膜下滴灌条件下不同灌溉制度的玉米产量与水分利用效应

刘一龙，张忠学*，郭亚芬，王忠波

（1.东北农业大学水利与建筑学院，哈尔滨 150030；2.东北林业大学林学院，哈尔滨 150040）

水资源是21世纪稀缺的基础自然资源，是一个国家或区域社会经济发展中的重要战略资源。当前水资源短缺已成为全球的第一生态问题，干旱缺水已经成为国民经济和社会可持续发展的重要的制约因素。我国水资源时空分布不平衡，且由于人口众多，人均占有水资源仅为世界人均占有量的27%[2]。因此节水农业尤为重要。

滴灌是一种最节水的灌水技术，滴灌的水直接精确地用于作物的根区，使作物始终处在较优的土壤水分条件下，从而避免了其他灌水方式产生的周期性水分过多或水分亏缺的情况，并能有效地减少蒸发、径流和深层渗漏的水量损失，因此滴灌能够增加作物产量提高水分利用效率[3-4]。在我国，新疆天业集团在棉花和番茄方面运用膜下滴灌技术，初步试验结果表明：膜下滴灌棉花的灌水量可由常规灌水量525～600 mm降到240～345 mm，棉花产量提高30%～50%，番茄增加收入2倍左右，而且膜下滴灌可以提高劳动效率[5]。形成玉米产量的因素有水、肥、气、热、光等，水分是最活跃的因素，它制约其他因素，只有在水分适宜的情况下，其他因素才能发挥最大的作用，玉米才能形成最高的产量[6-8]。灌水时间不宜，灌水量不足或过大都会制约玉米的产量。松嫩平原是我国重要的商品粮基地，玉米播种面积占粮食作物面积比例最高，但是旱灾是玉米单产不稳的重要因素之一，采用膜下滴灌技术是抵御旱灾、提高玉米产量的重要措施[9]。

1 材料与方法

1.1 材料

试验于2008年4月～11月在黑龙江省杜蒙县农业科技示范园区进行。供试品种为当地生产常用品种富友9号。该园区位于东经124°25′，北纬46°5′，海拔145.4 m。多年平均降雨量407.7 mm，年平均蒸发量1 795.4 mm，初霜日期为10月2日，终霜日期为5月4日，无霜期150 d。属于典型的大陆性温带半干旱气候。该试验区土质为沙壤土，供试土壤物理性质如表1所示。

1.2 方法

试验于4月24日播种，统一施肥，滴灌保墒水90 m3·hm-2，采用大垄双行种植形式，保苗株数为7.2万株·hm-2。玉米全生育期内有效降雨为399.9 mm，灌溉定额设计依次为450、600、750 m3·hm-2；灌水次数分别为：3次、4次、5次。共设9个处理，以不滴灌的玉米作对照，各3次重复，随机排列。灌水日期分别为：3次（6月16日、7月16日、8月16日）；4次（6月16日、7月6日、7月26日、8月16日）；5次（6月16日、7月2日、7月16日、8月2日、8月16日）。

表1 试验区土壤物理性质Table 1 Experimental soil property

2 结果与分析

2.1 不同灌水条件下的产量及其指标分析

2.1.1 玉米产量指标分析

结果见表2。

由表2中可以看出，C2灌溉定额为750 m3·hm-2，灌溉4次的情况下的秃尖率最低9.5%，这说明在玉米需水关键期（灌浆期）增加灌水定额可以有效降低秃尖率。C2的干物质重和穗粗也最大，分别为390.54 g、20.20 cm。每穗粒重也相对较大。

表2 不同灌水条件下的产量及其指标分析Table 2 Yield and index analysis among different irrigation schedule

A2灌溉定额为450 m3·hm-2，灌溉4次的情况下的秃尖率最高为19.90%，干物重为284.25 g为最低，每穗排数和每穗粒重分别为16.1排和179.3 g，同处理比较也为最低。

B1、B2、B3在相同灌溉定额，不同灌溉次数的比较中发现，B2灌溉4次的穗长最大，比B1的穗长大3.7%，比B3的穗长大6.2%。B2的秃尖长最短，分别比B1和B3的秃尖长减小18.5%和17.2%。

A2、B2、C2在相同的灌水次数，不同的灌溉定额的比较中发现，随着灌水量的增加玉米的秃尖长度呈现明显下降趋势，C2的秃尖长度分别比A2和B2下降50.6%、18.9%，玉米每穗粒重呈上升趋势，C2的每穗粒重相对于A2增产18 g，而相对于B2的增产不明显。

在所有膜下滴灌处理与常规种植CK的比较中发现，CK的秃尖长最大，每穗粒重最低。在B2灌溉定额为600 m3·hm-2，灌水4次的情况下，秃尖长比CK减少41.11%，每穗粒重比CK增加一倍。

2.1.2 玉米产量及其水分利用效率分析

如表3所示，灌溉定额为450 m3·hm-2时，A1的产量最高为13 779 kg·hm-2，水分利用效率也最高为 2.7312 kg·m-3；灌溉定额为 600 m3·hm-2时，B2的产量最高为15 210 kg·hm-2，水分利用效率也最高为 2.8430 kg·m-3；灌溉定额为 750 m3·hm-2时，C3的产量最高为15 646 kg·hm-2，但C1的水分利用效率也最高为2.8571 kg·m-3。由此得出，相同灌溉定额不同灌溉次数对产量有影响。在灌溉3次的情况下，灌溉定额为750 m3·hm-2时产量最高，水分利用效率也最高为2.8571 kg·m-3； 在灌溉4次的情况下，虽然灌溉定额为750 m3·hm-2的产量最高，但灌溉定额为600 m3·hm-2的产量与之所差无几，其水分利用效率最高为2.8430 kg·m-3；在灌溉5次的情况下，灌溉定额为750 m3·hm-2的产量和水分利用效率均为最高。由此得出，在相同灌水次数条件下，适当增加灌溉定额在一定程度上可以增加玉米产量，但超过一定值之后，产量并无显著提高。

表3 各处理产量、水分利用率及耗水系数

综合以上灌溉制度，从兼顾产量和节水的角度分析，灌溉定额为600 m3·hm-2，灌溉4次的处理是比较适宜的灌溉制度，其产量为15 210 kg·hm-2，水分利用效率为2.8430 kg·m-3。其灌溉时间为6月16日、7月6日、7月26日、8月16日。

2.1.3 相同灌溉定额下不同灌溉次数的产量分析

从图1中可以看出，当灌溉定额为450 m3·hm-2时，灌溉次数对玉米影响较大，且A1的产量最大，A2的产量最小。当灌溉定额为600 m3·hm-2时，不同的灌水次数对产量影响较大。B2的产量最大，B1和B3的产量几乎持平。B2高于B1的产量5.52%，B2高于B3的产量5.72%。当灌溉定额为750 m3·hm-2时，灌溉次数对玉米产量影响较小，经方差分析各处理间无显著差异。

图1 相同灌溉定额下不同灌溉次数的产量Fig.1 Yield relation of the same irrigation ration with different irrigation times

2.1.4 产量与灌溉水量关系分析

各处理产量与灌溉水量之间的拟合曲线见图2。

由图2可以分析出产量和灌溉水量之间的函数式：

其中R2=0.8872。

从上式可以得出：当灌溉水量为907 m3·hm-2时，所对应的产量最高，为15 727 kg·hm-2。如果灌水量小于907 m3·hm-2，产量会随着灌水量的增加而增加。通过本次试验发现，当灌水量和小于某一临界值时，产量会随着水量的增加而增加，但超过最大的临界值后产量反而会随着水量的增加而减少[10]。这说明玉米虽是一种高耗水性植物，但当灌水量增加到最大临界值时，此时再增加灌水量不但不会增加产量，反而会使产量降低。

3 讨论

在膜下滴灌条件下，玉米生育期内需水量不仅与玉米种植密度有关，还与气象条件及土壤水分状况有关。玉米全生育期耗水量总体趋势是随着灌溉水量的增加而增长。整个生育期内的需水量表现为苗期耗水量少，生育中期随着气温的逐渐升高和植株的生长，生长发育所需水量进一步增强，耗水量也增大，生育后期表现为略少的变化趋势[11-12]。本试验改变传统人工覆膜和铺设滴灌带的方式，应用了一种铺设滴灌带、覆膜、压膜农机器械，节约了大量的人力资源。但在覆膜条件下，玉米苗期存在放苗问题。同一试验小区，出苗有先后，株高不同一，试验中采取人工放苗，费时费力，有待进一步改进。另外本试验是针对大田的膜下滴灌，由于天气等客观因素和设计处理相对较少的原因，这会使试验产生一些误差，如有可能，在以后的试验中应多增加一些土壤水分和温度测试项目[13-14]。农作物覆膜栽培技术造成了一些环境问题，主要是残膜的污染和回收加工问题，而推广各类降解塑膜又会增加种植成本，因此经济实用的覆膜耕作技术是目前应当研究的重要课题[15-16]。

4 结论

a.玉米全生育期膜下滴灌与传统种植相比，增产效果显著。灌溉定额为600 m3·hm-2，灌水4次的灌溉制度是传统种植产量的两倍。

b.灌溉定额为600 m3·hm-2，灌水4次的灌溉制度的产量与灌溉定额为750 m3·hm-2，灌水5次的灌溉制度的最高产量差异不大，说明节水与增产并不矛盾可同时实现。

c.在玉米整个生育期内，在灌溉定额较小的情况下，适当的减少灌水次数，可提高玉米产量。

d.从兼顾产量和节水的角度分析，灌溉定额为600 m3·hm-2，灌溉4次的处理是比较适宜的灌溉制度。

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