膜下滴灌對(duì)玉米產(chǎn)量和土壤含水量變化的影響

高旭　陳劍　孔繁濤　楊國(guó)

摘要?[目的]研究膜下滴灌對(duì)玉米產(chǎn)量和土壤含水量變化的影響，為大田生產(chǎn)實(shí)踐提供理論依據(jù)。[方法]以玉米品種興農(nóng)168為例，根據(jù)膜下滴灌灌水定額共設(shè)置5個(gè)處理，對(duì)應(yīng)的灌水定額分別為104.0、138.0、172.0、206.0和240.0?mm。通過(guò)2016、2017年連續(xù)2年田間試驗(yàn)，分析研究膜下滴灌不同灌水定額對(duì)玉米產(chǎn)量和土壤含水量的影響。[結(jié)果]?各處理?xiàng)l件下玉米產(chǎn)量、耗水量均與灌水定額呈正相關(guān)，但是水分利用效率與灌水定額呈負(fù)相關(guān)。通過(guò)對(duì)比分析2016和2017年2年的玉米產(chǎn)量、耗水量和水分利用效率等相關(guān)數(shù)據(jù)，認(rèn)為試驗(yàn)地區(qū)玉米膜下滴灌的最適宜灌水量為172～206?mm?。[結(jié)論]合理的灌水定額可以有效提高玉米產(chǎn)量，是提高玉米產(chǎn)量的關(guān)鍵?因素。

關(guān)鍵詞?玉米;膜下滴灌;產(chǎn)量;土壤含水量;影響

中圖分類(lèi)號(hào)?S513文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼?A

文章編號(hào)?0517-6611（2019）16-0228-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.16.065

開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Effect?of?Drip?Irrigation?under?Plastic?Mulch?on?Maize?Yield?and?Soil?Water?Content

GAO?Xu1，CHEN?Jian2，KONG?Fan?tao3?et?al?（1.Pingyuan?County?Agricultural?and?Rural?Bureau，Pingyuan，Shandong?253100;?2.Qingyun?County?Luwang?Modern?Agriculture?Development?Co.，?Ltd.，Qingyun，Shandong?253700;3.Pingyuan?County?Luwang?Ecological?Agriculture?Development?Co.，?Ltd.，Pingyuan，Shandong?253100）

Abstract?[Objective]To?study?the?effects?of?drip?irrigation?under?film?on?corn?yield?and?soil?water?content，and?to?provide?theoretical?basis?for?field?production?practice.[Method]Taking?the?corn?variety?Xingnong?168?as?an?example?and?according?to?the?drip?irrigation?irrigation?quota?under?the?membrane，?a?total?of?5?treatments?was?setted，and?the?corresponding?irrigation?quotas?were?104.0，?138.0，?172.0，?206.0?and?240.0?mm?respectively.Through?the?two?year?field?experiment?in?2016?and?2017，?the?effects?of?different?irrigation?quotas?under?drip?irrigation?on?maize?yield?and?soil?water?content?were?analyzed.[Result]Maize?yield?and?water?consumption?were?positively?correlated?with?irrigation?quota?under?various?treatment?conditions，but?water?use?efficiency?was?negatively?correlated?with?irrigation?quota.By?comparing?and?analyzing?the?corn?yield，?water?consumption?and?water?use?efficiency?in?2016?and?2017，?it?was?considered?that?the?optimum?irrigation?amount?of?corn?membrane?drip?irrigation?in?the?test?area?was?172-206?mm.[Conclusion]Reasonable?irrigation?quota?can?effectively?increase?corn?yield?and?is?an?important?factor?of?corn?yield.

Key?words?Maize;Drip?irrigation?under?plastic?mulch;Yield;Soil?water?content;Effect

滴灌是在低流量條件下向土壤滴水形成土壤表面濕潤(rùn)的一種灌溉模式，是通過(guò)毛細(xì)管和重力作用進(jìn)入土壤，不會(huì)出現(xiàn)噴水和溝渠流水現(xiàn)象[1]。田間作物采用膜下滴灌是將地膜與滴灌技術(shù)結(jié)合起來(lái)，充分將地膜增溫保墑、減少蒸發(fā)量的優(yōu)勢(shì)和滴灌定量定時(shí)供水、減少滲漏的作用結(jié)合起來(lái)，達(dá)到節(jié)水和保墑的同步效果，為作物提供優(yōu)良的生長(zhǎng)?環(huán)境[2-3]。

國(guó)外在滴灌技術(shù)方面的應(yīng)用非常廣泛，Ayars等[4]對(duì)棉花、番茄等作物進(jìn)行了15年的地下滴灌試驗(yàn)研究，結(jié)果表明滴灌技術(shù)可以明顯提高水分利用效率，同時(shí)也提高了作物的產(chǎn)量。Yohannes等[5]比較分析了滴灌和溝灌對(duì)番茄產(chǎn)量和水分利用效率的應(yīng)用效果，結(jié)果表明應(yīng)用滴灌技術(shù)番茄的產(chǎn)量和水分利用效率均明顯高于溝灌。與傳統(tǒng)的滴灌技術(shù)相比較，膜下滴灌技術(shù)在提高作物產(chǎn)量和水分利用效率方面具有更加顯著的效果，因此在生產(chǎn)過(guò)程中得到了廣泛的應(yīng)用。張偉等[6]在棉田連續(xù)采用膜下滴灌技術(shù)的研究表明，隨著膜下滴灌技術(shù)使用年限的不斷增加，棉花產(chǎn)量顯現(xiàn)出逐年降低的趨勢(shì)，且降低幅度越來(lái)越大。因此，因地制宜的制度和合理的灌溉定額是提高作物產(chǎn)量和水分利用效率的保證[7]。鑒于此，筆者通過(guò)田間實(shí)踐，研究了膜下滴灌對(duì)玉米產(chǎn)量和土壤水分含量變化的影響，為研究有利于作物生長(zhǎng)及合理的膜下滴灌灌溉制度提供參考。

1?材料與方法

1.1?試驗(yàn)地概況?試驗(yàn)在山東省慶云縣境內(nèi)進(jìn)行?（117°22′E，37°22′N(xiāo)），屬于北暖溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，氣候溫潤(rùn)，日照充足，無(wú)霜期年均207?d，年均氣溫12.4?℃。試驗(yàn)地地力均勻，地勢(shì)平坦，前茬為玉米，供試土壤為沙壤土，土壤有機(jī)質(zhì)含量14.3?g/kg、速效磷含量16.4?mg/kg、速效鉀含量?79.86?mg/kg、堿解氮53.3?mg/kg。

1.2?試驗(yàn)材料?供試品種為興農(nóng)168。

1.3?試驗(yàn)設(shè)計(jì)?試驗(yàn)于2016和2017年連續(xù)2年進(jìn)行定位試驗(yàn)。均于6月20日播種，10月1日收獲，全生育期102?d。玉米種植采用玉米穴播機(jī)播種，膜下滴灌設(shè)置為“一膜兩管四行”的滴灌方式，寬80?cm、窄行40?cm，各小區(qū)按照130?cm的間距設(shè)1條滴灌帶，小區(qū)面積46?m2。試驗(yàn)根據(jù)玉米生育期不同灌水定額，設(shè)置5個(gè)處理（表1），3次重復(fù)。各處理按照試驗(yàn)方案同時(shí)進(jìn)行定額灌水，試驗(yàn)期間若有降雨則要適時(shí)滴灌，但滴灌的次數(shù)和灌水量相同。

1.4?測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.4.1?土壤含水量的測(cè)定。采用烘干法進(jìn)行測(cè)定，分別在玉米播種前、苗期、拔節(jié)期、大喇叭口期、散粉期和收獲前，各處理均采用5點(diǎn)取樣法，分3層進(jìn)行取樣，分別為0～20、20～40、40～60?cm。

1.4.2?玉米耗水量的測(cè)定。采用農(nóng)田土壤水量平衡公式進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式為：

ET=?P+I+ΔW-R-D（1）

式中，ET為玉米生育期耗水量（mm）;P為玉米生育期降雨量（mm）;I為生育期內(nèi)灌溉量（mm）;ΔW為玉米播種時(shí)土壤的貯水量與收獲時(shí)土壤貯水量的差值（mm）;R為地表徑流量;D為耕層土壤滲漏水量。由于試驗(yàn)田的實(shí)際情況，可將地表徑流量和土壤滲漏量視為0，因此可將公式簡(jiǎn)化為：

ET=P+I+ΔW（2）

土壤儲(chǔ)水量按照以下公式計(jì)算：

WUE=H×D×B?（3）

式中，WUE表示土壤儲(chǔ)水量（mm）;H表示土層的厚度;D表示土壤的容重（g/cm3）;B表示土壤含水量（%）。

玉米水分利用效率按照以下公式計(jì)算：

W=Y/ET（4）

式中，W為水分利用效率，Y為玉米產(chǎn)量，ET為玉米全生育期的耗水量

1.4.3?玉米產(chǎn)量及特征值測(cè)定。玉米成熟后，各校區(qū)取20株考種。考種指標(biāo)主要是穗長(zhǎng)、穗粗、禿尖長(zhǎng)和百粒質(zhì)量。產(chǎn)量測(cè)定采用小區(qū)單打單收的方式。

1.5?數(shù)據(jù)處理?應(yīng)用Excel和SPSS?20.0軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2?結(jié)果與分析

2.1?不同處理?xiàng)l件下玉米全生育期土壤含水量動(dòng)態(tài)變?化?由圖1可知，不同處理?xiàng)l件下玉米各生育期土壤含水量變化趨勢(shì)與土層深度的變化趨勢(shì)一致。各處理?xiàng)l件下土壤含水量發(fā)生不同程度的波動(dòng)，其中變化最為明顯的是0～?20?cm土層，變化次之的是20～40?cm土層，而40～60?cm土層的含水量變化較?平穩(wěn)，這可以說(shuō)明在膜下滴灌的條件下，土壤水分多在?60?cm土層以上發(fā)生運(yùn)移變化，該土層也是玉米根系最主要的吸水層。各處理土壤含水量從大到小的排序?yàn)樘幚恝?、處理④、處理③、處理②、處理①?/p>

由圖1可知，玉米拔節(jié)期在不同灌水定額條件下0～?20?cm土層的土壤含水量最大。滴灌的補(bǔ)給作用以及降雨入滲，加上地膜覆蓋有效地阻止了水分的蒸騰，因此各處理的土壤含水量均比播前的高，其中處理⑤3個(gè)土層的土壤含水量均較其他處理高，其含水量分別為15.42%、14.76%、?15.21%。處理①的3個(gè)土層的土壤含水量均為最低。玉米大喇叭口期各土層的土壤含水量變化規(guī)律一致，其中處理⑤的最高，處理①的最低，但是2016年處理①在40～60?cm的土層土壤含水量較苗期低，這有可能是由于處理①的灌水量小導(dǎo)致的。玉米在灌漿期的耗水量大，因此各處理在灌漿期的土壤含水量均有不同程度的降低。2016年處理②、③、④、⑤在0～20和20～40?cm土層的土壤含水量均較播前的含水量高;處理①、②、③、④在40～60?cm的土層含水量均較播前的含水量低;2017年處理④、⑤的土壤含水量較播前增加明顯，而處理①、②、③的含水量與播前相比差異較小。

2.2?不同處理?xiàng)l件下玉米產(chǎn)量和水分利用效率的變化?由表2可知，對(duì)2016和2017年不同處理?xiàng)l件下的玉米產(chǎn)量采用F值檢驗(yàn)，結(jié)果表明各處理?xiàng)l件下的玉米產(chǎn)量均存在極顯著差異（P<0.01）。同時(shí)表2還表明，2016和2017年不同處理下的玉米產(chǎn)量與灌水定額總體上呈正相關(guān)關(guān)系，玉米產(chǎn)量隨灌水量的增加而增加，但是當(dāng)灌水量達(dá)到一定限值時(shí)玉米產(chǎn)量不會(huì)增加或差異不顯著。2016年處理③的玉米產(chǎn)量最高，與處理①、②的差異達(dá)顯著水平，但是與處理④、⑤的差異不顯著。2017年處理④的玉米產(chǎn)量最高，與處理①、②的差異達(dá)顯著水平，但是與處理③、⑤差異不顯著。

由公式（2）計(jì)算出玉米生育期的耗水量。由表2可知，2016和2017年各處理?xiàng)l件下的耗水量與灌水定額總體呈正比關(guān)系，即耗水量隨灌水量的增加而增加，各處理的耗水量由大到小排序?yàn)樘幚恝?、處理④、處理③、處理②、處理①。水分利用效率總體上隨著灌水量的增加而降低，各處理的水分利用效率由高到底排序?yàn)樘幚恝?、處理②、處理③、處理④、處理⑤。?duì)比分析2016、2017年2年的玉米產(chǎn)量、耗水量和水分利用效率，并充分考慮到2年的降雨條件，筆者認(rèn)為2016和2017年試驗(yàn)地玉米膜下滴灌的最適宜灌水量為?172～206?mm。

3?結(jié)論與討論

肥料和水分是影響玉米產(chǎn)量的主要因素，在合理的灌溉條件下，玉米產(chǎn)量與施肥量呈正相關(guān)關(guān)系，但是當(dāng)施肥料達(dá)到一定水平時(shí)，產(chǎn)量不會(huì)繼續(xù)增加[8];在一定的施肥水平條件下，玉米產(chǎn)量和灌水量也呈正相關(guān)[9]，但是當(dāng)灌水量達(dá)到一定量時(shí)，玉米產(chǎn)量不會(huì)繼續(xù)增加，甚至可能降低[10]。因此，合理的灌溉和施肥制度對(duì)玉米產(chǎn)量的增加起到了至關(guān)重要的作用[9]。該研究通過(guò)2年連續(xù)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在不同灌溉定額條件下，玉米產(chǎn)量與灌水定額呈正比關(guān)系，即玉米產(chǎn)量隨灌水量的增加而增加，灌水量為172.0、206.0和240.0?mm時(shí)玉米產(chǎn)量最高;耗水量與灌水定額大體上是呈正比關(guān)系，但是水分利用效率卻與灌水量呈現(xiàn)出負(fù)相關(guān)的特點(diǎn);玉米整個(gè)生育期間各土層的土壤含水量變化特征一致，均與灌水定額呈正比，灌水定額為240.0?mm時(shí)土壤含水量最高，灌水定額為104.0?mm時(shí)土壤含水量最低。

玉米在生育期各階段對(duì)水分的需求不同，該研究發(fā)現(xiàn)在玉米發(fā)育前期灌水量較高時(shí)會(huì)造成玉米徒長(zhǎng)，同時(shí)也影響到玉米根系下扎，容易在后期發(fā)生倒伏，最終導(dǎo)致產(chǎn)量降低。因此，今后要重點(diǎn)研究灌水量對(duì)玉米各生育期的生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量的影響，以期為膜下滴灌在大田的生產(chǎn)實(shí)踐提供更加豐富的理論依據(jù)。

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