榆林沙區不同灌溉方式對春玉米生長及產量的影響

王 雯, 張 雄

(榆林學院 生命科學學院, 陜西 榆林 719000)

榆林沙區不同灌溉方式對春玉米生長及產量的影響

王 雯, 張 雄

(榆林學院 生命科學學院, 陜西 榆林 719000)

摘要：[目的] 揭示膜下滴灌(MG)、露地滴灌(DG)、溝灌(GA)、交替隔溝灌(JG)、漫灌(CK)5種灌溉方式對春玉米生長和產量的影響，篩選出適合榆林沙區的最有效的節水灌溉方式，為農業高效節水灌溉技術發展提供理論支持。 [方法] 基于2014年田間試驗數據，運用統計分析和水分生產率計算方法。 [結果] (1) MG處理的春玉米植株生長發育狀況優于其他灌溉方式。在各生育期，MG處理的春玉米株高、莖粗和葉片SPAD值(葉綠素相對含量)均高于DG，GA和JG，且顯著高于CK(p<0.05)； (2) 在整個生育期，MG處理的春玉米葉片光合速率、氣孔導度和水分利用效率均高于其他灌溉方式，且顯著高于CK(p<0.05)； (3) MG處理的春玉米增產節水效果顯著，其產量和水分生產率均顯著高于其他處理(p<0.05)。 [結論] 同其他4種灌溉方式相比，膜下滴灌是榆林沙區玉米生產中最有效的一種節水灌溉方式。

關鍵詞：灌溉方式; 春玉米; 生長; 產量; 榆林沙區

榆林沙區屬我國典型的北方沙區，其面積占榆林市總面積的56.8%，占陜西省總面積的11.9%，占毛烏素沙地總面積的48.6%。該地區氣候干燥，蒸發強烈，降水較少，多年平均水資源總量為9.81×108m3，現有可利用水資源量為3.8×108m3，按耕地面積計算，只有2.5 m3/hm2，僅為全國平均水平的1/8，水資源短缺已成為制約該地區經濟社會發展的主要瓶頸。并且在水資源開發利用過程中，工農業生產、生活、生態“三生”爭水的矛盾日益突出，農業水資源供需缺口持續擴大。然而，榆林沙區農業灌溉仍為傳統的大水漫灌形式，農業水資源浪費嚴重且利用效率低下[1]，導致該地區農業水資源短缺問題更為嚴峻。因此，改變傳統灌溉方式，加強農業高效節水灌溉技術研究，對于提高榆林沙區農業水資源利用率，實現農業水資源的可持續利用，具有重要的理論和現實意義。

榆林沙區光照充足，排灌方便，是全國春玉米的優生區和高產區。該地區春玉米常年種植面積達1.0×105hm2左右，約占該區農作物總面積的20%，是該區農業生產的重要組成部分。因此，研究符合當地實際的玉米高效節水灌溉技術是解決榆林沙區農業水資源危機的重要途徑。另一方面，北方沙區是我國春玉米的主要分布區之一，近年來，有關漫灌、溝灌、滴灌、膜下滴灌等不同灌溉方式對春玉米生長發育影響的研究主要集中在遼西北沙區[2-4]，新疆沙區[5]、內蒙古沙區[6-7]，而有關陜北沙區特別是榆林沙區不同灌溉方式對春玉米生長發育影響的報道則較為鮮見。鑒于此，開展不同灌溉方式對春玉米生長和產量影響的研究，旨在篩選出適合本地區玉米生產的最有效的節水灌溉方式，進一步豐富北方沙區農業節水灌溉理論與模式，為農業高效節水灌溉技術的發展提供重要的理論和數據支持。

1材料與方法

1.1　研究區概況

試驗地地處榆林現代農業科技示范區，地處榆林市牛家梁鎮榆卜界村(109°43′E，38°23′N)，該區域屬干旱半干旱大陸性季風氣候，年平均降水量371 mm，蒸發量1 900 mm，年日照時數2 900 h，年總輻射6.07×109kJ/m2，年均氣溫8.6 ℃，≥10 ℃積溫3 000～3 300 ℃，無霜期167 d。該區域光照充沛，地勢平坦，地下水位較高，便于灌溉，土壤為風沙土，肥力水平中等。供試土壤pH值為8.1，有機質含量為7.85 g/kg，全氮含量為0.36 g/kg，堿解氮含量為48.90 mg/kg，有效磷含量為13.95 mg/kg，速效鉀含量為87 mg/kg。

1.2　試驗設計

試驗設漫灌(CK)、溝灌(GA，每條灌水溝都灌水)、交替隔溝灌(JG，上次灌水溝下次不灌而鄰溝灌)、露地滴灌(DG)和膜下滴灌(MG)5個處理。小區面積3 m×7 m，隨機區組排列，重復3次，為了避免不同處理的相互影響，各小區間都相隔1 m。MG種植模式為1膜1帶1行，施底肥后起壟，壟底寬60 cm，壟頂寬40 cm，壟間距40 cm，壟高10 cm，春玉米行距為60+40 cm，株距30 cm，壟起好后，鋪設滴灌帶(采用內鑲貼片式滴灌帶，滴頭間距30 cm，滴頭流量1.38 L/h)，用幅寬80 cm，厚度0.008 mm的地膜覆蓋，覆膜后在地膜上打孔點播。DG種植模式為1帶1行不覆膜，GA和JG種植模式為起壟覆膜不鋪設滴灌帶，CK種植模式為不起壟不覆膜不鋪設滴灌帶。DG，GA，JG和CK的株行距與MG相同。漫灌的灌溉量和灌溉次數按照當地農戶傳統灌溉方式確定。膜下滴灌、露地滴灌、交替隔溝灌和溝灌每次灌溉量分別為漫灌的25%，25%，45%和60%。每次灌溉時用水表測定各小區的容積灌溉量(m3)。在整個生育期，各處理的灌溉量和灌溉次數詳見表1。田間試驗于2014年4月30日播種，供試品種為當地主栽品種陜單609，每穴種2～3粒，播種深度為3—5 cm，66 750株/hm2，底肥施尿素75 kg/hm2，磷酸二銨300 kg/hm2，硫酸鉀225 kg/hm2，混勻后在耕地時撒施地表，深翻入土壤。膜下滴灌和露地滴灌處理在大喇叭口期和抽雄吐絲期各隨灌水追施尿素2次，每次75 kg/hm2，其他處理在大喇叭口期和抽雄吐絲期各隨灌水追施尿素1次，每次225 kg/hm2，拔節前噴施2，4 D—丁酯900～1 500 g/hm2除草，10月2日收獲。

表1　不同灌溉方式的灌溉量和灌溉次數

注：MG，DG，GA，JG，CK分別為膜下滴灌、露地滴灌、溝灌、交替隔溝灌、漫灌。下同。

1.3　測定項目及方法

試驗測定指標包括土壤含水量、作物形態和生理指標、光合指標及產量指標等。土壤含水量用土鉆取樣，烘干法測定20，40，60，80，100 cm 土層的土壤含水量。形態和生理指標株高和莖粗分別采用鋼卷尺和游標卡尺，每小區選3株，每株重復測定3次，求平均值；葉綠素含量采用SPAD-502葉綠素儀測定葉綠素含量[8-9]，每小區選3株，結果取其平均值。光合指標光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)、氣孔導度(Gs)均通過LI-6400便攜式光合測定儀觀測并記錄數據，每次在晴天9：00—11：00照充足且相對穩定的時間測定，每小區選3株，結果取其平均值。水分利用效率(WUE)的計算公式為：WUE=Pn/Tr。本研究中，形態和生理指標以及光合指標的測定時間為：2014年5月20日，6月19日，7月10日，7月25日，8月13日，9月15日。產量指標玉米成熟收獲時，每小區收獲3個1 m2玉米進行產量測定，將果穗帶回室內考種，測定其穗長、穗粗、穗重、穗粒數、千粒重等指標。水分生產率水分生產率是指消耗單位水量所能生產的農作物的經濟產量，其計算公式為：

WUEc=Y/(M+P+D+△W)

式中：WUEc——春玉米水分生產率(kg/m3)；Y——單位面積春玉米產量(kg/hm2)；M——春玉米全生育期灌水量(m3/hm2)；P——春玉米生育期內有效降水量(m3/hm2)，本研究中，春玉米全生育期的降水量為239.3 mm；D——春玉米生育期內地下水補給量(m3/hm2)，由于在春玉米生育期內地下水埋深3.5 m，其地下水補給量較小，可忽略不計； △W——春玉米生育期始末土壤含水量的差值(m3/hm2)。單位換算參照汪志農[10]的方法計算。

1.4　數據處理與統計分析

采用SPSS 19.0統計分析軟件進行數據處理，多組數據的平均數比較采用單因素方差分析，并用LSD法進行多重比較(p<0.05)。

2結果與分析

2.1　不同灌溉方式對春玉米生長發育的影響

株高、莖粗和葉片SPAD值是衡量作物生長狀況的重要指標。由表2可知，在春玉米各生育期，MG處理的株高均顯著高于CK(p<0.05)，且略高于DG。抽雄吐絲期MG處理的株高比CK增加了96.1%，增幅最大；MG處理的莖粗均顯著高于CK(p<0.05)，且略高于DG。拔節期MG處理的莖粗較CK增加52.8%，增幅最大；MG處理的葉片SPAD值均顯著高于CK(p<0.05)，且在大喇叭口期、灌漿期和成熟期顯著高于DG(p<0.05)，MG處理的SPAD值在成熟期比CK增加33.0%，增幅最大。本研究中，春玉米整個生育期，膜下滴灌處理株高、莖粗以及葉片SPAD值顯著高于漫灌和溝灌等傳統灌溉方式，盡管露地滴灌的灌量、灌次和膜下滴灌相同，但是露地滴灌處理的春玉米株高、莖粗和SPAD值仍低于膜下滴灌。相關資料顯示，膜下滴灌條件下春玉米[11-13]和馬鈴薯[14]的株高及莖粗均高于露地滴灌，這與本研究中的結果一致。已有研究表明，膜下滴灌與傳統灌溉、噴灌等技術相比優勢明顯。一方面覆膜種植不僅可降低土壤水分蒸發，減少株間蒸發和養分損耗，還可使春玉米整個生育期有效積溫增加200～400 ℃，其保墑、增溫效果顯著[15]；另一方面，滴灌能夠按照作物生長和需水規律，實施適時適量的精確灌溉，使作物跟區土壤水分含量適宜、土壤物理結構良好，提供有利于作物根系生長的水、肥、氣、熱環境，因而春玉米植株長勢穩健。

2.2　不同灌溉方式對春玉米光合作用和水分利用效率的影響

光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)和氣孔導度(Gs)是衡量作物光合能力的重要指標。由表3可見，在整個生育期，各處理的Pn值和Gs值均表現為：MG>DG>JG>GA>CK，且MG處理均顯著高于CK(p<0.05)。在抽雄—成熟期MG處理的Pn值比CK增加48.0%～90.0%，增幅最大，在拔節期MG處理的Gs值較CK增加81.8%，增幅最大。DG處理的Tr值除苗期和成熟期略低于MG，其他時期均高于MG(表3)。試驗結果表明，相比漫灌和溝灌，膜下滴灌可使春玉米光合能力明顯增強。值得注意的是，在苗期GA處理的Pn值較DG和CK增加了35.4%和28.1%，Gs值較DG和CK增加了66.2%和77.0%，均呈顯著差異(p<0.05)。這可能是由于在春玉米苗期，DG和CK處理的0—25 cm土壤溫度較MG和GA低2.6～3.9 ℃，而不同處理的土壤含水量適中(0—20 cm平均土壤含水量為田間持水量的55%～60%)，在土壤墑情適宜的條件下，溫度是影響苗期春玉米光合能力的主要因素。因此，苗期露地栽培條件下(DG和CK處理)土壤溫度較低，導致春玉米葉片酶活性降低，引起光合能力下降，而覆膜處理(MG和GA處理)可使土壤溫度增加31.0%～46.4%，從而提高葉片酶活性、增強光合作用。

表2　不同灌溉方式對春玉米株高、莖粗及葉片SPAD值的影響

注：同列不同小寫字母表示p<0.05水平差異顯著。下同。

葉片水分利用效率(WUE)是評價作物生長適宜度的重要指標。由表3可知，在整個生育期MG處理的春玉米葉片WUE值均顯著高于JG，GA和CK(p<0.05)，且略高于DG。在拔節期MG處理的WUE值較CK增加34.5%，增幅最大。這表明，在榆林沙區，膜下滴灌技術可增強春玉米葉片的光合能力，增加光合同化物向生殖器官轉運的比例，從而使水分利用效率顯著提高。此外，JG處理的WUE值與CK相比差異不大(變化幅度為2.5%～4.5%)。這可能是由于榆林沙區的風沙土土壤水分垂直下滲能力強，而橫向擴散能力弱，在春玉米生長旺盛期，交替隔溝灌處理的水分多在灌溉溝中垂直下滲，而未灌溉的溝中土壤含水量較低(0—40 cm的平均土壤含水量為田間持水量的35%～45%)，導致植株蒸騰消耗的水分得不到及時補給，致使其光合速率的降幅超過蒸騰速率，葉片水分利用效率較低。

表3　不同灌溉方式對春玉米葉片光合作用和水分利用效率的影響

2.3　不同灌溉方式對春玉米產量及水分生產率的影響

膜下滴灌處理的春玉米產量和水分生產率均高于其他灌溉方式(表4—5)。在春玉米產量構成因素中，除穗粗外，MG處理的產量指標均高于其他處理，不同灌溉處理的單穗重、千粒重和產量均表現為：MG>DG>GA>CK>JG。MG處理的產量顯著高于其他處理(p<0.05)，其產量分別較CK，GA，JG和DG增加18.3%，13.7%，19.3%和7.1%，增產效果顯著。而JG處理的產量最低，較CK減產0.8%。同時，在不同灌溉方式下，春玉米水分生產率也表現為：MG>DG>JG>GA>CK，MG處理的水分生產率顯著高于其他處理(p<0.05)，分別較DG，GA，JG和CK高7.5%，45.5%和37.5%和73.2%(表5)。并且，MG處理分別比GA和JG和CK節水31.3%和19.0%和43.3%(表1)，節水效果明顯。

此外，交替隔溝灌處理的水分生產率分別較漫灌和溝灌提高26.0%和5.8%(表5)，但是交替隔溝灌分別較膜下滴灌和漫灌減產19.3%和0.8%(表4)，其減產幅度較大，因此，交替隔溝灌在榆林沙區的適用性還有待進一步研究和論證。

值得注意的是，2014年7—9月該試驗區的降水量(187.4 mm)較歷年同期(1999—2010年)偏多1.4倍，因而春玉米全生育期漫灌和溝灌的灌溉量較往年減少約10%，在這種情況下，膜下滴灌仍有明顯的增產節水效果，是榆林沙區玉米生產中最有效的一種節水灌溉方式。

表4　不同灌溉方式對春玉米產量的影響

表5　不同灌溉方式對春玉米水分生產率的影響

注：△W為春玉米生育期始末土壤含水量的差值。

3結 論

(1) 膜下滴灌處理的春玉米植株生長發育狀況優于其他灌溉方式。在春玉米各生育期，膜下滴灌處理的春玉米株高、莖粗和葉片SPAD值明顯高于漫灌(p<0.05)。本研究結果表明，盡管灌量和灌次一致，露地滴灌處理下的株高、莖粗和葉片SPAD值仍低于膜下滴灌。

(2) 膜下滴灌處理的春玉米光合能力和水分利用效率均高于其他灌溉方式。在整個生育期，膜下滴灌處理的春玉米Pn值、Gs值和WUE值均高于其他處理，且顯著高于漫灌(p<0.05)。

(3) 膜下滴灌處理的春玉米增產節水效果顯著。膜下滴灌處理的產量和水分生產率顯著高于其他處理(p<0.05)。膜下滴灌處理分別較DG，GA，JG和CK增產7.1%，13.7%，19.3%和18.3%，其水分生產率分別較DG，GA，JG和CK提高了7.5%，45.5%，37.5%和73.2%，并且分別比GA，JG和CK節水31.3%，19.0%和43.3%。總體上，與其他4種灌溉方式相比，膜下滴灌方式是榆林沙區玉米生產中最有效的一種節水灌溉方式。

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Effects of Different Irrigation Methods on Growth and Yield of Spring Maize in Sandy Area of Yulin City

WANG Wen, ZHANG Xiong

(CollegeofLifeScience,YulinUniversity,Yulin,Shannxi719000,China)

Abstract：[Objective] Through revealing the effects of drip irrigation under mulch(MG), drip irrigation without mulch(DG), furrow irrigation(GA), alternate furrow irrigation(JG) and flood irrigation(CK) on the growth and yield of spring maize, we aimed to find out the most effective irrigation method which was suitable for the sandy area of Yulin City in order to provide theoretical support for the development of agricultural water-saving irrigation technology. [Methods] Based on the field experiment data in 2014, statistical analysis and calculation method of water productivity were used. [Results] (1) Under the treatment of MG, the growth and development of spring maize were better than that in other irrigation methods. During whole growth period, plant height, stem diameter and leaf SPAD value in the treatment of MG were higher than that in the treatment of DG, GA and JG, and were significantly higher than that in CK(p<0.05); (2) Under the treatment of MG, the photosynthetic rate, stomatal conductance and water use efficiency of spring maize leaf were greater than the corresponding values in other irrigation methods during whole growth period, and were significantly higher than that in the treatment of CK(p<0.05); (3) Drip irrigation under mulch had significant effects on yield and water use efficiency, the two items were significantly higher than that in other treatments(p<0.05). [Conclusion] Compared with other irrigation methods, the drip irrigation under mulch is the most effective irrigation method for maize in sandy area of Yulin City.

Keywords:irrigation method; spring maize; growth; yield; sandy area of Yulin City

文獻標識碼：A

文章編號：1000-288X(2015)04-0213-05

中圖分類號：S274.1

通信作者：張雄(1970—),男(漢族),陜西省榆林市人,博士,教授,主要從事旱區農業節水研究。E-mail:yulinzhang2007@126.com。

收稿日期：2015-03-16修回日期：2015-04-20

資助項目：陜西省重點科技創新團隊建設計劃項目“陜北農業節水綜合研究—創新團隊”(2013KCT-29)

第一作者：王雯(1982—),女(漢族),甘肅省酒泉市人,博士,講師,主要從事旱區農業高效節水技術方面的研究。E-mail:wangwen200806@aliyun.com。