春玉米不同品种耗水特性及水分利用效率差异研究

刘化涛，黄学芳，池宝亮 ，郑秀清，陈军峰

(1．太原理工大学水利科学与工程学院，太原 030024；2．山西省农业科学院旱地农业研究中心，太原 030031)

水资源亏缺是限制北方农业可持续发展的主要因素，山西省水资源总量为123.8 亿m3，人均、公顷均占有水量分别为381和2 700 m3，大大低于全国平均水平[1]，而农田灌溉是山西省用水大户，但农业用水资源少且效率低下，全省灌溉水利用系数只有0.46[2]，因此，提高有限水资源的利用效率成为发展节水农业的研究热点。

玉米已成为山西省种植面积最大的作物，但多数地区玉米需水与降雨时期错位明显、耦合度较低[3-4]，导致一些品种的产量潜力并未得到充分开发，水分利用效率存在提升空间，一个节水又高产的玉米品种在吸水、耗水和产量形成上有明显的经济优势，水分利用效率在种间差异可达30%～100%[5]；所以，针对品种的需水耗水特性进行研究在生产上有重要意义。杨涛等通过盆栽控水试验研究了正常供水和中度胁迫下12个玉米品种的耗水特性及水分利用效率差异[6,7]，张雪峰也在盆栽控水条件下研究了5个玉米品种的水分利用效率，为选育和推广抗旱节水品种提供生理基础[8]；上述研究均在盆栽条件下进行，但针对品种间大田群体效应下的耗水特性、水分利用效率等方面的研究，尚鲜有报道。因此，本试验在半干旱区大田条件下，选用生产上主推和新近育成的密植型春玉米杂交种，对丰水年型下不同品种的耗水特性、产量及水分利用效率差异进行对比分析，为该区选择节水、高产型玉米品种提供基础，并对该区灌溉制度研究提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2012年在山西省农业科学院东阳试验基地进行，该区位于晋中市榆次区东阳镇西阳村北，属晋中盆地潇河冲积平原区，地势平坦，水源充足，是传统的粮菜产区，气候条件属典型的温带大陆性季风型气候，一年四季分明，年均日照时数2 639 h，年均气温约9.8 ℃，1月均温-6.1 ℃，7月均温23.5 ℃，年均降水量430.2 mm，年最大降水量624.9 mm，年均无霜期154 d。土壤类型为潮土，有机质在1%左右，pH 8左右。

1.2 试验设计

试验采用随机区组设计，供试品种选用：大丰30、先玉335、郑单958、康地4574、富友968、潞玉36、迪卡M9、京科968、晋单65、利民33共10个密植型玉米品种；播种时按照统一密度6 万株/hm2种植，行距60 cm，株距27 cm；小区面积为30 m2，长6 m，宽5 m；3次重复，共30个处理。播前每小区用肥量为过磷酸钙600 kg/hm2，硝酸磷肥1 200 kg/hm2，作为底肥一次施入。2012年4月25日播种，9月30日收获。田间管理与大田生产一致。

2012年试验地4-9月降雨量分析表明(图1)，玉米全生育期内降雨量为393.1 mm，大于多年平均降雨量348.4 mm，因此为丰水年型，且从降雨分布可看出，玉米生育期内有效降雨频次高，雨量分布均匀，在各阶段均能满足玉米对水分的需求。

图1 试验地玉米生育期降雨资料分析

1.3 测定项目与方法

土壤水分含量：测定0～2 m土层含水量，每20 cm为1层，0～20 cm采用TDR水分测定仪测定，20～200 cm采用中子水分仪测定，在小区中心位置埋设中子管，播种后、收获前测定，间隔15 d及生育阶段始末测定。

产量：收获时在小区中间行连续取20株果穗，室内考种(穗长、穗粗、穗行数、穗行粒数、子粒水分、百粒重)，计算产量。

耗水量：按照农田水量平衡方程计算：

ET=W1-W2+I+P+G

式中：ET表示农田耗水量，mm；W1为生育期始土壤贮水量；W2为生育期末土壤贮水量；I为生育期灌水量；P为生育期降雨量；G为地下水补给量。

试验地生育期内未进行灌溉，因此I=0；试验区地下水埋深80 m，因此G=0。

水分利用效率：为作物产量Y与农田耗水量ET的比值，即WUE=Y/ET。

1.4 数据处理与分析

数据处理、绘图与分析采用Excel、DPS统计分析软件。

2 结果与分析

2.1 不同春玉米品种间耗水特性差异分析

表1中数据分析表明，不同品种不同生育时期，其耗水特性不同；全生育期耗水量上，潞玉36最高，达398.5 mm，利民33最低，为370.1 mm，方差分析表明(表2)，潞玉36、郑单958及利民33三者之间差异达显著水平(P<0.05)，其余处理间差异不显著；生育时期耗水量上，各品种均为灌浆期耗水量最多，成熟期最少。

表1 春玉米不同品种间生育期耗水特性差异分析 mm

表2 春玉米不同品种全生育期耗水量方差分析

各生育时期不同品种的耗水量变异特性可采用极值比Ka和变异系数Cv值来表示。Ka=Xmax/Xmin，其中Xmax为系列数据最大值，Xmin为系列数据最小值，Ka值越大，生育时期品种间耗水量变化幅度越大，反之则越小；表1中看出，各品种在拔节期(Ka=1.306)和抽雄期(Ka=1.306)耗水量变化幅度较大，其余各时期变化幅度较接近，所以，品种对拔节期至抽雄期的土壤供水能力最敏感；

2.2 不同春玉米品种间产量及水分利用效率差异分析

图2中可看出，品种间产量以大丰30最高，达14 541 kg/hm2，利民33最低，为11 005.1 kg/hm2；方差分析表明(表3)，大丰30与迪卡M9及利民33之间产量差异达显著水平(P<0.05)，其余品种间差异均不显著。

图2 春玉米不同品种间产量及水分利用效率分析

水分利用效率方面，除先玉335和迪卡M9外，各品种高低变化基本与其产量高低趋势保持一致(图2)，其中大丰30最高，达38.8 kg/(hm2·mm)，迪卡M9最低，为29.3 kg/(hm2·mm)，而先玉335则高于郑单958但低于康地4574；说明不同品种的水分利用效率与产量之间有较好的一致性，产量高，一般水分利用效率也较高，反之，则较低。

表3 春玉米不同品种产量方差分析

2.3 春玉米各品种耗水量及水分利用效率关系分析

图3中以产量为横坐标，以耗水量为纵坐标，相交于各自平均值(表4)，将坐标图划分为4个象限，并在图中标出各品种的对应位点；结果表明，大丰30、富友968、先玉335属于高产低耗水型品种，康地4574、郑单958属于高产高耗水型品种，潞玉36、晋单65、京科968属于低产高耗水型品种，而迪卡M9和利民33则属于低产低耗水型品种。

图3 不同品种耗水量与产量二维图

图4中以耗水量为横坐标，以水分利用效率为纵坐标，相交于各自平均值后(表4)，将坐标图划分为4个象限，并在图中标出各品种的对应位点；结果表明，大丰30、富友968、先玉335属于低耗水高水分利用效率型品种，康地4574、郑单958属于高耗水高水分利用效率型品种，潞玉36、晋单65、京科968属于高耗水低水分利用效率型品种，而迪卡M9和利民33则属于低耗水低水分利用效率型品种。

图4 不同品种耗水量与水分利用效率二维图

综上分析认为，大丰30、富友968、先玉335为高产、高水分利用效率、低耗水型品种，其中尤其以大丰30、富友968为最优；康地4574、郑单958、潞玉36、晋单65、京科968则产量较为接近，但均为高耗水型品种；迪卡M9和利民33产量低、耗水低，但水分利用效率也较低；因此，在品种选择时，应结合区域土壤水分条件来种植适宜的品种，以保证在获得稳产、丰产的同时，兼顾水资源的利用效率。

3 讨论与结论

在水资源匮乏地区，为解决节水与高产之间矛盾，农田玉米的耗水特性与水分利用效率是节水农业的研究热点；研究表明，深耕深松可以提高土壤的蓄水能力，促进根系对深层土壤水分的吸收利用，进而提高水分利用效率[9-13]；秸秆和地膜覆盖可以改变作物的耗水规律[14-16]，减少农田蒸发的无效耗水[17-19]；而种植密度则与农田耗水量呈二次抛物线关系，所以，因地制宜的合理密植才能提高土壤水分利用效率[20-23]；灌溉及降雨年型不同则直接影响农田水分蒸散和生产效率，在玉米需水关键阶段，相同灌水频率时，耗水量随灌水量的增加而增加，相同灌水量时，耗水强度随灌水频率的增加而增加[24-28];品种间水分利用效率差异在12%-19%，所以应将品种与灌溉制度优化结合[29]；上述研究针对的玉米品种均较少且单一。

表4 不同品种产量、耗水量、水分利用效率分析

本试验研究结果表明，不同品种间，耗水特性不同，全生育期耗水量以潞玉36最高，利民33最低；各品种对拔节期至抽雄期的土壤供水能力最敏感，同时也是造成品种间耗水量差异的主要时期，不同品种的水分利用效率与产量之间有较好的一致性，因此，大丰30、富友968、先玉335为高产、高水分利用效率、低耗水型品种，迪卡M9和利民33为低产、低水分利用效率、低耗水型品种；康地4574、郑单958、潞玉36、晋单65、京科968则产量较为接近，但均为高耗水型品种。

节水农业其科学目标可概括为提高水的利用率和水分利用效率[30]。生物节水技术研究以提高植物自身的水分利用效率为主要核心，主要措施有调整作物类型、品种和种植制度；培育优良抗旱品种；按照作物需水规律来进行非充分灌溉等[31]。因此，优选抗旱节水品种是农艺及生物节水的重要措施。本试验初步探讨了大田条件下不同玉米品种间耗水特性及水分利用效率差异，但受气候土壤特点等限制因素，不同区域性的适宜节水高产型品种选择及灌溉制度制定，仍待进一步研究。

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