黑龍江西部玉米調虧灌溉的節水增產效應

孫繼鵬，魏永霞,2,3,4，王艷陽

(1.東北農業大學 水利與建筑學院，哈爾濱　150030；2.黑龍江省高校節水農業重點實驗室，哈爾濱　150030；3.黑龍江省糧食產能提升協同創新中心，哈爾濱　150030；4.農業部農業水資源高效利用重點實驗室，哈爾濱　150030)

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黑龍江西部玉米調虧灌溉的節水增產效應

孫繼鵬1，魏永霞1,2,3,4，王艷陽1

(1.東北農業大學 水利與建筑學院，哈爾濱150030；2.黑龍江省高校節水農業重點實驗室，哈爾濱150030；3.黑龍江省糧食產能提升協同創新中心，哈爾濱150030；4.農業部農業水資源高效利用重點實驗室，哈爾濱150030)

摘要：采取測筒試驗，對玉米單生育階段、連續生育階段和全生育期進行不同程度的水分虧缺處理，研究了調虧灌溉對玉米耗水量、產量和水分利用效率(WUE)的影響。結果表明：就單生育階段調虧而言，產量和耗水量之間呈開口向下的二次拋物線關系，苗期中度水分虧缺(水分控制上限為60%)為最佳的灌水處理模式，玉米產量和水分利用效率分別提高了1.23%和11.95%；連續生育階段和全生育期調虧均對作物的產量有不利影響；全生育期充分灌溉時的產量最高，但水分利用效率較低。

關鍵詞：玉米；調虧灌溉；耗水量；水分利用效率；黑龍江西部

0引言

20世紀70年代，澳大利亞學者提出調虧灌溉的概念：依據作物的遺傳學和生態學特征，并將作物的生理和生化學知識作為基礎，人為主動地在作物的某一生長階段施加一定程度的虧水出來，通過改變植物內部的生理和生化過程，來調節光合同化物在不同器官之間的分配，以減少營養器官冗余，從而達到提高水肥利用效率和改善品質的目的[1]。

盡管玉米調虧灌溉的研究很多，但大多數的研究都是以單生育階段調虧為主，且對黑龍江西部的研究也較少。針對黑龍江省嚴重的春旱和春夏連旱的實際情況，選擇在降雨量極少的作物生長初期，對玉米單生育階段、連續生育階段進行不同程度的調虧處理，并設置了全生育期不同的水分虧缺處理，研究對玉米耗水量、產量及水分利用效率(Water Use Efficiency,WUE)的影響，從而得出最優的灌水處理模式，以期為黑龍江省農業水資源的合理高效利用提供技術支持。

1材料與方法

1.1試區概況

試區選擇在黑龍江省水利科學研究院綜合試驗基地，總面積為55hm2；屬中熱帶大陸季風性氣候，全年平均氣溫在-4～5℃之間，無霜期130～140d，年平均降水量在400～650mm范圍內，7-9月份是降雨的多發期，約占全年的總降雨量的70%左右，多年平均水面蒸發量約為796mm[5]。

土壤中速效氮(N)的含量為154.4 mg/kg，速效磷(P2O5)和速效鉀(K2O)的含量分別為40.1 mg/kg和376.8 mg/kg，土壤pH 值為7.27。50cm土層內的平均田間持水率(占干土重)為28.57%，土壤容重為1.14g/cm3[5]。

1.2試驗設計

試驗在移動式防雨棚內進行，供試土壤為壤土，玉米品種為“東福1號”，種于內徑為50cm、深度為95cm的測筒內。為避免測筒內部土壤與外部進行水分交換，將測筒設計為圓形有底且內部土壤表面與田間地面齊平。采用對比試驗的方法，設置20個處理，3 次重復，共計60個測筒。試驗于4月28日播種，每個測筒內每隔一定的距離播種5粒，待出苗后至三葉一心期定苗1株(選擇最優的植株)，開始進行水分調虧，每天上午8：00對各個測筒內玉米的實際耗水量采用分辨率為0.05kg的電子吊秤進行測定。當各測筒土壤相對含水率低于設計控制上限水平時，用量杯補水到設計控制上限水平，記錄各測筒每次灌水量。底肥412kg/ hm2，其中尿素與二銨的比例為2:1，如表1所示。

1.3數據處理

習近平總書記指出：“對一切分裂祖國、破壞社會穩定的行為都要依法打擊。”[注]習近平：《依法治藏富民興藏長期建藏 加快西藏全面建成小康社會步伐》，《人民日報》2015年8月26日，第1版。打擊試圖分裂國家、危害國家利益、踐踏民族尊嚴的行為，要有法可依，依法打擊。通過制定、不斷完善和嚴格執行相關法律，震懾和打擊分裂分子、破壞分子。

試驗數據用SPSS17.0分析，對不同處理的3次重復值進行方差分析。如果差異顯著(p<0.05)，則進行多重比較。各處理之間求取的平均值及圖形的繪制均采用Excel 2003進行處理。

表1　玉米不同生育階段的水分處理方案

土壤含水量是占田間持水量的百分比；處理19作為與不同虧水程度形成對比的對照處理；處理20為充分灌溉，作物的蒸發蒸騰量即為作物的耗水量。

2結果與分析

2.1全生育期調虧效應分析

經SPSS17.0單因素方差分析可知：耗水量和產量的數據顯著性明顯，各組間數據有明顯的區別，如表2所示。從整個生育期的水分調虧處理來看，在全生育期進行重度調虧情況下(處理16，50%)，耗水量和產量與對照處理(處理19)相比均有顯著差異(p<0.05)，分別減少了27.36%和39.57%，導致水分利用效率偏低，僅為2.86g/kg。

表2　玉米不同水分處理的耗水量、產量和水分利用效率(WUE)

全生育期輕度調虧(70%)、中度調虧(60%)處理的玉米總耗水量與對照處理差異明顯(p<0.05)，耗水量分別減少17.65%和23.39%，產量也達到顯著水平(p<0.05)，減產率分別為19.78%和30.90%，水分利用效率為3.34g/kg和3.10g/kg。由此可以看出：在全生育期進行調虧處理，作物的產量減產程度比較大。

全生育期進行充分灌溉情況下(處理20，90%)耗水量最大，達到150.2kg/筒，與對照差異明顯(p<0.05)，較對照(146.2kg/筒)高出了2.74%，產量較對照顯著(p<0.05)增加了1.60%；但水分利用效率為3.40g/kg，低于對照處理的3.43g/kg，水分得不到充分利用，浪費了水資源。

2.2地 單生育階段調虧效應分析

從各個生育階段來看，苗期調虧處理的總耗水量要比其他3個生育階段調虧處理的總耗水量低。這是由于玉米在苗期保水能力最強，故失水率最小，因此在苗期進行一定程度的水分虧缺，有利于提高幼苗的抗旱性，農業生產中常采用“蹲苗”就是依據這個原理。其中，苗期重度調虧(50%)的處理1和輕度調虧(70%)的處理3分別比對照(處理19)顯著(p<0.05)減少了16.69%和7.25%，減產程度較顯著(p<0.05)，減產率分別為19.58%和9.69%；而調虧度為60%的處理2，產量與對照相比，顯著(p<0.05)增加了1.23%，其水分利用效率達到3.84 g/kg，高于對照(3.43 g/kg)，提高了11.95%。

拔節期重度虧水(處理4)的總耗水量較對照顯著(p<0.05)降低了24.83%，減產程度顯著(p<0.05)，產量減少了26.49%，但水分利用效率卻達到了3.36g/kg。玉米進入拔節期以后，營養生長和生殖生長共同進行，需水強度增加，因此水分含量的多少直接影響著作物在后期生育階段產量的多少。在拔節期輕度虧水(處理6)的耗水量和產量減少程度都不是很大，但差異顯著(p<0.05)，分別減少了12.59%和15.26%，水分利用效率為3.33g/kg，減少了2.92%。

抽雄期重、中、輕度虧水(處理7、8、9)的耗水量分別較對照顯著(p<0.05)減少了14.98%、9.99%、8.34%，產量分別顯著(p<0.05)減少了23.30%、16.98%、15.67%。抽雄階段，調虧度為50%田間持水量的處理7減產最為嚴重，其產量為385g/筒，水分利用效率偏低，為3.10g/kg，較對照顯著(p<0.05)降低了9.62%。抽雄期時玉米需水量最大，正處于生長的關鍵時期。玉米在抽穗開花期缺水，會導致玉米授粉效果不好，降低結實率，甚至會導致抽雄困難等問題，這就是老百姓常說的“卡脖旱”[6]。因此，在抽雄期應充分灌水，否則將會嚴重影響產量。

灌漿期由于葉面積減小，日耗水量減少，但由于時段較長，階段耗水量依然較多[7]。與對照相比，處理10(重度調虧)減產明顯(p<0.05)，減少了17.32%；處理11(中度調虧)和處理12(輕度調虧)則分別比對照顯著(p<0.05)減少了9.03%和7.36%。然而，處理11(中度調虧，60%)的水分利用效率達到3.37g/kg，水分利用效率最高為3.37，接近對照(3.43g/kg)，該處理可作為灌漿期的調虧灌溉指標。灌漿期調虧灌溉減產的原因是由于調虧處理延緩葉片衰老，葉面積和蒸騰速率相對提高，導致玉米莖葉光合產物和積累的大量的營養物質向籽粒輸送，只有灌水才會避免或者降低減產現象的發生，因此灌漿期也需要灌溉大量的水。

2.3連續生育階段調虧效應分析

連續生育階段(苗期、拔節期)的調虧灌溉其產量和耗水量均低于苗期單獨調虧和拔節期單獨調虧時的產量和耗水量。與對照相比，重度、中度、輕度調虧處理的產量分別顯著(p<0.05)減少了37.45%、29.28%、21.31%，耗水量減少明顯(p<0.05)分別為25.24%、21.55%、14.84%。由此可見，耗水量和產量的減產程度均較任何一個單生育階段的調虧明顯，故導致水分利用效率不高，分別為2.87、3.10、3.17g/kg，減少了16.33%、9.62%、7.58%。

2.4玉米產量和總耗水量之間的關系

通過對單生育期階段各生育期耗水量和產量的數據進行回歸分析，繪制出二者之間的關系圖(見圖1)，并得出相應的關系式為

y=-0.0026x2+2.4212x-429.65

(R2=0.850 5)

(1)

式中x—產量(g/筒)；

y—耗水量(kg/筒)。

圖1　玉米產量和耗水量之間的關系

由圖1可以看出：玉米產量和耗水量之間呈開口向下的二次拋物線關系；當耗水量為134.0kg/筒、產量為465.62g/筒時，拋物值達到最大，即此時的水分利用效率為3.47g/kg。耗水量低于134kg/筒時，產量隨耗水量的降低而降低；耗水量高于134 kg/筒時，產量隨耗水量的降低而增加。這說明，過度的水分虧缺會導致玉米產量下降；適度的水分虧缺不僅能降低水分的消耗，還能提高玉米的產量，達到節水增糧的效果。玉米是旱作物，對水分的需求不是很大，只在個別生育階段需水量較多。試驗研究表明：苗期對玉米進行適度的水分虧缺有利于作物根系的生長和后期籽粒的形成。這就是農民常在苗期時對玉米進行“蹲苗”的原因。

3結論

1)苗期中度虧水(60%)時的灌溉處理模式為最佳的灌水模式，產量提高了1.23%，水分利用效率提高了11.95%。抽雄期是需水的關鍵時期，不宜進行調虧灌溉，否則會影響后期籽粒的成熟。灌漿期中度虧水(60%)可作為該時期的調虧灌溉指標。

2)全生育期調虧處理不利于作物的生長和發育，產量明顯降低，水分利用效率不高，不適宜進行調虧灌溉。充分灌溉雖然提高了作物的產量，但是浪費了水資源，水分利用效率(3.40g/kg)低于適宜灌溉時的水分利用效率(3.43g/kg)，違背了本試驗的研究宗旨，故不推薦全生育期充分灌溉。

3)連續生育期階段(苗期、拔節期連續虧水)調虧處理的總耗水量和產量均低于任何一個單生育期階段的調虧，雖然水分使用減少，但是水分利用效率并不高，較對照分別減少了16.33%、9.62%、7.58%。因此，不建議對作物進行長期虧水。

4)單生育階段各生育期玉米產量和耗水量之間呈開口向下的二次拋物線關系。當耗水量為134.0 kg/筒、產量為465.62g/筒時，拋物值達到最大。這說明，對于玉米這種旱作物來說，并不是灌水越多越好，適當的灌水更有利于提高玉米的產量和水分利用效率。

參考文獻：

[1]郭相平,康紹忠.調虧灌溉—節水灌溉的新思路[J].西北水資源與水工程,1998,9(4):35-40.

[2]譚國波,趙立群,張麗華,等.玉米苗期調虧技術的研究[J].吉林農業科學,2009,34(1):3-4.

[3]Cakir R.Effect of water stress at different development stages on vegetative and reproductive growth of corn[J].Field Crops Research,2004,89:1-16.

[4]張步翀,李鳳民,齊廣平.調虧灌溉對干旱環境下春小麥產量與水分利用效率的影響[J].中國生態農業學報,2007,15(1):58-62.

[5]王柏. 寒地黑土玉米調虧灌溉和水氮耦合效應研究[D]. 哈爾濱:東北農業大學, 2013.

[6]于振文.作物栽培學各論[M].北京:中國農業出版社,2007:92-130.

[7]朱自璽,侯建新,牛現增,等.夏玉米耗水量和耗水規律分析[J].華北農學報,1987,2(3):52-60.

Effects of Regulated Deficit Irrigation of Maize on Water-saving and Yield-increasing in Western Heilongjiang Province

Sun Jipeng1,Wei Yongxia1,2,3,4, Wang Yanyang1

(1.College of Water and Civil Engineering, Northeast Agricultural University, Harbin 150030,China;2.Key Laboratory of Water-saving Agriculture of Heilongjiang Province, Harbin 150030, China;3.Grain Production Capacity of Collaborative Innovation Center of Heilongjiang Province,Harbin 150030, China;4.Key Laboratory of High Efficiency Utilization Agricultural Water Resources of Ministry of Agriculture,Harbin 150030,China)

Abstract：The experiments of water deficit irrigation for maize were conducted by means of measuring tanks, in which the different degrees of water deficit were supplied in different growth stages of single,continuous and the whole growth period of maize respectively to study the influences of water deficit irrigation on water consumption, yield and water use efficiency (WUE). The results showed that, for single growth stage, the relationship between the yield of maize and the amount of water consumption was quadratic parabola with downward opening, and the treatment of moderate water deficit (the limited maximum soil moisture was 60% of the soil water capacity) in the seedling stage was the best, in which yield of maize and WUE were increased by 1.23% and 11.95% respectively. For continuous growth stage and the whole growth period treatments, the influence of water deficit on crop yield were negative,the highest yield was in sufficient irrigation for the whole growth period, but the WUE was lower.

Key words：maize; regulated deficit irrigation; water consumption; water use efficiency; Western Heilongjiang Province

文章編號：1003-188X(2016)04-0180-05

中圖分類號：S274.1

文獻標識碼：A

作者簡介：孫繼鵬(1991-)，女，黑龍江訥河人，碩士研究生，(E-mail)sunjp1126@163.com。通訊作者：魏永霞(1961-)，女，黑龍江海倫人，教授，博士生導師，(E-mail)wyx0915@163.com。

基金項目：“十二五”國家科技支撐計劃項目(2014BAD12BO1)；東北農業大學博士基金項目(2010RCB65)

收稿日期：2015-05-22