灌溉定額對膜下滴灌玉米生理性狀及產量的影響

唐光木，何 紅，楊金鈺，徐萬里

（1.新疆農業科學院 土壤肥料與農業節水研究所／綠洲養分與水土資源高效利用重點實驗室，

烏魯木齊830091；2.國家棉花工程技術研究中心，烏魯木齊830091）

新疆位于我國西北內陸地區，水資源不足不僅是嚴重的環境問題，也是作物正常生長發育和產量形成的必需條件［1］，對作物體內水分平衡和產量構成具有重要影響［2］。同時玉米不僅是重要的糧食作物之一，發展玉米生產對國家糧食安全及經濟發展具有舉足輕重的作用［3］，而且玉米也是耗水量較大的農作物。因此在水資源供需矛盾日益尖銳的條件下，如何優化灌溉，提高水分利用效率，實現玉米生產既節水又優質高產，對新疆農業的可持續發展具有重要意義［4］。目前，滴灌技術應用于大田玉米灌溉方面的研究還處于初步階段，這些研究主要集中于不同灌水模式下玉米水分生產效率上的差異及其優越性［5－8］以及灌溉制度對玉米需水規律的相關研究［9］。玉米高產的形成需要充足的光、熱、水、肥、氣等，而水分是決定產量的最活躍因素，只有適宜的水分含量，其他因素才能發揮最大作用，形成玉米高產，而灌溉用水不足或者過大都會制約玉米產量的形成。本文旨在研究膜下滴灌條件下，進行不同灌溉定額對玉米生育期生理性狀和產量形成的影響研究，為新疆水資源的充分利用以及膜下滴灌技術在玉米上的應用提供理論基礎和數據支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

試驗位于新疆喀什地區疏勒縣洋大曼鄉八大隊（76°14′E，39°21′N），海拔1 254 m，無霜期211 d左右，年降水量72.2 mm，年蒸發量2 537.8 mm，年平均氣溫11.8℃，日照時數2 870.6 h，≥10℃的有效積溫4 259.9℃，屬于暖溫帶大陸性干旱型氣候。土壤類型為棕漠土，土壤質地為砂壤土，土壤的基本理化性質為有機質12.61 g／kg，全氮0.62 g／kg，全磷0.79 g／kg，堿解氮54.04 mg／kg，速效磷16.80 mg／kg，速效鉀123.08 mg／kg，p H 值8.12，耕層含鹽量1.84 g／kg。

1.2 試驗設計

供試玉米品種選自喀什地區主栽的套播玉米品種鄭單958。膜下滴灌種植模式為1壟2管4行玉米，采用寬窄行種植，窄行行距40 c m，寬行行寬60 c m，株距12 c m，理論株數75 000株／h m2，保苗株數68 750株／h m2。4月15日采用覆膜鋪管播種一體機進行播種，4月23號出苗，9月2日收獲，全生育期140 d。試驗全程采用滴灌系統，滴灌帶間距60 c m，滴頭間距30 c m，滴頭流量2.2 L／s。

試驗采用隨機區組試驗設計，共設5個灌溉定額處理，3次重復。灌溉定額分別為3 000 m3／h m2（D1），4 500 m3／h m2（D2），5 250 m3／h m2（D3），6 000 m3／h m2（D4）和6 750 m3／h m2（D5），以常規地面灌為對照（CK），常規地面灌灌溉定額為8 250～9 750 m3／h m2，共18個小區，每個小區面積100 m2（25 m×4 m）。拔節期開始第一次滴灌（5月24日），灌溉周期為10 d，成熟收獲前一周停止灌溉（8月24日），共滴灌9次。

1.3 測定項目與方法

套播玉米生長的關鍵期苗期（4月25日）、拔節期（5月25日）、大喇叭口期（6月10日）、抽雄吐絲期（7月3日）和收獲期（9月2日）分別測定套播玉米的株高、莖粗、葉面積和葉綠素，套播玉米成熟后進行生物量和產量指標的測定。每個小區選擇具有代表性的植株15株，掛牌標記，進行套播玉米相關指標的定點觀測。

套播玉米生長的關鍵期每個小區對掛牌標記的植株用卷尺進行株高的測量，采用游標卡尺測量玉米的莖粗，采用掃描型手持式活體葉面積掃描儀Y MJA進行測定，葉面積測定儀掃描每個葉片的實際面積，采用SPAD-502葉綠素儀測定葉片SPAD值；玉米收獲期對掛牌標記的植株分別收獲，進行玉米地上生物量和地下生物量以及考種，測定穗粒數、單穗重、千粒重、禿頂長度等指標，同時對每個小區進行雙棒率、空桿率和病株率調查統計。

1.4 數據處理

數據采用Excel 2003和SPSS 13.0數據分析軟件進行數據分析和差異顯著性檢驗（P＜0.05）。

2 結果與分析

2.1 不同灌溉定額對套播玉米莖粗和株高的影響

不同灌溉定額對套播玉米莖粗的影響表明，莖粗與灌溉定額存在正相關關系，隨著灌溉定額的增大，玉米的莖粗呈現逐步增大的趨勢，表現出D5＞D4＞D3＞D2＞D1（圖1）。膜下滴灌條件下，在玉米生長的苗期、抽雄吐絲期和收獲期灌溉定額對莖粗的影響較小，不同灌溉定額間莖粗變化不大，拔節期和大喇叭口期灌溉定額對玉米莖粗的影響較大，高灌溉定額D5比低灌溉定額D1分別提高了18.22%（苗期）、33.79%（拔節期）、17.74%（大喇叭口期）、19.55%（抽雄吐絲期）和19.38%（成熟期）。與常規地面灌相比，不同灌溉定額下，玉米莖粗在不同生育時期都呈現出相同的趨勢，表現為D5＞D4＞D3＞D2＞CK＞D1，說明膜下滴灌有利于玉米莖粗的生長，但低量灌溉（D1）時，水分缺乏則不利于玉米莖粗的生長。

不同灌溉定額下株高表現出隨著灌水量的增加，玉米株高逐步增加，不同生育時期都表現出了D5＞D4＞D3＞D2＞D1（圖1），高灌溉定額D5比低灌溉定額D1分別增加了2.90 c m（苗期）、7.01 c m（拔節期）、37.77 c m（大喇叭口期）、27.32 c m（抽雄吐絲期）和20.07 c m（成熟期）；在玉米生長的苗期到抽雄吐絲期，玉米株高增加迅速，相比苗期，不同灌溉定額下抽雄期株高增高了146.09～170.51 c m，日均增高2.11～2.47 c m；與常規地面灌相比，膜下滴灌有利于玉米的生長，不同生育期玉米平均株高分別提高了22.66%，44.27%，45.83%，30.00%，10.49%。

圖1 不同灌溉定額套播玉米莖粗與株高變化

2.2 不同灌溉定額對套播玉米葉面積的影響

不同灌溉定額對套播玉米葉面積的影響表明，玉米不同生育時期，隨著灌溉水量的增加，葉面積也相應增大，苗期和收獲期表現為D5＞D4＞D3＞D2＞D1（圖2），高灌溉定額D5相比低灌溉定額D1葉面積提高了24.34%和24.70%；拔節期、大喇叭口期和抽雄吐絲期表現為D4＞D5＞D3＞D2＞D1，灌溉定額D4相比低灌溉定額D1葉面積提高了27.66%，23.94%，6.74%；不同生育時期，不同灌溉定額膜下滴灌玉米葉面積顯著高于常規地面灌，相比常規地面灌分別增加了3.68 c m2，950.14 c m2，1 950.24 c m2，2 445.75 c m2，1 986.12 c m2。說明不同灌溉定額膜下滴灌對玉米葉面積的增加具有一定的影響，并顯著大于常規地面灌，但灌溉定額在一定程度上有利于玉米葉面積的增加，但超過一定量的灌溉定額（大于D4），可能葉面積的增加產生不利的影響。

圖2 不同灌溉定額單株葉面積變化

2.3 不同灌溉定額對套播玉米葉片SPAD值的影響

SPAD值是基于測定特定光譜波段葉綠素對光的吸收而獲得的，SPAD葉綠素儀測定的是作物葉片葉綠素的相對含量［10］。不同灌溉定額膜下滴灌套播玉米SPAD值隨著灌溉定額的增加而增大，表現出D5＞D4＞D3＞D2＞D1（圖3），高灌溉定額（D5）相比低灌溉定額（D1），玉米不同生育時期葉片SPAD值分別增加了4.06（苗期）、8.03（拔節期）、11.09（大喇叭口期）、5.82（抽雄吐絲期）和6.67（成熟期）；不同灌溉定額與常規地面灌相比，不同時期玉米葉片SPAD值都表現出D5＞D4＞D3＞D2＞CK＞D1，常規地面灌CK葉片SPAD值比低灌溉定額D1分別提高了0.98%，4.20%，7.96%，6.45%，9.56%。

圖3 不同灌溉定額葉片SPAD值變化

2.4 不同灌溉定額對套播玉米產量及農藝性狀的影響

套播玉米產量相關的農藝性狀在不同灌溉定額下表現出隨灌溉定額的增大，玉米的雙棒率和單株鮮重逐步增加，表現出D5＞D4＞D3＞D2＞D1（表1），高灌溉定額D5相比低灌溉定額D1玉米的雙棒率提高了165.24%，單株鮮重增加了90.48 g；玉米的空桿率、病株率和禿頂長度則隨著灌溉定額的增加而降低，表現出D5＜D4＜D3＜D2＜D1，高灌溉定額比低灌溉定額空桿率和禿頂長度分別減低了58.68%和45.80%，而病株率在高灌溉定額D5條件下沒有發生。與常規地面灌CK相比，CK的空桿率、病株率和禿頂長度低于低灌溉定額D1，分別降低了22.67%，18.26%，8.19%；雙棒率和單株鮮重則分別降低了1.41，58.73 g。

玉米產量及其產量構成在不同灌溉定額下表現不同，穗粒數隨灌溉定額的增加而增多，表現為D5＞D4＞D3＞D2＞D1（表2），高灌溉定額D5相比低灌溉定額D1，穗粒數提高了9.60%，灌溉定額有利于玉米穗粒數的增加。千粒重和產量則表現為D4＞D3＞D5＞D2＞D1，灌溉定額D4相比低灌溉定額D1，千粒重和產量分別提高了13.92%和59.76%；高灌溉定額D5則比D4降低了3.39%和3.81%，比D3降低了0.43%和3.11%，說明適宜的灌溉定額有利于玉米千粒重和產量的形成，而超額的灌溉定額不僅造成水資源的浪費也不利于產量的形成。單穗重為D4＞D5＞D3＞D2＞D1，灌溉定額D4相比高灌溉定額D5僅增加了1.20 g，比D1則增加了36.35 g。不同灌溉定額玉米產量及其產量構成與常規地面灌CK相比，穗粒數表現為D5＞D4＞D3＞D2＞D1＞CK，單穗重、千粒重和產量則表現出D2、D3、D4和D5＞CK＞D1，低灌溉定額D1對產量的貢獻率要小于常規地面灌CK。

表1 不同灌溉定額套播玉米產量性狀

表2 不同灌溉定額套播玉米產量及其構成

2.5 灌溉定額與套播玉米產量構成的相關性分析

不同灌溉定額與玉米產量及其產量構成之間的相關性分析表明（表3），灌溉定額與玉米的空桿率、病株率和禿頂長度呈現顯著的負相關關系（P＜0.01），但玉米的雙棒率和千粒重隨灌溉定額增大而增加（P＜0.05），單穗重和產量表現出顯著的增加趨勢（P＜0.01），穗粒數和單株鮮重與灌溉定額也呈現正相關的關系，但差異不顯著（P＞0.05），說明灌溉定額對玉米產量及其產量構成的貢獻率較大。產量與產量構成的相關農藝性狀間，雙棒率、穗粒數、單穗重、千粒重以及玉米植株生物量的增加有利于玉米產量的形成，而空桿率、病株率和禿頂長度則影響玉米產量的增加。

表3 灌溉定額與產量構成的相關性

3 討論

3.1 套播玉米生理性狀變化

株高是影響產量的重要因素，作物的形態結構在很大程度上決定作物的競爭能力和資源獲取強度，莖桿的生長與伸長是作物對光的競爭能力的直接體現。本研究表明隨著灌溉定額的增大，玉米不同生育期莖粗和株高也隨之增大，這與劉站東［11］和鄭和祥［12］等研究結論灌溉定額與玉米株高和莖粗基本成正比例關系相一致。

葉片是玉米截獲光能并進行光合作用的主要器官，葉面積的大小和發展動態是衡量群體結構是否合理的重要依據之一［13］。已有的研究表明土壤水分變化對玉米葉面積指數以及單株葉面積有重要影響［14］，郭維［15］的研究認為灌水量大，玉米植株生長旺盛，葉面積大，灌溉量小則葉面積值相對較小。本研究也得出相同的結論，隨著灌水量的增大，葉面積也隨之增大，但不同的是玉米葉面積在一定灌溉定額情況下（3 000～6 000 m3／h m2），隨灌溉定額的增大而增大，當灌溉定額超出一定范圍（＞6 000 m3／h m2），葉面積則開始下降，這與田育豐［16］的研究結論相一致?；跍y定特定光譜波段葉綠素對光的吸收而獲得的SPAD值是作物葉片葉綠素的相對含量［10］。而葉綠素含量是指植物對水分脅迫反應敏感的生理指標之一。本研究表明隨著灌溉定額的增加，玉米葉片SPAD值也隨之增大，說明土壤水分充足，玉米能夠更充分利用光能資源進行光合作用，促進玉米植株的生長發育。

3.2 套播玉米產量及其產量構成變化

劉戰東等［11］研究表明膜下滴灌玉米產量隨灌水量的增加而增加，穗長、穗粗、單穗重以及千粒重等產量構成因素也隨灌溉定額的增加而呈增加趨勢，穗粒數規律性不明顯，Saeed等［17］認為額外的灌溉會使產量提高。本研究表明隨著灌溉定額的增加，玉米的空桿率、病株率和禿頂長度呈現不同程度的降低，雙棒率和穗粒數有了顯著的提高，增加灌溉水量可降低玉米不良植株的發育以及發病率，促進玉米的健康成長和產量構成；但灌溉定額超出6 000 m3／h m2時，玉米的單穗重、千粒重和產量則出現不同程度的降低，這可能是因為水分過于充足，玉米的生育期被推遲，在玉米收獲期，玉米籽粒沒有完全成熟，導致了單穗重、千粒重和產量的降低，這與劉玉潔等［18］的研究結論適當增加灌溉定額在一定程度上可增加作物產量，但超過一定值之后，產量并無顯著提高相一致。

4 結論

不同灌溉定額對膜下滴灌套播玉米的生理性狀和產量具有重要的影響，隨著灌溉定額的增大，套播玉米的莖粗、株高、葉面積和SPAD值也隨之增大，表現出D5＞D4＞D3＞D2＞D1，玉米整個生育期高灌溉定額（D5）比低灌溉定額（D1）分別平均提高21.74%，17.36%，18.73%，18.50%，增大灌溉量有利于玉米的營養生長和生殖生長；產量及產量構成在一定灌溉定額下（3 000～6 000 m3／h m2），隨灌溉定額的增加而增大，千粒重和產量表現為D4＞D3＞D5＞D2＞D1，單穗重表現為D4＞D5＞D3＞D2＞D1，說明超過一定的灌溉定額（＞6 000 m3／h m2），對玉米的產量及產量構成無顯著提高。由此可知，在膜下滴灌條件下，灌溉定額在5 250～6 000 m3／h m2時比較適宜。

［1］ 張淑勇，國靜，劉煒，等.玉米苗期葉片主要生理生化指標對土壤水分的響應［J］.玉米科學，2011，19（5）：68-72，77.

［2］ 潘菊梅，李辛村，李濤，等.灌溉對糧飼兼用玉米根系分布及產量影響［J］.干旱區資源與環境，2012，26（11）：200-203.

［3］ 許飚，馬文禮，許強.寧夏引黃灌區不同灌溉定額下玉米耗水特征及其對產量的影響［J］.農業科學研究，2007，28（4）：7-11.

［4］ 劉雁翼，楊貴森，張寄陽，等.利用氣象資料指導膜下滴灌棉花灌溉的試驗研究［J］.灌溉排水學報，2008，27（3）：37-40.

［5］ 張曉偉，黃占斌，李秧秧，等.滴灌條件下玉米的產量和WUE效應研究［J］.水土保持研究，1999，6（1）：72-75.

［6］ Pablo R G，O′Neill M K，Mc Caslin B D，et al.Evaluation of corn grain yield and water use efficiency using subsurface drip irrigation［J］.Jour nal of Sustainable Agriculture，2007，30（1）：153-172.

［7］ Lamm F R，Trooien T P.Subsurface drip irrigation for corn production：a review of 10 years of research in Kansas［J］.Irrigation Science，2003，22（3／4）：195-200.

［8］ Katsoulas N，Kittas C，Dimokas G，et al.Effect of irrigation frequency on r ose flower pr oduction and quality［J］.Biosystems Engineering，2006，93（2）：237-244.

［9］ 李久生，饒敏杰，張建君.干旱區玉米滴灌需水規律的田間試驗研究［J］.灌溉排水學報，2003，22（1）：16-21.

［10］ 于亞利，賈文凱，王春宏，等.春玉米葉片SPAD值與氮含量及產量的相關性研究［J］.玉米科學，2011，19（4）：89-92，97.

［11］ 劉戰東，肖俊夫，劉祖貴，等.膜下滴灌不同灌水處理對玉米形態、耗水量及產量的影響［J］.灌溉排水學報，2011，30（3）：60-64.

［12］ 鄭和祥，郭克貞，郝萬龍.作物生長指標與土壤水分狀況及地溫關系研究［J］.水土保持研究，2011，18（3）：210-216.

［13］ 劉建國，呂新，王登偉，等.膜下滴灌對棉田生態環境狀況及作物生長的影響［J］.中國農學通報，2005，21（3）：333-335.

［14］ 李守謙，蘭念軍.干旱地區農作物需水量及節水灌溉研究［M］.蘭州：甘肅科學技術出版社，1993.

［15］ 郭維.黑龍江省西部玉米膜下滴灌試驗研究［D］.哈爾濱：東北農業大學，2010.

［16］ 田育豐.限量灌溉和施氮水平對春玉米生長及生理特性的影響［J］.廣西農業科學，2010，41（10）：1055-1057.

［17］ Saeed I A M，El-Nadi A H.Forage sorghum yield and water use efficiency under variable irrigation［J］.Irrigation Science，1998，18（2）：67-71.

［18］ 劉玉潔，李援農，潘韜，等.不同灌溉制度對覆膜春玉米的耗水規律及產量的影響［J］.干旱地區農業研究，2009，27（6）：67-72.