调亏灌溉对玉米生长发育特性及水分利用效率的影响

冯 惠 玲(兰州市灌溉试验站，兰州 730050)

西北干旱、半干旱面积约占国土面积的47%，是我国受干旱影响较重的区域。甘肃省地处西北内陆地区，属温带大陆性气候类型，春季干旱和夏秋干旱对玉米产量影响较大，干旱年份一般可造成减产 20%以上，甚至达到40%～50%[1]。通过合理科学的灌溉提供玉米生长发育所需要的水分是保证玉米产量的关键措施。目前主要采用大水漫灌等落后的地面灌溉技术与灌溉制度，造成灌溉用水效率低下。为了节约用水，在水资源紧缺的西北地区推广节水灌溉是该地区玉米生产今后的发展方向。利用作物的生物学特性进行控水的调亏灌溉技术已在多种作物上进行了研究与应用，取得了较好的节水效果[2]。已有研究表明，调亏灌溉对玉米生长发育、生理特性、耗水规律、产量及水分利用效率都会产生影响[2,4-10]，其影响程度与调亏时期、调亏程度密切相关[2-7,9]。覆膜种植是西北地区栽培玉米普遍采用的保墒增温措施，目前关于覆膜条件下玉米调亏灌溉的研究还较少，缺乏指导当地玉米生产实际应用的调亏灌溉指标与调亏灌溉制度。为此，基于绝大多数作物适宜在生长前期进行调亏的试验研究结果[2-7]，本试验在玉米苗期和拔节期分别设置轻度和重度调亏处理，研究调亏时期与程度对玉米生长发育状况、耗水规律、产量及水分利用效率的影响，旨在为本地区玉米调亏灌溉技术的推广应用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验处理设计

试验于2010年4-9月在兰州市七里河区彭家坪(东经104°43′，北纬36°03′，海拔为1 597.266 m)试验基地的大田中进行。土壤为砂壤土，土壤容重1.442 g/cm3，田间持水量19.91%(质量含水率)，土壤肥力偏下。整地时，施用粗玉米面1 666.5 kg/hm2、磷酸二铵334.5 kg/hm2作为底肥。供试品种为沈单16号，小区面积2 m×10 m。4月27日播种，采用地膜覆盖起垄种植方式，行距为50 cm，株距为30 cm。在玉米苗期和拔节期分别设置轻度调亏和重度调亏处理，与全生育期适宜水分为对照，共5个处理(表1)，每个处理重复3次，共15个小区，各小区随机排列。当各处理小区的土壤水分达到设计的控制下限指标时，就进行灌水，灌水采用传统的沟灌技术，灌水定额35 mm，利用水表对灌水进行计量。5月16日间苗，6月2日中耕松土除草一次，6月16日去除植株的分蘖，6月25日中耕培土，并进行拔节期追肥，追施尿素166.5 kg/hm2(含N为46.0%)，7月13日在大喇叭口期追施孕穗肥(施尿素168.0 kg/hm2)。7月21日喷施农药敌敌畏、阿维辛硫磷进行螟虫的重点预防。9月2日收获，全生育期128 d，玉米生育期间降雨量为101.3 mm。

表1 玉米调亏灌溉试验处理设计Tab.1 Experimental treatment design of regulated deficit irrigation for maize

1.2 测定项目

(1)物候期观测：记载不同处理的生育期以及各处理的长势情况和病虫害防治情况。

(2)土壤含水量：利用土钻取土烘干法测定。在苗期5～7 d取土测定一次，拔节期～乳熟期5 d测定一次，乳熟期～成熟期10 d测定一次；灌前灌后加测，生育期末加测，取土深度为100 cm，分5层测定(0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm)。

(3)株高、叶面积：在每处理小区随机选取长势均匀具有代表性的10株进行挂牌测量株高、叶面积指数，使用直尺和三角板测量，每旬测定一次。

(4)产量性状：玉米收获前每处理小区随机取10个果穗进行考种，测定果穗长、秃尖长、果穗粗、穗行数、穗粒数、百粒质量等，产量为每小区单打单收的实测结果。

(5)气象观测：记载降雨量。

1.3 数据处理分析方法

采用Microsoft Excel 2007 处理数据和制图，运用DPS 7.05软件进行各处理性状的显著性分析。

2 结果与分析

2.1 调亏灌溉对株高和叶面指数的影响

作物的生长发育与土壤水分状况密切相关，水分胁迫会影响作物的生长发育进程和速度，表现为株高和叶面积指数(LAI)增长变慢，水分胁迫越重，株高和LAI受到的抑制作用越大。由图1可以看出，任一调亏处理的株高均低于适宜水分处理(CK)，亏缺越重，其株高越低，6月1日测定的结果表明，苗期轻度(T1)和重度调亏处理(T2)的株高比CK分别低9.9%和18.9%，到拔节期复水后产生补偿生长效应，T1和T2的株高与CK间的差距逐渐缩小，6月27 日其株高分别比CK低4.8%和5.7%，至9月10日分别比CK低3.6%和5.5%；拔节期轻度(T3)和重度调亏处理(T4)的株高分别比CK降低8.3%和13.1%(6月27日)，7月23日其株高比CK分别低5.2%和8.3%，至9月10日比CK分别低5.1%和8.3%。

图1 不同调亏处理下玉米株高的变化Fig.1 Changes in height of maize under different regulated deficit treatments

图2 不同调亏处理下玉米叶面积指数的变化过程Fig.2 Changes in leaf area index of maize under different regulated deficit treatments

由图2可知，调亏灌溉对玉米叶面积指数(LAI)的影响规律与株高基本一致，6月2日T1和T2的LAI比CK分别低11.7%和20.2%，到拔节期复水后，其LAI分别比CK低3.6%和5.5%(6月27 日)；拔节期调亏处理T3、T4的LAI分别比CK降低9.2%和16.2%(6月27日)，7月24日其LAI比CK分别低6.6%和14.5%，至8月29日比CK分别低8.7%和13.5%。可见，调亏处理复水后，玉米在株高和叶面积的生长上会产生补偿生长效应，苗期调亏的补偿生长效应大于拔节期调亏的处理；轻度调亏的处理对株高和叶面积的影响最小，重度调亏处理的影响最大，特别是拔节期重度调亏的处理。

2.2 调亏灌溉对产量性状的影响

由表2可知，水分调亏的时期及程度对玉米果穗性状及产量也会产生明显的影响。与适宜水分处理CK相比，调亏处理致使果穗变短、变细，穗行数和行粒数减少，穗粒重、百粒重及产量降低，调亏越重果穗性状及产量越差。统计分析结果表明，除T2外，其他的调亏处理对果穗长无显著影响；调亏灌溉对秃尖长的影响无规律性，但重度调亏处理的秃尖比轻度调亏的长；苗期调亏处理的果穗粗显著小于CK，拔节期轻度调亏处理T3的果穗粗降低不显著，但重度调亏处理T4的显著小于CK；除T4外，其他处理的行粒数与CK间无显著差异；与CK相比，苗期、拔节期轻度调亏处理(T1和T3)对穗粒重、百粒重和产量无显著影响，但重度调亏处理对其的影响达到了显著水平(p<0.05)，T1和T3分别减产3.90%、8.64%，重度调亏处理T2和T4分别减产10.94%和26.41%，且拔节期调亏处理的产量低于苗期调亏的处理，因此，玉米调亏的适宜时期应该是苗期，其次是拔节期，调亏程度以轻度为佳，与文献[4]的结果一致。

表2 不同调亏处理对玉米果穗性状及产量的影响Tab.2 Ear characteristics and yield of maize in different regulated deficit treatments

注：表中同一列内不同的小写字母表示处理间的差异达到显著水平(p<0.05)，下同。

2.3 调亏灌溉对耗水规律的影响

在玉米苗期和拔节期实施调亏处理都会降低耗水量，亏水越重其阶段耗水量、日耗水量以及全生育期耗水量越低(表3、图1)。从表3可以看出，与CK相比，苗期和拔节期调亏均会造成其阶段耗水量和全期耗水量的显著降低，且调亏对耗水量的影响有后效性，即使复水后，调亏处理各阶段的耗水量也显著低于CK；从耗水模系数来看，播种-拔节期的最大(26.62%～34.01%)，抽雄-乳熟期的次之(27.75%～30.13%)，乳熟-成熟期的耗水模系数最小(17.11%～19.9%)；适宜水分处理CK的全期耗水量最高，为532.7 mm，TI的其次(490.28 mm)，T4的最低，为431.73 mm，T1、T2和T3间的差异不显著。由图1可知，在玉米生育期内的日耗水量一般遵循由小→大→小的变化规律，玉米出苗后随着植株的生长发育，群体的增大，气温的升高，其日耗水量逐渐增加，至抽雄-乳熟期达到最大，此后随着植株的衰老，叶面积指数的下降，气温的降低而逐渐降低；在任一阶段进行调亏都会降低该阶段的日耗水量，调亏越重日耗水量越小。

表3 不同调亏处理下玉米的阶段耗水量及耗水模系数Tab.3 Water consumption and its module coefficient at different growing stages of maize under different regulated deficit treatments

2.4 调亏灌溉对水分利用效率的影响

水分利用效率(WUE)是评价作物对水分利用水平的一个重要指标，其大小表征作物生长过程中利用水分的经济程度。由表4显示，苗期轻度调亏处理T1的WUE最高，为3.23 kg/m3，T2、T3的WUE与T1相当，它们之间无显著差异，但均显著高于CK(1.83%～4.41%)，其耗水量比CK减少7.96%～12.54%；拔节期重度调亏处理T4的WUE最低(2.81 kg/m3)，显著低于CK 9.2%，其耗水量较CK低18.95%。因此，综合考虑产量和WUE，该地区玉米不适宜采用重度调亏的灌溉方式，而应该采用苗期轻度调亏或拔节期轻度调亏的灌溉方式，这样可以在减产不显著的情况下，减少耗水量7.96%～11.02%，增加WUE2.68%～4.41%。

图3 不同调亏处理下玉米日耗水量变化过程Fig.3 Changes in daily water consumption of maize under different regulated deficit treatments

表4 不同调亏处理下玉米的水分利用效率Tab.4 Water use efficiency (WUE) of maize under different regulated deficit treatments

3 结 语

(1)玉米的生长发育对土壤水分比较敏感，苗期调亏、拔节期调亏均制约玉米株高和叶面积的生长，调亏越重，影响越大，苗期调亏复水后产生的补偿生长效应能减轻苗期水分亏缺造成的危害，使株高和叶面积的发育得到较快的增长，随着生育进程的推进，它们与CK间的差异逐渐缩小。苗期调亏复水后的补偿生长效应大于拔节期调亏灌溉的处理，从植株中后期的生长发育看，拔节期调亏处理对株高和叶面积的影响最大，特别是重度调亏的处理。

(2)苗期调亏、拔节期调亏使玉米使果穗变短，果穗变细，穗行数和行粒数减少，穗粒重、百粒重及产量降低，调亏程度越大，果穗性状越差、产量越低，苗期和拔节期轻度调亏减产不显著，产量降低3.90%～8.64%，重度调亏分别减产10.94%和26.41%。

(3)兰州地区覆膜玉米适宜水分条件下的耗水量为532.7 mm，苗期和拔节期实施调亏灌溉能使耗水量显著降低，轻度亏水处理的耗水量为473.97～490.28 mm，重度亏水的为431.73～465.91 mm，亏水度越大耗水量越低。苗期轻度调亏的WUE最高，为3.23 kg/m3，拔节期重度调亏处理的最低(2.81 kg/m3)。综合考虑玉米的产量和水分利用效率，在该地区玉米适宜采用苗期轻度调亏或拔节期轻度调亏的灌溉方式，在产量降低不显著的情况下，可减少耗水量7.96%～11.02%，提高WUE2.68%～4.41%，实现水资源的高效利用。

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