覆膜畦灌條件下制種玉米需水規律及優化灌溉制度研究

胡鐵民，欒元利，王增麗

(武威市中心灌溉試驗站，甘肅 武威 733000)

根據農作物各生育階段的需水情況對灌水次數、灌溉時間與灌溉定額進行適當調整，是在節水前提下達到相對較高產量的一種農業節水模式，也是改善農田小氣候的重要措施之一。

自20世紀90年代初以來，全國玉米雜交制種基地逐漸西移，河西灌區成為60多個玉米高產品種的制種基地[1,2]。截止2010年，甘肅省已發展制種玉米面積10萬hm2。其中在石羊河流域中武威市、金昌市達到3.33萬hm2，總產超過2.08億kg，制種玉米已成為當地農民增收的主要途徑之一。

Abrisqueta[3]研究結果表明，作物生育期連續進行小定額灌溉，將顯著影響作物根系生長過程，且不合理的灌溉制度將影響制種玉米的生長發育過程和干物質的累積量[4]。也有研究結果表明，在玉米抽穗期～灌漿期進行適度水分虧缺不會影響作物產量[5-7]。

基于此，本文在前人工作的基礎上，針對西北旱區氣候特征、農田生產條件，對制種玉米需水量及需水規律進行田間試驗，研究覆膜畦灌條件下制種玉米需水規律及優化灌溉制度，為當地制種玉米農業生產活動提供技術指導和理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

該研究在甘肅省武威市中心灌溉試驗站進行，地理位置東經102°50′50″，北緯37°52′20″，海拔1 581 m，屬典型內陸性干旱荒漠生態區。年均降水量164.4 mm，年均蒸發量為2 000 mm，平均土壤密度為1.54 g/cm3，土壤質地為灰鈣質粉質壤土，田間持水率為32%(體積含水量)。

1.2 試驗材料與設計

供試制種玉米為鄭單958，于2012年4月24日種植，9月26日收獲，全生育期155 d。父母本種植比例1∶7。覆膜后采用玉米穴播機進行播種，播種量30 kg/hm2，株距為22 cm，行距為40 cm。基肥采用一次性緩釋專用肥(其中純N為375 kg/hm2，P2O5為180 kg/hm2)。灌溉水源來自試驗站內，采用井灌方式進行灌溉。

試驗采用隨機區組設計，共6個處理，生育期不灌水作為對照(CK)處理，各處理重復3次，共21個小區，各小區面積為30 m2(5 m×6 m)。試驗處理設置如表1所示。

表1 不同處理灌水定額設置表 m3/hm2Tab.1 Irrigation quota of different treatments

1.3 測定內容與分析方法

(1)土壤含水量：采用土鉆取土烘干法測定土壤深度為0～100 cm的土壤含水量，分[0,20]，(20,40)，(40,60]，(60,80]，(80,100] cm 5層進行測定，在生育期每隔15 d測定1次，灌水前后，降雨前后加測，測點布置在行間。

(2)作物耗水量：采用農田土壤水量平衡公式進行耗水量計算。灌水量采用水表進行計量。由于該試驗田地下水埋深在40 m以下，可視地下水補給量為0 mm，降水入滲深度不超過1 m，可視深層滲漏為0 mm。作物生長所需水分主要由灌溉水和降雨供應。因此，水量平衡方程可簡化為：

ET=P+I-ΔW

(1)

式中：ET為作物生育期耗水量，mm；P為生育期降水量，mm；I為生育期內灌溉量，mm；ΔW為作物生育期土壤蓄水變化量，mm。

(3)產量：作物成熟后，各小區取10株進行考種。考種指標包括穗長、禿尖長、穗粗、百粒質量。測產采取小區單打單收方法測定。

(4)耗水強度、模比系數及水分利用效率按照下列公式計算。

WCRi=WTi/di

(2)

Rwi=WTi/WT

(3)

WUE=Y/WT

(4)

式中：WCRi為耗水強度，mm/d；WTi為階段耗水量，mm；di為作物階段生長天數，d；i=1，2，…，n；n為劃分的作物生育階段數；Rwi為耗水模比系數，%；WT為作物生育期耗水量，mm；WUE為水分利用效率，kg/(hm2·mm)；Y為經濟產量，kg/hm2。

1.4 數據處理

試驗采用SPSS 15.0對數據進行處理，利用Duncan新復極差法進行顯著性檢驗(P<0.05)。

2 結果與分析

2.1 土壤水分變化情況分析

不同處理制種玉米生育期0～100 cm土壤含水量動態變化見圖1。由圖1可知，各處理在苗期土壤含水量變化情況基本一致，變化幅度介于17.05%～19.21%；在拔節期，各處理0～100 cm土壤含水量急劇降低。其中，T2、CK土壤含水量降幅較大，分別降至12.20%和11.23%。其他處理由于具有相同的灌水定額，土壤含水量基本一致，水分含量變化范圍介于14.23%～16.01%。隨著作物生育進程的發展，在抽穗期，由于氣溫升高，作物蒸發蒸騰量加大，耗水量增加，各處理土壤含水量急劇下降(CK除外)，土壤含水量介于10.78%～12.94%。對照CK由于在制種玉米全生育期無灌水處理加之降雨量偏低，土壤水分含量降至9.25%。在灌漿期，各處理土壤水分逐漸升高，但增幅不大。分析原因為制種玉米穗部營養物質累積過程引起的較大需水與連續降雨(7月21日-8月5日降雨4次，有效降雨量46.9 mm)消除了處理間差異有關。

2.2 制種玉米階段耗水規律分析

將各處理制種玉米生育階段耗水量ETi、耗水模比系數Rwi列于表2。由表2可知，各處理制種玉米階段耗水量變化規律基本相同，呈“高-低-高”的變化趨勢。各處理苗期階段耗水量介于157.19～173.63 mm，耗水模比系數28.28%～52.20%。與其他生育階段相比，苗期具有較高的階段耗水量和耗水模比系數，分析原因與苗期周期較長，植株生長較矮，棵間蒸發較大有關。隨著植株進一步生長，到拔節期，植株葉面積指數達到峰值，棵間無效蒸發降低，植株耗水形式主要來源于葉面的蒸騰作用。到抽雄期各處理耗水量逐漸降低，到灌漿期耗水量到達最低值。其中，處理T6峰值、最低值較其他處理相比明顯偏低，土壤持續干旱缺水形成的疊加效應明顯。在灌漿期，階段耗水量、耗水模比系數較前期提高，作物耗水量明顯增加，這與作物穗部籽粒營養物質累積速度加快有關[8]。

表2 不同水分處理制種玉米階段耗水情況及模比系數Tab.2 Evaluation indexes of stages water consumption for different treatments

圖1 各處理生育期0～100 cm土壤含水量動態變化Fig.1 Variation of soil water content for different treatments in seed maize period

將制種玉米生育期耗水強度繪于圖2。由圖2可知，制種玉米生育期耗水強度呈“低-高-低”的變化趨勢，峰值主要出現在抽穗期。其中，T4、T3、T2處理耗水強度分別為5.02、4.59、4.56 mm/d。之后耗水強度逐漸下降，到灌漿期到達谷值。在成熟期，各處理耗水強度介于1.53～3.94 mm/d，大小依次為T1>T3>T2>T4>T5>T6>CK。對照CK在制種玉米整個生育期內，耗水強度均顯著低于其他處理。結合表3分析結果可知，盡管在苗期各處理均表現出較高的階段耗水量，但因苗期周期長，氣溫相對較低等因素，各處理苗期耗水強度較其他生育階段較低。

圖2 各處理制種玉米不同生育期耗水強度變化Fig.2 Variation of soil water content for different treatments in seed maize period

2.3 制種玉米產量、WUE、ET關系分析

制種玉米生育期耗水量、產量及WUE關系分析見圖3和圖4。由圖3和圖4可知，相同灌溉定額，不同灌水次數影響制種玉米生育期耗水量。T1處理產量與T4處理產量無明顯差異，耗水量為595.91 mm。WUE為1.38 kg/m3低于T4處理(1.71 kg/m3)，表明T1處理是以較大耗水量為代價換來的產量。T5處理制種玉米產量最高，對應灌水次數為3次，灌水時間分別為苗期、拔節期和灌漿期，滿足了制種玉米各生育階段對水分的需求。灌水次數過少和過多都不利于制種玉米生長發育，供水過少或不灌水，制種玉米植株遭受水分脅迫而不能正常生長，也會導致產量降低。

圖3 各處理制種玉米產量、耗水量關系分析Fig.3 Relationship analysis of yield and water consumption of seed maize

圖4 各處理制種玉米WUE、耗水量關系分析Fig.4 Relationship analysis of WUE and water consumption of seed maize

由圖3和圖4還可知，制種玉米全生育期耗水量與產量、耗水量與WUE均呈二次拋物線關系，耗水量與WUE、產量二者呈正相關，相關系數分別為0.827 3和0.570 9，對二者的擬合關系建立的回歸方程進行求解，函數具有極值，對應高產的耗水量為562.18 mm，處理T1與之接近。但從各處理耗水量與WUE分析可知，各處理WUE介于1.22～1.86 kg/m3。灌溉定額為的2 700 m3/hm2的處理(T5)水分利用效率WUE最高，為1.86 kg/m3。

試驗結果表明，在西北旱區，制種玉米在拔節期～抽雄期、灌漿期～成熟期分別進行1次控水處理對作物產量影響不大，依靠自然降雨或僅在拔節期、灌漿期進行2次灌水處理不能滿足作物對水分的需求，作物減產幅度明顯。結合研究結果，本年度T5 處理所對應的灌溉制度最優。

2.4 制種玉米產量、耗水量相關性分析

將制種玉米產量、耗水量及產量特征值進行相關性分析，結果見表3。由表3可知，制種玉米產量與耗水量呈顯著正相關關系，相關系數達0.82。耗水量與行粒數呈顯著正相關關系，相關系數達0.87。表明在一定范圍內，作物耗水量的增加能有效提高作物產量特征。此外，產量與穗行數、行粒數特質因子均呈正相關關系；與千粒重、畝株數均呈負相關關系，表明，作物千粒重、畝株數過大反而會降低作物經濟產量。

表3 不同處理制種玉米產量、耗水量及產量特征值相關性分析Tab.3 Evaluation indexes of seed maize's yields for different treatments

注：*，**分別表示P<0.05，P<0.01水平顯著相關。

3 結 論

(1)覆膜栽培方式是西北旱區傳統的保墑措施[9-12]。灌溉水源依靠自然降水不能滿足制種玉米生長需要。若在玉米苗期、拔節期，以及開花期、灌漿期出現連續干旱情況會導致玉米嚴重減產[13-15]。本研究結果表明，制種玉米生育期內進行充分灌溉，能顯著提高0～50 cm土壤水分含量。在需水關鍵期(抽雄期、灌漿期)進行灌水處理，能顯著提高作物經濟產量。

(2)本研究結果表明，制種玉米需水規律呈“低-高-低”趨勢，制種玉米耗水強度峰值介于1.65～5.02 mm/d。不同處理制種玉米耗水強度峰值出現在不同時間段，這與灌水次數影響制種玉米生育進程有關。

(3)覆膜畦灌條件下，制種玉米生育期產量、耗水量及WUE呈二次拋物線關系，對函數求解均存在極值，這與宇宙[8]的研究結果相一致。此外，作物耗水量與產量呈顯著正相關關系(R2=0.82)。產量與穗行數、行粒數特質因子均呈正相關關系。

(4)在西北旱區覆膜畦灌條件下，制種玉米在拔節期、抽雄期、灌漿期進行3次灌水，灌水定額為900 m3/hm2，灌溉定額為2 700 m3/hm2的灌溉制度最優，具體實施灌溉因降水情況而定。

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