黑龙江西部玉米调亏灌溉的节水增产效应

孙继鹏，魏永霞,2,3,4，王艳阳

(1.东北农业大学 水利与建筑学院，哈尔滨　150030；2.黑龙江省高校节水农业重点实验室，哈尔滨　150030；3.黑龙江省粮食产能提升协同创新中心，哈尔滨　150030；4.农业部农业水资源高效利用重点实验室，哈尔滨　150030)



黑龙江西部玉米调亏灌溉的节水增产效应

孙继鹏1，魏永霞1,2,3,4，王艳阳1

(1.东北农业大学 水利与建筑学院，哈尔滨150030；2.黑龙江省高校节水农业重点实验室，哈尔滨150030；3.黑龙江省粮食产能提升协同创新中心，哈尔滨150030；4.农业部农业水资源高效利用重点实验室，哈尔滨150030)

摘要：采取测筒试验，对玉米单生育阶段、连续生育阶段和全生育期进行不同程度的水分亏缺处理，研究了调亏灌溉对玉米耗水量、产量和水分利用效率(WUE)的影响。结果表明：就单生育阶段调亏而言，产量和耗水量之间呈开口向下的二次抛物线关系，苗期中度水分亏缺(水分控制上限为60%)为最佳的灌水处理模式，玉米产量和水分利用效率分别提高了1.23%和11.95%；连续生育阶段和全生育期调亏均对作物的产量有不利影响；全生育期充分灌溉时的产量最高，但水分利用效率较低。

关键词：玉米；调亏灌溉；耗水量；水分利用效率；黑龙江西部

0引言

20世纪70年代，澳大利亚学者提出调亏灌溉的概念：依据作物的遗传学和生态学特征，并将作物的生理和生化学知识作为基础，人为主动地在作物的某一生长阶段施加一定程度的亏水出来，通过改变植物内部的生理和生化过程，来调节光合同化物在不同器官之间的分配，以减少营养器官冗余，从而达到提高水肥利用效率和改善品质的目的[1]。

尽管玉米调亏灌溉的研究很多，但大多数的研究都是以单生育阶段调亏为主，且对黑龙江西部的研究也较少。针对黑龙江省严重的春旱和春夏连旱的实际情况，选择在降雨量极少的作物生长初期，对玉米单生育阶段、连续生育阶段进行不同程度的调亏处理，并设置了全生育期不同的水分亏缺处理，研究对玉米耗水量、产量及水分利用效率(Water Use Efficiency,WUE)的影响，从而得出最优的灌水处理模式，以期为黑龙江省农业水资源的合理高效利用提供技术支持。

1材料与方法

1.1试区概况

试区选择在黑龙江省水利科学研究院综合试验基地，总面积为55hm2；属中热带大陆季风性气候，全年平均气温在-4～5℃之间，无霜期130～140d，年平均降水量在400～650mm范围内，7-9月份是降雨的多发期，约占全年的总降雨量的70%左右，多年平均水面蒸发量约为796mm[5]。

土壤中速效氮(N)的含量为154.4 mg/kg，速效磷(P2O5)和速效钾(K2O)的含量分别为40.1 mg/kg和376.8 mg/kg，土壤pH 值为7.27。50cm土层内的平均田间持水率(占干土重)为28.57%，土壤容重为1.14g/cm3[5]。

1.2试验设计

试验在移动式防雨棚内进行，供试土壤为壤土，玉米品种为“东福1号”，种于内径为50cm、深度为95cm的测筒内。为避免测筒内部土壤与外部进行水分交换，将测筒设计为圆形有底且内部土壤表面与田间地面齐平。采用对比试验的方法，设置20个处理，3 次重复，共计60个测筒。试验于4月28日播种，每个测筒内每隔一定的距离播种5粒，待出苗后至三叶一心期定苗1株(选择最优的植株)，开始进行水分调亏，每天上午8：00对各个测筒内玉米的实际耗水量采用分辨率为0.05kg的电子吊秤进行测定。当各测筒土壤相对含水率低于设计控制上限水平时，用量杯补水到设计控制上限水平，记录各测筒每次灌水量。底肥412kg/ hm2，其中尿素与二铵的比例为2:1，如表1所示。

1.3数据处理

习近平总书记指出：“对一切分裂祖国、破坏社会稳定的行为都要依法打击。”[注]习近平：《依法治藏富民兴藏长期建藏 加快西藏全面建成小康社会步伐》，《人民日报》2015年8月26日，第1版。打击试图分裂国家、危害国家利益、践踏民族尊严的行为，要有法可依，依法打击。通过制定、不断完善和严格执行相关法律，震慑和打击分裂分子、破坏分子。

试验数据用SPSS17.0分析，对不同处理的3次重复值进行方差分析。如果差异显著(p<0.05)，则进行多重比较。各处理之间求取的平均值及图形的绘制均采用Excel 2003进行处理。

表1　玉米不同生育阶段的水分处理方案

土壤含水量是占田间持水量的百分比；处理19作为与不同亏水程度形成对比的对照处理；处理20为充分灌溉，作物的蒸发蒸腾量即为作物的耗水量。

2结果与分析

2.1全生育期调亏效应分析

经SPSS17.0单因素方差分析可知：耗水量和产量的数据显著性明显，各组间数据有明显的区别，如表2所示。从整个生育期的水分调亏处理来看，在全生育期进行重度调亏情况下(处理16，50%)，耗水量和产量与对照处理(处理19)相比均有显著差异(p<0.05)，分别减少了27.36%和39.57%，导致水分利用效率偏低，仅为2.86g/kg。

表2　玉米不同水分处理的耗水量、产量和水分利用效率(WUE)

全生育期轻度调亏(70%)、中度调亏(60%)处理的玉米总耗水量与对照处理差异明显(p<0.05)，耗水量分别减少17.65%和23.39%，产量也达到显著水平(p<0.05)，减产率分别为19.78%和30.90%，水分利用效率为3.34g/kg和3.10g/kg。由此可以看出：在全生育期进行调亏处理，作物的产量减产程度比较大。

全生育期进行充分灌溉情况下(处理20，90%)耗水量最大，达到150.2kg/筒，与对照差异明显(p<0.05)，较对照(146.2kg/筒)高出了2.74%，产量较对照显著(p<0.05)增加了1.60%；但水分利用效率为3.40g/kg，低于对照处理的3.43g/kg，水分得不到充分利用，浪费了水资源。

2.2地 单生育阶段调亏效应分析

从各个生育阶段来看，苗期调亏处理的总耗水量要比其他3个生育阶段调亏处理的总耗水量低。这是由于玉米在苗期保水能力最强，故失水率最小，因此在苗期进行一定程度的水分亏缺，有利于提高幼苗的抗旱性，农业生产中常采用“蹲苗”就是依据这个原理。其中，苗期重度调亏(50%)的处理1和轻度调亏(70%)的处理3分别比对照(处理19)显著(p<0.05)减少了16.69%和7.25%，减产程度较显著(p<0.05)，减产率分别为19.58%和9.69%；而调亏度为60%的处理2，产量与对照相比，显著(p<0.05)增加了1.23%，其水分利用效率达到3.84 g/kg，高于对照(3.43 g/kg)，提高了11.95%。

拔节期重度亏水(处理4)的总耗水量较对照显著(p<0.05)降低了24.83%，减产程度显著(p<0.05)，产量减少了26.49%，但水分利用效率却达到了3.36g/kg。玉米进入拔节期以后，营养生长和生殖生长共同进行，需水强度增加，因此水分含量的多少直接影响着作物在后期生育阶段产量的多少。在拔节期轻度亏水(处理6)的耗水量和产量减少程度都不是很大，但差异显著(p<0.05)，分别减少了12.59%和15.26%，水分利用效率为3.33g/kg，减少了2.92%。

抽雄期重、中、轻度亏水(处理7、8、9)的耗水量分别较对照显著(p<0.05)减少了14.98%、9.99%、8.34%，产量分别显著(p<0.05)减少了23.30%、16.98%、15.67%。抽雄阶段，调亏度为50%田间持水量的处理7减产最为严重，其产量为385g/筒，水分利用效率偏低，为3.10g/kg，较对照显著(p<0.05)降低了9.62%。抽雄期时玉米需水量最大，正处于生长的关键时期。玉米在抽穗开花期缺水，会导致玉米授粉效果不好，降低结实率，甚至会导致抽雄困难等问题，这就是老百姓常说的“卡脖旱”[6]。因此，在抽雄期应充分灌水，否则将会严重影响产量。

灌浆期由于叶面积减小，日耗水量减少，但由于时段较长，阶段耗水量依然较多[7]。与对照相比，处理10(重度调亏)减产明显(p<0.05)，减少了17.32%；处理11(中度调亏)和处理12(轻度调亏)则分别比对照显著(p<0.05)减少了9.03%和7.36%。然而，处理11(中度调亏，60%)的水分利用效率达到3.37g/kg，水分利用效率最高为3.37，接近对照(3.43g/kg)，该处理可作为灌浆期的调亏灌溉指标。灌浆期调亏灌溉减产的原因是由于调亏处理延缓叶片衰老，叶面积和蒸腾速率相对提高，导致玉米茎叶光合产物和积累的大量的营养物质向籽粒输送，只有灌水才会避免或者降低减产现象的发生，因此灌浆期也需要灌溉大量的水。

2.3连续生育阶段调亏效应分析

连续生育阶段(苗期、拔节期)的调亏灌溉其产量和耗水量均低于苗期单独调亏和拔节期单独调亏时的产量和耗水量。与对照相比，重度、中度、轻度调亏处理的产量分别显著(p<0.05)减少了37.45%、29.28%、21.31%，耗水量减少明显(p<0.05)分别为25.24%、21.55%、14.84%。由此可见，耗水量和产量的减产程度均较任何一个单生育阶段的调亏明显，故导致水分利用效率不高，分别为2.87、3.10、3.17g/kg，减少了16.33%、9.62%、7.58%。

2.4玉米产量和总耗水量之间的关系

通过对单生育期阶段各生育期耗水量和产量的数据进行回归分析，绘制出二者之间的关系图(见图1)，并得出相应的关系式为

y=-0.0026x2+2.4212x-429.65

(R2=0.850 5)

(1)

式中x—产量(g/筒)；

y—耗水量(kg/筒)。

图1　玉米产量和耗水量之间的关系

由图1可以看出：玉米产量和耗水量之间呈开口向下的二次抛物线关系；当耗水量为134.0kg/筒、产量为465.62g/筒时，抛物值达到最大，即此时的水分利用效率为3.47g/kg。耗水量低于134kg/筒时，产量随耗水量的降低而降低；耗水量高于134 kg/筒时，产量随耗水量的降低而增加。这说明，过度的水分亏缺会导致玉米产量下降；适度的水分亏缺不仅能降低水分的消耗，还能提高玉米的产量，达到节水增粮的效果。玉米是旱作物，对水分的需求不是很大，只在个别生育阶段需水量较多。试验研究表明：苗期对玉米进行适度的水分亏缺有利于作物根系的生长和后期籽粒的形成。这就是农民常在苗期时对玉米进行“蹲苗”的原因。

3结论

1)苗期中度亏水(60%)时的灌溉处理模式为最佳的灌水模式，产量提高了1.23%，水分利用效率提高了11.95%。抽雄期是需水的关键时期，不宜进行调亏灌溉，否则会影响后期籽粒的成熟。灌浆期中度亏水(60%)可作为该时期的调亏灌溉指标。

2)全生育期调亏处理不利于作物的生长和发育，产量明显降低，水分利用效率不高，不适宜进行调亏灌溉。充分灌溉虽然提高了作物的产量，但是浪费了水资源，水分利用效率(3.40g/kg)低于适宜灌溉时的水分利用效率(3.43g/kg)，违背了本试验的研究宗旨，故不推荐全生育期充分灌溉。

3)连续生育期阶段(苗期、拔节期连续亏水)调亏处理的总耗水量和产量均低于任何一个单生育期阶段的调亏，虽然水分使用减少，但是水分利用效率并不高，较对照分别减少了16.33%、9.62%、7.58%。因此，不建议对作物进行长期亏水。

4)单生育阶段各生育期玉米产量和耗水量之间呈开口向下的二次抛物线关系。当耗水量为134.0 kg/筒、产量为465.62g/筒时，抛物值达到最大。这说明，对于玉米这种旱作物来说，并不是灌水越多越好，适当的灌水更有利于提高玉米的产量和水分利用效率。

参考文献：

[1]郭相平,康绍忠.调亏灌溉—节水灌溉的新思路[J].西北水资源与水工程,1998,9(4):35-40.

[2]谭国波,赵立群,张丽华,等.玉米苗期调亏技术的研究[J].吉林农业科学,2009,34(1):3-4.

[3]Cakir R.Effect of water stress at different development stages on vegetative and reproductive growth of corn[J].Field Crops Research,2004,89:1-16.

[4]张步翀,李凤民,齐广平.调亏灌溉对干旱环境下春小麦产量与水分利用效率的影响[J].中国生态农业学报,2007,15(1):58-62.

[5]王柏. 寒地黑土玉米调亏灌溉和水氮耦合效应研究[D]. 哈尔滨:东北农业大学, 2013.

[6]于振文.作物栽培学各论[M].北京:中国农业出版社,2007:92-130.

[7]朱自玺,侯建新,牛现增,等.夏玉米耗水量和耗水规律分析[J].华北农学报,1987,2(3):52-60.

Effects of Regulated Deficit Irrigation of Maize on Water-saving and Yield-increasing in Western Heilongjiang Province

Sun Jipeng1,Wei Yongxia1,2,3,4, Wang Yanyang1

(1.College of Water and Civil Engineering, Northeast Agricultural University, Harbin 150030,China;2.Key Laboratory of Water-saving Agriculture of Heilongjiang Province, Harbin 150030, China;3.Grain Production Capacity of Collaborative Innovation Center of Heilongjiang Province,Harbin 150030, China;4.Key Laboratory of High Efficiency Utilization Agricultural Water Resources of Ministry of Agriculture,Harbin 150030,China)

Abstract：The experiments of water deficit irrigation for maize were conducted by means of measuring tanks, in which the different degrees of water deficit were supplied in different growth stages of single,continuous and the whole growth period of maize respectively to study the influences of water deficit irrigation on water consumption, yield and water use efficiency (WUE). The results showed that, for single growth stage, the relationship between the yield of maize and the amount of water consumption was quadratic parabola with downward opening, and the treatment of moderate water deficit (the limited maximum soil moisture was 60% of the soil water capacity) in the seedling stage was the best, in which yield of maize and WUE were increased by 1.23% and 11.95% respectively. For continuous growth stage and the whole growth period treatments, the influence of water deficit on crop yield were negative,the highest yield was in sufficient irrigation for the whole growth period, but the WUE was lower.

Key words：maize; regulated deficit irrigation; water consumption; water use efficiency; Western Heilongjiang Province

文章编号：1003-188X(2016)04-0180-05

中图分类号：S274.1

文献标识码：A

作者简介：孙继鹏(1991-)，女，黑龙江讷河人，硕士研究生，(E-mail)sunjp1126@163.com。通讯作者：魏永霞(1961-)，女，黑龙江海伦人，教授，博士生导师，(E-mail)wyx0915@163.com。

基金项目：“十二五”国家科技支撑计划项目(2014BAD12BO1)；东北农业大学博士基金项目(2010RCB65)

收稿日期：2015-05-22