滨海盐碱地滴灌玉米生长指标及产量研究

王宁，叶澜涛,2,3,通信作者，周青云,2,3，李松敏,2,3，刘帆,2,3

滨海盐碱地滴灌玉米生长指标及产量研究

王宁1，叶澜涛1,2,3,通信作者，周青云1,2,3，李松敏1,2,3，刘帆1,2,3

（1. 天津农学院 水利工程学院，天津 300384；2. 中美生态农业与水环境保护国际联合研究中心，天津 300384；3. 天津市农业水利工程技术工程中心，天津 300384）

以玉米为试材，采用覆膜、无覆膜对比处理及不同灌水定额（40、70 mm）处理，于2017年4—8月在天津市滨海盐碱地进行试验，分析了滴灌玉米的生长及产量变化规律。结果表明：随着生育期的推进，玉米的株高、茎粗、叶面积指数呈现平稳的变化趋势。不同灌水量不同覆膜条件下，玉米生长指标变化不同。拔节期，4种处理差异显著，具有统计学意义，覆膜玉米较不覆膜玉米的株高、茎粗和叶面积生长迅速；抽雄期，株高、茎粗和叶面积指数覆膜比不覆膜小，覆膜能够抑制玉米的营养生长，提高植株抗倒伏能力，并延长了植株生殖生长的时间，提高了玉米产量。采用Logistic曲线建立盐碱地玉米株高、茎粗和叶面积指数生长模拟曲线，各处理检验结果在78～477之间，拟合方程显著，拟合曲线与实测值都较接近，呈现较好的拉长S形曲线，比较符合Logistic曲线的变化规律。玉米产量构成因素包括有效穗数、穗粒数和百粒重。在产量因素方面，覆膜处理均高于不覆膜处理，覆膜与不覆膜的玉米产量构成因素差异具有统计学意义。

生长指标；产量；玉米；滴灌

目前全球盐碱土面积约10 亿 hm2，约占世界陆地面积的 7.6%。我国为盐碱地大国之一，盐渍地面积约占耕地面积的 10%。土壤盐碱化已经成为当今世界最严重的危害之一。天津作为滨海城市，其土壤盐碱化问题严重，是全国最严重的缺水城市之一，盐碱地的治理及水资源有效利用成为重点研究问题。

玉米地膜覆盖技术在我国农业生产上已经普及30多年，是一种成熟的高产栽培技术。滴灌技术在玉米生产上推广应用从2007年起开始提速。目前已形成将滴灌与地膜覆盖两种栽培形式有机结合的膜下滴灌玉米高产栽培技术。很多学者研究了盐碱地膜下滴灌玉米的生长、生理和水分盐分利用情况，以寻找更适合于盐碱地的灌溉和栽培方式[1-5]。本研究以玉米为试材，采用覆膜及不覆膜两种处理，设置不同灌水定额，研究滴灌条件下天津市滨海盐碱地玉米生长情况，以对该地区盐碱地的有效治理提供理论支撑。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验区位于天津市津南区葛沽镇，试验区面积为50 m×9.3 m，东经117°14′32′′～117°33′10′′，北纬38°50′02′′～39°04′32′′。该区位于华北地区渤海沿岸，属暖温带半湿润季风型大陆性气候，光照充足，季风显著，四季分明，雨热同期。春季多风，干旱少雨；夏季炎热，降雨集中；秋季天高，气爽宜人；冬季寒冷，干燥少雪。年均日照时数为2 659 h，年平均气温11.9 ℃，最热在7月，平均气温为25.9℃，极端最低温度为-20.5℃，年均无霜降天数206 d，年均地面温度14.5℃，年均降水量556.4 mm，多集中在6—7月，年均相对湿度64%。2017年玉米生长期降雨量为247.7 mm。

1.2 试验设计与方案

供试作物为春玉米‘郑单958’，2017年4月22日播种，8月14日收获，全生育期115 d，株距25 cm，行距60 cm。滴灌采用一行一管设置，滴灌带间距60 cm，管径1.6 cm，滴头间距30 cm，工作压力0.1 MPa，滴头流量1.38 L/h。播种耕地储水灌溉按当地常规进行，本试验采用覆膜（F）和无覆膜（L）对比处理，设两种灌溉处理，灌水定额分别为40 mm（I10）和70 mm（I20）（表1）。每处理3次重复，共设FI10、FI20、LI10、LI20四种处理，12个处理小区。试验区布置如图1所示。

表1 春玉米生育期内灌水时间与灌水定额 mm

生育阶段（灌水时间）拔节期（6月10日）拔节期（6月15日）大喇叭口期（7月10日）灌水定额 I1010102040 I2020203070

图1 试验区布置图（单位：m）

1.3 观测指标与分析方法

（1）植株生长指标：每小区固定选取3株有代表性的样本，悬挂标记牌，自玉米出苗后每隔 7 d测一次株高、茎粗、叶面积。

（2）春玉米干物质及产量测定：春玉米成熟收获后，各试验小区随机选取2 m2的试验田，收获其上所有果穗，并从4个处理中分别选取5株代表性的植株，考种指标包括穗长、秃尖长、穗粗、穗行数、行粒数、穗粒重、穗轴重、百粒重。测产采取小区单打单收方法测定。

（3）数据分析

试验数据利用 Microsoft Excel 2010系统软件进行处理，利用SPSS 23.0软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 玉米株高变化规律

株高是衡量作物生长量的基本指标之一。由图2可以看出，随着生育期的推进，玉米株高呈现先增加后缓慢平稳的变化趋势。苗期植株生长缓慢，抽穗期前期速度加快，在抽雄前期达到最大值，之后又缓慢平稳。不同灌水量不同覆膜条件下，玉米株高变化不同。幼苗期没有进行灌溉，不同灌溉处理之间差异较小，在幼苗期与抽穗期，覆膜与露地种植之间差异较大，FI20处理玉米的生长速度比LI20处理高30%，FI10处理玉米的生长速度比LI10处理高40%，充分说明了覆膜的保水和保温作用能够促进玉米的生长；在抽雄期，FI20处理的玉米达到株高最大值的时间比LI20处理提前7 d，且LI20玉米株高比FI20高20%。苗期各处理株高差异具有统计学意义；拔节期，植株生长较快，不同处理间差异显著，差异具有统计学意义；在抽雄期，株高达到最大值，各处理之间差异较大，差异具有统计学意义；在灌浆期，玉米生长基本停止，各处理之间差异较大，差异具有统计学意义。

图2 不同处理玉米株高变化情况

注：图中不同小写字母表示在0.05水平下具有差异显著性。下同

2.2 玉米茎粗变化规律

由图3可以看出，随着生育期的推进，玉米茎粗呈现不断增大的变化趋势，在幼苗期和抽穗前期，玉米茎粗不断增长，在抽雄期达到最大值，灌浆期趋于平稳。不同灌水量不同覆膜条件下，玉米茎粗指标区别较大。幼苗期，相同灌水量条件下，FI20比LI20高1.43倍，FI10比LI10高1.9倍；抽穗期，相同灌水量条件下，FI20比LI20高1.2倍，FI10比LI10高1.3倍；灌浆期，相同灌水量条件下，FI10比LI10高1.28倍。苗期各处理茎粗开始生长，各处理差异具有统计学意义；拔节期，不同处理间差异显著，差异具有统计学意义；抽雄期和灌浆期茎粗达到最大值，茎生长基本停止，各处理之间差异较大，差异具有统计学意义。

图3 不同处理玉米茎粗变化情况

2.3 玉米叶面积指数变化规律

由图4可以看出，随着生育期的推进，玉米的叶面积呈现先增大后减小的变化趋势，幼苗期与抽雄期，叶面积随着玉米的营养生长而生长，到抽雄后期，叶面积达到最大值，冠层下层叶子老化大于新叶的生长，叶面积减小。幼苗期，相同灌水量条件下，FI20比LI20高2.4倍，FI10比LI10高3.8倍；抽穗期，相同灌水量条件下，FI20比LI20高1.3倍，FI10比LI10高2.3倍。苗期各处理叶面积增长缓慢，各处理差异具有统计学意义；拔节期，不同处理间差异显著，差异具有统计学意义；抽雄期和灌浆期叶面积达到最大值，各处理之间差异较大，差异具有统计学意义。

图4 不同处理玉米叶面积指数变化情况

2.4 不同处理玉米株高Logistic生长模型

Logistic曲线是由比利时数学兼生物学家P.F.Verhulst于1838年首先提出，美国生物学家、人口统计学家Pearl应用它对生物繁殖和生长过程进行了大量研究[6]。此后被应用于植物生长过程，包括干物质生长、叶面积动态以及作物群体生长动态等方面的模拟研究[7-9]。

采用广泛应用于作物生长模拟的Logistic曲线建立了盐碱地玉米株高生长模拟曲线。以生育旬数为自变量，分别以株高、茎粗和叶面积指数为因变量，建立玉米株高、茎粗和叶面积指数生长的Logistic模拟模型，模拟结果见图5和表2。Logistic曲线方程见公式（1）。

式中：为因变量；为自变量；为增长极限，用来表征系统变化的顶值；为截距系数，用来表征着基础状态参数；为增长率系数，用来表征系统状态趋近顶级的速度。

由表2可知，检验结果在78～477之间，拟合方程显著。茎粗、叶面积指数曲线拟合与株高相似，以株高为例绘制Logistic 曲线拟合图，如图5。由图5可以看出，每个处理的拟合曲线与其实测值都较接近，呈较好的拉长S形曲线，比较符合Logistic曲线的变化规律，表明Logistic曲线可以很好地模拟盐碱地玉米的株高、茎粗和叶面积指数生长。

表2 玉米株高、茎粗和叶面积指数动态指数增长Logistic 曲线模型拟合结果

指标处理KabFR 2 株高LI202312.5640.881187.6110.959 LI101582.1030.885108.3730.931 FI102040.8580.893369.7290.979 FI202200.9030.891338.6700.977 茎粗LI204.80.5630.611354.6980.978 LI104.30.9990.576133.8750.944 FI104.70.3420.625202.3040.962 FI204.80.2410.601200.6170.962 叶面积指数LI204.97.7410.440171.0170.955 LI104.019.2900.448158.6290.952 FI104.03.1270.485 78.2750.907 FI204.52.9400.482477.7400.984

图5 不同处理株高增长Logistic曲线拟合图

2.5 玉米产量因素分析

玉米产量构成因素包括玉米的有效穗数、穗粒数和百粒重。由表3可见，灌水定额40 mm时，地膜覆盖较露地种植产量显著增加了1.4倍，穗粒数增加了71%，百粒重增加了41%；灌水定额70 mm时，地膜覆盖较露地种植产量增加了6.7%，穗粒数增加了2.6%，百粒重增加了4.0%。露地种植条件下，灌水定额70 mm的玉米产量比灌水定额为40 mm的产量增加了1.2倍，穗粒数增加了63%，百粒重增加了34%；覆膜条件下，灌水定额40 mm的玉米产量比灌水定额70 mm的产量增加3.4%，穗粒数增加了2.1%，百粒重增加了1.2%，说明覆膜能够显著提高产量，在覆膜条件下，适量的灌水量更加有助于产量的增加，而不是灌水越多越好。表明覆膜与不覆膜的玉米产量构成因素差异具有统计学意义。

表3 不同处理玉米产量指标

处理有效穗数穗粒数百粒重产量 个∙hm-2粒gkg∙hm-2 LI20296459.00±54.037a26.25±1.198b35.7±2.0a LI10296281.00±100.694b19.66±0.127c16.4±1.6b FI10296481.00±80.595a27.63±0.384a39.4±6.4a FI20296471.00±43.156a27.29±0.512ab38.1±2.1a

3 讨论

在抽雄期，玉米营养生长结束，转为生殖生长，覆膜能够抑制玉米植株的生长，提高植株抗倒伏能力，并延长了植株生殖生长的时间，将更多的营养物质输送给果实，提高玉米产量。茎粗越大，表明植株的抗倒伏性越强，为玉米增长提供了有力保证。覆膜较不覆膜叶面积指数有较大增长，利于构建作物光合体系，促进产量增长。本研究结论与以往的研究结论一致[10-13]。

覆盖栽培措施不仅具有抑制返盐和杂草生长的农田生态效应，而且还能促进作物生长发育和丰产早熟[14]，已成为旱作农业生产中协调水热资源重要的栽培措施之一[14-16]。目前，地膜覆盖作为主要的增温、保墒栽培模式，应用范围已经扩大到所有适宜的区域和作物，取得了显著的增产效果，并且其对产量的影响是不同的[17-18]。

从产量三要素看，覆膜玉米的有效穗数、穗粒数和百粒重较不覆膜均有较大增加，与张丹等的研究结论一致[18]。覆膜栽培方式可提高作物产量29. 4%～112. 4%[19]。

从生长指标及产量看，玉米覆膜处理优于不覆膜处理，覆膜使玉米生长发育所处的环境发生了改变，从而对玉米个体发育和群体动态产生了影响，使其生长发育规律有了很大变化。玉米覆膜后，地膜阻隔了土壤水、气、热向空气中的传播，促进了土壤微生物活动和土壤养分的分解释放，形成了一个新的生态系统。覆膜与不覆膜相比，玉米植株高大粗壮，干叶片数多，结穗部位低，抗倒伏。因此，覆膜处理是通过提升与强化各个性状来提高玉米产量[20]。

4 结论

随着生育期的推进，玉米的株高、茎粗、叶面积指数呈现先增加后缓慢平稳的变化趋势。不同灌水量不同覆膜条件下，玉米生长指标变化不同。在拔节期，4种处理方式差异显著，差异具有统计学意义，覆膜玉米较不覆膜玉米生长迅速，株高、茎粗和叶面积均不断增加；在抽雄期，覆膜玉米的株高、茎粗和叶面积比不覆膜小，覆膜能够抑制玉米的营养生长，提高植株抗倒伏能力，并延长了植株生殖生长的时间，提高了玉米产量。

采用广泛应用于作物生长模拟的Logistic曲线建立盐碱地玉米株高、茎粗和叶面积指数生长模拟曲线，各处理的玉米株高、茎粗和叶面积指数生长曲线检验结果在78～477之间，拟合方程显著。本文以株高为例绘制Logistic 曲线拟合图，各处理的拟合曲线与其实测值都较接近，呈现较好的拉长S形曲线，比较符合Logistic曲线的变化规律。茎粗、叶面积指数曲线拟合与株高相似。

玉米产量构成因素包括玉米的有效穗数、穗粒数和百粒重。产量因素方面覆膜处理均高于不覆膜处理，覆膜与不覆膜的玉米产量构成因素差异具有统计学意义。

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Research on growth index and yield of drip irrigation maize under different drip irrigation and cultivation methods in coastal saline alkali soil

WANG Ning1,2, YE Lan-tao1,2,3,Corresponding Author, ZHOU Qing-yun1,2,3, LI Song-min1,2,3, LIU Fan1,2,3

（1. College of Water Conservancy Engineering, Tianjin Agricultural University, Tianjin 300384, China; 2. Sino-US International Joint Research Center for Ecological Agriculture and Water Environment Protection, Tianjin 300384, China；3. Tianjin Agricultural Water Conservancy Engineering and Technology Center, Tianjin 300384, China）

In this experiment, with corn as a test material, the drip irrigation test（film mulching, without film mulching and drip irrigation quota 40, 70 mm）was carried out in the coastal saline alkali soil of Tianjin city in April-August 2017. The growth and yield changes of drip corn were analyzed. The results showed that the plant height, stem diameter and leaf area index increased first and then changed slowly and steadily with the development of maize. Under the conditions of different irrigation amounts and different film mulching, the growth index of maize were different.At jointing stage, there were significant differences among the four treatments, and the difference was statistically significant. The plant height, stem diameter and leaf area of plastic film mulching grew faster than those without film mulching.The three factors of film mulching at heading stage, plant height, stem diameter and leaf area index were smaller than those without film mulching. Film mulching could inhibit the vegetative growth of maize, improve the lodging resistance, prolong the reproductive growth time and increase the yield of maize. Simulated growth curve of maize plant height、stem diameter and leaf area index in saline-alkali soil was established with Logistic curve. The results of each treatmenttest were 78-477, the fitting equation was significant, the fitting curve and the actual measured value were all close, showing a faily good elongated S shape curve, which was in accordance with the change law of the Logistic curve. Corn yield components include spike number per acreage, grain number per spike and 100 kernel weight. The yield factors of film mulching treatment were higher than that of non-film mulching treatment, and the difference of maize yield between film mulching and non-film mulching was statistically significant.

growth index; yield; corn; drip irrigation

1008-5394（2019）04-0089-06

10.19640/j.cnki.jtau.2019.04.018

S275.8

A

2019-05-13

国家自然科学基金项目（51609170）；大学生创新创业训练计划项目（201710061014）

王宁（1995-），男， 本科在读，主要从事节水灌溉研究。E-mail:1825922516@qq.com。

叶澜涛（1982-），女，讲师，硕士，主要从事节水灌溉理论与技术研究。E-mail:yltao@163.com。

责任编辑：宗淑萍