扬黄灌区不同覆膜滴灌方式对玉米生长及产量的影响

李骏奇，孙兆军,2，焦炳忠

(1.宁夏大学土木与水利工程学院，银川 750021；2.宁夏大学环境工程研究院，银川 750021)

温度、光照、降雨量都是影响玉米生长发育的环境因素，温度主要影响玉米营养生长阶段，是决定玉米生育过程的主要因素，而降雨量则主要影响玉米生殖生育期的进程[1]。

研究结果表明：与裸地种植相比，覆膜可以提高表层地温、降低农田地表的蒸发、显著提高春玉米的出苗率和水分利用效率，增加春玉米经济产量[2]。水肥一体化灌溉，有利于精准施肥，提高化肥利用效率[3]。覆膜还提高土壤内生物酶的活性，改良作物种植土壤的水热环境，协调作物生长所面临的低温胁迫和干旱胁迫，明显降低作物病害威胁[4—6]。近年来微灌尤其是滴灌技术在西北干旱区农业生产中得到广泛应用，而地下滴灌可以减少土表蒸发损失，既满足植被正常生长需求，又不易塞堵输水管，降低成本，提高劳动效率[7]。并且地下滴灌的灌溉过程不易扰动土壤结构，可以较好地保持作物根部松软透气的土壤环境，而灌溉管道埋于地下，避免了阳光暴晒等各类地表腐蚀和人为窃盗破坏[8]。

国际上也将覆膜和滴灌技术广泛运用在了各类经济作物，美国佛罗里达大学的Lucas G. Paranhos等[9]对大白菜覆膜滴灌研究表明：使用塑料薄膜覆盖结合滴管技术可以帮助减轻大白菜移栽造成的温度和光照不足缺点，提高肥料和水分的利用效率，提高大白菜产量。巴西利亚大学的Marcus V. S. Coelho等[10]研究覆膜滴灌与喷灌对草莓生育状况的影响，结果表明地膜覆盖下的滴灌相比喷灌，明显降低草莓花叶枯萎病和果实腐烂病的发生率。在染病初期，有机覆盖物比塑料地膜覆盖处理，花叶枯萎和病果率降低76%。

众多研究表明，膜下滴灌技术可以改善土壤水热循环，提高农田灌溉水利用效率，提高农作物产量，但还缺乏对膜下滴灌与作物最优伴膜生长种植模式的分析，覆膜浅埋式节水滴灌技术尚且存在较大的研究空间。

试验以提高土壤温度和农田灌溉水利用效率为中心，利用覆膜保墒手段和水肥一体式的精准节水滴灌方式相结合来对玉米各项生育指标和产量进行研究，从田间土壤水、热循环角度研究滴灌玉米覆膜节水增产机理,分析玉米全生育时期内各项生长指标以及试验区内土壤各项理化性质，提高干旱地区玉米节水灌溉效率，为宁夏扬黄灌区等干旱缺水地区高效利用降水资源、增加经济效益提供参考。

1 试验材料与方法

1.1 试验区概况

本试验于2016年在宁夏回族自治区南部山区同心县王团镇科技园区内进行，园区气候为中温带半干旱大陆性气候。该地区气候干旱，年平均降水量较少，仅为272.6 mm，而年平均蒸发量较大，为2 325 mm。年平均气温8.6 ℃，多年平均日照3 024 h，无霜期120～218 d。

试验区土壤为沙壤土，土壤密度1.43 g/cm3，全氮0.65 g/kg，全盐0.25 g/kg，有机质8.10 mg/kg，全磷0.77 g/kg，速效磷21.65 mg/kg，速效钾170.00 mg/kg， pH值7.83，田间持水率为23.11%。

1.2 试验设计

试验作物选择为当地常见品种先玉335饲料玉米，将可以实现精准节水灌溉目的的浅埋式滴灌与可以实现土壤保水保墒效果的地膜覆盖结合作对比试验。保证各试验小组同时播种,生育期间采取相同的施肥和灌溉制度。设计4种试验模式, 每种模式3次重复,共12个小区随机区组种植，具体种植方式如下：每个小区长9 m，宽5 m，面积45 m2。相邻小区间设1 m宽隔离带，防止各试验小区之间水热环境相互影响。试验田四周分别种植3行同品种玉米，预防周边农田异种玉米串粉，影响试验田产量。

田间浅埋滴灌设备选择内镶贴片式滴灌带，管带充水后外径16 mm。贴片式内镶滴头间距0.3 m，利用1.5 kW潜水泵坝内抽水，稳定工况下滴头流量2 L/h，浅埋式滴灌带平均埋入深度为5.0～5.5 cm。

(1)膜内浅埋式滴灌(UF)。如图1所示，试验小区宽窄行设计，宽行0.7 m，窄行0.3 m，宽行正中央埋入滴灌带。玉米植株宽行种植，每小区种植10行玉米，分别播种于5条滴灌带两侧0.15 m，株距按滴头0.3 m一孔一株，种植密度为6.66 万株/hm2。选取宽度0.9 m地膜覆满宽行，依宽窄行分界线压实。

(2)膜侧浅埋式滴灌(FS)。试验小区设计及覆膜方式参照图1，区别为滴灌带窄行埋入，玉米距滴灌带两侧分别0.15 m处种植。

(3)无膜浅埋式滴灌(NF)。试验小区设计及覆膜方式参考图1，区别为采取不覆膜处理。

(4)无膜地表滴灌(CK)。试验小区设计及覆膜方式参考图1，区别为采取不覆膜及滴灌带地表铺设处理。

1.3 水肥指标

播种前的基肥采取人工施肥的方法，将磷酸二氢铵(150 kg/hm2)，磷酸钾复合肥(225 kg/hm2)撒于地表，随翻地过程施入土壤。分别于苗期—拔节期、抽雄期—灌浆期追加磷酸二氢钾(525 kg/hm2)。5月6日翻地平土，进行试验小区规划和滴灌带的埋设，滴灌带平均埋设深度控制在5 cm；5月8日播种，采用人工手持鸭子嘴播种，每穴1～2 粒种子，播完表层覆土轻压实；5月18日检测出苗(UF)，10月6日收获，全生育期为166 d。

玉米生育期内的灌溉水量分配如下：苗期5 mm(10%)、拔节期15 mm(30%)、抽穗期15 mm(30%)、灌浆期15 mm(30%)。

全部小区采用水罐溶肥，用施肥器使肥随灌溉水施入田间，施肥前先灌水30 min，使小区灌溉系统平稳运行，保证施肥均匀性和防止施肥浓度高而烧苗，施肥结束后灌水冲洗灌溉系统。

1.4 观测项目

(1)土壤温度和含水率。使用曲管地温计测量土壤温度。分别选取膜内滴灌、膜侧滴灌和无膜滴灌处理各2个小区，每个小区安装1组曲管地温计;埋设深度分别为5,10,15,20,25 cm;埋设位置为行上2株玉米之间;地温计观测时间为每日06∶00-20∶00每隔2 h记录一次。

分别在苗期、拔节期、抽雄期、吐丝期和灌浆期，用烘干法测定0～100 cm土层土壤含水量，每20 cm为一土层。

(2)出苗时间及出苗率。自播种3 d后起开始观测各小区玉米出苗状况，自区内玉米出苗开始记录出苗率。当小区内出苗率达到80%以上并且无明显变化时记为出苗时间。

(3)株高、茎粗、叶片数。每小区随机选取长势良好的玉米植株5 株，用直尺以玉米植株根茎分界线为起点，依据植株长势量至植株自然生长最高点，记录植株高度；由根部以上第1节，用游标卡尺测量植株纵径与横径，记录植株茎粗；清数植株每一片自然展开的叶子总数，记录植株叶片数。

(4)叶面积指数、干物质积累量。在玉米苗期、拔节期、抽穗期、吐丝期和灌浆期，每小区随机选取长势良好的玉米植株3株，用卷尺测量每一片自然展开叶子的长度与宽度，然后带回室内用网格交叉法测量叶片的实际面积，用叶片的实际面积除以长和宽的乘积确定修正系数(一般为0.74～0.76)，来计算叶面积指数(LAI)。在玉米苗期、拔节期、抽穗期、吐丝期和成熟期分别测定玉米植株地上部分的干物质质量，成熟期时分茎叶、籽粒测试。植株取样点位置与株高测点相同。取整个植株样品(地上部分)在105 ℃杀青0.5 h，然后在70 ℃下干燥至恒质量，称量植株干物质质量。

(5)产量及水分利用效率。考种取样在每个小区按等间距(10 m)布置4个观测点，每个测点取2行，每行取3株，共6株(样方面积为2×3×0.65 m×0.33 m=1. 287 m2)，测量穗粒数，风干后脱粒，测定百粒重、含水率，产量折算为质量含水率14%的标准产量。

水分利用效率(WUE)的计算公式为：

WUE=Y/ET

式中：WUE为水分利用效率，kg/(hm2·mm)；Y为单位面积玉米产量，kg/hm2；ET为作物蒸发蒸腾量，m3/hm2。

1.5 试验数据处理

各项基础试验数据由电脑导入，分析工具借助MATLAB、AutoCAD 2014以及Microsoft Office Excel等进行数据的整理分析及图表绘制工作。

2 试验结果分析

2.1 土壤温度及出苗情况

图2给出苗期不同覆膜处理20 cm深度土壤温度的典型日变化规律。从图2中可以看出，覆膜处理的植株全生育期土壤温度均高于不覆膜处理，且这一变化在苗期最为明显。与无膜滴灌相比，覆膜处理可以提高地表温度，尤其是膜内浅埋式滴灌处理，平均温度比无膜处理提高2.4 ℃，日间气温差距最明显时段出现在下午14∶00-16∶00，最大温差为2.7 ℃。由此可见，覆膜处理营造了更有利于植株生长发育的温度条件。

图2 苗期20 cm深度土壤温度的典型日变化

表1给出不同处理下玉米出苗率统计情况。从表1中可以看出，覆膜滴灌处理的出苗率明显高于不覆膜处理，在覆膜处理中，UF的出苗率又高于FS。其中，UF的出苗时间为5月18日，比FS提前1 d，比NF和CK提前3 d。可见，覆膜处理可以加快玉米的出苗时间，提高玉米出苗率，其中以UF效果最好。

表1 玉米出苗率统计

2.2 玉米植株生育指标

2.2.1 株 高

从图3可以看出，各处理在苗期株高走势差别较小，自拔节期(7月4日)开始，各处理株高存在明显规律为UF>FS>NF>CK，抽雄期(7月21日)后，植株光合作用产生的有机物质主要用于果实的灌浆，株高于成熟期趋于稳定时，UF、FS、NF的平均株高分别较CK增高了46.5%、32.2%、16%。其中覆膜处理的平均株高增幅十分明显，而浅埋滴灌处理相对地表滴灌处理，也会提高玉米植株的株高。其中，在7月21日—8月9日(抽穗期—灌浆期)，覆膜处理的玉米植株株高仍有小幅度的增长，而无膜处理的玉米植株株高增长在这一时期几乎停滞。

图3 玉米株高变化

2.2.2 叶片数及叶面积指数

玉米植株的叶片是其进行光合作用的主要器官，通过有机质的积累促成玉米的最终产量。叶片数以及叶面积指数可以反映玉米的生育、灌浆以及产量状况。图4和图5分别给出不同处理植株的叶片累计数以及叶面积指数变化规律。从图4可以看出，覆膜的2种处理与无膜的2种处理叶片数具有明显差别，不同覆膜方式之间也具有一定差距，而无膜处理的NF与CK之间，叶片数无明显变化。UF、FS、NF和CK成熟期叶片数分别为17、15、14和14片。UF、FS与CK相比较处理各增加了3片、1片。

图4 叶片累计数变化

图5 叶面积指数变化

从图5可以看出，各处理的叶面积指数随植株的生育过程递增。是否采取覆膜处理对叶面积指数影响较为明显，而单一因素下，UF与FS之间以及NF与CK之间，从苗期到拔节期(6月2日-7月4日)，叶面积指数差异不大。植株成熟期叶面积指数UF>FS>NF>CK，UF、FS、NF在成熟期相比较CK分别增加了18.9%、14.4%、4%。

2.3 地上部分干物质积累量

图6给出各处理植株地上部分干物质积累量随各生育期的变化规律。从图6中可以看出：在苗期—拔节期主要是营养器官的分化与根系的建立，此阶段各处理地上部分干物质积累量无明显区分；从抽雄期开始，各处理开始出现明显区分，并在灌浆期区别最为明显，UF、FS地上部分干物质积累量明显高于NF、CK。覆膜处理对地上部分干物质积累量的影响较大，浅埋滴灌处理相对地表滴灌也有一定影响，灌浆期以果实的灌浆与物质积累为主，水分需求量大，此时期缺水会造成减产。成熟期的地上部分干物质积累量，UF、FS、NF分别比CK增加了9.7%、6.8%、4.2%。

图6 地上部分干物质积累量

2.4 产量及水分利用效率

根据王团镇当地历史气象统计，近年来玉米生育期(5-9月)的平均有效降水量(大于5 mm)为 234 mm。表2给出各试验处理玉米实际产量与各项灌溉指标。从表2得出：各处理玉米实际产量比较为UF>FS>NF>CK，且UF、FS、NF比CK分别高出12.9%、8.2%、2.6%；膜内处理比膜侧处理、无膜处理分别高出4.7%、10.3%；浅埋式处理比地表处理高出2.6%。

表2 玉米实际产量与各项灌溉指标

各处理采用相同的灌水定额，但实际需水量存在差异：CK实际需水量最多，产量最低，需水量从高到低依次为CK>NF>FS>UF，FS处理比UF处理需水量高0.63%。群体WUE在覆膜方式下差异明显，在是否浅埋处理下差异较小，UF处理比FS、NF和CK处理分别高5.0%、11.8%和15.2%；灌溉水分生产效率从高到低依次是UF>FS>NF>CK。

3 结 论

(1)覆膜处理全生育期土壤温度均高于不覆膜处理，且在苗期最为明显。与无膜滴灌相比，覆膜处理可以提高地表温度，膜内浅埋式滴灌处理提高玉米出苗率效果优于膜侧浅埋式滴灌处理。覆膜处理营造了更有利于植株生长发育的温度条件，加快玉米的出苗时间，提高玉米出苗率。

(2)覆膜和浅埋滴灌处理营造了有利于玉米生长的土壤水、热环境，相比无膜地表滴灌处理，植株的株高、叶片数均有增加。株高于成熟期趋于稳定，植株光合作用产生的有机物质主要用于果实灌浆，UF、FS、NF的平均株高分别较CK增高了46.5%、32.2%、16%。覆膜处理的平均株高增幅十分明显，而浅埋滴灌处理相对地表滴灌处理，也会提高玉米植株的株高。

覆膜处理可以增加植株叶片数量，有利于植物有机质的积累，而浅埋式滴灌相对于地表滴灌，对叶片数量的影响不大。

各处理的叶面积指数随植株的生育过程递增，覆膜处理可以明显提高叶面积指数。而UF与FS之间以及NF与CK之间，苗期至拔节期的叶面积指数差异不大。成熟期叶面积指数UF>FS>NF>CK，UF、FS、NF在成熟期相比较CK分别增加了18.9%、14.4%、4%。

(3)苗期至拔节期主要是营养器官的分化 与根系的建立，此阶段地上部分干物质积累量各处理之间无明显区分；而在灌浆期区别最为明显，UF、FS地上部分干物质积累量明显高于NF、CK。成熟期的地上部分干物质积累量，UF、FS、NF分别比CK增加了9.7%、6.8%、4.2%。覆膜处理对地上部分干物质积累量的影响较大，浅埋滴灌处理相对地表滴灌也有一定影响，灌浆期以果实的灌浆与物质积累为主，水分需求量大，此时期缺水会造成减产。

(4)各处理玉米需水量从高到低依次为CK>NF>FS>UF，实际产量比较为UF>FS>NF>Ck，且UF、FS、NF比CK分别高出12.9%、8.2%、2.6%；膜内处理比膜侧处理、无膜处理分别高出4.7%、10.3%；浅埋式处理比地表处理高出2.6%；灌溉水分生产效率从高到低依次是UF>FS>NF>CK。覆膜方式对群体WUE影响明显，是否采取潜埋处理对群体WUE影响不大。

[1] 刘月娥,李少昆. 玉米对区域光、温、水资源变化的响应研究[D]. 北京：中国农业科学院，2013.

[2] 王罕博. 沟植垄盖春玉米生长动态与水分耗散结构[D]. 北京：中国农业科学院，2013.

[3] 李 桢，王佳玮，雷利国，等. 地膜覆盖对辣椒地土壤氮素的影响[J]. 中国农学通报，2016,(21).

[4] 窦超银,康跃虎,万书勤,等. 覆膜滴灌对地下水浅埋区重度盐碱地土壤酶活性的影响[J]. 农业工程学报，2010,(3).

[5] 马忠明,白玉龙,薛 亮,等. 不同覆膜栽培方式对旱地土壤水热效应及西瓜产量的影响[J]. 中国农业科学，2015,(3).

[6] 赵 静,陈晓飞,席联敏,等. 水稻覆膜灌溉对生态环境的影响研究[J]. 灌溉排水学报，2005,(3).

[7] 刘荣秀,苏德荣. 地下滴灌技术在高尔夫球场草坪中的实践应用[J]. 中国农学通报，2011,(13).

[8] 程先军,许 迪,张 昊. 地下滴灌技术发展及应用现状综述[J]. 节水灌溉，1999,(4).

[9] Lucas G Paranhos, Charles E Barrett, Lincoln Zotarelli, et al. Planting date and in-row plant spacing effects on growth and yield of cabbage under plastic mulch[J]. ScientiaHorticulturae, 2016,202:49-56.

[10] Marcus V S Coelho, Flavio R Palma, Adalberto C Cafe-Filho. Management of strawberry anthracnose by choice of irrigation system, mulching material and host resistance[J]. International Journal of Pest Management,2008,54(4).