覆膜灌溉對(duì)河北省春玉米生長(zhǎng)生理及產(chǎn)量的影響*

張 冉 ， 張照娜 ， 陸禹闊 ， 許超前 ， 史東旭 ， 賈 悅

（河北水利電力學(xué)院遙感與智慧水利創(chuàng)新中心，河北 滄州 061001）

0 引言

我國(guó)旱區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉是用水大戶，水資源已成為制約旱區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展及生態(tài)環(huán)境健康的關(guān)鍵因素，破解旱區(qū)“水危機(jī)”的關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)高效用水[1]。玉米作為我國(guó)第一大糧食作物[2]，同時(shí)也是我國(guó)種植率第一的旱作物，在我國(guó)旱區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有十分重要的地位[3]。河北省是我國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)作物生產(chǎn)基地，也是我國(guó)主要旱區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地，春玉米在河北省農(nóng)業(yè)發(fā)展中扮演著十分重要的角色，其產(chǎn)值直接影響河北省農(nóng)業(yè)產(chǎn)值的發(fā)展。但近年來由于土地干旱嚴(yán)重，依照傳統(tǒng)方法灌溉已經(jīng)不能滿足當(dāng)今的需求，地下水的過度開采已經(jīng)導(dǎo)致河北省多地出現(xiàn)了地下水降落漏斗現(xiàn)象[4-5]，找到一種新的、適合旱作物的灌溉方法迫在眉睫。覆膜灌溉是目前廣泛采用的一種節(jié)水農(nóng)藝措施[6]，已有研究表明，覆膜灌溉能夠減少土壤水分損失、調(diào)節(jié)土壤溫度、增加降雨入滲、提高土壤保水力，加快作物生育進(jìn)程，顯著增加作物產(chǎn)量[7]，同時(shí)還具備有效抑制土壤蒸發(fā)、提高土壤水分有效性[8]、活化土壤養(yǎng)分、抑制雜草及病蟲害等功能[9-11]。大量研究結(jié)果表明，覆膜灌溉可通過影響作物干物質(zhì)積累，從而顯著提高春玉米產(chǎn)量[12-27]。因此，為進(jìn)一步緩解河北省的農(nóng)業(yè)用水問題，提高河北省旱作物產(chǎn)值，本研究以春玉米為研究對(duì)象，研究覆膜灌溉對(duì)春玉米生長(zhǎng)生理及產(chǎn)量的影響，研究結(jié)論可為河北省作物覆膜灌溉制度的制定提供參考。

1 研究方法

1.1 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

本次試驗(yàn)在衡水市節(jié)水灌溉試驗(yàn)站進(jìn)行。選擇春玉米為研究對(duì)象，每年5 月初播種，9 月底收獲。分別設(shè)置用于對(duì)照的不覆膜處理（CK）和覆膜處理（PM）共2 種處理，每個(gè)處理設(shè)置3 組重復(fù)試驗(yàn)，地膜采用寬80 cm、厚0.04 mm 的規(guī)格。玉米株行距為50 cm×30 cm，每個(gè)處理播種時(shí)秸稈還田，并按當(dāng)?shù)胤N植習(xí)慣以復(fù)合肥為底肥，畝用量70 kg，無追肥。覆膜處理除覆膜外，其他均與不覆膜處理完全相同。

1.2 主要指標(biāo)測(cè)定

1.2.1春玉米生長(zhǎng)指標(biāo)測(cè)定

每年6 月初開始測(cè)定春玉米株高和葉面積，每10天測(cè)定1 次。利用卷尺測(cè)量玉米葉片的長(zhǎng)度和寬度，計(jì)算單片葉面積后相加得到整體葉面積（GLAI），每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)選擇5株玉米，取平均值。

1.2.2春玉米光合作用測(cè)定

采用LCPro+光合儀，對(duì)不同生育期不同處理的春玉米進(jìn)行蒸騰速率（Tr）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、凈光合速率（Pn）及胞間CO2濃度（Ci）的測(cè)定。測(cè)量時(shí)間為每天上午9 點(diǎn)，選擇晴天觀測(cè)。每個(gè)處理選1 株，固定同一方位的3個(gè)葉片進(jìn)行測(cè)定。

1.2.3春玉米產(chǎn)量測(cè)定

對(duì)不同處理的春玉米產(chǎn)量進(jìn)行測(cè)定，統(tǒng)計(jì)實(shí)際產(chǎn)量，折合成公頃產(chǎn)量，并分別測(cè)定玉米穗數(shù)、穗粗、穗重、百粒重等農(nóng)藝性狀。

1.3 數(shù)據(jù)分析

本研究數(shù)據(jù)主要采用Excel 2019 進(jìn)行處理，數(shù)據(jù)顯著性采用SPSS10.0 進(jìn)行分析，圖表采用Origin 2018軟件作圖。

2 研究結(jié)果與分析

2.1 覆膜處理對(duì)春玉米生長(zhǎng)指標(biāo)的影響

圖1 為不同處理對(duì)春玉米葉面積指數(shù)（GLAI）的影響。由圖1可知，覆膜處理下的春玉米GLAI比不覆膜處理狀態(tài)下的春玉米提前10天達(dá)到峰值，且數(shù)值高于不覆膜處理下峰值數(shù)據(jù)。在玉米出苗后的前80 天，覆膜處理下的GLAI 數(shù)值始終高于不覆膜處理下的GLAI數(shù)值，且上升速度較快。覆膜和不覆膜處理下的GLAI均在到達(dá)峰值后持續(xù)下降，但對(duì)比覆膜處理下的GLAI，不覆膜處理下的GLAI數(shù)值下降速度較為平緩。由圖1 可知，在播種后玉米生長(zhǎng)前期里覆膜處理使玉米葉面積指數(shù)增大，光合作用變強(qiáng)，促進(jìn)了作物的生長(zhǎng)發(fā)育，增加了物質(zhì)積累量，從而增加了玉米的產(chǎn)量。

圖1 不同處理春玉米葉面積指數(shù)對(duì)比

圖2 為不同處理對(duì)春玉米株高的影響。由圖2 可知，覆膜和不覆膜處理的春玉米為同時(shí)播種，幾乎同在播種第20 天出苗，但是覆膜處理下的株高明顯高于不覆膜處理下的株高，且全程覆膜的株高明顯高于不覆膜處理的。表明地膜覆蓋對(duì)春玉米的生育期有顯著影響，因?yàn)榈啬じ采w增加了土壤溫度，保蓄了土壤水分，增強(qiáng)了春玉米生長(zhǎng)和抗旱能力，同時(shí)，也加快了作物的同化速率，從而促進(jìn)春玉米提早成熟。申麗霞等[28]的研究表明，覆膜處理使春玉米生育進(jìn)程加快，與本研究結(jié)論基本一致。

圖2 不同處理春玉米株高對(duì)比

2.2 覆膜處理對(duì)春玉米光合作用的影響

圖3 為不同處理對(duì)春玉米凈光合速率（Pn）的影響。由圖3 可知，不同處理在不同生育期對(duì)春玉米Pn的影響不同。隨著生育期的進(jìn)行，春玉米Pn呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，這與葉片的發(fā)育程度有關(guān)。相同生育期內(nèi)，覆膜處理的Pn高于不覆膜處理，且在苗期、拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期4 個(gè)生育期內(nèi)，春玉米Pn不同處理間的差異達(dá)到了顯著水平（P<0.05）。在成熟期，覆膜處理春玉米Pn雖高于不覆膜處理，但處理間差異未達(dá)顯著水平（P>0.05）。綜上所述，覆膜處理可提高春玉米的凈光合速率。

圖3 不同處理春玉米凈光合速率對(duì)比

圖4 為不同處理對(duì)春玉米蒸騰速率（Tr）的影響。由圖4 可知，不同處理在不同生育期對(duì)春玉米Tr的影響不同。隨著生育期的進(jìn)行，春玉米Tr呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，這與葉片的發(fā)育程度有關(guān)。相同生育期內(nèi)，覆膜處理的Tr高于不覆膜處理，且在苗期、拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期4 個(gè)生育期內(nèi)，春玉米Tr不同處理間的差異達(dá)到了顯著水平（P<0.05）。在成熟期，覆膜處理春玉米Tr雖高于不覆膜處理，但處理間差異未達(dá)顯著水平（P>0.05）。綜上所述，覆膜處理可提高春玉米的蒸騰速率。

圖4 不同處理春玉米蒸騰速率對(duì)比

圖5 為不同處理對(duì)春玉米氣孔導(dǎo)度（Gs）的影響。由圖5 可知，不同處理在不同生育期對(duì)春玉米氣孔導(dǎo)度的影響不同。隨著生育期的進(jìn)行，春玉米氣孔導(dǎo)度呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，這與葉片的發(fā)育程度有關(guān)。相同生育期內(nèi)，覆膜處理的氣孔導(dǎo)度高于不覆膜處理，且在苗期、拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期4 個(gè)生育期內(nèi)，春玉米氣孔導(dǎo)度在不同處理下的差異達(dá)到了顯著水平（P<0.05）。在成熟期，覆膜處理春玉米氣孔導(dǎo)度雖高于不覆膜處理，但處理間差異未達(dá)顯著水平（P>0.05）。綜上所述，覆膜處理可提高春玉米的氣孔導(dǎo)度。

圖5 不同處理春玉米氣孔導(dǎo)度對(duì)比

圖6 為不同處理對(duì)春玉米胞間CO2濃度（Ci）的影響。由圖6 可知，不同處理在不同生育期對(duì)春玉米Ci的影響不同。隨著生育期的進(jìn)行，春玉米Ci呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，這與葉片的發(fā)育程度有關(guān)。相同生育期內(nèi)，覆膜處理的Ci高于不覆膜處理，且在苗期、拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期4 個(gè)生育期內(nèi)，春玉米不同處理間Ci的差異達(dá)到了顯著水平（P<0.05）。在成熟期，覆膜處理春玉米Ci雖高于不覆膜處理，但處理間差異未達(dá)顯著水平（P>0.05）。綜上所述，覆膜處理可提高春玉米的胞間CO2濃度。

圖6 不同處理春玉米胞間CO2濃度對(duì)比

2.3 覆膜處理對(duì)春玉米產(chǎn)量的影響

表1 為不同處理對(duì)春玉米產(chǎn)量的影響。由表1 可知，不同處理之間春玉米產(chǎn)量不同。其中，覆膜處理后的春玉米產(chǎn)量提高明顯。覆膜處理的穗數(shù)高于不覆膜處理，但處理間差異未達(dá)顯著水平（P>0.05）。覆膜處理的平均穗粗達(dá)到了47.93 mm，較不覆膜處理高出了5.6%，且處理間差異達(dá)到了顯著水平（P<0.05）。覆膜處理的平均穗重達(dá)到了214.13 g，較不覆膜處理高出了20.4%，且處理間差異達(dá)到了顯著水平（P<0.05）。覆膜處理的平均百粒重達(dá)到了31.23 g，較不覆膜處理高出了13.8%，經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量達(dá)到了12 700 kg/hm2，較不覆膜處理高出了7.6%，且處理間差異均達(dá)到了顯著水平（P<0.05）。綜上所述，覆膜處理可通過調(diào)節(jié)春玉米生長(zhǎng)生理作用，從而提高產(chǎn)量。

表1 不同處理春玉米產(chǎn)量對(duì)比

3 結(jié)論

通過采用LCPro+光合儀，對(duì)不同生育期不同處理的春玉米進(jìn)行蒸騰速率（Tr）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、凈光合速率（Pn）及胞間CO2濃度（Ci）的測(cè)定數(shù)據(jù)研究，發(fā)現(xiàn)覆膜處理下的春玉米覆膜處理相比于不覆膜處理下的數(shù)據(jù)來說，更適合春玉米的生長(zhǎng)發(fā)育。覆膜灌溉提高了土壤溫度，促進(jìn)了玉米的生長(zhǎng)，縮短了玉米的生長(zhǎng)周期。覆膜處理使玉米的葉面積指數(shù)發(fā)生了變化，加強(qiáng)了春玉米葉片的光合作用，增加了物質(zhì)的積累量，使玉米產(chǎn)量增加。覆膜灌溉處理減少了土壤水分的蒸發(fā)，增加了水分利用率，達(dá)到了農(nóng)業(yè)高效用水的目的。綜上所述，相對(duì)于不覆膜灌溉下的春玉米，覆膜灌溉下的春玉米生長(zhǎng)速率較快，生理狀態(tài)較好且產(chǎn)量高。