滴灌條件下覆膜對玉米的節水增產效應研究

陳　偉

(遼寧省水利水電科學研究院，遼寧 沈陽 110866)

滴灌條件下覆膜對玉米的節水增產效應研究

陳偉

(遼寧省水利水電科學研究院，遼寧 沈陽 110866)

摘要：為了制定膜下滴灌條件下的玉米灌溉制度，于2014—2015連續兩年，在遼寧省蓋州灌溉試驗站進行了覆膜與不覆膜處理對玉米出苗率、干物質積累、植株生長性狀、耗水量及產量影響的對比試驗。結果表明：覆膜處理由于地溫較高較不覆膜處理出苗率顯著提高8.07%；在營養生長期，覆膜處理顯著提高了玉米的干物質積累量，而轉為生殖生長時，覆膜處理對玉米植株干物質積累量影響不再顯著；雖然覆膜處理綜合提高了玉米各生長性狀的數值，使之存在提高玉米騰發量的可能，但是由于覆膜處理在玉米各個生育期顯著降低了土壤水分蒸發量，最后并未增加玉米的耗水量，反而降低了玉米各個生育期的需水量；覆膜處理顯著降低了玉米需水量并提高了產量，因此其水分生產率非常高，覆膜處理較不覆膜處理，水分生產率顯著提高了53.6%，其經濟效益和社會效益巨大。

關鍵詞：玉米；滴灌；覆膜；生長性狀；產量；水分生產率

水是人類活動的基礎，人類通過開發與利用水資源來推動社會的發展與進步[1]。但是在社會進步與用水人口增加的雙重壓力下，人們對水資源的索取越來越多。當水資源短缺時，農田灌溉用水將首先受到制約，因此提高灌溉水的利用率是解決水資源短缺的最有效途徑[2]。

地面灌溉是玉米傳統灌溉方法，該方法雖然操作簡便，容易被接受，但是其灌水定額大，灌水很不均勻，最終導致較低的灌溉水利用率[3]。目前地膜栽培在東北地區推廣范圍越來越大，滴灌技術同樣也是最能降低灌溉用水的灌溉方式，將兩種技術結合，可以更安全有效地達到高產、節水的目的[4]。采用膜下滴灌技術，雖然灌溉頻率較高，但是卻能夠顯著降低灌溉定額，在整個玉米生育期，可以明顯提高地溫，降低玉米棵間蒸發量，能夠使玉米長久保持均衡且高效的生長發育水平[5]。

因此于2014—2015兩年在蓋州灌溉試驗站設置試驗，研究在滴灌條件下，覆膜處理對土壤地溫、玉米出苗率、玉米生長形狀、耗水量及產量的影響。目的是掌握玉米在滴灌條件下的灌溉次數和灌水量，以便按玉米需水特性制定科學的滴灌灌溉制度和經濟用水計劃，充分發揮生產潛力，為滴灌工程的設計及切實發揮節水增糧滴灌工程效益提供科學的基礎數據。

1材料與方法

1.1試驗區概況

試驗區位于蓋州市徐屯鎮徐屯村試驗基地院內，即東經122°22′53″，北緯40°20′58″，海拔24.5 m。2015年玉米整個生育期內，即從5月6日播種至9月30日成熟，整個生育期148 d，生育期內降水量為519.6 mm，比2014年同期降水量增加了297.8 mm，蒸發量為1210.3 mm，積溫為4030.6 ℃。日照時數為1170.8 h。玉米播種至苗期的5月6日至6月18日降雨量為82.6 mm、玉米拔節期的6月19日至7月18日降雨量為24.9 mm、玉米抽穗期的7月19日至8月7日降雨量為291.1 mm、玉米灌漿期及成熟期的8月8日至9月30日降雨量為121 mm。玉米需水關鍵期的拔節期27 d時間，降雨量僅為24.9 mm，玉米出現了嚴重干旱現象。試驗小區玉米覆膜的灌了2次水，沒有覆膜的灌了3次水。試驗區水源為電力深井，水量充足，出水量為60 m3/h，地下水埋深為18.5 m，不考慮地下水補給作用。

試驗區土壤質地為肥沃的中壤土，土壤容重1.54 g/cm3、pH值5.9、有機質21.9 g/kg、全氮0.89 g/kg、有效磷及有效鉀分別為29.4 mg/kg、103.2 mg/kg。肥力中等，抗旱能力較強。

1.2試驗設計

于2014—2015兩年按完全試驗設計。一共兩個處理，分別為：滴灌不覆膜處理，滴灌覆膜處理，每個處理設置三個重復，共六個小區，小區面積為12 m×50 m共600 m2，壟距為80 cm，行距為40 cm，株距為28 cm。播種前每公頃施有機肥1500 kg/hm2。玉米5月6日播種，每公頃施復合肥525 kg/hm2，鋪設Φ20 mm滴灌軟管，滴頭間距為30 cm，工作壓力為015～0.25 MPa，單個滴頭流量為2.5 L/h左右，覆膜處理區先噴施除草劑，然后人工覆蓋地膜。5月16日出苗，三葉期定苗，拔節期每公頃施尿素600 kg/hm2。不覆膜處理在施肥及農業生產措施一致的情況下進行。玉米于9月30日收割，自然風干，用稱重法進行產量觀測。玉米品種為遼丹777，采用大壟雙行種植方式，種植密度為每公頃60 000株。拔節期、抽穗期、灌漿期按需水關鍵期處理，苗期和成熟期按需水非關鍵期處理。每個生育時期設置不同的灌水控制下限，各生育期的灌水控制上限為田間持水量的90%。

玉米滴灌各生育期灌水控制下限，以占田間持水量的百分比計，苗期按60%，拔節期70%，抽穗期70%，灌漿期70%。

1.3觀測指標與方法

1.3.1土壤含水率

玉米播種后，在試驗觀測小區內預埋土壤水分監測管，采用TDR進行土壤含水率的觀測，每個試驗小區選擇3個觀測點進行觀測，每個點觀測5個深度，分別為10 cm、20 cm、30 cm、40 cm、50 cm，每5 d觀測一次，其中灌水前、灌水后、各生育階段始末及降雨后加測一次。

1.3.2灌水量

灌水量采用水表進行觀測，記錄每次灌水前后的水表讀數、灌水時間及灌水日期。

1.3.3植株生長性狀

在試驗小區內選擇固定的5株玉米為樣本，利用直尺、游標卡尺和葉面積儀，進行株高、徑粗和葉面積的觀測，取其平均數，每10 d左右觀測一次。干物質質量是在玉米的苗期、拔節期、抽穗期和灌漿期結束后，在每個小區內選擇長勢一般，可代表小區平均水平的非掛牌玉米1株，在105 ℃殺青0.5 h，然后在溫度80 ℃下烘至恒重，分別測定其地上部分的干物質質量。

1.3.4地溫

采用預埋曲管地溫表進行觀測，觀測同種灌溉方式覆膜處理與不覆膜處理的不同深度地溫，觀測深度為5 cm、10 cm、15 cm、20 cm、40 cm。逐日觀測。

1.3.5玉米需水量

采用土壤水量平衡方程進行計算。

1.3.6玉米產量

考種是在試驗小區內選擇5株樣本，分別測量穗長、禿尖長和穗粒數，風干后脫粒，測定百粒重、百穗重及含水率，產量折為質量含水率14%的標準理論產量，實際產量可分小區進行實測。

1.4分析方法

利用SPSS軟件對數據進行獨立樣本t檢驗，并進行分析。

2結果與分析

2.1覆膜與不覆膜對土壤地溫及玉米出苗率的影響

由于覆膜與不覆膜，導致土壤地溫與土壤墑情的不同，地膜覆蓋處理能夠增溫保墑，促使玉米提早出苗，苗全苗壯，根系生長快，數量多，活力強。由表1可以發現，覆膜比不覆膜處理地溫5月份平均高出2.48 ℃，6月份平均高出2.5 ℃，由于土壤地溫與土壤墑情的不同，也導致玉米出苗率的不同。其中覆膜處理的出苗率為96.5%，不覆膜處理的出苗率為89.29%，覆膜處理比不覆膜處理的出苗率明顯提高7.21%。因此，在一定條件下，覆膜處理可以通過提高地溫并維持土壤水分穩定增加玉米出苗率。

表1　玉米覆膜與不覆膜處理地溫及玉米出苗率情況

注：t0.05=3.182，本檢測t雙側=4.268，不同字母表示處理間差異顯著。

2.2覆膜與不覆膜對玉米植株干物質積累量的影響

干物質的積累是影響玉米產量的重要因素，由2015年玉米覆膜與不覆膜植株干物質積累的測試結果來看(見表2)，苗期覆膜處理對干物質的積累的影響不顯著，而在拔節期、孕穗期，覆膜處理較不覆膜處理顯著提高了植株干物質積累量，其中拔節期增加8.9 g、孕穗期增加14.8 g。灌漿期與成熟期雖然較不覆膜處理分別提高了13.7 g、26.9 g，但并未達到顯著性水平，說明自灌漿期開始，玉米主要由營養生長轉為生殖生長，玉米莖葉中產生的光合產物開始向穗中轉移[6]。灌漿期覆膜處理增加的干物質重，為籽粒灌漿提供了較大的“源”，有利于獲得高產[7]。

表2　玉米覆膜與不覆膜處理對植株干物質積累的影響　g

注：t0.05=3.182，不同字母表示處理間差異顯著。

2.3覆膜與不覆膜處理對玉米植株及穗粒性狀的影響

表3數據表明：玉米的覆膜處理好于不覆膜處理，由于玉米覆蓋地膜，使玉米生長發育所需的環境發生了改變，從而對玉米個體發育和群體動態產生了影響，使其生長發育規律有了很大變化。玉米覆膜后，地膜阻隔了土壤水、氣、熱向空氣中的傳播，促進了土壤微生物活動和土壤養分的分解釋放，形成了一個新的生態系統。玉米覆膜與不覆膜相比，植株高大粗壯，干葉片數多，結穗部位低，抗倒伏。百粒重增加1.85 g，每公頃增加3024 kg。由此發現，覆膜處理是通過提升與強化各個性狀來提高玉米產量，這與肥對玉米產量的影響效應類似，從側面說明了覆膜處理較不覆膜處理提高了肥效。

表3　玉米覆膜與不覆膜處理對玉米植株性狀的影響

注：t0.05=3.182，不同字母表示處理間差異顯著，雙側檢驗結果正值表示增加，負值表示降低。

2.4覆膜與不覆膜處理對玉米各生育時期需水量及耗水強度的影響

玉米整個生育期劃分五個生育時期，每個生育時期需水量，采用土壤水量平衡方程進行計算(見表4)。由于玉米生長的不同生育階段，植株蒸騰面積及根系量都在發展，玉米生長的環境條件也在不斷變化的過程中，其階段需水量存在較大差異。從玉米各生育時期需水量來看，玉米苗期因植株生長緩慢，個體小，耗水少且強度低，一般土壤水分條件就可以維持根系的正常生長；拔節期至抽穗期，這一階段是玉米的莖葉生長最快時期，玉米從營養生長向生殖生長過渡階段，也是玉米對水分需求較敏感時期，該階段不僅耗水量大而且耗水強度較高；抽穗期至灌漿期是玉米對水分需求最敏感時期，也是植株需水量最大時期。覆膜處理較不覆膜處理顯著降低了灌溉水量，這可能是由于覆膜處理顯著降低土壤水分蒸發量所致，說明覆膜技術具有很高節水潛力[8]。

表4　覆膜與不覆膜處理對玉米各生育期需水量及耗水強度的影響

注：t0.05=3.182，本檢測t雙側=-12.957，不同字母表示處理間差異顯著。

2.5覆膜與不覆膜處理對玉米需水量、產量及水分生產率的影響

由表5可以看出，由于覆膜處理降低了玉米各個生育期的耗水量，因此顯著地降低了整個生育期的需水量。覆膜處理較不覆膜處理需水量降低22.8%，但是覆膜處理卻顯著提高玉米的產量18.9%，這可能由于覆膜處理提高了肥效，也可能是由于覆膜處理維持了土壤水分狀況，在灌漿期籽粒平穩灌漿[8]，因此明顯地提高了玉米產量；覆膜處理降低了玉米需水量并提高了產量，因此其水分生產率非常高，覆膜處理較不覆膜處理，水分生產率顯著提高了53.6%，無論從經濟效益還是社會效益看，基于滴灌條件下的覆膜技術應用價值巨大。

表5　覆膜與不覆膜處理對玉米總需水量、產量及水分生產率的影響

注：t0.05=3.182，不同字母表示處理間差異顯著。

3結論

通過該試驗方案下不同指標的分析研究，得到如下結論：

(1)覆膜處理可以通過提高地溫并維持土壤水分穩定增加玉米出苗率。覆膜處理較不覆膜處理出苗率顯著提高7.21%。

(2)在玉米營養生長期，覆膜處理顯著提高了玉米的干物質積累量，當玉米由營養生長轉為生殖生長時，可能由于覆膜處理使玉米莖葉中產生的大量光合產物轉移向穗部，導致灌漿期與成熟期覆膜處理對玉米植株干物質積累量影響不再顯著。

(3)雖然覆膜處理較不覆膜處理綜合提高了玉米各生長性狀的數值，使之存在提高玉米騰發量的可能，但是由于覆膜處理在玉米各個生育期顯著降低了土壤水分蒸發量，最后并未增加玉米的耗水量，反而降低了玉米各個生育期的需水量。

(4)覆膜處理顯著降低了玉米需水量并提高了產量，因此其水分生產率非常高，覆膜處理較不覆膜處理，水分生產率顯著提高了53.6%，其經濟效益和社會效益巨大。

參考文獻：

[1]趙建平.淺議農業節水技術的發展與創新[J].甘肅水利水電技術，2004(12)：300-314.

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[3]竇超銀，孟維忠.種植密度對大壟雙行膜下滴灌玉米生長和產量的影響[J].灌溉排水學報，2014，33(6)：97-100.

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Study on water-saving and yield-increasing effects of maize with Plastic Film Mulch under Drip Irrigation conditions

CHEN Wei

(LiaoningInstituteofWaterResourcesandHydropowerResearch，Shenyang110866，China)

Abstract：To determine the rational irrigation regimes under drip irrigation with plastic film mulch，experiment has been conducted to study the effects of plastic film mulch (PFM) on maize emergence rate，growth characteristics，water consumption and maize yield.Results showed that:PFM can statistically improve maize emergence rate by 8.07% for the higher ground temperature compared with the treatment of non-PFM.There is significant difference between PFM and non-PFM in maize dry matter during the vegetative period.But the effects are low during reproductive period.Although，there is strong possibility to enhance the evapotranspiration for increase of maize growth characteristics with PFM，the evapotranspiration is significantly decreased for the lower soil water evaporation with treatment of PFM.Therefore，PFM matter greatly to the maize water productivity.The PFM significantly increase the water productivity by 53.6% and there are lager potentials to improve the economic and social benefits.

Key words：maize；drip irrigation；plastic film mulch；growth characteristics；yield；water productivity

基金項目：國家科技支撐項目(2014BAD12B04)，遼寧省農業科技創新團隊項目(2014212003)

作者簡介：陳偉(1984-)，男，蒙古族，工程師，主要從事灌溉排水理論與技術研究。

中圖分類號：S275.6；S274.1

文獻標志碼：A

文章編號：2096-0506(2016)05-0001-04