榆林沙区不同灌溉方式对春玉米生长及产量的影响

王 雯, 张 雄

(榆林学院 生命科学学院, 陕西 榆林 719000)

榆林沙区不同灌溉方式对春玉米生长及产量的影响

王 雯, 张 雄

(榆林学院 生命科学学院, 陕西 榆林 719000)

摘要：[目的] 揭示膜下滴灌(MG)、露地滴灌(DG)、沟灌(GA)、交替隔沟灌(JG)、漫灌(CK)5种灌溉方式对春玉米生长和产量的影响，筛选出适合榆林沙区的最有效的节水灌溉方式，为农业高效节水灌溉技术发展提供理论支持。 [方法] 基于2014年田间试验数据，运用统计分析和水分生产率计算方法。 [结果] (1) MG处理的春玉米植株生长发育状况优于其他灌溉方式。在各生育期，MG处理的春玉米株高、茎粗和叶片SPAD值(叶绿素相对含量)均高于DG，GA和JG，且显著高于CK(p<0.05)； (2) 在整个生育期，MG处理的春玉米叶片光合速率、气孔导度和水分利用效率均高于其他灌溉方式，且显著高于CK(p<0.05)； (3) MG处理的春玉米增产节水效果显著，其产量和水分生产率均显著高于其他处理(p<0.05)。 [结论] 同其他4种灌溉方式相比，膜下滴灌是榆林沙区玉米生产中最有效的一种节水灌溉方式。

关键词：灌溉方式; 春玉米; 生长; 产量; 榆林沙区

榆林沙区属我国典型的北方沙区，其面积占榆林市总面积的56.8%，占陕西省总面积的11.9%，占毛乌素沙地总面积的48.6%。该地区气候干燥，蒸发强烈，降水较少，多年平均水资源总量为9.81×108m3，现有可利用水资源量为3.8×108m3，按耕地面积计算，只有2.5 m3/hm2，仅为全国平均水平的1/8，水资源短缺已成为制约该地区经济社会发展的主要瓶颈。并且在水资源开发利用过程中，工农业生产、生活、生态“三生”争水的矛盾日益突出，农业水资源供需缺口持续扩大。然而，榆林沙区农业灌溉仍为传统的大水漫灌形式，农业水资源浪费严重且利用效率低下[1]，导致该地区农业水资源短缺问题更为严峻。因此，改变传统灌溉方式，加强农业高效节水灌溉技术研究，对于提高榆林沙区农业水资源利用率，实现农业水资源的可持续利用，具有重要的理论和现实意义。

榆林沙区光照充足，排灌方便，是全国春玉米的优生区和高产区。该地区春玉米常年种植面积达1.0×105hm2左右，约占该区农作物总面积的20%，是该区农业生产的重要组成部分。因此，研究符合当地实际的玉米高效节水灌溉技术是解决榆林沙区农业水资源危机的重要途径。另一方面，北方沙区是我国春玉米的主要分布区之一，近年来，有关漫灌、沟灌、滴灌、膜下滴灌等不同灌溉方式对春玉米生长发育影响的研究主要集中在辽西北沙区[2-4]，新疆沙区[5]、内蒙古沙区[6-7]，而有关陕北沙区特别是榆林沙区不同灌溉方式对春玉米生长发育影响的报道则较为鲜见。鉴于此，开展不同灌溉方式对春玉米生长和产量影响的研究，旨在筛选出适合本地区玉米生产的最有效的节水灌溉方式，进一步丰富北方沙区农业节水灌溉理论与模式，为农业高效节水灌溉技术的发展提供重要的理论和数据支持。

1材料与方法

1.1　研究区概况

试验地地处榆林现代农业科技示范区，地处榆林市牛家梁镇榆卜界村(109°43′E，38°23′N)，该区域属干旱半干旱大陆性季风气候，年平均降水量371 mm，蒸发量1 900 mm，年日照时数2 900 h，年总辐射6.07×109kJ/m2，年均气温8.6 ℃，≥10 ℃积温3 000～3 300 ℃，无霜期167 d。该区域光照充沛，地势平坦，地下水位较高，便于灌溉，土壤为风沙土，肥力水平中等。供试土壤pH值为8.1，有机质含量为7.85 g/kg，全氮含量为0.36 g/kg，碱解氮含量为48.90 mg/kg，有效磷含量为13.95 mg/kg，速效钾含量为87 mg/kg。

1.2　试验设计

试验设漫灌(CK)、沟灌(GA，每条灌水沟都灌水)、交替隔沟灌(JG，上次灌水沟下次不灌而邻沟灌)、露地滴灌(DG)和膜下滴灌(MG)5个处理。小区面积3 m×7 m，随机区组排列，重复3次，为了避免不同处理的相互影响，各小区间都相隔1 m。MG种植模式为1膜1带1行，施底肥后起垄，垄底宽60 cm，垄顶宽40 cm，垄间距40 cm，垄高10 cm，春玉米行距为60+40 cm，株距30 cm，垄起好后，铺设滴灌带(采用内镶贴片式滴灌带，滴头间距30 cm，滴头流量1.38 L/h)，用幅宽80 cm，厚度0.008 mm的地膜覆盖，覆膜后在地膜上打孔点播。DG种植模式为1带1行不覆膜，GA和JG种植模式为起垄覆膜不铺设滴灌带，CK种植模式为不起垄不覆膜不铺设滴灌带。DG，GA，JG和CK的株行距与MG相同。漫灌的灌溉量和灌溉次数按照当地农户传统灌溉方式确定。膜下滴灌、露地滴灌、交替隔沟灌和沟灌每次灌溉量分别为漫灌的25%，25%，45%和60%。每次灌溉时用水表测定各小区的容积灌溉量(m3)。在整个生育期，各处理的灌溉量和灌溉次数详见表1。田间试验于2014年4月30日播种，供试品种为当地主栽品种陕单609，每穴种2～3粒，播种深度为3—5 cm，66 750株/hm2，底肥施尿素75 kg/hm2，磷酸二铵300 kg/hm2，硫酸钾225 kg/hm2，混匀后在耕地时撒施地表，深翻入土壤。膜下滴灌和露地滴灌处理在大喇叭口期和抽雄吐丝期各随灌水追施尿素2次，每次75 kg/hm2，其他处理在大喇叭口期和抽雄吐丝期各随灌水追施尿素1次，每次225 kg/hm2，拔节前喷施2，4 D—丁酯900～1 500 g/hm2除草，10月2日收获。

表1　不同灌溉方式的灌溉量和灌溉次数

注：MG，DG，GA，JG，CK分别为膜下滴灌、露地滴灌、沟灌、交替隔沟灌、漫灌。下同。

1.3　测定项目及方法

试验测定指标包括土壤含水量、作物形态和生理指标、光合指标及产量指标等。土壤含水量用土钻取样，烘干法测定20，40，60，80，100 cm 土层的土壤含水量。形态和生理指标株高和茎粗分别采用钢卷尺和游标卡尺，每小区选3株，每株重复测定3次，求平均值；叶绿素含量采用SPAD-502叶绿素仪测定叶绿素含量[8-9]，每小区选3株，结果取其平均值。光合指标光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)均通过LI-6400便携式光合测定仪观测并记录数据，每次在晴天9：00—11：00照充足且相对稳定的时间测定，每小区选3株，结果取其平均值。水分利用效率(WUE)的计算公式为：WUE=Pn/Tr。本研究中，形态和生理指标以及光合指标的测定时间为：2014年5月20日，6月19日，7月10日，7月25日，8月13日，9月15日。产量指标玉米成熟收获时，每小区收获3个1 m2玉米进行产量测定，将果穗带回室内考种，测定其穗长、穗粗、穗重、穗粒数、千粒重等指标。水分生产率水分生产率是指消耗单位水量所能生产的农作物的经济产量，其计算公式为：

WUEc=Y/(M+P+D+△W)

式中：WUEc——春玉米水分生产率(kg/m3)；Y——单位面积春玉米产量(kg/hm2)；M——春玉米全生育期灌水量(m3/hm2)；P——春玉米生育期内有效降水量(m3/hm2)，本研究中，春玉米全生育期的降水量为239.3 mm；D——春玉米生育期内地下水补给量(m3/hm2)，由于在春玉米生育期内地下水埋深3.5 m，其地下水补给量较小，可忽略不计； △W——春玉米生育期始末土壤含水量的差值(m3/hm2)。单位换算参照汪志农[10]的方法计算。

1.4　数据处理与统计分析

采用SPSS 19.0统计分析软件进行数据处理，多组数据的平均数比较采用单因素方差分析，并用LSD法进行多重比较(p<0.05)。

2结果与分析

2.1　不同灌溉方式对春玉米生长发育的影响

株高、茎粗和叶片SPAD值是衡量作物生长状况的重要指标。由表2可知，在春玉米各生育期，MG处理的株高均显著高于CK(p<0.05)，且略高于DG。抽雄吐丝期MG处理的株高比CK增加了96.1%，增幅最大；MG处理的茎粗均显著高于CK(p<0.05)，且略高于DG。拔节期MG处理的茎粗较CK增加52.8%，增幅最大；MG处理的叶片SPAD值均显著高于CK(p<0.05)，且在大喇叭口期、灌浆期和成熟期显著高于DG(p<0.05)，MG处理的SPAD值在成熟期比CK增加33.0%，增幅最大。本研究中，春玉米整个生育期，膜下滴灌处理株高、茎粗以及叶片SPAD值显著高于漫灌和沟灌等传统灌溉方式，尽管露地滴灌的灌量、灌次和膜下滴灌相同，但是露地滴灌处理的春玉米株高、茎粗和SPAD值仍低于膜下滴灌。相关资料显示，膜下滴灌条件下春玉米[11-13]和马铃薯[14]的株高及茎粗均高于露地滴灌，这与本研究中的结果一致。已有研究表明，膜下滴灌与传统灌溉、喷灌等技术相比优势明显。一方面覆膜种植不仅可降低土壤水分蒸发，减少株间蒸发和养分损耗，还可使春玉米整个生育期有效积温增加200～400 ℃，其保墒、增温效果显著[15]；另一方面，滴灌能够按照作物生长和需水规律，实施适时适量的精确灌溉，使作物跟区土壤水分含量适宜、土壤物理结构良好，提供有利于作物根系生长的水、肥、气、热环境，因而春玉米植株长势稳健。

2.2　不同灌溉方式对春玉米光合作用和水分利用效率的影响

光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)和气孔导度(Gs)是衡量作物光合能力的重要指标。由表3可见，在整个生育期，各处理的Pn值和Gs值均表现为：MG>DG>JG>GA>CK，且MG处理均显著高于CK(p<0.05)。在抽雄—成熟期MG处理的Pn值比CK增加48.0%～90.0%，增幅最大，在拔节期MG处理的Gs值较CK增加81.8%，增幅最大。DG处理的Tr值除苗期和成熟期略低于MG，其他时期均高于MG(表3)。试验结果表明，相比漫灌和沟灌，膜下滴灌可使春玉米光合能力明显增强。值得注意的是，在苗期GA处理的Pn值较DG和CK增加了35.4%和28.1%，Gs值较DG和CK增加了66.2%和77.0%，均呈显著差异(p<0.05)。这可能是由于在春玉米苗期，DG和CK处理的0—25 cm土壤温度较MG和GA低2.6～3.9 ℃，而不同处理的土壤含水量适中(0—20 cm平均土壤含水量为田间持水量的55%～60%)，在土壤墒情适宜的条件下，温度是影响苗期春玉米光合能力的主要因素。因此，苗期露地栽培条件下(DG和CK处理)土壤温度较低，导致春玉米叶片酶活性降低，引起光合能力下降，而覆膜处理(MG和GA处理)可使土壤温度增加31.0%～46.4%，从而提高叶片酶活性、增强光合作用。

表2　不同灌溉方式对春玉米株高、茎粗及叶片SPAD值的影响

注：同列不同小写字母表示p<0.05水平差异显著。下同。

叶片水分利用效率(WUE)是评价作物生长适宜度的重要指标。由表3可知，在整个生育期MG处理的春玉米叶片WUE值均显著高于JG，GA和CK(p<0.05)，且略高于DG。在拔节期MG处理的WUE值较CK增加34.5%，增幅最大。这表明，在榆林沙区，膜下滴灌技术可增强春玉米叶片的光合能力，增加光合同化物向生殖器官转运的比例，从而使水分利用效率显著提高。此外，JG处理的WUE值与CK相比差异不大(变化幅度为2.5%～4.5%)。这可能是由于榆林沙区的风沙土土壤水分垂直下渗能力强，而横向扩散能力弱，在春玉米生长旺盛期，交替隔沟灌处理的水分多在灌溉沟中垂直下渗，而未灌溉的沟中土壤含水量较低(0—40 cm的平均土壤含水量为田间持水量的35%～45%)，导致植株蒸腾消耗的水分得不到及时补给，致使其光合速率的降幅超过蒸腾速率，叶片水分利用效率较低。

表3　不同灌溉方式对春玉米叶片光合作用和水分利用效率的影响

2.3　不同灌溉方式对春玉米产量及水分生产率的影响

膜下滴灌处理的春玉米产量和水分生产率均高于其他灌溉方式(表4—5)。在春玉米产量构成因素中，除穗粗外，MG处理的产量指标均高于其他处理，不同灌溉处理的单穗重、千粒重和产量均表现为：MG>DG>GA>CK>JG。MG处理的产量显著高于其他处理(p<0.05)，其产量分别较CK，GA，JG和DG增加18.3%，13.7%，19.3%和7.1%，增产效果显著。而JG处理的产量最低，较CK减产0.8%。同时，在不同灌溉方式下，春玉米水分生产率也表现为：MG>DG>JG>GA>CK，MG处理的水分生产率显著高于其他处理(p<0.05)，分别较DG，GA，JG和CK高7.5%，45.5%和37.5%和73.2%(表5)。并且，MG处理分别比GA和JG和CK节水31.3%和19.0%和43.3%(表1)，节水效果明显。

此外，交替隔沟灌处理的水分生产率分别较漫灌和沟灌提高26.0%和5.8%(表5)，但是交替隔沟灌分别较膜下滴灌和漫灌减产19.3%和0.8%(表4)，其减产幅度较大，因此，交替隔沟灌在榆林沙区的适用性还有待进一步研究和论证。

值得注意的是，2014年7—9月该试验区的降水量(187.4 mm)较历年同期(1999—2010年)偏多1.4倍，因而春玉米全生育期漫灌和沟灌的灌溉量较往年减少约10%，在这种情况下，膜下滴灌仍有明显的增产节水效果，是榆林沙区玉米生产中最有效的一种节水灌溉方式。

表4　不同灌溉方式对春玉米产量的影响

表5　不同灌溉方式对春玉米水分生产率的影响

注：△W为春玉米生育期始末土壤含水量的差值。

3结 论

(1) 膜下滴灌处理的春玉米植株生长发育状况优于其他灌溉方式。在春玉米各生育期，膜下滴灌处理的春玉米株高、茎粗和叶片SPAD值明显高于漫灌(p<0.05)。本研究结果表明，尽管灌量和灌次一致，露地滴灌处理下的株高、茎粗和叶片SPAD值仍低于膜下滴灌。

(2) 膜下滴灌处理的春玉米光合能力和水分利用效率均高于其他灌溉方式。在整个生育期，膜下滴灌处理的春玉米Pn值、Gs值和WUE值均高于其他处理，且显著高于漫灌(p<0.05)。

(3) 膜下滴灌处理的春玉米增产节水效果显著。膜下滴灌处理的产量和水分生产率显著高于其他处理(p<0.05)。膜下滴灌处理分别较DG，GA，JG和CK增产7.1%，13.7%，19.3%和18.3%，其水分生产率分别较DG，GA，JG和CK提高了7.5%，45.5%，37.5%和73.2%，并且分别比GA，JG和CK节水31.3%，19.0%和43.3%。总体上，与其他4种灌溉方式相比，膜下滴灌方式是榆林沙区玉米生产中最有效的一种节水灌溉方式。

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Effects of Different Irrigation Methods on Growth and Yield of Spring Maize in Sandy Area of Yulin City

WANG Wen, ZHANG Xiong

(CollegeofLifeScience,YulinUniversity,Yulin,Shannxi719000,China)

Abstract：[Objective] Through revealing the effects of drip irrigation under mulch(MG), drip irrigation without mulch(DG), furrow irrigation(GA), alternate furrow irrigation(JG) and flood irrigation(CK) on the growth and yield of spring maize, we aimed to find out the most effective irrigation method which was suitable for the sandy area of Yulin City in order to provide theoretical support for the development of agricultural water-saving irrigation technology. [Methods] Based on the field experiment data in 2014, statistical analysis and calculation method of water productivity were used. [Results] (1) Under the treatment of MG, the growth and development of spring maize were better than that in other irrigation methods. During whole growth period, plant height, stem diameter and leaf SPAD value in the treatment of MG were higher than that in the treatment of DG, GA and JG, and were significantly higher than that in CK(p<0.05); (2) Under the treatment of MG, the photosynthetic rate, stomatal conductance and water use efficiency of spring maize leaf were greater than the corresponding values in other irrigation methods during whole growth period, and were significantly higher than that in the treatment of CK(p<0.05); (3) Drip irrigation under mulch had significant effects on yield and water use efficiency, the two items were significantly higher than that in other treatments(p<0.05). [Conclusion] Compared with other irrigation methods, the drip irrigation under mulch is the most effective irrigation method for maize in sandy area of Yulin City.

Keywords:irrigation method; spring maize; growth; yield; sandy area of Yulin City

文献标识码：A

文章编号：1000-288X(2015)04-0213-05

中图分类号：S274.1

通信作者：张雄(1970—),男(汉族),陕西省榆林市人,博士,教授,主要从事旱区农业节水研究。E-mail:yulinzhang2007@126.com。

收稿日期：2015-03-16修回日期：2015-04-20

资助项目：陕西省重点科技创新团队建设计划项目“陕北农业节水综合研究—创新团队”(2013KCT-29)

第一作者：王雯(1982—),女(汉族),甘肃省酒泉市人,博士,讲师,主要从事旱区农业高效节水技术方面的研究。E-mail:wangwen200806@aliyun.com。