寧夏賀蘭山東麓淡灰鈣土不同滴灌量下玉米耗水特征及其對產(chǎn)量的影響

摘 要：針對寧夏賀蘭山東麓淡灰鈣土滴灌對玉米耗水特征及產(chǎn)量的影響，以寧單40為供試玉米，開展寧夏賀蘭山東麓淡灰鈣土不同滴灌量下對玉米耗水特征及產(chǎn)量影響的試驗研究。結(jié)果表明，當玉米灌溉定額在840～4 710 m3·hm-2的范圍內(nèi)，耗水量在2 722～15 479 m3·hm-2之間，灌溉水分利用率在9.71～3.43 kg·m-3之間，滴灌量為3 765 m3·hm-2時，玉米產(chǎn)量最高，為16.57 t·hm-2；當?shù)喂嗔砍^3 765 m3·hm-2時，玉米產(chǎn)量下降。因此，寧夏賀蘭山東麓淡灰鈣土玉米最佳灌溉定額為3 765 m3·hm-2。研究結(jié)果將為寧夏賀蘭山東麓淡灰鈣土玉米灌溉種植提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：玉米； 產(chǎn)量； 耗水特征； 灌溉定額

中圖分類號：S513" " " " " 文獻標識碼：A" " " 文章編號：1002-204X（2024）06-0011-05

doi：10.3969/j.issn.1002-204x.2024.06.004

Water Consumption Characteristics of Maize under Varying Drip Irrigation Levels in Light Lime Soilat Eastern Foot of Helan Mountain in Ningxia and Their Impact on Crop Yield

Abstract Aiming at the effects of drip irrigation on the water consumption characteristics and yield of maize in light lime soilat the eastern foot of Helan Mountain in Ningxia， Ningdan 40 was used as the test maize to study the effects of different drip irrigation amounts on the water consumption characteristics and yield of maize. The results showed that when the irrigation quota of corn was 840 ～ 4 710 m3·hm-2， the water consumption was 2 722 ～ 15 479 m3·hm-2， the irrigation water utilization rate was 3.43 ～ 9.71 m3·kg-1， and the drip irrigation amount was 3 765 m3·hm-2， the corn yield was the highest. 16.57 t·hm-2; When drip irrigation exceeds 3 765 m3·hm-2， corn yields decline. Therefore， the optimal irrigation quota of light lime soil corn at the eastern foot of Helan Mountain in Ningxia is 3 765 m3·hm-2. The research results will provide a theoretical basis for irrigating maize in light lime soil at the eastern foot of Helan Mountain in Ningxia.

Key words Corn; Yield; Water consumption characteristics; Irrigation quota

滴灌是一種局部、高頻率供水的灌溉技術(shù)[1-2]，可以使水分在同一點上滲入土壤，并且可以實現(xiàn)肥隨水入、均勻灌溉，從而使作物根區(qū)保持較高濕度及合適養(yǎng)分濃度[3]，有利于作物產(chǎn)量的提高和品質(zhì)的提升[4-6]。然而，伴隨著寧夏春玉米種植面積的不斷增加，不合理的灌溉施肥方式不僅抑制了作物產(chǎn)量的提高和養(yǎng)分的吸收，造成肥、水資源的浪費，還會增加肥料向深層土壤淋失，破壞農(nóng)田土壤結(jié)構(gòu)，增加地下水污染的潛在風(fēng)險。寧夏賀蘭山東麓淡灰鈣土不同滴灌量下玉米的灌溉制度是全生育期總共灌水8次：苗期—拔節(jié)期（5月8日—6月9日））灌水1次，拔節(jié)期—大喇叭口期（6月10日—7月14日）灌水2次，大喇叭口期—抽雄期（7月15日—7月29日）灌水2次，抽雄期—灌漿期（7月30日—8月11日）灌水2次，灌漿期—成熟期（8月12日—9月10日）灌水1次。以水表記錄每次灌水量。全生育期施肥共計5次：苗期—拔節(jié)期（5月8日—6月9日）施肥1次，拔節(jié)期—大喇叭口期（6月10日—7月14日）施肥1次，大喇叭口期—抽雄期（7月15日—7月29日）施肥1次，抽雄期—灌漿期（7月30日—8月11日）施肥1次，灌漿期—成熟期（8月12日—9月10日）施肥1次。關(guān)于寧夏賀蘭山東麓淡灰鈣土不同滴灌量下玉米耗水特征及產(chǎn)量的影響研究較少。因此，本試驗以不同滴灌量為因素，采用單因素隨機區(qū)組設(shè)計，以期獲得寧夏賀蘭山東麓淡灰鈣土玉米需水規(guī)律，建立適宜試驗區(qū)及周邊地區(qū)的灌溉制度，旨在為玉米生產(chǎn)提供借鑒參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2021年4—10月在寧夏農(nóng)墾平吉堡農(nóng)場農(nóng)六隊開展，地理位置為106°01'47.46\"～106°01'52.16\" E，38°25'25.87\"～38°25'39.1\" N，屬于典型的溫帶大陸性氣候。試驗區(qū)地下水埋深2 m左右，土壤質(zhì)地為淡灰鈣土，前茬為青貯玉米。玉米生長期間有效降雨量達61.6 mm，為正常年份的50%，生育期蒸發(fā)量達867.9 mm。用環(huán)刀法測定試驗地土壤田間持水量為23.68%，土壤容重為1.51 g·cm-3。土壤養(yǎng)分含量見表1。

1.2 試驗設(shè)計

本試驗采用單因素隨機區(qū)組設(shè)計（每個小區(qū)設(shè)3次重復(fù)）。灌溉量分別為W1（840 m3·hm-2）、W2（1 935 m3·hm-2）、W3（2 715 m3·hm-2）、W4（3 765 m3·hm-2）、W5（4 710 m3·hm-2），供試玉米品種為寧單40，灌溉區(qū)組最外側(cè)設(shè)置距離小區(qū)1 m的保護行。小區(qū)長為45 m，寬為8.8 m；每小區(qū)種植8行玉米，采用寬窄行種植，寬行為70 cm，窄行為40 cm（平均行距55 cm），密度為75 000株·hm-2。各小區(qū)為獨立的滴灌單元，每2行鋪設(shè)1根滴灌帶，滴灌帶鋪設(shè)在窄行內(nèi)。苗期和拔節(jié)期進行人工鋤草及除草劑的噴施，生育期注意病蟲害的防治。其他管理方法同大田管理。整個生育期的灌溉制度及施肥計劃見表2和表3。

1.3 測定內(nèi)容及方法

1.3.1 土壤水分含量及耗水量的測定

在玉米的出苗期、拔節(jié)期、抽雄期、灌漿期、成熟期采用烘干法測量土壤含水量。分別于灌前和灌后24 h內(nèi)測定。試驗分別取2個灌水梯度，在滴灌帶下0 cm、滴灌帶外20 cm，以及滴灌帶外40 cm 3處，取樣3層：0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm。采完土樣立即用鋁盒裝好，編號，及時稱量鮮土質(zhì)量，然后用烘箱在105 ℃下、12 h內(nèi)烘干，稱量干土質(zhì)量，計算土壤含水率。

灌水量的測定采用水表精確計量。

作物耗水量及實測需水量的計算[7]：作物耗水量=播種時的土壤含水量+生育期總灌水量+有效降水量-收獲期土壤蓄水量。

水分利用效率（WUE）按照以下公式計算：

WUT=Y/C（1）

C=P+I-ΔW+V-R-D （2）

ΔW=hγ（W1-W0） （3）

式中：Y為經(jīng)濟產(chǎn)量（kg·hm-2）；C為作物生育期總耗水量（m3·hm-2）；P為有效降水，據(jù)國內(nèi)外研究文獻可知1次降水≥5 mm為有效降水；I為灌水量（m3）；V為毛管上升水，可忽略；R為徑流量，可忽略；γ為土壤體積質(zhì)量（g·cm-3），播前及收獲后分別開挖刨面測定土壤體積質(zhì)量，按不同重復(fù)取平均值；ΔW為土壤水盈虧量，W1和W0為播種和收獲時的土壤含水量（%）；h為土壤供水深度（mm）。

1.3.2 植株形態(tài)及物質(zhì)積累動態(tài)觀測

在玉米生育期間，分別在苗期、拔節(jié)期、抽雄期、灌漿期、完熟期取5次樣。每次在各試驗處理小區(qū)分別取樣，每小區(qū)取標記樣株3株，株高、莖粗、葉面積的測定采用質(zhì)量法并計算葉面積指數(shù)，之后將樣株按葉片、莖稈、雄穗、果穗等分器官稱量鮮重，然后置于80 ℃烘箱烘干后稱重。

1.3.3 考種及測產(chǎn)

玉米成熟時，在各小區(qū)選取拔節(jié)期定株的30株玉米，單獨收獲，進行考種測產(chǎn)?？挤N測產(chǎn)指標有穗長、穗粗、穗行數(shù)、行粒數(shù)、禿尖長度、果穗重、穗粒數(shù)、穗粒重、出籽率、籽粒含水率等。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel 2003和DPS（7.05）進行試驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計與分析，用Origin2021作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同滴灌量下玉米地上部干物質(zhì)積累量和葉面積

指數(shù)的變化

玉米的地上部（莖、葉、雄穗、果穗）干物質(zhì)積累量整體變化動態(tài)受水分影響很大。由圖1可知，本試驗在不同滴灌量下，玉米的地上部干物質(zhì)積累量整體變化趨勢較快的是在拔節(jié)期到灌漿期階段，隨著滴灌量增加，玉米的地上部干物質(zhì)累積速度上升，累積總量也呈上升趨勢；灌漿后，滴灌量大的處理干物質(zhì)累積速度減慢，而滴灌量小的處理仍保持一定的增長速度。不同滴灌量下玉米全生育期干物質(zhì)積累速率總體變化由大到小依次為W4、W5、W3、W2、W1。對于玉米來說，拔節(jié)期—孕穗期是水分敏感時期，適宜的滴灌量會促進玉米干物質(zhì)的累積，本試驗結(jié)果也表明這一特征。

由玉米葉面積指數(shù)的變化趨勢（圖2）可以看出，灌水可以明顯促進玉米的生長，玉米的葉面積指數(shù)隨滴灌量的增加而增加，由大到小依次為W4、W5、W3、W2、W1。玉米全生育期W4葉面積指數(shù)增長最快，峰值最高。拔節(jié)期—抽雄期葉面積指數(shù)增長最快，抽雄期后葉面積指數(shù)開始逐步下降，但高滴灌量的處理葉面積指數(shù)高于低滴灌量的處理。因此，合適的滴灌量可以促進玉米的生長發(fā)育，且滴灌量過大反而可能會降低玉米的葉面積指數(shù)。

2.2 不同滴灌量對玉米產(chǎn)量性狀的影響

由表4可以看出，玉米的產(chǎn)量及其構(gòu)成因素隨滴灌量的增加呈拋物線變化，并且穗粗、穗粒數(shù)、穗重、穗粒重、百粒重、總穗重、總穗粒重、產(chǎn)量在不同滴灌量下存在顯著差異。在W1滴灌量下，隨著滴灌量的增加產(chǎn)量明顯增加；當?shù)喂嗔砍^W4，產(chǎn)量下降；W4處理的產(chǎn)量最高，為16.57 t·hm-2；W1處理的產(chǎn)量最低，為8.18 t·hm-2；W2處理的產(chǎn)量為13.68 t·hm-2；W3、W5處理的產(chǎn)量分別為15.07 t·hm-2、16.17 t·hm-2。穗粗、穗粒數(shù)、穗重、穗粒重、百粒重、總穗重、總穗粒重都隨滴灌量的增加而增加，其增長趨勢由大到小依次為W4、W5、W3、W2、W1。由此看出，水分供應(yīng)不足會直接影響玉米穗的分化和結(jié)實。玉米的禿尖長度隨滴灌量的增加而減少，這主要是由水量供應(yīng)較大造成前期營養(yǎng)生長較為旺盛引起的。隨著滴灌量的增加，玉米的出籽率有下降的趨勢，灌水太多出籽率下降明顯，不利于營養(yǎng)物質(zhì)向籽粒中的運輸和轉(zhuǎn)換。

2.3 不同滴灌量下玉米耗水特征及水分利用率

2.3.1 不同滴灌量下玉米耗水特征

玉米不同生育時期的耗水特征可以用耗水模系數(shù)表示。作物耗水模系數(shù)指某一時期作物的耗水量占整個生育期總耗水量的比值。由表5可知，玉米耗水量最大的時期是在拔節(jié)期—抽雄期，玉米耗水量最小的時期是在出苗期—拔節(jié)期。灌水對玉米各時期的耗水模系數(shù)影響不大，說明玉米對水分條件的自我調(diào)節(jié)能力較強，這為強調(diào)其生長發(fā)育關(guān)鍵期及拔節(jié)期—抽雄期供水提供了依據(jù)。

2.3.2 不同滴灌量下玉米水分利用效率及灌溉定額的確定

由表6可知，玉米的水分利用率伴隨著滴灌量的增加呈下降趨勢，W1處理的水分利用率最高，為9.71 kg·m-3；W2處理的水分利用率為7.06 kg·m-3；W3處理的水分利用率為5.55 kg·m-3；W4處理的水分利用率為4.40 kg·m-3；W5的最小，為3.43 kg·m-3。表明玉米在本試驗中土壤蓄水的能力下和降水條件下，適當灌水雖對產(chǎn)量有一定提高，但對水分的生產(chǎn)效率的提高貢獻不大。在缺少灌溉水的情況下，可以盡量減少玉米的灌溉定額，以求得產(chǎn)量和生產(chǎn)效益的同步提高。

從圖3可以看出，通過對試驗處理的玉米產(chǎn)量（t·hm-2）與灌溉定額（m3·hm-2）數(shù)據(jù)進行分析，可以得出玉米產(chǎn)量與滴灌量存在很好的二次函數(shù)關(guān)系。Y=-0.000 000 6 x2+0.005 5 x+3.781 5，R2=0.977 5二次函數(shù)關(guān)系存在1個極大值，即拋物線頂點處，該處玉米產(chǎn)量（Y）達到最大值，此時的滴灌量為玉米的作物需水量。利用二次函數(shù)的性質(zhì)，計算得出X（Ymax）=4 583 m3·hm-2，Ymax=16.39 t。這說明X=4 583 m3·hm-2，是玉米充分灌溉與非充分灌溉的臨界點，少于4 583 m3·hm-2則為非充分灌溉，超過則為過量灌溉。

3 討論與結(jié)論

在灌溉條件下，玉米的產(chǎn)量隨滴灌量的增加呈拋物線變化，適當灌水可以明顯提高玉米的產(chǎn)量[9]。本試驗研究表明，百粒重的總體變化趨勢是隨滴灌量的增加而逐步增加，當?shù)喂嗔刻倩蛱鄷r都會使百粒重下降。隨著滴灌量W1（840 m3·hm-2）～W5（4 710 m3·hm-2）的增加，產(chǎn)量先增加后降低；當?shù)喂嗔砍^W4（3 765 m3·hm-2）的最佳滴灌量時產(chǎn)量下降；W4處理的產(chǎn)量最高，為16.57 t·hm-2。一定量的灌水可促進玉米干物質(zhì)的累積和葉面積的增加。當水分不足時，干物質(zhì)積累緩慢，最終導(dǎo)致經(jīng)濟產(chǎn)量偏低。灌水可明顯促進莖葉的生長，加快干物質(zhì)的累積速度；但灌水太多，營養(yǎng)生長過于旺盛，造成生育中后期莖葉遮蔽，光合效率下降，干物質(zhì)積累量下降，從而影響最終產(chǎn)量的形成。在拔節(jié)—孕穗期補充水分可大大加快干物質(zhì)的累積和葉面積的增加，同時促進生殖生長。而在灌漿期適當減少水分供應(yīng)可促進結(jié)實和成熟，提高產(chǎn)量。

玉米是耐旱作物，在寧夏賀蘭山東麓的春季淡灰鈣土蓄水條件下，灌溉定額在840～4 710 m3·hm-2的范圍內(nèi)，玉米的總耗水量在2 722～15 479 m3·hm-2之間?？偤乃侩S灌水量的上升而上升。

有研究認為，減少灌溉定額可以達到節(jié)水不減產(chǎn)甚至增產(chǎn)的目的。本試驗結(jié)果表明，在W4（3 765 m3·hm-2）處理下的產(chǎn)量最高，為16.57 t·hm-2。根據(jù)灌溉定額-產(chǎn)量擬合曲線求得的玉米產(chǎn)量最高時的灌溉定額為4 583 m3·hm-2，說明不能單純地減少灌溉定額，而應(yīng)結(jié)合玉米生長發(fā)育狀況和玉米地土壤水分條件綜合考慮。在生產(chǎn)實踐中每次灌水還應(yīng)該根據(jù)具體情況，如自然降水、土壤含水量、玉米生長狀況等，稍早或稍遲進行調(diào)節(jié)。

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