不同生育期微咸水灌溉对玉米生长影响研究

张 勇，毕远杰，郭向红，魏 磊

(1.太原理工大学水利科学与工程学院，太原 030024；2.山西省水利水电科学研究院，太原 030002)

随着社会经济的发展，我国淡水资源供需矛盾越来越突出。同时，我国很多地区分布着大量的微咸水资源，如何合理利用微咸水进行农业灌溉是解决水资源供需矛盾的有效途径之一。微咸水灌溉，一方面可以增加土壤中的水分，有利于作物的生长发育，提高粮食产量[1]；但同时大量的盐分进入土壤，可能会对作物的生长发育产生一定的抑制作用，造成作物最终的减产[2]。近年来，国内外学者从微咸水灌溉水质、供水方式、土壤质地、灌溉制度以及微咸水灌溉对土壤水盐分布及作物的影响等不同角度展开深入研究，取得了一定的进展，为以后合理开发利用微咸水提供一定的指导作用[3-10]。但是，不同作物不同生育期微咸水灌溉对其生长的影响不同。玉米是我国北方地区的主要粮食作之一，但由于北方地区的干旱缺水问题常常导致玉米产量较低，利用微咸水进行灌溉可有效缓解这些地区水资源供需矛盾。因此，本论文在晋中盆地，进行不同生育期微咸水灌溉对玉米生长影响研究，以期为该地区合理进行玉米微咸水灌溉提供指导。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2015年4-10月在山西省水利水电科学研究院节水高效示范基地大棚内进行，试验基地位于晋中盆地的北端，东经112°24′～112°43′，北纬37°36′～37°49′，属暖温带大陆性气候，年均气温9.6 ℃，无霜期170 d，年均日照时数2 675.8 h，年降水量495 mm左右。试验区土壤质地为黏土，土壤容重为1.42 g/cm3，饱和含水率0.50 cm3/cm3，田间持水率为0.31 cm3/cm3。试验基地有深水井和浅水井各一口，深水井井深180 m，浅水井80 m，浅水井地下水矿化度5 g/L，深水井地下水矿化度1.75 g/L。

1.2 试验方案

试验在大棚内采用桶栽形式进行，土桶的直径30 cm，高30 cm。本试验的目的是研究不同生育期微咸水灌溉对玉米生长的影响，因此试验分别在玉米4个生育期(苗期、拔节期、抽穗期和灌浆期)进行不同矿化度微咸水灌溉(3、4、5 g/L)，并以淡水灌溉作为对照处理，共13个处理，每个处理5个重复，试验方案见表1。

表1 试验方案Tab.1 Test scheme

试验玉米的品种为“宁玉一号”，播种时间为2015年4月25日，收割日期为2015年10月5日。试验期间每个处理的灌水量相同，每次灌水量2.4 L/桶，全生育期灌水量37.6 L/桶。3、4 g/L的微咸水由淡水和5 g/L微咸水按一定的比例配成。

1.3 测试项目

从玉米开始出苗后的第7 d开始选取具有代表性的3株测定玉米的各项生长指标，每隔一周测量一次，到全生育期结束。株高采用卷尺测量(精度1 mm)，叶面积采用直尺测定其各叶片纵、横径，用校正系数法计算出总叶面积(K=0.785)。干物质重在试验结束后，选取具有代表性的3株玉米苗放在105 ℃烘箱中杀青30 min，然后在80 ℃的恒温下烘至恒重，进行干物质质量的测定。玉米产量在玉米成熟后，采用电子秤称重。

2 结果分析

2.1 不同生育期微咸水灌溉对玉米株高的影响

株高是直观表现玉米生长情况的主要指标之一，图1为玉米不同生育期进行微咸水灌溉条件下株高随时间动态变化图。由图1可知，所有处理玉米株高随播种后天数的变化规律一致，即株高随着播种后天数增大而增大，在播种后110 d左右基本达到株高最大值，110 d以后株高不再增大。在同一生育期，灌溉水矿化度越高，株高越低。由图1(a)和图1(b)可知，在苗期和拔节期进行不同矿化度微咸水处理灌水对玉米株高明显影响，处理M1、M2和M3比对照CK株高分别减小1.98%、14.85%和24.75%，处理B1、B2和B3比对照CK株高分别减小11.88%、19.31%和33.66%。由图1(c)和图1(d)可知，在抽穗期和灌浆期进行不同矿化度微咸水处理灌水对玉米株高影响较小，处理C1、C2和C3比对照CK株高分别减小0.99%、3.46%和5.94%，处理G1、G2和G3比对照CK株高分别减小0.74%、0.1%和0.34%。由此可见，不同生育期微咸水灌溉对玉米株高影响不同，从大到小顺序为：拔节期>苗期影>抽穗期>灌浆期。

图1 不同生育期微咸水灌溉对株高的影响Fig.1 Effects of brackish water irrigation on plant height in different growth periods

为了定量描述不同处理下玉米株高随时间的变化过程，用Logistic生长函数对其进行拟合，拟合方程如下：

(1)

式中：Z为玉米株高，cm；t为播种后天数，d；A为株高的理论最大值，B、k均为生长系数。

参数拟合结果如表2所示。从表2可以看出，各处理株高时间的变化均符合Logistic生长函数，拟合相关系数R2值均在0.98以上。在同一生育期，灌溉水矿化度越高，参数A和B的值越小，叶面是植物光合作用、蒸腾、呼吸等生理过程的主要载体，因此叶面积是表现玉米生长性状的主要指标之一，图2为玉米不同生育期进行微咸水灌溉条件下叶面积随时间动态变化图。由图2可知，所有处理玉米叶面积随播种后天数的变化规律基本一致，即叶面积随着播种后天数呈先增大而后减小的变化规律，叶面积在播种后100 d左右基本达到最大值，但C1、C2和C3在灌后100 d左右叶面积有所减小，这可能是由于灌浆期实施微咸水灌溉导致部分叶片死亡导致。同时由图2可知，在同一生育期，灌溉水矿化度越高，叶面积越小。由图2(a)可知，处理M1、M2和M3比对照CK叶面积最大值分别减小5.26%、14.28%和16.91%，处理B1、B2和B3比对照CK叶面积最大值分别减小27.81%、32.33%和37.96%，处理C1、C2和C3比对照CK叶面积最大值分别减小7.96%、9.77%和18.79%，处理G1、G2和G3比对照CK叶面积最大值分别减小5.26%、1.50%和4.66%。由此可见，不同生育期微咸水灌溉对玉米叶面积影响不同，影响顺序为：拔节期>抽穗期>苗期>灌浆期。

表2 不同处理下玉米株高随随时间变化函数的拟合结果Tab.2 Fitting results of the function between plant height and time under different treatments

2.2 不同生育期微咸水灌溉对玉米叶面积的影响

图2 不同生育期微咸水灌溉对叶面积的影响Fig.2 Effects of brackish water irrigation on leaf area in different growth periods

为了定量描述不同处理下玉米叶面积随时间的变化过程，式(2)形式的负指数函数对其进行拟合，拟合方程如下：

L=Ae-B|t-c|

(2)

式中：L为玉米叶面积，cm2；t为播种后天数，d；A、B、C均为参数。

参数拟合结果如表3所示。从表3可以看出，各处理叶面积随时间的变化均符合式(2)，拟合相关系数R2值均在0.875以上。式(2)中，参数A表示全生育期叶面积的最大值，由表3可知，在同一生育期，灌溉水矿化度越高，参数A的值越小。

表3 不同处理下玉米叶面积随时间变化函数的拟合结果Tab.3 Fitting results of the function between plant height and time under different treatments

2.3 不同生育期微咸水灌溉对玉米干物质量的影响

图3为不同生育期微咸水灌溉对玉米干物质量对比图。由图3可知微咸水灌溉玉米的干物质量均比对照CK处理的干物质量低，对同一生育期灌溉水矿化度越高，干物质量越低，处理M1、M2和M3比对照CK干物质量分别减小54.16%、66.26%、72.98%，处理B1、B2和B3比对照CK干物质量分别减小56.48%、70.83%和80.21%，处理C1、C2和C3比对照CK干物质量分别减小3.1%、27.05%和62.34%，处理G1、G2和G3比对照CK干物质量分别减小9.30%、21.77%和78.07%。由此可见，不同生育期微咸水灌溉对玉米干物质量影响排序为：拔节期>苗期>抽穗期>灌浆期。

图3 不同生育期微咸水灌溉对玉米干物质量的影响Fig.3 Effects of brackish water irrigation on dry height of maize in different growth periods

2.4 不同生育期微咸水灌溉对玉米产量的影响

图4为不同生育期微咸水灌溉条件下玉米产量图，图中的产量为相对产量，即微咸水灌溉的产量与全淡水处理CK产量的比值。由图4可知，微咸水灌溉玉米的产量均比对照CK处理的产量低，对同一生育期灌溉水矿化度越高，产量越低，处理M1、M2和M3比对照CK产量分别减小31.16%、63.16%和73.19%，处理B1、B2和B3比对照CK产量分别减小42.62%、67.17%和82.76%，处理C1、C2和C3比对照CK产量分别减小11%、24.67%和32%，处理G1、G2和G3比对照CK产量分别减小4.72%、8.5%和24.67%。由此可见，不同生育期微咸水灌溉对玉米产量影响的顺序为拔节期>苗期>抽穗期>灌浆期。

图4 不同生育期微咸水灌溉对玉米产量的影响Fig.4 Effects of brackish water irrigation on maize yield in different growth periods

为了更加直观地看出不同生育期微咸水灌溉对产量影响，采用式(3)建立玉米各生育阶段灌溉水的矿化度与产量的关系：

Y=75-k(M-Mt)

(3)

式中：Y为相对产量，%；M为灌溉用水的矿化度，g/L；Mt当达到淡水灌溉产量的75%时的灌水矿化度值，g/L；k斜率，表示超过灌溉水矿化度的临界值后每增加一个单位矿化度产量下降的百分数。

由表4可知，各生育期灌溉水矿化度与玉米产量的拟合相关系数在0.871以上，符合线性关系。各生育期参数k的大小关系为：拔节期>苗期>抽穗期>灌浆期，并且拔节期和苗期的k明显大于抽穗期和灌浆期，这说明在苗期和拔节期采用微咸水灌溉对玉米产量影响最大。各生育期参数Mt的大小关系为：灌浆期>抽穗期>苗期>拔节期，这说明在苗期和拔节期适宜的灌溉水矿化度较低，抽穗期和灌浆期适宜的灌溉水矿化度较高。

表4 各生育期灌溉水矿化度与玉米产量关系拟合结果Tab.4 Fitting results of the relation between the salinity of irrigation water and maize yield

3 结 语

本文通过对玉米进行不同生育期微咸水灌溉试验分析，得出以下结论：

(1)玉米株高随着播种后天数增大而增大，所有处理玉米株高随时间的变化符合Logistic生长函数，在同一生育期，灌溉水矿化度越高，株高越低，不同生育期微咸水灌溉对玉米株高影响顺序为：拔节期>苗期影>抽穗期>灌浆期。

(2)玉米叶面积随着播种后天数呈先增大而后减小的变化规律，且符合负指数函数。在同一生育期，灌溉水矿化度越高，玉米叶面积最大值越小，不同生育期微咸水灌溉对玉米叶面积影响顺序为：拔节期>抽穗期>苗期>灌浆期。

(3)玉米同一生育期灌溉水矿化度越高，干物质量和产量越低。个各生育期微咸水灌溉水矿化度与玉米产量符合线性关系，苗期和拔节期采用微咸水灌溉对玉米产量影响最大，因此，苗期和拔节期适宜的灌溉水矿化度较低，抽穗期和灌浆期适宜的灌溉水矿化度较高。

[1] 杨从会,王立洪,胡顺军. 咸水膜下滴灌对棉花品质和产量的影响[J]. 人民黄河, 2010，32(2):85-86.

[2] 冯 棣,张俊鹏,申孝军,等. 不同质地土壤咸水造墒对棉花出苗及幼苗生长的影响[J]. 灌溉排水学报, 2013,32(6):12-14,18.

[3] 吴忠东,王全九. 微咸水连续灌溉对冬小麦产量和土壤理化性质的影响[J]. 农业机械学报, 2010,54(9):36-43.

[4] 吴忠东,王全九. 微咸水混灌对土壤理化性质及冬小麦产量的影响[J]. 农业工程学报, 2008,24(6):69-73.

[5] 毕远杰,王全九,雪 静. 微咸水造墒对油葵生长及土壤盐分分布的影响[J]. 农业工程学报, 2009,25(7):39-44.

[6] 乔冬梅，吴海卿，齐学斌，等．不同潜水埋深条件下微咸水灌溉的水盐运移规律及模拟研究[J]．水土保持学报，2007，21(6)：565-574．

[7] 王久生,王 龙,姚宝林,等. 微咸水膜下滴灌条件下水盐对棉花生长的影响研究[J]. 节水灌溉,2012,(12):9-15.

[8] 焦艳平,张艳红,潘增辉,等. 不同矿化度微咸水灌溉对大白菜生长和土壤盐分累积的影响[J]. 节水灌溉,2012,(12):4-8.

[9] Alshammary G H S F. Effect of water salinity on survival and growth of landscape trees in Saudi Arabia[J]. Arid Land Research & Management, 2008,22(22):320-333.

[10] 王 毅,王久生,李爱卓,等. 微咸水膜下滴灌对绿洲棉花生长特征与产量的影响[J]. 节水灌溉,2011,(11):25-27,30.