東北地區(qū)不同灌溉方式對玉米生長及其產量的影響

李明宇

（遼寧省防汛抗旱指揮部辦公室，遼寧 沈陽 110003）

1 引言

在中國，農業(yè)是用水大戶，用水總量4 000億m3，占全國總用水量的70%，其中農田灌溉用水量3 600—3 800億m3，占農業(yè)用水量的90%—95%。水資源不足嚴重制約著中國北方干旱、半干旱地區(qū)的農業(yè)生產[1，2]。根據(jù)作物產量與水分關系，發(fā)展節(jié)水灌溉，力求用盡可能少的水資源達到農作物穩(wěn)產和高產，是緩解干旱、半干旱地區(qū)水資源緊缺的一條切實可行的途徑[3，4]。

東北四省區(qū)是我國玉米最主要的產區(qū)，種植面積和總產量均占到全國30%左右，對保障我國糧食安全起著重要的作用。由于近些年東北地區(qū)干旱頻發(fā)，受旱持續(xù)時間長、受災面積大、玉米減產幅度大等問題，我國糧食安全受到了嚴重威脅。為了確保我國糧食安全，國家在農田中增加了大量灌溉設備，如何用好這些灌溉設備是擺在我們面前的一項突出問題。因此，研究噴灌、滴灌及自然降雨條件下的作物需水規(guī)律及灌溉制度的重要性日益明顯。噴灌與農戶常用的地面灌溉相比，可節(jié)水30%—50%，提高糧食作物產量10%—20%，經濟作物20%—30%，蔬菜1—2倍[5，6]；與管灌相比，噴灌可提高水分利用效率17.67%[7]。實施噴灌還能調節(jié)田間的小氣候，提高農產品的品質，防治作物的病蟲害，促進灌溉的機械化、自動化[8]。膜下滴灌是將滴灌技術與覆膜種植技術有機結合起來的灌溉技術。滴灌可實現(xiàn)作物按需供水，其灌水方式可使作物根區(qū)土壤經常保持較高的含水量；覆膜減少了水分散失，提高了水分利用的有效性。膜下滴灌技術創(chuàng)造了有利于作物生長發(fā)育的水、肥、氣、熱環(huán)境，獲得較好的節(jié)水增產效果[9]。

玉米是遼寧北部風沙區(qū)的主要糧食作物，在當?shù)芈氏乳_展玉米膜下滴灌、噴灌及自然降雨三種不同灌溉條件下的對比研究，以探求更加高效、實用的灌溉方式及設備，為當?shù)剞r業(yè)灌溉提供技術支撐。

2 材料和方法

2.1 試驗區(qū)概況

試驗于2019年在遼寧省阿爾鄉(xiāng)灌溉試驗站進行，試驗站位于遼寧省阜新市彰武縣阿爾鄉(xiāng)鎮(zhèn)北甸子村，地處科爾沁沙地南緣，東、西、北三面與內蒙古科左后旗比鄰，屬于溫帶半干旱季風氣候，其主要特征是干燥，風沙大。年平均氣溫6.1℃，平均濕度58%，無霜期154天；多年平均降水量為307mm，多年平均蒸發(fā)量1 777.6—1 783.4mm；降水量年內分布不均，夏季降水量占全年降水量的66%以上；年平均風速3.7—4.2m·s-1，最大風速24m·s-1，干燥系數(shù)1.0—1.8，沙包天氣10—15d，主要出現(xiàn)于春季。土壤為風沙土，干容重1.69g·cm-3，土壤顆粒粒徑主要分布在0.075—2mm之間，其中0.5—2mm 占 0.5%，0.25—0.5mm 占 28.3%，0.075—0.25mm占69.7%，小于0.075mm顆粒占1.8%。有機質含量為0.66mg·kg-1，土壤堿解氮7.2mg·kg-1，速效磷1.7mg·kg-1，速效鉀19.1mg·kg-1，全氮0.006mg·kg-1，田間持水率為6.32%，飽和含水率為16.88%，試驗區(qū)地下水埋深為1.5—2.8m。

2.2 試驗設計

試驗為單因素試驗，設置三種不同灌溉方式，即自然降雨、膜下滴灌和大田噴灌，每個處理設置三次重復。自然降雨條件即全生育期不灌水，僅靠自然降雨；膜下滴灌，滴灌帶位于壟中央，單條滴灌帶灌溉兩行玉米，滴頭間距0.3m，滴頭流量4L/h，全生育期滴灌水總量為110mm，分五次灌溉，每次灌水時期及水量見表1；噴灌選用壓力式噴頭，噴管高于地面1.5m，噴頭噴射半徑為7.5m，出水量12L/h，全生育期灌水200mm，每次灌水時期及水量見表1。本試驗三個試驗處理的玉米栽培品種選用當?shù)仄贩N“遼單565”，施肥、噴藥、除草等管理措施采用當?shù)刂懈弋a管理模式，三個灌溉試驗處理除灌溉方式不同外，其余試驗條件均保持一致。玉米采用大壟雙行種植，壟距1.2m，玉米寬行距0.8m，窄行距0.3m，種植密度為5.56萬株/hm2。每個試驗小區(qū)內有5壟，壟長5m，小區(qū)面積達30m2，種植面積較大，能夠滿足試驗要求。

表1 不同試驗因素及灌溉方法

2.3 觀測指標

2.3.1 土壤容重和田間持水量

在土壤翻耕前，挖1m土壤剖面，以20cm為一層，逐層采集，測定土壤含水量，土壤容重、田間持水量，具體指標測定值見表2。

表2 不同土層深度土壤水分測定值

2.3.2 土壤含水量監(jiān)測

自播種后，每間隔7天監(jiān)測一次土壤含水量，直至收獲。采用土鉆取土，取樣深度100cm，以20cm為一層；各處理選取三個樣點取樣，烘干稱重測定含水量；滴灌處理在距滴頭水平距離20cm、40cm、60cm、80cm、100cm等處分別取樣。每次較大降水及灌水前、后都加測。

2.3.3 灌水量

采用水表對每個處理小區(qū)單獨計量。

2.3.4 玉米生長性狀

株高、莖粗、葉面積為10天觀測一次。

（1）株高

每個處理選取10株定點掛牌進行測量，抽雄期前為土面至最高葉尖的高度，抽雄期后由土面量至雄穗端的高度。

（2）葉面積每個點或處理定點掛牌測量3—5株，7—10天觀測一天，；采用卷尺測量玉米植株株高和全部展開葉的葉長，最大葉寬，并將它們相乘再乘以經驗系數(shù)0.75，然后將所有葉片面積相加獲得，從而計算出葉面積。

（3）莖粗

對不同處理測定株高的同時，采用游標卡尺測定莖粗，抽雄以前測定離地面6cm的橫位直徑（位置固定），抽雄期后測定玉米植株地上第三節(jié)中部的橫位直徑，不同處理的測定高度及方法要一致。

2.3.5 產量

在玉米收獲時期對玉米果實進行考種測產。包括穗長、禿尖長、穗粗、穗行數(shù)、穗粒數(shù)、百粒重及產量。

3 結果與分析

3.1 不同灌溉方式對玉米株高、莖粗的影響

由圖1可知，各處理下玉米株高變化整體趨于一致，在生長期內持續(xù)增高，到抽雄灌漿期內趨于平穩(wěn)，成熟期達到最高；由表3知，各處理出苗時間不同，膜下滴灌處理出苗最早，噴灌處理出苗時間推遲1天，自然降雨處理推遲2天；各處理在7月1日前（7葉期末）株高差距不大，7月11日（拔節(jié)期）后株高差距逐漸加大，株高一直表現(xiàn)為膜下滴灌＞噴灌＞自然降雨。從出苗到七葉期之間，各處理玉米株高差異不大，表明苗期不同灌溉方式對玉米生長影響較小。圖2為各處理方式的最終株高，方差分析顯示膜下滴灌與自然降雨的最終株高差異顯著，不同處理其株高大小順序為膜下滴灌＞噴灌＞自然降雨，膜下滴灌的最終株高比自然降雨高56%。三種灌溉方式下玉米莖粗波動不大，基本上保持膜下滴灌＞噴灌＞自然降雨的趨勢。與自然降雨相比，噴灌和膜下滴灌可分別增加最終莖粗11%和42%。

圖1 不同灌溉方式下的株高、莖粗變化

表3 不同灌溉方式生育期劃分

圖2 不同灌溉方式下最終株高方差分析

3.2 不同灌溉方式對玉米葉面積的影響

不同處理下玉米葉面積變化過程由圖3可見，6月30日前各處理葉面積指數(shù)差異不明顯，待7月10日（拔節(jié)）后，各處理葉面積出現(xiàn)明顯差異，膜下滴灌植株葉面積最大，其次為噴灌，自然降雨處理植株的葉面積最小。7月30日抽雄后葉面積達到最高值，其中膜下滴灌的最大，其次是噴灌，最后是自然降雨，隨后進入成熟期，植株底部的葉片開始衰敗，綠葉面積減少。不同灌溉方式下玉米葉面積從苗期到成熟期呈現(xiàn)單峰曲線變化，抽雄期葉面積最大，隨后下降，處理間葉面積差異最大是在抽雄期。

圖3 不同灌溉方式下的葉面積變化

3.3 不同灌溉方式對玉米產量及產量構成的影響

表4 為試驗各處理作物考種指標的對比，分別對穗長、禿尖長、穗粗、穗行數(shù)、穗粒數(shù)、百粒重六項指標進行對比。首先是禿尖長，大小順序為膜下滴灌＞噴灌＞自然降雨，但三者之間沒有顯著差異；穗長大小順序為膜下滴灌＞噴灌＞自然降雨，但三者之間沒有顯著差異；穗粗大小順序為噴灌≈膜下滴灌＞自然降雨，但三者之間沒有顯著差異；穗行數(shù)大小順序為噴灌＞膜下滴灌＞自然降雨，但三者之間沒有顯著差異；穗粒數(shù)大小順序為噴灌＞膜下滴灌＞自然降雨，其中噴灌與滴灌處理無顯著差異,但均顯著高于自然降雨；百粒重大小順序為膜下滴灌＞噴灌＞自然降雨，其中噴灌和膜下滴灌較自然降雨分別提高49%、62%，噴灌和膜下滴灌無顯著差異，但均顯著高于自然降雨。各項指標中，噴灌和膜下滴灌可顯著增加玉米穗粒數(shù)與百粒重。所有考種指標中，膜下滴灌和噴灌處理明顯強于自然降雨，反映出灌水處理優(yōu)于自然降雨，而膜下滴灌灌溉方式對于玉米產量的增長促進作用最大。與自然降雨相比，膜下滴灌和噴灌可分別增加玉米產量43.05%、23.32%，均達到顯著性水平。

表4 不同灌溉方式下的產量指標

3.4 不同灌溉方式對土壤水分及水分利用效率的影響

不同處理方式土壤含水率均值數(shù)據(jù)如表5，變化趨勢如圖4所示，各處理整體變化趨勢一致，在生長期內均為三次過程升降。自然降雨和膜下滴灌波動較大；噴灌處理曲線變化最為平緩，為三組中波動最小的一組，穩(wěn)定性較好；膜下滴灌整體含水率較高，含水量較高，尤其在玉米播種時期、出苗時期要明顯強于噴灌和自然降雨處理，可見覆膜處理在早期玉米植株覆蓋率較低時保水性較好，這對玉米的生長起到很大的促進作用。從水分利用效率看，膜下滴灌較噴灌和自然降雨可分別提高93%、53%。

圖4 不同處理方式土壤含水率變化趨勢

表5 不同處理的水分利用效率

4 討論

一般研究均表明，玉米的生長對水分條件較為敏感。姚啟倫等研究表明，水分缺乏時，株高、總葉面積、地上部干質重等均不同程度地下降[10]。焦艷平等研究也表明，株高、莖粗、葉面積指數(shù)、地上部分干物質積累量等均隨著土壤水勢的升高而增加[11]。相關實驗表明，株高是玉米獲得高產的基礎，與籽粒重及飽滿程度密切相關。株高變小往往會造成玉米葉面積變小，光合功能降低，直接影響玉米干物質積累及生物學產量的形成[12]。本研究膜下滴灌的土壤水分高于自然降雨和噴灌，這在一定程度上為玉米生長提供了一個較好的水分環(huán)境從而促進了玉米的生長。噴灌和膜下滴灌較自然降雨均能提高玉米植株的株高，且膜下滴灌的作用效果更好。三種灌溉方式下玉米莖粗波動不大，但噴灌和膜下滴灌的莖粗始終高于自然降雨，可見有灌溉保證的處理莖粗要優(yōu)于自然降雨條件，而對于膜下滴灌和噴灌這兩種灌溉方式，膜下滴灌的莖粗值始終高于噴灌，可見膜下滴灌更有利于玉米莖部生長。

5 結論

通過玉米不同灌溉方式試驗研究，得到以下結論：

（1）不同控制灌溉方式下土壤含水率會發(fā)生明顯變化，在玉米播種時期、出苗時期膜下滴灌土壤含水量要明顯高于其他兩組處理。

（2）在玉米生長指標方面，其株高、莖粗、葉面積平均值均出現(xiàn)膜下滴灌＞噴灌＞自然降雨的順序，表明膜下滴灌更適合促進玉米生長。

（3）膜下滴灌條件下玉米產量最高，噴灌處理產量也有增加，較自然降雨分別增加43.05%、23.32%，自然降雨產量最低。

（4）綜合比較三種不同灌溉方式，膜下滴灌是最適合在本地推廣的灌溉方式。