膜下滴灌與細(xì)流溝灌對(duì)玉米生長(zhǎng)及產(chǎn)量的影響

劉夢(mèng)潔，梁飛，李全勝，田宇欣，4，王國(guó)棟，賈宏濤

膜下滴灌與細(xì)流溝灌對(duì)玉米生長(zhǎng)及產(chǎn)量的影響

1新疆農(nóng)墾科學(xué)院農(nóng)田水利與土壤肥料研究所，新疆石河子 832000；2新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，烏魯木齊 830052；3伊犁師范大學(xué)生物與地理科學(xué)學(xué)院資源與生態(tài)研究所，新疆伊犁 835000；4新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院，烏魯木齊 830052

【目的】明確等灌溉量膜下滴灌與細(xì)流溝灌對(duì)玉米生長(zhǎng)、產(chǎn)量及水分利用效率的影響。【方法】以鄭單958為研究對(duì)象，于2015—2021年進(jìn)行田間試驗(yàn)，通過(guò)管式水分儀測(cè)定窄行、根區(qū)和寬行下0—50 cm土層水分含量，研究膜下滴灌與細(xì)流溝灌對(duì)土壤水分分布狀況及其對(duì)玉米株高、葉面積指數(shù)、葉綠素含量、生物量、產(chǎn)量、水分利用效率等的影響?！窘Y(jié)果】膜下滴灌優(yōu)先補(bǔ)充窄行和根區(qū)的土壤水分，而細(xì)流溝灌優(yōu)先補(bǔ)充寬行表層的土壤水分。而玉米耗水主要集中在0—30 cm土層范圍內(nèi)，膜下滴灌的窄行和根區(qū)0—30 cm土層水分含量均高于細(xì)流溝灌；隨著土層深度增加灌溉對(duì)土壤含水量的影響減小，40—50 cm土層水分動(dòng)態(tài)受灌溉方式影響較小。膜下滴灌較細(xì)流溝灌可顯著促進(jìn)玉米在開(kāi)花期和成熟期的生長(zhǎng)，提高葉面積指數(shù)。開(kāi)花期膜下滴灌玉米的株高和葉面積指數(shù)較細(xì)流溝灌平均增加4.3%和8.3%，成熟期平均增加4.9%和15.1%。開(kāi)花期和成熟期玉米總生物量均為膜下滴灌＞細(xì)流溝灌處理，開(kāi)花期增加12.2%，成熟期增加11.5%。膜下滴灌處理的玉米干物質(zhì)轉(zhuǎn)移量、干物質(zhì)轉(zhuǎn)移率和干物質(zhì)轉(zhuǎn)移量對(duì)籽粒貢獻(xiàn)率均顯著高于細(xì)流溝灌處理，分別增加17.8%、3.8%和3.5%。膜下滴灌顯著提高玉米產(chǎn)量和灌溉水利用效率，平均增產(chǎn)14.4%，灌溉水利用效率平均提高14.6%。【結(jié)論】在等灌量條件下，膜下滴灌增加玉米根區(qū)水分含量，促進(jìn)玉米生長(zhǎng)，有利于玉米干物質(zhì)積累及轉(zhuǎn)運(yùn)，提高產(chǎn)量，實(shí)現(xiàn)節(jié)水增效；較細(xì)流溝灌平均增產(chǎn)2 131.68 kg·hm-2，灌溉水利用效率提高8.8%—24.1%。因此膜下滴灌是北疆玉米種植的高產(chǎn)高效灌溉方式。

膜下滴灌；細(xì)流溝灌；玉米；水分利用效率；產(chǎn)量；生長(zhǎng)指標(biāo)；新疆

0 引言

【研究意義】水資源是維持生態(tài)系統(tǒng)的基本要素，同時(shí)也是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的保障，當(dāng)前中國(guó)農(nóng)業(yè)用水量占總用水量的60%以上[1]，而新疆農(nóng)業(yè)灌溉用水占到總用水91%左右[2]，如何高效利用水資源是當(dāng)下研究熱點(diǎn)。細(xì)流溝灌適用于地面坡度較大，土壤透水性小的地區(qū)，具有灌水均勻，節(jié)水保肥，不破壞土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)[3]。膜下滴灌技術(shù)是將覆膜種植與滴灌技術(shù)相結(jié)合的一種灌溉技術(shù)，由灌水器直接滴入作物根部附近的土壤，在作物根區(qū)形成一個(gè)橢球形或球形濕潤(rùn)體[4]，既能提高田間水肥利用效率[5]，避免深層滲漏，減少棵間蒸發(fā)，同時(shí)又具備增溫保墑作用[6]。膜下滴灌在我國(guó)北方地區(qū)得到廣泛應(yīng)用[7-8]，取得了顯著的效果。玉米膜下滴灌技術(shù)是針對(duì)生產(chǎn)實(shí)際需求，在棉花膜下滴灌技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而興起，是對(duì)糧食作物灌溉方式的一次改革。目前新疆滴灌玉米生育期氮磷鉀肥用量分別為300—450、75—135和45—75 kg·hm-2，氮、磷、鉀肥的利用率分別較常規(guī)灌溉提高20%、10%和15%以上，整體節(jié)肥達(dá)15%—25%[9-10]?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】劉洋等[11]研究了東北黑土區(qū)膜下滴灌對(duì)玉米生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響，結(jié)果表明，膜下滴灌在玉米生育前期有利于地上部分營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)，為生育后期的生殖生長(zhǎng)積累更多的干物質(zhì)，成熟期的地上部分干物質(zhì)量比地面灌溉高23.0%。曹玉軍等[12]研究發(fā)現(xiàn)，半干旱地區(qū)覆膜滴灌能夠顯著提高玉米產(chǎn)量和灌溉水利用效率，產(chǎn)量提高21.6%，灌溉水利用效率提高20.9%。張國(guó)強(qiáng)等[13]研究發(fā)現(xiàn)，在保證玉米產(chǎn)量情況下，膜下滴灌較常規(guī)灌溉能夠節(jié)水10%—20%。賈瓊等[14]研究發(fā)現(xiàn)西遼河平原覆膜滴灌較淺埋滴灌平均降低玉米生育期總耗水量9%，在平水偏枯年較淺埋滴灌增產(chǎn)7%—15%。范雅君等[15]研究發(fā)現(xiàn)河套灌區(qū)當(dāng)灌溉定額為275— 325 mm時(shí)，膜下滴灌較常規(guī)灌溉節(jié)水2 546.25— 3 296.25 mm·hm-2。鄒宇鋒等[16]研究發(fā)現(xiàn)河套灌區(qū)滴灌春玉米維持土壤水勢(shì)-10和-30 kPa以上的高水和中水處理相對(duì)常規(guī)灌溉分別節(jié)水19%和57%，且分別提高春玉米籽粒產(chǎn)量21%和15%。賈國(guó)燏等[17]探究不同灌溉方式對(duì)玉米生長(zhǎng)影響發(fā)現(xiàn)，滴灌較溝灌可以更好促進(jìn)玉米生長(zhǎng)過(guò)程中的干物質(zhì)積累。SURYAVANSHI等[18]研究發(fā)現(xiàn)，滴灌方式相比于噴灌和池式灌溉，更能提高小麥產(chǎn)量。ZHANG等[19]研究表明，相較于畦灌和溝灌，滴灌對(duì)于玉米產(chǎn)量和節(jié)水效果明顯提高?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】目前，關(guān)于北疆地區(qū)膜下滴灌與細(xì)流溝灌對(duì)玉米生長(zhǎng)及灌溉水利用效率影響的對(duì)比研究較少，且缺乏多年系統(tǒng)對(duì)比性研究，很難得出在北疆地區(qū)灌溉綜合效益和最佳的灌溉方式?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】本文針對(duì)同一研究區(qū)域，采用連續(xù)多年對(duì)比試驗(yàn)，旨在掌握膜下滴灌與細(xì)流溝灌對(duì)土壤水分分布特征的影響，在相同的土壤質(zhì)地、種植模式條件下研究等灌溉量膜下滴灌與細(xì)流溝灌對(duì)玉米生長(zhǎng)及其對(duì)水分利用率的影響，旨在揭示新疆玉米膜下滴灌的長(zhǎng)期效益，以期為玉米種植的節(jié)水灌溉方式的推廣應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)，為系統(tǒng)研究膜下滴灌的效益提供數(shù)據(jù)和理論支撐。

1 材料與方法

1.1 供試材料

1.1.1 試驗(yàn)區(qū)基本情況 本試驗(yàn)于2015—2021年在新疆石河子市農(nóng)業(yè)農(nóng)村部作物高效用水科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站（45°38′N，86°09′E）進(jìn)行，為連續(xù)7年的田間試驗(yàn)。研究區(qū)域位于天山北麓的沖積扇平原，屬于典型的溫帶大陸性氣候，圖1為2015—2021年溫度和降雨量情況，最高氣溫36.3℃，最低氣溫5.0℃，玉米生長(zhǎng)季（5—9月）平均氣溫22.4℃，生長(zhǎng)季平均降雨量111.4 mm，地下水位埋深1.2—1.8 m。試驗(yàn)土壤為灰漠土，試驗(yàn)前耕層土壤有機(jī)質(zhì)7.14 g·kg-1，全氮1.40 g·kg-1，全磷1.03 g·kg-1，全鉀21.64 g·kg-1，堿解氮34.30 mg·kg-1，速效磷18.0 mg·kg-1，速效鉀130.5 mg·kg-1，pH 8.2，電導(dǎo)率0.29 ms·cm-1，總鹽0.35 g·kg-1，0—50 cm土層土壤平均容重1.67 g·cm-3、土壤飽和含水量（質(zhì)量含水量）28.8%、田間持水量32%（土壤體積含水量）。

圖1 2015—2021年玉米生育期內(nèi)溫度和降水量變化

1.1.2 供試材料 供試肥料：①尿素（N≥46.4%，顆粒）；②磷酸一銨（N≥12%，P2O5≥61%，粉劑）；③硫酸鉀（K2O≥51%，粉劑）。

供試玉米品種：鄭單958。

供試滴灌帶：內(nèi)鑲式滴灌帶，滴頭間距30 mm，滴頭流量2.0 L·h-1，工作壓力0.15 MPa。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)膜下滴灌（mulched drip irrigation，MDI）和細(xì)流溝灌（trickle furrow irrigation，TFI）兩種灌溉方式，3次重復(fù)。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，小區(qū)面積為110 m2（5.5 m×20 m）。播種采用（30+80）cm寬窄行距，1膜1管2行種植模式，種植密度1.26×105株/hm2；施肥量為尿素720 kg·hm-2、磷酸一銨255 kg·hm-2、硫酸鉀330 kg·hm-2，灌溉量均為4 800 m3·hm-2（膜下滴灌充分灌溉量）。為了保持試驗(yàn)出苗的均一性，全部采用膜下滴灌方式——滴水出苗，出苗后劃分小區(qū)，再進(jìn)行膜下滴灌與覆膜細(xì)流溝灌田間試驗(yàn)。其他時(shí)間具體肥料用量、灌水施肥時(shí)間、灌水量和肥料施用次數(shù)按照生育時(shí)期進(jìn)行分配（表1），試驗(yàn)均采用隨水追肥，每個(gè)小區(qū)進(jìn)水處分別裝有獨(dú)立的水表和施肥罐，灌水量由供水支管與毛管連接處的水表與閥門共同控制。其他田間管理措施與當(dāng)?shù)厣a(chǎn)上普遍采用的管理模式保持一致。2015—2021年播種日期分別為5月2日、4月30日、5月7日、4月28日、4月30日、4月26日和5月7日；收獲日期分別為9月25日、9月24日、9月28日、9月27日、9月22日、10月1日和9月24日。圖2為玉米栽培模式及智墑水分儀位點(diǎn)示意圖。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 土壤體積含水量測(cè)定 采用ET-60/100云智能管式土壤水分儀（北京東方潤(rùn)澤生態(tài)科技股份有限公司），由于儀器測(cè)得土壤體積含水量值與實(shí)際值存在一定差異[20]，因此根據(jù)田間持水量及灌后土壤穩(wěn)定體積含水量進(jìn)行了儀器校正，得出0—20 cm土層校正系數(shù)為0.7，20—50 cm土層校正系數(shù)為0.65。在水平距離的窄行、根區(qū)、寬行自動(dòng)監(jiān)測(cè)0—10、10—20、20—30、30—40和40—50 cm土層水分含量； 2016—2021年分別在玉米大喇叭口期、開(kāi)花期、籽粒建成期、成熟期計(jì)算全天土壤水分平均值，再對(duì)不同位點(diǎn)不同土層水分值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

圖中●為水分儀位置，分別在窄行、根區(qū)和寬行；另外細(xì)流溝灌處理中的滴灌帶僅在灌出苗水時(shí)使用，出苗后去除

表1 灌水施肥時(shí)間表

膜下滴灌與細(xì)流溝灌出苗水均采用滴灌方式 Drip irrigation under film and trickle furrow irrigation are adopted for seedling emergence

1.3.2 植株生長(zhǎng)發(fā)育指標(biāo)測(cè)定 在玉米開(kāi)花期（2015年7月15日、2016年7月17日、2017年7月20日、2018年7月18日、2019年7月14日、2020年7月15日、2021年7月19日）和成熟期（2015年8月24日、2016年8月25日、2017年8月28日、2018年8月25日、2019年8月22日、2020年9月2日、2021年8月27日）開(kāi)展田間取樣與調(diào)查。

玉米株高：開(kāi)花期和成熟期每個(gè)處理隨機(jī)選取10株長(zhǎng)勢(shì)一致的植株，用卷尺測(cè)量玉米植株底部至頂端的高度。

葉面積指數(shù)測(cè)定（LAI）：在開(kāi)花期和成熟期每個(gè)處理隨機(jī)選取10株長(zhǎng)勢(shì)一致的植株，用卷尺測(cè)定每一片有效活葉的長(zhǎng)和寬，采用長(zhǎng)寬系數(shù)法計(jì)算，即將測(cè)得每一片葉子的長(zhǎng)和寬相乘，再累計(jì)相加，最后乘以玉米葉面積折算系數(shù)0.75，就可得一株玉米的總?cè)~面積。計(jì)算公式為：

單株葉面積=∑(×)×0.75

式中，∑表示葉片面積總和，為葉長(zhǎng)，為葉寬。

葉綠素值測(cè)定（SPAD值）：采用SPAD-502葉綠素儀（Minolta，JPN）測(cè)定，開(kāi)花期每處理隨機(jī)連續(xù)選取10株玉米的穗位葉進(jìn)行測(cè)定，取平均值。

地上部干物質(zhì)：在玉米開(kāi)花期和成熟期兩個(gè)時(shí)期進(jìn)行取樣，從每個(gè)處理隨機(jī)選取長(zhǎng)勢(shì)均勻的4株玉米，用剪刀從植株的莖底部剪下，將葉、莖、以及后期長(zhǎng)出的果實(shí)分別裝進(jìn)檔案袋中稱其鮮重，其后采用烘干稱重法測(cè)量干物質(zhì)的重量。具體步驟是先用105℃的高溫殺青30 min，然后在80℃恒溫下烘干，最后用天平稱其干重。

1.3.3 干物質(zhì)轉(zhuǎn)移量等相關(guān)指標(biāo)計(jì)算 參照COX等[21]的方法，計(jì)算開(kāi)花期營(yíng)養(yǎng)器官干物質(zhì)轉(zhuǎn)移量、干物質(zhì)轉(zhuǎn)移效率和轉(zhuǎn)移干物質(zhì)對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率，計(jì)算公式如下：

干物質(zhì)轉(zhuǎn)移量（kg·hm-2）=開(kāi)花期莖葉干物質(zhì)量-成熟期莖葉干物質(zhì)量；

干物質(zhì)轉(zhuǎn)移率（%）=干物質(zhì)轉(zhuǎn)移量/開(kāi)花期莖葉干物質(zhì)量×100；

干物質(zhì)轉(zhuǎn)移量對(duì)籽粒貢獻(xiàn)率（%）=干物質(zhì)轉(zhuǎn)移量/籽粒產(chǎn)量×100。

1.3.4 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成測(cè)定 每小區(qū)取出20個(gè)果穗稱鮮重并風(fēng)干后考種，折標(biāo)準(zhǔn)水（14%）計(jì)算單位面積產(chǎn)量，調(diào)查其有效株數(shù)、穗數(shù)、行粒數(shù)、穗行數(shù)、千粒重，分析產(chǎn)量構(gòu)成因素。

產(chǎn)量（kg·hm-2）=20株籽粒重（g）/20株穗數(shù)×126000/1000×[1-籽粒含水率（%）]/（1-14%）[13]。

1.3.5 作物灌溉水利用效率計(jì)算 灌溉水利用效率（kg·m-3）的計(jì)算公式為[12]：

式中，為單位面積的產(chǎn)量（kg·hm-2），是玉米生育期灌水量（m3·hm-2）。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用最小二乘法（LSD）對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)（α=0.05），采用SPSS 25.0軟件完成統(tǒng)計(jì)分析；圖表制作采用Origin 2018和Excel 2016繪制。

2 結(jié)果

2.1 膜下滴灌與細(xì)流溝灌土壤水分分布情況

圖3、圖4得知，窄行、根區(qū)和寬行3點(diǎn)之間的水分供應(yīng)規(guī)律及消耗規(guī)律均有顯著差異。膜下滴灌水分優(yōu)先補(bǔ)充窄行和根區(qū)土壤，寬行土壤水分受到灌溉影響較小，僅在土壤初始含水量較高或者灌溉量較大的情況下才出現(xiàn)含水量線型增加的情況。細(xì)流溝灌優(yōu)先補(bǔ)充寬行表層土壤水分，然后通過(guò)水分側(cè)滲優(yōu)先補(bǔ)給根區(qū)和窄行20—30 cm土層水分，然后再進(jìn)行上下運(yùn)移，使得整個(gè)土壤水分含量達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)。

由于膜下滴灌與細(xì)流溝灌的供水方式和供水位點(diǎn)不同，因此在玉米根區(qū)形成的水分分布特征顯著不同，窄行、根區(qū)和寬行3點(diǎn)之間的水分供應(yīng)規(guī)律有顯著差異。由于膜下滴灌玉米耗水主要集中在0—30 cm土層范圍，膜下滴灌的窄行和根區(qū)0—30 cm土層水分均高于細(xì)流溝灌（表2）。隨著土層深度增加灌溉對(duì)土壤含水量的影響減小，40—50 cm土層水分動(dòng)態(tài)受灌溉方式影響較小。由大喇叭口期至成熟期土壤體積含水量大致呈增加趨勢(shì)，同一土層深度大喇叭口期和開(kāi)花期土壤水分含量差異顯著，籽粒建成期和成熟期無(wú)顯著差異，主要由于試驗(yàn)后期玉米株高較大，影響了裸地蒸發(fā)，從而使得細(xì)流溝灌的水分損失較小。

2.2 膜下滴灌與細(xì)流溝灌對(duì)玉米生長(zhǎng)的影響

葉綠素、株高和葉面積指數(shù)是玉米生長(zhǎng)的重要指標(biāo)。由圖5可見(jiàn)，不同灌溉方式SPAD值均表現(xiàn)為膜下滴灌＞細(xì)流溝灌，其中2017、2018年達(dá)顯著水平，膜下滴灌SPAD均值較細(xì)流溝灌增加0.4。圖6-a可知，2015—2021年玉米開(kāi)花期膜下滴灌的株高均高于細(xì)流溝灌，其中2017—2021年達(dá)顯著水平；膜下滴灌玉米開(kāi)花期7年平均株高為256.6 cm，細(xì)流溝灌246.0 cm，膜下滴灌株高較細(xì)流溝灌增加4.3%。由圖6-b可知2015—2021年玉米成熟期株高膜下滴灌亦均高于細(xì)流溝灌，由于2015和2017年6月降雨量較大，影響了細(xì)流溝灌玉米的株高，造成二者差異不顯著，其他年份均達(dá)到顯著水平；膜下滴灌玉米成熟期7年平均株高為259.45 cm，細(xì)流溝灌為272.18 cm，膜下滴灌玉米株高較細(xì)流溝灌增加4.9%。圖7-a可知，2015—2021年膜下滴灌玉米開(kāi)花期葉面積指數(shù)均顯著高于細(xì)流溝灌；膜下滴灌玉米開(kāi)花期七年平均葉面積指數(shù)為7.33，細(xì)流溝灌為6.76；膜下滴灌較細(xì)流溝灌增加8.3%。由圖7-b可知，2015—2021年膜下滴灌玉米成熟期葉面積指數(shù)亦均高于細(xì)流溝灌，2016—2021年達(dá)到顯著水平；膜下滴灌玉米成熟期7年平均葉面積指數(shù)為6.26，細(xì)流溝灌為5.44，膜下滴灌較細(xì)流溝灌增加15.1%。7年玉米在開(kāi)花期和成熟期SPAD、株高和葉面積指數(shù)平均值均表現(xiàn)為膜下滴灌＞細(xì)流溝灌。

圖3 2021年膜下滴灌不同位點(diǎn)土壤水分動(dòng)態(tài)圖

2.3 膜下滴灌與細(xì)流溝灌對(duì)玉米生物量的影響

玉米不同器官生物量的多少是產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)，生物量的累積量與最終產(chǎn)量的形成密切相關(guān)，其中生殖器官所占干物質(zhì)量比例直接影響了最終產(chǎn)量的形成[22]。由圖8-a可知，在開(kāi)花期，膜下滴灌玉米穗的生物量均高于細(xì)流溝灌，由于2017年6、7月累積降雨量偏大，溫度偏低的原因，兩處理間玉米穗生物量差異不顯著，其他年份差異均達(dá)到顯著水平。圖8-b顯示，開(kāi)花期膜下滴灌玉米葉片的生物量均高于細(xì)流溝灌，其中2018—2021年處理間差異達(dá)到顯著水平。圖8-c顯示，膜下滴灌玉米莖的生物量均高于細(xì)流溝灌，由于2015和2018年溫度差異較大，兩處理間差異不顯著，其余年份均差異顯著。由圖8-d可知，開(kāi)花期膜下滴灌玉米總生物量亦均高于細(xì)流溝灌，2018—2021年處理間差異均達(dá)到顯著水平。在玉米開(kāi)花期，膜下滴灌處理的穗平均生物量為6 987.75 kg·hm-2，細(xì)流溝灌為6 012.26 kg·hm-2，膜下滴灌較細(xì)流溝灌增加16.2%；膜下滴灌葉片生物量為 6 171.44 kg·hm-2，細(xì)流溝灌為5 521.68 kg·hm-2，膜下滴灌較細(xì)流溝灌增加11.8%；膜下滴灌莖生物量為8 056.11 kg·hm-2，細(xì)流溝灌為7 379.05 kg·hm-2，膜下滴灌較細(xì)流溝灌增加9.2%；膜下滴灌總生物量為21 215.30 kg·hm-2，細(xì)流溝灌為18 912.99 kg·hm-2，膜下滴灌較細(xì)流溝灌增加12.2%；玉米開(kāi)花期穗、葉、莖、總生物量均為膜下滴灌＞細(xì)流溝灌處理。由圖9-a可知，在成熟期，膜下滴灌玉米穗的生物量均高于細(xì)流溝灌，其中2015、2016、2017、2019、2020和2021年處理間差異達(dá)顯著水平。圖9-b顯示，膜下滴灌玉米葉片的生物量均高于細(xì)流溝灌，其中2016和2020年達(dá)顯著水平。圖9-c表明，膜下滴灌玉米莖的生物量均高于細(xì)流溝灌，其中2020和2021年處理間差異達(dá)顯著水平。由圖9-d可知，膜下滴灌玉米總生物量均顯著高于細(xì)流溝灌。膜下滴灌玉米成熟期穗平均生物量為16 734.47 kg·hm-2，細(xì)流溝灌為14 570.03 kg·hm-2，膜下滴灌較細(xì)流溝灌增加14.9%；膜下滴灌葉片生物量為5 941.33 kg·hm-2，細(xì)流溝灌為5 469.80 kg·hm-2，膜下滴灌較細(xì)流溝灌增加8.6%；膜下滴灌、細(xì)流溝灌的莖生物量分別為7 838.10和7 320.47 kg·hm-2，膜下滴灌較細(xì)流溝灌增加7.1%；膜下滴灌地上部總生物量為30 513.90 kg·hm-2，細(xì)流溝灌為27 360.30 kg·hm-2，膜下滴灌較細(xì)流溝灌增加11.5%。玉米成熟期穗、葉、莖、總生物量均為膜下滴灌＞細(xì)流溝灌處理。玉米開(kāi)花期和成熟期的干物質(zhì)積累量表明，膜下滴灌與細(xì)流溝灌處理相比，其玉米碳水化合物的同化作用更強(qiáng)。

圖4 2021年細(xì)流溝灌不同位點(diǎn)土壤水分動(dòng)態(tài)圖

柱上不同的小寫字母表示處理間差異達(dá)到顯著水平（P＜0.05）。下同

表2 膜下滴灌與細(xì)流溝灌0—50 cm土層水分分布情況

表中土壤體積含水量（%）為灌溉前一天土壤平均含水量（%）。N表示窄行；R表示根區(qū)；W表示寬行

The soil volume water content (%) in the table is the average soil water content (%) of the day before irrigation. N represents narrow line; R stands for root zone; W indicates wide line

圖6 膜下滴灌與細(xì)流溝灌玉米開(kāi)花期和成熟期株高比較

圖7 膜下滴灌與細(xì)流溝灌玉米開(kāi)花期和成熟期葉面積指數(shù)比較

2.4 膜下滴灌與細(xì)流溝灌對(duì)玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表3可知，膜下滴灌玉米產(chǎn)量均顯著高于細(xì)流溝灌，膜下滴灌玉米平均產(chǎn)量較細(xì)流溝灌增產(chǎn)2 131.68 kg·hm-2，增產(chǎn)率為14.4%。就產(chǎn)量結(jié)構(gòu)而言，穗粗、穗行數(shù)、行粒數(shù)和千粒重均表現(xiàn)為膜下滴灌大于細(xì)流溝灌，其中2015、2017和2018年兩處理間的穗粗和行粒數(shù)達(dá)顯著性差異，2015—2020年兩處理間千粒重達(dá)顯著性水平。膜下滴灌能夠增加玉米的產(chǎn)量構(gòu)成因素及產(chǎn)量，有利于玉米籽粒產(chǎn)量的提升。

2.5 膜下滴灌與細(xì)流溝灌對(duì)玉米干物質(zhì)累積和轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

膜下滴灌和細(xì)流溝灌對(duì)玉米干物質(zhì)累積和轉(zhuǎn)運(yùn)的影響如表4所示。膜下滴灌的干物質(zhì)轉(zhuǎn)移量均高于細(xì)流溝灌，由于受2015—2017年6—8月溫度差異較大，降雨量較大等氣象因素的影響，兩處理間干物質(zhì)轉(zhuǎn)移量差異不顯著；2018—2021年達(dá)顯著性水平。7年干物質(zhì)轉(zhuǎn)移率及干物質(zhì)對(duì)籽粒貢獻(xiàn)率均表現(xiàn)為膜下滴灌優(yōu)于細(xì)流溝灌，膜下滴灌干物質(zhì)轉(zhuǎn)移率為43.7%— 60.1%，細(xì)流溝灌轉(zhuǎn)移率為35.4%—58.4%，膜下滴灌平均干物質(zhì)轉(zhuǎn)移率較細(xì)流溝灌增加3.8%；膜下滴灌籽粒貢獻(xiàn)率為35.1%—54.6%，細(xì)流溝灌貢獻(xiàn)率為29.3%—51.7%，膜下滴灌平均干物質(zhì)對(duì)籽粒貢獻(xiàn)率較細(xì)流溝灌增加3.5%。膜下滴灌在玉米干物質(zhì)轉(zhuǎn)移量、干物質(zhì)轉(zhuǎn)移率、對(duì)籽粒貢獻(xiàn)率方面均優(yōu)于細(xì)流溝灌，對(duì)于提高玉米籽粒產(chǎn)量更為有利。

圖8 膜下滴灌與細(xì)流溝灌下玉米開(kāi)花期地上生物量對(duì)比

圖9 膜下滴灌與細(xì)流溝灌下玉米成熟期地上生物量對(duì)比

表3 膜下滴灌與細(xì)流溝灌的玉米產(chǎn)量與產(chǎn)量構(gòu)成比較

表4 膜下滴灌與細(xì)流溝灌對(duì)玉米開(kāi)花期干物質(zhì)累積和轉(zhuǎn)移影響

表中同一列數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間差異顯著（＜0.05）。下同

Different letters in the same column indicate significant difference among treatments (＜0.05). The same below

2.6 膜下滴灌與細(xì)流溝灌對(duì)灌溉水利用效率的影響

由表5可知，當(dāng)玉米生育期灌溉量一致時(shí)，膜下滴灌的灌溉水利用效率均高于細(xì)流溝灌，7年膜下滴灌的灌溉水利用效率較細(xì)流溝灌分別增加0.30、0.48、0.53、0.23、0.27、0.67和0.34 kg·m-3，其中2015、2016、2017、2020和2021年處理間的差異達(dá)顯著水平，2018和2019年由于氣溫原因，膜下滴灌和細(xì)流溝灌之間的水分利用效率無(wú)顯著差異。膜下滴灌玉米平均灌溉水利用效率為3.22 kg·m-3，細(xì)流溝灌為2.81 kg·m-3，膜下滴灌較細(xì)流溝灌平均提高灌溉水利用效率14.6%，具有節(jié)水增產(chǎn)的顯著效果。

表5 膜下滴灌與細(xì)流溝灌玉米灌溉水利用效率比較

3 討論

3.1 膜下滴灌與細(xì)流溝灌對(duì)水分利用率的影響

膜下滴灌通過(guò)高頻次的灌溉，緩慢施加少量水作用于作物根部，使作物始終處于較優(yōu)的水分條件下[23]，避免了細(xì)流溝灌產(chǎn)生的周期性水分過(guò)多或虧缺的情況，并能有效地減少深層滲漏[24]。由于膜下滴灌與細(xì)流溝灌的水分供應(yīng)方式不同，膜下滴灌的水分由窄行到根區(qū)再到寬行入滲；而細(xì)流溝灌正好相反，由寬行到根區(qū)再到窄行入滲[25]。膜下滴灌在作物根區(qū)形成一個(gè)橢球形或球形濕潤(rùn)體[4]，與細(xì)流溝灌相比大量有效水集中在根部[26]。本研究結(jié)果表明膜下滴灌優(yōu)先補(bǔ)充窄行和根區(qū)土壤水分，而細(xì)流溝灌優(yōu)先補(bǔ)充寬行表層土壤水分，這與前人研究結(jié)果一致。何平如等[27]研究表明，灌水后水平方向隨著距滴灌帶距離的增加，土壤含水量逐漸變小，表現(xiàn)為帶下＞窄行＞寬行＞裸地。姚名澤[28]研究表明，膜下滴灌土壤水分含量在水平方向上存在差異，且與距滴管的距離呈負(fù)相關(guān)。王增麗等[29]研究表明膜下滴灌條件下，灌溉水的作用范圍主要發(fā)生在縱向0—60 cm，橫向30 cm左右，且滴頭處的土壤水分垂直方向運(yùn)動(dòng)較其他位置明顯。

作物的水分利用率是衡量作物對(duì)水分吸收利用效率的重要指標(biāo)，由于膜下滴灌的水分主要分布在玉米根區(qū)，有利于作物吸收利用，從而提高其水分利用效率[30]。同時(shí)因?yàn)槟は碌喂嗍窃谀は鹿喔龋夜喔乳g隔短，有利于減少水分蒸發(fā)和滲漏，提高作物的水分利用率[16]。本研究表明膜下滴灌7年平均灌溉水利用效率較細(xì)流溝灌增長(zhǎng)14.6%。熊若愚等[31]研究表明間歇灌溉較常規(guī)灌溉至少提高水分利用率18.2%。王傳娟等[32]發(fā)現(xiàn)，2017、2018年覆膜降低滴灌條件下的作物耗水9.7%和12.6%，達(dá)到了節(jié)水的效果。孫仕軍等[33]研究表明灌溉水利用效率表現(xiàn)為膜下滴灌＞淺埋滴灌＞無(wú)膜滴灌，淺埋滴灌的灌溉水利用效率較無(wú)膜滴灌提高20.11%，較膜下滴灌處理降低11.74%。向友珍等[34]研究表明滴灌較傳統(tǒng)溝灌水分利用率提高3.42%，前人研究與本研究結(jié)果相似。綜上，膜下滴灌由于提高了灌溉水利用效率從而達(dá)到節(jié)水灌溉效果。本研究中深層土壤水分含量較高的原因可能是本試驗(yàn)采用的是目前新疆農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的傳統(tǒng)的滴灌灌溉制度，該制度可能并不完全合理，造成單次灌溉量偏大、灌水間隔偏長(zhǎng)，影響“干濕”界面，需進(jìn)一步完善灌溉制度；另外地下水位也可能是影響因素之一。

3.2 膜下滴灌與細(xì)流溝灌對(duì)玉米生長(zhǎng)及產(chǎn)量的影響

灌水間隔和灌水頻率對(duì)作物產(chǎn)量具有顯著的影響，增加灌水頻率，作物產(chǎn)量有增長(zhǎng)趨勢(shì)[35]。由于膜下滴灌較細(xì)流溝灌根區(qū)水分適宜、水分利用率高、灌水周期短和有明顯干濕界面等特點(diǎn)，有利于玉米生長(zhǎng)。魏子涵等[36]研究表明，不同灌水方式下玉米的株高、葉面積指數(shù)、生物量和產(chǎn)量均表現(xiàn)為膜下滴灌高于低壓管灌，膜下滴灌實(shí)際產(chǎn)量較低壓管灌高出7.83%。牛文全等[37]研究發(fā)現(xiàn)灌水方式對(duì)玉米生長(zhǎng)有較大影響，拔節(jié)前期，微潤(rùn)灌條件下玉米生長(zhǎng)最為迅速，滴灌次之，滴灌條件下葉綠素含量最高；3種灌水方式對(duì)玉米光合速率的影響為微潤(rùn)灌＞滴灌＞直接澆灌。本研究結(jié)果：在相同灌水定額，膜下滴灌增加開(kāi)花期葉綠素含量，但對(duì)比細(xì)流溝灌差異不顯著，這與前人研究結(jié)果相似。劉戈等[38]研究發(fā)現(xiàn)，覆膜淺埋滴灌和覆膜滴灌玉米株高、葉面積指數(shù)和籽粒產(chǎn)量均顯著高于傳統(tǒng)畦灌，兩年玉米產(chǎn)量分別較傳統(tǒng)畦灌增加17.2%（15.9%）和10.2%（7.9%）。戚迎龍等[39]研究表明，膜下滴灌提高玉米生育前期及快速生長(zhǎng)期的葉面積指數(shù)，縮短了群體冠層發(fā)育時(shí)間，膜下滴灌提高產(chǎn)量10.8%—14.2%。本研究發(fā)現(xiàn)膜下滴灌的葉面積指數(shù)優(yōu)于細(xì)流溝灌（圖7），與前人研究結(jié)果一致。姬景紅等[40]研究發(fā)現(xiàn)，膜下滴灌較覆膜限量補(bǔ)灌玉米地上部干物質(zhì)重增加22.8%—52.8%，玉米增產(chǎn)12.7%。楊恒山等[41]研究發(fā)現(xiàn)在吐絲后10—40 d，干物質(zhì)積累總量膜下滴灌和淺埋滴灌最大，傳統(tǒng)畦灌最小。本研究表明膜下滴灌不同生育時(shí)期玉米生物量均表現(xiàn)為膜下滴灌大于細(xì)流溝灌，這與前人研究結(jié)果相似，且本研究部分年份差異不顯著，與楊恒山等研究情況類似。王傳娟等[32]發(fā)現(xiàn)膜下滴灌較傳統(tǒng)灌溉兩年春玉米產(chǎn)量分別顯著提高20.9%和17.6%。張彥群等[42]發(fā)現(xiàn)覆膜滴灌提高了玉米株高、葉面積和生物量，最終使產(chǎn)量提高5.9%—8.8%。本研究表明，7年膜下滴灌較細(xì)流溝灌灌溉水利用效率增加8.8%—24.1%，平均增加14.6%，與前人的研究結(jié)果相近。但由于2016—2017年降雨量偏大、氣溫偏低，2019—2021年降雨量偏小，且試驗(yàn)區(qū)年際間最高溫度平均相差0.72—1.67℃，最低溫度平均相差0.73—0.95℃，所以導(dǎo)致年際間玉米產(chǎn)量存在明顯差異，尤其以2017年和2020年增產(chǎn)幅度較大。王雯等[43]研究表明膜下滴灌的春玉米葉片光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率均高于溝灌，且覆膜可使土壤溫度增加31.0%—46.4%，提高葉片酶活性、增強(qiáng)光合作用，有利于玉米生長(zhǎng)。TIAN等[44]研究表明膜下滴灌玉米的主要根系分布范圍為水平0—25 cm、垂直0—15 cm的橢圓形范圍內(nèi)，灌溉頻率的增加使得下層根表面積、根重量增加，根系外移，橢球體體積增大，促進(jìn)玉米生長(zhǎng)。

本研究是在相同的土壤質(zhì)地、種植模式、等灌量下研究膜下滴灌與細(xì)流溝灌對(duì)玉米生長(zhǎng)及其對(duì)水分利用率的影響，試驗(yàn)不足之處是采用大田小區(qū)試驗(yàn)，細(xì)流溝灌溝長(zhǎng)與實(shí)際應(yīng)用有較大差距。試驗(yàn)在其他土壤、滴灌帶配置、灌溉制度、玉米品種等其他條件下還需要進(jìn)一步研究驗(yàn)證。

4 結(jié)論

在相同灌溉量條件下，膜下滴灌改變了水分的補(bǔ)給位點(diǎn)和灌水頻次，從而影響了灌溉水的入滲方式和分布特征，增加玉米根區(qū)有效水分含量，有利于玉米生長(zhǎng)，從而提高了玉米株高、葉綠素和葉面積指數(shù)，有利于干物質(zhì)積累及轉(zhuǎn)運(yùn)，增加玉米產(chǎn)量，提高了灌溉水利用效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)水增效。本試驗(yàn)條件下，膜下滴灌較細(xì)流溝灌玉米7年增產(chǎn)1 236.9—3 516.3 kg·hm-2，灌溉水利用效率提高8.8%—24.1%，是北疆玉米種植的優(yōu)選灌溉方式。

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Effects of Drip Irrigation Under Film and Trickle Furrow Irrigation on Maize Growth and Yield

1Institute of Farmland Water Conservancy and Soil-Fertilizer, Xinjiang Academy of Agricultural Reclamation Science, Shihezi 832000, Xinjiang;2College of Resources and Environment, Xinjiang Agricultural University, Urumqi 830052;3College of Biology and Geography Sciences, Yili Normal University, Yili 835000, Xinjiang;4College of Grassland, Xinjiang Agricultural University, Urumqi 830052

【Objective】The aim of this study was to investigate the effects of drip irrigation and trickle furrow irrigation on maize growth, yield and water use efficiency.【Method】Taking Zhengdan 958 as the research object, a field experiment was conducted from 2015 to 2021. The soil water content of 0-50 cm under narrow row, root zone and wide row was measured by a tubular moisture meter to study the effects of drip irrigation and trickle furrow irrigation under film on soil water distribution and its effects on maize plant height, leaf area index, chlorophyll content, biomass, yield and water use efficiency.【Result】Drip irrigation under mulch gave priority to supplement soil moisture in narrow row and root zone, while trickle furrow irrigation gave priority to supplement surface moisture in wide row. The water consumption of maize was mainly concentrated in 0-30 cm soil layer, and the soil water content in narrow row and 0-30 cm root zone of drip irrigation under mulch was higher than that of trickle furrow irrigation; with the increase of depth, the effect of irrigation on soil water content decreased, and the 40-50 cm water dynamics was less affected by irrigation methods. Drip irrigation under mulch could significantly promote the growth of maize at flowering and maturation stages, and increase leaf area index compared with trickle furrow irrigation. Compared with trickle irrigation, the plant height and leaf area index of drip irrigation under mulch increased by 4.3% and 8.3% at flowering stage, and increased by 4.9% and 15.1% at maturation stage, respectively. The total biomass of maize at flowering stage and maturation stage was drip irrigation under mulch＞trickle furrow irrigation treatment, with an increase of 12.2% at flowering stage, and the maturation stage increased by 11.5%. The amount of dry matter transfer, the rate of dry matter transfer and the contribution rate of dry matter transfer of maize under drip irrigation were significantly higher than those under trickle irrigation, with increasing by 17.8%, 3.8% and 3.5% respectively. Drip irrigation under mulch significantly increased maize yield and irrigation water utilization efficiency, with an average yield increase of 14.4%, and irrigation water utilization efficiency increased by 14.6%.【Conclusion】Under the condition of equal irrigation volume, the drip irrigation under mulch could increase the water content in maize root zone, promote the growth of maize, facilitate the accumulation and transportation of dry matter of maize, improve the yield, and achieve water saving and efficiency increasing. Compared with trickle furrow irrigation, the average yield increased by 2 131.68 kg·hm-2, and the irrigation water use efficiency increased by 8.8%-24.1%. Therefore, the drip irrigation under plastic mulch was a high-yield and efficient irrigation method for maize planting in Northern Xinjiang.

drip irrigation under mulch; trickle furrow irrigation; maize; water use efficiency; yield; growth index; Xinjiang

2022-03-19；

2022-06-02

國(guó)家自然科學(xué)基金（31460550）、兵團(tuán)中青年領(lǐng)軍人才計(jì)劃（2018CB026）、兵團(tuán)科技攻關(guān)與成果轉(zhuǎn)化項(xiàng)目（2016AC008）

劉夢(mèng)潔，E-mail：1041260257@qq.com。通信作者梁飛，E-mail：liangfei3326@126.com。通信作者賈宏濤，E-mail：hongtaojia@126.com

10.3864/j.issn.0578-1752.2023.08.008

（責(zé)任編輯 李云霞）