膜下滴灌不同种植密度对玉米生长及水分利用的影响

刘秋丽，王永红

(山西省水利水电科学研究院，太原 030002)

玉米是山西主要的粮食作物之一[1]。据国家统计局山西调查总队的最新调查，2016年山西省玉米种植面积为162.48 万hm2[2]。干旱是制约玉米高产的关键因素[3]。水资源短缺限制了山西北部地区玉米的生长，对玉米产量影响较大。高效节水灌溉技术是研究玉米节水高产的重要组成部分[4]。膜下滴灌是将覆膜种植与滴灌相结合，是能够利用少量的水达到节水、保墒、保温、保产增产等的高效节水灌溉新技术[5]。近年来，膜下滴灌技术在我国大部分地区得到广泛应用，有效缓解了玉米生育期的干旱缺水问题，提高水分利用效率[6]。目前，膜下滴灌条件下玉米种植模式的研究较多，但在玉米种植密度上的研究较少[7-11]。为此在大同市阳高县北徐屯乡南徐屯村进行田间试验，研究不同种植密度对膜下滴灌玉米特性、产量和土壤水分、耗水特性、灌溉水分利用效率及效益的影响。为玉米膜下滴灌科学合理种植提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 试验区概况

试验区位于大同市阳高县北徐屯乡南徐屯村。供试土壤为耕种硫酸盐盐化草甸土，土层3 m以上土壤质地为砂壤土和轻壤土，肥力水平较低。供试土壤主要物理化学性质如表1所示。

表1 供试土壤理化性状

Tab.1 Physical and chemical properties of the tested soil

取样层次/cm有机质/(g·kg-1)全氮/(mg·kg-1)有效磷/(mg·kg-1)速效钾/(mg·kg-1)碱解氮/(mg·kg-1)盐分容重/(g·cm-3)pH0～3013.90.675.4851655.41.48.1

1.1.2 供试作物及种植方式

玉米品种选用适合当地密集种植的利民33号。播种前基施磷酸二氢钾 450 kg/hm2。采用宽窄行的“一膜一带二行玉米”种植模式，其中窄行覆膜，膜内玉米行宽40 cm，宽行间距60 cm，见图1。每种植12行玉米作为一个小区。出苗后按当地习惯进行田间管理。4 月 6日播种，9月底收获。

图1 玉米膜下滴灌种植模式图(单位：cm)Fig.1 Schematic diagram of drip irrigation under corn film

1.2 试验设计

试验设计7.5、8.25、9 万株/hm23个膜下滴灌玉米种植密度处理。玉米生育期灌溉方式、灌水日期相同。整个生育期灌水4次、灌水定额225 m3/hm2。分别在拔节期(7月9日)、抽穗期(7月31日、8月17日)、灌浆期(8月28日)灌水。每个处理均作3次重复试验，共计9个小区。

1.3 测试指标及方法

(1)玉米生长性状测定。每小区选5株有代表性的玉米挂牌，分别在6月15日、7月10日、7月29日、8月17日、8月28日、9月12日用卷尺量测玉米的叶长、叶宽、株高。用米格纸测量叶子的叶面积系数，然后计算玉米的叶面积指数。

(2)品质及产量测定。采取烘干法测定干物质含量。玉米收获后按实收测产。用烘干法测籽粒含水率。

(3)土壤含水率测定。每个试验小区的观测点均是在滴灌管下、膜下玉米株间、两膜中心。利用Star-S406水分观测仪以10 cm为步长观测至80 cm深。

(4)玉米灌溉水分利用效率[12]。

IWUE=Y/I

(1)

式中：IWUE为玉米灌溉水分利用效率，kg/m3；Y为玉米籽粒产量，kg/hm2；I为玉米生育期灌溉定额，m3/hm2。

1.4 数据分析

利用 SPSS11.7统计软件进行数据分析，最小显著差异法(LSD)进行多重比较，origin8.0软件作图。

2 结果与分析

2.1 玉米生长特性

2.1.1 玉米的叶长、叶宽

本项目在每个小区选取5株玉米，分别测试叶长叶宽，全生育期共测6次，给出了不同种植条件下玉米生育期所有叶长叶宽的平均值，如图2和图3所示。

图2 生育期玉米叶长变化曲线Fig.2 Growth curve of corn leaf length during growth period

图3 生育期玉米叶宽变化曲线Fig.3 Change curve of corn leaf width during growth period

由图2和图3可看出，膜下滴灌灌水定额、灌水日期均一致的条件下，种植密度对玉米的叶长、叶宽有一定影响。叶片长、宽均随时间的增加而增加。7月10日之前不同处理玉米叶片长、宽的长势差异性很小，之后差异显著。全生育期内玉米叶长、叶宽均是在8月中旬之前增长速率较大，之后增长缓慢。密度8.25 万株/hm2玉米的叶长较大，与其他处理差异显著。密度7.5、9 万株/hm2玉米的叶长长势基本一致，差异较小。3个密度处理下玉米的叶宽长势差异较小。

2.1.2 玉米叶面积指数

从图4看出，种植密度，灌溉方式对玉米叶面积指数有一定程度的影响。叶面积指数反应试验区玉米整体生长情况，直接关系到玉米产量高低。3个处理下玉米的叶面积指数均随时间增加呈由小到大再稍减小的趋势。7月29日左右达到生长峰值，之后随时间略有下降。密度8.25 万株/hm2的玉米叶面积指数最大，7月29日达到峰值，其值在5.86。7.5 万株/hm2次之，9 万株/hm2处理最小。种植密度影响玉米的叶面积指数。密度低，叶面积指数则低。过度密植，则玉米长势稠密影响玉米整体透光度，叶面积指数则低。

图4 生育期玉米叶面积指数变化曲线Fig.4 Change curve of maize leaf area index during growth period

2.1.3 玉米株高

利用 SPSS 17软件对玉米全生育期内的株高数值进行统计分析，用单变量及 LSD方法进行均数间的两两比较。

由表2可以看出，种植密度的大小影响玉米植株对水分养分的吸收，进而影响植株的株高。全生育期内，密度8.25 万株/hm2处理玉米株高较高，长势较好，与其他处理之间差异显著。到8月28日时，与7.5、9 万株/hm2的处理相比，株高分别增加10.6、12.3 cm。玉米株高的增长速度趋势是先快后慢，株高随时间的增加先增大后稍减小至不再随时间变化。因为玉米苗期、拔节期以及抽穗前期生长速度较快，抽穗之后开始果实的灌浆生长，株高不再变化。

表2 生育期玉米的平均株高cm

Tab.2 Average plant height of growing maize

处理名称生育期0615071007290817082809127.50万株/hm252.7a130.7a238.3a245.3a238.7a231.7a8.25万株/hm261.0b160.0c247.3c245.3a249.3c239.3b9.00万株/hm260.3ab132.3b230.3b232.3b237.0b232.3a

注：表中数据后同列不同小写字母表示差异显著(α= 0.05)；下表同。

2.2 土壤水分运移

由图5可看出，不同玉米种植密度下土壤含水率随时间的变化趋势总体一致，呈波浪形曲线变化。全生育期以密度7.5 万株/hm2处理的土壤含水率最大，8.25 万株/hm2处理的土壤含水率最小，其中7.5、9 万株/hm2这两个处理的土壤含水率差异不大。玉米拔节期、抽穗期土壤含水率变化幅度较大，且在7月29日测得的含水率最大，灌浆期土壤含水率减小。这是因为拔节、抽穗期玉米处于生长旺盛时期，由于灌溉次数增加使得土壤含水率增大。

图5 全生育期含水率随时间的变化曲线Fig.5 Curve of water content with time in the whole growth period

图6给出了不同处理下玉米在拔节期、抽穗期、灌浆期的土壤剖面含水率。由图6看出玉米不同生长期土壤垂向含水率变化幅度稍有不同，但各生育期0～80 cm 土层土壤含水率变化总体趋势基本一致。在0～50 cm土层范围内土壤含水率随土层深度的增加而增加，50 cm土层以下反之。土壤含水率大小顺序：7.5 万株/hm2>9 万株/hm2>8.25 万株/hm2。各生育期垂向0～50 cm土层含水率变幅较大，各处理间含水率差异显著。50～80 cm土层含水率呈下降趋势，变化幅度较小，各处理间含水率差异较小。

图6 土壤剖面含水率Fig.6 Soil profile moisture content

2.3 产量及水分利用率

表3为3个种植密度处理下玉米的干物质特性、产量、耗水、灌溉水利用效率及效益。由表3看出，膜下滴灌3个密度处理的玉米叶片干重、茎干重、产量、灌溉水分利用率及效益均有一定差异。7.5 万株/hm2玉米的单株茎干重、单株籽粒干重最大。因为种植密度低，玉米的透光性好，单株吸收水氮量大，有利于玉米生长。密度8.25 万株/hm2玉米单株叶干重、茎干重、产量、灌溉水分利用率及效益最大，与其他处理之间差异显著。7.5 万株/hm2次之，9 万株/hm2最小。密度8.25与7.5、9 万株/hm2相比，分别增产14.77%、32.45%，田间耗水量分别减少82.04、74.23 m3/hm2，灌溉水分利用率分别增加1.13、2.14 kg/m3，效益分别增长1 619.61、3 083.37 元/hm2。可见，其他条件相同，种植密度大小影响玉米的生长，进而影响玉米产量及灌溉水分利用效率。综上认为膜下滴灌种植密度8.25 万株/hm2，灌水定额225 m3/hm2，是本试验条件下“利民33号”较适宜的种植密度。

表3 玉米的产量、灌溉水分利用率(IWUE)

Tab.3 Corn yield and water use efficiency

处理单株叶干重/g单株茎干重/g单株籽粒干重/g实际产量/(kg·hm-2)耗水量/(m3·hm-2)IWUE/(kg·m-3)效益/(元·hm-2)7.50万株/hm225.65a54.32a162.51a6852.75a4238.52a7.61a4139.41a8.25万株/hm227.38a44.51b150.44b7864.95c4156.48b8.74c5759.02b9.00万株/hm222.25b44.63b148.34b5937.90b4230.71a6.60b2675.65c

3 结 语

(1)种植密度影响玉米的生长特性。玉米叶片长宽随时间的变化呈现增加趋势。叶面积指数随时间增加呈现由小到大再稍微减小的趋势。株高随时间的增加先增大后减小。密度8.25 万株/hm2的玉米长势较好，其叶长叶宽、叶面积指数及株高最大，7.5 万株/hm2次之。

(2)3个密度处理下土壤含水率随时间的变化趋势总体一致，呈波浪形曲线变化。密度为7.5 万株/hm2时的土壤含水率最大，8.25 万株/hm2的土壤含水率最小。玉米各生育期垂向0～80 cm 土层土壤含水率变化总体趋势基本一致。在0～50 cm土层范围内土壤含水率随土层深度的增加而增加，50 cm土层以下反之。

(3)膜下滴灌3个密度处理的玉米叶干重、茎干重、产量、灌溉水分利用效率及效益均有一定差异。密度8.25与7.5、9 万株/hm2相比，减少了田间耗水量，提高了灌溉水分利用率、产量及效益。可见，覆膜滴灌条件下种植密度对玉米的生长、产量、灌溉水分利用效率及其生产效益有很大影响。