保水劑對玉米生長發育及產量的影響

張薺文

（陜西省水利廳，陜西 西安 710004）

0 引言

我國平均水資源占有量嚴重低于世界平均水平，隨著現代化進程的不斷推進，水資源短缺帶來的影響嚴重制約經濟發展[1]。農業用水在我國水資源利用中的比重巨大，因此，提高農業水資源利用效率將會極大地解決水資源短缺造成的不良影響。保水劑是一種高吸水性樹脂，其不溶解于水，但遇水時能吸水膨脹，在短時間內吸收比自身重量大百倍的水分，形成固體凝膠，在缺水時，可緩慢釋放80%～95%的水分供作物吸收利用，并且其具有反復吸水的功能[2-3]。Silberbush、Wallace 等[4-5]研究了不同濃度的保水劑對土壤含水量的影響，結果表明施用保水劑可以有效提升土壤的持水能力和土壤水吸力。近年來，隨著干旱、半干旱區農業研究的不斷深入，保水材料由于特殊的結構與性能，在抗旱節水方面受到農業領域的重視[6]。在土壤中添加保水材料可減少土壤水分、養分流失，增加土壤的保水能力，調節土壤水肥[7-10]。楊永輝[11]等研究了保水劑對小麥生長的影響，結果表明，施加保水劑可以提高土壤含水量，降低小麥的耗水量，提高其水分利用效率；候賢清[12]等研究了保水劑不同施用量對馬鈴薯生長的影響，表明施用保水劑可以有效提高土壤儲水能力，加速土壤有機質的分解，提高養分利用率。現有研究[13-15]主要偏向保水劑對于作物出苗以及生長的影響，對于作物產量和水分利用情況的研究較少。本文研究了不同保水劑施加量對玉米的生長指標、產量及水分利用情況的影響，為保水劑在玉米種植中的應用推廣提供了理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況及試驗設計

本實驗在華北水利水電大學農水試驗場進行，該地土壤為粉砂壤土，土壤容重為1.34 g/cm3，田間持水量為24.55%。土壤全氮為0.053%，有機質為0.76%，速效磷和速效鉀含量分別為11.8 mg/kg 和103.7 mg/kg。試驗設置大田試驗，玉米品種為“鄭單958”，種植方式為每壟雙排種植，玉米株距30 cm，行距50 cm。保水劑含量分別設定為CK：0 kg/hm2、S1：20 kg/hm2、S2：40 kg/hm2及S3：60 kg/hm2。試驗采用隨機區組排列，重復3 次。各處理灌水日期和灌水次數相同，降雨數據由試驗場內設有自動氣象站獲取。

1.2 測定項目及方法

在玉米全生育期內，用鋼卷尺測定玉株高，利用土鉆測定土壤含水率。在玉米收獲后，用電子稱稱量各小區所有玉米單株產量和總產量。實際作物耗水量：由于試驗場內地下水埋深在5 m 以下，故地下水補給量為0；雨后測墑表明單次降雨量均未造成計劃濕潤層深層滲漏，故地表和深層滲漏量為0。因而，根據水量平衡，作物生育階段耗水量為：

式中：ET 為生育階段耗水量，mm；M 為時段內灌溉水量，mm；Pr為時段內有效降雨量，mm；ΔW 為土壤貯水量W 變化，mm。

式中：H 為土層深度，100 cm；γ 為1 m 內土層平均干容重，1.34 g/cm3；θ 為1 m 內土層平均含水率，%。

1.3 數據分析

采用Microsoft Excel 2007 分析軟件處理試驗數據，同時采用SPSS 11.5 軟件進行統計學分析。

2 結果與分析

2.1 不同保水劑施加量對玉米株高的影響

由圖1 可以看出，各處理玉米株高隨著生育期的延長均呈現增長趨勢。且在玉米生育期前期，各處理間差異并不顯著，隨著生育期的延長，各處理間差異逐漸顯著。不同處理間株高平均值表現為S2>S1>S3>CK，其中S2 處理，S1 處理和S3 處理的平均株高相比對照（CK） 分別增加了16.31%，6.32%，7.18%，說明施加保水劑可以有效的提高玉米的生長；但隨著保水劑含量的增大，不同處理間的株高表現為先增大后降低，表明保水劑雖然可以有效地提高土壤含水量，但如果過量的施用保水劑，則會抑制玉米的株高生長，降低玉米產量。

圖1 保水劑對玉米株高的影響

利用軟件SPSS 對玉米株高進行方差分析，分析結果見表1。從表1 可以看出，保水劑施用量的F 值為54.15，土壤所含保水劑含量是主要因素，且其對玉米株高的影響達到極顯著水平。

表1 不同處理玉米株高指標方差分析

2.2 不同保水劑施加量對玉米耗水量的影響

通過表2 可以看出，玉米耗水量隨保水劑施加量的增大表現先增大后降低的趨勢，S1 處理、S2 處理、S3 處理和CK 在全生育期內耗水量分別為311.21 mm、344.96 mm、327.4 mm 和298.03 mm，玉米各生育階段中耗水量大小關系依次為：S2 處理＞S3 處理＞S1 處理＞CK，生育期各階段耗水量越高并達到顯著水平（P＜0.05）。S2 處理、S3 處理和S1 處理玉米耗水量平均值分別較CK 高15.75%、8.97%和4.42%。

表2 各處理夏玉米不同生育階段耗水量 單位：mm

經分析可知，玉米在播種—出苗期需水量較少，平均耗水量為23.89 mm，約占整個生育期耗水量的7.46%，這是由于這一時期葉片數量較少，導致植株蒸騰量較少，因此需水量較低；出苗—拔節耗水量逐漸增加，平均耗水量為61.34 mm，約占全生育期總耗水量的19.14%，較播種—出苗期明顯增大，這主要由于玉米真葉數量逐漸增多且葉片面積變大，增加了蒸騰量，從而導致了耗水量的上升。拔節—抽雄期玉米平均耗水量為75.23 mm，約占全生育期總耗水量的23.48%。抽雄—灌漿期玉米平均耗水量為62.49 mm，約占全生育期總耗水量的19.50%。而灌漿—成熟期玉米的耗水量達到了全生育期的最大值，平均耗水量為97.46 mm，約占全生育期總耗水量的30.42%，這主要由于玉米處于成熟期，葉片面積達到最大，且加劇了營養生殖作用，使得玉米對水分的需求增大，這一階段是玉米產量形成的重要時期。

2.3 不同保水劑施加量對玉米產量的影響

由表3 可知，施加保水劑對玉米產量的提高具有顯著影響，各處理產量均顯著高于CK。隨著保水劑含量的增加，單株產量表現為先增大后降低趨勢，這表明如果過量的施加保水劑，會導致玉米減產，并降低玉米的水分利用效率。就產量角度來看，S2 處理、S3 處理和S1 處理分別較CK 提高21.65%、18.47%和14.82%，其中保水劑含量為40 kg/hm2（即S2）的處理穗長、穗粗、穗行數、穗粒數、百粒重以及產量均達到最高值，是本試驗條件下最優處理。

表3 不同處理對玉米產量的影響

3 結論

本文通過正交實驗，研究了4 種保水劑施加量（CK：0 kg/hm2、S1：20 kg/hm2、S2：40 kg/hm2及S3：60 kg/hm2）對玉米株高、水分利用情況以及產量的影響。研究結果表明：

保水劑的施加促進了玉米株高的發育，提高了玉米的產量及水分利用效率。但施用保水劑量超過40 kg/hm2時，會抑制玉米的株高生長，降低玉米產量。各處理中，S2 處理，S3 處理和S1 處理的平均株高相比對照（CK）分別增加了16.31%，7.18%、和6.32%，產量分別較CK 提高21.65%、18.47%和14.82%。玉米在不同生育階段對水分的消耗基本表現為播種—出苗期耗水量較少，灌漿—成熟期最大。綜合結果說明當保水劑施用量為40 kg/hm2時玉米株高、產量和水分利用率均高于其他處理，是本試驗條件下最優處理。