滴灌量對新疆高產(chǎn)玉米產(chǎn)量和蒸騰量的影響

陳江魯+楊京京+丁變紅+張小偉+吳新明

摘要：研究膜下滴灌條件下灌溉量對新疆高產(chǎn)（≥15 000 kg/hm2）玉米產(chǎn)量的影響，探究該條件下高產(chǎn)玉米產(chǎn)量形成的有效調(diào)控途徑，明確新疆高產(chǎn)玉米蒸騰量和棵間蒸發(fā)量的變化規(guī)律，為合理的灌溉制度提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。2015年，在新疆兵團第六師共青團農(nóng)場，采用膜下滴灌，以當?shù)馗弋a(chǎn)玉米灌溉量為基準（W4），設(shè)置4個灌量水平，以M751、農(nóng)華213（NH213）、登海618（DH618）為供試品種，分析不同灌溉量對玉米產(chǎn)量、棵間蒸發(fā)和蒸騰量的影響。研究結(jié)果表明，不同灌溉量處理間產(chǎn)量有顯著差異，當灌溉量降低到常規(guī)灌溉量的90%（W3）時，大多數(shù)玉米品種籽粒產(chǎn)量（NH213除外）無明顯降低趨勢，其中多數(shù)品種當灌溉量減少到常規(guī)灌溉量的80%時產(chǎn)量顯著降低。灌溉量對玉米產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響研究表明，灌溉量對收獲穗數(shù)的影響不顯著，對單穗粒數(shù)和粒質(zhì)量均有影響，穗粒質(zhì)量影響顯著，玉米全生育期棵間蒸發(fā)和蒸騰量隨灌溉定額的增大而增大。玉米階段棵間蒸發(fā)量表現(xiàn)播種—拔節(jié)>拔節(jié)—抽雄>乳熟—成熟>抽雄—乳熟，蒸騰量則表現(xiàn)相反的趨勢。研究結(jié)果表明，適當降低灌溉量對玉米籽粒產(chǎn)量影響不顯著。灌溉量主要通過影響穗粒質(zhì)量影響產(chǎn)量；不同基因型品種E/ET隨產(chǎn)量的增大呈下降趨勢，全生育期棵間蒸發(fā)量的范圍為141.8～182.8 mm。蒸騰量與灌溉量呈正相關(guān)，蒸騰量范圍為366.8～522.8 mm。

關(guān)鍵詞：滴灌；玉米；灌溉量；棵間蒸發(fā)；蒸騰量

中圖分類號： S513.07 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2017）18-0067-04

收稿日期：2016-06-29

基金項目：新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團科技支疆項目（編號：2014AB020）。

作者簡介：陳江魯（1985—），男，新疆五家渠人，碩士，助理研究員，主要從事高產(chǎn)玉米增產(chǎn)增效方面的研究。E-mail：1215488489@qq.com。

通信作者：楊京京，碩士，助理研究員，主要從事高產(chǎn)玉米增產(chǎn)增效及鹽堿地改良與利用方面的研究。E-mail：136116346@qq.com。 不同灌溉量對作物生長發(fā)育的影響主要包括營養(yǎng)生長和生殖生長2個階段，生長過程中灌溉量不足，均會導致產(chǎn)量下降。當灌溉量高過田間持水量達到100%時，玉米的株高、莖粗和莖稈強度都呈降低趨勢[1]，有研究認為，當灌水量不足以維持作物生長需要時，灌溉量增加后作物產(chǎn)量隨需水量的增加而增加，作物產(chǎn)量與需水量之間呈現(xiàn)顯著的線性關(guān)系[2]，作物的棵間蒸發(fā)是指作物群體內(nèi)植株之間土壤表面的蒸發(fā)，也是農(nóng)田作物蒸散的主要組成部分，通常研究都認為是無效耗水，降低作物棵間蒸發(fā)量不僅可以提高農(nóng)田水分利用效率（WUE）而且可以節(jié)約用水，對農(nóng)業(yè)發(fā)展具有重要意義。國內(nèi)對小麥棵間蒸發(fā)的研究較多，相關(guān)研究表明，冬小麥全生育期棵間蒸發(fā)量為115.8 mm，占總蒸發(fā)蒸騰量的比例為 32.1%[3]。景明等研究了春小麥的棵間蒸發(fā)，認為生長初期和發(fā)育后期棵間蒸發(fā)量較高，生長中期較低，但是相對于覆蓋措施比較，無覆蓋措施相對于地膜覆蓋和秸稈覆蓋日均棵間蒸發(fā)量分別降低15.6%和36.1%[4-5]。表層土壤含水和葉面積指數(shù)與夏玉米棵間土壤相對蒸發(fā)強度之間均呈良好的指數(shù)函數(shù)關(guān)系[6-7]。相比夏玉米，小麥等作物棵間蒸發(fā)的報道甚多，而對于膜下滴灌條件下產(chǎn)量在15 000 kg/hm2以上春玉米棵間蒸發(fā)的研究報道較少，開展系統(tǒng)研究進一步明確新疆高產(chǎn)春玉米的總蒸散量、葉片蒸騰量和棵間蒸發(fā)量變化規(guī)律，以期確定合理的灌溉措施來提高玉米的水分利用效率。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

研究區(qū)選擇在新疆天山北部的共青團農(nóng)場，試驗田土質(zhì)為壤土，有機質(zhì)含量11.67 g/kg，堿解氮含量38.60 mg/kg、速效磷含量15.26 mg/kg、速效鉀含量285 mg/kg，前茬作物為棉花。試驗區(qū)距烏魯木齊40 km，地理坐標為87°8′30″～87°29′05″E，40°10′50″～44°29′46″N。研究區(qū)地勢平坦，地面自西南向東北方向傾斜，坡降0.10%～0.12%，區(qū)域海拔為750～851 m，年降水量114～168 mm，多年平均蒸發(fā)量為2 651 mm，年均溫度7 ℃，無霜期158 d，日照時數(shù)3 135.9 h，太陽總輻射量5 585 MJ/m2，年≥10 ℃積溫3 550 ℃，土壤類型主要有潮土、灌淤土、草甸土。自然植被主要有檉柳、鹽爪爪、駱駝刺、甘草、苦豆子等。種植作物主要有小麥、玉米、棉花及林果等。

1.2 試驗設(shè)計

試驗于2015年在新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團第六師共青團農(nóng)場試驗田開展，試驗采用裂區(qū)設(shè)計，品種為主處理，參試品種為M751、農(nóng)華213（NH213）、登海618（DH618）。灌溉量為副處理，灌量均用水表計量控制，播種后1 d即4月21日各處理統(tǒng)一滴灌500 m3/hm2出苗水。設(shè)置4個灌溉量處理，分別為W1：為大田灌量的70%，即灌溉量為4 725 m3/hm2；W2：為大田灌量的80%，即灌溉量為6 750 m3/hm2；W3：為大田灌量的90%，即灌溉量為6 075 m3/hm2；W4為當?shù)卮筇锕嗔浚垂喔攘繛?6 540 m3/hm2。每個處理3次重復，小區(qū)面積44 m2，采用膜下滴灌，采取大小行模式種植，大行距70 cm，小行距 40 cm，株距14 cm。不同灌溉日期及灌溉量見表1。

1.3 田間管理

試驗點采用地膜覆蓋，膜下滴灌，按設(shè)計好的株距人工點播，理論密度12.5萬株/hm2。試驗地在前茬作物（棉花）收獲后結(jié)合翻耕施入腐熟羊糞7 000 kg/hm2，磷酸二銨（P2O5 46%）90 kg/hm2，尿素（N 46%）90 kg/hm2，玉米專用復合肥（N、P2O5、K2O含量分別為20%、20%、20%）225 kg/hm2。播種時施用種肥磷酸二銨90 kg/hm2、硫酸鋅（98%）120 kg/hm2、硫酸鉀（36%）90 kg/hm2。拔節(jié)期噴施羥烯乙烯利0.75 L/hm2控制株高。endprint

試驗于4月21日播種，4月23日滴出苗水，5月2日出苗，全生育期灌溉8次，分別是出苗水1次，拔節(jié)至吐絲期灌溉3次，吐絲至生理成熟灌溉4次，10月15日收獲。氣象數(shù)據(jù)來源于共青團氣象局地面觀測站。

1.4 測定項目與方法

1.4.1 土壤水分測定 準確記載各生育時期用水量，土壤含水量采用烘干法測定。分別在播種前和收獲后、每次灌溉的前1 d、灌溉后1 d，按20 cm分層測定0～100 cm深土壤含水量。土壤含水量=（土壤鮮質(zhì)量-土壤干質(zhì)量）/土壤干質(zhì)量×100%；土壤貯水量（mm）=土層厚度（cm）×土壤容重（g/cm3）×土壤質(zhì)量含水量（%）×10。

1.4.2 作物階段性耗水量測定 通過測定土壤含水量計算作物的耗水量，依據(jù)以下公式計算：

ET=I+P-RO-DP+CR±ΔSF±ΔSW[8]。

式中：ET為作物生育期耗水量（mm）；I為灌水量（mm），用水表計量；P為降雨量（mm），采用雨量計測定；RO為地表徑流量；DP為下邊界排水量，CR為地下淺水位水分通過毛細管向上運輸?shù)乃浚F為根區(qū)水分的水平運動量，ΔSW為土壤貯水量的變化量。平坦土地的RO與ΔSF均為0，試驗地地下水埋藏較深，其補給量可忽略不計，即CR=0，ΔSW根據(jù)生育階段前后2次測量的土壤含水量計算。日耗水量=各生育階段玉米田耗水量/生育階段天數(shù)；耗水模系數(shù)=各生育階段玉米田耗水量/玉米田總耗水量。

1.4.3 產(chǎn)量測定與考種 在玉米生理成熟后，各處理除去2邊行及2端各2 m，取中間6行，進行田間綜合性狀調(diào)查。統(tǒng)計收獲株數(shù)和果穗數(shù)，各小區(qū)連續(xù)取10株玉米的果穗進行室內(nèi)考種。采用PM-8188谷物水分測定儀測定子粒含水率，按14%含水量計算產(chǎn)量。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2013和SPSS Statistics 17.0軟件進行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 灌溉量對不同玉米品種產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

從表2可以看出，當灌溉量降低到常規(guī)灌溉量90%時，大多數(shù)品種籽粒產(chǎn)量（NH213除外）無明顯降低趨勢；多數(shù)品種當灌溉量減少到常規(guī)灌溉量的80%時，產(chǎn)量顯著降低，不同基因型品種W2處理平均比W4處理籽粒產(chǎn)量降低 2.0%～12.8%；3個品種當灌溉量減少到70%時，產(chǎn)量顯著降低，W1處理比W4處理籽粒產(chǎn)量平均降低10.8%～142%。不同處理間籽粒產(chǎn)量變化范圍為14 339.58～18 002.09 kg/hm2，最低為M751的W1處理，最高為DH618的W4處理，說明適當降低灌溉量即為常規(guī)灌溉量的90%時對玉米籽粒產(chǎn)量無顯著影響。

不同基因型玉米品種灌溉處理間收獲穗數(shù)差異均不顯著。由穗粒數(shù)變化可知，不同品種均表現(xiàn)為當灌溉量降低到常規(guī)灌溉的70%時穗粒數(shù)顯著降低，不同基因型玉米品種下降幅度為6.6%～13.4%，其他灌溉水平間差異不顯著。不同處理間千粒質(zhì)量變化，不同基因型灌溉處理間除NH213品種外均為降低到常規(guī)灌溉的80%時千粒質(zhì)量顯著降低。穗粒質(zhì)量變化不同灌溉處理間存在明顯差異，不同基因型玉米品種W3處理平均比W4處理穗粒質(zhì)量降低 2.2%～7.4%，W2處理比W4處理平均降低2.3%～11.3%，W1處理除NH213品種外比W4處理平均降低 11.2%～17.6%，表明灌溉處理主要是通過影響穗粒質(zhì)量而影響玉米產(chǎn)量。

2.2 灌溉量對不同玉米品種不同生育階段棵間蒸發(fā)的影響

從表3可以看出，播種—拔節(jié)期，拔節(jié)前期未設(shè)置水分處理，因此，該階段棵間蒸發(fā)量各品種下不同處理間相同，該階段玉米植株幼小，葉片較小且數(shù)目不多，地面覆蓋度小，土壤耗水以棵間蒸發(fā)為主。拔節(jié)—抽雄期，氣溫逐漸升高，玉米進入快速生長階段，葉面積逐漸增大，土壤耗水轉(zhuǎn)向以葉片蒸騰為主。不同基因型玉米品種，隨著灌量的增大棵間蒸發(fā)量和日棵間蒸發(fā)量也隨之增大，不同品種條件下不同處理間棵間蒸發(fā)差異明顯，M751此階段最小棵間蒸發(fā)量為41.4 mm，最大為62.4 mm，此階段棵間蒸發(fā)占階段耗水量的比值平均為29.75%，日棵間蒸散量為1.06 mm/d。NH213在該階段最小棵間蒸發(fā)41.8 mm，最大為66.2 mm，此階段棵間蒸發(fā)占階段耗水量的比值平均為30.8%，日棵間蒸散量為1.07 mm/d。DH618在該階段最小棵間蒸發(fā)42.9 mm，最大為57.3 mm，此階段棵間蒸發(fā)占階段耗水量的比值平均為30.1%，日棵間蒸散量為1.03 mm/d。

抽雄—乳熟期，玉米由營養(yǎng)生長向生殖生長過渡階段，此階段玉米生長旺盛，株高達到最大，葉面積達到最大，需水強度達到全生育期最大，棵間蒸發(fā)量占階段耗水量比例最小，葉片蒸騰在該階段耗水中占據(jù)重要地位，該階段對于3個不同基因型玉米品種，不同處理間隨著灌量的增大棵間蒸發(fā)量和日棵間蒸發(fā)強度呈增大趨勢，不同品種W4處理棵間蒸發(fā)量明顯高于W1處理，M751此階段最小棵間蒸發(fā)量為 12.3 mm，最大棵間蒸發(fā)量為15.6 mm， 此階段棵間蒸發(fā)占階

表4同。

段耗水量的比值平均為9.78%，日棵間蒸散量為 0.50 mm/d。NH213在該階段最小棵間蒸發(fā)量11.2 mm，最大棵間蒸發(fā)量為13.6 mm，此階段棵間蒸發(fā)占階段耗水量的比值平均為7.90%，日棵間蒸散量為0.44 mm/d。DH618在該階段最小棵間蒸發(fā)量為12.4 mm，最大棵間蒸發(fā)量為 15.8 mm，此階段棵間蒸發(fā)占階段耗水量的比值平均為 9.20%，日棵間蒸散量為0.49 mm/d。

乳熟—成熟期，玉米葉片逐漸衰老變黃，葉面積減小，葉面蒸騰作用降低，棵間蒸發(fā)占階段蒸散量比例又有所回升。該階段對于3個不同基因型玉米品種，各處理間隨著灌溉量的增大棵間蒸發(fā)量和日棵間蒸發(fā)量呈增大趨勢，不同品種灌溉量處理間棵間蒸發(fā)量差異明顯，M751此階段最小棵間蒸發(fā)量為 36.1 mm，最大棵間蒸發(fā)量為42.3 mm，此階段棵間蒸發(fā)占階段耗水量的比值平均為23.03%，日棵間蒸散量為 0.71 mm/d。NH213此階段最小棵間蒸發(fā)量為33.7 mm，最大棵間蒸發(fā)量為39.5 mm，此階段棵間蒸發(fā)占階段耗水量的比值平均為2000%，日棵間蒸散量為0.67 mm/d。DH618此階段最小棵間蒸發(fā)量為35.2 mm，最大棵間蒸發(fā)量為 42.5 mm，此階段棵間蒸發(fā)量占階段耗水量的比值平均為 20.70%，日棵間蒸散量為0.70 mm/d。endprint

從全生育期棵間蒸發(fā)量來看，棵間蒸發(fā)量隨灌溉量的增加而增加，不同品種條件下不同處理間棵間蒸發(fā)量比較差異明顯，大小均表現(xiàn)為W4>W3>W2>W1。M751的W4處理棵間蒸發(fā)量比W3、W2、W1分別高7.09%、14.11%、20.03%；NH213的W4處理棵間蒸發(fā)量比W3、W2、W1分別高10.45%、16.34%、22.99%；DH618的W4處理棵間蒸發(fā)量比W3、W2、W1分別高6.67%、12.35%、16.99%。3種基因型玉米品種全生育期棵間蒸發(fā)占總耗水量的比重隨產(chǎn)量的增大呈下降趨勢，全生育期棵間蒸發(fā)量的范圍為 141.8～182.8 mm。

2.3 灌溉量對不同玉米品種不同生育期蒸騰量的影響

從表4可以看出，不同灌溉量處理條件下玉米不同生育階段的蒸騰量，整體上來看播種至拔節(jié)期玉米的蒸騰量各處理間大小相等，差異不顯著，主要原因是由于拔節(jié)期以前未設(shè)置灌溉量處理，管理措施與大田管理一致，只是不同品種間因品種自身特性蒸騰量有差異；其他各生育階段不同處理蒸騰量間整體趨勢表現(xiàn)為蒸騰量隨著灌溉量的增大而增大，全生育期蒸騰量不同處理間差異顯著。播種至拔節(jié)期，氣溫較低，玉米植株幼小，生長緩慢，玉米的蒸騰量較低；拔節(jié)至抽雄期，隨著氣溫上升玉米進入快速生長階段，營養(yǎng)生長加快，對水分需求量增大，灌溉量大的玉米生長速率較大，日蒸騰量逐漸增大，玉米蒸騰量也隨之增大；抽雄至乳熟期，玉米處于營養(yǎng)生長和生殖生長階段，有較大的營養(yǎng)器官建成，同化能力較強，耗水強度最大，田間耗水以蒸騰為主，此階段時間較短，日蒸發(fā)量也最大。乳熟至成熟期，此階段經(jīng)歷的時間較長，后期葉片衰老速率加快，灌溉量大的處理葉片衰老速率較緩慢，因此灌溉量大的處理蒸騰量也較大。M751全生育期蒸騰量W4處理顯著高于W3、W2、W1，W4處理比W3、W2、W1處理分別高9.02%、1956%、32.80%；W3處理比W2、W1處理分別高10.35%、2181%，W2處理比W1處理高10.39%。NH213全生育期蒸騰量W4處理顯著高于W3、W2、W1處理，W4處理比W3、W2、W1處理分別高10.64%、19.38%、35.73%；W3處理比W2、W1處理分別高8.02%、22.82%，W2處理比W1處理高13.70%。DH618全生育期蒸騰量W4處理顯著高于W3、W2、W1處理，W4處理比W3、W2、W1處理分別高 13.09%、22.87%、3357%；W3處理比W2、W1處理分別高8.65%和18.11%，W2處理比W1處理高8.71%。綜合來看，不同基因型玉米品種全生育期蒸騰量與灌溉量呈正相關(guān)，蒸騰量范圍為366.8～522.8 mm。

3 討論與結(jié)論

不同灌溉量對玉米籽粒產(chǎn)量的影響不盡相同。趙立群等認為，玉米產(chǎn)量隨灌量的增加而增加，灌溉量與產(chǎn)量之間呈極顯著正相關(guān)[9]。肖俊夫等認為，玉米灌水量和產(chǎn)量的關(guān)系呈拋物線變化趨勢[10-11]。本試驗針對不同灌量下玉米產(chǎn)量≥15 000 kg/hm2的研究結(jié)果表明，不同灌量處理間產(chǎn)量有顯著差異，當灌溉量降低到90%時，大多數(shù)玉米品種籽粒產(chǎn)量（NH213除外）無明顯降低趨勢，其中多數(shù)品種當灌溉量減少到常規(guī)灌溉量的80%時產(chǎn)量顯著降低，表明目前高產(chǎn)田確實存在灌溉量過高、水資源浪費等問題。Tida Ge等研究認為，水分脅迫對夏玉米整個生育期內(nèi)生長發(fā)育、生物量分配及其水分利用效率有影響，田間持水量降低影響到玉米雌穗農(nóng)藝性狀以及產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素[12]。謝夏玲研究認為，滴灌條件下玉米灌溉量與穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量間無顯著差異[13]。本研究表明，灌溉量顯著影響玉米的產(chǎn)量，灌溉量對收獲穗數(shù)的影響不顯著，顯著影響千粒質(zhì)量和穗粒質(zhì)量，且穗粒質(zhì)量變化更為明顯。可能由于高產(chǎn)玉米中后期生長旺盛，因此，當灌溉量顯著降低時穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量均受到不同程度的影響。

對15 000 kg/hm2以上產(chǎn)量水平的玉米棵間蒸發(fā)量和蒸騰量研究表明，玉米全生育期棵間蒸發(fā)量和蒸騰量隨灌溉定額的增大而增大。玉米階段棵間蒸發(fā)量表現(xiàn)為生育前期多，中后期少的變化趨勢，蒸騰量則表現(xiàn)相反的趨勢。不同產(chǎn)量水平的玉米棵間蒸發(fā)量和蒸騰量變化規(guī)律具有相似性，不同的是階段性需水量。本結(jié)果與王健得出非充分供水比充分供水降低了總蒸發(fā)蒸騰量和總蒸騰量，但產(chǎn)量并未降低，其節(jié)水效果明顯，充分供水對總棵間蒸發(fā)量影響較小的結(jié)論[14]相一致。

不同灌溉量處理間產(chǎn)量有顯著差異，適當降低灌溉量對玉米籽粒產(chǎn)量無顯著影響。灌溉量對收獲穗數(shù)的影響不顯著，對單穗粒數(shù)和粒質(zhì)量均有影響，但顯著影響穗粒質(zhì)量，即灌溉量主要通過影響穗粒質(zhì)量影響產(chǎn)量；從整個生育期看，不同基因型玉米品種，隨著灌溉量的增大棵間蒸發(fā)量和日棵間蒸發(fā)量也隨之增大，不同品種條件下不同處理間棵間蒸發(fā)量差異顯著。不同基因型玉米品種，棵間蒸發(fā)量和日棵間蒸發(fā)量在播種—拔節(jié)期達到最大，抽雄—乳熟期最小。3種基因型玉米品種全生育期棵間蒸發(fā)量占總耗水量的比重隨產(chǎn)量的增大呈下降趨勢，其全生育期棵間蒸發(fā)量的范圍為141.8～182.8 mm。不同生育階段（除播種—拔節(jié)期）不同處理蒸騰量間整體趨勢表現(xiàn)為蒸騰量隨著灌溉量的增大而增大，全生育期蒸騰量不同處理間差異顯著。不同基因型玉米品種全生育期蒸騰量與灌溉量呈正相關(guān)，蒸騰量范圍為366.8～5228 mm。

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