作物生长指标与土壤水分状况及地温关系研究

郑和祥，郭克贞，郝万龙

(1.水利部牧区水利科学研究所，呼和浩特010020;2.呼和浩特市水文勘测局，呼和浩特010020)

水是作物生长的基本条件之一，农田水分状况不仅直接影响作物的生理活动，而且会通过农田小气候和农业技术措施等影响作物产量[1-2]。在干旱半干旱地区，提高水的有效利用率是农牧业可持续发展的重要问题，通过优化灌溉水管理以及使用保水剂、抗旱剂、覆膜等农艺措施可有效提高水分生产率和水分利用效率[3-5]。研究表明土壤水分、地温对作物的生长发育有显著的影响，并最终影响作物产量，而田间土壤水分的变化过程不仅与土壤特性有关，还与地温和采用的保水剂、覆膜等农艺措施有关，各因素之间是相互影响和制约的关系[6-7]。因此有必要对作物生长指标与土壤水分、地温以及采用的各项农艺措施的关系进行研究。

1 试验设计

田间试验在内蒙古锡林浩特市牧区节水灌溉试验站进行，该试验站位于锡林浩特市以西7 km的达布希勒特苏木境内，试验地土壤为沙壤土，气候类型属于温带半干旱大陆性气候，干燥少雨，全年降水量300～360 mm;蒸发强烈，蒸发量1 750～2 100 mm;全年平均气温0～1℃，全年≥10℃的积温1 750℃;无霜期 90～115 d，日照时数2 750 h;地下水埋深12 m左右。

根据当地的自然条件及土壤环境特性，选择中科6号青贮玉米作为试验材料，其特点是高产、优质、抗病、耐旱，生育期90～95 d;青贮玉米是奶牛必备的黄金饲料，在北方牧区需求量较大。

对青贮玉米设7种不同的试验处理，每种处理3个重复，共计21个试验小区。分别为高水(充分灌溉):灌溉定额为充分灌溉的100%。充分灌溉的灌水定额和灌水日期根据土壤含水率控制，含水率下限为田间持水量的70%。中水(轻度缺水):灌溉定额为充分灌溉的60%。低水(中度缺水):灌溉定额为充分灌溉的40%。大田漫灌为对照处理(CK)。另外3种不同的处理为采用不同的农艺措施，分别为覆膜、保水剂浸种和沟施保水剂，灌水水平为高水。青贮玉米各试验处理见表1。

表1 青贮玉米试验处理

各试验处理的土壤含水率采用土壤水分速测仪测定，并结合土钻取土样，采用烘干称重法测定，每10 d观测1次，雨后及灌水前后加测;土壤含水率按0-20，20-40，40-60，60-80 ，80-100 cm 分层进行测定。采用HOBO小型自动气象站进行农田小气候监测，同时测定各试验处理的地温，分4层测定，分别为0-10，10-20，20-30，30-40 cm。详细记录每个试验处理的灌水时间和灌水定额;测定青贮玉米每个生育期的生长指标:株高、茎粗和产量。

2 不同处理对青贮玉米生长指标的影响

2.1 不同处理对青贮玉米株高的影响

对青贮玉米每个生育期的株高进行测定，每个处理选择代表性植株定位观测，采用其平均值绘制青贮玉米株高随日期的生长过程见图1。从图中可以看出，不同灌溉水平对青贮玉米株高影响总体趋势是一致的，是由快到慢的生长趋势，各处理的最高平均增长速率不同，在整个生育期内，其中抽穗期株高增长率最大，其增长速率最大可达3.02 cm/d，高水处理生长速率比中水处理、低水处理分别高13.17%和35.12%，到了开花期则生长趋于缓慢，此时由营养生长开始转向生殖生长，用于株高和叶片的同化物减少，使其生长速率下降。从图1中可以看出，同一灌溉水平使用不同的技术处理株高的变化对比，使用覆膜技术最好，这是由于青贮玉米是喜热、喜水性植物，覆膜能同时提高地温和保持土壤水分，其次是使用保水剂浸种比使用沟施保水剂效果好，这是由于保水剂浸种更有效地保持有效土壤水分，这三种技术处理均比CK处理要好。不同灌溉水平和使用不同的技术处理株高的变化对比，从高到低依次为覆膜、高水、保水剂浸种、沟施保水剂、CK、中水和低水。

图1 各处理株高的变化曲线

2.2 不同处理对青贮玉米茎粗的影响

在田间试验中对青贮玉米的每个生育期的茎粗进行测定，每个处理选择代表性植株定位观测，采用其平均值绘制青贮玉米茎粗随时间的生长过程见图2。从图中可以看出，不同灌溉水平对青贮玉米茎粗影响总体趋势都是由快到慢，各处理的最高平均增长速率不同，在整个生育期内，其中抽穗期茎粗增长率最大，其增长速率最大可达0.37 mm/d，高水处理生长速率比中水处理、低水处理分别高 11.35%和32.32%，到开花期生长趋于缓慢。从图中可以看出同一灌溉水平使用不同的技术处理茎粗的变化对比，使用保水剂浸种最好，其次是使用沟施保水剂和覆膜，这是由于保水剂浸种更有效地保持有效土壤水分，这三种技术处理总体均比CK处理好。可以得出不同灌溉水平和使用不同的技术处理茎粗的变化，从高到低依次为保水剂浸种、高水、覆膜、沟施保水剂、中水、CK和低水。

图2 各处理茎粗的变化曲线

2.3 不同处理对青贮玉米鲜重的影响

通过对青贮玉米的每个生育期的鲜重进行测定，每个处理选择代表性植株定位观测，采用其平均值绘制青贮玉米鲜重随时间的生长过程见图3。不同灌溉水平对青贮玉米鲜重影响总体趋势都是一致的，是由快到慢的生长趋势，各处理的最高平均增长速率不同，在整个生育期内，抽穗期鲜重增长率最大，其增长速率最大可达2 308.5 kg/hm2，高水处理生长速率比中水处理、低水处理分别高17.23%和66.98%，开花期生长趋于缓慢，这是由于株高和叶片的同化物减少，使其生长速率下降。同一灌溉水平使用不同的技术处理鲜重的变化，使用覆膜技术最好，这是由于青贮玉米是喜热、喜水性植物，覆膜能同时提高地温和保持土壤水分，其次是使用保水剂浸种比使用沟施保水剂效果好，这是由于保水剂浸种更有效地保持有效土壤水分，这三种技术处理均比CK处理要好，这种产量的关系与上面株高的变化情况是一致的。不同灌溉水平和使用不同的技术处理鲜种的变化对比，从高到低依次为覆膜、高水、保水剂浸种、中水、沟施保水剂、CK和低水。

图3 各处理鲜种的变化曲线

3 作物生长状况与地温的关系

对青贮玉米高水、中水和低水各处理进行地温观测，在青贮玉米全生育期内测定表层土地温、0-10，10-20，30-40 cm土层的地温，绘制出全生育期各处理条件下的地温变化曲线如图4。

从图中可以看出，每一种处理各层的变化趋势是一致的，都是表层土的地温最高，往下依次为0-10，10-20，30-40 cm土层，当土壤灌水时，地温会显著下降，这不利于喜热的青贮玉米生长，当土壤含水率很低时，地温明显较高，表层地温最高达40℃，比2 m处大气温度高大约8℃，这也不利于喜水的青贮玉米生长，因此，要合理控制土壤含水率，使地温和土壤含水率达到最佳耦合，以促进作物生长。

青贮玉米10 cm和40 cm土层地温变化曲线总的趋势是每一土层高水处理条件下的地温最低，中水处理次之，低水处理条件下的地温最高，青贮玉米在高水、中水和低水3种处理条件下地温总的变化趋势的主要影响因素是大气温度和土壤含水率。

图4 青贮玉米不同水分处理各土层地温变化曲线

上述的分析结果表明:高水(充分灌溉)虽然能提供作物生长所需的足够水分，但同时会降低地温，在北方地区由于作物生育前期和后期的地温均较低，而不利于作物生长，因此对于水资源相对紧缺的北方寒冷地区，可适当采用非充分灌溉。

4 结论

(1)在不同灌溉水平和使用不同的农艺措施，株高的变化从高到低依次为覆膜、高水、保水剂浸种、沟施保水剂、CK、中水和低水;茎粗的变化规律为从高到低依次为保水剂浸种、高水、覆膜、沟施保水剂、中水、CK和低水;茎粗的变化关系为从高到低依次为覆膜、高水、保水剂浸种、中水、沟施保水剂、CK和低水。

(2)影响地温变化的主要因素是大气温度和土壤水分，充分灌溉能提供作物生长所需足够水分的同时会降低地温，而不利于作物生长，因此对于水资源相对紧缺的北方寒冷地区，可适当采用非充分灌溉。

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