风沙土膜下滴灌灌溉水量对玉米生长和产量的影响

窦超银　孟维忠　佟威

摘要 [目的] 为了更好地为风沙土膜下滴灌灌溉制度的制定提供理论依据。[方法]通过田间试验对不同灌溉水量条件下风沙土地区膜下滴灌玉米生长和产量的影响进行研究。[结果]灌溉水量对玉米株高、茎粗、叶面积指数（LAI）和单株地上干物质重等营养生长指标影响较小；穗长、穗粗、行粒数、百粒重、穗粒重、穗重等产量构成性状和产量均随着灌水量的增加先增大后减小，灌溉水量为75%ET时产量最高，达到7.67 t/hm2；水分利用效率（WUE）随着灌溉水量的增加线性下降，25%ET时WUE最大，为1.30 kg/m3。[结论]在风沙土地区，玉米膜下滴灌灌溉水量宜控制在25%ET～75%ET。

关键词 产量；灌溉水量；风沙土；膜下滴灌；水分利用效率

中图分类号 S275.6；S274.1 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2014）05-01312-04

Abstract [Objective] In order to provide the theory basis for mulchdrip irrigation regime. [Method] Effects of irrigation water on the growth and yield of maize in aeolian sandy soil were studied by field experiment. [Result] The results showed that irrigation water had little effect on stem length， stem diameter， LAI， and dry matter accumulation over ground per plant； ear length， ear coarse， kernels per row， weight per 100 kernels， weight of kernels per ear， ear weight and yield all increased first and then decreased as irrigation water increased； the highest yield， which reached 7.67 t/hm2， was got for WUE decreased linearly with increasing irrigation water， and its maximum was 1.30 kg/m3 for 25% ET treatment. [Conclusion] Therefore， in the aeolian sandy soil area， irrigation water about 25%-75% ET was recommended.

Key words Yield； Irrigation water； Aeolian sandy soil； Mulchdrip irrigation； Water use efficiency

风沙土是辽宁西北部与内蒙古科尔沁沙地接壤地区普遍存在的土壤资源，土壤以粉细沙为主，含水率较低，保水保肥性差。长期以来，该地区土地利用以玉米种植为主，依靠降雨补充灌溉，广种薄收，产量仅有4.5～6.0 t/hm2，土地生产效率低，严重制约了地区农业和经济发展。近年来，相关学者针对辽西北风沙区土地利用开展了大量研究[1]，尤其是随着国家 “东北四省区节水增粮行动”和辽宁省“千万亩滴灌灌溉工程”等工程的实施，在辽西北地区大面积推广应用玉米大垄双行膜下滴灌技术，为风沙土地资源的高效利用提供了契机。

膜下滴灌是将滴灌技术与覆膜种植技术有机结合起来的灌溉新技术，其中地膜覆盖具有明显的增温保墒作用，阻隔了土壤向大气蒸发的通道，水分循环限于膜下，减少了水分散失，提高了水分利用的有效性；而滴灌实现作物按需供水，其高频率、低流量的灌水方式使作物根区土壤经常保持较高的含水量，创造了有利于作物生长发育的水、肥、气、热环境，因此，膜下滴灌技术在节水灌溉和调控土壤水分运动等方面得到广泛应用，并获得较好的节水增产效果[2-3]。将膜下滴灌技术应用于风沙土玉米种植，则可利用该技术对水分运动进行调控，为作物生产提供良好的土壤环境，但是，目前相关研究还鲜有报道。因此，笔者通过田间试验，在辽西北风沙区以玉米辽单31为试验材料，研究不同灌溉水量对玉米生长和产量等的影响，旨在为风沙区膜下滴灌灌溉制度的制定提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验区位于辽宁省彰武县北甸子村（E122°23′、N42°50′），地处科尔沁沙地南缘，属于温带半干旱季风气候区，其主要特征是干燥，风沙大。多年平均降雨量412 mm，降雨量年内分布不均，夏季降雨量占全年降雨量的60%～70%；多年平均蒸发量1 781 mm；年平均气温6.1 ℃，平均风速3.7～4.2 m/s，最大瞬时风速达24.0 m/s，沙尘暴天气10～15 d；植物生长期145～150 d，无霜期154 d。试验区土壤主要为流动风沙土，干容重1.69 g/cm3，田间持水率为6.3%，凋萎含水率为1.7%，饱和持水率为16.9%。土壤機械组成以细沙为主，占70%，物理性黏粒和粗沙很少；有机质含量为0.66 g/kg。

1.2 供试材料与试验设计

试验于2012年5～9月进行，共计16个试验对比小区，小区长2.8 m，宽2.4 m，面积6.67 m2。种植作物为玉米辽单31，采用滴灌灌溉，灌溉水量根据布置在冠层顶部20 cm蒸发皿7 d累积水面蒸发量（ET）为参考，分别设定25%ET（DI1）、50%ET（DI2）、75%ET（DI3）、100%ET（DI4）和125%ET（DI5）5个处理，当灌水周期内发生降雨时，从计算灌水量中减去降雨量。玉米垄距1.2 m，宽行距0.8 m，窄行距0.4 m，株距0.27 m，每个处理设3个重复。

1.3 田间管理

播种前种子进行晾晒处理，各处理均在春播前翻地，平整土地，施农家肥（鸡粪）1.5 t/hm2，5月11日起垄铺设滴灌带，覆膜播种。底肥施磷酸二铵225 kg/hm2，玉米复合肥225 kg/hm2。5～6叶期定苗，拔节期中耕除草，喷施农药甲胺磷一次，防治虫害。9月10日后不再灌溉，10月3日收获。

1.4 测定指标与方法

降雨利用试验区附近的小型气象站监测，在试验区从南到北在冠层上方20 cm分别放置3套20 cm蒸发皿测量冠层水面蒸发，每天08：00测量一次。灌溉水量通过水表观测。在玉米成熟期前，每7 d测量一次玉米株高、茎粗和单株全部展开叶的叶面积，按长×宽×系数法调查叶面积，叶面积指数（LAI）通过叶面积与单位土地面积折算求得[4]；在乳熟期随机取3株玉米，截取地上部分物质，称鲜重，在105 ℃下杀青30 min，再于80 ℃下烘干至恒重，称干重；收获时在各小区随机取样10株，收获后室内考种，考查项目包括穗长、穗粗、秃尖长、穗行数、行粒数、穗粒数和百粒重等主要农艺性状，并计算产量。水分利用效率（WUE）根据文献[5]的算法计算。

2 结果与分析

2.1 降雨量和灌溉量分析

由图1可知，玉米生育期内共降雨39次，降雨量达到394.2 mm，其中有效降雨11次，累积273.9 mm，最大降雨量发生在8月8日，降雨量达到38.3 mm，其次发生在7月22日，降雨量为30.8 mm。5月11～9月9日冠层水面累积蒸发量731.9 mm，全生育期共灌水8次，DI1、DI2、DI3、DI4和DI5分别灌水91.2、168.5、252.8、337.0和421.3 mm。

2.2 不同处理对玉米生长的影响

2.2.1

对株高的提高。由图2可知，不同处理下玉米株高在生育期内总体变化趋势相同，随着生育期的进行，株高持续增大，拔节期和抽雄期株高增加最为迅速，灌浆期后株高相对稳定。苗期～拔节期，各处理株高相近，变幅一般在10%～15%；拔节～抽穗期，DI2处理株高高于其他处理，DI5处理株高最矮；抽穗期后，各处理株高差距逐渐缩小，最终稳定在15 cm以内，变幅小于10%。

2.2.2

对茎粗的影响。由图3可知，拔节～抽雄期，随着玉米生育进程的推进，茎粗逐渐增大；抽雄期后，茎粗相对稳定。不同处理之间茎粗差异根据玉米生育期可以分为3个阶段：苗期～拔节期，灌水量相对较多的DI3、DI4和DI5处理茎粗大于灌水量相对较少的DI1和DI2处理；拔节期后，处理之间变化规律相反，其中DI2处理茎粗最粗；灌浆期，各处理茎粗相近，变幅仅在3%～8%。

2.2.3

对LAI的影响。由图4可知，各处理LAI随着生育进程的推进先增大后减小：苗期，LAI增长缓慢；拔节～灌浆期，LAI增长明显；灌浆期后，LAI逐渐下降。苗期～拔节期，不同灌溉处理LAI都较小，随着灌溉水量的增加，LAI有减小的趋势，DI1处理高出DI5处理10%～25%；随着玉米的生长，各处理之间差异逐渐减小，到灌浆期时，各处理LAI均接近4，变幅低于10%。

2.2.4

对单株地上干物质重的影响。由表1可知，随着灌溉水量的增加，地上干物质重先增大后减小，DI3处理地上干物质重最大，达到0.30 kg；地上物质在不同器官中的分配从重到轻依次为：穗部>叶>茎秆，穗部物质累积明显高于其他器官，且穗重和叶重随灌水量增加的变化趋势和地上物质干重相同。DI3处理穗重和叶重高于其他处理。不同处理穗部、叶片和茎秆干重分别为地上部分物质干重的53.9%～ 59.6%、24.0%～29.4%和13.2%～17.2%；叶干重所占比例随灌水量的增加先增大后减小，而茎秆干重所占比例呈先减小后增大的变化趋势，其中DI3叶干重占地上干物质重的28.7%，高于其他处理，这一分配比例为干物质的形成提供了有利条件。

2.3 不同处理对玉米产量及其构成的影响

2.3.1

对产量构成的影响。由表2可知，穗长和穗粗分别在172.3～195.2和46.3～49.0 mm，随着灌水量的增加先增大后减小，DI3处理最大；秃尖长随灌水量的增加先减小后增大，DI3处理秃尖长最短，较DI4处理减少62.2%；行粒数变化趋势与穗长一致，DI3处理行粒数最多，高出DI5处理10.7%；各处理行数接近，一般均为14或16行；百粒重、穗粒重和穗重分别在24.0～28.3、137.9～ 178.9和178.8～ 242.6 g，均随着灌水量的增加先增大后减小，DI3处理最大，DI5处理最小。方差分析表明，DI5处理穗长、穗粗、百粒重和穗重显著低于DI1、DI2和DI3处理，穗粒重显著低于DI1和DI2处理，其他处理之间除DI4处理穗重显著低于DI3处理外，差异均不显著。

3 结论与讨论

3.1 讨论

一般研究均表明，玉米生长对水分条件较为敏感。如张芮等研究表明，灌水不充分时易导致叶龄推迟，植株矮小，LAI一直较小，最终影响生物产量和经济产量[6]。姚启伦等研究表明，水分缺乏时，株高、总叶面积、地上部干質重等均不同程度地下降[7]。焦艳平等研究也表明，株高、茎粗、叶面积指数、地上部分干物质积累量等均随着土壤水势的升高而增加[8]。也有研究认为，玉米形态和生理特征变化和水分胁迫程度相关，只有重度水分亏缺才对玉米苗株高、茎粗、叶片数和叶面积等产生一定的抑制作用[9]。该试验中，不同灌溉水量对玉米生长影响并不明显，这与前人研究结论不完全一致。原因可能是：①降雨量及降雨在生育期内的分布使各处理玉米均未受到重度水分胁迫；②风沙土特殊的理化性质有别于其他研究区的土壤条件，风沙土持水保肥性能差，而灌溉水量的增加相应延长了灌水时间，长时间灌溉并没有显著增加土壤根系分布层蓄水量，相反加剧了对土壤养分的淋洗，降低了土壤温度，不利于玉米营养生长。

作物产量与其生育期总耗水量关系的看法已被大多数人所接受，即认为在作物达到最大产量后再增加灌水是一种浪费[10]，而产量与地上物质积累量密切相关，在一定范围内地上物质累积越多，子粒产量也就越高。该研究中产量变化规律与前人研究结果一致[11]。张晓伟等研究表明，WUE随着灌水量的增加而增加[12]；AIonlran等研究也表明，WUE值随灌溉水量增加而呈线性增加，灌溉水量高于120%ET后减小[13]。但该研究中WUE随灌水量的增加而减小，这与研究区土壤有关，风沙土持水性差，土壤在灌溉后很快饱和，湿润区与干燥区水势梯度大，灌溉水向根区以外扩散，停止灌溉后，湿润区失水快，因此，增加灌溉水量并未改善作物根区土壤环境，WUE降低速度高于增产率，导致WUE随灌水量的增加呈递减趋势。

3.2 结论

（1）在风沙土地区，在膜下滴灌玉米种植利用条件下，灌溉水量对玉米营养生长的影响较小，当灌水量在25%ET～125%ET时，株高、茎粗、LAI和单株地上干物质重变幅均在10%内；地上部分干物质重随着灌溉水量的增加先增大后减小。

（2）穗长、穗粗、行粒数、百粒重、穗粒重和穗重均随着灌水量的增加先增大后减小，灌水量为75%ET时达到最高；行数受灌溉影响较小；秃尖长随着灌水量的增加呈先减小后增大的趋势。

（3）玉米产量随着灌溉水量的增加呈“抛物线”型变化，灌水量近75%ET时可以获得最高产量；WUE随着灌溉水量的增加线性下降。

因此，在风沙土地区，利用膜下滴灌技术增加粮食产量和提高土地资源利用率时，灌溉水量以75%ET为宜；在以减小地下水资源开采利用，提高灌溉水利用效率为目标时，灌溉水量可控制在25%ET以内。

参考文献

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