調(diào)虧灌溉對(duì)玉米生長(zhǎng)發(fā)育特性及水分利用效率的影響

馮 惠 玲(蘭州市灌溉試驗(yàn)站，蘭州 730050)

西北干旱、半干旱面積約占國(guó)土面積的47%，是我國(guó)受干旱影響較重的區(qū)域。甘肅省地處西北內(nèi)陸地區(qū)，屬溫帶大陸性氣候類(lèi)型，春季干旱和夏秋干旱對(duì)玉米產(chǎn)量影響較大，干旱年份一般可造成減產(chǎn) 20%以上，甚至達(dá)到40%～50%[1]。通過(guò)合理科學(xué)的灌溉提供玉米生長(zhǎng)發(fā)育所需要的水分是保證玉米產(chǎn)量的關(guān)鍵措施。目前主要采用大水漫灌等落后的地面灌溉技術(shù)與灌溉制度，造成灌溉用水效率低下。為了節(jié)約用水，在水資源緊缺的西北地區(qū)推廣節(jié)水灌溉是該地區(qū)玉米生產(chǎn)今后的發(fā)展方向。利用作物的生物學(xué)特性進(jìn)行控水的調(diào)虧灌溉技術(shù)已在多種作物上進(jìn)行了研究與應(yīng)用，取得了較好的節(jié)水效果[2]。已有研究表明，調(diào)虧灌溉對(duì)玉米生長(zhǎng)發(fā)育、生理特性、耗水規(guī)律、產(chǎn)量及水分利用效率都會(huì)產(chǎn)生影響[2,4-10]，其影響程度與調(diào)虧時(shí)期、調(diào)虧程度密切相關(guān)[2-7,9]。覆膜種植是西北地區(qū)栽培玉米普遍采用的保墑增溫措施，目前關(guān)于覆膜條件下玉米調(diào)虧灌溉的研究還較少，缺乏指導(dǎo)當(dāng)?shù)赜衩咨a(chǎn)實(shí)際應(yīng)用的調(diào)虧灌溉指標(biāo)與調(diào)虧灌溉制度。為此，基于絕大多數(shù)作物適宜在生長(zhǎng)前期進(jìn)行調(diào)虧的試驗(yàn)研究結(jié)果[2-7]，本試驗(yàn)在玉米苗期和拔節(jié)期分別設(shè)置輕度和重度調(diào)虧處理，研究調(diào)虧時(shí)期與程度對(duì)玉米生長(zhǎng)發(fā)育狀況、耗水規(guī)律、產(chǎn)量及水分利用效率的影響，旨在為本地區(qū)玉米調(diào)虧灌溉技術(shù)的推廣應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)處理設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2010年4-9月在蘭州市七里河區(qū)彭家坪(東經(jīng)104°43′，北緯36°03′，海拔為1 597.266 m)試驗(yàn)基地的大田中進(jìn)行。土壤為砂壤土，土壤容重1.442 g/cm3，田間持水量19.91%(質(zhì)量含水率)，土壤肥力偏下。整地時(shí)，施用粗玉米面1 666.5 kg/hm2、磷酸二銨334.5 kg/hm2作為底肥。供試品種為沈單16號(hào)，小區(qū)面積2 m×10 m。4月27日播種，采用地膜覆蓋起壟種植方式，行距為50 cm，株距為30 cm。在玉米苗期和拔節(jié)期分別設(shè)置輕度調(diào)虧和重度調(diào)虧處理，與全生育期適宜水分為對(duì)照，共5個(gè)處理(表1)，每個(gè)處理重復(fù)3次，共15個(gè)小區(qū)，各小區(qū)隨機(jī)排列。當(dāng)各處理小區(qū)的土壤水分達(dá)到設(shè)計(jì)的控制下限指標(biāo)時(shí)，就進(jìn)行灌水，灌水采用傳統(tǒng)的溝灌技術(shù)，灌水定額35 mm，利用水表對(duì)灌水進(jìn)行計(jì)量。5月16日間苗，6月2日中耕松土除草一次，6月16日去除植株的分蘗，6月25日中耕培土，并進(jìn)行拔節(jié)期追肥，追施尿素166.5 kg/hm2(含N為46.0%)，7月13日在大喇叭口期追施孕穗肥(施尿素168.0 kg/hm2)。7月21日噴施農(nóng)藥敵敵畏、阿維辛硫磷進(jìn)行螟蟲(chóng)的重點(diǎn)預(yù)防。9月2日收獲，全生育期128 d，玉米生育期間降雨量為101.3 mm。

表1 玉米調(diào)虧灌溉試驗(yàn)處理設(shè)計(jì)Tab.1 Experimental treatment design of regulated deficit irrigation for maize

1.2 測(cè)定項(xiàng)目

(1)物候期觀測(cè)：記載不同處理的生育期以及各處理的長(zhǎng)勢(shì)情況和病蟲(chóng)害防治情況。

(2)土壤含水量：利用土鉆取土烘干法測(cè)定。在苗期5～7 d取土測(cè)定一次，拔節(jié)期～乳熟期5 d測(cè)定一次，乳熟期～成熟期10 d測(cè)定一次；灌前灌后加測(cè)，生育期末加測(cè)，取土深度為100 cm，分5層測(cè)定(0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm)。

(3)株高、葉面積：在每處理小區(qū)隨機(jī)選取長(zhǎng)勢(shì)均勻具有代表性的10株進(jìn)行掛牌測(cè)量株高、葉面積指數(shù)，使用直尺和三角板測(cè)量，每旬測(cè)定一次。

(4)產(chǎn)量性狀：玉米收獲前每處理小區(qū)隨機(jī)取10個(gè)果穗進(jìn)行考種，測(cè)定果穗長(zhǎng)、禿尖長(zhǎng)、果穗粗、穗行數(shù)、穗粒數(shù)、百粒質(zhì)量等，產(chǎn)量為每小區(qū)單打單收的實(shí)測(cè)結(jié)果。

(5)氣象觀測(cè)：記載降雨量。

1.3 數(shù)據(jù)處理分析方法

采用Microsoft Excel 2007 處理數(shù)據(jù)和制圖，運(yùn)用DPS 7.05軟件進(jìn)行各處理性狀的顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 調(diào)虧灌溉對(duì)株高和葉面指數(shù)的影響

作物的生長(zhǎng)發(fā)育與土壤水分狀況密切相關(guān)，水分脅迫會(huì)影響作物的生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)程和速度，表現(xiàn)為株高和葉面積指數(shù)(LAI)增長(zhǎng)變慢，水分脅迫越重，株高和LAI受到的抑制作用越大。由圖1可以看出，任一調(diào)虧處理的株高均低于適宜水分處理(CK)，虧缺越重，其株高越低，6月1日測(cè)定的結(jié)果表明，苗期輕度(T1)和重度調(diào)虧處理(T2)的株高比CK分別低9.9%和18.9%，到拔節(jié)期復(fù)水后產(chǎn)生補(bǔ)償生長(zhǎng)效應(yīng)，T1和T2的株高與CK間的差距逐漸縮小，6月27 日其株高分別比CK低4.8%和5.7%，至9月10日分別比CK低3.6%和5.5%；拔節(jié)期輕度(T3)和重度調(diào)虧處理(T4)的株高分別比CK降低8.3%和13.1%(6月27日)，7月23日其株高比CK分別低5.2%和8.3%，至9月10日比CK分別低5.1%和8.3%。

圖1 不同調(diào)虧處理下玉米株高的變化Fig.1 Changes in height of maize under different regulated deficit treatments

圖2 不同調(diào)虧處理下玉米葉面積指數(shù)的變化過(guò)程Fig.2 Changes in leaf area index of maize under different regulated deficit treatments

由圖2可知，調(diào)虧灌溉對(duì)玉米葉面積指數(shù)(LAI)的影響規(guī)律與株高基本一致，6月2日T1和T2的LAI比CK分別低11.7%和20.2%，到拔節(jié)期復(fù)水后，其LAI分別比CK低3.6%和5.5%(6月27 日)；拔節(jié)期調(diào)虧處理T3、T4的LAI分別比CK降低9.2%和16.2%(6月27日)，7月24日其LAI比CK分別低6.6%和14.5%，至8月29日比CK分別低8.7%和13.5%?？梢?jiàn)，調(diào)虧處理復(fù)水后，玉米在株高和葉面積的生長(zhǎng)上會(huì)產(chǎn)生補(bǔ)償生長(zhǎng)效應(yīng)，苗期調(diào)虧的補(bǔ)償生長(zhǎng)效應(yīng)大于拔節(jié)期調(diào)虧的處理；輕度調(diào)虧的處理對(duì)株高和葉面積的影響最小，重度調(diào)虧處理的影響最大，特別是拔節(jié)期重度調(diào)虧的處理。

2.2 調(diào)虧灌溉對(duì)產(chǎn)量性狀的影響

由表2可知，水分調(diào)虧的時(shí)期及程度對(duì)玉米果穗性狀及產(chǎn)量也會(huì)產(chǎn)生明顯的影響。與適宜水分處理CK相比，調(diào)虧處理致使果穗變短、變細(xì)，穗行數(shù)和行粒數(shù)減少，穗粒重、百粒重及產(chǎn)量降低，調(diào)虧越重果穗性狀及產(chǎn)量越差。統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明，除T2外，其他的調(diào)虧處理對(duì)果穗長(zhǎng)無(wú)顯著影響；調(diào)虧灌溉對(duì)禿尖長(zhǎng)的影響無(wú)規(guī)律性，但重度調(diào)虧處理的禿尖比輕度調(diào)虧的長(zhǎng)；苗期調(diào)虧處理的果穗粗顯著小于CK，拔節(jié)期輕度調(diào)虧處理T3的果穗粗降低不顯著，但重度調(diào)虧處理T4的顯著小于CK；除T4外，其他處理的行粒數(shù)與CK間無(wú)顯著差異；與CK相比，苗期、拔節(jié)期輕度調(diào)虧處理(T1和T3)對(duì)穗粒重、百粒重和產(chǎn)量無(wú)顯著影響，但重度調(diào)虧處理對(duì)其的影響達(dá)到了顯著水平(p<0.05)，T1和T3分別減產(chǎn)3.90%、8.64%，重度調(diào)虧處理T2和T4分別減產(chǎn)10.94%和26.41%，且拔節(jié)期調(diào)虧處理的產(chǎn)量低于苗期調(diào)虧的處理，因此，玉米調(diào)虧的適宜時(shí)期應(yīng)該是苗期，其次是拔節(jié)期，調(diào)虧程度以輕度為佳，與文獻(xiàn)[4]的結(jié)果一致。

表2 不同調(diào)虧處理對(duì)玉米果穗性狀及產(chǎn)量的影響Tab.2 Ear characteristics and yield of maize in different regulated deficit treatments

注：表中同一列內(nèi)不同的小寫(xiě)字母表示處理間的差異達(dá)到顯著水平(p<0.05)，下同。

2.3 調(diào)虧灌溉對(duì)耗水規(guī)律的影響

在玉米苗期和拔節(jié)期實(shí)施調(diào)虧處理都會(huì)降低耗水量，虧水越重其階段耗水量、日耗水量以及全生育期耗水量越低(表3、圖1)。從表3可以看出，與CK相比，苗期和拔節(jié)期調(diào)虧均會(huì)造成其階段耗水量和全期耗水量的顯著降低，且調(diào)虧對(duì)耗水量的影響有后效性，即使復(fù)水后，調(diào)虧處理各階段的耗水量也顯著低于CK；從耗水模系數(shù)來(lái)看，播種-拔節(jié)期的最大(26.62%～34.01%)，抽雄-乳熟期的次之(27.75%～30.13%)，乳熟-成熟期的耗水模系數(shù)最小(17.11%～19.9%)；適宜水分處理CK的全期耗水量最高，為532.7 mm，TI的其次(490.28 mm)，T4的最低，為431.73 mm，T1、T2和T3間的差異不顯著。由圖1可知，在玉米生育期內(nèi)的日耗水量一般遵循由小→大→小的變化規(guī)律，玉米出苗后隨著植株的生長(zhǎng)發(fā)育，群體的增大，氣溫的升高，其日耗水量逐漸增加，至抽雄-乳熟期達(dá)到最大，此后隨著植株的衰老，葉面積指數(shù)的下降，氣溫的降低而逐漸降低；在任一階段進(jìn)行調(diào)虧都會(huì)降低該階段的日耗水量，調(diào)虧越重日耗水量越小。

表3 不同調(diào)虧處理下玉米的階段耗水量及耗水模系數(shù)Tab.3 Water consumption and its module coefficient at different growing stages of maize under different regulated deficit treatments

2.4 調(diào)虧灌溉對(duì)水分利用效率的影響

水分利用效率(WUE)是評(píng)價(jià)作物對(duì)水分利用水平的一個(gè)重要指標(biāo)，其大小表征作物生長(zhǎng)過(guò)程中利用水分的經(jīng)濟(jì)程度。由表4顯示，苗期輕度調(diào)虧處理T1的WUE最高，為3.23 kg/m3，T2、T3的WUE與T1相當(dāng)，它們之間無(wú)顯著差異，但均顯著高于CK(1.83%～4.41%)，其耗水量比CK減少7.96%～12.54%；拔節(jié)期重度調(diào)虧處理T4的WUE最低(2.81 kg/m3)，顯著低于CK 9.2%，其耗水量較CK低18.95%。因此，綜合考慮產(chǎn)量和WUE，該地區(qū)玉米不適宜采用重度調(diào)虧的灌溉方式，而應(yīng)該采用苗期輕度調(diào)虧或拔節(jié)期輕度調(diào)虧的灌溉方式，這樣可以在減產(chǎn)不顯著的情況下，減少耗水量7.96%～11.02%，增加WUE2.68%～4.41%。

圖3 不同調(diào)虧處理下玉米日耗水量變化過(guò)程Fig.3 Changes in daily water consumption of maize under different regulated deficit treatments

表4 不同調(diào)虧處理下玉米的水分利用效率Tab.4 Water use efficiency (WUE) of maize under different regulated deficit treatments

3 結(jié) 語(yǔ)

(1)玉米的生長(zhǎng)發(fā)育對(duì)土壤水分比較敏感，苗期調(diào)虧、拔節(jié)期調(diào)虧均制約玉米株高和葉面積的生長(zhǎng)，調(diào)虧越重，影響越大，苗期調(diào)虧復(fù)水后產(chǎn)生的補(bǔ)償生長(zhǎng)效應(yīng)能減輕苗期水分虧缺造成的危害，使株高和葉面積的發(fā)育得到較快的增長(zhǎng)，隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)，它們與CK間的差異逐漸縮小。苗期調(diào)虧復(fù)水后的補(bǔ)償生長(zhǎng)效應(yīng)大于拔節(jié)期調(diào)虧灌溉的處理，從植株中后期的生長(zhǎng)發(fā)育看，拔節(jié)期調(diào)虧處理對(duì)株高和葉面積的影響最大，特別是重度調(diào)虧的處理。

(2)苗期調(diào)虧、拔節(jié)期調(diào)虧使玉米使果穗變短，果穗變細(xì)，穗行數(shù)和行粒數(shù)減少，穗粒重、百粒重及產(chǎn)量降低，調(diào)虧程度越大，果穗性狀越差、產(chǎn)量越低，苗期和拔節(jié)期輕度調(diào)虧減產(chǎn)不顯著，產(chǎn)量降低3.90%～8.64%，重度調(diào)虧分別減產(chǎn)10.94%和26.41%。

(3)蘭州地區(qū)覆膜玉米適宜水分條件下的耗水量為532.7 mm，苗期和拔節(jié)期實(shí)施調(diào)虧灌溉能使耗水量顯著降低，輕度虧水處理的耗水量為473.97～490.28 mm，重度虧水的為431.73～465.91 mm，虧水度越大耗水量越低。苗期輕度調(diào)虧的WUE最高，為3.23 kg/m3，拔節(jié)期重度調(diào)虧處理的最低(2.81 kg/m3)。綜合考慮玉米的產(chǎn)量和水分利用效率，在該地區(qū)玉米適宜采用苗期輕度調(diào)虧或拔節(jié)期輕度調(diào)虧的灌溉方式，在產(chǎn)量降低不顯著的情況下，可減少耗水量7.96%～11.02%，提高WUE2.68%～4.41%，實(shí)現(xiàn)水資源的高效利用。

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[1] 白月明,劉 玲,王瑜莎. 氣候變化背景下中國(guó)西北地區(qū)作物干旱災(zāi)損評(píng)估技術(shù)——以甘肅省春玉米為例[N].科技導(dǎo)報(bào) 2012，30(19):28-33.

[2] 郭松年,丁 林,王福霞. 作物調(diào)虧灌溉理論與技術(shù)研究進(jìn)展及發(fā)展趨勢(shì)[J].中國(guó)農(nóng)村水利水電，2009，(8)：12-16.

[3] 蔡煥杰,康紹忠. 作物調(diào)虧灌溉的適宜時(shí)間與調(diào)虧程度的研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2000，16(3):24-27.

[4] 康紹忠,史文娟,胡笑濤,等. 調(diào)虧灌溉對(duì)于玉米生理指標(biāo)及水分利用效率的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),1998,(4):82-87.

[5] 張 正. 制種玉米調(diào)虧灌溉效應(yīng)研究[D].蘭州：甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)，2012.

[6] Zhang Jinxia, Cheng Ziyonga, Zhang Rui. Regulated Deficit Drip Irrigation Influences on Seed Maize Growth and Yield under Film[C]∥ 2012 International Conference on Modern Hydraulic Engineering, Procedia Engineering, 2012,28:464-468.

[7] 譚國(guó)波，張麗華，趙洪祥，等.玉米苗期和拔節(jié)期調(diào)虧灌溉技術(shù)研究[J]. 吉林農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014,39(6)：6-8，24.

[8] 薛馮定，張富倉(cāng)，索巖松，等. 不同生育時(shí)期虧水對(duì)河西地區(qū)春玉米生長(zhǎng)、產(chǎn)量和水分利用的影響[J]. 西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2013，41(5):59-65.

[9] 周英捷，梁燕菲，李伏生. 不同時(shí)期虧水對(duì)糯玉米產(chǎn)量和水分利用的影響[J]. 玉米科學(xué)，2012，20(2)：119-123.

[10] 寇明蕾, 王密俠, 周富彥, 等. 水分脅迫對(duì)夏玉米耗水規(guī)律及生長(zhǎng)發(fā)育的影響[J]. 節(jié)水灌溉, 2008, (11)：18-21.