不同灌溉模式對玉米生理生長、產(chǎn)量及水分利用效率的影響研究

李明宇

（遼寧省防汛抗旱指揮部辦公室，遼寧 沈陽 110003）

0 引言

玉米是重要糧食、經(jīng)濟(jì)兼用作物，在保證我國糧食安全和國民經(jīng)濟(jì)穩(wěn)步發(fā)展中占重要地位。2019年，我國玉米種植面積達(dá)到4 153萬hm2，總產(chǎn)量達(dá)到25 540萬t，但總產(chǎn)量與國家糧食安全中長期規(guī)劃綱要的目標(biāo)仍有較大差距[1]。同時，與其他旱作物相比，玉米耗水量更高，對干旱脅迫更敏感。然而，我國北方地區(qū)生育前期氣溫低，玉米出苗緩慢，玉米生長周期被延長，生育中后期持續(xù)高溫且降雨驟減，將極顯著地降低玉米產(chǎn)量[2]。灌溉制度是延緩玉米受干旱脅迫減產(chǎn)、促進(jìn)玉米生理生長的最有效方法。丁艷宏的研究發(fā)現(xiàn)，與畦灌相比，滴灌可提高玉米水肥利用效率，可提高產(chǎn)量[3]。也有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，膜下滴灌可提高作物水分利用效率，具有節(jié)水增產(chǎn)的效果[4]。遼西北地區(qū)是遼寧的玉米主要種植區(qū)，該地區(qū)降雨不多，易發(fā)生干旱，開展玉米灌溉方式效果研究，對當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)灌溉管理，實(shí)現(xiàn)以水定產(chǎn)、以水定種植結(jié)構(gòu)的適水型農(nóng)業(yè)發(fā)展具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)站概況

本試驗(yàn)于2019年5—10月，在建平縣灌溉新技術(shù)試驗(yàn)推廣站進(jìn)行。試驗(yàn)區(qū)位于建平縣中西部，老哈河?xùn)|岸，海拔512 m，處于海洋性季風(fēng)氣候向大陸性氣候過渡區(qū)境內(nèi)，屬半濕潤半干旱季風(fēng)型大陸性氣候。多年平均氣溫7.1℃，平均降水量410 mm，年可能蒸散量達(dá)600 mm，有效積溫3 200℃。土壤質(zhì)地為砂壤土，土壤質(zhì)量體積比1.4 g/cm3。土壤有機(jī)質(zhì)含量為1.66%，速效氮40 mg/kg，速效磷12.5 mg/kg，速效鉀80 mg/kg，田間最大持水量fc為20.0%，pH值7.0，地下水埋深3.0 m左右。多年初霜日9月22日，終霜日5月9日，無霜期125~133 d。

1.2 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)供試品種為赤丹218，種植方式參考當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶的玉米栽培方法（行距48 cm，株距30 cm，畝保苗4 000~4 500株）。玉米播種前翻耕土地后平整土地，玉米播種前灌水一次（灌水定額600 m3/hm2）。試驗(yàn)播種采用人工播種的方式，基肥隨種施入試驗(yàn)小區(qū)，撒可富復(fù)合肥（氮-五氧化二磷-氧化鉀）600 kg/hm2，口肥磷酸二銨15 kg/hm2。播種后封地除草。出苗期為5月11日，5月14日為三葉期，定苗、除草、松土；6月15日拔節(jié)期，中耕除草，施尿素225 kg/hm2；7月11日抽雄期；8月3日灌漿期；9月6日成熟；10月12日收獲期。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)為單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)。設(shè)置四個水平，分別為：膜下滴灌M1、微噴灌M2、地面灌M3、不灌溉M4，小區(qū)采用隨機(jī)排列方法布置，設(shè)置三次重復(fù)，共計(jì)12個小區(qū)。

玉米整個生育期劃分五個生育時期，即苗期、拔節(jié)期、抽雄期、灌漿期、成熟期。土壤水分控制下限，分別設(shè)定為田間持水量fc的65%、70%、70%、75%、70%，具體試驗(yàn)處理詳見表1，試驗(yàn)小區(qū)面積為12 m×15 m，每個試驗(yàn)小區(qū)之間設(shè)有保護(hù)行，保護(hù)行寬度為1.2 m；需水規(guī)律以作物每個生育階段的適宜土壤濕度為控制標(biāo)準(zhǔn)，有效降水量采用測量降水前后作物根系層土壤含水量變化的方法來確定，氣象資料參照試驗(yàn)站的氣象觀測場資料。

表1 各處理的土壤水分下限控制標(biāo)準(zhǔn)

1.4 測定項(xiàng)目與方法

1.4.1 土壤含水率

玉米全生育期，采用剖面土壤水分測量系統(tǒng)（TDR）測定（每10 cm為一層，測定0~60 cm耕層土壤含水率）。觀測時間為每旬開始第一天觀測，灌水前、灌水后、生育階段和降雨前后加測。

1.4.2 生理生長特性指標(biāo)

分別在玉米的苗期、拔節(jié)期、抽雄期、灌漿期和成熟期，測定植株的株高和全部展開葉的葉面積，按長×寬×系數(shù)（0.75）法調(diào)查葉面積，測定每株近地面處的莖粗。每次測定均在小區(qū)內(nèi)隨機(jī)取10株樣本，取其平均數(shù)。

1.4.3 氣象資料觀測

在課堂觀察中我發(fā)現(xiàn)，相當(dāng)多的同學(xué)拿到練習(xí)之后，問題都還沒看，就匆忙聚焦文本。不帶著問題，走遠(yuǎn)了反倒不知道緣何出發(fā)，初心怎記？

利用氣象站觀測的風(fēng)速、風(fēng)向、降雨量、蒸發(fā)量、溫度、相對濕度、日照實(shí)數(shù)等數(shù)據(jù)資料。

1.4.4 玉米耗水量

根據(jù)水表讀數(shù)記錄每次灌水量，根據(jù)水量平衡方程計(jì)算玉米耗水量。

1.4.5 產(chǎn)量

成熟時按各小區(qū)單獨(dú)收獲，每個處理的玉米產(chǎn)量均以重復(fù)產(chǎn)量的平均值代表該處理的實(shí)際產(chǎn)量。同時分別取樣進(jìn)行室內(nèi)考種，測定穗部性狀和產(chǎn)量構(gòu)成因素。

1.5 數(shù)據(jù)分析

本試驗(yàn)采用Microsoft Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，DPS軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，Origin2015作圖，顯著性水平為p＜0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 灌溉模式對玉米株高的影響

圖1 株高變化趨勢圖

表2 灌溉模式對各生育期株高影響的方差分析表單位：cm

苗期各處理苗期株高表現(xiàn)為：M3＞M1＞M2＞M4。隨著生育期的推進(jìn)，株高增加幅度逐漸提升，直至成熟期株高上升趨勢減緩。成熟期各處理株高表現(xiàn)為：M1＞M2＞M3＞M4。由方差分析結(jié)果可知，M1處理為株高表現(xiàn)最優(yōu)處理，M4處理為株高表現(xiàn)最差處理，M3與M2處理株高較為相近。

2.2 灌溉模式對玉米莖粗的影響

由表3可知，灌溉模式顯著影響玉米各生育期莖粗指標(biāo)，M1處理在各生育期均表現(xiàn)為莖粗最大，為灌溉最優(yōu)處理。在苗期M2處理的株高最小，為19.3 cm，成熟期M2處理的莖粗也是各處理中最小的，為24.17 cm。

表3 灌溉模式對各生育期莖粗影響的方差分析表單位：cm

由圖2可知，玉米的莖粗從苗期至拔節(jié)期增長迅速，M1處理自拔節(jié)期至灌漿期增長緩慢，其他處理自拔節(jié)期至灌漿期呈現(xiàn)下降趨勢，自灌漿期至成熟期各處理的玉米莖粗呈現(xiàn)下降趨勢，M1至M4處理分別下降至27.14 cm、24.17 cm、25.22 cm和26.49 cm。

圖2 莖粗變化趨勢圖

2.3 灌溉模式對玉米葉面積的影響

由表4可知，各處理在苗期的葉面積最小，變化范圍為190.29至341.37 cm2，其中M4處理最小，為190.29 cm2，M2處理最大，為341.37 cm2，灌漿期葉面積達(dá)到最大，且變化范圍在5 581.68 cm2至7 293.14 cm2，其中M4處理葉面積最小，為5 581.68 cm2，M1處理葉面積最大，為7 293.14 cm2。

表4 灌溉模式對各生育期葉面積影響的方差分析表單位：cm2

由圖3可知，各處理在苗期—拔節(jié)期、抽穗期—灌漿期葉面積增長較為緩慢，在拔節(jié)期—抽雄期增長迅速。

圖3 葉面積變化趨勢圖

2.4 灌溉模式對玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響

灌溉模式對玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響可見表5。由表可知，且由方差分析結(jié)果表可知，灌溉模式顯著影響玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成。玉米穗長指標(biāo)中，M1處理最大，為20.1 cm，M3處理最小，為19.4 cm。穗粗指標(biāo)中，M4處理顯著大于M1、M2、M3處理。在穗粒數(shù)、穗粒重、百粒重及產(chǎn)量中，M1處理均最大，分別為642.36、279.06 g、43.83 g和17 950.5 kg/hm2，M4處理均最小，分別為554.36、229.80 g、39.90 g和13 393.5 kg/hm2。由表5可知，M1處理產(chǎn)量最高，為17 950.5 kg/hm2，與M2處理無顯著差異，但顯著高于M3、M4處理。

表5 灌溉模式對玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成影響的方差分析表

2.5 灌溉模式對玉米灌溉用水及水分利用效率的影響

灌溉模式對玉米灌溉用水量及生育期耗水量的影響可見表6。M1灌溉次數(shù)最大，但是生育期耗水量小于M2和M3處理，水分利用效率最高。相對于其他處理，M4處理灌溉用水量最小，導(dǎo)致了玉米的大量減產(chǎn)，M4處理水分利用效率較低。M3處理雖然獲得了與M1和M2處理相近的產(chǎn)量，但是其灌溉用水量最大，導(dǎo)致M3處理水分利用效率最低。因此，若想最大程度發(fā)揮水資源利用率建議選擇M1灌溉模式進(jìn)行玉米種植。

表6 灌溉模式對玉米灌溉用水量及生育期耗水量的影響

2.6 經(jīng)濟(jì)效益分析

本試驗(yàn)的經(jīng)濟(jì)效益分析可見表7。由表可知，處理M1凈收益2 080.7元/畝，比處理M2、M3、M4分別增加7.32%、6.58%、39.7%，由此可見，處理M1膜下滴灌有明顯的節(jié)水、增收效果。由表7還可以看出，M4處理是由于產(chǎn)量低下而成本不變導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)所得降低。因此，若想獲得最大的經(jīng)濟(jì)收益，建議選擇膜下滴灌（M1）處理。

表7 經(jīng)濟(jì)效益分析

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

（1）灌溉模式對玉米各生育期的株高產(chǎn)生極顯著影響，在成熟期株高表現(xiàn)為M1＞M2＞M3＞M4。不同灌溉模式處理的玉米各生育期株高變化趨勢相同，在抽雄期前，株高隨著生育期的推進(jìn)而增加，抽雄期后，玉米的株高變化幅度較小。

（2）灌溉模式對玉米各生育期的莖粗產(chǎn)生極顯著影響，在成熟期莖粗表現(xiàn)為M1＞M4＞M3＞M2。M2和M4處理在拔節(jié)期莖粗達(dá)到最大值，拔節(jié)期后玉米的莖粗呈現(xiàn)下降趨勢。M3處理玉米的莖粗在抽雄期達(dá)到最大值，抽雄期后莖粗呈現(xiàn)下降趨勢。M1處理的莖粗在灌漿期達(dá)到最大，后呈現(xiàn)下降趨勢。

（3）灌溉模式對玉米各生育期的葉面積產(chǎn)生極顯著影響，在成熟期葉面積表現(xiàn)為M1＞M2＞M3＞M4。玉米葉面積指數(shù)在生育期內(nèi)隨時間的變化和葉面積相同，灌漿前隨生育期進(jìn)行增大，灌漿后變化較小。

（4）經(jīng)濟(jì)效益分析結(jié)果，處理膜下滴灌處理凈收益2 080.74元/畝，比微噴灌M2、地面灌M3、不灌溉M4處理分別增加7.32%、6.58%、39.7%，處理M1膜下滴灌有明顯的節(jié)水、增收效果。

3.2 討論

3.2.1 灌溉模式對玉米生理生長的影響

作物的生理生長是表征作物生長的重要指標(biāo)，也是作物形成產(chǎn)量的先決條件。膜下滴灌作為旱作物栽培的重要方法具有提高玉米水分利用率和氮肥利用率，減少氨揮發(fā)排放，促進(jìn)作物生理生長和提高作物產(chǎn)量的作用[4~6]。本試驗(yàn)中M3處理（地面灌）的灌溉用水量最大，但是葉面積指數(shù)卻小于M1處理，這可能是灌溉用水量大，但是灌溉水以水分運(yùn)移的形式擴(kuò)散至土壤深層，而此時作物根系發(fā)育不完全，導(dǎo)致深層土壤水無法被作物吸收所導(dǎo)致的情況[7]。本試驗(yàn)莖粗結(jié)果表明，M1莖粗最大，M4處理次之，灌水量較高的M2和M3處理低于M4處理，這可能是因?yàn)镸4處理的植株經(jīng)過干旱馴化，葉片葉面積小，但是單位面積的葉綠素含量增加，可吸收同化更多的無機(jī)碳，優(yōu)化養(yǎng)分運(yùn)移所導(dǎo)致的[8]。

3.2.2 灌溉模式對玉米水分利用效率的影響

土壤水分決定土壤養(yǎng)分移動性和根區(qū)質(zhì)流養(yǎng)分含量，直接影響植株養(yǎng)分同化吸收，間接影響作物產(chǎn)量的形成[9]。雖然充足的灌溉可以促進(jìn)產(chǎn)量的形成，但是直接增加了作物生態(tài)需水量，降低了水分利用效率[10]。本試驗(yàn)M4處理雖然產(chǎn)量最低，但是該處理僅需自然降水，使得其水分利用效率高于地面灌M3處理，結(jié)果屬于合理范疇。與M3相比，M1和M2處理進(jìn)行了補(bǔ)充灌溉，在消耗了僅1/2的M3灌溉用水量條件下，獲得了高于M3處理的產(chǎn)量，進(jìn)一步提高了水分利用效率，為當(dāng)?shù)赜衩追N植提供了科學(xué)的理論依據(jù)。