膜下滴灌与细流沟灌对玉米生长及产量的影响

刘梦洁，梁飞，李全胜，田宇欣，4，王国栋，贾宏涛

膜下滴灌与细流沟灌对玉米生长及产量的影响

1新疆农垦科学院农田水利与土壤肥料研究所，新疆石河子 832000；2新疆农业大学资源与环境学院，乌鲁木齐 830052；3伊犁师范大学生物与地理科学学院资源与生态研究所，新疆伊犁 835000；4新疆农业大学草业学院，乌鲁木齐 830052

【目的】明确等灌溉量膜下滴灌与细流沟灌对玉米生长、产量及水分利用效率的影响。【方法】以郑单958为研究对象，于2015—2021年进行田间试验，通过管式水分仪测定窄行、根区和宽行下0—50 cm土层水分含量，研究膜下滴灌与细流沟灌对土壤水分分布状况及其对玉米株高、叶面积指数、叶绿素含量、生物量、产量、水分利用效率等的影响。【结果】膜下滴灌优先补充窄行和根区的土壤水分，而细流沟灌优先补充宽行表层的土壤水分。而玉米耗水主要集中在0—30 cm土层范围内，膜下滴灌的窄行和根区0—30 cm土层水分含量均高于细流沟灌；随着土层深度增加灌溉对土壤含水量的影响减小，40—50 cm土层水分动态受灌溉方式影响较小。膜下滴灌较细流沟灌可显著促进玉米在开花期和成熟期的生长，提高叶面积指数。开花期膜下滴灌玉米的株高和叶面积指数较细流沟灌平均增加4.3%和8.3%，成熟期平均增加4.9%和15.1%。开花期和成熟期玉米总生物量均为膜下滴灌＞细流沟灌处理，开花期增加12.2%，成熟期增加11.5%。膜下滴灌处理的玉米干物质转移量、干物质转移率和干物质转移量对籽粒贡献率均显著高于细流沟灌处理，分别增加17.8%、3.8%和3.5%。膜下滴灌显著提高玉米产量和灌溉水利用效率，平均增产14.4%，灌溉水利用效率平均提高14.6%。【结论】在等灌量条件下，膜下滴灌增加玉米根区水分含量，促进玉米生长，有利于玉米干物质积累及转运，提高产量，实现节水增效；较细流沟灌平均增产2 131.68 kg·hm-2，灌溉水利用效率提高8.8%—24.1%。因此膜下滴灌是北疆玉米种植的高产高效灌溉方式。

膜下滴灌；细流沟灌；玉米；水分利用效率；产量；生长指标；新疆

0 引言

【研究意义】水资源是维持生态系统的基本要素，同时也是农业生产的保障，当前中国农业用水量占总用水量的60%以上[1]，而新疆农业灌溉用水占到总用水91%左右[2]，如何高效利用水资源是当下研究热点。细流沟灌适用于地面坡度较大，土壤透水性小的地区，具有灌水均匀，节水保肥，不破坏土壤团粒结构的特点[3]。膜下滴灌技术是将覆膜种植与滴灌技术相结合的一种灌溉技术，由灌水器直接滴入作物根部附近的土壤，在作物根区形成一个椭球形或球形湿润体[4]，既能提高田间水肥利用效率[5]，避免深层渗漏，减少棵间蒸发，同时又具备增温保墒作用[6]。膜下滴灌在我国北方地区得到广泛应用[7-8]，取得了显著的效果。玉米膜下滴灌技术是针对生产实际需求，在棉花膜下滴灌技术的基础上发展而兴起，是对粮食作物灌溉方式的一次改革。目前新疆滴灌玉米生育期氮磷钾肥用量分别为300—450、75—135和45—75 kg·hm-2，氮、磷、钾肥的利用率分别较常规灌溉提高20%、10%和15%以上，整体节肥达15%—25%[9-10]。【前人研究进展】刘洋等[11]研究了东北黑土区膜下滴灌对玉米生长和产量的影响，结果表明，膜下滴灌在玉米生育前期有利于地上部分营养生长，为生育后期的生殖生长积累更多的干物质，成熟期的地上部分干物质量比地面灌溉高23.0%。曹玉军等[12]研究发现，半干旱地区覆膜滴灌能够显著提高玉米产量和灌溉水利用效率，产量提高21.6%，灌溉水利用效率提高20.9%。张国强等[13]研究发现，在保证玉米产量情况下，膜下滴灌较常规灌溉能够节水10%—20%。贾琼等[14]研究发现西辽河平原覆膜滴灌较浅埋滴灌平均降低玉米生育期总耗水量9%，在平水偏枯年较浅埋滴灌增产7%—15%。范雅君等[15]研究发现河套灌区当灌溉定额为275— 325 mm时，膜下滴灌较常规灌溉节水2 546.25— 3 296.25 mm·hm-2。邹宇锋等[16]研究发现河套灌区滴灌春玉米维持土壤水势-10和-30 kPa以上的高水和中水处理相对常规灌溉分别节水19%和57%，且分别提高春玉米籽粒产量21%和15%。贾国燏等[17]探究不同灌溉方式对玉米生长影响发现，滴灌较沟灌可以更好促进玉米生长过程中的干物质积累。SURYAVANSHI等[18]研究发现，滴灌方式相比于喷灌和池式灌溉，更能提高小麦产量。ZHANG等[19]研究表明，相较于畦灌和沟灌，滴灌对于玉米产量和节水效果明显提高。【本研究切入点】目前，关于北疆地区膜下滴灌与细流沟灌对玉米生长及灌溉水利用效率影响的对比研究较少，且缺乏多年系统对比性研究，很难得出在北疆地区灌溉综合效益和最佳的灌溉方式。【拟解决的关键问题】本文针对同一研究区域，采用连续多年对比试验，旨在掌握膜下滴灌与细流沟灌对土壤水分分布特征的影响，在相同的土壤质地、种植模式条件下研究等灌溉量膜下滴灌与细流沟灌对玉米生长及其对水分利用率的影响，旨在揭示新疆玉米膜下滴灌的长期效益，以期为玉米种植的节水灌溉方式的推广应用提供科学依据，为系统研究膜下滴灌的效益提供数据和理论支撑。

1 材料与方法

1.1 供试材料

1.1.1 试验区基本情况 本试验于2015—2021年在新疆石河子市农业农村部作物高效用水科学观测实验站（45°38′N，86°09′E）进行，为连续7年的田间试验。研究区域位于天山北麓的冲积扇平原，属于典型的温带大陆性气候，图1为2015—2021年温度和降雨量情况，最高气温36.3℃，最低气温5.0℃，玉米生长季（5—9月）平均气温22.4℃，生长季平均降雨量111.4 mm，地下水位埋深1.2—1.8 m。试验土壤为灰漠土，试验前耕层土壤有机质7.14 g·kg-1，全氮1.40 g·kg-1，全磷1.03 g·kg-1，全钾21.64 g·kg-1，碱解氮34.30 mg·kg-1，速效磷18.0 mg·kg-1，速效钾130.5 mg·kg-1，pH 8.2，电导率0.29 ms·cm-1，总盐0.35 g·kg-1，0—50 cm土层土壤平均容重1.67 g·cm-3、土壤饱和含水量（质量含水量）28.8%、田间持水量32%（土壤体积含水量）。

图1 2015—2021年玉米生育期内温度和降水量变化

1.1.2 供试材料 供试肥料：①尿素（N≥46.4%，颗粒）；②磷酸一铵（N≥12%，P2O5≥61%，粉剂）；③硫酸钾（K2O≥51%，粉剂）。

供试玉米品种：郑单958。

供试滴灌带：内镶式滴灌带，滴头间距30 mm，滴头流量2.0 L·h-1，工作压力0.15 MPa。

1.2 试验设计

试验设膜下滴灌（mulched drip irrigation，MDI）和细流沟灌（trickle furrow irrigation，TFI）两种灌溉方式，3次重复。试验采用随机区组设计，小区面积为110 m2（5.5 m×20 m）。播种采用（30+80）cm宽窄行距，1膜1管2行种植模式，种植密度1.26×105株/hm2；施肥量为尿素720 kg·hm-2、磷酸一铵255 kg·hm-2、硫酸钾330 kg·hm-2，灌溉量均为4 800 m3·hm-2（膜下滴灌充分灌溉量）。为了保持试验出苗的均一性，全部采用膜下滴灌方式——滴水出苗，出苗后划分小区，再进行膜下滴灌与覆膜细流沟灌田间试验。其他时间具体肥料用量、灌水施肥时间、灌水量和肥料施用次数按照生育时期进行分配（表1），试验均采用随水追肥，每个小区进水处分别装有独立的水表和施肥罐，灌水量由供水支管与毛管连接处的水表与阀门共同控制。其他田间管理措施与当地生产上普遍采用的管理模式保持一致。2015—2021年播种日期分别为5月2日、4月30日、5月7日、4月28日、4月30日、4月26日和5月7日；收获日期分别为9月25日、9月24日、9月28日、9月27日、9月22日、10月1日和9月24日。图2为玉米栽培模式及智墒水分仪位点示意图。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 土壤体积含水量测定 采用ET-60/100云智能管式土壤水分仪（北京东方润泽生态科技股份有限公司），由于仪器测得土壤体积含水量值与实际值存在一定差异[20]，因此根据田间持水量及灌后土壤稳定体积含水量进行了仪器校正，得出0—20 cm土层校正系数为0.7，20—50 cm土层校正系数为0.65。在水平距离的窄行、根区、宽行自动监测0—10、10—20、20—30、30—40和40—50 cm土层水分含量； 2016—2021年分别在玉米大喇叭口期、开花期、籽粒建成期、成熟期计算全天土壤水分平均值，再对不同位点不同土层水分值进行统计分析。

图中●为水分仪位置，分别在窄行、根区和宽行；另外细流沟灌处理中的滴灌带仅在灌出苗水时使用，出苗后去除

表1 灌水施肥时间表

膜下滴灌与细流沟灌出苗水均采用滴灌方式 Drip irrigation under film and trickle furrow irrigation are adopted for seedling emergence

1.3.2 植株生长发育指标测定 在玉米开花期（2015年7月15日、2016年7月17日、2017年7月20日、2018年7月18日、2019年7月14日、2020年7月15日、2021年7月19日）和成熟期（2015年8月24日、2016年8月25日、2017年8月28日、2018年8月25日、2019年8月22日、2020年9月2日、2021年8月27日）开展田间取样与调查。

玉米株高：开花期和成熟期每个处理随机选取10株长势一致的植株，用卷尺测量玉米植株底部至顶端的高度。

叶面积指数测定（LAI）：在开花期和成熟期每个处理随机选取10株长势一致的植株，用卷尺测定每一片有效活叶的长和宽，采用长宽系数法计算，即将测得每一片叶子的长和宽相乘，再累计相加，最后乘以玉米叶面积折算系数0.75，就可得一株玉米的总叶面积。计算公式为：

单株叶面积=∑(×)×0.75

式中，∑表示叶片面积总和，为叶长，为叶宽。

叶绿素值测定（SPAD值）：采用SPAD-502叶绿素仪（Minolta，JPN）测定，开花期每处理随机连续选取10株玉米的穗位叶进行测定，取平均值。

地上部干物质：在玉米开花期和成熟期两个时期进行取样，从每个处理随机选取长势均匀的4株玉米，用剪刀从植株的茎底部剪下，将叶、茎、以及后期长出的果实分别装进档案袋中称其鲜重，其后采用烘干称重法测量干物质的重量。具体步骤是先用105℃的高温杀青30 min，然后在80℃恒温下烘干，最后用天平称其干重。

1.3.3 干物质转移量等相关指标计算 参照COX等[21]的方法，计算开花期营养器官干物质转移量、干物质转移效率和转移干物质对籽粒的贡献率，计算公式如下：

干物质转移量（kg·hm-2）=开花期茎叶干物质量-成熟期茎叶干物质量；

干物质转移率（%）=干物质转移量/开花期茎叶干物质量×100；

干物质转移量对籽粒贡献率（%）=干物质转移量/籽粒产量×100。

1.3.4 产量及产量构成测定 每小区取出20个果穗称鲜重并风干后考种，折标准水（14%）计算单位面积产量，调查其有效株数、穗数、行粒数、穗行数、千粒重，分析产量构成因素。

产量（kg·hm-2）=20株籽粒重（g）/20株穗数×126000/1000×[1-籽粒含水率（%）]/（1-14%）[13]。

1.3.5 作物灌溉水利用效率计算 灌溉水利用效率（kg·m-3）的计算公式为[12]：

式中，为单位面积的产量（kg·hm-2），是玉米生育期灌水量（m3·hm-2）。

1.4 数据处理与分析

采用最小二乘法（LSD）对试验数据进行差异显著性检验（α=0.05），采用SPSS 25.0软件完成统计分析；图表制作采用Origin 2018和Excel 2016绘制。

2 结果

2.1 膜下滴灌与细流沟灌土壤水分分布情况

图3、图4得知，窄行、根区和宽行3点之间的水分供应规律及消耗规律均有显著差异。膜下滴灌水分优先补充窄行和根区土壤，宽行土壤水分受到灌溉影响较小，仅在土壤初始含水量较高或者灌溉量较大的情况下才出现含水量线型增加的情况。细流沟灌优先补充宽行表层土壤水分，然后通过水分侧渗优先补给根区和窄行20—30 cm土层水分，然后再进行上下运移，使得整个土壤水分含量达到相对稳定状态。

由于膜下滴灌与细流沟灌的供水方式和供水位点不同，因此在玉米根区形成的水分分布特征显著不同，窄行、根区和宽行3点之间的水分供应规律有显著差异。由于膜下滴灌玉米耗水主要集中在0—30 cm土层范围，膜下滴灌的窄行和根区0—30 cm土层水分均高于细流沟灌（表2）。随着土层深度增加灌溉对土壤含水量的影响减小，40—50 cm土层水分动态受灌溉方式影响较小。由大喇叭口期至成熟期土壤体积含水量大致呈增加趋势，同一土层深度大喇叭口期和开花期土壤水分含量差异显著，籽粒建成期和成熟期无显著差异，主要由于试验后期玉米株高较大，影响了裸地蒸发，从而使得细流沟灌的水分损失较小。

2.2 膜下滴灌与细流沟灌对玉米生长的影响

叶绿素、株高和叶面积指数是玉米生长的重要指标。由图5可见，不同灌溉方式SPAD值均表现为膜下滴灌＞细流沟灌，其中2017、2018年达显著水平，膜下滴灌SPAD均值较细流沟灌增加0.4。图6-a可知，2015—2021年玉米开花期膜下滴灌的株高均高于细流沟灌，其中2017—2021年达显著水平；膜下滴灌玉米开花期7年平均株高为256.6 cm，细流沟灌246.0 cm，膜下滴灌株高较细流沟灌增加4.3%。由图6-b可知2015—2021年玉米成熟期株高膜下滴灌亦均高于细流沟灌，由于2015和2017年6月降雨量较大，影响了细流沟灌玉米的株高，造成二者差异不显著，其他年份均达到显著水平；膜下滴灌玉米成熟期7年平均株高为259.45 cm，细流沟灌为272.18 cm，膜下滴灌玉米株高较细流沟灌增加4.9%。图7-a可知，2015—2021年膜下滴灌玉米开花期叶面积指数均显著高于细流沟灌；膜下滴灌玉米开花期七年平均叶面积指数为7.33，细流沟灌为6.76；膜下滴灌较细流沟灌增加8.3%。由图7-b可知，2015—2021年膜下滴灌玉米成熟期叶面积指数亦均高于细流沟灌，2016—2021年达到显著水平；膜下滴灌玉米成熟期7年平均叶面积指数为6.26，细流沟灌为5.44，膜下滴灌较细流沟灌增加15.1%。7年玉米在开花期和成熟期SPAD、株高和叶面积指数平均值均表现为膜下滴灌＞细流沟灌。

图3 2021年膜下滴灌不同位点土壤水分动态图

2.3 膜下滴灌与细流沟灌对玉米生物量的影响

玉米不同器官生物量的多少是产量形成的基础，生物量的累积量与最终产量的形成密切相关，其中生殖器官所占干物质量比例直接影响了最终产量的形成[22]。由图8-a可知，在开花期，膜下滴灌玉米穗的生物量均高于细流沟灌，由于2017年6、7月累积降雨量偏大，温度偏低的原因，两处理间玉米穗生物量差异不显著，其他年份差异均达到显著水平。图8-b显示，开花期膜下滴灌玉米叶片的生物量均高于细流沟灌，其中2018—2021年处理间差异达到显著水平。图8-c显示，膜下滴灌玉米茎的生物量均高于细流沟灌，由于2015和2018年温度差异较大，两处理间差异不显著，其余年份均差异显著。由图8-d可知，开花期膜下滴灌玉米总生物量亦均高于细流沟灌，2018—2021年处理间差异均达到显著水平。在玉米开花期，膜下滴灌处理的穗平均生物量为6 987.75 kg·hm-2，细流沟灌为6 012.26 kg·hm-2，膜下滴灌较细流沟灌增加16.2%；膜下滴灌叶片生物量为 6 171.44 kg·hm-2，细流沟灌为5 521.68 kg·hm-2，膜下滴灌较细流沟灌增加11.8%；膜下滴灌茎生物量为8 056.11 kg·hm-2，细流沟灌为7 379.05 kg·hm-2，膜下滴灌较细流沟灌增加9.2%；膜下滴灌总生物量为21 215.30 kg·hm-2，细流沟灌为18 912.99 kg·hm-2，膜下滴灌较细流沟灌增加12.2%；玉米开花期穗、叶、茎、总生物量均为膜下滴灌＞细流沟灌处理。由图9-a可知，在成熟期，膜下滴灌玉米穗的生物量均高于细流沟灌，其中2015、2016、2017、2019、2020和2021年处理间差异达显著水平。图9-b显示，膜下滴灌玉米叶片的生物量均高于细流沟灌，其中2016和2020年达显著水平。图9-c表明，膜下滴灌玉米茎的生物量均高于细流沟灌，其中2020和2021年处理间差异达显著水平。由图9-d可知，膜下滴灌玉米总生物量均显著高于细流沟灌。膜下滴灌玉米成熟期穗平均生物量为16 734.47 kg·hm-2，细流沟灌为14 570.03 kg·hm-2，膜下滴灌较细流沟灌增加14.9%；膜下滴灌叶片生物量为5 941.33 kg·hm-2，细流沟灌为5 469.80 kg·hm-2，膜下滴灌较细流沟灌增加8.6%；膜下滴灌、细流沟灌的茎生物量分别为7 838.10和7 320.47 kg·hm-2，膜下滴灌较细流沟灌增加7.1%；膜下滴灌地上部总生物量为30 513.90 kg·hm-2，细流沟灌为27 360.30 kg·hm-2，膜下滴灌较细流沟灌增加11.5%。玉米成熟期穗、叶、茎、总生物量均为膜下滴灌＞细流沟灌处理。玉米开花期和成熟期的干物质积累量表明，膜下滴灌与细流沟灌处理相比，其玉米碳水化合物的同化作用更强。

图4 2021年细流沟灌不同位点土壤水分动态图

柱上不同的小写字母表示处理间差异达到显著水平（P＜0.05）。下同

表2 膜下滴灌与细流沟灌0—50 cm土层水分分布情况

表中土壤体积含水量（%）为灌溉前一天土壤平均含水量（%）。N表示窄行；R表示根区；W表示宽行

The soil volume water content (%) in the table is the average soil water content (%) of the day before irrigation. N represents narrow line; R stands for root zone; W indicates wide line

图6 膜下滴灌与细流沟灌玉米开花期和成熟期株高比较

图7 膜下滴灌与细流沟灌玉米开花期和成熟期叶面积指数比较

2.4 膜下滴灌与细流沟灌对玉米产量及其构成因素的影响

由表3可知，膜下滴灌玉米产量均显著高于细流沟灌，膜下滴灌玉米平均产量较细流沟灌增产2 131.68 kg·hm-2，增产率为14.4%。就产量结构而言，穗粗、穗行数、行粒数和千粒重均表现为膜下滴灌大于细流沟灌，其中2015、2017和2018年两处理间的穗粗和行粒数达显著性差异，2015—2020年两处理间千粒重达显著性水平。膜下滴灌能够增加玉米的产量构成因素及产量，有利于玉米籽粒产量的提升。

2.5 膜下滴灌与细流沟灌对玉米干物质累积和转运的影响

膜下滴灌和细流沟灌对玉米干物质累积和转运的影响如表4所示。膜下滴灌的干物质转移量均高于细流沟灌，由于受2015—2017年6—8月温度差异较大，降雨量较大等气象因素的影响，两处理间干物质转移量差异不显著；2018—2021年达显著性水平。7年干物质转移率及干物质对籽粒贡献率均表现为膜下滴灌优于细流沟灌，膜下滴灌干物质转移率为43.7%— 60.1%，细流沟灌转移率为35.4%—58.4%，膜下滴灌平均干物质转移率较细流沟灌增加3.8%；膜下滴灌籽粒贡献率为35.1%—54.6%，细流沟灌贡献率为29.3%—51.7%，膜下滴灌平均干物质对籽粒贡献率较细流沟灌增加3.5%。膜下滴灌在玉米干物质转移量、干物质转移率、对籽粒贡献率方面均优于细流沟灌，对于提高玉米籽粒产量更为有利。

图8 膜下滴灌与细流沟灌下玉米开花期地上生物量对比

图9 膜下滴灌与细流沟灌下玉米成熟期地上生物量对比

表3 膜下滴灌与细流沟灌的玉米产量与产量构成比较

表4 膜下滴灌与细流沟灌对玉米开花期干物质累积和转移影响

表中同一列数据后不同字母表示处理间差异显著（＜0.05）。下同

Different letters in the same column indicate significant difference among treatments (＜0.05). The same below

2.6 膜下滴灌与细流沟灌对灌溉水利用效率的影响

由表5可知，当玉米生育期灌溉量一致时，膜下滴灌的灌溉水利用效率均高于细流沟灌，7年膜下滴灌的灌溉水利用效率较细流沟灌分别增加0.30、0.48、0.53、0.23、0.27、0.67和0.34 kg·m-3，其中2015、2016、2017、2020和2021年处理间的差异达显著水平，2018和2019年由于气温原因，膜下滴灌和细流沟灌之间的水分利用效率无显著差异。膜下滴灌玉米平均灌溉水利用效率为3.22 kg·m-3，细流沟灌为2.81 kg·m-3，膜下滴灌较细流沟灌平均提高灌溉水利用效率14.6%，具有节水增产的显著效果。

表5 膜下滴灌与细流沟灌玉米灌溉水利用效率比较

3 讨论

3.1 膜下滴灌与细流沟灌对水分利用率的影响

膜下滴灌通过高频次的灌溉，缓慢施加少量水作用于作物根部，使作物始终处于较优的水分条件下[23]，避免了细流沟灌产生的周期性水分过多或亏缺的情况，并能有效地减少深层渗漏[24]。由于膜下滴灌与细流沟灌的水分供应方式不同，膜下滴灌的水分由窄行到根区再到宽行入渗；而细流沟灌正好相反，由宽行到根区再到窄行入渗[25]。膜下滴灌在作物根区形成一个椭球形或球形湿润体[4]，与细流沟灌相比大量有效水集中在根部[26]。本研究结果表明膜下滴灌优先补充窄行和根区土壤水分，而细流沟灌优先补充宽行表层土壤水分，这与前人研究结果一致。何平如等[27]研究表明，灌水后水平方向随着距滴灌带距离的增加，土壤含水量逐渐变小，表现为带下＞窄行＞宽行＞裸地。姚名泽[28]研究表明，膜下滴灌土壤水分含量在水平方向上存在差异，且与距滴管的距离呈负相关。王增丽等[29]研究表明膜下滴灌条件下，灌溉水的作用范围主要发生在纵向0—60 cm，横向30 cm左右，且滴头处的土壤水分垂直方向运动较其他位置明显。

作物的水分利用率是衡量作物对水分吸收利用效率的重要指标，由于膜下滴灌的水分主要分布在玉米根区，有利于作物吸收利用，从而提高其水分利用效率[30]。同时因为膜下滴灌是在膜下灌溉，且灌溉间隔短，有利于减少水分蒸发和渗漏，提高作物的水分利用率[16]。本研究表明膜下滴灌7年平均灌溉水利用效率较细流沟灌增长14.6%。熊若愚等[31]研究表明间歇灌溉较常规灌溉至少提高水分利用率18.2%。王传娟等[32]发现，2017、2018年覆膜降低滴灌条件下的作物耗水9.7%和12.6%，达到了节水的效果。孙仕军等[33]研究表明灌溉水利用效率表现为膜下滴灌＞浅埋滴灌＞无膜滴灌，浅埋滴灌的灌溉水利用效率较无膜滴灌提高20.11%，较膜下滴灌处理降低11.74%。向友珍等[34]研究表明滴灌较传统沟灌水分利用率提高3.42%，前人研究与本研究结果相似。综上，膜下滴灌由于提高了灌溉水利用效率从而达到节水灌溉效果。本研究中深层土壤水分含量较高的原因可能是本试验采用的是目前新疆农业生产中的传统的滴灌灌溉制度，该制度可能并不完全合理，造成单次灌溉量偏大、灌水间隔偏长，影响“干湿”界面，需进一步完善灌溉制度；另外地下水位也可能是影响因素之一。

3.2 膜下滴灌与细流沟灌对玉米生长及产量的影响

灌水间隔和灌水频率对作物产量具有显著的影响，增加灌水频率，作物产量有增长趋势[35]。由于膜下滴灌较细流沟灌根区水分适宜、水分利用率高、灌水周期短和有明显干湿界面等特点，有利于玉米生长。魏子涵等[36]研究表明，不同灌水方式下玉米的株高、叶面积指数、生物量和产量均表现为膜下滴灌高于低压管灌，膜下滴灌实际产量较低压管灌高出7.83%。牛文全等[37]研究发现灌水方式对玉米生长有较大影响，拔节前期，微润灌条件下玉米生长最为迅速，滴灌次之，滴灌条件下叶绿素含量最高；3种灌水方式对玉米光合速率的影响为微润灌＞滴灌＞直接浇灌。本研究结果：在相同灌水定额，膜下滴灌增加开花期叶绿素含量，但对比细流沟灌差异不显著，这与前人研究结果相似。刘戈等[38]研究发现，覆膜浅埋滴灌和覆膜滴灌玉米株高、叶面积指数和籽粒产量均显著高于传统畦灌，两年玉米产量分别较传统畦灌增加17.2%（15.9%）和10.2%（7.9%）。戚迎龙等[39]研究表明，膜下滴灌提高玉米生育前期及快速生长期的叶面积指数，缩短了群体冠层发育时间，膜下滴灌提高产量10.8%—14.2%。本研究发现膜下滴灌的叶面积指数优于细流沟灌（图7），与前人研究结果一致。姬景红等[40]研究发现，膜下滴灌较覆膜限量补灌玉米地上部干物质重增加22.8%—52.8%，玉米增产12.7%。杨恒山等[41]研究发现在吐丝后10—40 d，干物质积累总量膜下滴灌和浅埋滴灌最大，传统畦灌最小。本研究表明膜下滴灌不同生育时期玉米生物量均表现为膜下滴灌大于细流沟灌，这与前人研究结果相似，且本研究部分年份差异不显著，与杨恒山等研究情况类似。王传娟等[32]发现膜下滴灌较传统灌溉两年春玉米产量分别显著提高20.9%和17.6%。张彦群等[42]发现覆膜滴灌提高了玉米株高、叶面积和生物量，最终使产量提高5.9%—8.8%。本研究表明，7年膜下滴灌较细流沟灌灌溉水利用效率增加8.8%—24.1%，平均增加14.6%，与前人的研究结果相近。但由于2016—2017年降雨量偏大、气温偏低，2019—2021年降雨量偏小，且试验区年际间最高温度平均相差0.72—1.67℃，最低温度平均相差0.73—0.95℃，所以导致年际间玉米产量存在明显差异，尤其以2017年和2020年增产幅度较大。王雯等[43]研究表明膜下滴灌的春玉米叶片光合速率、气孔导度和蒸腾速率均高于沟灌，且覆膜可使土壤温度增加31.0%—46.4%，提高叶片酶活性、增强光合作用，有利于玉米生长。TIAN等[44]研究表明膜下滴灌玉米的主要根系分布范围为水平0—25 cm、垂直0—15 cm的椭圆形范围内，灌溉频率的增加使得下层根表面积、根重量增加，根系外移，椭球体体积增大，促进玉米生长。

本研究是在相同的土壤质地、种植模式、等灌量下研究膜下滴灌与细流沟灌对玉米生长及其对水分利用率的影响，试验不足之处是采用大田小区试验，细流沟灌沟长与实际应用有较大差距。试验在其他土壤、滴灌带配置、灌溉制度、玉米品种等其他条件下还需要进一步研究验证。

4 结论

在相同灌溉量条件下，膜下滴灌改变了水分的补给位点和灌水频次，从而影响了灌溉水的入渗方式和分布特征，增加玉米根区有效水分含量，有利于玉米生长，从而提高了玉米株高、叶绿素和叶面积指数，有利于干物质积累及转运，增加玉米产量，提高了灌溉水利用效率，实现节水增效。本试验条件下，膜下滴灌较细流沟灌玉米7年增产1 236.9—3 516.3 kg·hm-2，灌溉水利用效率提高8.8%—24.1%，是北疆玉米种植的优选灌溉方式。

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Effects of Drip Irrigation Under Film and Trickle Furrow Irrigation on Maize Growth and Yield

1Institute of Farmland Water Conservancy and Soil-Fertilizer, Xinjiang Academy of Agricultural Reclamation Science, Shihezi 832000, Xinjiang;2College of Resources and Environment, Xinjiang Agricultural University, Urumqi 830052;3College of Biology and Geography Sciences, Yili Normal University, Yili 835000, Xinjiang;4College of Grassland, Xinjiang Agricultural University, Urumqi 830052

【Objective】The aim of this study was to investigate the effects of drip irrigation and trickle furrow irrigation on maize growth, yield and water use efficiency.【Method】Taking Zhengdan 958 as the research object, a field experiment was conducted from 2015 to 2021. The soil water content of 0-50 cm under narrow row, root zone and wide row was measured by a tubular moisture meter to study the effects of drip irrigation and trickle furrow irrigation under film on soil water distribution and its effects on maize plant height, leaf area index, chlorophyll content, biomass, yield and water use efficiency.【Result】Drip irrigation under mulch gave priority to supplement soil moisture in narrow row and root zone, while trickle furrow irrigation gave priority to supplement surface moisture in wide row. The water consumption of maize was mainly concentrated in 0-30 cm soil layer, and the soil water content in narrow row and 0-30 cm root zone of drip irrigation under mulch was higher than that of trickle furrow irrigation; with the increase of depth, the effect of irrigation on soil water content decreased, and the 40-50 cm water dynamics was less affected by irrigation methods. Drip irrigation under mulch could significantly promote the growth of maize at flowering and maturation stages, and increase leaf area index compared with trickle furrow irrigation. Compared with trickle irrigation, the plant height and leaf area index of drip irrigation under mulch increased by 4.3% and 8.3% at flowering stage, and increased by 4.9% and 15.1% at maturation stage, respectively. The total biomass of maize at flowering stage and maturation stage was drip irrigation under mulch＞trickle furrow irrigation treatment, with an increase of 12.2% at flowering stage, and the maturation stage increased by 11.5%. The amount of dry matter transfer, the rate of dry matter transfer and the contribution rate of dry matter transfer of maize under drip irrigation were significantly higher than those under trickle irrigation, with increasing by 17.8%, 3.8% and 3.5% respectively. Drip irrigation under mulch significantly increased maize yield and irrigation water utilization efficiency, with an average yield increase of 14.4%, and irrigation water utilization efficiency increased by 14.6%.【Conclusion】Under the condition of equal irrigation volume, the drip irrigation under mulch could increase the water content in maize root zone, promote the growth of maize, facilitate the accumulation and transportation of dry matter of maize, improve the yield, and achieve water saving and efficiency increasing. Compared with trickle furrow irrigation, the average yield increased by 2 131.68 kg·hm-2, and the irrigation water use efficiency increased by 8.8%-24.1%. Therefore, the drip irrigation under plastic mulch was a high-yield and efficient irrigation method for maize planting in Northern Xinjiang.

drip irrigation under mulch; trickle furrow irrigation; maize; water use efficiency; yield; growth index; Xinjiang

2022-03-19；

2022-06-02

国家自然科学基金（31460550）、兵团中青年领军人才计划（2018CB026）、兵团科技攻关与成果转化项目（2016AC008）

刘梦洁，E-mail：1041260257@qq.com。通信作者梁飞，E-mail：liangfei3326@126.com。通信作者贾宏涛，E-mail：hongtaojia@126.com

10.3864/j.issn.0578-1752.2023.08.008

（责任编辑 李云霞）