垄作沟灌条件下不同灌溉制度对土壤水分及制种玉米产量的影响

师学珍，王增丽，温广贵

(1.河南师范大学生命科学院，河南 新乡 453007； 2.武威市中心灌溉试验站，甘肃 武威 733000；3. 武威职业学院机械系，甘肃 武威 733000)

0 引 言

西北地区因其独特的地理气候优势及丰富的光热资源成为农业部首批认定的26个国家级杂交玉米种子生产基地。该区属于典型的无灌溉就没有农业的干旱内陆区。如何实现制种玉米产业快速发展，有效节约灌溉用水已显得尤为紧迫。垄沟耕作方式是一种旱区广泛应用的节水节肥栽培模式。它通过改变地形，拦蓄部分径流，可促进沟中水分向垄上位置侧向运动[1-3]，减小沟内水分垂直运动，因而具有较高的增产、节水和增温效益[4,5]。垄沟耕作方式提高水分利用效率。研究表明[6]，在干旱区全膜垄作沟灌模式下制种玉米产量和水分利用效率分别为7 633.4 kg/hm2和1.25 kg/m3，较全膜平作种植，宽行覆膜平作种植模式节水增产效果显著。目前，有关西北干旱地区垄作沟灌条件下不同灌溉制度对土壤水分及制种玉米产量的影响的研究少有报道。本文通过田间试验，研究垄作沟灌条件下不同灌溉制度对土壤水分及制种玉米产量的影响，分析制种玉米生育期土壤水分动态变化及制种玉米耗水规律，为当地制种玉米生产提供技术指导和理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

该研究在武威市中心灌溉试验站进行，试验站位于东经102°50′，北纬37°52′，海拔1 581 m，属典型内陆干旱荒漠区。多年平均降水量163.2 mm，多年平均蒸发量2 019.9 mm。土壤全氮含量0.44 g/kg，有机质含量6.74 g/kg。土壤质地为粉质壤土，平均土壤密度1.45 g/cm3，田间持水量23.5%。

1.2 试验材料及测定方法

供试品种为富农340，于2013年4月24日种植，9月10日收获，全生育期140 d。父母本种植比例1:5。采用玉米穴播机进行播种，播种量30 kg/hm2，株距20 cm，行距50 cm。

试验采用L9(34)正交设计，试验采用随机区组排列，各处理重复3次。试验因素及水平设置见表1。播前15 d左右起垄覆膜，并在垄两侧每隔30 cm均匀打孔，促进水分入渗。垄沟设计标准：垄高20 cm，垄宽50 cm，沟底20 cm。每垄顶两侧种植两行玉米。基肥施用量尿素262.5 kg/hm2、磷酸二氢铵525 kg/hm2。各种农艺措施参照当地经验进行。

表1 试验处理设置表Tab.1 Distribution of treatments in field

1.3 测定项目与方法

土壤含水量测定：采用取土烘干法测定土壤含水量，0～100 cm土层分[0,20]，(20,40]，(40,60]，(60,80]，(80,100]cm，5层每隔15 d测定1次。

耗水量测定：采用农田土壤水量平衡公式进行计算。灌水量采用水表进行计量。该试验田地下水埋深在40 m以下，可视地下水补给量为0，降水入渗深度不超过1 m，可视深层渗漏为0。水量平衡方程可简化为：

WT=P+I-ΔW

(1)

式中：ET为作物生育期耗水量，mm；P为生育期降水量，mm；I为生育期内灌溉量，mm； ΔW为作物生育期土壤蓄水变化量，mm。

产量及构成要素测定：收获后进行考种，每小区连续取10株测定穗长、秃尖长、穗粗、百粒质量。小区实行单打单收进行测产，并计算水分利用效率(WUE)及收获指数HI。

WUE=Ye/WT

(2)

HI=Ye/Yt

(3)

式中：WUE为水分利用效率，kg/m3；HI为收获指数，%；Ye为制种玉米经济产量，kg/hm2；Yt为制种玉米生物产量，kg/hm2。

1.4 统计分析

采用SPSS15.0对试验数据进行方差分析和显著性检验。

2 结果与分析

2.1 土壤水分分布规律

不同处理制种玉米生育期0～100 cm土壤水分动态变化如图1所示。由图1可知，各处理浅层(0～40 cm)土壤含水量变化规律基本一致，均随制种玉米播后天数的增加呈降低趋势。灌水定额对深层土壤(>60 cm)水分含量的影响显著。随灌水定额增加深层土壤水分含量呈增加趋势，深土壤水分峰值主要出现在生育前期(苗期、拔节期)。随生育周期的增加，制种玉米进入耗水高峰期，处理间土壤水分含量差异减弱。

结果表明，当灌溉定额大于400 m3/hm2时能明显增加深层土壤(60～100 cm)水分含量。蒸发蒸腾作用显著影响浅层土壤水分含量，在制种玉米生育期内，随生育进程的延长土壤水分呈降低趋势。相同灌水定额条件下，增加灌水次数能明显提高深层土壤水分含量。在制种玉米生殖生长期，灌水定额对深层土壤水分含量的影响减弱。处理间土壤水分含量差异不明显。

2.2 制种玉米产量结果

按正交试验设计分析要求，将各处理小区产量(Y1、Y2、Y3)、平均产量(Ye)列于表2。由表可知，制种玉米产量介于2 704.14～4 877.57 kg/hm2。其中，T1产量最低，T5产量最高。不同试验因素相比，灌水定额效应最大，次追肥量效应最小，灌水次数、追肥次数效应居中。Duncan新复极差检验结果表明，灌水定额、灌水次数对产量影响差异显著，次追肥量和追肥次数对产量影响差异不显著。

2.3 制种玉米耗水规律与水分利用效率分析

不同处理制种玉米耗水量、产量及WUE分析见表3。由表可知，各处理制种玉米耗水量介于368.07～523.85 mm。其中，T9处理耗水量最高，T1处理最低。WUE结果表明，各处理水分利用效率介于0.737～1.053 kg/m3。其中，T6、T5处理WUE较T1处理分别提高42.34%、37.84%，且差异具有统计学意义。收获指数(HI)结果表明，T5、T8、T9处理较T1处理(HI)收获指数分别增加55.32%、33.76%和32.51%，差异显著，表明适当增加作物生物学产量可提高作物经济产量。

注：Sd为土壤深度，cm；Ds为制种玉米播种后天数，d；Wc为土壤含水率，%。图1 不同处理制种玉米生育期土壤水分动态变化Fig.1 Dynamic change of soil moisture in seed maize growth period for different treatments

表2 制种玉米产量结果分析 kg/hm2

注：同列有相同字母表示差异不显著(P>0.05)，下同。

2.4 制种玉米产量、耗水量关系分析

将制种玉米产量、耗水量及产量特征值进行相关性分析，结果见表4。由表可知，制种玉米产量与耗水量呈显著正相关关系，相关系数达0.84。产量与穗粗、穗长、秃尖长、穗行数及行粒数各产量特征值呈显著正相关关系。耗水量与穗粗、秃尖长及行粒数各产量特征值呈显著正相关关系。千粒重与穗行数产量特征值呈显著正相关关系。

表3 制种玉米耗水量、产量和WUE分析Tab.3 Comparison analysis of water consumption, yield and WUE on the seed maize

表4 不同处理制种玉米产量、耗水量及产量特征值相关性分析Tab.4 Evaluation indexes of seed maize’s yields for different treatments

注：*，**分别表示P<0.05，P<0.01水平显著相关。

3 讨 论

李波[7]研究结果表明，覆膜沟灌措施下，番茄株高比无覆膜处理增加43%，茎粗增加45%，水分生产率提高56%，产量增长2.77～4.15 万kg/hm2，节水增产效应显著。由于沟灌可有效降低田棵间土壤蒸发量，为达到节水目的，灌溉实施中提倡局部湿润的大定额灌溉[8]。在制种玉米生育期，进行适度水分胁迫有利于提高水分利用效率，这与王珍[9]研究结果相一致。制种玉米生育期耗水量峰值与耗水强度主要出现在拔节期，且提高灌水定额，能显著提高60～100 cm土壤水分含量，这与蒋静[10-12]等研究结果相一致。龚金龙[13]研究结果表明，作物具有稳定的生物学产量是提高经济产量的重要原因，本研究同样也证实了这一结论。相同灌水和施肥条件下，不同水文年对土壤水分及制种玉米产量的影响也不尽相同，不同水肥调控措施对制种玉米产量及水分利用效率的影响有待进一步的试验研究。

4 结 语

垄作沟灌条件下，合理降低灌溉水量有利于提高制种玉米水分利用效率确定合理的灌水定额和灌水次数对提高水分利用效率尤为重要。制种玉米产量与耗水量呈显著正相关关系(R2=0.84)。产量与穗粗、穗长、秃尖长、穗行数及行粒数各产量特征值呈显著正相关关系。垄作沟灌条件下，制种玉米全生育期灌水6次(播后灌水定额500 m3/hm2，拔节期、大喇叭口期、抽穗期、灌浆前期、灌浆后期灌水定额均为400 m3/hm2)，总灌溉定额2 500 m3/hm2，拔节期、大喇叭口期分别追施N肥1次(追肥量150 kg/hm2)的水肥措施作物产量和节水效益最优。

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