微喷水肥一体化技术条件下夏玉米生长耗水规律及水分生产率研究

于美荣，赵丽萍，张连禹，项怀之

(1.天津市农业发展服务中心，天津 300061；2.天津市宝坻区农业发展服务中心,天津 301800；3.天津中天大地科技有限公司，天津 300392)

玉米是我国三大主要粮食作物之一，天津市玉米常年播种面积在1.8×105hm2左右，其中夏玉米约占60%，但由于天津属于水资源严重短缺的地区之一，年平均降水量仅520-660mm，冬春旱常发生，伏旱部分区域也时有发生，给夏玉米生产带来很大不确定性。因此，在水资源严重短缺的条件下，研究高产高效节水农业措施尤为重要[1]。本研究旨在夏玉米生产上，通过开展微喷灌水肥一体化节水试验，结合数学模拟数据分析，研究新技术模式下夏玉米生长特点，探索作物产量与耗水量之间的关系，为提高水分生产效率，优化夏玉米的灌溉制度提供科学依据[2]。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验在天津市实验林场试验田进行，供试作物为玉米，试验面积3.33hm2,品种为伟科702，2017年6月17日播种，播量为30kg/hm2，基本苗约75000株/hm2。玉米株距0.24m，行距0.66m。土壤为黏质盐化潮土，pH值8.0，有机质18.5g/kg，全氮1.17g/kg，有效磷15.8mg/kg，速效钾285mg/kg，全盐0.15%。水源为地下水，水泵扬程80 m(水泵下井深度75m)，流量80m3/h，功率28kw/h，出水口4寸管。

1.2 试验材料

微喷带规格与技术参数如表1所述。铺设长度均为45m，铺设间距1.8m，一级支管为Φ90 PE软管，二级支管为Φ75 PE 软带。每轮灌区设置10根微喷带，微喷带间距3.6m，长45m。首部压力为5m，微喷带额定压力10m。

表1 微喷带型号与技术参数

1.3 试验方法

采用田间试验和数学模拟相结合的方法[4]。田间试验为微喷灌技术下的水肥一体化试验，主要研究灌水、施肥时间和数量变化对夏玉米生长和产量的影响，主要为大田试验。测试项目主要是土壤水分的测试以及土壤入渗特性的测试。数学模拟主要包括作物生长动态模拟、土壤作物蒸发蒸腾模拟以及土壤含水率的模拟。

2 结果与分析

2.1 土壤水分测试结果分析

由表2测试结果分别绘制0-30cm，0-60cm及0-100cm范围内土壤平均含水率变化曲线(见图1)。根据土壤含水率模拟方法对土壤含水率进行模拟[3]，模拟结果见图2。然后对含水率模拟值与实测值进行了相关性分析(见图3)。从图2、图3表明，土壤含水率模拟值与实测值基本一致，表明所选择的模拟土壤含水率的方法是合理的，可以较好地描述土壤含水率的变化情况。但是，图中有部分点实测值与模拟值相差较大，可能与土壤质地有关。

表2 夏玉米生育期土壤水分(g/g)测试结果表

图1 夏玉米生育期不同土壤深度平均含水率变化曲线

图2 夏玉米生育期土壤含水率实测值与模拟值变化曲线

图3 夏玉米生育期土壤含水率实测值与模拟值相关关系曲线

2.2 土壤入渗试验结果与分析

在试验区进行土壤入渗试验，绘制了累计时间和渗入水总量的关系曲线(见图4)。利用入渗模型Horton公式，进行了入渗量的模拟，并对其参数ic，i0和β进行了率定，率定结果为：ic=0.353；i0=1.376；β=0.104。

图4 土壤渗入水总量实测值与模拟值随累计时间变化的曲线

2.3 夏玉米生长期耗水规律分析

根据前述方法，以土壤水量平衡方程为依据对生育期各阶段的耗水量进行计算分析(结果见表3)。表3表明，玉米各生育阶段的耗水量值，在玉米快速生长期耗水量不断增大，阶段耗水量最大值达1570.8m3/hm2，拔节期至成熟期耗水量达2402.0m3/hm2。采用水量平衡法对耗水量进行模拟计算与实测值相比，相关性较好，相关系数达到了0.8749(图5)。9月21日，计算阶段耗水量为负值，原因可能是试验田附近有河道，雨季后上游排水多，造成地下水位升高，故耗水量为负值。

表3 夏玉米生育期耗水量计算结果表

图5 夏玉米生育期累计耗水量实测值与模拟值相关关系曲线

2.4 夏玉米产量分析

作物产量分为生物产量和经济产量。作物生长过程干物质重一般指地上部分干物质重量。经试验统计，试验田实测夏玉米籽产量9045kg/hm2，模拟籽产量9135kg/hm2，十分接近；实测夏玉米地干物质19201.2kg/hm2，模拟地干物质为17345.2kg/hm2。

2.5 水分生产效率的分析

水分生产率是评价植物生长适宜程度和生产效率的一个重要指标。水分生产率指某一生育期内作物干物质积累量与同期农田蒸散量之比，通常用作物产量与全生育期作物耗水量之比来表示[4]。将玉米生育期干物质积累量与同期耗水量值相比，绘得玉米水分生产率关系曲线(见图6)。图6表明，玉米生育期水分生产率值随玉米生长不断增大，在玉米拔节期至抽雄期，玉米水分生产率增大到2.27kg/m3，玉米成熟期，水分生产率达最大值为5.45kg/m3。

图6 夏玉米生育期水分生产率变化曲线(以地上部干物质重计算)

3 结论与探讨

本试验基于气象数据、土壤墒情监测数据、夏玉米生长指标的观测数据，对作物生长、土壤墒情及夏玉米生育期耗水量进行了模拟，并与实测值进行了比较分析，得出如下结论：试验田实际测定夏玉米干物质产量为19201.2kg/hm2，模拟地上干物质产量为17345.2kg/hm2。整个生育期耗水量为3591.75m3/hm2，水分生产率为5.35kg/m3(以地上部干物质重计)；整个生育期籽粒产量为19201.2kg/hm2，水分生产率为2.52kg/m3(以籽料产量计算)。夏玉米生长过程各项指标实测值与模拟值，土壤含水率及作物耗水量的模拟值与实测值之间有较高的相关性，表明选取的模拟方法具有很好地适用性。

本试验在夏玉米生产上运用微喷灌水肥一体化技术，由于试验年份夏季降雨正常，所以仅在夏玉米生长前期进行一次微喷灌溉。研究结果仅反映了夏玉米在正常降雨的气候条件下，使用微喷灌溉技术对夏玉米生长前期发挥了关键作用。本文的研究方法，今后可以借鉴到春玉米上进一步试验研究。