滴灌条件下不同覆膜方式的玉米产量和WUE

何富博，吕国梁

(1. 黑龙江农垦现代农业工程设计有限公司，哈尔滨150090;2. 黑龙江农垦绥化管理局水务局，黑龙江 绥化152054)

农田灌溉是农业用水大户，其用水量约占农业用水总量的90%。我国水资源短缺，特别在北方地区，人均占有水资源量仅为936 m3，平均占有水资源为6 810 m3/hm2［1］。水分短缺严重限制了农业生产的提高，玉米作为北方夏季的主要作物，常因水分不足，产量难以提高，因此有限供水、何种方式供水，提高水资源高效利用的研究就显得更具重要的现实意义。

滴灌是节水农业中最有效的措施之一，可以使作物根系层的水分条件始终处在最优状态下，而避免了其它灌水方式产生的周期性水分过多和水分亏缺的情况。同时能够保持土壤具有良好的透气性，为作物根系的生长发育提供了良好的生长条件，从而能够协调作物地上和地下部分的生长，为提高作物产量奠定了基础［2－5］; 覆膜是利用其透光性好、导热性差和不透气等特性，改善农田的生态环境，促进农作物的生长发育，提高产量和品质的一种栽培新技术［6－8］; 垄向区田利用垄台和垄沟间筑起的土挡拦蓄降雨，以缓解大强度降雨和低入渗的矛盾［9］。本文通过分析“不同覆膜方式+不同滴灌方式+垄向区田”相结合的集成措施对玉米土壤环境改善和产量构成因素的影响等，以其作为玉米高产节水栽培的理论依据。

1 项目区概况

试验区选在黑龙江省杜蒙县一心乡，该区位于黑龙江省西南部，地处松嫩平原腹地，平均海拔152 m。地处中纬度，属温带大陆性季风气候。气候基本特点: 冬长雪少，天气寒冷;夏短湿热，降水集中; 春季风大，气候干燥; 秋凉气爽，时有早霜。年平均气温3.6℃～4.4℃，南北相差1℃。1月份最冷，平均气温－19.5℃，7月份最热，平均气温23.4℃。月平均气温稳定在0℃以上的日数210 d。平均≥10℃的日数148 d。2 601℃～2 750℃的积温保证率在91%以上，是黑龙江省积温较高的县份之一。试验区内土壤以风沙土为主，地形坡度5° ～6°。

2 试验条件与方法

2.1 试验设计

供试品种为吉单109。本试验采用裂区试验设计，以不同生育期灌水量( 苗期、拔节期、灌浆期) 作为主处理，灌水量的多少作为副处理，主处理所分的小区称为主区，副处理所分的小区称为副区，采用3 次饱和D——最优设计，设置了10个试验处理，2 次重复，共40个试验小区。其中每小区长均为20 m，宽5.2 m，面积约为104 m2。

表1 试验小区灌水方案 m3/hm2Tab.1 The irrigation amount for different experimental spots

2.2 测试项目

按照播种、苗期、拔节、抽穗、灌浆、乳熟、收获期6个生育期进行玉米生育生育指标观测及考种，并对土壤地温及0～10、10 ～20、20 ～40、40 ～60、60 ～80、80 ～100 cm共计6个土层土壤含水量的测定。

3 结果与分析

3.1 不同覆膜方式下的玉米产量及产量构成因素分析

产量是农业生产的最终目标，研究不同覆膜方式和不同灌水量对作物的影响，必然要反映在作物产量的变化上。

大垄双行覆膜处理的产量高于行间覆膜处理，增产的主要是由于大垄双行覆膜处理集成技术比行间覆膜处理能更好地改善了土壤环境，保证对作物生长所需的土壤温度及水分，从而促进冠层扩大，叶面积的扩展，提高了干物质的积累和根系的发展，所以增产效果更明显。从不同的集成措施的不同灌水量的方案来看，穗长和单穗粒数对产量的贡献不大，而百粒重对产量的贡献明显。对各处理的玉米产量构成因素与产量进行相关性检验，籽粒产量与穗长、单穗粒数和百粒重均为正相关。同时，玉米产量构成要素对玉米产量的影响大小依次为百粒重＞单穗粒数＞穗长。

运用SAS 软件，对两种处理情况下的玉米产量进行分析，得到以下两个回归方程:

3.1.1 大垄双行覆膜处理

图1 不同处理玉米产量及其构成因素Fig.1 Maize yield and its component factors in different irrigation quantity

3.1.2 行间覆膜处理

分别进行F 检验，其两个方程的差异极显著，方程拟合很好，反映了灌水量与产量的关系。

采用频数法进一步分析，在－1.174 ～1.174 约束区间，取步长0.587 进行模拟，所得125 套方案中，有13 套方案玉米产量≥14 000 kg/hm2。

表2 优化组合的置信区间Tab.2 The confidence interval of optimum combination

通过模拟寻优分析，试验区要获得14 000 kg/hm2的产量，苗期、拔节期和灌浆期灌水量最优组合取值范围为:苗期灌水量166.8 ～250.2 m3/hm2，拔节期灌水量156 ～235.2 m3/hm2，灌浆期灌水量166.2 ～300 m3/hm2。

3.2 不同覆膜方式下的水分利用效率

作物水分利用效率( Water Use Efficiency，简写为WUE)指作物消耗单位水分所生产的同化物质的量，反映的是作物的物质生产和水分之间的关系，是评价作物生长适宜程度的综合生理指标( Allen R G，1998) 。它也经常被用来衡量一个地区农业水资源利用水平的高低。

水分利用效率的计算:每消耗单位水量所产生的干物质或籽粒产量为水分利用效率，用WUE 表示。

式中: Y 为作物产量，kg/hm2; ET 为作物全生育期需水量，mm。

表3 玉米水分利用效率Tab.3 The water use efficiency of maize

从表3 中可以看出，整体上大垄双行覆膜处理的各个小区的WUE 要高于行间覆膜处理，且增幅为6.7% ～25.4%。两种措施的水分利用效率均高于2.5 kg/m3以上，说明采用的两种“滴灌+覆膜+垄向区田措施”集成技术均能够有效地减少土壤水分流失，含蓄天然降雨，提高了水分利用效率，尤其“大垄双行覆膜+膜下滴灌+垄向区田”更为突出。

运用SAS 软件，对两种处理情况下的玉米水分利用效率进行分析，得到以下两个回归方程:

大垄覆膜膜下滴灌及垄向区田处理的玉米水分利用效率的回归方程:

行间覆膜滴灌及垄向区田处理的玉米水分利用效率的回归方程:

回归方程的检验，采用有重复条件下的回归方程的F 检验法，其两种处理差异极显著，所求得的回归方程能够反映实际情况。方程拟合的很好，因此方程能够反映灌水量与水分利用效率的关系。

采用频数法进一步分析，在－1.174 ～1.174 约束区间，取步长0.587 进行模拟，所得125 套方案中，有10 套方案玉米产量≥3.7 kg/m3。

表4 优化组合的置信区间Tab. 4 The confidence interval of optimum combination

通过模拟寻优分析，试验区要获得3.7 kg/m3的水分利用效率，苗期、拔节期和灌浆期灌水量最优组合取值范围为:苗期单位面积灌水量17.02 ～20 m3/666.7 m2，拔节期灌水量12.5 m3/666.7 m2，灌浆期灌水量9.84 ～20 m3/666.7 m2。

4 结 论

1) 大垄双行覆膜处理的产量高于行间覆膜处理，增产的主要是由于大垄双行覆膜处理集成技术比行间覆膜处理更好的改善了土壤环境，从而使冠层扩大，叶面积的扩展，提高了干物质的积累，根系的发展，所以增产效果更明显。大垄双行覆膜处理和行间覆膜处理对玉米产量的影响顺序为:大垄双行覆膜处理＞行间覆膜处理;各产量构成要素( 百粒重、单穗粒数、穗长) 均与玉米产量正相关，玉米产量构成要素对玉米产量的影响大小依次为百粒重＞单穗粒数＞穗长。在2009年的试验条件下，要使玉米获得＞14 000 kg/hm2的产量，苗期、拔节期和灌浆期灌水量最优组合取值范围为:苗期单位面积灌水量11.12 ～16.68 m3/666.7 m2，拔节期灌水量10.40 ～ 15.68 m3/666.7 m2，灌 浆 期 灌 水 量 11.08 ～20 m3/666.7 m2。

2) 大垄双行覆膜处理和行间覆膜处理对玉米的水分利用效率起到了正面效应，并且大垄双行覆膜处理的WUE 要好于行间覆膜处理，这两种覆膜方式都有效地减少了土壤水分的散失，使其只能在膜下进行内循环，并且垄向区田也有效地利用了降雨，提高了水分利用效率。在2009年的试验条件下，试验区要获得3.7 kg/m3的水分利用效率，苗期、拔节期和灌浆期灌水量最优组合取值范围为: 苗期灌水量17.02 ～20 m3/666.7 m2，拔节期灌水量12.5 m3/666.7 m2，灌浆期灌水量9.84 ～20 m3/666.7 m2。

3) 综合试验结果，以玉米产量、水分利用效率、产量为主要考察指标，得出2009年试验条件下的不同覆膜和灌水方式技术集成模式为“大垄双行覆膜+膜下滴灌+垄向区田”。获得高产苗期、拔节期和灌浆期灌水量最优组合取值范围为:苗期灌水量11.12 ～16.68 m3/666.7 m2，拔节期灌水量10.40 ～ 15.68 m3/666.7 m2，灌 浆 期 灌 水 量 11.08 ～20 m3/666.7 m2。

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