膜下滴灌與細流溝灌對玉米生長及產量的影響

劉夢潔，梁飛，李全勝，田宇欣，4，王國棟，賈宏濤

膜下滴灌與細流溝灌對玉米生長及產量的影響

1新疆農墾科學院農田水利與土壤肥料研究所，新疆石河子 832000；2新疆農業大學資源與環境學院，烏魯木齊 830052；3伊犁師范大學生物與地理科學學院資源與生態研究所，新疆伊犁 835000；4新疆農業大學草業學院，烏魯木齊 830052

【目的】明確等灌溉量膜下滴灌與細流溝灌對玉米生長、產量及水分利用效率的影響。【方法】以鄭單958為研究對象，于2015—2021年進行田間試驗，通過管式水分儀測定窄行、根區和寬行下0—50 cm土層水分含量，研究膜下滴灌與細流溝灌對土壤水分分布狀況及其對玉米株高、葉面積指數、葉綠素含量、生物量、產量、水分利用效率等的影響。【結果】膜下滴灌優先補充窄行和根區的土壤水分，而細流溝灌優先補充寬行表層的土壤水分。而玉米耗水主要集中在0—30 cm土層范圍內，膜下滴灌的窄行和根區0—30 cm土層水分含量均高于細流溝灌；隨著土層深度增加灌溉對土壤含水量的影響減小，40—50 cm土層水分動態受灌溉方式影響較小。膜下滴灌較細流溝灌可顯著促進玉米在開花期和成熟期的生長，提高葉面積指數。開花期膜下滴灌玉米的株高和葉面積指數較細流溝灌平均增加4.3%和8.3%，成熟期平均增加4.9%和15.1%。開花期和成熟期玉米總生物量均為膜下滴灌＞細流溝灌處理，開花期增加12.2%，成熟期增加11.5%。膜下滴灌處理的玉米干物質轉移量、干物質轉移率和干物質轉移量對籽粒貢獻率均顯著高于細流溝灌處理，分別增加17.8%、3.8%和3.5%。膜下滴灌顯著提高玉米產量和灌溉水利用效率，平均增產14.4%，灌溉水利用效率平均提高14.6%。【結論】在等灌量條件下，膜下滴灌增加玉米根區水分含量，促進玉米生長，有利于玉米干物質積累及轉運，提高產量，實現節水增效；較細流溝灌平均增產2 131.68 kg·hm-2，灌溉水利用效率提高8.8%—24.1%。因此膜下滴灌是北疆玉米種植的高產高效灌溉方式。

膜下滴灌；細流溝灌；玉米；水分利用效率；產量；生長指標；新疆

0 引言

【研究意義】水資源是維持生態系統的基本要素，同時也是農業生產的保障，當前中國農業用水量占總用水量的60%以上[1]，而新疆農業灌溉用水占到總用水91%左右[2]，如何高效利用水資源是當下研究熱點。細流溝灌適用于地面坡度較大，土壤透水性小的地區，具有灌水均勻，節水保肥，不破壞土壤團粒結構的特點[3]。膜下滴灌技術是將覆膜種植與滴灌技術相結合的一種灌溉技術，由灌水器直接滴入作物根部附近的土壤，在作物根區形成一個橢球形或球形濕潤體[4]，既能提高田間水肥利用效率[5]，避免深層滲漏，減少棵間蒸發，同時又具備增溫保墑作用[6]。膜下滴灌在我國北方地區得到廣泛應用[7-8]，取得了顯著的效果。玉米膜下滴灌技術是針對生產實際需求，在棉花膜下滴灌技術的基礎上發展而興起，是對糧食作物灌溉方式的一次改革。目前新疆滴灌玉米生育期氮磷鉀肥用量分別為300—450、75—135和45—75 kg·hm-2，氮、磷、鉀肥的利用率分別較常規灌溉提高20%、10%和15%以上，整體節肥達15%—25%[9-10]。【前人研究進展】劉洋等[11]研究了東北黑土區膜下滴灌對玉米生長和產量的影響，結果表明，膜下滴灌在玉米生育前期有利于地上部分營養生長，為生育后期的生殖生長積累更多的干物質，成熟期的地上部分干物質量比地面灌溉高23.0%。曹玉軍等[12]研究發現，半干旱地區覆膜滴灌能夠顯著提高玉米產量和灌溉水利用效率，產量提高21.6%，灌溉水利用效率提高20.9%。張國強等[13]研究發現，在保證玉米產量情況下，膜下滴灌較常規灌溉能夠節水10%—20%。賈瓊等[14]研究發現西遼河平原覆膜滴灌較淺埋滴灌平均降低玉米生育期總耗水量9%，在平水偏枯年較淺埋滴灌增產7%—15%。范雅君等[15]研究發現河套灌區當灌溉定額為275— 325 mm時，膜下滴灌較常規灌溉節水2 546.25— 3 296.25 mm·hm-2。鄒宇鋒等[16]研究發現河套灌區滴灌春玉米維持土壤水勢-10和-30 kPa以上的高水和中水處理相對常規灌溉分別節水19%和57%，且分別提高春玉米籽粒產量21%和15%。賈國燏等[17]探究不同灌溉方式對玉米生長影響發現，滴灌較溝灌可以更好促進玉米生長過程中的干物質積累。SURYAVANSHI等[18]研究發現，滴灌方式相比于噴灌和池式灌溉，更能提高小麥產量。ZHANG等[19]研究表明，相較于畦灌和溝灌，滴灌對于玉米產量和節水效果明顯提高。【本研究切入點】目前，關于北疆地區膜下滴灌與細流溝灌對玉米生長及灌溉水利用效率影響的對比研究較少，且缺乏多年系統對比性研究，很難得出在北疆地區灌溉綜合效益和最佳的灌溉方式。【擬解決的關鍵問題】本文針對同一研究區域，采用連續多年對比試驗，旨在掌握膜下滴灌與細流溝灌對土壤水分分布特征的影響，在相同的土壤質地、種植模式條件下研究等灌溉量膜下滴灌與細流溝灌對玉米生長及其對水分利用率的影響，旨在揭示新疆玉米膜下滴灌的長期效益，以期為玉米種植的節水灌溉方式的推廣應用提供科學依據，為系統研究膜下滴灌的效益提供數據和理論支撐。

1 材料與方法

1.1 供試材料

1.1.1 試驗區基本情況 本試驗于2015—2021年在新疆石河子市農業農村部作物高效用水科學觀測實驗站（45°38′N，86°09′E）進行，為連續7年的田間試驗。研究區域位于天山北麓的沖積扇平原，屬于典型的溫帶大陸性氣候，圖1為2015—2021年溫度和降雨量情況，最高氣溫36.3℃，最低氣溫5.0℃，玉米生長季（5—9月）平均氣溫22.4℃，生長季平均降雨量111.4 mm，地下水位埋深1.2—1.8 m。試驗土壤為灰漠土，試驗前耕層土壤有機質7.14 g·kg-1，全氮1.40 g·kg-1，全磷1.03 g·kg-1，全鉀21.64 g·kg-1，堿解氮34.30 mg·kg-1，速效磷18.0 mg·kg-1，速效鉀130.5 mg·kg-1，pH 8.2，電導率0.29 ms·cm-1，總鹽0.35 g·kg-1，0—50 cm土層土壤平均容重1.67 g·cm-3、土壤飽和含水量（質量含水量）28.8%、田間持水量32%（土壤體積含水量）。

圖1 2015—2021年玉米生育期內溫度和降水量變化

1.1.2 供試材料 供試肥料：①尿素（N≥46.4%，顆粒）；②磷酸一銨（N≥12%，P2O5≥61%，粉劑）；③硫酸鉀（K2O≥51%，粉劑）。

供試玉米品種：鄭單958。

供試滴灌帶：內鑲式滴灌帶，滴頭間距30 mm，滴頭流量2.0 L·h-1，工作壓力0.15 MPa。

1.2 試驗設計

試驗設膜下滴灌（mulched drip irrigation，MDI）和細流溝灌（trickle furrow irrigation，TFI）兩種灌溉方式，3次重復。試驗采用隨機區組設計，小區面積為110 m2（5.5 m×20 m）。播種采用（30+80）cm寬窄行距，1膜1管2行種植模式，種植密度1.26×105株/hm2；施肥量為尿素720 kg·hm-2、磷酸一銨255 kg·hm-2、硫酸鉀330 kg·hm-2，灌溉量均為4 800 m3·hm-2（膜下滴灌充分灌溉量）。為了保持試驗出苗的均一性，全部采用膜下滴灌方式——滴水出苗，出苗后劃分小區，再進行膜下滴灌與覆膜細流溝灌田間試驗。其他時間具體肥料用量、灌水施肥時間、灌水量和肥料施用次數按照生育時期進行分配（表1），試驗均采用隨水追肥，每個小區進水處分別裝有獨立的水表和施肥罐，灌水量由供水支管與毛管連接處的水表與閥門共同控制。其他田間管理措施與當地生產上普遍采用的管理模式保持一致。2015—2021年播種日期分別為5月2日、4月30日、5月7日、4月28日、4月30日、4月26日和5月7日；收獲日期分別為9月25日、9月24日、9月28日、9月27日、9月22日、10月1日和9月24日。圖2為玉米栽培模式及智墑水分儀位點示意圖。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 土壤體積含水量測定 采用ET-60/100云智能管式土壤水分儀（北京東方潤澤生態科技股份有限公司），由于儀器測得土壤體積含水量值與實際值存在一定差異[20]，因此根據田間持水量及灌后土壤穩定體積含水量進行了儀器校正，得出0—20 cm土層校正系數為0.7，20—50 cm土層校正系數為0.65。在水平距離的窄行、根區、寬行自動監測0—10、10—20、20—30、30—40和40—50 cm土層水分含量； 2016—2021年分別在玉米大喇叭口期、開花期、籽粒建成期、成熟期計算全天土壤水分平均值，再對不同位點不同土層水分值進行統計分析。

圖中●為水分儀位置，分別在窄行、根區和寬行；另外細流溝灌處理中的滴灌帶僅在灌出苗水時使用，出苗后去除

表1 灌水施肥時間表

膜下滴灌與細流溝灌出苗水均采用滴灌方式 Drip irrigation under film and trickle furrow irrigation are adopted for seedling emergence

1.3.2 植株生長發育指標測定 在玉米開花期（2015年7月15日、2016年7月17日、2017年7月20日、2018年7月18日、2019年7月14日、2020年7月15日、2021年7月19日）和成熟期（2015年8月24日、2016年8月25日、2017年8月28日、2018年8月25日、2019年8月22日、2020年9月2日、2021年8月27日）開展田間取樣與調查。

玉米株高：開花期和成熟期每個處理隨機選取10株長勢一致的植株，用卷尺測量玉米植株底部至頂端的高度。

葉面積指數測定（LAI）：在開花期和成熟期每個處理隨機選取10株長勢一致的植株，用卷尺測定每一片有效活葉的長和寬，采用長寬系數法計算，即將測得每一片葉子的長和寬相乘，再累計相加，最后乘以玉米葉面積折算系數0.75，就可得一株玉米的總葉面積。計算公式為：

單株葉面積=∑(×)×0.75

式中，∑表示葉片面積總和，為葉長，為葉寬。

葉綠素值測定（SPAD值）：采用SPAD-502葉綠素儀（Minolta，JPN）測定，開花期每處理隨機連續選取10株玉米的穗位葉進行測定，取平均值。

地上部干物質：在玉米開花期和成熟期兩個時期進行取樣，從每個處理隨機選取長勢均勻的4株玉米，用剪刀從植株的莖底部剪下，將葉、莖、以及后期長出的果實分別裝進檔案袋中稱其鮮重，其后采用烘干稱重法測量干物質的重量。具體步驟是先用105℃的高溫殺青30 min，然后在80℃恒溫下烘干，最后用天平稱其干重。

1.3.3 干物質轉移量等相關指標計算 參照COX等[21]的方法，計算開花期營養器官干物質轉移量、干物質轉移效率和轉移干物質對籽粒的貢獻率，計算公式如下：

干物質轉移量（kg·hm-2）=開花期莖葉干物質量-成熟期莖葉干物質量；

干物質轉移率（%）=干物質轉移量/開花期莖葉干物質量×100；

干物質轉移量對籽粒貢獻率（%）=干物質轉移量/籽粒產量×100。

1.3.4 產量及產量構成測定 每小區取出20個果穗稱鮮重并風干后考種，折標準水（14%）計算單位面積產量，調查其有效株數、穗數、行粒數、穗行數、千粒重，分析產量構成因素。

產量（kg·hm-2）=20株籽粒重（g）/20株穗數×126000/1000×[1-籽粒含水率（%）]/（1-14%）[13]。

1.3.5 作物灌溉水利用效率計算 灌溉水利用效率（kg·m-3）的計算公式為[12]：

式中，為單位面積的產量（kg·hm-2），是玉米生育期灌水量（m3·hm-2）。

1.4 數據處理與分析

采用最小二乘法（LSD）對試驗數據進行差異顯著性檢驗（α=0.05），采用SPSS 25.0軟件完成統計分析；圖表制作采用Origin 2018和Excel 2016繪制。

2 結果

2.1 膜下滴灌與細流溝灌土壤水分分布情況

圖3、圖4得知，窄行、根區和寬行3點之間的水分供應規律及消耗規律均有顯著差異。膜下滴灌水分優先補充窄行和根區土壤，寬行土壤水分受到灌溉影響較小，僅在土壤初始含水量較高或者灌溉量較大的情況下才出現含水量線型增加的情況。細流溝灌優先補充寬行表層土壤水分，然后通過水分側滲優先補給根區和窄行20—30 cm土層水分，然后再進行上下運移，使得整個土壤水分含量達到相對穩定狀態。

由于膜下滴灌與細流溝灌的供水方式和供水位點不同，因此在玉米根區形成的水分分布特征顯著不同，窄行、根區和寬行3點之間的水分供應規律有顯著差異。由于膜下滴灌玉米耗水主要集中在0—30 cm土層范圍，膜下滴灌的窄行和根區0—30 cm土層水分均高于細流溝灌（表2）。隨著土層深度增加灌溉對土壤含水量的影響減小，40—50 cm土層水分動態受灌溉方式影響較小。由大喇叭口期至成熟期土壤體積含水量大致呈增加趨勢，同一土層深度大喇叭口期和開花期土壤水分含量差異顯著，籽粒建成期和成熟期無顯著差異，主要由于試驗后期玉米株高較大，影響了裸地蒸發，從而使得細流溝灌的水分損失較小。

2.2 膜下滴灌與細流溝灌對玉米生長的影響

葉綠素、株高和葉面積指數是玉米生長的重要指標。由圖5可見，不同灌溉方式SPAD值均表現為膜下滴灌＞細流溝灌，其中2017、2018年達顯著水平，膜下滴灌SPAD均值較細流溝灌增加0.4。圖6-a可知，2015—2021年玉米開花期膜下滴灌的株高均高于細流溝灌，其中2017—2021年達顯著水平；膜下滴灌玉米開花期7年平均株高為256.6 cm，細流溝灌246.0 cm，膜下滴灌株高較細流溝灌增加4.3%。由圖6-b可知2015—2021年玉米成熟期株高膜下滴灌亦均高于細流溝灌，由于2015和2017年6月降雨量較大，影響了細流溝灌玉米的株高，造成二者差異不顯著，其他年份均達到顯著水平；膜下滴灌玉米成熟期7年平均株高為259.45 cm，細流溝灌為272.18 cm，膜下滴灌玉米株高較細流溝灌增加4.9%。圖7-a可知，2015—2021年膜下滴灌玉米開花期葉面積指數均顯著高于細流溝灌；膜下滴灌玉米開花期七年平均葉面積指數為7.33，細流溝灌為6.76；膜下滴灌較細流溝灌增加8.3%。由圖7-b可知，2015—2021年膜下滴灌玉米成熟期葉面積指數亦均高于細流溝灌，2016—2021年達到顯著水平；膜下滴灌玉米成熟期7年平均葉面積指數為6.26，細流溝灌為5.44，膜下滴灌較細流溝灌增加15.1%。7年玉米在開花期和成熟期SPAD、株高和葉面積指數平均值均表現為膜下滴灌＞細流溝灌。

圖3 2021年膜下滴灌不同位點土壤水分動態圖

2.3 膜下滴灌與細流溝灌對玉米生物量的影響

玉米不同器官生物量的多少是產量形成的基礎，生物量的累積量與最終產量的形成密切相關，其中生殖器官所占干物質量比例直接影響了最終產量的形成[22]。由圖8-a可知，在開花期，膜下滴灌玉米穗的生物量均高于細流溝灌，由于2017年6、7月累積降雨量偏大，溫度偏低的原因，兩處理間玉米穗生物量差異不顯著，其他年份差異均達到顯著水平。圖8-b顯示，開花期膜下滴灌玉米葉片的生物量均高于細流溝灌，其中2018—2021年處理間差異達到顯著水平。圖8-c顯示，膜下滴灌玉米莖的生物量均高于細流溝灌，由于2015和2018年溫度差異較大，兩處理間差異不顯著，其余年份均差異顯著。由圖8-d可知，開花期膜下滴灌玉米總生物量亦均高于細流溝灌，2018—2021年處理間差異均達到顯著水平。在玉米開花期，膜下滴灌處理的穗平均生物量為6 987.75 kg·hm-2，細流溝灌為6 012.26 kg·hm-2，膜下滴灌較細流溝灌增加16.2%；膜下滴灌葉片生物量為 6 171.44 kg·hm-2，細流溝灌為5 521.68 kg·hm-2，膜下滴灌較細流溝灌增加11.8%；膜下滴灌莖生物量為8 056.11 kg·hm-2，細流溝灌為7 379.05 kg·hm-2，膜下滴灌較細流溝灌增加9.2%；膜下滴灌總生物量為21 215.30 kg·hm-2，細流溝灌為18 912.99 kg·hm-2，膜下滴灌較細流溝灌增加12.2%；玉米開花期穗、葉、莖、總生物量均為膜下滴灌＞細流溝灌處理。由圖9-a可知，在成熟期，膜下滴灌玉米穗的生物量均高于細流溝灌，其中2015、2016、2017、2019、2020和2021年處理間差異達顯著水平。圖9-b顯示，膜下滴灌玉米葉片的生物量均高于細流溝灌，其中2016和2020年達顯著水平。圖9-c表明，膜下滴灌玉米莖的生物量均高于細流溝灌，其中2020和2021年處理間差異達顯著水平。由圖9-d可知，膜下滴灌玉米總生物量均顯著高于細流溝灌。膜下滴灌玉米成熟期穗平均生物量為16 734.47 kg·hm-2，細流溝灌為14 570.03 kg·hm-2，膜下滴灌較細流溝灌增加14.9%；膜下滴灌葉片生物量為5 941.33 kg·hm-2，細流溝灌為5 469.80 kg·hm-2，膜下滴灌較細流溝灌增加8.6%；膜下滴灌、細流溝灌的莖生物量分別為7 838.10和7 320.47 kg·hm-2，膜下滴灌較細流溝灌增加7.1%；膜下滴灌地上部總生物量為30 513.90 kg·hm-2，細流溝灌為27 360.30 kg·hm-2，膜下滴灌較細流溝灌增加11.5%。玉米成熟期穗、葉、莖、總生物量均為膜下滴灌＞細流溝灌處理。玉米開花期和成熟期的干物質積累量表明，膜下滴灌與細流溝灌處理相比，其玉米碳水化合物的同化作用更強。

圖4 2021年細流溝灌不同位點土壤水分動態圖

柱上不同的小寫字母表示處理間差異達到顯著水平（P＜0.05）。下同

表2 膜下滴灌與細流溝灌0—50 cm土層水分分布情況

表中土壤體積含水量（%）為灌溉前一天土壤平均含水量（%）。N表示窄行；R表示根區；W表示寬行

The soil volume water content (%) in the table is the average soil water content (%) of the day before irrigation. N represents narrow line; R stands for root zone; W indicates wide line

圖6 膜下滴灌與細流溝灌玉米開花期和成熟期株高比較

圖7 膜下滴灌與細流溝灌玉米開花期和成熟期葉面積指數比較

2.4 膜下滴灌與細流溝灌對玉米產量及其構成因素的影響

由表3可知，膜下滴灌玉米產量均顯著高于細流溝灌，膜下滴灌玉米平均產量較細流溝灌增產2 131.68 kg·hm-2，增產率為14.4%。就產量結構而言，穗粗、穗行數、行粒數和千粒重均表現為膜下滴灌大于細流溝灌，其中2015、2017和2018年兩處理間的穗粗和行粒數達顯著性差異，2015—2020年兩處理間千粒重達顯著性水平。膜下滴灌能夠增加玉米的產量構成因素及產量，有利于玉米籽粒產量的提升。

2.5 膜下滴灌與細流溝灌對玉米干物質累積和轉運的影響

膜下滴灌和細流溝灌對玉米干物質累積和轉運的影響如表4所示。膜下滴灌的干物質轉移量均高于細流溝灌，由于受2015—2017年6—8月溫度差異較大，降雨量較大等氣象因素的影響，兩處理間干物質轉移量差異不顯著；2018—2021年達顯著性水平。7年干物質轉移率及干物質對籽粒貢獻率均表現為膜下滴灌優于細流溝灌，膜下滴灌干物質轉移率為43.7%— 60.1%，細流溝灌轉移率為35.4%—58.4%，膜下滴灌平均干物質轉移率較細流溝灌增加3.8%；膜下滴灌籽粒貢獻率為35.1%—54.6%，細流溝灌貢獻率為29.3%—51.7%，膜下滴灌平均干物質對籽粒貢獻率較細流溝灌增加3.5%。膜下滴灌在玉米干物質轉移量、干物質轉移率、對籽粒貢獻率方面均優于細流溝灌，對于提高玉米籽粒產量更為有利。

圖8 膜下滴灌與細流溝灌下玉米開花期地上生物量對比

圖9 膜下滴灌與細流溝灌下玉米成熟期地上生物量對比

表3 膜下滴灌與細流溝灌的玉米產量與產量構成比較

表4 膜下滴灌與細流溝灌對玉米開花期干物質累積和轉移影響

表中同一列數據后不同字母表示處理間差異顯著（＜0.05）。下同

Different letters in the same column indicate significant difference among treatments (＜0.05). The same below

2.6 膜下滴灌與細流溝灌對灌溉水利用效率的影響

由表5可知，當玉米生育期灌溉量一致時，膜下滴灌的灌溉水利用效率均高于細流溝灌，7年膜下滴灌的灌溉水利用效率較細流溝灌分別增加0.30、0.48、0.53、0.23、0.27、0.67和0.34 kg·m-3，其中2015、2016、2017、2020和2021年處理間的差異達顯著水平，2018和2019年由于氣溫原因，膜下滴灌和細流溝灌之間的水分利用效率無顯著差異。膜下滴灌玉米平均灌溉水利用效率為3.22 kg·m-3，細流溝灌為2.81 kg·m-3，膜下滴灌較細流溝灌平均提高灌溉水利用效率14.6%，具有節水增產的顯著效果。

表5 膜下滴灌與細流溝灌玉米灌溉水利用效率比較

3 討論

3.1 膜下滴灌與細流溝灌對水分利用率的影響

膜下滴灌通過高頻次的灌溉，緩慢施加少量水作用于作物根部，使作物始終處于較優的水分條件下[23]，避免了細流溝灌產生的周期性水分過多或虧缺的情況，并能有效地減少深層滲漏[24]。由于膜下滴灌與細流溝灌的水分供應方式不同，膜下滴灌的水分由窄行到根區再到寬行入滲；而細流溝灌正好相反，由寬行到根區再到窄行入滲[25]。膜下滴灌在作物根區形成一個橢球形或球形濕潤體[4]，與細流溝灌相比大量有效水集中在根部[26]。本研究結果表明膜下滴灌優先補充窄行和根區土壤水分，而細流溝灌優先補充寬行表層土壤水分，這與前人研究結果一致。何平如等[27]研究表明，灌水后水平方向隨著距滴灌帶距離的增加，土壤含水量逐漸變小，表現為帶下＞窄行＞寬行＞裸地。姚名澤[28]研究表明，膜下滴灌土壤水分含量在水平方向上存在差異，且與距滴管的距離呈負相關。王增麗等[29]研究表明膜下滴灌條件下，灌溉水的作用范圍主要發生在縱向0—60 cm，橫向30 cm左右，且滴頭處的土壤水分垂直方向運動較其他位置明顯。

作物的水分利用率是衡量作物對水分吸收利用效率的重要指標，由于膜下滴灌的水分主要分布在玉米根區，有利于作物吸收利用，從而提高其水分利用效率[30]。同時因為膜下滴灌是在膜下灌溉，且灌溉間隔短，有利于減少水分蒸發和滲漏，提高作物的水分利用率[16]。本研究表明膜下滴灌7年平均灌溉水利用效率較細流溝灌增長14.6%。熊若愚等[31]研究表明間歇灌溉較常規灌溉至少提高水分利用率18.2%。王傳娟等[32]發現，2017、2018年覆膜降低滴灌條件下的作物耗水9.7%和12.6%，達到了節水的效果。孫仕軍等[33]研究表明灌溉水利用效率表現為膜下滴灌＞淺埋滴灌＞無膜滴灌，淺埋滴灌的灌溉水利用效率較無膜滴灌提高20.11%，較膜下滴灌處理降低11.74%。向友珍等[34]研究表明滴灌較傳統溝灌水分利用率提高3.42%，前人研究與本研究結果相似。綜上，膜下滴灌由于提高了灌溉水利用效率從而達到節水灌溉效果。本研究中深層土壤水分含量較高的原因可能是本試驗采用的是目前新疆農業生產中的傳統的滴灌灌溉制度，該制度可能并不完全合理，造成單次灌溉量偏大、灌水間隔偏長，影響“干濕”界面，需進一步完善灌溉制度；另外地下水位也可能是影響因素之一。

3.2 膜下滴灌與細流溝灌對玉米生長及產量的影響

灌水間隔和灌水頻率對作物產量具有顯著的影響，增加灌水頻率，作物產量有增長趨勢[35]。由于膜下滴灌較細流溝灌根區水分適宜、水分利用率高、灌水周期短和有明顯干濕界面等特點，有利于玉米生長。魏子涵等[36]研究表明，不同灌水方式下玉米的株高、葉面積指數、生物量和產量均表現為膜下滴灌高于低壓管灌，膜下滴灌實際產量較低壓管灌高出7.83%。牛文全等[37]研究發現灌水方式對玉米生長有較大影響，拔節前期，微潤灌條件下玉米生長最為迅速，滴灌次之，滴灌條件下葉綠素含量最高；3種灌水方式對玉米光合速率的影響為微潤灌＞滴灌＞直接澆灌。本研究結果：在相同灌水定額，膜下滴灌增加開花期葉綠素含量，但對比細流溝灌差異不顯著，這與前人研究結果相似。劉戈等[38]研究發現，覆膜淺埋滴灌和覆膜滴灌玉米株高、葉面積指數和籽粒產量均顯著高于傳統畦灌，兩年玉米產量分別較傳統畦灌增加17.2%（15.9%）和10.2%（7.9%）。戚迎龍等[39]研究表明，膜下滴灌提高玉米生育前期及快速生長期的葉面積指數，縮短了群體冠層發育時間，膜下滴灌提高產量10.8%—14.2%。本研究發現膜下滴灌的葉面積指數優于細流溝灌（圖7），與前人研究結果一致。姬景紅等[40]研究發現，膜下滴灌較覆膜限量補灌玉米地上部干物質重增加22.8%—52.8%，玉米增產12.7%。楊恒山等[41]研究發現在吐絲后10—40 d，干物質積累總量膜下滴灌和淺埋滴灌最大，傳統畦灌最小。本研究表明膜下滴灌不同生育時期玉米生物量均表現為膜下滴灌大于細流溝灌，這與前人研究結果相似，且本研究部分年份差異不顯著，與楊恒山等研究情況類似。王傳娟等[32]發現膜下滴灌較傳統灌溉兩年春玉米產量分別顯著提高20.9%和17.6%。張彥群等[42]發現覆膜滴灌提高了玉米株高、葉面積和生物量，最終使產量提高5.9%—8.8%。本研究表明，7年膜下滴灌較細流溝灌灌溉水利用效率增加8.8%—24.1%，平均增加14.6%，與前人的研究結果相近。但由于2016—2017年降雨量偏大、氣溫偏低，2019—2021年降雨量偏小，且試驗區年際間最高溫度平均相差0.72—1.67℃，最低溫度平均相差0.73—0.95℃，所以導致年際間玉米產量存在明顯差異，尤其以2017年和2020年增產幅度較大。王雯等[43]研究表明膜下滴灌的春玉米葉片光合速率、氣孔導度和蒸騰速率均高于溝灌，且覆膜可使土壤溫度增加31.0%—46.4%，提高葉片酶活性、增強光合作用，有利于玉米生長。TIAN等[44]研究表明膜下滴灌玉米的主要根系分布范圍為水平0—25 cm、垂直0—15 cm的橢圓形范圍內，灌溉頻率的增加使得下層根表面積、根重量增加，根系外移，橢球體體積增大，促進玉米生長。

本研究是在相同的土壤質地、種植模式、等灌量下研究膜下滴灌與細流溝灌對玉米生長及其對水分利用率的影響，試驗不足之處是采用大田小區試驗，細流溝灌溝長與實際應用有較大差距。試驗在其他土壤、滴灌帶配置、灌溉制度、玉米品種等其他條件下還需要進一步研究驗證。

4 結論

在相同灌溉量條件下，膜下滴灌改變了水分的補給位點和灌水頻次，從而影響了灌溉水的入滲方式和分布特征，增加玉米根區有效水分含量，有利于玉米生長，從而提高了玉米株高、葉綠素和葉面積指數，有利于干物質積累及轉運，增加玉米產量，提高了灌溉水利用效率，實現節水增效。本試驗條件下，膜下滴灌較細流溝灌玉米7年增產1 236.9—3 516.3 kg·hm-2，灌溉水利用效率提高8.8%—24.1%，是北疆玉米種植的優選灌溉方式。

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Effects of Drip Irrigation Under Film and Trickle Furrow Irrigation on Maize Growth and Yield

1Institute of Farmland Water Conservancy and Soil-Fertilizer, Xinjiang Academy of Agricultural Reclamation Science, Shihezi 832000, Xinjiang;2College of Resources and Environment, Xinjiang Agricultural University, Urumqi 830052;3College of Biology and Geography Sciences, Yili Normal University, Yili 835000, Xinjiang;4College of Grassland, Xinjiang Agricultural University, Urumqi 830052

【Objective】The aim of this study was to investigate the effects of drip irrigation and trickle furrow irrigation on maize growth, yield and water use efficiency.【Method】Taking Zhengdan 958 as the research object, a field experiment was conducted from 2015 to 2021. The soil water content of 0-50 cm under narrow row, root zone and wide row was measured by a tubular moisture meter to study the effects of drip irrigation and trickle furrow irrigation under film on soil water distribution and its effects on maize plant height, leaf area index, chlorophyll content, biomass, yield and water use efficiency.【Result】Drip irrigation under mulch gave priority to supplement soil moisture in narrow row and root zone, while trickle furrow irrigation gave priority to supplement surface moisture in wide row. The water consumption of maize was mainly concentrated in 0-30 cm soil layer, and the soil water content in narrow row and 0-30 cm root zone of drip irrigation under mulch was higher than that of trickle furrow irrigation; with the increase of depth, the effect of irrigation on soil water content decreased, and the 40-50 cm water dynamics was less affected by irrigation methods. Drip irrigation under mulch could significantly promote the growth of maize at flowering and maturation stages, and increase leaf area index compared with trickle furrow irrigation. Compared with trickle irrigation, the plant height and leaf area index of drip irrigation under mulch increased by 4.3% and 8.3% at flowering stage, and increased by 4.9% and 15.1% at maturation stage, respectively. The total biomass of maize at flowering stage and maturation stage was drip irrigation under mulch＞trickle furrow irrigation treatment, with an increase of 12.2% at flowering stage, and the maturation stage increased by 11.5%. The amount of dry matter transfer, the rate of dry matter transfer and the contribution rate of dry matter transfer of maize under drip irrigation were significantly higher than those under trickle irrigation, with increasing by 17.8%, 3.8% and 3.5% respectively. Drip irrigation under mulch significantly increased maize yield and irrigation water utilization efficiency, with an average yield increase of 14.4%, and irrigation water utilization efficiency increased by 14.6%.【Conclusion】Under the condition of equal irrigation volume, the drip irrigation under mulch could increase the water content in maize root zone, promote the growth of maize, facilitate the accumulation and transportation of dry matter of maize, improve the yield, and achieve water saving and efficiency increasing. Compared with trickle furrow irrigation, the average yield increased by 2 131.68 kg·hm-2, and the irrigation water use efficiency increased by 8.8%-24.1%. Therefore, the drip irrigation under plastic mulch was a high-yield and efficient irrigation method for maize planting in Northern Xinjiang.

drip irrigation under mulch; trickle furrow irrigation; maize; water use efficiency; yield; growth index; Xinjiang

2022-03-19；

2022-06-02

國家自然科學基金（31460550）、兵團中青年領軍人才計劃（2018CB026）、兵團科技攻關與成果轉化項目（2016AC008）

劉夢潔，E-mail：1041260257@qq.com。通信作者梁飛，E-mail：liangfei3326@126.com。通信作者賈宏濤，E-mail：hongtaojia@126.com

10.3864/j.issn.0578-1752.2023.08.008

（責任編輯 李云霞）