玉米高光效膜下滴灌试验研究

高金花，柏　宇，廉冀宁

(1.长春工程学院 水利与环境工程学院，长春　130012；2.吉林省水工程安全与灾害防治工程实验室，长春　130012)



玉米高光效膜下滴灌试验研究

高金花1,2，柏宇1,2，廉冀宁1,2

(1.长春工程学院 水利与环境工程学院，长春130012；2.吉林省水工程安全与灾害防治工程实验室，长春130012)

摘要：通过在长春地区进行的田间试验，研究玉米高光效膜下滴灌种植模式与常规种植模式对玉米生长发育的影响。结果表明：高光效膜下滴灌种植模式不仅使玉米增产增收，还能缩短生育期及改善玉米各阶段的动态生长指标。同时，针对试验中的高产灌溉制度，结合作物动态生长模型优化了高光效膜下滴灌的灌溉制度，用以指导田间管理。

关键词：高光效；膜下滴灌；动态生长指标；玉米

0引言

近年来随着人口的增长和耕地面积的减少，如何保证粮食安全显得尤为重要。东北地区作为玉米的主要产区之一，肩负着提高玉米产量的重任。为此，针对已在吉林省推广应用的膜下滴灌技术，将其与高光效种植模式相结合，研究玉米生长规律。

与传统的种植模式相比，膜下滴灌能实现膜内水分以液-气-液的形式进行循环，减少水分的蒸发损失[1]。覆膜能有效地阻隔土壤热能与大气交换，减少热能损失，进而提高全生育期的积温[2-4]。膜下滴灌现已在东北地区得到了广泛的应用[5-6]。

高光效栽培模式是一种在吉林省推广应用的玉米种植方法，由中国科学院东北地理与农业生态研究所研发和推广[7]。经过2010-2012年德惠试验站的试验，3年平均单产比传统种植模式增产13.5%。其休耕轮作能促进植株对养分的吸收、保证土壤的肥力和减缓土壤的退化[8]，改变垄向和调整垄距又能延长光照时间和充分的利用光能。

1材料与方法

1.1试验地概况

试验区位于长春市合心镇，东经43°7′，北纬125°59′，地处东辽平原，海拔215m；平均气温4.8℃，夏季温湿多雨，冬季漫长寒冷，日照时间2 688h，年均降雨量600mm左右，降雨多集中在6-8月。试验区的土壤理化性质如表1所示。

表1　试验田土壤理化性质表

1.2试验方案

试验于2014年5月1日播种。依据测土配方对田间进行施肥处理，统一施用底肥：磷酸二铵200kg/hm2，尿素150kg/hm2，氯化钾100kg/hm2，大喇叭口期补追尿素300kg/hm2。灌溉制度以玉米生长的拔节期、抽雄灌浆期、乳熟期的土壤含水率下限作为灌水控制指标设计试验方案，以常规种植为对照，试验方案如表2所示。

表2　实验方案设计表

通过对吉林省松原市乾安县玉米高光效推广种植区域的实地调研，因原有高光效休闲垄距过大，当地做了适当调整，本次结合长春地区的环境条件，将原本的(160+40)×20改为(110+50)×16.7，如图1、图2所示。对照组采用65cm的均匀垄距，株距23.1cm。

图1　原高光效设计垄距

图2　本次试验设计垄距

2结果与分析

2.1高光效膜下滴灌对玉米生长发育的影响

从最终产量(见表3)可以看出产量最高的处理3达到15 982kg/hm2，其次为处理1的15 190kg/hm2和处理2的14 943kg/hm2。高光效膜下滴灌处理组的平均产量相对于常规种植组提高33%，表明高光效膜下滴灌种植模式能大幅提高玉米的生产效益。

表3　处理与产量对照表

不同灌溉处理对玉米产量构成因素的影响如表4所示。对各产量构成因素进行相关系数的分析，结果如表5所示。相关系数在一定程度上可以体现因素和效应之间的主要联系[9]。从表5可以看出：穗行数、穗径与百粒质量之间的相关系数较高，且通过数据可以看出随着穗行数与穗径、百粒质量呈正相关。穗行数(x1)、穗径(x2)、百粒质量(x4)与产量(y)之间的相关系数较高，而穗长(x2)与产量的相关系数不是很理想。通过分析发现穗行数、穗径、百粒重对产量的影响相对较大。

高光效膜下滴灌处理组生预期缩短，其出苗时间比常规对照组要缩短10天(见表6)，全生育期比常规对照组缩短12天，占全生育期的7.5%左右。覆膜有效的提高土壤温度，改变垄向提高作物光合利用效率，相同品种的玉米，高光效膜下滴灌能较早的到达作物生育期所需要的积温要求，缩短生育期。

表4　不同灌溉处理对玉米产量构成因素的影响

表5　产量构成因素的相关分析

表6　高光效处理组与常规种植处理组生育期对照表

株高作为一种反应玉米生长状况的指标，可以通过分析株高的变化来观察不同耕种模式对植株生长状况的影响[10]。高光效膜下滴灌和传统种植模式下玉米株高的变化如图3所示。各处理在拔节期株高增长速率最大，在灌浆期玉米株高达到最大值，灌浆期后株高趋于平缓。高光效膜下滴灌模式下各生育期株高的增长效率均高于常规对照组，有明显提高玉米生育期的株高的作用；在差异最明显的抽雄期，高光效膜下滴灌的株高相比传统株高提高28.2%。

叶片是作物进行光合作用的主要器官，其值的大小直接影响作物光合作用的强弱和光能利用量的多少。叶面积的大小主要通过叶面积指数(LAI)来体现，如图4所示。

图3　各处理各生育期株高变化曲线

图4　各处理各生育期叶面积指数变化曲线

各处理LAI值在拔节期增长速率最大，在抽雄期达到最大值，灌浆期后开始呈现衰退趋势。高光效膜下滴灌种植模式下的处理组在各生育期的LAI值均大于常规对照组，可以看出高光效膜下滴灌种植模式能较好的提高玉米生育期的LAI值；在差异最明显的抽雄期，高光效膜下滴灌的LAI相对传统株高提高27.9%。

2.2灌溉制度的模拟优化

动态农业技术决策系统(DSSAT)是在美国农业部资助下，由多所大学参与开发的大型作物模拟软件包[11]。它通过将气候、作物管理和土壤3个模块结合来模拟作物的生理过程，为作物的田间管理提供理论依据[12]，已在玉米适宜播期、氮胁迫对作物的影响及建立作物品种生长参数数据库等方面取得了广泛的应用[13-18]。

本文通过结合已有灌溉小区的灌溉制度，根据正交试验设计原理提出10种灌溉方案进行Dssat模型模拟，模拟结果如表7所示。模拟产量最高的1组为方案8，总灌水量290mm，模拟产量16 781kg/hm2。该结果能够为田间实际耕作管理提供理论依据。

表7　灌溉方案和模拟产量对照表

3结论

1)通过对比各处理的产量发现：高光效膜下滴灌处理组的平均产量相对于常规种植组提高33%，表明高光效膜下滴灌种植模式能大幅提高玉米的生产效益。

2)对各产量构成因素进行相关性分析发现，穗行数(x1)、穗径(x2)、百粒重(x4)与产量(y)之间的相关系数较高，对产量的影响相对较大。

3)高光效膜下滴灌处理组的出苗时间比常规对照组要缩短10天，全生育期比常规对照组缩短12天，占全生育期的7.5%左右。

4)通过对比高光效膜下滴灌种植模式与传统种植模式株高和叶面积指数的对比图发现：高光效膜下滴灌种植模式能有效的提高作物的株高和叶面积指数。在差异最明显的抽雄期，高光效膜下滴灌的株高相比传统对照组提高28.2% 、LAI相对传统对照组提高27.9%。

5)应用作物动态生长模型对所选10组灌溉方案进行模拟分析，得到优化后的灌溉制度，灌溉用水290mm，产量最高。

参考文献：

[1]Abbasi, Yaser. Evaluation of furrow fertigation and model validation on maize field[J].Irrig Drainage Syst，2011，25:279-291.

[2]徐敏,韩晓军,王子胜.新疆棉花生产膜下滴灌技术应用研究[J].作物杂志,2005(6):56-58.

[3]侯文选.玉米膜下滴灌机械化栽培技术[J].吉林农业,2013(12):17.

[4]刘瑞江,张业旺,闻崇炜,等.正交试验设计和分析方法研究[J].实验技术与管理,2010(9):52-55.

[5]宋常吉.北疆滴灌复播作物需水规律及灌溉制度研究[D]. 石河子：石河子大学,2013.

[6]刘一龙,张忠学,郭亚芬,等.膜下滴灌条件下不同灌溉制度的玉米产量与水分利用效应[J].东北农业大学学报,2010,10:53-57.

[7]李怀庆,刘英杰,周高飞,等.玉米高光效保护性耕作栽培技术[J].现代化农业，2011(9):10-11.

[8]郝宇佳,张含思,张磊,等.玉米高光效休耕轮作技术与农业资源土壤研究[J].地农业生物学报,2014(4):19-21+35.

[9]刘远和.玉米高光效休耕轮作土壤含水量和光分布特征[J].农业工程,2014(4):162-166.

[10]谢夏玲.膜下滴灌玉米的需水规律及其产量效应研究[D].兰州：甘肃农业大学,2007.

[11]陈学文，张兴义，隋跃宇.农田黑土玉米生长过程模拟研究[J]农业系统科学与综合研究 2009(2): 163 -167.

[12]鲁向晖，穆兴民，隋艳艳，等.DSSAT 模型对豫西冬小麦保护性耕作效应模拟效果验证[J].干旱地区农业研究，2010(3):64-68.

[13]孙宁，冯利平.利用冬小麦作物生长模型最产量气候风险的评估[J].资源科学，2009,31(9):1447-1485.

[14]陈思宁，赵艳霞，申双和，等.基于PyWOFOST作物模型的东北玉米估产及精度评估[J].中国农业科学，2013,46(14):2880-2893.

[15]孙芳,林而达,李剑萍,等.基于DSSAT模型的宁夏马铃薯生产的适应对策[J].中国农业气象，2008,29 (2): 127-129.

[16]戴明宏，赵久然，王璞，等.基于CERES-Maize 模型春玉米水分优化管理决策[J].水土保持学报, 2009，23(1)：187-196.

[17]商磊，赵军，祁广云，等.黑土农田大豆产量形成过程的模拟验证[J].中国生态学报，2008,16(4)：869 -873.

[18]熊伟，林而达，杨婕，等.作物模拟区域应用两种参数校准方法的比较[J].生态学报，2008,28(5)：2140 -2147.

Experimental Study of High Photosynthetic Efficiency and Drip Irrigation under Mulch

Gao Jinhua1,2, Bai Yu1,2, Lian Jining1,2

(1.College of Water Resources and Environmental Engineering, Changchun Institute of Technology,Changchun 130012,China； 2.Laboratory of Applied Disaster Prevention in Water Conservation Engineering of Jilin Province,Changchun 130012,China)

Abstract：The influence of high photosynthetic efficiency with drip irrigation under mulch and conventional planting patterns is defined by the experiments in Changchun. The results show that not only high maize production can be got , but growth period can be shortened and dynamic growth index can be increased by high photosynthetic efficiency ,and identify suitable irrigation schedules by decision support system for agrotechnology transfer.

Key words：high photosynthetic efficiency; drip irrigation under mulch ; dynamic growth index; corn

文章编号：1003-188X(2016)03-0179-04

中图分类号：S275.6

文献标识码：A

作者简介：高金花(1969-)，女(朝鲜族)，吉林桦甸人，副教授,博士，(E-mail)zgsherry@sina.com。

基金项目：吉林省发改委资助项目(2014817)；长春市科技局资助项目(2013188)；吉林省科技厅资助项目(20140201020JC)

收稿日期：2015-06-04