不同灌水量对大兴安岭东麓东北春玉米产量及水分利用效率的影响

张德健，路战远，程玉臣，李 福，王玉芬，郑海春，王 瑞，徐润邑，孟 德

（1.内蒙古大学 生命科学学院，内蒙古 呼和浩特 010070；2.牧草与特色作物生物技术教育部重点实验室，内蒙古呼和浩特 010070；3.内蒙古自治区农牧业科学院，内蒙古 呼和浩特 010031；4.内蒙古土壤肥料和节水农业工作站，内蒙古呼和浩特 010010；5.山西省土壤肥料工作站，山西 太原 030002；6.宁夏回族自治区农业技术推广总站，宁夏 银川 750001；7.内蒙古自治区农业技术推广站，内蒙古 呼和浩特 010010）

内蒙古阿荣旗地处大兴安岭东麓，为典型黑土地区，由于风害频发，该地区黑土受到严重风蚀，土壤蓄水能力下降[1]，加之，受温带大陆季风气候影响，春旱时有发生[2]，导致土壤含水量逐年降低。阿荣旗以东北春玉米为主栽品种，而玉米全生育期需水较多，但该地区常采用传统大水漫灌方式灌水，地表水分蒸散量大，因此，玉米作物产量不稳定、水分利用效率低[3]，导致其经济发展受到严重阻碍。为此，研究玉米种植水分利用效率，能够为解决干旱导致的作物减产问题提供理论依据[4]。

为明确不同灌水量对大兴安岭东麓地区东北春玉米产量和水分利用效率的影响，本试验以阿荣旗为代表地区，以东北春玉米为试验材料，并对人工给水和自然降水进行监测记录，同时结合玉米产量进行水分利用效率计算，旨在为提高大兴安岭东麓地区玉米产量提供技术支持，为东北春玉米需水规律的研究提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2018年在内蒙古阿荣旗那吉镇进行，供试土壤为黑土，土壤平均有机质含量为47.20g/kg、平均全氮含量为2.36g/kg、平均有效磷含量为23.18mg/kg、平均速效钾含量为163.8mg/kg。该地区属于温带大陆性半湿润气候，年平均气温1.7℃；年平均降水量458.4 mm，主要集中在6—8月，约占全年降水量的70%；年均蒸发量1 455.3 mm。2018年阿荣旗5—10月平均降水量见图1。

图1 2018年阿荣旗5—10月平均降水量

1.2 试验设计

供试作物为东北春玉米，供试品种为丰单三号，种植密度为60 000株/hm2，行距0.6 m，小区间距1.0 m，设置5个不同灌水梯度（表1），分别为：灌水量1 000 m3/hm（2W1）、灌水量1 500 m3/hm（2W2）、灌水量2 000 m3/hm2（W3）、灌水量2 500 m3/hm2（W4）、灌水量3 000 m3/hm2（W5）。3次重复，共计15个小区，小区面积为28 m2，随机区组排列。玉米全生育期有效降水量为337.3 mm。播种前施磷酸二铵20 kg、尿素4 kg 做基肥，拔节期追肥尿素450kg/hm2。

表1 灌水时间和灌水量

1.3 测量指标与方法

1.3.1 土壤含水量测定 采用铝盒烘干法分别测定玉米拔节期、灌浆期和成熟期0～10 cm、10～20 cm、20～40 cm和40～60 cm土层的土壤含水量。

1.3.2 土壤容重测定 采用环刀法测定玉米拔节期、灌浆期和成熟期0～10 cm、10～20 cm、20～40 cm和40～60 cm土层的土壤容重。

1.3.3 产量测定 于成熟期时，各处理均收取20 穗长势均匀且大小相当的玉米，进行鲜重测量，测得鲜重后采用脱粒机进行脱粒，然后测定籽粒产量。

式（2）中，WUE为作物水分利用效率[kg/（m3·mm）]；y为玉米籽粒产量（kg/hm2）；ET为作物耗水量（m3/hm2）。

其中，ET 计算公式如下：

式（3）中，P为玉米全生育期内有效降水量（mm），I为灌溉水量（mm）；ΔS为土壤贮水消耗量（mm），土壤贮水消耗量为灌水前土壤贮水量和灌水后土壤贮水量的差值。

土壤贮水量计算公式如下：

式（4）中，d为土层厚度（cm），w为土壤含水量（%），r为土壤容重（g/cm3）。

1.3.5 农艺性状测定 包括株高、穗粒数、单株粒重和千粒重等指标的测定。

1.4 数据分析

试验数据采用Microsoft Excel 2016 统计软件处理，使用SPSS分析软件对所得数据进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同生育时期下不同灌水量对土壤含水量的影响

不同灌水条件下各生育时期灌水前后土层含水量变化动态如表2所示，拔节期灌水前的土壤含水量为9.97%～17.34%，灌浆期为15.44%～19.98%，其中，灌浆期0～10 cm、20～40 cm土层下各处理间无显著差异（P＞0.05），但10～40 cm土层下W2处理土壤含水量均高于其他灌水处理；通过对灌水后土壤含水量比较发现，拔节期土壤含水量为17.48%～30.21%，灌浆期为29.87%～40.21%，除灌浆期40～60 cm土层外，拔节期及灌浆期W1、W2处理各土层土壤含水量均高于W3、W4处理，且在0～20 cm土层内，拔节期及灌浆期W1、W2处理的土壤含水量高于其他处理；通过对成熟期各土层土壤含水量比较发现，0～10 cm和20～40 cm土层下W5处理的土壤含水量显著高于其他处理（P＜0.05），而10～20 cm土层下W5处理土壤含水量仅小于W2处理，且二者差异不显著（P＞0.05）。

2.2 不同灌水量对各土层土壤容重的影响

不同灌水量对土壤容重的影响如图2所示，0～10 cm土层下，各处理土壤容重表现为W2＞W1≈W4＞W3＞W5，各处理间无显著差异（P＞0.05）；在10～20 cm土层下，各处理土壤容重表现为W2≈W4＞W1≈W3＞W5，各处理间无显著差异（P＞0.05）；在20～40土层下，各处理土壤容重表现为W3＞W1≈W4＞W2＞W5，各处理间无显著差异（P＞0.05）；40～60 cm土层下，各处理土壤容重表现为W3＞W1＞W4＞W2≈W5，W2处理的土壤容重显著低于W1、W3、W4处理（P＜0.05），但与W5处理间无显著差异（P＞0.05）。

2.3 不同灌水量对东北春玉米产量的影响

由表3可以看出，当灌水量为1 500 m3/hm2时，W2处理的产量最高，为14.55 t/hm2，且显著高于（P＜0.05）其他处理；当灌水量为2 000 m3/hm2，W3处理的产量最低，为12.98 t/hm2，且显著低于（P＜0.05）其他处理。通过对本试验各处理的玉米产量进行方差分析可知，不同灌水量对东北春玉米产量的影响存在显著差异（P＜0.05）。

2.4 不同灌水量对东北春玉米水分利用效率的影响

由图3可以看出，不同灌水量对水分利用效率的影响表现为：灌水量为1 500 m3/hm2（W2处理）时，水分利用效率达到最大，为6.7kg/m3，且W2处理的水分利用效率显著高于（P＜0.05）其他处理；灌水量为2 000 m3/hm2（W3处理）时，水分利用效率最低，为3.6kg/m3，且显著低于（P＜0.05）W1、W2、W5处理。

表2 不同生育时期下不同灌水量对土壤含水量的影响

图2 不同灌水量对土壤容重的影响

2.5 不同灌水量对东北春玉米农艺性状的影响

由表4可以看出，不同灌水量对株高的影响依次表现为W2＞W3≈W5＞W4＞W1，其中，W2处理与W3、W5处理间无显著差异（P＞0.05），与W4、W1处理存在显著差异（P＜0.05）；不同灌水量对穗粒数的影响依次表现为W2≈W4＞W3＞W1＞W5，且W2处理与W4处理之间无显著差异（P＞0.05），但二者与其他3组处理间均存在显著差异（P＜0.05）；不同灌水量对单株粒重的影响依次表现为W1≈W2＞W4＞W3＞W5，W1处理与W2处理间无显著差异（P＞0.05），W3处理与W4处理间无显著差异（P＞0.05），但两组处理间存在显著差异（P＜0.05），且两组处理均与W5处理存在显著差异（P＜0.05）；不同灌水量对千粒重的影响依次表现为W2＞W3＞W1＞W5＞W4，其中，W2处理的千粒重最大，且显著高于（P＜0.05）其他处理，W4处理的千粒重最低，但与W5处理无显著差异（P＞0.05），与W1、W2和W3处理间存在显著差异（P＜0.05）。

表3 不同灌水量对东北春玉米产量的影响

图3 不同灌水量对东北春玉米水分利用效率的影响

表4 不同灌水量对东北春玉米农艺性状的影响

3 讨论

东北春玉米是阿荣旗主栽作物之一，玉米产量对当地经济发展具有重要意义。玉米水分利用效率是影响玉米高产的重要因素[5-7]，由于地区差异及气候因素的不同，至今仍未有学者对该地区最佳灌水量及灌水次数进行明确规定。有研究表明，灌水处理能够有效降低土壤容重，且随着灌水量的增加，土壤容重能够得到明显改善[8]。岳绚丽等[9]研究表明，玉米生育时期灌水量的大小直接影响玉米产量的高低；陈丽君等[10]在玉米膜下滴灌不同补水处理对其产量影响的研究中发现，当在三叶期、苗后期及拔节期进行3次补灌，补灌总量为621.3 m3/hm2时，玉米水分利用效率及产量均达到最佳；陈帅宏[11]在黑龙江肇州试验站对玉米灌水制度进行了研究，结果表明，玉米全生育时期灌水量为800 m3/hm2时，水分利用效率达到3.65kg/m3，产量达到14.712 t/hm2；本试验研究发现，东北春玉米灌水量为1 500 m3/hm2时，可达到最佳水分利用效率，同时产量达到最高，该结果与陈帅宏[11]研究结果产生差异的原因可能是由于地区主栽玉米品种不同及气候因素不同所致[12]；范凤翠等[13]在覆膜沟灌下灌水量对日光温室番茄生长动态、产量及水分生产效率影响的研究中指出，在一定范围内作物产量会随着灌水量的增多而增加；张凯等[14]在河南省新乡市进行灌水处理对夏玉米水分利用及产量影响的研究中发现，不同灌水处理对玉米的水分利用效率和产量的影响十分明显，即产量随着灌水量的增加而增加，而水分利用效率则表现为适量灌水会对水分利于效率产生最佳影响，该结论与本试验结果不同，究其原因可能是由于新乡地区土壤水分年蒸散量较大，为典型水浇地，玉米种植需水量较大导致。除此之外，另有学者研究发现，玉米水分利用效率还与光照及土壤性质显著相关性[15-16]，本文未进行报道，需待进行下一步探究。

4 结论

试验表明，东北春玉米田灌水量为1 500 m3/hm2时，阿荣旗玉米水分利用效率最高，为6.7kg/m3；产量最高，为14.55 t/hm2；对玉米株高、穗粒数及单株粒重也可产生较佳影响。

本试验初步明确了大兴安岭东麓地区玉米生长最适灌水量，基本掌握了东北春玉米生长的需水规律，不仅为阿荣旗东北春玉米种植灌水技术提供了理论基础，同时也为阿荣旗节水农业提供了实践基础。