元谋小春甜玉米蒸发蒸腾规律及影响因素试验研究

张 雷，黄 英，王树鹏，王 杰，曹 言

（云南省水利水电科学研究院，昆明 650228）

0 引言

玉米是国内主要农作物[1]。鲜食甜玉米作为一种玉米新品种，营养价值高，口感甘甜鲜嫩，是最受大众青睐的蔬菜品种之一[2-3]。中国是世界上第二大甜玉米生产消费国[4]，市场和消费趋势发展使甜玉米具有巨大发展潜力[5]。云南产出的鲜食甜玉米因栽培气候条件独特，口味极佳[6]，特别是错峰上市的小春甜玉米，经济价值高，是高原特色农业重要的支撑产业之一。对甜玉米蒸发蒸腾量相关研究是指导区域水利规划设计及农民科学合理灌溉的重要依据。针对鲜食甜玉米蒸发蒸腾量的试验研究还鲜有报道，国内关于玉米蒸发蒸腾的试验研究中，多是针对普通玉米开展，技术人员从试验观测[7]、模型模拟[8]、理论计算[9]等角度对玉米蒸发蒸腾量开展了深入细致的研究，对玉米灌溉用水管理起到了重要的促进作用，保障了国家粮食安全。国外Wendt等曾于20世纪70年代在美国得克萨斯州开展过不同灌水方式下鲜食甜玉米需水量试验[10]，由于品种地域差异，其成果在国内的适用性不大。与普通玉米相比，甜玉米胚乳基因产生过突变[11]，具有生长速度快、分蘖能力强[12]等特点，农业生产过程中常按蔬菜栽培模式进行管理。因此，普通玉米灌溉试验成果很难完全适用于甜玉米生产实际。随着甜玉米种植规模的不断扩大，亟需开展鲜食甜玉米蒸发蒸腾量相关试验研究。在诸多作物蒸发蒸腾量研究方法中，烘干法与蒸渗仪测定法被认为是2种精度较高的方法[13]。烘干法需要不断取土样烘干获取土壤含水率数据，一方面会破坏土壤结构，也很难做到长期连续的原位监测；另一方面取样点代表性也难以保证。蒸渗仪测定法需要在试验场地安装大型称重式蒸渗仪，价格昂贵，国内仅有几个大型灌溉试验中心站具备相应条件。Insentek土壤水分监测仪（智墒）是一种新型土壤水分监测设备，设备简单钻孔安装后便可持续、稳定、精确的测量土壤含水率[14]。与烘干法和蒸渗仪法相比，智墒获取数据更便捷、实时监测到植物根系层土壤水分的动态变化。鉴于此，笔者在云南省元谋县（云南省重要冬早蔬菜种植县）以当地群众高产种植经验为试验处理，选择智墒作为土壤含水率测定方法，开展膜下滴灌条件下鲜食甜玉米蒸发蒸腾量试验研究，旨在摸清鲜食甜玉米蒸发蒸腾规律及其影响因素，为指导甜玉米种植过程中科学合理灌溉、促进农业生产高质量发展提供试验依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验在云南省农科院热区所科研试验基地进行，甜玉米于2016年1月5日播种，4月30日收获。试验区属南亚热带干热季风气候，多年平均年降水量611.3 mm，多年平均参考作物蒸发蒸腾量1446.4 mm，多年平均气温21.9℃，年日照时数2670 h，无霜期近365天，土壤类型为壤土，田间持水率（体积）35%，容重为1.42 g/cm3[15]。

1.2 试验设计

试验设置3个重复试验小区，小区面积60 m2(12 m×5 m)。供试甜玉米品种均为‘正甜68’（穴播，每穴播种2株玉米），采用沟垄(40 cm×70 cm)种植，每垄种植玉米2行，株距30 cm、行距40 cm，种植密度约为56700株/hm2。灌溉方式为膜下滴灌，每垄铺设2根滴灌带，滴灌带为单翼迷宫式滴灌带，孔距30 cm，单孔出流量为1.6 L/h。试验以当地群众高产种植灌溉经验为试验处理，管理人员视墒情和天气情况灌水，一般间隔5天灌水1次，甜玉米生长前期每次灌水0.5 h，随着作物生长，逐渐增加灌水时间，甜玉米生长后期每次灌水2 h，保障甜玉米生育期充足的水、肥供给，并且无病虫害影响。

1.3 观测要素与方法

1.3.1 土壤及气象要素 在每个小区安装智墒（ET60，智墒埋深60 cm）1套，智墒是一种基于FD原理（频域法）的管式土壤水分监测仪器。该仪器能对不同土壤类型和不同气候条件下的墒情进行有效监测[14]。甜玉米种植前，将智墒固定安装于2株甜玉米中间，埋深60 cm，垂直于地面方向每隔10 cm设一个监测探头，每个探头可以实时监测半径15 cm、高10 cm圆柱土体区域内的平均体积含水率。仪器管壁距离玉米主干约15 cm，距滴头5 cm。种植前在试验小区内取各层土壤进行烘干试验，与智墒监测值进行对比，2组数据误差在±3%以内[16]。相比取土样烘干法，土壤水分监测仪不但能更真实地反映甜玉米根系层土壤水分状况，而且不会扰动和破坏玉米根系生长环境。试验点同步配套安装气象观测站1套，主要观测项目为气温、相对湿度、降水量、气压、太阳辐射（可换算为日照时数）、风速、风向等要素，气象站与智墒均为整点同步发送监测数据。

1.3.2 有效降雨量

式(1)中，Pi为第i天有效降雨量，mm；H为不同生育期根系吸水深度，mm；θ1和θ2为降雨前和降雨后根系层土壤体积含水率，%；ETd为时段内日平均蒸发蒸腾量，mm/d；Kd为日平均地下水补给量，mm/d；t为前后2次测定土壤含水率的时间间隔。本试验中由于元谋当地正值旱季，降雨少且时长短，所以ETd值取0；由于当地地下水埋深大于3.5 m，所以Kd值也取0。

1.3.3 净灌溉用水量

式(2)中，Mi为第i天某次灌溉的净灌溉用水量；θv1为第i天灌溉前甜玉米计划湿润层内土壤体积含水率，%；θv2为第i天灌溉后甜玉米计划湿润层内土壤体积含水率，一般取灌溉后2～4 h的土壤含水率值，%。

1.3.4 作物蒸发蒸腾量 采用水量平衡法计算实际作物蒸发蒸腾量，如式(3)。

式(3)中，ETci为第i天作物蒸发蒸腾量，mm；△Wi为第i天作物计划湿润层内土壤储水量的变化值，通过体积含水率变化和计划湿润层深度的乘积求得，mm；Pi为第i天作物计划湿润内储存的有效降水总量，为降雨前和降雨后土壤计划湿润层内储存的可用于蒸发蒸腾的降雨量，mm，计算见式(1)；Mi为第i天净灌溉水量，是灌溉前和灌溉后土壤计划湿润层内储水量增加值，已扣除深层渗漏水量，计算见式(2)；Ki为第i天地下水补给量，在有底测坑或地下水埋深大于2.5 m（砂土、沙壤土）、3.5 m（壤土、粘壤土、粘土）条件下，Ki取0；试验点为壤土，地下水埋深大于3.5 m，故取Ki=0。

2 结果与分析

2.1 甜玉米生育期土壤水分动态变化

2.1.1 甜玉米生育期概况 如表1所示，甜玉米全生育期持续117天，各生育期中，苗期持续时间最长近50天，比其他地区甜玉米苗期多生长25～30天[17]。甜玉米生育期内几乎没有降雨，甜玉米水分需求主要靠灌溉补充，全生育期共灌水19次，净灌溉用水量为158.7 mm。苗期灌水次数多，但灌水定额小，拔节期以后灌水次数少，但灌水定额大。

2.1.2 甜玉米生育期土壤水分动态变化 智墒对0～60 cm土壤层的实时监测充分反映了甜玉米生育期土壤水分的动态变化和空间立体分布（图1）。甜玉米生育期内，不同深度土层内的水分随着作物生长不断消耗，消耗的土壤水分又通过灌溉得到补充，总体上看，甜玉米苗期水分消耗少，土壤水分波动不大，土壤含水率保持在田间持水率的90%左右；拔节期以后，土壤水分消耗加剧，0～10 cm土壤水分变化最剧烈，剧烈程度从表层向深层递减，拔节期以后土壤含水率保持在田间持水率的60%～90%。通过土壤含水率的变化结合物候记录资料还可以间接判断甜玉米不同生育期根系吸水深度。苗期蒸发蒸腾主要发生在0～20 cm深度土层，根系吸水深度为20 cm；拔节期以后甜玉米快速生长，根系吸水深度达到40 cm；抽雄吐丝期达到50 cm；灌浆乳熟期达到60 cm。

2.2 甜玉米生育期蒸发蒸腾量及其影响因素

2.2.1 甜玉米生育期蒸发蒸腾量 根据式(2)计算甜玉米生育期蒸发蒸腾量，结果见表2。2016年甜玉米全生育期蒸发蒸腾量为184.2 mm，平均蒸发蒸腾强度分别为1.6 mm/d。从不同生育阶段看，由于苗期正值冬季，气温较低，植株矮小，加上有地膜覆盖，棵间蒸发和作物蒸腾量很小，所以相比其他生育阶段，苗期蒸发蒸腾量、强度和模系数都较小，苗期蒸发蒸腾量占总蒸发蒸腾量的13%左右，强度仅为0.5 mm/d；拔节期甜玉米营养生长不断加快，这个时期的蒸发蒸腾总量是各生育阶段中最大的，蒸发蒸腾总量为63.0 mm，占总蒸发蒸腾量的34.18%；抽雄吐丝期是甜玉米营养和生殖生长的关键期，此阶段田间覆盖度基本达到顶峰，平均蒸发蒸腾强度达到各生育阶段中最大值为3.1 mm/d；灌浆乳熟期甜玉米以生殖生长为主，此阶段干物质快速形成并向穗部转移，是产量最终形成的关键阶段，这一阶段蒸发蒸腾总量也较大，约占总蒸发蒸腾量的30%左右，蒸发蒸腾强度仅次于抽雄吐丝期。总体来看甜玉米生育期蒸发蒸腾强度变化呈抽雄吐丝期最大、灌浆乳熟期和拔节期次之、苗期最小的规律，表现为中间高两头低的特性（图2）。

表1 甜玉米生育期概况

图1 甜玉米生育期土壤水分动态变化过程

2.2.2 蒸发蒸腾量与影响因素的相关分析 由图2可知，甜玉米生育期内蒸发蒸腾过程表现为一条不断波动变化的锯齿状曲线。甜玉米蒸发蒸腾量的不断波动变化除与自身生长发育有关外，还与气象要素的变化密切相关[18]。为此，采用SPSS 19.0数据分析系统对甜玉米全生育期逐日蒸发蒸腾量与相应影响因素进行相关分析（表3）。分析结果表明，虽然不同因素与甜玉米蒸发蒸腾量的相关系数存在差异，但蒸发蒸腾量与各影响因素（除有效降雨量之外）之间的相关性均通过了α=0.01或α=0.05（双侧）的显著性检验。甜玉米日蒸发蒸腾量与日照时数、日最高气温、日最低气温、日平均气温呈显著正相关；与日平均风速、日净灌水量呈低度正相关；与日均相对湿度呈显著负相关；与日有效降雨量呈负相关，但没有通过显著性检验。气温、日照和相对湿度是甜玉米蒸发蒸腾量的主要影响因素，其中平均气温对甜玉米蒸发蒸腾量的影响最大。

表2 甜玉米各生育阶段蒸发蒸腾量

3 讨论

3.1 甜玉米蒸发蒸腾量及其规律

国内关于甜玉米蒸发蒸腾量相关研究还鲜有报道，白树明等[19]在20世纪90年代通过田间试验得到云南玉米需水量在369.7～417.9 mm之间；Anzhen Qin等[14]采用智墒和蒸渗仪对比试验得到夏玉米需水量为309.0～311.0 mm之间；Wendt等[10]通过监测土壤水势计算甜玉米生育期需水量，结果显示，不同灌溉模式下甜玉米全生育期需水量在310～361 mm之间，日均需水强度在4.3～5.0 mm/d之间。本试验得到的甜玉米蒸发蒸腾量与上述文献试验结果相比较小，可能是以下原因导致：（1）与其他品种玉米相比，甜玉米分蘖能力强，植株矮小，FAO推荐的甜玉米最大高度仅为1.5 m，本试验甜玉米植株平均高度为1.6 m左右，仅为其他品种玉米（株高2.0～2.5 m）高度的2/3[20]，植株矮小意味着地上生物量的减小，通过光合作用消耗的水分也会减小。（2）由于甜玉米的鲜食特性，生育期可比其他品种玉米缩短30天以上，生育期的缩短也相应降低了其蒸发蒸腾量。（3）膜下滴灌的节水特性，膜下滴灌不但可节水40%～50%以上[21-22]，还能有效减小地表湿润面积和阻隔土壤表面蒸发，导致作物蒸发蒸腾量降低，王健等[23]研究表明夏玉米生育期棵间蒸发量占蒸发蒸腾量的比例可达43.57%～52.52%。

表3 甜玉米逐日蒸发蒸腾量与影响因素的相关系数

图2 甜玉米生育期内逐日蒸发蒸腾量变化过程图

需水规律是引导农民科学分配不同生育期灌溉用水，对甜玉米进行合理灌溉的重要依据。本试验得到的甜玉米蒸发蒸腾规律总体趋势与郑利均[24]、胡志桥[25]、寇明蕾[26]等研究普通玉米耗水规律结论相一致，即表现为中间高两头低的规律，需水关键期为抽雄吐丝期。但上述作者认为玉米拔节期蒸发蒸腾强度要大于灌浆乳熟期，本试验的结论则与之相反。可能是因为，普通玉米灌浆乳熟期需要经历较长时间，而这一阶段玉米植株逐渐老化，蒸发蒸腾量不断减小；鲜食甜玉米在灌浆后，仅20天左右即可收获，这一阶段甜玉米植株长势还较为旺盛，耗水量也较大。

3.2 甜玉米蒸发蒸腾量影响因素

气候变化导致作物需水量和农田灌溉需水量的变化[27-28]，进一步加剧了农业水资源紧张形势。试验分析了甜玉米生育期蒸发蒸腾量与主要气象因素的相关关系，认为气温、日照和相对湿度是甜玉米蒸发蒸腾量的主要影响因素，其中平均气温对甜玉米蒸发蒸腾量的影响最大。结论与李亮[29]、宋扬[30]等研究结果相吻合。万梦丹等[31]研究滇东北玉米耗水特性及其影响因素认为玉米需水量主要受日照和风速的影响，与本研究结果有差异，这可能与滇东北地区海拔高、风速大，而元谋干热河谷区海拔低、风速小有关[32]。

3.3 展望

当前农作物品种不断更新换代，鲜食甜玉米作为一种经济价值可观的新品种玉米，种植面积还在不断扩大。为了能更好地指导生产实际，未来应持续开展甜玉米蒸发蒸腾量相关试验研究，积累更多试验资料，制定更为科学的灌溉制度。同时还应加强高原地区不同气候条件、不同灌溉模式及不同水肥管理条件下甜玉米生长特性、水肥综合调控的对比试验研究。

4 结论

通过对甜玉米生育期土壤水分动态变化过程实时监测，认为甜玉米不同生育阶段根系主要吸水深度，苗期为20 cm、拔节期为40 cm、抽雄吐丝期为50 cm、灌浆乳熟期为60 cm。甜玉米生育期蒸发蒸腾量为184.2 mm，日蒸发蒸腾强度为1.6 mm/d，抽雄吐丝期蒸发蒸腾强度最大，为3.1 mm/d。各生育期蒸发蒸腾强度呈抽雄吐丝期最大，灌浆乳熟期和拔节期次之，苗期最小的规律。甜玉米蒸发蒸腾量与日照时数、日最高气温、日最低气温、日平均气温呈显著正相关，与日均相对湿度呈显著负相关，蒸发蒸腾量主要受气温、日照和相对湿度的影响。