寒地黑土区喷灌条件下玉米生长和耗水量试验研究

孟 岩，郑文生，孙艳玲

(黑龙江省水利科学研究院，黑龙江 哈尔滨 150080)

我国玉米种植分布广泛，气候差异悬殊，生育期内降雨量和蒸发量差别很大，需要因地制宜制定不同的灌溉制度[1]。我国北方地区，在玉米的生长生育阶段都存在不同程度的缺水问题，需要实施灌溉。黑龙江省地处寒地玉米种植区，玉米播种期在4月下旬—5月上旬，该时期季节性缺水严重，一般需要补充灌溉，以增加土壤墒情。灌水是保证适时播种和出苗的关键，为苗期生长提供适宜的水分条件[2-3]。苗期一般为5月中旬—6月中旬，湿润年份降水能够满足该时期需水要求，一般年份及干旱年份需要进行灌水，保证苗期正常生长。拔节期处于6月下旬—7月上旬，茎叶生长迅速，光合作用加强，结实器官逐步形成，该时期旱、雨季相交，易发生干旱，需根据墒情需要灌水。抽穗期籽粒逐步形成，需水量达到全生育期的最高峰，新陈代谢极强，对水分最为敏感，是需水关键期。灌浆期茎叶养分向籽粒输送，是籽粒形成的主要时期，需要足够的水分，此期缺水受旱将会影响植株养分输送，降低产量。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验在黑龙江省灌溉试验中心站进行。试验中心地处东经125°45′，北纬45°22′，属中温带大陆季风性气候，1999—2017年年平均气温在-4～5 ℃之间，降雨量400～650 mm。2017年生育期平均气温19.5 ℃，各月平均气温见表1。试验在测坑内进行，测坑长2.5 m，宽2.0 m。根据国际制土壤质地分类标准，土壤类型为黑土，0～80 cm剖面土壤均为粉壤土，平均干容重为1.34 g/cm3，平均饱和含水率为46 %，田间持水率为36 %，分层土壤物理特性见表2。

表1 玉米生育期内月平均气温 ℃

表2 土壤物理特性

1.2 试验设计

供试品种为东富1号。5月1日统一播种，试验采用常规种植，种植密度为4.95万株/hm2，9月28日收获测产。本试验主要针对拔节期、抽穗期、灌浆期进行灌溉试验处理，对生育期土壤水分控制分为处理1、处理2、处理3及CK，CK为当地不灌溉自然生长的对照处理，每个处理设3次重复，共12个试验小区，具体试验设计见表3，通过测定土壤含水量来确定灌水时间，灌水时采用喷头喷灌，水表计量，计划湿润层深度拔节期为40 cm，抽穗期和灌浆期为60 cm。

表3 试验处理

注：表中数据为土壤体积含水量占田间持水量的百分比

1.3 试验观测内容

降雨量、0～60 cm土壤水分测定、株高、叶面积、测产和考种。

2 结果与分析

2.1 不同试验处理对玉米叶面积的影响

表4为玉米不同生育期划分情况，不同处理条件下各生育期叶面积变化见图1。

表4 玉米生育期情况

图1 不同处理条件下各生育期叶面积

从不同生育期玉米叶面积变化可以看出，在玉米前期生长阶段，由于植株较小，对水分需求也相对较小，所以各灌溉处理株高长势状况差异并不大[4-5]，进入拔节期后，玉米的叶面积增长较快，拔节期之后到灌浆期前期，玉米叶片的生长处于较为平稳的增长，且处理3的玉米在灌浆期已经出现叶片面积减小的情况，说明这时叶片开始萎缩。从四个处理对比来看，处理3的玉米叶片整体生长比较快，CK处理叶片相对较小且生长较慢。这说明在生育期适当的加大水分会增加叶片面积，加速叶片的生长过程。

2.2 不同试验处理对玉米株高的影响

图2为不同试验处理条件下玉米株高生长情况。综合分析株高与灌水量的关系可知，在苗期及拔节期，玉米株高生长较为平稳，在拔节期之后，玉米株高开始快速增长，各处理株高长势增加幅度明显，并且随着植株生长，对水分的需求越来越大，水分成为制约玉米生长的主要因素[6]；到灌浆期，玉米株高生长速度减慢，渐渐趋于平稳。从四个处理对比来看，处理1、处理2、处理3的玉米株高在整个生育期都略高于CK对照组，说明在各阶段适当增大灌水会使玉米株高增大，但不同时期增大灌水量对玉米成熟期株高影响并不十分明显。

图2 不同处理条件下玉米株高

2.3 不同试验处理下产量及其指标分析

表5为不同试验处理下玉米产量指标情况，从表中可以看出拔节期增大灌水量，玉米穗长、10穗籽粒重、籽实水分和亩产均增大。抽穗期增大灌水量，玉米百粒重减小，秃尖长、10穗籽粒重、籽实水分和亩产增大。灌浆期增大灌水量，玉米秃尖长和百粒重减小，对作物亩产影响不大。

2.4 不同试验处理下耗水量及耗水规律

运用公式(1)水量平衡的方法推求作物耗水量，得到玉米耗水量见表6。

表5 不同试验处理条件下产量指标

ET=M+P+G+W0

(1)

式中：M为作物生育期内净灌溉用水量，mm；P为生育期内有效降水量，mm；G为生育期内地下水补给量，mm；W0为作物生育期始末土壤含水量之差，mm。

表6 不同试验处理下玉米耗水量和水分生产率

喷灌尽管产量较充分，灌溉处理略低，但由于耗水量也低，水分利用率反而高于充分灌溉处理[7]。从整个生育期来看，作物在抽穗期耗水量最小，灌浆期耗水量最大，这是由于不同生育期长短和生育期内降雨量不同所致。抽穗期到灌浆期玉米转入旺盛的生殖生长和产量形成阶段[8]。不同试验处理玉米生育期总耗水量相差不大，试验数据表明在玉米拔节期加大灌水，生育期内总耗水量最小，玉米耗水量最高阶段出现在灌浆期，这和此阶段气温较高、作物代谢较快有关，在玉米拔节期和抽穗期加大灌水会有效提高玉米产量，处理1是在玉米灌浆期高水处理，灌浆期后玉米产量基本形成，对水分敏感程度降低[9]，此阶段加大灌水对提高玉米产量影响不大。处理3在玉米拔节期加大灌水后，不仅提高玉米产量，而且能降低生育期内总耗水量，提高水分生产率，在本次试验中处理3效果最佳。

3 结 论

(1)玉米苗期叶面积增长较快，之后叶片生长处于较为平稳的增长，拔节期株高增长较快，不同时期增大灌水量对玉米成熟期株高影响并不十分明显。

(2)拔节期灌水，玉米穗长增大；抽穗期灌水，玉米秃尖长增大，百粒重减小；灌浆期灌水，玉米秃尖长减小，百粒重减小。

(3)在玉米拔节期加大灌水，生育期内总耗水量最小，玉米拔节期和抽穗期加大灌水会有效提高玉米产量，灌浆期高水处理对提高玉米产量影响不大。本试验处理3为最优试验处理，此结论只是针对一年试验结果，还有待进一步验证，还需根据不同水文年型进一步优化。