遼西地區(qū)膜下滴灌不同灌水下限對谷子生長和產(chǎn)量的影響

于秀琴，李 穎，孫翔龍，閆淼宇，楊 寧，馮良山

（1.建平縣灌溉新技術(shù)試驗(yàn)推廣站，遼寧建平 122405；2.遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部東北節(jié)水農(nóng)業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧沈陽 110161；3.沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)，遼寧沈陽 110866）

滴灌作為一種高效精準(zhǔn)灌溉技術(shù)，較傳統(tǒng)灌水方式具有節(jié)水、高效、優(yōu)產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)，可提高谷子大田生產(chǎn)的水分利用效率。膜下滴灌是一項(xiàng)新型的農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)，將作物覆膜栽培和滴灌相結(jié)合，有效提高作物產(chǎn)量和水分利用效率，實(shí)現(xiàn)干旱區(qū)水資源的高效利用。谷子（小米）是遼西北地區(qū)的主要雜糧之一，谷子產(chǎn)量占全省總量的51%，是谷子的主產(chǎn)區(qū)，為了發(fā)展地區(qū)特色農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)，增加農(nóng)民收入，急需配套的高效灌溉制度。該試驗(yàn)針對遼西北地區(qū)谷子種植區(qū)的膜下滴灌適宜控水下限進(jìn)行研究，制定遼西北地區(qū)谷子膜下滴灌灌溉制度，為切實(shí)提高當(dāng)?shù)仉s糧產(chǎn)量提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 試驗(yàn)地概況。試驗(yàn)區(qū)選擇遼寧省建平縣西部，地理位置119°18′36″ E，41°47′18″ N，屬于半濕潤半干旱季風(fēng)型大陸性氣候，多年平均氣溫7.1℃，平均降水量400 mm。供試土壤為砂壤土，田間最大持水率21%，容重1.4 g/cm3。土壤全氮0.314 g/kg，堿解氮63 mg/kg，速效磷62 mg/kg，速效鉀203 mg/kg，耕層有機(jī)質(zhì)含量為11.7%，pH 7.1。

1.1.2 試驗(yàn)材料。供試品種為紅香谷，生育期115 d，耐旱耐貧瘠，米質(zhì)優(yōu)良，口感好。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)。試驗(yàn)于2021 年4—9 月進(jìn)行，共設(shè)置3個(gè)處理，播種后灌保苗水300 m3/hm2，在此之后，以傳統(tǒng)雨養(yǎng)處理（YY）作為對照，再設(shè)置輕度控制灌溉（QK）和重度控制灌溉（ZK）2 種灌溉處理，每個(gè)處理重復(fù)3 次，共9 個(gè)小區(qū)。在谷子的苗期、拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期、成熟期設(shè)置不同的灌水控制下限（表1），各生育期的灌水控制上限為田間持水量的90%。春播前對地塊進(jìn)行翻耕和起壟作業(yè)，翻耕深度為25～30cm。一次性施控釋摻混肥料450kg/hm2、磷酸二銨150 kg/hm2，播種后統(tǒng)一進(jìn)行1 次滴灌，促進(jìn)種子萌發(fā)，此后灌水根據(jù)控水標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，當(dāng)土壤含水率達(dá)到各生育期控制下限時(shí)，及時(shí)灌水至田間最大持水量。試驗(yàn)小區(qū)面積為60 m×4.8 m，各小區(qū)間設(shè)有寬度1.2 m 的保護(hù)行；作物每個(gè)生育階段適宜土壤水分含量作為需水規(guī)律的控制標(biāo)準(zhǔn)，通過測量降雨前后谷子根層土壤含水量來確定有效降雨量。

表1 谷子不同生育階段土壤含水率控制下限（占田間持水量百分比） %

1.2.2 測定項(xiàng)目及方法。①土壤含水量。谷子播種后，采用TDR 進(jìn)行土壤含水率的觀測。每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)選擇3 個(gè)測點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)觀測5 個(gè)深度，分別為10、20、30、40、60 cm，觀測時(shí)間間隔5～7 d，每次灌水前后、各生育階段始末以及降雨后加測。②農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量性狀。分別在谷子的苗期、拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期和成熟期測定植株的株高和全部展開葉的葉面積，葉面積按長×寬×系數(shù)（0.75）法測定；株高和莖粗分別用卷尺和游標(biāo)卡尺進(jìn)行測量。各指標(biāo)測定均在小區(qū)內(nèi)隨機(jī)取10 株樣本，取其平均數(shù)?？挤N以每個(gè)小區(qū)1 m2取樣，分別測量主莖穗重、穗長、穗粗，風(fēng)干后脫粒，測定千粒重、穗粒重。③群體水分利用率。WUE=Y/ET，式中WUE 表示谷子水分生產(chǎn)率（單位kg/m3）；Y 代表產(chǎn)量（單位kg/hm2）；ET 代表耗水量（單位m3/hm2）。

1.3 數(shù)據(jù)處理

利用Excel 2021 進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理，用Origin 2020進(jìn)行作圖，用SPSS 24.0 進(jìn)行顯著性分析。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 不同灌水處理對谷子生長和產(chǎn)量的影響

2.1.1 株高測定。從圖1 可以看出，在整個(gè)生育期內(nèi)，不同灌水下限谷子株高總體變化趨勢相同，隨著生育期的遞進(jìn)，株高逐漸增高。苗期不同處理谷子株高在40～50 cm變化，QK 處理顯著高于YY 處理（P<0.05），苗期至抽穗期谷子株高迅速增大，增長接近1 倍，QK、ZK、YY 處理分別增長56.0%、56.7%和55.8%。灌漿期各處理株高均差異顯著（P<0.05），株高從高到低分別為QK>ZK>YY，其中QK處理較YY 處理增長17.24%。灌漿期QK 和ZK 處理顯著高于YY 處理。QK 處理株高在全生育期內(nèi)均處于最高值，抽穗期隨著環(huán)境溫度逐漸增高，蒸發(fā)量增大，突顯控水梯度處理的差異。

圖1 不同處理灌水下限對株高的影響

2.1.2 莖粗測定。從圖2 可以看出，谷子生育期內(nèi)莖粗隨著生育期的遞進(jìn)持續(xù)增大，但在抽穗期以后莖粗有明顯的減少趨勢。QK 處理在整個(gè)生育期莖粗比較高，苗期至灌漿期QK 處理較最低的YY 處理分別增長32.5%、14.1%、29.6%、22.9%。苗期至拔節(jié)期各處理未呈現(xiàn)顯著性差異，抽穗期至灌漿期QK 和ZK 處理顯著高于YY 處理（P<0.05），抽穗期時(shí)QK 和ZK 處理較YY 處理增長25.32%和17.70%，灌漿期時(shí)QK 和ZK 處理較YY 處理增長22.46%和16.23%。谷子抽穗期和灌漿期控制灌溉能顯著增加谷子莖粗，輕度控制灌溉在谷子生育期內(nèi)莖粗增大效果最好。

圖2 不同處理灌水下限對莖粗的影響

2.1.3 葉面積指數(shù)測定。從圖3 可以看出，各處理葉面積指數(shù)隨著生育期的遞進(jìn)持續(xù)增加，平均葉面積指數(shù)從苗期0.32 增長至灌漿期5.22，其中QK 處理葉面積指數(shù)在生育期內(nèi)一直處于最高值，灌漿期時(shí)為峰值5.85。拔節(jié)期控制灌溉QK 和ZK 處理葉面積指數(shù)顯著高于YY 處理（P<0.05），兩者增幅分別達(dá)62.65%和76.26%。苗期至拔節(jié)期是葉面積指數(shù)增長最快時(shí)段，QK、ZK 和YY 處理分別增長633.71%、601.69%和397.66%?？刂乒喔仍诠茸由趦?nèi)能增加葉面積指數(shù)，其中輕度控制灌溉效果最好。

圖3 不同處理灌水下限對葉面積指數(shù)的影響

2.1.4 產(chǎn)量及產(chǎn)量因子的構(gòu)成。從表2 可以看出，控制灌溉QK 和ZK 的穗長顯著高于YY 處理（P<0.05），穗粗和百粒重各處理差異不顯著。穗粒重各處理差異顯著（P<0.05），即灌溉水分會(huì)影響單株穗重，其中QK 處理穗粒最重，為17.84 g，較YY 處理增長12.77%?？刂乒喔萉K 和ZK 處理產(chǎn)量顯著高于YY 處理，其中QK 處理產(chǎn)量最高，為7 650 kg/hm2，較YY 處理增加27.5%。從圖4 可以看出，穗長和百粒重顯著影響谷子產(chǎn)量，三者呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)達(dá)0.99；穗長和每穗粒重呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)達(dá)0.99，表明控水處理會(huì)影響穗長和穗粒重，進(jìn)而影響谷子產(chǎn)量，輕度控制灌溉可以促進(jìn)谷子單株穗長，增加穗粒所占面積比重，而單株穗重的增加會(huì)進(jìn)一步增進(jìn)單株產(chǎn)量。

圖4 產(chǎn)量因子相關(guān)性分析

表2 產(chǎn)量及產(chǎn)量因子構(gòu)成

2.2 不同灌水下限對谷子需水量和水分利用效率的影響

2.2.1 不同灌水下限對谷子階段需水量的影響。從表3 可以看出，整個(gè)生育期谷子灌漿期至成熟期耗水模系數(shù)均在14%～20%，處于較低水平。處理QK 拔節(jié)期至抽穗期模系數(shù)占全生育期需水量的26%，耗水量367.86 mm。抽穗期耗水模系數(shù)較高，是因?yàn)槌樗肫谑枪茸痈晌镔|(zhì)流向生殖器官的關(guān)鍵時(shí)期，所需水量較大，同時(shí)該時(shí)期又恰好處在一年中氣溫最高的季節(jié)，在光照和蒸發(fā)的雙重作用下谷子日耗水強(qiáng)度在3.84 mm。不同灌水下限對YY處理影響最大，由于抽穗期至灌漿期谷子灌水量低，難以滿足生長生殖的需要，因此生殖器官的累積干物質(zhì)含量較低，進(jìn)而產(chǎn)量在各處理之中最低。YY 處理拔節(jié)期系數(shù)最大，達(dá)29.48%，到成熟期時(shí)系數(shù)降至14.16%，降幅達(dá)51.97%。ZK 處理在谷子整個(gè)生育期中耗水量最大，達(dá)370.18 mm，但是產(chǎn)量并未與耗水量協(xié)同，僅為7 201.5 kg/hm2，說明處理ZK 水分利用效率不高，可能存在深層滲漏、養(yǎng)分流失與奢侈性蒸騰耗水等現(xiàn)象。

表3 不同處理谷子需水量與模系數(shù)

2.2.2 不同灌水下限對谷子日需水量的影響。從表3 可以看出，谷子對水分需求規(guī)律一般可概括為苗期宜旱、需水較少，中期需水量較大，后期需水相對減少。谷子生育前期（5—6 月），即播種、出苗和拔節(jié)。播種時(shí)耕作層土壤含水率占田間持水量的65%以上時(shí)，即可滿足發(fā)芽需要。出苗至拔節(jié)（6 月）需水量69.0 mm，占總耗水量的19%，日耗水強(qiáng)度1.970 mm。該階段谷子主要是營養(yǎng)生長，地上部分生長緩慢，而地下根系發(fā)育較快，因而需水量不大。谷子生育中期（7 月至8 月中旬），即拔節(jié)、抽穗、開花期。該階段是需水量最大、最迫切的時(shí)期，需水量為184 mm，占總需水量的50.0%，日平均需水強(qiáng)度在4.11 mm 左右，該階段缺少雨水對谷子穗長、穗重影響嚴(yán)重。谷子生育后期（8 月中旬至9 月中旬），即開花、灌漿至成熟期。該階段谷子處于生殖生長期，植株體內(nèi)養(yǎng)分向籽粒運(yùn)轉(zhuǎn)，仍然需要充足的水分供應(yīng)，需水量為107 mm，占總需水量的29.1%，日平均需水強(qiáng)度2.9 mm，該階段需水量由大逐漸變小。灌溉試驗(yàn)結(jié)果證明，谷子產(chǎn)量的影響因素是耕層土壤濕度大小，高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的關(guān)鍵是各生育階段土壤適宜的含水率。因此農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中需要進(jìn)行土壤水監(jiān)控，當(dāng)出現(xiàn)水分虧缺時(shí)及時(shí)進(jìn)行灌水調(diào)控，苗期土壤含水率下限控制指標(biāo)應(yīng)占田間持水量的65%；拔節(jié)、抽穗、灌漿期，土壤含水率下限控制指標(biāo)為占田間持水量的70%，成熟期為60%。

2.2.3 水分利用效率分析。從表4 可以看出，QK 處理灌溉水分生產(chǎn)率與耗水量水分生產(chǎn)率在各灌水處理中均最高，分別較YY 處理增加8.76%和9.56%，因此關(guān)鍵期土壤水分控制下限設(shè)定為田間持水量的65%，非關(guān)鍵期土壤水分控制下限設(shè)定為田間持水量的60%，一定程度的水分脅迫，可以顯著地提高其水分生產(chǎn)率，使其水分生產(chǎn)率最高。水分利用效率隨著灌水量的增加，耗水量也加大，QK 處理無論是灌溉水分生產(chǎn)率還是耗水量水分生產(chǎn)率均最高，表明覆膜滴灌用水效果顯著。ZK 處理滴灌耗水量也比較大，但谷子產(chǎn)量和水分利用效率并未表現(xiàn)出隨著灌水量增大而增大的現(xiàn)象，究其原因是水分蒸發(fā)或深層滲漏損失，造成灌水量利用效率降低。由于2021 年雨水充足，整個(gè)生育期降水量達(dá)350.7 mm，進(jìn)而導(dǎo)致YY 處理水分利用效率也比較高。

表4 不同處理水分生產(chǎn)率 kg/m3

3 結(jié)論與討論

輕度控制灌溉下谷子的株高、莖粗、葉面積指數(shù)處于優(yōu)勢地位，抽穗期較傳統(tǒng)雨養(yǎng)處理分別增長17.1%、29.6%、32.6%；輕度控制灌溉能增加谷子產(chǎn)量構(gòu)成因子，進(jìn)而增加谷子產(chǎn)量，輕度控制灌溉下的谷子產(chǎn)量為7 650 kg/hm2，較傳統(tǒng)雨養(yǎng)灌溉增加27.5%；耕層土壤濕度大小直接影響谷子的產(chǎn)量，苗期土壤含水率下限控制指標(biāo)應(yīng)占田間持水量的65%，拔節(jié)、抽穗、灌漿期，土壤含水率下限控制指標(biāo)為占田間持水量的70%，成熟期為60%；QK 處理的灌溉水分生產(chǎn)率和水分生產(chǎn)率均最高，ZK 處理滴灌耗水量較大，但谷子產(chǎn)量和水分利用效率并未表現(xiàn)出隨著灌水量增大而增大的現(xiàn)象，可能是水分蒸發(fā)或深層滲漏損失，造成灌水量利用效率降低。