種植方式與灌水模式對糯玉米生長及產(chǎn)量的影響

段 勇，馬娟娟，孫西歡,2，李若帆，任 青

( 1．太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院，太原 030024；2．晉中學(xué)院，山西 晉中 030600)

糯質(zhì)玉米是一種優(yōu)質(zhì)糧食玉米，起源于我國云南西雙版納一帶，作為栽培種有60多年的歷史，有著廣闊的開發(fā)利用前景[1]。水資源短缺限制了我國糯玉米產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，采取適宜的農(nóng)業(yè)措施實(shí)現(xiàn)節(jié)水灌溉尤為重要。地膜覆蓋、寬窄行種植和灌溉是常用的幾種農(nóng)業(yè)措施，對糯玉米生長及產(chǎn)量具有重要影響。周昌明等[2]研究表明覆膜處理對夏玉米葉面積均值、最大值提升明顯，與裸地平作處理差異顯著；查麗等[3]對地膜覆蓋條件下春玉米的生長及產(chǎn)量進(jìn)行研究得出地膜覆蓋可顯著提高春玉米株高、莖粗、葉面積、干物質(zhì)積累量及產(chǎn)量；楊曉璐等[4]研究表明密度和寬窄行配置耦合對馬鈴薯葉面積指數(shù)提升明顯，與等行距處理相比差異顯著，適宜的寬窄行配置有利于提高葉面積指數(shù)。

目前研究多基于地膜覆蓋、寬窄行距配置和灌水模式對糯玉米生長及產(chǎn)量的單因素影響研究，對地膜覆蓋、寬窄行種植與灌水間耦合作用對糯玉米生長發(fā)育、產(chǎn)量及水分利用的研究較少。因此，本試驗(yàn)對不同種植方式與灌水模式間耦合對糯玉米株高、葉面積指數(shù)、籽粒產(chǎn)量及水分利用效率的影響進(jìn)行研究,旨在探尋適宜華北地區(qū)糯玉米的種植及灌水模式。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2019年5-8月于山西省晉中市東陽鎮(zhèn)的山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院東陽試驗(yàn)示范基地進(jìn)行。該基地屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候，夏季炎熱多雨，冬季寒冷干燥，春、秋季短促，年平均氣溫9.8 ℃，降雨量440 mm，年日照時(shí)數(shù)2 662 h，無霜期158 d。主要土壤類型為潮土，表層土壤質(zhì)地為中壤土，土壤pH為8.55，0～60 cm田間持水量23.11%(質(zhì)量含水量)，土壤容重1.2 g/cm3。

1.2 試驗(yàn)材料

供試糯玉米品種為“晉糯41”，試驗(yàn)用N、P、K肥料分別為尿素(N 46.4%)、過磷酸鈣(P2O516%)和硫酸鉀(K2O 51%)；試驗(yàn)用地膜為普通聚乙烯地膜，膜寬140 cm。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置種植方式與灌溉模式兩因素。其中種植方式設(shè)3個(gè)水平，分別為全膜雙壟寬窄行溝播(DM)(小壟寬40 cm、壟高15 cm，大壟寬70 cm、壟高10 cm)、全膜雙壟等行距溝播(C)(行距55 cm，壟高15 cm)和裸地平作(CK)；灌溉模式設(shè)2個(gè)水平，分別為I1(即在播種期、拔節(jié)后期-孕穗期分別控制土壤含水率在適宜含水率水平，苗期-拔節(jié)前期、孕穗期-成熟期不進(jìn)行灌水)和I0(即糯玉米全生育期正常灌水)。試驗(yàn)共6個(gè)處理，每處理重復(fù)4次，采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)進(jìn)行田間布置。土壤計(jì)劃濕潤層苗期為0～40 cm，拔節(jié)期-成熟期為0～60 cm。具體試驗(yàn)方案見表1。

表1 糯玉米種植模式與灌水處理Tab.1 Planting patterns and irrigation treatment of Waxy Corn

覆膜區(qū)兩壟相接形成播種溝，塑料地膜全地面覆蓋，并攔土腰帶，點(diǎn)播機(jī)破膜點(diǎn)播，種植密度為60 000 株/hm2，2019年5月19日播種，8月8日采收，全生育期82 d。施肥量根據(jù)土壤的基礎(chǔ)肥力及當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)水平確定，氮肥施用量為180 kg/hm2，N、P、K三要素的比例為3∶1∶2，肥料在播前作為底肥一次施入，試驗(yàn)各處理施肥量相同。

1.4 測量項(xiàng)目及方法

(1)糯玉米生長指標(biāo)：每小區(qū)中選取5株長勢具有代表性的植株，測定其各生育期株高和葉面積，計(jì)算其平均值。葉面積和葉面積指數(shù)計(jì)算公式為[5]：

(1)

(2)

式中：Sj為第j棵玉米株的葉面積，cm2；Li為第i葉片的長度，cm；Wi為第i葉片的最大寬度，cm；k為玉米葉面積與長寬乘積之間的擬合系數(shù)，取0.75；n為第j棵玉米的葉片數(shù);A為植株葉面積對應(yīng)的占地面面積;LAI為葉面積指數(shù)。

(2)產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素：糯玉米成熟后從各小區(qū)隨機(jī)選取20穗，作為考種樣本，測定其穗長、穗粗、穗行數(shù)、行粒數(shù)、禿尖長、百粒鮮重、百粒干重等產(chǎn)量性狀指標(biāo)，計(jì)算產(chǎn)量。產(chǎn)量計(jì)算公式為：

出籽率(%)= 樣品鮮籽粒重/ 樣品鮮果穗重

(3)

實(shí)收產(chǎn)量(kg)=畝鮮果穗重(kg)×出籽率×

(1-含水率)/(1-14%)

(4)

(3)耗水量、水分利用效率及灌溉水利用效率：耗水量采用水量平衡原理進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式為[6,7]：

ET=Pe+G+ΔS+U-D-R

(5)

其中：

Pe=αP

(6)

式中：為耗水量，mm;Pe為有效降雨量，mm;α為計(jì)算時(shí)段內(nèi)降雨有效利用系數(shù);P為計(jì)算時(shí)段降雨總量，mm;G為灌水量，mm;ΔS為播種期和收貨期土壤貯水量之差，mm;U為地下水補(bǔ)給量，mm;D為深層滲漏量，mm;R為徑流量，mm;ΔW為試驗(yàn)初期和末期土壤水分變化量，mm。

試驗(yàn)地地勢平坦，地下水埋藏較深，試驗(yàn)設(shè)計(jì)濕潤層較淺，U、R、D均可忽略不計(jì)，故將耗水量計(jì)算公式簡化為：

ET=Pe+G+ΔS

(8)

水分利用效率計(jì)算公式為[8]：

WUE=GY/ET

(9)

IWUE=GY/G

(10)

式中：ET為耗水量，mm;GY為糯玉米實(shí)收產(chǎn)量，kg/hm2;WUE為水分利用效率，kg/(mm·hm2);IWUE為灌溉水利用效率，kg/(mm·hm2)。

1.5 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)通過Microsoft Excel進(jìn)行整理并繪制圖表，采用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行差異性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種植方式與灌水模式對糯玉米株高的影響

圖1為不同種植方式與灌水時(shí)期對糯玉米株高的影響。由圖1可知，在全生育期內(nèi)糯玉米株高變化規(guī)律基本一致，拔節(jié)期植株生長迅速，株高增長速率最大，孕穗期株高生長速率放慢，至成熟期株高基本保持不變。不同種植方式對糯玉米株高具有一定影響，相同灌水水平下，成熟期時(shí)糯玉米株高達(dá)到最大值，DMI0、CI0分別較CKI0高7.91%、6.51%，DMI1、CI1分別較CKI1高10.38%、10.92%，均達(dá)到顯著性差異(P<0.05)。因此，地膜覆蓋對糯玉米株高影響顯著，可以促進(jìn)糯玉米的生長，在相同的灌水、覆膜條件下，寬窄行種植模式與等行距種植模式相比在糯玉米各生育期對株高影響不大，均無顯著性差異，寬窄行種植模式對糯玉米株高的促進(jìn)效應(yīng)不明顯。

圖1 不同種植方式與灌水模式對糯玉米株高的影響Fig.1 Effects of different planting methods and irrigation patterns on plant height of waxy corn

相同種植模式下，灌水量對糯玉米株高作用顯著，不同灌水水平下各處理株高差異顯著。以C處理為例，苗期CI0和CI1灌水量相同，差異不大；拔節(jié)期CI0灌水量18.18 mm，CI1未灌水，該生育期CI0株高較CI1高6.54%，且差異顯著(P<0.05)；孕穗期兩處理均灌水至設(shè)計(jì)方案土壤含水率上限，此時(shí)CI0株高比CI1高4.81%，差異有所下降；成熟期CI0株高210.2 cm，CI1株高203.8 cm，CI0株高較CI1高3.14%，兩處理差異進(jìn)一步縮小。CI1在拔節(jié)期未灌水，在孕穗期恢復(fù)灌水后株高增長速度達(dá)到1.38 cm/d，相比CI0處理株高增長速度提高6.89%，這可能是因?yàn)榘喂?jié)期的虧水抑制了糯玉米株高的生長，而使糯玉米根系為了吸收更多的水分向下生長，在孕穗期恢復(fù)灌水后根系對水分的吸收利用更加充分，使株高快速生長[9]。

2.2 不同種植方式與灌水模式對糯玉米葉面積指數(shù)的影響

表2為不同種植方式與灌水模式下糯玉米各生育期葉面積指數(shù)，總體來說，各處理在糯玉米全生育期內(nèi)葉面積指數(shù)變化趨勢基本一致。糯玉米苗期植株矮小，植株間競爭小，各處理間的葉面積指數(shù)差異不大，葉面積指數(shù)增長速度較慢；拔節(jié)期各處理葉面積指數(shù)增速達(dá)到0.6～0.12 cm2/(cm2·d)之間；孕穗期為糯玉米生長最迅速的時(shí)期，葉面積指數(shù)增速達(dá)到最大，植株逐漸壯大，植株間競爭性強(qiáng)，該時(shí)期不同種植方式下葉面積指數(shù)差異顯著；至成熟期，隨著糯玉米的逐漸成熟，葉片不斷干枯，因此葉面積指數(shù)有所下降。

表2 不同種植方式與灌水模式糯玉米各生育期葉面積指數(shù)Tab.2 Leaf area index of waxy corn at different growth stages under different planting and irrigation patterns

由表2可知，在相同灌水水平下，糯玉米全生育期內(nèi)DMI0、CI0分別比CKI0高26.78%～152.14%、16.43%～170.44%，DMI1、CI1分別比CKI1高21.33%～101.96%、12.71%～59.75%，覆膜處理在各生育期內(nèi)的葉面積指數(shù)均顯著高于裸地平作(P<0.05)，這種差異在糯玉米苗期-孕穗期較大，成熟期差異相對較小，表明地膜覆蓋可顯著促進(jìn)糯玉米葉面積的增大，尤其是在生育前中期。

就行距配置而言，糯玉米全生育期葉面積指數(shù)DMI0較CI0高(-6.7%)-38.02%，DMI1較CI1高1.82%～23.13%，各處理間達(dá)顯著性差異(P<0.05)。寬窄行和等行距兩種種植模式葉面積指數(shù)在苗期時(shí)差異較小，這是由于糯玉米苗期植株矮小，相互間遮擋的影響較小，因此葉面積指數(shù)差異不大；拔節(jié)期和孕穗期的差異較大，是由于寬窄行種植調(diào)節(jié)了植株群體間的均勻性，改善通風(fēng)、受光和糯玉米冠層截光能力，增加光合面積，增強(qiáng)光合作用從而加快植株的生長發(fā)育；成熟期隨著植株逐漸發(fā)育完全，各處理葉面積指數(shù)間差異有所下降[10]。

相同種植模式下，糯玉米苗期DMI0與DMI1、CI0與CI1、CKI0與CKI1之間葉面積指數(shù)差異不大；拔節(jié)期DMI0較DMI1高13.3%，CI0較CI1高27%，CKI0較CKI1高27.42%，這是由于拔節(jié)期I1未進(jìn)行灌水，因此I1水平與I0水平葉面積指數(shù)差距擴(kuò)大，達(dá)顯著性差異(P<0.05)；孕穗期DMI0較DMI1高19.7%，CI0較CI1高32%，CKI0較CKI1高19.12%；成熟期DMI0較DMI1高10.1%，CI0較CI1高8.9%，CKI0較CKI1高5.4%，該生育期各處理植株均逐漸發(fā)育完全，這一時(shí)期I1與I0間葉面積指數(shù)差距縮小，說明成熟期灌水與否對葉面積指數(shù)影響較小。

2.3 不同種植方式與灌水模式對糯玉米產(chǎn)量及構(gòu)成因素的影響

表3為不同種植方式與灌水模式對糯玉米產(chǎn)量及構(gòu)成因素的影響。由表3可知，糯玉米籽粒產(chǎn)量由大到小表現(xiàn)為DMI0>CI0>DMI1>CI1>CKI0>CKI1，各處理間差異顯著(P<0.05)，覆膜處理產(chǎn)量大于裸地平作產(chǎn)量，寬窄行種植模式產(chǎn)量大于等行距種植模式。

表3 不同種植方式與灌水模式對糯玉米產(chǎn)量及構(gòu)成因素的影響Tab.3 Effects of different planting patterns and Irrigation Patterns on yield and yield components of waxy corn

相同灌水水平下，CKI0籽粒產(chǎn)量分別較DMI0和CI0低31.31%和29.77%，CKI1籽粒產(chǎn)量分別較DMI1和CI1低37.3%和29.66%，地膜覆蓋相比裸地平作對糯玉米籽粒產(chǎn)量提高明顯，達(dá)顯著性差異(P<0.05)。這是由于覆膜可以提高土壤保水能力，減少水分散失，還可以改善近地面氣層的光熱條件，使土壤充分吸收太陽的光能，提高作物的光合作用，為作物提高產(chǎn)量打下良好的基礎(chǔ)。這與大部分的研究結(jié)果一致[11,12]。

就行距配置而言，DMI0籽粒產(chǎn)量較CI0提高18%，DMI1籽粒產(chǎn)量較CI1提高5.9%，寬窄行種植與等行距種植處理間均達(dá)顯著性差異(P<0.05)。這可能是因?yàn)榕c等行距種植模式相比，寬窄行種植模式調(diào)節(jié)了糯玉米棵間分布，有利于植株的通風(fēng)透氣，并且由于寬行的存在，使陽光可以充分照射葉片，提高了植株的光合作用，加快了干物質(zhì)積累量，最終提高產(chǎn)量[13]。

相同種植模式下，DMI0較DMI1產(chǎn)量增加7.82%，耗水量增加576.92 m3/hm2，在多增加灌水的情況下，對產(chǎn)量的增幅并不是十分明顯。

從糯玉米產(chǎn)量的各構(gòu)成因素來看，各處理產(chǎn)量間達(dá)顯著性差異，主要體現(xiàn)在粒數(shù)、禿尖、百粒鮮重和百粒干重等指標(biāo)，而穗長、穗粗和行數(shù)差異不大，未達(dá)顯著性水平(P>0.05)。

覆膜區(qū)較未覆膜區(qū)減少禿尖24.2%～43.9%，提高百粒鮮重14.36%～20.8%，提高百粒干重45.92%～55.03%，均顯著高于不覆膜區(qū)，穗長、穗粗和行數(shù)未達(dá)到顯著性差異。

相同灌水水平下，DMI0較CI0在穗長、穗粗、百粒鮮重和百粒干重方面分別提高2.86%、10.25%、0.63和3.09%，DMI1較CI1在穗長和百粒干重方面分別提高6.3%和0.83%，寬窄行種植對產(chǎn)量的構(gòu)成因素有所提升。

2.4 不同種植方式與灌水模式對糯玉米水分利用效率、灌溉水利用效率地影響

表4為不同種植方式與灌水模式對糯玉米水分利用效率的影響。由表4可知，各處理水分利用效率由大到小表現(xiàn)為DMI1>DMI0>CI0>CI1>CKI1>CKI0，各處理間差異顯著(P<0.05)。相同灌水水平下，DMI0、CI0的水分利用效率分別較CKI0高82.98%、78.64%，DMI1、CI1的水分利用效率分別較CKI1高86.38%、61.35%，這是由于地膜覆蓋可以最大限度地收集生育期內(nèi)的天然降雨，保墑提墑，提高糯玉米產(chǎn)量，降低總耗水量，因此在相同灌水水平下可顯著提高水分利用效率；DMI0水分利用效率較CI0高2.43%，DMI1水分利用效率較CI1高15.51%，寬窄行的水分利用效率大于等行距，這可能是因?yàn)閷捳蟹N植模式調(diào)整了植株間距，增強(qiáng)了土壤的通透性能。

表4 不同種植方式與灌水模式對糯玉米水分利用效率的影響Tab.4 Effects of different planting methods and Irrigation patterns on water use efficiency of waxy corn

相同種植模式下，DMI1水分利用效率較DMI0高4.61%，CKI1水分利用效率較CKI0高2.59%，CI0和 CI1處理的水分利用效率基本相同，I1灌水水平可一定程度上增加糯玉米水分利用效率。相同灌水水平下，DMI1、CI1灌溉水利用效率較CKI1增加55.52%、35.93%，DMI0、CI0灌溉水利用效率較CKI0增加38.14%、29.08%，各處理間差異顯著(P<0.05)，地膜覆蓋可顯著提高灌溉水利用效率；相同種植模式下，DMI1灌溉水利用效率較DMI0增加23.52%，CI1灌溉水利用效率較CI0增加14.41%，CKI1灌溉水利用效率較CKI0增加9.67%，說明I1灌水水平下各處理產(chǎn)量對灌水的響應(yīng)較高，節(jié)水效益更好，因此在缺水或少水地區(qū)，可以使用I1代替I0。

3 結(jié) 論

(1)相同灌水水平下，全膜雙壟溝播與裸地平作相比可顯著提高糯玉米株高，說明地膜覆蓋能促進(jìn)糯玉米的生長，而寬窄行種植與等行距種植相比對糯玉米株高的促進(jìn)作用不顯著。

(2)相同灌水水平下，全膜雙壟溝播可顯著提高糯玉米葉面積指數(shù)、籽粒產(chǎn)量、水分利用效率及灌溉水利用效率，寬窄行種植相比等行距種植促進(jìn)作用更加顯著。

(3)相同種植方式下I0相比I1可顯著提高糯玉米葉面積指數(shù)，一定程度上增加糯玉米產(chǎn)量，而I1相比I0可顯著提高糯玉米水分利用效率及灌溉水利用效率，I1灌水水平產(chǎn)量對灌水的相應(yīng)更高，節(jié)水效益更好。

(4)全膜雙壟溝播寬窄行種植是本試驗(yàn)條件下較適宜的糯玉米種植模式，I0灌水水平下產(chǎn)量最高，在缺水或少水地區(qū)則可用I1代替。

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