寒地黑土區噴灌條件下玉米生長和耗水量試驗研究

孟 巖，鄭文生，孫艷玲

(黑龍江省水利科學研究院，黑龍江 哈爾濱 150080)

我國玉米種植分布廣泛，氣候差異懸殊，生育期內降雨量和蒸發量差別很大，需要因地制宜制定不同的灌溉制度[1]。我國北方地區，在玉米的生長生育階段都存在不同程度的缺水問題，需要實施灌溉。黑龍江省地處寒地玉米種植區，玉米播種期在4月下旬—5月上旬，該時期季節性缺水嚴重，一般需要補充灌溉，以增加土壤墑情。灌水是保證適時播種和出苗的關鍵，為苗期生長提供適宜的水分條件[2-3]。苗期一般為5月中旬—6月中旬，濕潤年份降水能夠滿足該時期需水要求，一般年份及干旱年份需要進行灌水，保證苗期正常生長。拔節期處于6月下旬—7月上旬，莖葉生長迅速，光合作用加強，結實器官逐步形成，該時期旱、雨季相交，易發生干旱，需根據墑情需要灌水。抽穗期籽粒逐步形成，需水量達到全生育期的最高峰，新陳代謝極強，對水分最為敏感，是需水關鍵期。灌漿期莖葉養分向籽粒輸送，是籽粒形成的主要時期，需要足夠的水分，此期缺水受旱將會影響植株養分輸送，降低產量。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗在黑龍江省灌溉試驗中心站進行。試驗中心地處東經125°45′，北緯45°22′，屬中溫帶大陸季風性氣候，1999—2017年年平均氣溫在-4～5 ℃之間，降雨量400～650 mm。2017年生育期平均氣溫19.5 ℃，各月平均氣溫見表1。試驗在測坑內進行，測坑長2.5 m，寬2.0 m。根據國際制土壤質地分類標準，土壤類型為黑土，0～80 cm剖面土壤均為粉壤土，平均干容重為1.34 g/cm3，平均飽和含水率為46 %，田間持水率為36 %，分層土壤物理特性見表2。

表1 玉米生育期內月平均氣溫 ℃

表2 土壤物理特性

1.2 試驗設計

供試品種為東富1號。5月1日統一播種，試驗采用常規種植，種植密度為4.95萬株/hm2，9月28日收獲測產。本試驗主要針對拔節期、抽穗期、灌漿期進行灌溉試驗處理，對生育期土壤水分控制分為處理1、處理2、處理3及CK，CK為當地不灌溉自然生長的對照處理，每個處理設3次重復，共12個試驗小區，具體試驗設計見表3，通過測定土壤含水量來確定灌水時間，灌水時采用噴頭噴灌，水表計量，計劃濕潤層深度拔節期為40 cm，抽穗期和灌漿期為60 cm。

表3 試驗處理

注：表中數據為土壤體積含水量占田間持水量的百分比

1.3 試驗觀測內容

降雨量、0～60 cm土壤水分測定、株高、葉面積、測產和考種。

2 結果與分析

2.1 不同試驗處理對玉米葉面積的影響

表4為玉米不同生育期劃分情況，不同處理條件下各生育期葉面積變化見圖1。

表4 玉米生育期情況

圖1 不同處理條件下各生育期葉面積

從不同生育期玉米葉面積變化可以看出，在玉米前期生長階段，由于植株較小，對水分需求也相對較小，所以各灌溉處理株高長勢狀況差異并不大[4-5]，進入拔節期后，玉米的葉面積增長較快，拔節期之后到灌漿期前期，玉米葉片的生長處于較為平穩的增長，且處理3的玉米在灌漿期已經出現葉片面積減小的情況，說明這時葉片開始萎縮。從四個處理對比來看，處理3的玉米葉片整體生長比較快，CK處理葉片相對較小且生長較慢。這說明在生育期適當的加大水分會增加葉片面積，加速葉片的生長過程。

2.2 不同試驗處理對玉米株高的影響

圖2為不同試驗處理條件下玉米株高生長情況。綜合分析株高與灌水量的關系可知，在苗期及拔節期，玉米株高生長較為平穩，在拔節期之后，玉米株高開始快速增長，各處理株高長勢增加幅度明顯，并且隨著植株生長，對水分的需求越來越大，水分成為制約玉米生長的主要因素[6]；到灌漿期，玉米株高生長速度減慢，漸漸趨于平穩。從四個處理對比來看，處理1、處理2、處理3的玉米株高在整個生育期都略高于CK對照組，說明在各階段適當增大灌水會使玉米株高增大，但不同時期增大灌水量對玉米成熟期株高影響并不十分明顯。

圖2 不同處理條件下玉米株高

2.3 不同試驗處理下產量及其指標分析

表5為不同試驗處理下玉米產量指標情況，從表中可以看出拔節期增大灌水量，玉米穗長、10穗籽粒重、籽實水分和畝產均增大。抽穗期增大灌水量，玉米百粒重減小，禿尖長、10穗籽粒重、籽實水分和畝產增大。灌漿期增大灌水量，玉米禿尖長和百粒重減小，對作物畝產影響不大。

2.4 不同試驗處理下耗水量及耗水規律

運用公式(1)水量平衡的方法推求作物耗水量，得到玉米耗水量見表6。

表5 不同試驗處理條件下產量指標

ET=M+P+G+W0

(1)

式中：M為作物生育期內凈灌溉用水量，mm；P為生育期內有效降水量，mm；G為生育期內地下水補給量，mm；W0為作物生育期始末土壤含水量之差，mm。

表6 不同試驗處理下玉米耗水量和水分生產率

噴灌盡管產量較充分，灌溉處理略低，但由于耗水量也低，水分利用率反而高于充分灌溉處理[7]。從整個生育期來看，作物在抽穗期耗水量最小，灌漿期耗水量最大，這是由于不同生育期長短和生育期內降雨量不同所致。抽穗期到灌漿期玉米轉入旺盛的生殖生長和產量形成階段[8]。不同試驗處理玉米生育期總耗水量相差不大，試驗數據表明在玉米拔節期加大灌水，生育期內總耗水量最小，玉米耗水量最高階段出現在灌漿期，這和此階段氣溫較高、作物代謝較快有關，在玉米拔節期和抽穗期加大灌水會有效提高玉米產量，處理1是在玉米灌漿期高水處理，灌漿期后玉米產量基本形成，對水分敏感程度降低[9]，此階段加大灌水對提高玉米產量影響不大。處理3在玉米拔節期加大灌水后，不僅提高玉米產量，而且能降低生育期內總耗水量，提高水分生產率，在本次試驗中處理3效果最佳。

3 結 論

(1)玉米苗期葉面積增長較快，之后葉片生長處于較為平穩的增長，拔節期株高增長較快，不同時期增大灌水量對玉米成熟期株高影響并不十分明顯。

(2)拔節期灌水，玉米穗長增大；抽穗期灌水，玉米禿尖長增大，百粒重減小；灌漿期灌水，玉米禿尖長減小，百粒重減小。

(3)在玉米拔節期加大灌水，生育期內總耗水量最小，玉米拔節期和抽穗期加大灌水會有效提高玉米產量，灌漿期高水處理對提高玉米產量影響不大。本試驗處理3為最優試驗處理，此結論只是針對一年試驗結果，還有待進一步驗證，還需根據不同水文年型進一步優化。