膜下滴灌不同種植密度對玉米生長及水分利用的影響

劉秋麗，王永紅

(山西省水利水電科學研究院，太原 030002)

玉米是山西主要的糧食作物之一[1]。據國家統計局山西調查總隊的最新調查，2016年山西省玉米種植面積為162.48 萬hm2[2]。干旱是制約玉米高產的關鍵因素[3]。水資源短缺限制了山西北部地區玉米的生長，對玉米產量影響較大。高效節水灌溉技術是研究玉米節水高產的重要組成部分[4]。膜下滴灌是將覆膜種植與滴灌相結合，是能夠利用少量的水達到節水、保墑、保溫、保產增產等的高效節水灌溉新技術[5]。近年來，膜下滴灌技術在我國大部分地區得到廣泛應用，有效緩解了玉米生育期的干旱缺水問題，提高水分利用效率[6]。目前，膜下滴灌條件下玉米種植模式的研究較多，但在玉米種植密度上的研究較少[7-11]。為此在大同市陽高縣北徐屯鄉南徐屯村進行田間試驗，研究不同種植密度對膜下滴灌玉米特性、產量和土壤水分、耗水特性、灌溉水分利用效率及效益的影響。為玉米膜下滴灌科學合理種植提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 試驗區概況

試驗區位于大同市陽高縣北徐屯鄉南徐屯村。供試土壤為耕種硫酸鹽鹽化草甸土，土層3 m以上土壤質地為砂壤土和輕壤土，肥力水平較低。供試土壤主要物理化學性質如表1所示。

表1 供試土壤理化性狀

Tab.1 Physical and chemical properties of the tested soil

取樣層次/cm有機質/(g·kg-1)全氮/(mg·kg-1)有效磷/(mg·kg-1)速效鉀/(mg·kg-1)堿解氮/(mg·kg-1)鹽分容重/(g·cm-3)pH0～3013.90.675.4851655.41.48.1

1.1.2 供試作物及種植方式

玉米品種選用適合當地密集種植的利民33號。播種前基施磷酸二氫鉀 450 kg/hm2。采用寬窄行的“一膜一帶二行玉米”種植模式，其中窄行覆膜，膜內玉米行寬40 cm，寬行間距60 cm，見圖1。每種植12行玉米作為一個小區。出苗后按當地習慣進行田間管理。4 月 6日播種，9月底收獲。

圖1 玉米膜下滴灌種植模式圖(單位：cm)Fig.1 Schematic diagram of drip irrigation under corn film

1.2 試驗設計

試驗設計7.5、8.25、9 萬株/hm23個膜下滴灌玉米種植密度處理。玉米生育期灌溉方式、灌水日期相同。整個生育期灌水4次、灌水定額225 m3/hm2。分別在拔節期(7月9日)、抽穗期(7月31日、8月17日)、灌漿期(8月28日)灌水。每個處理均作3次重復試驗，共計9個小區。

1.3 測試指標及方法

(1)玉米生長性狀測定。每小區選5株有代表性的玉米掛牌，分別在6月15日、7月10日、7月29日、8月17日、8月28日、9月12日用卷尺量測玉米的葉長、葉寬、株高。用米格紙測量葉子的葉面積系數，然后計算玉米的葉面積指數。

(2)品質及產量測定。采取烘干法測定干物質含量。玉米收獲后按實收測產。用烘干法測籽粒含水率。

(3)土壤含水率測定。每個試驗小區的觀測點均是在滴灌管下、膜下玉米株間、兩膜中心。利用Star-S406水分觀測儀以10 cm為步長觀測至80 cm深。

(4)玉米灌溉水分利用效率[12]。

IWUE=Y/I

(1)

式中：IWUE為玉米灌溉水分利用效率，kg/m3；Y為玉米籽粒產量，kg/hm2；I為玉米生育期灌溉定額，m3/hm2。

1.4 數據分析

利用 SPSS11.7統計軟件進行數據分析，最小顯著差異法(LSD)進行多重比較，origin8.0軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 玉米生長特性

2.1.1 玉米的葉長、葉寬

本項目在每個小區選取5株玉米，分別測試葉長葉寬，全生育期共測6次，給出了不同種植條件下玉米生育期所有葉長葉寬的平均值，如圖2和圖3所示。

圖2 生育期玉米葉長變化曲線Fig.2 Growth curve of corn leaf length during growth period

圖3 生育期玉米葉寬變化曲線Fig.3 Change curve of corn leaf width during growth period

由圖2和圖3可看出，膜下滴灌灌水定額、灌水日期均一致的條件下，種植密度對玉米的葉長、葉寬有一定影響。葉片長、寬均隨時間的增加而增加。7月10日之前不同處理玉米葉片長、寬的長勢差異性很小，之后差異顯著。全生育期內玉米葉長、葉寬均是在8月中旬之前增長速率較大，之后增長緩慢。密度8.25 萬株/hm2玉米的葉長較大，與其他處理差異顯著。密度7.5、9 萬株/hm2玉米的葉長長勢基本一致，差異較小。3個密度處理下玉米的葉寬長勢差異較小。

2.1.2 玉米葉面積指數

從圖4看出，種植密度，灌溉方式對玉米葉面積指數有一定程度的影響。葉面積指數反應試驗區玉米整體生長情況，直接關系到玉米產量高低。3個處理下玉米的葉面積指數均隨時間增加呈由小到大再稍減小的趨勢。7月29日左右達到生長峰值，之后隨時間略有下降。密度8.25 萬株/hm2的玉米葉面積指數最大，7月29日達到峰值，其值在5.86。7.5 萬株/hm2次之，9 萬株/hm2處理最小。種植密度影響玉米的葉面積指數。密度低，葉面積指數則低。過度密植，則玉米長勢稠密影響玉米整體透光度，葉面積指數則低。

圖4 生育期玉米葉面積指數變化曲線Fig.4 Change curve of maize leaf area index during growth period

2.1.3 玉米株高

利用 SPSS 17軟件對玉米全生育期內的株高數值進行統計分析，用單變量及 LSD方法進行均數間的兩兩比較。

由表2可以看出，種植密度的大小影響玉米植株對水分養分的吸收，進而影響植株的株高。全生育期內，密度8.25 萬株/hm2處理玉米株高較高，長勢較好，與其他處理之間差異顯著。到8月28日時，與7.5、9 萬株/hm2的處理相比，株高分別增加10.6、12.3 cm。玉米株高的增長速度趨勢是先快后慢，株高隨時間的增加先增大后稍減小至不再隨時間變化。因為玉米苗期、拔節期以及抽穗前期生長速度較快，抽穗之后開始果實的灌漿生長，株高不再變化。

表2 生育期玉米的平均株高cm

Tab.2 Average plant height of growing maize

處理名稱生育期0615071007290817082809127.50萬株/hm252.7a130.7a238.3a245.3a238.7a231.7a8.25萬株/hm261.0b160.0c247.3c245.3a249.3c239.3b9.00萬株/hm260.3ab132.3b230.3b232.3b237.0b232.3a

注：表中數據后同列不同小寫字母表示差異顯著(α= 0.05)；下表同。

2.2 土壤水分運移

由圖5可看出，不同玉米種植密度下土壤含水率隨時間的變化趨勢總體一致，呈波浪形曲線變化。全生育期以密度7.5 萬株/hm2處理的土壤含水率最大，8.25 萬株/hm2處理的土壤含水率最小，其中7.5、9 萬株/hm2這兩個處理的土壤含水率差異不大。玉米拔節期、抽穗期土壤含水率變化幅度較大，且在7月29日測得的含水率最大，灌漿期土壤含水率減小。這是因為拔節、抽穗期玉米處于生長旺盛時期，由于灌溉次數增加使得土壤含水率增大。

圖5 全生育期含水率隨時間的變化曲線Fig.5 Curve of water content with time in the whole growth period

圖6給出了不同處理下玉米在拔節期、抽穗期、灌漿期的土壤剖面含水率。由圖6看出玉米不同生長期土壤垂向含水率變化幅度稍有不同，但各生育期0～80 cm 土層土壤含水率變化總體趨勢基本一致。在0～50 cm土層范圍內土壤含水率隨土層深度的增加而增加，50 cm土層以下反之。土壤含水率大小順序：7.5 萬株/hm2>9 萬株/hm2>8.25 萬株/hm2。各生育期垂向0～50 cm土層含水率變幅較大，各處理間含水率差異顯著。50～80 cm土層含水率呈下降趨勢，變化幅度較小，各處理間含水率差異較小。

圖6 土壤剖面含水率Fig.6 Soil profile moisture content

2.3 產量及水分利用率

表3為3個種植密度處理下玉米的干物質特性、產量、耗水、灌溉水利用效率及效益。由表3看出，膜下滴灌3個密度處理的玉米葉片干重、莖干重、產量、灌溉水分利用率及效益均有一定差異。7.5 萬株/hm2玉米的單株莖干重、單株籽粒干重最大。因為種植密度低，玉米的透光性好，單株吸收水氮量大，有利于玉米生長。密度8.25 萬株/hm2玉米單株葉干重、莖干重、產量、灌溉水分利用率及效益最大，與其他處理之間差異顯著。7.5 萬株/hm2次之，9 萬株/hm2最小。密度8.25與7.5、9 萬株/hm2相比，分別增產14.77%、32.45%，田間耗水量分別減少82.04、74.23 m3/hm2，灌溉水分利用率分別增加1.13、2.14 kg/m3，效益分別增長1 619.61、3 083.37 元/hm2。可見，其他條件相同，種植密度大小影響玉米的生長，進而影響玉米產量及灌溉水分利用效率。綜上認為膜下滴灌種植密度8.25 萬株/hm2，灌水定額225 m3/hm2，是本試驗條件下“利民33號”較適宜的種植密度。

表3 玉米的產量、灌溉水分利用率(IWUE)

Tab.3 Corn yield and water use efficiency

處理單株葉干重/g單株莖干重/g單株籽粒干重/g實際產量/(kg·hm-2)耗水量/(m3·hm-2)IWUE/(kg·m-3)效益/(元·hm-2)7.50萬株/hm225.65a54.32a162.51a6852.75a4238.52a7.61a4139.41a8.25萬株/hm227.38a44.51b150.44b7864.95c4156.48b8.74c5759.02b9.00萬株/hm222.25b44.63b148.34b5937.90b4230.71a6.60b2675.65c

3 結 語

(1)種植密度影響玉米的生長特性。玉米葉片長寬隨時間的變化呈現增加趨勢。葉面積指數隨時間增加呈現由小到大再稍微減小的趨勢。株高隨時間的增加先增大后減小。密度8.25 萬株/hm2的玉米長勢較好，其葉長葉寬、葉面積指數及株高最大，7.5 萬株/hm2次之。

(2)3個密度處理下土壤含水率隨時間的變化趨勢總體一致，呈波浪形曲線變化。密度為7.5 萬株/hm2時的土壤含水率最大，8.25 萬株/hm2的土壤含水率最小。玉米各生育期垂向0～80 cm 土層土壤含水率變化總體趨勢基本一致。在0～50 cm土層范圍內土壤含水率隨土層深度的增加而增加，50 cm土層以下反之。

(3)膜下滴灌3個密度處理的玉米葉干重、莖干重、產量、灌溉水分利用效率及效益均有一定差異。密度8.25與7.5、9 萬株/hm2相比，減少了田間耗水量，提高了灌溉水分利用率、產量及效益。可見，覆膜滴灌條件下種植密度對玉米的生長、產量、灌溉水分利用效率及其生產效益有很大影響。