微润管布置方式对夏玉米苗期生长的影响

张明智，牛文全,，王京伟，李 元，许 健

(1. 西北农林科技大学水利与建筑工程学院，陕西 杨凌 712100；2. 西北农林科技大学水土保持研究所，陕西 杨凌 712100)

0 引 言

水资源短缺成为制约我国粮食作物生产可持续发展的重要因素[1]。微润灌溉是用半透膜的原理使土壤保持湿润的一种灌溉方式，设备投资低，结构简单，不消耗动力，节省运行费用，可以有效地降低农产品生产成本[2]。渗灌的埋设间距是影响灌水质量的主要因素，微润灌溉下株高、茎粗及植物叶片的光合速率、气孔导度均比滴灌大，微润灌布置间距对微润管出水量的影响较大[2-4]。干旱是限制玉米产量的主要因素[5]，苗期是玉米营养生长的主要阶段[6]，研究表明苗期水分亏缺对玉米的生理生长影响严重，为了适应生长环境，产生了抵御干旱的能力[7]，且在玉米苗期进行适当的水分亏缺，有助于控制适当的营养生长，从而提高产量[8]。目前，还缺乏夏玉米适宜的微润灌布置方式，限制了微润灌技术在玉米栽培中的应用。为此，通过研究微润管布置间距(密集程度)对夏玉米苗期营养阶段生长的影响，为微润灌溉技术的推广提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验概况

试验于2014年7-8月在陕西省杨凌(108°24′E，34°20′N，海拔521 m)进行，该地区属暖温带半湿润气候，全年无霜期221 d，年均日照时数2 163.8 h，年降水量在550～650 mm，且多集中在7-9月。夏玉米苗期总降水量22.9 mm，试验期间降雨量及温度如图1所示，供试土壤为塿土，80 cm土层内平均田间持水率为24%，饱和体积含水率60.1%，凋萎含水率为8.5%。试验小区地下水埋深大于5 m，因此，忽略地下水补给。

图1 夏玉米苗期内当地降雨量和温度变化图

1.2 试验设计

试验设置3个水平，分别为：1管1行(I1)，微润管布置间距为60 cm；3管2行(I2)，微润管布置间40 cm；2管1行 (I3)，微润管布置间距20 cm。另设2组对照处理CK1、CK2，其中：1管1行为1条微润带控制1行作物；CK1为地下滴灌，灌水下限为田间持水率的65%，上限为田间持水率的90%；CK2在夏玉米苗期未灌水。采取完全随机试验，共5个处理(表1)，每个处理3次重复，共15个小区。各处理在苗期灌水量见表1。试验小区为2.8 m×4 m，小区间距1 m，小区间由1 m 深建筑防水膜(SBS)隔离，防止土壤水分横向渗透运移。供试玉米品种为郑丹958，种植密度为50 000 株/hm2，株间距30 cm，行间距60 cm，7月1日播种，8月4日苗期结束。播种前施基肥：有机肥600 kg/hm2(N、P、K≥5%，有机质≥45%)；复合肥750 kg/hm2(N、P、K≥15%)，施肥方式均为撒施。播前对种子进行筛选并灌水至田间持水率的80%，以保证出苗纯度。

表1 试验方案及苗期灌水量

1.3 测定指标及方法

试验指标均在播种20 d后测定。

1.3.1生长及生理指标

根系活力及体积：每小区随机选取3株，采用氯化三苯基四氮唑法测定根系活力[9]；采用液排法测定根系体积[10]。

株高、茎粗：每小区随机选取6 株，株高用米尺测量，茎粗用游标卡尺于植株基部测量；茎叶、根鲜干质量：用1/100天平称质量，每小区随机选取3 株，根冠比=地下干物质质量/地上干物质质量，总干质量=地下干物质质量+地上干物质质量[11]。

1.3.2群体源性状

群体源性状用群体生长率来表示[12]，其计算方法为：

λ=(W2-W1)/(T2-T1)

(1)

式中：λ为群体生长率，g/(m2·d)；W1和W2为前后2次测定的干物质质量，g/m2；T1、T2为播后天数，d；W1、T1为播种时对应量，故W1、T1均为0。

利用Spss 22.0进行均值误差分析，OriginPro 9.0作图，数据除特殊标注外均为所有重复的平均值。

2 结果与分析

2.1 微润灌溉对夏玉米苗期株高、茎粗的影响

图2为不同微润管布置方式及对照处理夏玉米苗期的株高、茎粗的影响变化情况。

图2 夏玉米苗期株高、茎粗注：柱形图上不同字母表示差异显著性水平， P<5%。

微润管布置方式对夏玉米苗期株高有显著影响，对茎粗无显著影响(图2)，随微润管布置密集程度的增加，株高、茎粗呈增加趋势，I3处理下的株高与CK2(无灌水)比较，差异显著，I3株高比CK1高7.18 %，所有处理的株高均显著高于CK2。微润灌溉处理的茎粗均低于CK1。不同处理之间茎粗差异不显著，微润灌溉处理与CK2相比，除I1的茎粗比CK2细0.87%外，其他处理茎粗均大于CK2，I2的茎粗比CK2大7.36%。

2.2 微润灌溉对夏玉米苗期鲜、干物质累积量的影响

获取的整株夏玉米，从根部分切，分别称量地上物质(茎叶)与地下物质(根系)鲜物质质量，将其放入烘箱中于105 ℃杀青15 min，75 ℃烘干至恒量并称质量。并分析单植株在不同处理对物质质量的影响。

2.2.1对夏玉米地上部的影响

图3为不同处理夏玉米苗期茎杆和叶的平均物质质量。

图3 微润灌溉对夏玉米苗期地上鲜、干物质质量的影响

由图3可知，随微润管布置密集程度的增加，夏玉米苗期地上鲜物质质量，呈增加趋势，地上干物质质量呈先增加后减小趋势，I2处理的地上鲜物质质量比CK1高3.93%。与CK2(无灌水)相比，微润灌显著提高了地上鲜物质质量，I1、I2、I3处理的地上鲜物质质量分别提高了13.55%、30.47%、32.73%。I2处理比I1、I3分别高7.56%、11.79%，但差异不显著，微润灌与地下滴灌、无灌溉处理比较，夏玉米地上干物质质量均无显著性差异。

2.2.2对夏玉米苗期地下部的影响

图4为不同处理夏玉米地下物质质量的平均物质质量和平均根系体积。

图4 微润灌溉对夏玉米苗期地下部的影响

由图4可知，随微润管布置密集程度的增加，夏玉米苗期地下鲜物质质量、地下干物质质量及根系体积均呈先增加后减小趋势，I2处理的地下鲜物质质量比I1、I3分别高8.80%、3.30%，微润灌溉处理的地下鲜物质质量均高于CK1(地下滴灌)，但无显著差异。与CK2(无灌水)相比，微润灌溉显著提高地下鲜物质质量，I1、I2、I3处理的地下鲜物质质量分别提高了21.11%、31.76%、27.55%。I2处理的地下干物质质量比I1、I3分别高7.56%、11.79%，但低于CK1处理。与CK2相比，微润灌溉显著提高了夏玉米苗期地下干物质质量，I1、I2、I3处理的地下干物质质量分别提高了11.66%、20.11%、7.44%。不同处理夏玉米的根系总体积之间差异不显著。综合分析认为，I2处理可以显著增加夏玉米植株总干物质积累量。

2.2.3对根冠比及总干物质质量的影响

通过分析计算得出夏玉米苗期根冠比和干总干物质质量，见图5。

图5 微润灌溉对夏玉米苗期根冠比、总干物质质量的影响

由图5可知，随微润管布置密集程度增加，根冠比呈先减小后增加趋势，总干物质质量则呈先增加后减小趋势，I2处理促进了夏玉米地上部快速生长，其根冠比最小，而植株总干物质质量最大。不同微润灌处理的根冠比大于地下滴灌和无灌溉处理，但差异不显著；同时，微润灌处理夏玉米总干物质质量与地下滴灌相比，仅I2处理高0.53%，它们之间差异不显著，但显著高于CK2，I1、I2、I3处理的总干物质质量分别比CK2增加了33.25%、41.31%、31.14%。

2.3 群体生长率

作物生长速率是评价作物生长的综合生长指标，而在群体系统中，群体生理指标综合的基因效应、群体结构等系统的描述了单位土地面积上的生产能力，群体生长率(CGR)越高，表明该单位土地面积上的生产能力越强[13]。根据公式(1)计算了不同处理下的群体生长率(图6)。由图6可知，随微润管布置密集程度的增加，群体生长率呈先增加后减小趋势，仅I2处理比CK1高2.50 %，但差异不显著。微润灌处理的群体生长率显著高于CK2，与CK2相比，I1、I2、I3处理的群体生长率分别提高31.03 %、41.37 %、29.90 %。

图6 微润灌溉对夏玉米苗期群体生长率的影响

3 讨 论

研究发现，微润管布置密集程度对作物的生长有不同程度的影响，3管2行微润灌为最佳布置方式，夏玉米株高茎粗生长最好，干物质积累速度大于地下滴灌和无灌溉处理，其群体生长率也高于地下滴灌与无灌溉处理。可能是由于夏季苗期温度高，降雨少且作物根系主要集中在土壤表层，在不灌水处理下土壤含水率过小，作物生长受到抑制；地下滴灌处理下，为间歇性灌溉[14]，高温下土壤水分不能适时适量的提供给作物生长，从而对作物生长产生局部限制。1管1行处理微润管的出流量过小，影响夏玉米生长，而2管1行下的灌水量大，由于属于连续灌溉，根区土壤空隙一直处于充水状态，作物根系受到低氧胁迫，从而影响作物生长，使得土壤含水率过大，减小土壤空隙，使得作物根系受到低氧胁迫，从而影响作物的生长[15]。蒋桂英[4]研究认为随滴灌带布置密集程度的增加有助于提高产量及作物生长的稳健性，这与本试验研究不一致，由于滴灌为间歇性灌水，而本试验的微润灌溉为连续性灌溉[2]，灌水方式的不同，随着滴灌带数量的适度增加，增大了土壤含水率，保证作物根系吸水充分，健康生长，在灌水间歇期，土壤空闲充足，保证根系氧气供应，而微润灌连续灌溉，当毛管间距过小时，土壤孔隙中将长期被水分占据，植物根系长期处于低氧胁迫状态，抑制植物健康生长。另外，何玉琴[3]研究认为在一定范围内，微润管布置密集程度增加有利于作物生长，这与本研究结果基本一致。

总之，不同微润管布置方式对夏玉米苗期营养生长产生不同程度的影响，然而，夏玉米苗期生长的因素较多，如土壤水、盐、热、有机物、土壤孔隙与pH值等，微润管布置方式对土壤哪种因素起主要影响，从而对玉米苗期生长产生影响，需要进一步细化深入进行研究。

4 结 论

(1)在夏玉米苗期，微润管布置方式对夏玉米苗期的生长具有显著的影响，随微润管布置密集程度的增加，株高、茎粗与地上鲜物质质量呈增加趋势，地下鲜物质质量与干物质质量、群体生长率、根系体积均呈先增加后减小趋势，根冠比则呈先减小后增加趋势。

(2)在微润灌溉3管2行布置方式下夏玉米苗期的株高、茎粗、鲜干物质重、群体生长率、根系体积均高于地下滴灌与未灌溉，3管2行为微润管的最佳布置方式。

[1] 黄 玲，高 阳，邱新强，等. 灌水量和时期对不同品种冬小麦产量和耗水特性的影响[J]. 农业工程学报, 2013,(14):99-108.

[2] 薛万来，牛文全，张子卓，等. 微润灌溉对日光温室番茄生长及水分利用效率的影响[J]. 干旱地区农业研究, 2013,(6):61-66.

[3] 何玉琴，成自勇，张 芮，等. 不同微润灌溉处理对玉米生长和产量的影响[J]. 华南农业大学学报, 2012,(4):566-569.

[4] 蒋桂英，魏建军，刘 萍，等. 滴灌春小麦生长发育与水分利用效率的研究[J]. 干旱地区农业研究, 2012,30(6):50-54, 73.

[5] 马旭凤，于 涛，汪李宏，等. 苗期水分亏缺对玉米根系发育及解剖结构的影响[J]. 应用生态学报, 2010,(7):1 731-1 736.

[6] 邵思全，李琰聪. 玉米生育特点与管理技术(1)[J]. 种子科技, 2012,(5):47-48.

[7] 王密侠，康绍忠，蔡焕杰，等. 玉米调亏灌溉节水调控机理研究[J]. 西北农林科技大学学报：自然科学版, 2004,32(12):87-90.

[8] 刘小刚，张富仓，杨启良，等. 调亏灌溉与氮营养对玉米根区土壤水氮有效性的影响[J]. 农业工程学报, 2010,(2):135-141.

[9] 王建华，任士福，史宝胜，等. 遮荫对连翘光合特性和叶绿素荧光参数的影响[J]. 生态学报, 2011,(7):1 811-1 817.

[10] 李 洪. 不同密度处理下玉米单株根系体积的动态变化[J]. 山西农业科学, 2010,(9):20-22.

[11] 刘永红，杨 勤，杨文钰，等. 花期干湿交替对玉米干物质积累与再分配的影响[J]. 作物学报, 2006,(11):1 723-1 727.

[12] 张洪程，朱聪聪，霍中洋，等. 钵苗机插水稻产量形成优势及主要生理生态特点[J]. 农业工程学报, 2013,(21):50-59.

[13] 李培岭，张富仓. 不同沟灌方式下根区水氮调控对棉花群体生理指标的影响[J]. 农业工程学报, 2011,(2):38-45.

[14] 温利利，刘文智，李淑文，等. 水肥耦合对夏玉米生物学特性和产量的影响[J]. 河北农业大学学报. 2012,(3):14-19.

[15] 张珂萌, 牛文全, 薛万来, 等. 间歇和连续灌溉土壤水分运动的模拟研究[J]. 灌溉排水学报, 2015,(3):3.