地下水埋深對玉米生長及地下水補給的影響

張守軍

（寧夏彭陽縣水務局，寧夏彭陽756500）

1 引 言

地下水埋深影響作物生長發(fā)育、產(chǎn)量及土壤水分的吸收利用。適宜的地下水埋深能夠改善作物的土壤環(huán)境，提高根系活力，增加作物產(chǎn)量[1-5]。彭陽縣從西部到東部地下水埋深不同，對作物產(chǎn)量等影響較大，研究地下水埋深對彭陽縣主要作物玉米的生長發(fā)育、土壤含水量的影響[6-12]，對于合理確定當?shù)剞r田灌溉制度、提高水分利用系數(shù)具有重要意義。

以往研究主要集中在地下水埋深對土壤水分動態(tài)變化特征的影響[2，13-15]以及地下水與土壤水的相互轉化關系等方面[3，16-19]，較少考慮不同地下水埋深對玉米生長發(fā)育、作物系數(shù)的影響。本研究通過人工控制不同地下水埋深，研究地下水埋深對玉米生長發(fā)育的影響，對彭陽縣紅河鎮(zhèn)水平畦灌、不同地下水埋深條件下的玉米地下水補給量等進行較系統(tǒng)的試驗研究，明確玉米生長發(fā)育相關影響因素，通過試驗確定不同地下水埋深條件下地下水對玉米的地下水補給量。

2 材料與方法

2.1 試驗點基本情況

試驗點位于寧夏彭陽縣紅河鎮(zhèn)，高程為1 438.50 m。試驗田土壤是典型的砂壤土，干容重為 1.38 g/cm3，田間持水率為25.8%，土壤pH值為8.44。土壤全鹽、全氮、全磷、全鉀、速效氮、速效磷、速效鉀、有機質含量分別為 0.40 g/kg、0.41 g/kg、0.52 g/kg、21.0 g/kg、68 mg/kg、5.3 mg/kg、92 mg/kg、5.2 g/kg。

2.2 試驗設計

本次試驗設計采用對比試驗法，其目的是針對玉米水平畦灌條件下的地下水埋深對玉米發(fā)育與產(chǎn)量的影響情況進行研究，并確定不同地下水埋深對玉米所能夠提供的地下水補給情況。彭陽縣紅河鎮(zhèn)地下水埋深從南部到北部大致為0.9～1.2 m，因此本次試驗選擇地下水埋深分別為0.9 m（處理1、2）、1.2 m（處理3、4）和無地下水（處理5、6）進行試驗研究，每個處理重復一次，共6個測坑。測坑為鋼筋混凝土結構，其中填土1.2 m，每個測坑都有獨立的地下水補給管道和獨立的防滲結構，測坑間距為0.8 m，并通過管道與測坑一側的馬氏瓶連接。馬氏瓶為自制，地下水埋深通過馬氏瓶控制，每天上午8：00通過馬氏瓶裝置觀測地下水補給量[20-21]。

2.3 試驗材料與實施

試驗點設有6個測坑，規(guī)格為2.0 m×2.0 m×2.0 m（長×寬×高），總面積為24 m2。每個測坑底部埋設一根1 m長的輸水管（PVC管打孔，外包土工布，上填砂礫石濾料），通向地下水觀測室，觀測室內每個輸水管頭安裝閘閥和觀測地下水埋深的透明玻璃管。本次試驗選擇的玉米品種是正大12號，2017年5月6日開始播種，歷經(jīng)放苗、灌溉、追肥等，9月17日收獲，具體實施內容見表1。

表1 實施內容

2.4 試驗觀測項目及方法

（1）各次灌水日期和定額。各次灌水量用水表讀取，記錄每次灌水開始時的讀數(shù)和灌水結束時的讀數(shù)，最后算得各處理的灌水量。

（2）定期觀測土壤含水量。在每個生育階段，用TDR測定土壤含水量，并在灌水前后、降雨前后加測。

3 結果與分析

3.1 各處理玉米不同生育階段株高分析

各小區(qū)內隨機選取15株玉米掛牌定期測定株高，抽雄前以葉片最大垂高為準，抽雄后以胸穗尖為準。通過表2與圖1可知，在玉米出苗到拔節(jié)期（5月13日—6月16日），玉米根系相對較淺，能夠汲取到的水分與養(yǎng)分有限，導致莖稈發(fā)育遲緩，在這個過程中各個處理玉米株高變化差異不大。從拔節(jié)期到抽雄期氣溫持續(xù)升高，使得玉米可以生長于良好的溫度環(huán)境中，灌溉與施肥后也可以讓玉米得到充足的水分與養(yǎng)分，從而使玉米莖稈歷經(jīng)快速增長階段，6月1日至7月18日玉米平均株高由46.6 cm增長到261.1 cm，平均每晝夜增長量為4.5 cm。從6月1日玉米株高可看出，前期各處理玉米株高差別不大。7月18日各處理中，玉米株高處理1最大，為286.7 cm，處理4最小，為218.7 cm，平均株高為261.1 cm。抽雄期后莖稈增長趨于緩慢直至停止。處理4的株高低于其他處理，主要原因是在抽雄前出現(xiàn)紋枯病，因此地下水埋深對株高影響不顯著。

表2 各處里株高測定結果

圖1 各處理不同階段株高進程

3.2 各處理玉米不同生育階段干物質積累量分析

首先將隨機抽取的待測樣株分別稱取莖、葉和穗的鮮重，然后在105℃下殺青20 min，再在80℃下烘到恒重，稱取莖、葉和穗的干重，得到干物質積累量。玉米的干物質增長進程遵循羅吉斯蒂（Logistic）方程，即S形曲線發(fā)展。它和玉米生長發(fā)育階段大致吻合，分為苗期指數(shù)增長期、穗期直線增長期和粒期穩(wěn)定增長期3個階段。

由表3和圖2可知，葉片光合產(chǎn)物會轉向生殖器官，可以為籽粒灌漿與成熟提供支持。在這一階段，干物質可以實現(xiàn)快速積累，日均增重4.24 g?；?月27日調查的干物質量可以看出，處理2干物質量最大，為293.00 g，處理5干物質量最小，為236.29 g，平均干物質量為261.40 g。干物質差異的主要原因是處理1～4受到地下水埋深影響，處理5、處理6無地下水補給。47.5%。此時，處理5和處理6與前4個處理差別明顯，因為處理5和處理6無地下水補給，所以土壤含水率較小，分別占田間持水率的90.3%和94.7%。就整個生育期看，從播種到收獲各處理土壤含水率都在0.4Q田（Q田為田間持水率）和Q田之間，滿足作物對水分的需求。處理5在收獲時達到最小，為17.6%，占田間持水率的49%。

表3 各處理干物質測定結果

3.3 各處理土壤含水率分析

由表4和圖3可知，5月6日玉米播種后各處理的土壤含水率保持在26.3%～28.8%之間，占田間持水率73%～80%，充分滿足播種后玉米出苗所需的水量。5月下旬降雨導致土壤含水率增大，處理1土壤含水率達到各處理中最大值，為30.3%，占田間持水率的84%。6月中旬因第一次灌水及降雨而使各處理土壤含水率達到整個生育期最大值，處理2最大值為

圖2 各處理玉米干物質量變化曲線

表4 各處理土壤含水率測定結果

圖3 各處理土壤含水率變化曲線

3.4 各處理玉米產(chǎn)量分析

經(jīng)過統(tǒng)計，處理1～6玉米產(chǎn)量分別為14 944.5、14 758.5、13 807.5、12 760.5、11 755.5、11 005.5 kg/hm2，處理1、處理2產(chǎn)量較高，處理3、處理4次之，處理5、處理6產(chǎn)量較低，說明地下水埋深對作物的產(chǎn)量影響明顯，地下水埋深為0.9 m時對玉米的產(chǎn)量影響最大。

3.5 各處理玉米地下水補給量分析

地下水補給量用馬氏瓶測定，從玉米播種到收獲全生育期，通過馬氏瓶水位變化計算出不同地下水埋深條件下每天地下水補給量，全生育期累加，最后得到地下水補給量。在玉米全生育期，每隔一定時段用TDR測定不同地下水埋深條件下各處理土壤含水率變化，灌水前后和降雨前后加測。

玉米全生育期地下水補給量處理1～6分別為80.4、83.5、54.7、56.3、0、0 mm，可以看出，地下水埋深為0.9 m時地下水補給量比地下水埋深為1.2 m時大，處理2地下水補給量最大，為83.5 mm，處理3地下水補給量最小（處理5、6除外），為54.7 mm。

3.6 玉米需水量及作物系數(shù)

玉米潛在騰發(fā)量試驗數(shù)據(jù)通過對銀川氣象站2013年觀測到的氣象資料分析而得。地下水補給量采用測坑設置的馬氏瓶測定，在4個測坑旁邊設置4個馬氏瓶用于控制地下水位埋深，其中：1#、2#測坑地下水埋深為0.9 m，3#、4#測坑地下水埋深為1.2 m。將4個馬氏瓶分別設置在0.9 m和1.2 m處，每天計算馬氏瓶的地下水補給量，最后累加得全生育期地下水補給量。測坑每次灌水量按土壤入滲曲線進行合理分配。

表5為2#測坑2013年5—9月覆膜玉米需水量和作物系數(shù)觀測結果。圖4為玉米全生育期作物系數(shù)變化曲線。可見，玉米需水量在7月下旬達到最大值（98.2 mm），作物系數(shù)在 7月中旬達到最大值（1.44）[1]。

表5 2#測坑覆膜玉米需水量和作物系數(shù)觀測結果

圖4 玉米全生育期作物系數(shù)變化曲線

4 結 論

（1）地下水埋深對玉米株高影響不顯著，對干物質積累量、含水量和產(chǎn)量的影響顯著。地下水埋深為0.9 m的小區(qū)產(chǎn)量最高，1.2 m的小區(qū)次之，無地下水補給的小區(qū)產(chǎn)量最低。

（2）通過不同地下水埋深（0.9 m和1.2 m）條件下膜上灌玉米對比試驗，地下水埋深為0.9 m時地下水補給量比地下水埋深為1.2 m時大，各階段干物質積累量和產(chǎn)量指標達到最大。

（3）地下水埋深為0.9 m時地下水補給量最大為83.5 mm；地下水埋深為1.2 m時地下水補給量最小為54.7 mm。

（4）膜上灌溉玉米全生育期實際需水量為762.4 mm，旬最大需水量為98.2 mm，旬最小需水量為2.5 mm，旬平均需水量為58.6 mm。

（5）地下水埋深對玉米產(chǎn)量影響較大，確定彭陽縣紅河鎮(zhèn)地下水埋深，可以為合理確定玉米灌溉制度、提高作物水分利用系數(shù)提供理論依據(jù)。