地下水埋深对玉米生长及地下水补给的影响

张守军

（宁夏彭阳县水务局，宁夏彭阳756500）

1 引 言

地下水埋深影响作物生长发育、产量及土壤水分的吸收利用。适宜的地下水埋深能够改善作物的土壤环境，提高根系活力，增加作物产量[1-5]。彭阳县从西部到东部地下水埋深不同，对作物产量等影响较大，研究地下水埋深对彭阳县主要作物玉米的生长发育、土壤含水量的影响[6-12]，对于合理确定当地农田灌溉制度、提高水分利用系数具有重要意义。

以往研究主要集中在地下水埋深对土壤水分动态变化特征的影响[2，13-15]以及地下水与土壤水的相互转化关系等方面[3，16-19]，较少考虑不同地下水埋深对玉米生长发育、作物系数的影响。本研究通过人工控制不同地下水埋深，研究地下水埋深对玉米生长发育的影响，对彭阳县红河镇水平畦灌、不同地下水埋深条件下的玉米地下水补给量等进行较系统的试验研究，明确玉米生长发育相关影响因素，通过试验确定不同地下水埋深条件下地下水对玉米的地下水补给量。

2 材料与方法

2.1 试验点基本情况

试验点位于宁夏彭阳县红河镇，高程为1 438.50 m。试验田土壤是典型的砂壤土，干容重为 1.38 g/cm3，田间持水率为25.8%，土壤pH值为8.44。土壤全盐、全氮、全磷、全钾、速效氮、速效磷、速效钾、有机质含量分别为 0.40 g/kg、0.41 g/kg、0.52 g/kg、21.0 g/kg、68 mg/kg、5.3 mg/kg、92 mg/kg、5.2 g/kg。

2.2 试验设计

本次试验设计采用对比试验法，其目的是针对玉米水平畦灌条件下的地下水埋深对玉米发育与产量的影响情况进行研究，并确定不同地下水埋深对玉米所能够提供的地下水补给情况。彭阳县红河镇地下水埋深从南部到北部大致为0.9～1.2 m，因此本次试验选择地下水埋深分别为0.9 m（处理1、2）、1.2 m（处理3、4）和无地下水（处理5、6）进行试验研究，每个处理重复一次，共6个测坑。测坑为钢筋混凝土结构，其中填土1.2 m，每个测坑都有独立的地下水补给管道和独立的防渗结构，测坑间距为0.8 m，并通过管道与测坑一侧的马氏瓶连接。马氏瓶为自制，地下水埋深通过马氏瓶控制，每天上午8：00通过马氏瓶装置观测地下水补给量[20-21]。

2.3 试验材料与实施

试验点设有6个测坑，规格为2.0 m×2.0 m×2.0 m（长×宽×高），总面积为24 m2。每个测坑底部埋设一根1 m长的输水管（PVC管打孔，外包土工布，上填砂砾石滤料），通向地下水观测室，观测室内每个输水管头安装闸阀和观测地下水埋深的透明玻璃管。本次试验选择的玉米品种是正大12号，2017年5月6日开始播种，历经放苗、灌溉、追肥等，9月17日收获，具体实施内容见表1。

表1 实施内容

2.4 试验观测项目及方法

（1）各次灌水日期和定额。各次灌水量用水表读取，记录每次灌水开始时的读数和灌水结束时的读数，最后算得各处理的灌水量。

（2）定期观测土壤含水量。在每个生育阶段，用TDR测定土壤含水量，并在灌水前后、降雨前后加测。

3 结果与分析

3.1 各处理玉米不同生育阶段株高分析

各小区内随机选取15株玉米挂牌定期测定株高，抽雄前以叶片最大垂高为准，抽雄后以胸穗尖为准。通过表2与图1可知，在玉米出苗到拔节期（5月13日—6月16日），玉米根系相对较浅，能够汲取到的水分与养分有限，导致茎秆发育迟缓，在这个过程中各个处理玉米株高变化差异不大。从拔节期到抽雄期气温持续升高，使得玉米可以生长于良好的温度环境中，灌溉与施肥后也可以让玉米得到充足的水分与养分，从而使玉米茎秆历经快速增长阶段，6月1日至7月18日玉米平均株高由46.6 cm增长到261.1 cm，平均每昼夜增长量为4.5 cm。从6月1日玉米株高可看出，前期各处理玉米株高差别不大。7月18日各处理中，玉米株高处理1最大，为286.7 cm，处理4最小，为218.7 cm，平均株高为261.1 cm。抽雄期后茎秆增长趋于缓慢直至停止。处理4的株高低于其他处理，主要原因是在抽雄前出现纹枯病，因此地下水埋深对株高影响不显著。

表2 各处里株高测定结果

图1 各处理不同阶段株高进程

3.2 各处理玉米不同生育阶段干物质积累量分析

首先将随机抽取的待测样株分别称取茎、叶和穗的鲜重，然后在105℃下杀青20 min，再在80℃下烘到恒重，称取茎、叶和穗的干重，得到干物质积累量。玉米的干物质增长进程遵循罗吉斯蒂（Logistic）方程，即S形曲线发展。它和玉米生长发育阶段大致吻合，分为苗期指数增长期、穗期直线增长期和粒期稳定增长期3个阶段。

由表3和图2可知，叶片光合产物会转向生殖器官，可以为籽粒灌浆与成熟提供支持。在这一阶段，干物质可以实现快速积累，日均增重4.24 g。基于8月27日调查的干物质量可以看出，处理2干物质量最大，为293.00 g，处理5干物质量最小，为236.29 g，平均干物质量为261.40 g。干物质差异的主要原因是处理1～4受到地下水埋深影响，处理5、处理6无地下水补给。47.5%。此时，处理5和处理6与前4个处理差别明显，因为处理5和处理6无地下水补给，所以土壤含水率较小，分别占田间持水率的90.3%和94.7%。就整个生育期看，从播种到收获各处理土壤含水率都在0.4Q田（Q田为田间持水率）和Q田之间，满足作物对水分的需求。处理5在收获时达到最小，为17.6%，占田间持水率的49%。

表3 各处理干物质测定结果

3.3 各处理土壤含水率分析

由表4和图3可知，5月6日玉米播种后各处理的土壤含水率保持在26.3%～28.8%之间，占田间持水率73%～80%，充分满足播种后玉米出苗所需的水量。5月下旬降雨导致土壤含水率增大，处理1土壤含水率达到各处理中最大值，为30.3%，占田间持水率的84%。6月中旬因第一次灌水及降雨而使各处理土壤含水率达到整个生育期最大值，处理2最大值为

图2 各处理玉米干物质量变化曲线

表4 各处理土壤含水率测定结果

图3 各处理土壤含水率变化曲线

3.4 各处理玉米产量分析

经过统计，处理1～6玉米产量分别为14 944.5、14 758.5、13 807.5、12 760.5、11 755.5、11 005.5 kg/hm2，处理1、处理2产量较高，处理3、处理4次之，处理5、处理6产量较低，说明地下水埋深对作物的产量影响明显，地下水埋深为0.9 m时对玉米的产量影响最大。

3.5 各处理玉米地下水补给量分析

地下水补给量用马氏瓶测定，从玉米播种到收获全生育期，通过马氏瓶水位变化计算出不同地下水埋深条件下每天地下水补给量，全生育期累加，最后得到地下水补给量。在玉米全生育期，每隔一定时段用TDR测定不同地下水埋深条件下各处理土壤含水率变化，灌水前后和降雨前后加测。

玉米全生育期地下水补给量处理1～6分别为80.4、83.5、54.7、56.3、0、0 mm，可以看出，地下水埋深为0.9 m时地下水补给量比地下水埋深为1.2 m时大，处理2地下水补给量最大，为83.5 mm，处理3地下水补给量最小（处理5、6除外），为54.7 mm。

3.6 玉米需水量及作物系数

玉米潜在腾发量试验数据通过对银川气象站2013年观测到的气象资料分析而得。地下水补给量采用测坑设置的马氏瓶测定，在4个测坑旁边设置4个马氏瓶用于控制地下水位埋深，其中：1#、2#测坑地下水埋深为0.9 m，3#、4#测坑地下水埋深为1.2 m。将4个马氏瓶分别设置在0.9 m和1.2 m处，每天计算马氏瓶的地下水补给量，最后累加得全生育期地下水补给量。测坑每次灌水量按土壤入渗曲线进行合理分配。

表5为2#测坑2013年5—9月覆膜玉米需水量和作物系数观测结果。图4为玉米全生育期作物系数变化曲线。可见，玉米需水量在7月下旬达到最大值（98.2 mm），作物系数在 7月中旬达到最大值（1.44）[1]。

表5 2#测坑覆膜玉米需水量和作物系数观测结果

图4 玉米全生育期作物系数变化曲线

4 结 论

（1）地下水埋深对玉米株高影响不显著，对干物质积累量、含水量和产量的影响显著。地下水埋深为0.9 m的小区产量最高，1.2 m的小区次之，无地下水补给的小区产量最低。

（2）通过不同地下水埋深（0.9 m和1.2 m）条件下膜上灌玉米对比试验，地下水埋深为0.9 m时地下水补给量比地下水埋深为1.2 m时大，各阶段干物质积累量和产量指标达到最大。

（3）地下水埋深为0.9 m时地下水补给量最大为83.5 mm；地下水埋深为1.2 m时地下水补给量最小为54.7 mm。

（4）膜上灌溉玉米全生育期实际需水量为762.4 mm，旬最大需水量为98.2 mm，旬最小需水量为2.5 mm，旬平均需水量为58.6 mm。

（5）地下水埋深对玉米产量影响较大，确定彭阳县红河镇地下水埋深，可以为合理确定玉米灌溉制度、提高作物水分利用系数提供理论依据。