地下水埋深對(duì)玉米生長(zhǎng)及地下水補(bǔ)給的影響

2020-01-09 03:00:54張守軍

人民黃河 2019年12期

張守軍

（寧夏彭陽(yáng)縣水務(wù)局，寧夏彭陽(yáng)756500）

1 引言

地下水埋深影響作物生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量及土壤水分的吸收利用。適宜的地下水埋深能夠改善作物的土壤環(huán)境，提高根系活力，增加作物產(chǎn)量[1-5]。彭陽(yáng)縣從西部到東部地下水埋深不同，對(duì)作物產(chǎn)量等影響較大，研究地下水埋深對(duì)彭陽(yáng)縣主要作物玉米的生長(zhǎng)發(fā)育、土壤含水量的影響[6-12]，對(duì)于合理確定當(dāng)?shù)剞r(nóng)田灌溉制度、提高水分利用系數(shù)具有重要意義。

以往研究主要集中在地下水埋深對(duì)土壤水分動(dòng)態(tài)變化特征的影響[2，13-15]以及地下水與土壤水的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系等方面[3，16-19]，較少考慮不同地下水埋深對(duì)玉米生長(zhǎng)發(fā)育、作物系數(shù)的影響。本研究通過(guò)人工控制不同地下水埋深，研究地下水埋深對(duì)玉米生長(zhǎng)發(fā)育的影響，對(duì)彭陽(yáng)縣紅河鎮(zhèn)水平畦灌、不同地下水埋深條件下的玉米地下水補(bǔ)給量等進(jìn)行較系統(tǒng)的試驗(yàn)研究，明確玉米生長(zhǎng)發(fā)育相關(guān)影響因素，通過(guò)試驗(yàn)確定不同地下水埋深條件下地下水對(duì)玉米的地下水補(bǔ)給量。

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)點(diǎn)基本情況

試驗(yàn)點(diǎn)位于寧夏彭陽(yáng)縣紅河鎮(zhèn)，高程為1 438.50 m。試驗(yàn)田土壤是典型的砂壤土，干容重為 1.38 g/cm3，田間持水率為25.8%，土壤pH值為8.44。土壤全鹽、全氮、全磷、全鉀、速效氮、速效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)含量分別為 0.40 g/kg、0.41 g/kg、0.52 g/kg、21.0 g/kg、68 mg/kg、5.3 mg/kg、92 mg/kg、5.2 g/kg。

2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本次試驗(yàn)設(shè)計(jì)采用對(duì)比試驗(yàn)法，其目的是針對(duì)玉米水平畦灌條件下的地下水埋深對(duì)玉米發(fā)育與產(chǎn)量的影響情況進(jìn)行研究，并確定不同地下水埋深對(duì)玉米所能夠提供的地下水補(bǔ)給情況。彭陽(yáng)縣紅河鎮(zhèn)地下水埋深從南部到北部大致為0.9～1.2 m，因此本次試驗(yàn)選擇地下水埋深分別為0.9 m（處理1、2）、1.2 m（處理3、4）和無(wú)地下水（處理5、6）進(jìn)行試驗(yàn)研究，每個(gè)處理重復(fù)一次，共6個(gè)測(cè)坑。測(cè)坑為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其中填土1.2 m，每個(gè)測(cè)坑都有獨(dú)立的地下水補(bǔ)給管道和獨(dú)立的防滲結(jié)構(gòu)，測(cè)坑間距為0.8 m，并通過(guò)管道與測(cè)坑一側(cè)的馬氏瓶連接。馬氏瓶為自制，地下水埋深通過(guò)馬氏瓶控制，每天上午8：00通過(guò)馬氏瓶裝置觀測(cè)地下水補(bǔ)給量[20-21]。

2.3 試驗(yàn)材料與實(shí)施

試驗(yàn)點(diǎn)設(shè)有6個(gè)測(cè)坑，規(guī)格為2.0 m×2.0 m×2.0 m（長(zhǎng)×寬×高），總面積為24 m2。每個(gè)測(cè)坑底部埋設(shè)一根1 m長(zhǎng)的輸水管（PVC管打孔，外包土工布，上填砂礫石濾料），通向地下水觀測(cè)室，觀測(cè)室內(nèi)每個(gè)輸水管頭安裝閘閥和觀測(cè)地下水埋深的透明玻璃管。本次試驗(yàn)選擇的玉米品種是正大12號(hào)，2017年5月6日開(kāi)始播種，歷經(jīng)放苗、灌溉、追肥等，9月17日收獲，具體實(shí)施內(nèi)容見(jiàn)表1。

表1 實(shí)施內(nèi)容

2.4 試驗(yàn)觀測(cè)項(xiàng)目及方法

（1）各次灌水日期和定額。各次灌水量用水表讀取，記錄每次灌水開(kāi)始時(shí)的讀數(shù)和灌水結(jié)束時(shí)的讀數(shù)，最后算得各處理的灌水量。

（2）定期觀測(cè)土壤含水量。在每個(gè)生育階段，用TDR測(cè)定土壤含水量，并在灌水前后、降雨前后加測(cè)。

3 結(jié)果與分析

3.1 各處理玉米不同生育階段株高分析

各小區(qū)內(nèi)隨機(jī)選取15株玉米掛牌定期測(cè)定株高，抽雄前以葉片最大垂高為準(zhǔn)，抽雄后以胸穗尖為準(zhǔn)。通過(guò)表2與圖1可知，在玉米出苗到拔節(jié)期（5月13日—6月16日），玉米根系相對(duì)較淺，能夠汲取到的水分與養(yǎng)分有限，導(dǎo)致莖稈發(fā)育遲緩，在這個(gè)過(guò)程中各個(gè)處理玉米株高變化差異不大。從拔節(jié)期到抽雄期氣溫持續(xù)升高，使得玉米可以生長(zhǎng)于良好的溫度環(huán)境中，灌溉與施肥后也可以讓玉米得到充足的水分與養(yǎng)分，從而使玉米莖稈歷經(jīng)快速增長(zhǎng)階段，6月1日至7月18日玉米平均株高由46.6 cm增長(zhǎng)到261.1 cm，平均每晝夜增長(zhǎng)量為4.5 cm。從6月1日玉米株高可看出，前期各處理玉米株高差別不大。7月18日各處理中，玉米株高處理1最大，為286.7 cm，處理4最小，為218.7 cm，平均株高為261.1 cm。抽雄期后莖稈增長(zhǎng)趨于緩慢直至停止。處理4的株高低于其他處理，主要原因是在抽雄前出現(xiàn)紋枯病，因此地下水埋深對(duì)株高影響不顯著。

表2 各處里株高測(cè)定結(jié)果

圖1 各處理不同階段株高進(jìn)程

3.2 各處理玉米不同生育階段干物質(zhì)積累量分析

首先將隨機(jī)抽取的待測(cè)樣株分別稱(chēng)取莖、葉和穗的鮮重，然后在105℃下殺青20 min，再在80℃下烘到恒重，稱(chēng)取莖、葉和穗的干重，得到干物質(zhì)積累量。玉米的干物質(zhì)增長(zhǎng)進(jìn)程遵循羅吉斯蒂（Logistic）方程，即S形曲線(xiàn)發(fā)展。它和玉米生長(zhǎng)發(fā)育階段大致吻合，分為苗期指數(shù)增長(zhǎng)期、穗期直線(xiàn)增長(zhǎng)期和粒期穩(wěn)定增長(zhǎng)期3個(gè)階段。

由表3和圖2可知，葉片光合產(chǎn)物會(huì)轉(zhuǎn)向生殖器官，可以為籽粒灌漿與成熟提供支持。在這一階段，干物質(zhì)可以實(shí)現(xiàn)快速積累，日均增重4.24 g。基于8月27日調(diào)查的干物質(zhì)量可以看出，處理2干物質(zhì)量最大，為293.00 g，處理5干物質(zhì)量最小，為236.29 g，平均干物質(zhì)量為261.40 g。干物質(zhì)差異的主要原因是處理1～4受到地下水埋深影響，處理5、處理6無(wú)地下水補(bǔ)給。47.5%。此時(shí)，處理5和處理6與前4個(gè)處理差別明顯，因?yàn)樘幚?和處理6無(wú)地下水補(bǔ)給，所以土壤含水率較小，分別占田間持水率的90.3%和94.7%。就整個(gè)生育期看，從播種到收獲各處理土壤含水率都在0.4Q田（Q田為田間持水率）和Q田之間，滿(mǎn)足作物對(duì)水分的需求。處理5在收獲時(shí)達(dá)到最小，為17.6%，占田間持水率的49%。

表3 各處理干物質(zhì)測(cè)定結(jié)果

3.3 各處理土壤含水率分析

由表4和圖3可知，5月6日玉米播種后各處理的土壤含水率保持在26.3%～28.8%之間，占田間持水率73%～80%，充分滿(mǎn)足播種后玉米出苗所需的水量。5月下旬降雨導(dǎo)致土壤含水率增大，處理1土壤含水率達(dá)到各處理中最大值，為30.3%，占田間持水率的84%。6月中旬因第一次灌水及降雨而使各處理土壤含水率達(dá)到整個(gè)生育期最大值，處理2最大值為

圖2 各處理玉米干物質(zhì)量變化曲線(xiàn)

表4 各處理土壤含水率測(cè)定結(jié)果

圖3 各處理土壤含水率變化曲線(xiàn)

3.4 各處理玉米產(chǎn)量分析

經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)，處理1～6玉米產(chǎn)量分別為14 944.5、14 758.5、13 807.5、12 760.5、11 755.5、11 005.5 kg/hm2，處理1、處理2產(chǎn)量較高，處理3、處理4次之，處理5、處理6產(chǎn)量較低，說(shuō)明地下水埋深對(duì)作物的產(chǎn)量影響明顯，地下水埋深為0.9 m時(shí)對(duì)玉米的產(chǎn)量影響最大。

3.5 各處理玉米地下水補(bǔ)給量分析

地下水補(bǔ)給量用馬氏瓶測(cè)定，從玉米播種到收獲全生育期，通過(guò)馬氏瓶水位變化計(jì)算出不同地下水埋深條件下每天地下水補(bǔ)給量，全生育期累加，最后得到地下水補(bǔ)給量。在玉米全生育期，每隔一定時(shí)段用TDR測(cè)定不同地下水埋深條件下各處理土壤含水率變化，灌水前后和降雨前后加測(cè)。

玉米全生育期地下水補(bǔ)給量處理1～6分別為80.4、83.5、54.7、56.3、0、0 mm，可以看出，地下水埋深為0.9 m時(shí)地下水補(bǔ)給量比地下水埋深為1.2 m時(shí)大，處理2地下水補(bǔ)給量最大，為83.5 mm，處理3地下水補(bǔ)給量最小（處理5、6除外），為54.7 mm。

3.6 玉米需水量及作物系數(shù)

玉米潛在騰發(fā)量試驗(yàn)數(shù)據(jù)通過(guò)對(duì)銀川氣象站2013年觀測(cè)到的氣象資料分析而得。地下水補(bǔ)給量采用測(cè)坑設(shè)置的馬氏瓶測(cè)定，在4個(gè)測(cè)坑旁邊設(shè)置4個(gè)馬氏瓶用于控制地下水位埋深，其中：1#、2#測(cè)坑地下水埋深為0.9 m，3#、4#測(cè)坑地下水埋深為1.2 m。將4個(gè)馬氏瓶分別設(shè)置在0.9 m和1.2 m處，每天計(jì)算馬氏瓶的地下水補(bǔ)給量，最后累加得全生育期地下水補(bǔ)給量。測(cè)坑每次灌水量按土壤入滲曲線(xiàn)進(jìn)行合理分配。

表5為2#測(cè)坑2013年5—9月覆膜玉米需水量和作物系數(shù)觀測(cè)結(jié)果。圖4為玉米全生育期作物系數(shù)變化曲線(xiàn)。可見(jiàn)，玉米需水量在7月下旬達(dá)到最大值（98.2 mm），作物系數(shù)在 7月中旬達(dá)到最大值（1.44）[1]。