濱海鹽堿地滴灌玉米生長指標(biāo)及產(chǎn)量研究

王寧，葉瀾濤,2,3,通信作者，周青云,2,3，李松敏,2,3，劉帆,2,3

濱海鹽堿地滴灌玉米生長指標(biāo)及產(chǎn)量研究

王寧1，葉瀾濤1,2,3,通信作者，周青云1,2,3，李松敏1,2,3，劉帆1,2,3

（1. 天津農(nóng)學(xué)院 水利工程學(xué)院，天津 300384；2. 中美生態(tài)農(nóng)業(yè)與水環(huán)境保護(hù)國際聯(lián)合研究中心，天津 300384；3. 天津市農(nóng)業(yè)水利工程技術(shù)工程中心，天津 300384）

以玉米為試材，采用覆膜、無覆膜對比處理及不同灌水定額（40、70 mm）處理，于2017年4—8月在天津市濱海鹽堿地進(jìn)行試驗(yàn)，分析了滴灌玉米的生長及產(chǎn)量變化規(guī)律。結(jié)果表明：隨著生育期的推進(jìn)，玉米的株高、莖粗、葉面積指數(shù)呈現(xiàn)平穩(wěn)的變化趨勢。不同灌水量不同覆膜條件下，玉米生長指標(biāo)變化不同。拔節(jié)期，4種處理差異顯著，具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，覆膜玉米較不覆膜玉米的株高、莖粗和葉面積生長迅速；抽雄期，株高、莖粗和葉面積指數(shù)覆膜比不覆膜小，覆膜能夠抑制玉米的營養(yǎng)生長，提高植株抗倒伏能力，并延長了植株生殖生長的時間，提高了玉米產(chǎn)量。采用Logistic曲線建立鹽堿地玉米株高、莖粗和葉面積指數(shù)生長模擬曲線，各處理檢驗(yàn)結(jié)果在78～477之間，擬合方程顯著，擬合曲線與實(shí)測值都較接近，呈現(xiàn)較好的拉長S形曲線，比較符合Logistic曲線的變化規(guī)律。玉米產(chǎn)量構(gòu)成因素包括有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和百粒重。在產(chǎn)量因素方面，覆膜處理均高于不覆膜處理，覆膜與不覆膜的玉米產(chǎn)量構(gòu)成因素差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

生長指標(biāo)；產(chǎn)量；玉米；滴灌

目前全球鹽堿土面積約10 億 hm2，約占世界陸地面積的 7.6%。我國為鹽堿地大國之一，鹽漬地面積約占耕地面積的 10%。土壤鹽堿化已經(jīng)成為當(dāng)今世界最嚴(yán)重的危害之一。天津作為濱海城市，其土壤鹽堿化問題嚴(yán)重，是全國最嚴(yán)重的缺水城市之一，鹽堿地的治理及水資源有效利用成為重點(diǎn)研究問題。

玉米地膜覆蓋技術(shù)在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上已經(jīng)普及30多年，是一種成熟的高產(chǎn)栽培技術(shù)。滴灌技術(shù)在玉米生產(chǎn)上推廣應(yīng)用從2007年起開始提速。目前已形成將滴灌與地膜覆蓋兩種栽培形式有機(jī)結(jié)合的膜下滴灌玉米高產(chǎn)栽培技術(shù)。很多學(xué)者研究了鹽堿地膜下滴灌玉米的生長、生理和水分鹽分利用情況，以尋找更適合于鹽堿地的灌溉和栽培方式[1-5]。本研究以玉米為試材，采用覆膜及不覆膜兩種處理，設(shè)置不同灌水定額，研究滴灌條件下天津市濱海鹽堿地玉米生長情況，以對該地區(qū)鹽堿地的有效治理提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于天津市津南區(qū)葛沽鎮(zhèn)，試驗(yàn)區(qū)面積為50 m×9.3 m，東經(jīng)117°14′32′′～117°33′10′′，北緯38°50′02′′～39°04′32′′。該區(qū)位于華北地區(qū)渤海沿岸，屬暖溫帶半濕潤季風(fēng)型大陸性氣候，光照充足，季風(fēng)顯著，四季分明，雨熱同期。春季多風(fēng)，干旱少雨；夏季炎熱，降雨集中；秋季天高，氣爽宜人；冬季寒冷，干燥少雪。年均日照時數(shù)為2 659 h，年平均氣溫11.9 ℃，最熱在7月，平均氣溫為25.9℃，極端最低溫度為-20.5℃，年均無霜降天數(shù)206 d，年均地面溫度14.5℃，年均降水量556.4 mm，多集中在6—7月，年均相對濕度64%。2017年玉米生長期降雨量為247.7 mm。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方案

供試作物為春玉米‘鄭單958’，2017年4月22日播種，8月14日收獲，全生育期115 d，株距25 cm，行距60 cm。滴灌采用一行一管設(shè)置，滴灌帶間距60 cm，管徑1.6 cm，滴頭間距30 cm，工作壓力0.1 MPa，滴頭流量1.38 L/h。播種耕地儲水灌溉按當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)進(jìn)行，本試驗(yàn)采用覆膜（F）和無覆膜（L）對比處理，設(shè)兩種灌溉處理，灌水定額分別為40 mm（I10）和70 mm（I20）（表1）。每處理3次重復(fù)，共設(shè)FI10、FI20、LI10、LI20四種處理，12個處理小區(qū)。試驗(yàn)區(qū)布置如圖1所示。

表1 春玉米生育期內(nèi)灌水時間與灌水定額 mm

生育階段（灌水時間）拔節(jié)期（6月10日）拔節(jié)期（6月15日）大喇叭口期（7月10日）灌水定額 I1010102040 I2020203070

圖1 試驗(yàn)區(qū)布置圖（單位：m）

1.3 觀測指標(biāo)與分析方法

（1）植株生長指標(biāo)：每小區(qū)固定選取3株有代表性的樣本，懸掛標(biāo)記牌，自玉米出苗后每隔 7 d測一次株高、莖粗、葉面積。

（2）春玉米干物質(zhì)及產(chǎn)量測定：春玉米成熟收獲后，各試驗(yàn)小區(qū)隨機(jī)選取2 m2的試驗(yàn)田，收獲其上所有果穗，并從4個處理中分別選取5株代表性的植株，考種指標(biāo)包括穗長、禿尖長、穗粗、穗行數(shù)、行粒數(shù)、穗粒重、穗軸重、百粒重。測產(chǎn)采取小區(qū)單打單收方法測定。

（3）數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)利用 Microsoft Excel 2010系統(tǒng)軟件進(jìn)行處理，利用SPSS 23.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 玉米株高變化規(guī)律

株高是衡量作物生長量的基本指標(biāo)之一。由圖2可以看出，隨著生育期的推進(jìn)，玉米株高呈現(xiàn)先增加后緩慢平穩(wěn)的變化趨勢。苗期植株生長緩慢，抽穗期前期速度加快，在抽雄前期達(dá)到最大值，之后又緩慢平穩(wěn)。不同灌水量不同覆膜條件下，玉米株高變化不同。幼苗期沒有進(jìn)行灌溉，不同灌溉處理之間差異較小，在幼苗期與抽穗期，覆膜與露地種植之間差異較大，F(xiàn)I20處理玉米的生長速度比LI20處理高30%，F(xiàn)I10處理玉米的生長速度比LI10處理高40%，充分說明了覆膜的保水和保溫作用能夠促進(jìn)玉米的生長；在抽雄期，F(xiàn)I20處理的玉米達(dá)到株高最大值的時間比LI20處理提前7 d，且LI20玉米株高比FI20高20%。苗期各處理株高差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；拔節(jié)期，植株生長較快，不同處理間差異顯著，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；在抽雄期，株高達(dá)到最大值，各處理之間差異較大，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；在灌漿期，玉米生長基本停止，各處理之間差異較大，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

圖2 不同處理玉米株高變化情況

注：圖中不同小寫字母表示在0.05水平下具有差異顯著性。下同

2.2 玉米莖粗變化規(guī)律

由圖3可以看出，隨著生育期的推進(jìn)，玉米莖粗呈現(xiàn)不斷增大的變化趨勢，在幼苗期和抽穗前期，玉米莖粗不斷增長，在抽雄期達(dá)到最大值，灌漿期趨于平穩(wěn)。不同灌水量不同覆膜條件下，玉米莖粗指標(biāo)區(qū)別較大。幼苗期，相同灌水量條件下，F(xiàn)I20比LI20高1.43倍，F(xiàn)I10比LI10高1.9倍；抽穗期，相同灌水量條件下，F(xiàn)I20比LI20高1.2倍，F(xiàn)I10比LI10高1.3倍；灌漿期，相同灌水量條件下，F(xiàn)I10比LI10高1.28倍。苗期各處理莖粗開始生長，各處理差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；拔節(jié)期，不同處理間差異顯著，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；抽雄期和灌漿期莖粗達(dá)到最大值，莖生長基本停止，各處理之間差異較大，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

圖3 不同處理玉米莖粗變化情況

2.3 玉米葉面積指數(shù)變化規(guī)律

由圖4可以看出，隨著生育期的推進(jìn)，玉米的葉面積呈現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢，幼苗期與抽雄期，葉面積隨著玉米的營養(yǎng)生長而生長，到抽雄后期，葉面積達(dá)到最大值，冠層下層葉子老化大于新葉的生長，葉面積減小。幼苗期，相同灌水量條件下，F(xiàn)I20比LI20高2.4倍，F(xiàn)I10比LI10高3.8倍；抽穗期，相同灌水量條件下，F(xiàn)I20比LI20高1.3倍，F(xiàn)I10比LI10高2.3倍。苗期各處理葉面積增長緩慢，各處理差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；拔節(jié)期，不同處理間差異顯著，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；抽雄期和灌漿期葉面積達(dá)到最大值，各處理之間差異較大，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

圖4 不同處理玉米葉面積指數(shù)變化情況

2.4 不同處理玉米株高Logistic生長模型

Logistic曲線是由比利時數(shù)學(xué)兼生物學(xué)家P.F.Verhulst于1838年首先提出，美國生物學(xué)家、人口統(tǒng)計(jì)學(xué)家Pearl應(yīng)用它對生物繁殖和生長過程進(jìn)行了大量研究[6]。此后被應(yīng)用于植物生長過程，包括干物質(zhì)生長、葉面積動態(tài)以及作物群體生長動態(tài)等方面的模擬研究[7-9]。

采用廣泛應(yīng)用于作物生長模擬的Logistic曲線建立了鹽堿地玉米株高生長模擬曲線。以生育旬?dāng)?shù)為自變量，分別以株高、莖粗和葉面積指數(shù)為因變量，建立玉米株高、莖粗和葉面積指數(shù)生長的Logistic模擬模型，模擬結(jié)果見圖5和表2。Logistic曲線方程見公式（1）。

式中：為因變量；為自變量；為增長極限，用來表征系統(tǒng)變化的頂值；為截距系數(shù)，用來表征著基礎(chǔ)狀態(tài)參數(shù)；為增長率系數(shù)，用來表征系統(tǒng)狀態(tài)趨近頂級的速度。

由表2可知，檢驗(yàn)結(jié)果在78～477之間，擬合方程顯著。莖粗、葉面積指數(shù)曲線擬合與株高相似，以株高為例繪制Logistic 曲線擬合圖，如圖5。由圖5可以看出，每個處理的擬合曲線與其實(shí)測值都較接近，呈較好的拉長S形曲線，比較符合Logistic曲線的變化規(guī)律，表明Logistic曲線可以很好地模擬鹽堿地玉米的株高、莖粗和葉面積指數(shù)生長。

表2 玉米株高、莖粗和葉面積指數(shù)動態(tài)指數(shù)增長Logistic 曲線模型擬合結(jié)果

指標(biāo)處理KabFR 2 株高LI202312.5640.881187.6110.959 LI101582.1030.885108.3730.931 FI102040.8580.893369.7290.979 FI202200.9030.891338.6700.977 莖粗LI204.80.5630.611354.6980.978 LI104.30.9990.576133.8750.944 FI104.70.3420.625202.3040.962 FI204.80.2410.601200.6170.962 葉面積指數(shù)LI204.97.7410.440171.0170.955 LI104.019.2900.448158.6290.952 FI104.03.1270.485 78.2750.907 FI204.52.9400.482477.7400.984

圖5 不同處理株高增長Logistic曲線擬合圖

2.5 玉米產(chǎn)量因素分析

玉米產(chǎn)量構(gòu)成因素包括玉米的有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和百粒重。由表3可見，灌水定額40 mm時，地膜覆蓋較露地種植產(chǎn)量顯著增加了1.4倍，穗粒數(shù)增加了71%，百粒重增加了41%；灌水定額70 mm時，地膜覆蓋較露地種植產(chǎn)量增加了6.7%，穗粒數(shù)增加了2.6%，百粒重增加了4.0%。露地種植條件下，灌水定額70 mm的玉米產(chǎn)量比灌水定額為40 mm的產(chǎn)量增加了1.2倍，穗粒數(shù)增加了63%，百粒重增加了34%；覆膜條件下，灌水定額40 mm的玉米產(chǎn)量比灌水定額70 mm的產(chǎn)量增加3.4%，穗粒數(shù)增加了2.1%，百粒重增加了1.2%，說明覆膜能夠顯著提高產(chǎn)量，在覆膜條件下，適量的灌水量更加有助于產(chǎn)量的增加，而不是灌水越多越好。表明覆膜與不覆膜的玉米產(chǎn)量構(gòu)成因素差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

表3 不同處理玉米產(chǎn)量指標(biāo)

處理有效穗數(shù)穗粒數(shù)百粒重產(chǎn)量 個?hm-2粒gkg?hm-2 LI20296459.00±54.037a26.25±1.198b35.7±2.0a LI10296281.00±100.694b19.66±0.127c16.4±1.6b FI10296481.00±80.595a27.63±0.384a39.4±6.4a FI20296471.00±43.156a27.29±0.512ab38.1±2.1a

3 討論

在抽雄期，玉米營養(yǎng)生長結(jié)束，轉(zhuǎn)為生殖生長，覆膜能夠抑制玉米植株的生長，提高植株抗倒伏能力，并延長了植株生殖生長的時間，將更多的營養(yǎng)物質(zhì)輸送給果實(shí)，提高玉米產(chǎn)量。莖粗越大，表明植株的抗倒伏性越強(qiáng)，為玉米增長提供了有力保證。覆膜較不覆膜葉面積指數(shù)有較大增長，利于構(gòu)建作物光合體系，促進(jìn)產(chǎn)量增長。本研究結(jié)論與以往的研究結(jié)論一致[10-13]。

覆蓋栽培措施不僅具有抑制返鹽和雜草生長的農(nóng)田生態(tài)效應(yīng)，而且還能促進(jìn)作物生長發(fā)育和豐產(chǎn)早熟[14]，已成為旱作農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中協(xié)調(diào)水熱資源重要的栽培措施之一[14-16]。目前，地膜覆蓋作為主要的增溫、保墑栽培模式，應(yīng)用范圍已經(jīng)擴(kuò)大到所有適宜的區(qū)域和作物，取得了顯著的增產(chǎn)效果，并且其對產(chǎn)量的影響是不同的[17-18]。

從產(chǎn)量三要素看，覆膜玉米的有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和百粒重較不覆膜均有較大增加，與張丹等的研究結(jié)論一致[18]。覆膜栽培方式可提高作物產(chǎn)量29. 4%～112. 4%[19]。

從生長指標(biāo)及產(chǎn)量看，玉米覆膜處理優(yōu)于不覆膜處理，覆膜使玉米生長發(fā)育所處的環(huán)境發(fā)生了改變，從而對玉米個體發(fā)育和群體動態(tài)產(chǎn)生了影響，使其生長發(fā)育規(guī)律有了很大變化。玉米覆膜后，地膜阻隔了土壤水、氣、熱向空氣中的傳播，促進(jìn)了土壤微生物活動和土壤養(yǎng)分的分解釋放，形成了一個新的生態(tài)系統(tǒng)。覆膜與不覆膜相比，玉米植株高大粗壯，干葉片數(shù)多，結(jié)穗部位低，抗倒伏。因此，覆膜處理是通過提升與強(qiáng)化各個性狀來提高玉米產(chǎn)量[20]。

4 結(jié)論

隨著生育期的推進(jìn)，玉米的株高、莖粗、葉面積指數(shù)呈現(xiàn)先增加后緩慢平穩(wěn)的變化趨勢。不同灌水量不同覆膜條件下，玉米生長指標(biāo)變化不同。在拔節(jié)期，4種處理方式差異顯著，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，覆膜玉米較不覆膜玉米生長迅速，株高、莖粗和葉面積均不斷增加；在抽雄期，覆膜玉米的株高、莖粗和葉面積比不覆膜小，覆膜能夠抑制玉米的營養(yǎng)生長，提高植株抗倒伏能力，并延長了植株生殖生長的時間，提高了玉米產(chǎn)量。

采用廣泛應(yīng)用于作物生長模擬的Logistic曲線建立鹽堿地玉米株高、莖粗和葉面積指數(shù)生長模擬曲線，各處理的玉米株高、莖粗和葉面積指數(shù)生長曲線檢驗(yàn)結(jié)果在78～477之間，擬合方程顯著。本文以株高為例繪制Logistic 曲線擬合圖，各處理的擬合曲線與其實(shí)測值都較接近，呈現(xiàn)較好的拉長S形曲線，比較符合Logistic曲線的變化規(guī)律。莖粗、葉面積指數(shù)曲線擬合與株高相似。

玉米產(chǎn)量構(gòu)成因素包括玉米的有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和百粒重。產(chǎn)量因素方面覆膜處理均高于不覆膜處理，覆膜與不覆膜的玉米產(chǎn)量構(gòu)成因素差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

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Research on growth index and yield of drip irrigation maize under different drip irrigation and cultivation methods in coastal saline alkali soil

WANG Ning1,2, YE Lan-tao1,2,3,Corresponding Author, ZHOU Qing-yun1,2,3, LI Song-min1,2,3, LIU Fan1,2,3

（1. College of Water Conservancy Engineering, Tianjin Agricultural University, Tianjin 300384, China; 2. Sino-US International Joint Research Center for Ecological Agriculture and Water Environment Protection, Tianjin 300384, China；3. Tianjin Agricultural Water Conservancy Engineering and Technology Center, Tianjin 300384, China）

In this experiment, with corn as a test material, the drip irrigation test（film mulching, without film mulching and drip irrigation quota 40, 70 mm）was carried out in the coastal saline alkali soil of Tianjin city in April-August 2017. The growth and yield changes of drip corn were analyzed. The results showed that the plant height, stem diameter and leaf area index increased first and then changed slowly and steadily with the development of maize. Under the conditions of different irrigation amounts and different film mulching, the growth index of maize were different.At jointing stage, there were significant differences among the four treatments, and the difference was statistically significant. The plant height, stem diameter and leaf area of plastic film mulching grew faster than those without film mulching.The three factors of film mulching at heading stage, plant height, stem diameter and leaf area index were smaller than those without film mulching. Film mulching could inhibit the vegetative growth of maize, improve the lodging resistance, prolong the reproductive growth time and increase the yield of maize. Simulated growth curve of maize plant height、stem diameter and leaf area index in saline-alkali soil was established with Logistic curve. The results of each treatmenttest were 78-477, the fitting equation was significant, the fitting curve and the actual measured value were all close, showing a faily good elongated S shape curve, which was in accordance with the change law of the Logistic curve. Corn yield components include spike number per acreage, grain number per spike and 100 kernel weight. The yield factors of film mulching treatment were higher than that of non-film mulching treatment, and the difference of maize yield between film mulching and non-film mulching was statistically significant.

growth index; yield; corn; drip irrigation

1008-5394（2019）04-0089-06

10.19640/j.cnki.jtau.2019.04.018

S275.8

A

2019-05-13

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51609170）；大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（201710061014）

王寧（1995-），男， 本科在讀，主要從事節(jié)水灌溉研究。E-mail:1825922516@qq.com。

葉瀾濤（1982-），女，講師，碩士，主要從事節(jié)水灌溉理論與技術(shù)研究。E-mail:yltao@163.com。

責(zé)任編輯：宗淑萍