免儲水灌注水播種條件下保水劑使用對玉米生長發育的影響

王以兵，丁林，張新民

(甘肅省水利科學研究院，甘肅蘭州730000)

石羊河流域是河西地區灌溉農業最發達的地區，近30 a來，由于區內社會經濟快速發展，對水資源的需求日益增長及大量開發利用，導致了嚴重的水資源供需矛盾和生態環境的惡化問題[1]。針對這種情況，只有走高效節水的道路，才能夠持續發展。因此，合理有效地利用有限的水資源，提高水資源利用率，發展節水農業迫在眉睫。加強農業節水技術的研究與示范推廣，提高灌溉水量從水源到形成作物產量過程中各個環節的利用效率，建設高產、優質、高效的節水型農業，是石羊河流域綜合治理的現實需求[2]。

由于民勤地區冬季氣候干燥寒冷，降水很少，大風天氣較頻繁，致使大部分冬季儲水量被無效蒸發，至次年玉米播種時，0—10 cm表層土壤較為干燥，不利于玉米出苗及苗期生長。免儲水灌即免冬(春)灌，在干旱半干旱地區由于無法冬灌或冬灌灌水定額不足，而免冬灌可減少勞動強度，降低生產成本，調節土壤溫度，節水保土，提高生產能力，增加產量[3]，可在一定程度緩解水資源短缺問題;注水播種是在玉米播種時所開溝中先注水后播種的一種播種方式，它使作物種子坐落在灌溉水濕潤過的土壤之上，使種子恰好被濕土團包容，供應充足的水分和養料，使之順利萌發[4]，注水播種既能增加種位土壤含水率，減少表層土壤水分消耗，又能與底層濕土搭接，達到引墑目的，提高抗旱能力，增加抗旱天數，為增產增收打下良好的基礎[5];由于注水播種時所注水量有限，這些水經蒸發和側滲后種位土壤含水量降低很快，而保水劑能起到保水、保肥、保土作用，可保持種位土壤水分，提高肥料利用率[6-7]，并可促進作物根系發育，保證出苗，促進植株生長發育，延緩凋萎時間[8-13]，因此在免儲水灌注水播種時配合使用一定量的保水劑。這項技術對于科學利用當地有限水資源，發展高效灌溉，改善生態環境、調整種植結構具有一定的指導意義。

1 試驗材料及研究方法

1.1 試驗區概況

試驗區位于甘肅省水利科學研究院民勤試驗基地，地處綠洲和騰格里沙漠交界地帶，地理坐標東經130°05′，北緯 38°37′，屬典型的大陸性荒漠氣候 ，氣候干燥，降水稀少，蒸發量大，風沙多，自然災害頻繁。多年平均氣溫7.8℃，極端最高氣溫39.5℃，極端最低氣溫-27.3℃，平均濕度45%，多年平均降水110 mm，多年平均蒸發量2 644 mm，年日照時數3 028 h，光熱資源豐富，≥0℃積溫3 550℃，≥10℃積溫3 145℃，無霜期150 d，最大凍土深115 cm。試驗區土質0—60 cm為黏壤土，60 cm以下逐漸由黏壤土變為沙壤土，土壤平均容重為1.54 g/cm3。

1.2 試驗設計

2008年4—10月在甘肅省水利科學研究院民勤試驗基地研究免儲水灌配合施用保水劑注水播種條件下玉米的生長發育情況，供試作物品種為“豫玉”22號，于4月14日注水播種，4月25日出苗。本試驗采用單因素完全隨機試驗，設計6個處理，以常規覆膜穴播膜上灌溉為對照處理(CK)，其余為配合施用保水劑注水播種處理，保水劑施用量分別為2.5 g/m2(YB 2.5)，1.5 g/m2(YB 1.5)，0.5 g/m2(YB 0.5)，0 g/m2(YB 0)及采用保水劑拌種(YBH)處理。各處理重復3次，共18個試驗小區，小區規格為3 m×15 m。玉米播種前先人工開溝，溝寬20 cm，溝深10 cm，注水量為240 m3/hm2，每個溝注水量按小區面積換算后用潛水泵從試驗地附近蓄水池抽取，注水后將保水劑拌土直接撒入播種時所開溝中，撒好保水劑后人工點播，播后人工將注水溝填平并覆膜。玉米灌溉制度按當地玉米灌溉情況定為灌溉定額4 500 m3/hm2，灌水次數為5次，每次灌水定額為900 m3/hm2，各次灌水時間為6月1日、6月24日、7月10日、7月22日、8月13日。本試驗將玉米劃分以下6個生育階段:出苗期，拔節期，大喇叭口期，抽穗期，灌漿期和成熟期。

1.3 試驗測試內容及方法

玉米生育期每隔10 d用鋼卷尺測定一次株高，各小區取固定10株測定;葉面積及干物質每15 d采樣，每個小區取3株，葉面積用長×寬×系數法測定，系數取0.75，鮮重用電子秤測定，再用烘干稱重法測干物質積累;玉米成熟期在每個小區中隨機選取兩點，每點取樣5株，將兩個點的樣品合成一個樣，進行考種，按各小區單打單收，分別計各小區籽粒產量。在玉米生育期內觀測記載溫度、降水、蒸發、風速等氣象因素。在玉米播種前2 d及整個生育期內每隔10 d以及作物收獲后，共分 6層:0—20 cm，20—40 cm，40—60 cm，60—80 cm，80—100 cm，100—120 cm 用土鉆取土烘干法測定土壤含水量，灌水前后及降雨前后進行加測。

2 結果分析

2.1 玉米全生育期降水特點

由圖1可以看出，在試驗期間降雨量超過5 mm的降雨共有 7次，分別為5月17日(7 mm)，6月 14日(15.5 mm)，7月18日(5.1 mm)，7月 28日(10.8 mm)，7月30日(8.6 mm)，9月21日(5.9 mm)，9月22日(18.4 mm)。玉米生長期間降雨量為 103.1 mm，當地玉米全生育期需水約500～600 mm，降雨對作物補充水量作用不大，所以供水量主要是灌溉，灌溉的時間和灌溉量的多少仍然對玉米生長發育造成一定程度的脅迫。

圖1 2008年注水播種玉米全生育期降雨量分布

2.2 免儲水灌注水播種對玉米生理性狀的影響

2.2.1 免儲水灌注水播種對玉米株高的影響 株高是冠層結構對水分響應的主要體現者。從圖2可以看出，在玉米整個生長過程中，處理CK株高與YB 2.5和YBH無差別，而與其它處理均有極顯著差異，在玉米株高最高時不施加保水劑注水播種處理YB 0的株高與CK ，YB 2.5，YBH 分別相差79.3，83.6和66.0 cm。在播種后20～30 d，各處理株高相差不大，到灌第一次水時(6月1日)各處理株高已有明顯差別，其中處理CK和YB 2.5與其余處理間達到極顯著差異。雖然灌水后的補償效應使得各處理株高激增，但處理YB 0和 YB 0.5的株高在苗期后各生育階段仍低于CK，YB 2.5，YBH ，YB 1.5處理并與它們間達到顯著差異。玉米株高增長速率在整個生育期呈現小—大—小的變化規律，在苗期各處理株高增長較慢;拔節期—大喇叭口期是玉米株高增長最快的時段，此時玉米株高進入了快速增長期，各處理玉米株高增長速率平均達到3.67～5.33 cm/d，雖然處理YB 0.5和YB 0在此階段株高增長速率也達到最大，但由于苗期受旱影響，其株高增長速率較其它處理都小;在玉米進入抽穗灌漿期以后株高增長速率已很小，這主要是因為進入抽穗期后玉米營養生長基本停止而轉向生殖生長，所以株高基本不再增長。以上分析說明保水劑對玉米株高增長具有明顯促進效應。

圖2 注水播種玉米株高全生育期變化注:CK為常規覆膜穴播膜上灌溉作為對照處理;YB 2.5，YB 1.5，YB 0.5，YB 0為配合施用保水劑注水播種處理，保水劑施用量分別為2.5，1.5，0.5，0 g/m2;YBH 為采用保水劑拌種處理。下同。

2.2.2 免儲水灌注水播種對玉米葉面積的影響 玉米葉面積指數隨生育期的推進，呈現出先增加、后穩定、最后又減小的趨勢，玉米葉面積指數在苗期—拔節期增長速度較快，平均日增長0.007～0.011，拔節—抽穗期葉面積指數增長速度最快，平均日增長0.102～0.125，玉米抽穗—灌漿期葉面積指數基本不再增長，日平均增長僅為0.011～0.017;灌漿—成熟期玉米葉面積指數出現明顯的下降趨勢。在苗期YB 2.5和YBH的葉面積指數與其它處理呈極顯著差異，灌水后各處理葉面積均較快增長，但YB 0，YB 0.5，YB 1.5由于在苗期受旱時間較長，植株長勢較弱，雖然在灌水后葉面積增長較快，但到葉面積指數最大時仍與CK，YB 2.5和YBH有極顯著差異。無論是在拔節期還是在抽穗期，施用保水劑較不施用保水劑處理都使單株綠葉面積增加，抽穗期YB 2.5和YBH葉面積分別比YB 0增加21.26%和11.08%，比YB 0.5增加18.33%和8.38%，說明施用保水劑對葉片無明顯不利影響，甚至有一定的促進作用(圖3)。

圖3 玉米各處理生育期葉面積指數變化

2.2.3 注水播種對玉米干物質積累的影響 植株地上部分干重反映了植株干物質積累和生長狀況，且單株地上部干重為干物質向籽粒運轉提供能源物質。玉米干物質的積累是一個連續的過程，抽穗前干物質在莖鞘的積累、花后灌漿期光合產物向籽粒的大量積累以及籽粒成熟期莖桿干物質向穗部的轉移，這3個階段是不同處理玉米干物質積累的主要過程;不同保水劑施用量的玉米其3個階段所持續的時間長短不同，在各個階段干物質積累的強度也不同。玉米干物質積累在苗期已存在顯著差異，且以YB 2.5最大，為39.4 6g/m2，以YB 0最小，為24.65 g/m2，這說明保水劑的保水作用可為玉米苗期生長提供較為充足的水分，使玉米在苗期及后續生育階段生長旺盛，植株粗壯、高大，干物質積累較快;在玉米苗期由于缺水YB 0及YB 0.5處理植株生長受抑制，其植株高度及粗壯程度遠低于CK，YB 2.5和YBH，故其干物質積累較慢，所以其干物質積累與CK，YB 2.5，YBH 間有極顯著差異(P＜0.01)，這種差異一直到玉米收獲時仍然存在，且隨著保水劑使用濃度增大，玉米干物質積累量也增大(圖4)。

圖4 注水播種全生育期干物質積累情況

各個處理的干物質積累均表現為“緩慢生長—快速生長—緩慢生長”，可以說玉米生長速率在整個生育期呈現小—大—小的變化規律，基本“S”型曲線。在出苗至拔節，由于氣溫較低玉米生長緩慢，干物質積累緩慢，從拔節到灌漿期間，干物質迅速積累，之后積累速率減緩甚至不再增加。不同處理間后期的干物質積累量差異顯著，說明水分影響是對玉米干物質的第一影響因子，玉米施用保水劑注水播種會對干物質動態變化產生顯著影響，因此，可以通過合理保水劑施用量，配合其它農藝措施可控制玉米的干物質重的形成。

2.2.4 免儲水灌注水播種對玉米器官間干物質運轉的影響 干物質生產受土壤水分狀況的影響較大，在土壤水分脅迫下，干物質積累降低，降低的程度與水分脅迫的程度呈正相關。短期干旱后，玉米葉、穗的分配指數均降低，莖鞘的分配指數升高，有學者研究認為，在光合產物相對不足時，輕度土壤水分虧缺有促進貯存物質向穗部運轉的效應[14-16]。

由免儲水灌注水播種玉米干物質器官間的轉移分配上看(圖5)，玉米成熟期各器官干物質量為:穗＞莖＞葉。不同保水劑施用量下莖分配比例為:CK＞YB 2.5＞YBH ＞YB 1.5＞YB 0.5＞YB 0，葉片分配比例與莖分配比例相反。成熟期穗分配以YB 2.5最高為67.72%，以CK最小為63.39%，施用保水劑處理的穗干物質比例均高于對照，而莖干物質比例均低于對照，說明施用保水劑在一定程度上可提高玉米穗的分配比例，光合產物能充分轉移到籽粒中。

2.3 免儲水灌注水播種對玉米產量及水分利用效率的影響

2.3.1 免儲水灌注水播種對玉米生物產量及水分利用效率的影響 作物的水分利用效率是指作物消耗單位水分所生產的干物質的量，實質上反映了作物耗水與干物質生產之間的關系，是評價作物生長適宜程度的綜合性生理生態指標。作物生長期內某一階段的水分利用率(WUE)以生長期內某一階段作物收獲部分的干物質產量(Y)與該階段的耗水量(ET)的比值來表示。

圖5 各處理成熟期各器官干物質量

表1是玉米各生育期生物產量的水分利用率計算結果。從中可以看出，水分利用效率有兩個峰值，一個在拔節期—抽穗期，另一個在灌漿期—成熟期，主要是由于拔節期—抽穗期玉米處于生長旺盛期，其生長速率、生長強度均達到最大，故水分利用效率較高;灌漿期—成熟期玉米灌水較少，氣溫較低，田間蒸發量小，且玉米籽粒重量主要在此階段形成，因而其水分利用效率較高。在前4個生育期處理YB 2.5的水分利用效率均處于最大值，與對照處理有極顯著差異，而最后一個生育期各處理水分利用效率均無差異。說明適當施用保水劑不但能提高玉米苗期水分利用效率而且可以提高生育后其的水分利用效率。

表1 玉米全生育期水分利用效率

2.3.2 免儲水灌注水播種對玉米產量及其構成因素的影響 免儲水灌注水播種玉米各處理產量及其構成因素見表2所示。處理是YB2.5和YBH較對照是增產的，其產量分別為 18 332.6和 17 921.2 kg/hm2，較對照分別增產17.77%和15.13%;而 YB 1.5，YB 0.5和YB 0較對照是減產的，其減產率分別為0.18%，2.09%和8.26%。施用保水劑量大的處理的穗長、穗粒數、穗粒重、穗重均比對照大，其中 YB 2.5與YBH的穗長較CK增加1.92和0.3 cm，穗粒數較CK增加74.40和11.18粒/穗，穗粒重較CK增加42.90和36.05 g，穗重較CK增加53.04和47.82 g，除上述幾個因素外各處理在其它因素之間無明顯差異。說明在水資源比較緊缺或者是冬季無法進行冬灌的地區，施用保水劑注水播種技術可提高玉米穗長、穗粒數、穗粒重、穗重等產量構成因素，進而提高玉米產量。

表2 各處理產量構成因素分析

3 結論

免儲水灌注水播種配合使用保水劑可使玉米提早出苗，提高葉面積指數，促進干物質積累，能提高玉米苗期及后續生育階段的水分利用效率，提高穗干物質分配比例;施用保水劑量為2.5 g/m2和采用保水劑拌種注水播種處理較常規灌溉處理分別增產17.77%和15.13%，增收26.37%和15.73%;在水資源比較緊缺或者是冬季無法進行冬灌的地區，施用保水劑注水播種技術可提高玉米穗長、穗粒數、穗粒重、穗重等產量構成因素，進而提高玉米產量。玉米生理性狀及產量的形成受很多因素的影響，但玉米免儲水灌注水播種后其生長環境發生很大變化，因而其生理性狀和產量的形成也受到影響，因此玉米注水播種條件下產量形成的機理今后還需大量的觀測和補充，以及進一步研究注水深度、注水量和不同品種保水劑濃度等因素對產量形成的影響。

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