理下玉米耗水量和水分生產(chǎn)率

噴灌盡管產(chǎn)量較充分，灌溉處理略低，但由于耗水量也低，水分利用率反而高于充分灌溉處理[7]。從整個(gè)生育期來(lái)看，作物在抽穗期耗水量最小，灌漿期耗水量最大，這是由于不同生育期長(zhǎng)短和生育期內(nèi)降雨量不同所致。抽穗期到灌漿期玉米轉(zhuǎn)入旺盛的生殖生長(zhǎng)和產(chǎn)量形成階段[8]。不同試驗(yàn)處理玉米生育期總耗水量相差不大，試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明在玉米拔節(jié)期加大灌水，生育期內(nèi)總耗水量最小，玉米耗水量最高階段出現(xiàn)在灌漿期，這和此階段氣溫較高、作物代謝較快有關(guān)，在玉米拔節(jié)期和抽穗期加大灌水會(huì)有效提高玉米產(chǎn)量，處理1是在玉米灌漿期高水處理，灌漿期后玉米產(chǎn)量基本形成，對(duì)水分敏感程度降低[9]，此階段加大灌水對(duì)提高玉米產(chǎn)量影響不大。處理3在玉米拔節(jié)期加大灌水后，不僅提高玉米產(chǎn)量，而且能降低生育期內(nèi)總耗水量，提高水分生產(chǎn)率，在本次試驗(yàn)中處理3效果最佳。

3 結(jié) 論

(1)玉米苗期葉面積增長(zhǎng)較快，之后葉片生長(zhǎng)處于較為平穩(wěn)的增長(zhǎng)，拔節(jié)期株高增長(zhǎng)較快，不同時(shí)期增大灌水量對(duì)玉米成熟期株高影響并不十分明顯。

(2)拔節(jié)期灌水，玉米穗長(zhǎng)增大；抽穗期灌水，玉米禿尖長(zhǎng)增大，百粒重減小；灌漿期灌水，玉米禿尖長(zhǎng)減小，百粒重減小。

(3)在玉米拔節(jié)期加大灌水，生育期內(nèi)總耗水量最小，玉米拔節(jié)期和抽穗期加大灌水會(huì)有效提高玉米產(chǎn)量，灌漿期高水處理對(duì)提高玉米產(chǎn)量影響不大。本試驗(yàn)處理3為最優(yōu)試驗(yàn)處理，此結(jié)論只是針對(duì)一年試驗(yàn)結(jié)果，還有待進(jìn)一步驗(yàn)證，還需根據(jù)不同水文年型進(jìn)一步優(yōu)化。