免储水灌注水播种条件下保水剂使用对玉米生长发育的影响

王以兵，丁林，张新民

(甘肃省水利科学研究院，甘肃兰州730000)

石羊河流域是河西地区灌溉农业最发达的地区，近30 a来，由于区内社会经济快速发展，对水资源的需求日益增长及大量开发利用，导致了严重的水资源供需矛盾和生态环境的恶化问题[1]。针对这种情况，只有走高效节水的道路，才能够持续发展。因此，合理有效地利用有限的水资源，提高水资源利用率，发展节水农业迫在眉睫。加强农业节水技术的研究与示范推广，提高灌溉水量从水源到形成作物产量过程中各个环节的利用效率，建设高产、优质、高效的节水型农业，是石羊河流域综合治理的现实需求[2]。

由于民勤地区冬季气候干燥寒冷，降水很少，大风天气较频繁，致使大部分冬季储水量被无效蒸发，至次年玉米播种时，0—10 cm表层土壤较为干燥，不利于玉米出苗及苗期生长。免储水灌即免冬(春)灌，在干旱半干旱地区由于无法冬灌或冬灌灌水定额不足，而免冬灌可减少劳动强度，降低生产成本，调节土壤温度，节水保土，提高生产能力，增加产量[3]，可在一定程度缓解水资源短缺问题;注水播种是在玉米播种时所开沟中先注水后播种的一种播种方式，它使作物种子坐落在灌溉水湿润过的土壤之上，使种子恰好被湿土团包容，供应充足的水分和养料，使之顺利萌发[4]，注水播种既能增加种位土壤含水率，减少表层土壤水分消耗，又能与底层湿土搭接，达到引墒目的，提高抗旱能力，增加抗旱天数，为增产增收打下良好的基础[5];由于注水播种时所注水量有限，这些水经蒸发和侧渗后种位土壤含水量降低很快，而保水剂能起到保水、保肥、保土作用，可保持种位土壤水分，提高肥料利用率[6-7]，并可促进作物根系发育，保证出苗，促进植株生长发育，延缓凋萎时间[8-13]，因此在免储水灌注水播种时配合使用一定量的保水剂。这项技术对于科学利用当地有限水资源，发展高效灌溉，改善生态环境、调整种植结构具有一定的指导意义。

1 试验材料及研究方法

1.1 试验区概况

试验区位于甘肃省水利科学研究院民勤试验基地，地处绿洲和腾格里沙漠交界地带，地理坐标东经130°05′，北纬 38°37′，属典型的大陆性荒漠气候 ，气候干燥，降水稀少，蒸发量大，风沙多，自然灾害频繁。多年平均气温7.8℃，极端最高气温39.5℃，极端最低气温-27.3℃，平均湿度45%，多年平均降水110 mm，多年平均蒸发量2 644 mm，年日照时数3 028 h，光热资源丰富，≥0℃积温3 550℃，≥10℃积温3 145℃，无霜期150 d，最大冻土深115 cm。试验区土质0—60 cm为黏壤土，60 cm以下逐渐由黏壤土变为沙壤土，土壤平均容重为1.54 g/cm3。

1.2 试验设计

2008年4—10月在甘肃省水利科学研究院民勤试验基地研究免储水灌配合施用保水剂注水播种条件下玉米的生长发育情况，供试作物品种为“豫玉”22号，于4月14日注水播种，4月25日出苗。本试验采用单因素完全随机试验，设计6个处理，以常规覆膜穴播膜上灌溉为对照处理(CK)，其余为配合施用保水剂注水播种处理，保水剂施用量分别为2.5 g/m2(YB 2.5)，1.5 g/m2(YB 1.5)，0.5 g/m2(YB 0.5)，0 g/m2(YB 0)及采用保水剂拌种(YBH)处理。各处理重复3次，共18个试验小区，小区规格为3 m×15 m。玉米播种前先人工开沟，沟宽20 cm，沟深10 cm，注水量为240 m3/hm2，每个沟注水量按小区面积换算后用潜水泵从试验地附近蓄水池抽取，注水后将保水剂拌土直接撒入播种时所开沟中，撒好保水剂后人工点播，播后人工将注水沟填平并覆膜。玉米灌溉制度按当地玉米灌溉情况定为灌溉定额4 500 m3/hm2，灌水次数为5次，每次灌水定额为900 m3/hm2，各次灌水时间为6月1日、6月24日、7月10日、7月22日、8月13日。本试验将玉米划分以下6个生育阶段:出苗期，拔节期，大喇叭口期，抽穗期，灌浆期和成熟期。

1.3 试验测试内容及方法

玉米生育期每隔10 d用钢卷尺测定一次株高，各小区取固定10株测定;叶面积及干物质每15 d采样，每个小区取3株，叶面积用长×宽×系数法测定，系数取0.75，鲜重用电子秤测定，再用烘干称重法测干物质积累;玉米成熟期在每个小区中随机选取两点，每点取样5株，将两个点的样品合成一个样，进行考种，按各小区单打单收，分别计各小区籽粒产量。在玉米生育期内观测记载温度、降水、蒸发、风速等气象因素。在玉米播种前2 d及整个生育期内每隔10 d以及作物收获后，共分 6层:0—20 cm，20—40 cm，40—60 cm，60—80 cm，80—100 cm，100—120 cm 用土钻取土烘干法测定土壤含水量，灌水前后及降雨前后进行加测。

2 结果分析

2.1 玉米全生育期降水特点

由图1可以看出，在试验期间降雨量超过5 mm的降雨共有 7次，分别为5月17日(7 mm)，6月 14日(15.5 mm)，7月18日(5.1 mm)，7月 28日(10.8 mm)，7月30日(8.6 mm)，9月21日(5.9 mm)，9月22日(18.4 mm)。玉米生长期间降雨量为 103.1 mm，当地玉米全生育期需水约500～600 mm，降雨对作物补充水量作用不大，所以供水量主要是灌溉，灌溉的时间和灌溉量的多少仍然对玉米生长发育造成一定程度的胁迫。

图1 2008年注水播种玉米全生育期降雨量分布

2.2 免储水灌注水播种对玉米生理性状的影响

2.2.1 免储水灌注水播种对玉米株高的影响 株高是冠层结构对水分响应的主要体现者。从图2可以看出，在玉米整个生长过程中，处理CK株高与YB 2.5和YBH无差别，而与其它处理均有极显著差异，在玉米株高最高时不施加保水剂注水播种处理YB 0的株高与CK ，YB 2.5，YBH 分别相差79.3，83.6和66.0 cm。在播种后20～30 d，各处理株高相差不大，到灌第一次水时(6月1日)各处理株高已有明显差别，其中处理CK和YB 2.5与其余处理间达到极显著差异。虽然灌水后的补偿效应使得各处理株高激增，但处理YB 0和 YB 0.5的株高在苗期后各生育阶段仍低于CK，YB 2.5，YBH ，YB 1.5处理并与它们间达到显著差异。玉米株高增长速率在整个生育期呈现小—大—小的变化规律，在苗期各处理株高增长较慢;拔节期—大喇叭口期是玉米株高增长最快的时段，此时玉米株高进入了快速增长期，各处理玉米株高增长速率平均达到3.67～5.33 cm/d，虽然处理YB 0.5和YB 0在此阶段株高增长速率也达到最大，但由于苗期受旱影响，其株高增长速率较其它处理都小;在玉米进入抽穗灌浆期以后株高增长速率已很小，这主要是因为进入抽穗期后玉米营养生长基本停止而转向生殖生长，所以株高基本不再增长。以上分析说明保水剂对玉米株高增长具有明显促进效应。

图2 注水播种玉米株高全生育期变化注:CK为常规覆膜穴播膜上灌溉作为对照处理;YB 2.5，YB 1.5，YB 0.5，YB 0为配合施用保水剂注水播种处理，保水剂施用量分别为2.5，1.5，0.5，0 g/m2;YBH 为采用保水剂拌种处理。下同。

2.2.2 免储水灌注水播种对玉米叶面积的影响 玉米叶面积指数随生育期的推进，呈现出先增加、后稳定、最后又减小的趋势，玉米叶面积指数在苗期—拔节期增长速度较快，平均日增长0.007～0.011，拔节—抽穗期叶面积指数增长速度最快，平均日增长0.102～0.125，玉米抽穗—灌浆期叶面积指数基本不再增长，日平均增长仅为0.011～0.017;灌浆—成熟期玉米叶面积指数出现明显的下降趋势。在苗期YB 2.5和YBH的叶面积指数与其它处理呈极显著差异，灌水后各处理叶面积均较快增长，但YB 0，YB 0.5，YB 1.5由于在苗期受旱时间较长，植株长势较弱，虽然在灌水后叶面积增长较快，但到叶面积指数最大时仍与CK，YB 2.5和YBH有极显著差异。无论是在拔节期还是在抽穗期，施用保水剂较不施用保水剂处理都使单株绿叶面积增加，抽穗期YB 2.5和YBH叶面积分别比YB 0增加21.26%和11.08%，比YB 0.5增加18.33%和8.38%，说明施用保水剂对叶片无明显不利影响，甚至有一定的促进作用(图3)。

图3 玉米各处理生育期叶面积指数变化

2.2.3 注水播种对玉米干物质积累的影响 植株地上部分干重反映了植株干物质积累和生长状况，且单株地上部干重为干物质向籽粒运转提供能源物质。玉米干物质的积累是一个连续的过程，抽穗前干物质在茎鞘的积累、花后灌浆期光合产物向籽粒的大量积累以及籽粒成熟期茎杆干物质向穗部的转移，这3个阶段是不同处理玉米干物质积累的主要过程;不同保水剂施用量的玉米其3个阶段所持续的时间长短不同，在各个阶段干物质积累的强度也不同。玉米干物质积累在苗期已存在显著差异，且以YB 2.5最大，为39.4 6g/m2，以YB 0最小，为24.65 g/m2，这说明保水剂的保水作用可为玉米苗期生长提供较为充足的水分，使玉米在苗期及后续生育阶段生长旺盛，植株粗壮、高大，干物质积累较快;在玉米苗期由于缺水YB 0及YB 0.5处理植株生长受抑制，其植株高度及粗壮程度远低于CK，YB 2.5和YBH，故其干物质积累较慢，所以其干物质积累与CK，YB 2.5，YBH 间有极显著差异(P＜0.01)，这种差异一直到玉米收获时仍然存在，且随着保水剂使用浓度增大，玉米干物质积累量也增大(图4)。

图4 注水播种全生育期干物质积累情况

各个处理的干物质积累均表现为“缓慢生长—快速生长—缓慢生长”，可以说玉米生长速率在整个生育期呈现小—大—小的变化规律，基本“S”型曲线。在出苗至拔节，由于气温较低玉米生长缓慢，干物质积累缓慢，从拔节到灌浆期间，干物质迅速积累，之后积累速率减缓甚至不再增加。不同处理间后期的干物质积累量差异显著，说明水分影响是对玉米干物质的第一影响因子，玉米施用保水剂注水播种会对干物质动态变化产生显著影响，因此，可以通过合理保水剂施用量，配合其它农艺措施可控制玉米的干物质重的形成。

2.2.4 免储水灌注水播种对玉米器官间干物质运转的影响 干物质生产受土壤水分状况的影响较大，在土壤水分胁迫下，干物质积累降低，降低的程度与水分胁迫的程度呈正相关。短期干旱后，玉米叶、穗的分配指数均降低，茎鞘的分配指数升高，有学者研究认为，在光合产物相对不足时，轻度土壤水分亏缺有促进贮存物质向穗部运转的效应[14-16]。

由免储水灌注水播种玉米干物质器官间的转移分配上看(图5)，玉米成熟期各器官干物质量为:穗＞茎＞叶。不同保水剂施用量下茎分配比例为:CK＞YB 2.5＞YBH ＞YB 1.5＞YB 0.5＞YB 0，叶片分配比例与茎分配比例相反。成熟期穗分配以YB 2.5最高为67.72%，以CK最小为63.39%，施用保水剂处理的穗干物质比例均高于对照，而茎干物质比例均低于对照，说明施用保水剂在一定程度上可提高玉米穗的分配比例，光合产物能充分转移到籽粒中。

2.3 免储水灌注水播种对玉米产量及水分利用效率的影响

2.3.1 免储水灌注水播种对玉米生物产量及水分利用效率的影响 作物的水分利用效率是指作物消耗单位水分所生产的干物质的量，实质上反映了作物耗水与干物质生产之间的关系，是评价作物生长适宜程度的综合性生理生态指标。作物生长期内某一阶段的水分利用率(WUE)以生长期内某一阶段作物收获部分的干物质产量(Y)与该阶段的耗水量(ET)的比值来表示。

图5 各处理成熟期各器官干物质量

表1是玉米各生育期生物产量的水分利用率计算结果。从中可以看出，水分利用效率有两个峰值，一个在拔节期—抽穗期，另一个在灌浆期—成熟期，主要是由于拔节期—抽穗期玉米处于生长旺盛期，其生长速率、生长强度均达到最大，故水分利用效率较高;灌浆期—成熟期玉米灌水较少，气温较低，田间蒸发量小，且玉米籽粒重量主要在此阶段形成，因而其水分利用效率较高。在前4个生育期处理YB 2.5的水分利用效率均处于最大值，与对照处理有极显著差异，而最后一个生育期各处理水分利用效率均无差异。说明适当施用保水剂不但能提高玉米苗期水分利用效率而且可以提高生育后其的水分利用效率。

表1 玉米全生育期水分利用效率

2.3.2 免储水灌注水播种对玉米产量及其构成因素的影响 免储水灌注水播种玉米各处理产量及其构成因素见表2所示。处理是YB2.5和YBH较对照是增产的，其产量分别为 18 332.6和 17 921.2 kg/hm2，较对照分别增产17.77%和15.13%;而 YB 1.5，YB 0.5和YB 0较对照是减产的，其减产率分别为0.18%，2.09%和8.26%。施用保水剂量大的处理的穗长、穗粒数、穗粒重、穗重均比对照大，其中 YB 2.5与YBH的穗长较CK增加1.92和0.3 cm，穗粒数较CK增加74.40和11.18粒/穗，穗粒重较CK增加42.90和36.05 g，穗重较CK增加53.04和47.82 g，除上述几个因素外各处理在其它因素之间无明显差异。说明在水资源比较紧缺或者是冬季无法进行冬灌的地区，施用保水剂注水播种技术可提高玉米穗长、穗粒数、穗粒重、穗重等产量构成因素，进而提高玉米产量。

表2 各处理产量构成因素分析

3 结论

免储水灌注水播种配合使用保水剂可使玉米提早出苗，提高叶面积指数，促进干物质积累，能提高玉米苗期及后续生育阶段的水分利用效率，提高穗干物质分配比例;施用保水剂量为2.5 g/m2和采用保水剂拌种注水播种处理较常规灌溉处理分别增产17.77%和15.13%，增收26.37%和15.73%;在水资源比较紧缺或者是冬季无法进行冬灌的地区，施用保水剂注水播种技术可提高玉米穗长、穗粒数、穗粒重、穗重等产量构成因素，进而提高玉米产量。玉米生理性状及产量的形成受很多因素的影响，但玉米免储水灌注水播种后其生长环境发生很大变化，因而其生理性状和产量的形成也受到影响，因此玉米注水播种条件下产量形成的机理今后还需大量的观测和补充，以及进一步研究注水深度、注水量和不同品种保水剂浓度等因素对产量形成的影响。

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