灌水技術參數對覆膜制種玉米生長與蒸騰耗水的影響

馬士萌 佟 玲 王素芬 趙 引 馬冬青 李德智

(1.中國農業大學中國農業水問題研究中心,北京 100083;2.甘肅武威綠洲農業高效用水國家野外科學觀測研究站,武威 733009;3.濱州學院山東省黃河三角洲生態環境重點實驗室,濱州 256600)

0 引言

灌溉對我國農業生產和糧食安全保障占有極為重要的地位。尤其在干旱綠洲灌溉農業區,種植業完全依賴于灌溉,水資源不足長期制約著該地區的農業發展。據統計2020年我國農業用水仍占據總用水量的62.1%。而農田灌溉水有效利用系數僅為0.565,與發達國家還有很大差距[1]。因此充分挖掘農業的節水潛力,提高農業水利用效率對緩解水資源壓力具有十分重要的現實意義。

近年來覆膜滴灌技術在干旱地區取得了明顯的節水成效[2]。有研究學者表明覆膜會影響土壤水熱動態[3],減少地表無效蒸發,從而增加產量,提高水分利用效率[4-6]。因此探究覆膜滴灌下高效節水灌溉制度十分必要。滴頭流量與灌水間隔時間是滴灌設計中兩個重要的參數,與土壤含水率以及作物根區的濕潤體特征有著直接的關系[7-12]。不同灌水條件下形成的濕潤體特點不同,濕潤體形狀對作物耗水有顯著的影響。寬淺型土壤濕潤體會增加土壤的蒸發,進而影響作物生長發育與蒸發蒸騰量。有研究表明大滴頭流量下灰棗的耗水量大于小滴頭流量,小滴頭流量處理棗果著色品質較優[13]。當灌水量一致時,灌水間隔時間越短,滴頭附近土壤含水率越高,水分向四周擴散的梯度差就越大[12]。有關番茄[14]、枸杞[15]、甘藍[16]等不同作物的研究發現,減小灌水間隔時間可以增加作物的株高、莖粗、葉綠素含量等指標,同時果實品質更優。但田建柯等[17]研究表明玉米的株高、葉面積、產量、水分利用效率隨灌水頻率的增大均呈現下降趨勢。有研究認為灌水間隔時間為6 d時可以提高新疆地區覆膜玉米的產量和水分利用效率[18]。在對苜蓿的研究發現,隨著灌水頻率增加,耗水量呈現先減小后增加的變化趨勢[19]。灌水技術參數對作物的影響因土壤環境和作物種類有顯著差異,目前關于灌水技術參數對覆膜制種玉米生長耗水的影響研究還比較少,尤其覆膜條件下的響應機制還需進一步探究。作物蒸發蒸騰量是指導作物合理灌溉的重要依據,液流監測能夠直接表征植株體內瞬時的水分消耗情況,也可用于估算冠層蒸騰量[20-22]。莖流變化不僅受太陽輻射、溫度、飽和水汽壓差和相對濕度等氣象因素的影響[23-24],還與土壤含水率、土壤溫度以及作物生理參數有關[25-27]。龔道枝等[28]利用氣象因子與莖流量之間的數量關系預測桃樹的蒸騰量,發現液流與參考作物蒸發蒸騰量呈良好的線性關系。在探究玉米[29]、葡萄[30]等作物時發現,利用葉面積指數、莖粗對單株莖流進行尺度轉換得到的群體蒸騰量與實測值有很好的一致性。然而覆膜情況下水熱條件變化、作物不同尺度液流變化與灌水技術參數的關系還不明確。

河西走廊地區是我國制種玉米的主要產區,可保障全國50%的種子使用量[31]。但由于缺乏科學的灌溉指導,實際生產中水分利用效率較低。因此,本文針對西北旱區膜下滴灌灌水技術參數不統一、水分利用效率低的現狀,比較不同滴頭流量與灌水間隔時間對制種玉米的液流速率以及植株生長狀況的影響并將植株蒸騰進行尺度提升,以期揭示制種玉米的蒸騰耗水以及水分生產力對不同灌水技術參數的響應規律,為探索節水高效膜下滴灌灌溉制度提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗于2018年4—9月在甘肅武威綠洲農業高效用水國家野外科學觀測研究站進行,該地區屬于溫帶大陸性氣候,冬季長夏季短,晝夜溫差達15℃。降水量少,且全年分布不均,多年平均降水量為164.4 mm,年蒸發量為2 000～2 700 mm。但該地區光熱充足,全年日照時數可達3 000 h以上,大于0℃年積溫為3 550℃,無霜期150 d左右。該地區平均海拔為1 581 m,地下水埋深超過25 m。試驗區內土壤質地為砂質壤土,深度0～100 cm土層平均土壤干容重為1.51 g/cm3,田間持水率為0.29 cm3/cm3,凋萎系數為0.12 cm3/cm3[29]。

1.2 試驗設計

本試驗供試制種玉米品種為TRFA2018。采用覆膜滴灌灌溉方式。試驗滴頭流量設計3個水平:2.0、2.5、3.0 L/h,灌水間隔時間設計5個水平:6、8、10、12、14 d。其中滴頭流量2.5 L/h設計6、10、14 d 3個灌水間隔時間水平,其他滴頭流量與灌水間隔時間采取正交設計,共計13個處理,每個處理3個重復(表1)。種植方式為“一膜兩帶四行”,即1幅膜內鋪設2條滴灌帶,播種4行作物,作物行距40 cm,株距25 cm,滴灌帶間距為80 cm,滴頭間距30 cm,膜寬140 cm,膜間為裸土,裸土寬40 cm,試驗區面積約0.38 hm2。父本母本種植比例為1∶6,母本于2018年4月19日播種,第1批父本于2018年4月26日播種,第2批父本于2018年5月2日播種。施肥依據當地種植生產經驗確定,氮、磷、鉀施肥量分別為250 kg/hm2(N)、60 kg/hm2(K2O)、165 kg/hm2(P2O5),40%氮肥作為基施和磷肥、鉀肥在播種前施入,60%在各生育期按作物需肥比例滴施追肥,除草、噴灑農藥等農藝措施以當地生產經驗為準。

表1 試驗設計

1.3 監測指標與方法

1.3.1氣象數據與灌水量

利用標準自動氣象站(HOBO,Onset Computer Corp.,美國)對生育期內降雨量Pe、太陽輻射Rs、氣溫、相對濕度、風速等數據進行連續觀測,每15 min自動記錄一次數據。

本試驗第1次灌水為出苗水,灌水量為30 mm,5月27日開始第1次灌水處理,之后按設計的灌水間隔時間進行灌水。依據Penman-Monteith公式[24]計算出各時段內參數作物蒸發蒸騰量ET0,ET0乘以各生育階段的作物系數Kc再減去該時段的有效降雨量Pe確定每次灌水量。不同生育期的作物系數通過對試驗站多年玉米覆膜滴灌試驗數據計算并擬合回歸,按生育期劃分進行插值求得。ETc為作物需水量。當灌水間隔時段內的有效降雨量大于該時段的作物耗水量時不進行灌水。所有處理全生育期灌水總量相同。生育期劃分與灌水量如表2所示。

表2 制種玉米各生育期平均灌水量

1.3.2植株生長指標

各小區隨機選取制種玉米母本5～6株,使用卷尺測量株高和每片全展開葉的葉長、葉寬。株高測量從植株地上底部量至葉片最高生長點。葉面積指數計算式為[29]

(1)

式中LAI——葉面積指數,cm2/cm2

Aa——單株總葉面積,cm2

Ab——單株占地面積,cm2

n——單株葉片數

Bimax——第i片葉片最大寬度,cm

Li——第i片葉片長度,cm

制種玉米進入蠟熟期后開始測產,測產取樣時在小區內隨機選取1行制種玉米,沿滴灌帶方向連續取樣20株,取樣重復3次,人工脫粒后經干燥箱(85℃)干燥至質量恒定,稱取質量,換算至含水率13%,最終籽粒產量為單株籽粒質量(含水率13%時)與密度和出苗率的乘積。

1.3.3液流速率與蒸騰量

使用包裹式莖流計測量制種玉米植株液流,包裹時間為7月中旬,分別在P1D1、P1D2、P1D3、P3D3、P5D3處理選取代表處理內玉米長勢的母本進行包裹,其中P1D3、P3D3、P5D3各設1個重復,每隔7 d或降雨后拆除重新包裹,每次更換植株時重新根據植株的長勢進行參數率定。單株尺度液流速率提升到群體尺度蒸騰量的計算公式為[29]

(2)

式中T——群體蒸騰量,mm/d

SF——單株液流速率,g/d

LA——包裹植株單株葉面積,cm2

1.3.4作物耗水量

作物耗水量根據水量平衡方程計算,計算公式為

ETt=Pe+I+W-D-R-ΔW

(3)

式中ETt——t生長階段內的耗水量,mm

I——灌水量,mm

W——根區毛管水上升的水量,mm,由于地下水埋深超過25 m,此項可忽略

D——根區排水量,mm,由于灌水前后90～100 cm的土壤含水率基本保持不變,此項可忽略

R——地表徑流量,mm,由于試驗地點平坦而且降雨不密集,此項可忽略

ΔW——根區土壤含水量的變化量,mm

式(3)可簡化為

ETt=Pe+I-ΔW

(4)

有效降雨量采用簡化方法計算[32],計算式為

Pe=∑δP0

(5)

式中P0——日降雨量,mm

δ——日降雨量有效利用系數

當P0<5 mm,δ=0;當5 mm≤P0≤50 mm,δ=1;當P0>50 mm,δ=0.8。

1.4 數據分析

采用 Microsoft Excel處理數據,制作圖表,采用SPSS 21.0 (IBM SPSS Statistics,美國)軟件進行Duncan多范圍檢驗和方差分析(P<0.05)。

2 結果與分析

2.1 灌水處理對植株生長與產量的影響

2.1.1灌水處理對制種玉米株高的影響

如圖1所示,母本的株高在苗期增長緩慢,拔節期開始進入快速生長期,抽穗期增長速度又變緩,這是由于母本在拔節期末會進行人工抽雄,株高有整體減小的變化趨勢。各處理株高基本都在拔節期達到最大值,最大值在172.67～213.75 cm之間。灌漿期植株底部葉片開始老化脫落,部分上部葉稍變黃、干枯,導致株高逐漸減小。由于前期還未進行灌水處理,各處理的株高在苗期并未出現明顯差異,灌水處理開始之后差異逐漸顯現。D1滴頭流量下(圖1a),在設計范圍內,隨著灌水間隔時間增加株高表現為先增大后減小的趨勢,在P2處理株高取得最大值。D2、D3滴頭流量下(圖1b、1c),拔節期之后灌水間隔時間為P1、P3時制種玉米株高在不同生育期的長勢都較好。前期玉米的生長發育與種子品質、土壤質地、肥力等多種因素有關,而拔節期是玉米需水量較大的時期,水分成為關鍵控制因素,這表明此時灌水間隔時間較短時水分條件更優。株高與灌水間隔時間之間沒有呈現出顯著的規律性變化,這可能是由于P2D3試驗小區地理位置靠近樹木,受遮蔭的影響。如圖1d～1f所示,同一灌水間隔時間處理下,滴頭流量越大,對制種玉米的株高越有利。滴頭流量為2.0 L/h的處理制種玉米株高明顯小于另外2個滴頭流量。P1處理(6 d)各滴頭流量間株高的差異不顯著,隨著灌水間隔時間的增加,不同滴頭流量間差異增大,這可能是由于高頻灌溉下土壤水分狀況維持在較優水平,減弱了滴頭流量對土壤含水率的影響。

圖1 不同灌水處理制種玉米株高變化曲線

2.1.2灌水處理對玉米葉面積的影響

不同灌水技術參數下制種玉米葉面積指數在全生育期的變化呈現單峰曲線,苗期增長速率較小,拔節期迅速增大,在拔節期末或抽穗期開始時達到峰值,抽穗期后葉面積指數開始減小(圖2)。各處理制種玉米的最大葉面積指數在3.73～4.32 cm2/cm2之間。制種玉米需在拔節期末進行人工抽雄,母本的葉面積指數變化曲線有一個明顯的折點,抽穗期之后隨著植株的老化,葉片從邊緣開始逐漸變黃變干,葉面積指數不斷減小,成熟期后老化明顯加快。

圖2 不同灌水處理制種玉米葉面積指數變化曲線

制種玉米葉面積指數在不同灌水間隔時間和滴頭流量呈現顯著的差異性。苗期之后,滴頭流量為D1(2.0 L/h)時,P2處理(8 d)的葉面積指數明顯高于其他灌水間隔時間處理(圖2a)。D2(2.5 L/h)處理中,不同灌水間隔時間下葉面積指數由大到小依次為P3、P1、P5(圖2b)。但當滴頭流量增加到D3(3.0 L/h)時,P1處理的葉面積指數超過了P3處理(圖2c)。D3滴頭流量下,制種玉米葉面積指數在灌水間隔時間為8 d(P2)時未取得最高值,可能同樣由于樹木遮蔭的影響。灌水間隔時間一定時,如圖2d～2f所示,在試驗設計范圍內,高頻灌溉時(P1),拔節期之后滴頭流量越大,對葉面積指數越有利。灌水間隔時間超過10 d(P3)后,葉面積指數由大到小依次為D2、D3、D1,說明灌水間隔時間與滴頭流量間可能存在交互影響。

2.1.3灌水處理對制種玉米產量的影響

灌水間隔時間為P1(6 d)、P3(10 d)時,不同滴頭流量下制種玉米的籽粒產量沒有顯著差異,籽粒產量均在滴頭流量為2.5 L/h時取得較大值,如圖3a～3c(圖中不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05),下同)所示。灌水間隔時間增加到P5(14 d)時,滴頭流量對籽粒產量產生了顯著影響。隨著滴頭流量增大,籽粒產量增加,D3處理產量相比D1增加15.48%。這可能是由于灌水間隔時間較短時,玉米在籽粒形成期處在良好的水分狀況中,滴頭流量對產量的影響較小;灌水間隔時間增加后,不同滴頭流量處理灌水后土壤濕潤狀況出現明顯差異,大滴頭流量對肥料的吸收更有利,促進了產量的增加。這一結論與洪明等[33]的研究結果一致。

圖3 不同灌水處理對制種玉米產量的影響

灌水間隔時間對制種玉米籽粒產量有顯著影響,如圖3d～3f 所示。D1(2.0L/h)與D3(3.0L/h)下,隨灌水間隔時間增加,產量先增加后減小。最大值出現在灌水間隔時間為P2(8 d)的處理,籽粒產量的最大值分別為5.61、5.80 t/hm2,這與株高、LAI隨灌水間隔時間變化的規律有很好的一致性。滴頭流量為D2(2.5 L/h)時,3個灌水間隔時間處理在P1(6 d)時籽粒產量最大,最大值為6.04 t/hm2,當灌水間隔時間增加到P5(14 d)時,籽粒產量下降25.49%。擬合回歸分析結果表明灌水間隔時間變化與制種玉米籽粒產量呈二次函數關系,如圖3g、3h、3i(圖中*表示在P<0.05水平下,相關性顯著;**表示在P<0.01水平下,相關性顯著)為灌水間隔時間與籽粒產量的相關關系擬合曲線與方程,不同滴頭流量下相關性均較好,其中滴頭流量為D1、D2處理下相關性達到了極顯著水平(P<0.01)。

2.2 不同時間尺度液流變化

2.2.1灌水處理對日尺度液流速率的影響

不同灌水處理下制種玉米單株日尺度液流變化存在顯著差異。如圖4(圖中Rs曲線中黑色實心點對應的日期有降雨)所示,由于降雨時莖流計要拆除后重包,數據有若干天的缺失。監測時期內不同處理日尺度單株液流速率在30.51～734.55 g/d間變化。隨生長期進行,母本單株日尺度液流量呈現波動減小的變化規律,從觀測第1天到生育期末,單株日尺度液流速率降低52.68%～78.44%,這表明制種玉米在抽穗期后蒸騰有減弱的趨勢。在生長發育后期隨著植株衰老,葉片、根系等器官的機能下降,作物的光合作用減弱,因此蒸騰速率也會下降。不同灌水處理下,日太陽輻射Rs與制種玉米單株日尺度液流速率達到極值的日期基本一致。隨著滴頭流量的增大,日單株液流速率有增加的趨勢。在觀測期間,灌水間隔時間為P1的處理液流量均處在較高值,而當灌水間隔時間增加時,制種玉米單株日尺度液流速率有減小的趨勢。這主要是由于灌水間隔時間較短時,土壤水分狀況較好,促進了作物的蒸騰作用。變化曲線中的極小值一般出現在陰雨天,此時無強烈的太陽光照,由此可以看出液流速率直接受氣象因素的影響。降雨過后液流速率會逐漸增加。這是由于降雨后土壤含水率升高,在大氣蒸騰引力相同的條件下,土壤含水率也制約著制種玉米液流速率。

圖4 不同灌水處理下單株日尺度液流速率變化曲線

2.2.2灌水處理對小時尺度液流的影響

在數據采集日期中隨機選取連續3 d來觀察制種玉米小時尺度的液流變化,結果表明小時尺度液流速率變化與太陽輻射變化呈明顯的正相關(圖5)。在夜間無太陽輻射,液流速率基本為零,說明制種玉米在夜間幾乎沒有蒸騰作用。有時在夜間依然能觀測到較低的液流變化,這是由于白天作物蒸騰劇烈時,會破壞植株體內原有的水分平衡,夜間根系會主動從土壤中吸水來補充流失的水分。日間液流開始時間比太陽輻射出現的時間滯后約 90 min,同時液流速率達到峰值的時間比最大太陽輻射晚90 min左右。早晨太陽輻射較弱,氣溫低,液流速率較小,隨太陽輻射的增強,溫度升高,液流速率迅速增大。不同滴頭流量處理下液流速率均在12:00—14:00達到峰值,之后太陽輻射減弱,溫度降低,液流速率減小。可以看出滴頭流量的增大顯著增加了植株日間液流速率,17—19日中D3滴頭流量處理液流速率的峰值比D2、D1分別增加85.88%～127.02%、117.80%～151.89%。這種變化規律在觀測時期內有普遍性。不同灌水間隔時間處理液流速率基本在同一時間達到峰值,當灌水間隔時間由6 d(P1)增加到14 d(P5)時,制種玉米小時尺度液流速率呈現減小的趨勢,峰值點降低23.56%～31.48%。15:00左右不同處理的液流速率均有短暫的下降。這是由于在溫度較高的中午,植物會關閉氣孔來保存自身的水分,失去蒸騰牽引力作用而導致液流速率下降。

圖5 不同灌水處理下單株小時尺度液流速率變化曲線

2.3 灌水處理對玉米蒸騰耗水的影響

2.3.1不同處理下制種玉米日蒸騰動態

日尺度的液流速率與土壤含水率、葉面積指數以及莖粗均有顯著相關性。本文選取葉面積指數對單株蒸騰量進行尺度提升,群體蒸騰量變化如圖6所示。液流監測時間主要在制種玉米的灌漿期和成熟期,灌漿期不同處理制種玉米日蒸騰量在0.89～10.03 mm之間,成熟期日蒸騰量為0.32～8.26 mm。從7月底開始,制種玉米母本田間日蒸騰量呈波動減小的變化趨勢,變化曲線中極小值的拐點出現在陰雨天氣,在8月28日—9月2日蒸騰量一直處于波谷的原因可能是由于該時期內出現了連續的陰雨天氣,抑制了制種玉米的蒸騰作用。灌水間隔時間為P1時,制種玉米灌漿期之后不同滴頭流量處理日蒸騰量由大到小基本表現為D3、D2、D1,表明在高頻灌溉下,增大滴頭流量會導致制種玉米蒸騰量增加。而在D3滴頭流量下,P1處理表現出較高的蒸騰量,但不同灌水間隔時間與田間蒸騰量未表現出顯著相關性,特別是在灌漿期結束前。這可能是由于植株蒸騰受土壤含水率的顯著影響,當

圖6 不同灌水處理下制種玉米蒸騰量

滴頭流量較大時,灌水過程中水分來不及下滲易形成地面積水,從而干擾了灌水間隔時間改變對土壤含水率造成的影響。

2.3.2不同灌水處理對耗水量的影響

灌水間隔時間與滴頭流量對制種玉米耗水量和水分生產力的影響都達到了顯著性。如圖7a所示,灌水間隔時間為P1～P4時,隨灌水間隔時間增加,制種玉米的全生育期耗水量均出現顯著下降。而灌水間隔時間增加到P5時,各處理耗水量均有一定程度的增加。這一結果可能是由于當灌水間隔時間超過12 d時,進行灌溉時土壤表層含水率迅速達到飽和,抑制了水分的下滲,灌水后地表易產生大面積積水,從而增大了土壤蒸發等非生產力損失。研究結果還表明D1處理耗水量明顯高于其他2個滴頭流量。灌水間隔時間不大于10 d時,D2可以獲得更低的全生育期耗水量。與D1相比,D2處理下制種玉米的耗水量降低1.86%～4.14%。所有灌水技術參數組合中P1D1處理的全生育期耗水量最大,為373.31 mm,P4D3處理下耗水量最小,為 345.70 mm。在D1、D3處理下,灌水間隔時間為P4的處理相比P1處理耗水量也分別減少4.65%、5.47%。且D1、D3處理下水分生產力隨灌水間隔時間增加表現出先增加后減少的趨勢,在P2處理取得最大值,分別為1.52、1.58 kg/cm3。3個滴頭流量中D2、D3可以使制種玉米獲得更高的水分生產力。綜合耗水量和水分生產力表現,灌水間隔時間為8～10 d和滴頭流量為2.5 L/h(D2)可以在降低農業耗水的同時保證作物生產力。這一結果與MA等[34]基于產量與水氮利用效率的灌溉制度優化結論一致。

圖7 不同灌水處理下制種玉米全生育期耗水量和水分生產力

3 討論

不同的滴頭流量和灌水間隔時間會帶來土壤溫度和水分動態的差異,影響作物的根系吸水、蒸騰和光合作用,進而影響作物的生長和產量。田建柯等[17]對夏玉米的研究結果表明,隨灌水頻率從3 d增加到9 d,玉米的株高、葉面積、干物質量和產量均呈下降趨勢。本文分析制種玉米的生長狀況發現,灌水間隔時間小于10 d(P3)時株高明顯高于其他灌水間隔時間,且在D1處理中可以看到在灌水間隔時間為8 d(P2)時株高取得最大值,并且在葉面積指數中也得到了相似的結果。不同灌水間隔時間與制種玉米的籽粒產量呈現二次函數關系,D1和D3處理下產量最大值均出現在灌水間隔時間為8 d的處理,所有處理中灌水間隔時間為6～10 d時可以獲得相對較高的產量。這表明灌水間隔時間并不是越短越好,在6～10 d間存在一個最優的區間。這是由于同一灌水量時,高頻灌溉處理0～20 cm土層的含水率較高,不利于水分的下滲和水平擴散,易導致水分分布不均勻[35],進而會影響作物的生長。這與田建柯等[17]關于夏玉米的研究結果不同。D2、D3處理下制種玉米株高和葉面積指數和產量都顯著優于D1。從生長指標和產量的表現來看灌水間隔時間為6～10 d、滴頭流量為2.5 L/h和3.0 L/h均是較優的方案。

植株液流速率可以反映蒸騰強度,滴頭流量增大會促進日尺度液流速率增加,即增加日單株液流流量,同時小時尺度液流速率的峰值也增加;而增加灌水間隔時間,日尺度液流速率和小時尺度液流速率的峰值都有降低的趨勢。這反映了較大滴頭流量和較短灌水間隔時間時植株的蒸騰作用更強烈。這是由于作物蒸騰與根系吸水過程密切相關,滴頭流量較大時,灌水后土壤濕潤體偏寬淺,土壤水分和根系分布更為均勻,對根系的生長更有利[36-37]。灌水間隔時間越長,灌水前土壤表層干燥面積越大,灌水后被濕潤的土壤面積越大[38],土壤含水率在濕潤體內的分布梯度差相對較小,會降低作物根系向植株體輸送水分以及養分的效率[39]。從蒸騰量和耗水變化來看,增大滴頭流量會增加制種玉米蒸騰量。灌水間隔時間不大于10 d時,滴頭流量2.5 L/h(D2)下耗水量最低,而且可以獲得更高的水分生產力。不同灌水間隔時間中12 d(P4)的耗水量最少,從6 d增加到12 d時耗水量逐漸減小,但在D1、D3處理下灌水間隔時間為8 d(P2)和10d時水分生產力比其他灌水間隔時間下更高,且基于D1、D3處理的試驗結果表明灌水間隔時間與制種玉米的籽粒產量呈現顯著二次函數關系,P2處理取得最大值?；跀M合趨勢,D2處理下最佳灌水間隔時間也將出現在8 d左右。李菊等[40]在河西地區關于春玉米的研究中也得到了灌水間隔時間為8 d時水分生產力較高的結果。綜合研究結果,從單因素分析來看滴頭流量的最佳選擇為2.5 L/h(D2)。雖然P1D2的灌溉方案獲得了最高的產量和水分生產力,但是與P3D2相比產生了更大的耗水量。所以從農業高效節水的角度,滴頭流量2.5 L/h與灌水間隔時間8～10 d(P2、P3)的組合是適宜干旱地區覆膜制種玉米的較優灌溉方案。若以增產和提高水分生產力為目標,P1D2組合表現最優,滴頭流量為2.5 L/h(D2),灌水間隔時間為6～8 d的灌溉方案是較優選擇。

4 結論

(1)D1處理下,增加灌水間隔時間時株高和葉面積表現為先增大后減小的變化趨勢,在P2處理取得最大值。D2、D3處理下,灌水間隔時間不超過10 d時制種玉米株高和葉面積指數都表現較好。3個設計滴頭流量中D2、D3灌水處理下制種玉米的生長狀況更優。

(2)灌水間隔時間較短時籽粒產量在滴頭流量為2.5 L/h時取得較大值,不同處理間沒有顯著差異。灌水間隔時間增加到14 d后出現顯著差異,大滴頭流量更有助于增加產量。隨灌水間隔時間增加制種玉米籽粒產量呈現顯著的二次函數變化。

(3)較大滴頭流量和較小灌水間隔時間下制種玉米的蒸騰作用明顯增強。單株日尺度液流速率與單株小時尺度液流速率均隨著滴頭流量的增大而增加,隨灌水間隔時間增加而呈現減小趨勢。

(4)高頻灌溉下,增大滴頭流量會導致制種玉米的蒸騰量增加。灌水間隔時間為6～12 d時,增加灌水間隔時間可以顯著降低制種玉米的全生育期耗水量。灌水間隔時間增加到14 d時,耗水量反而增加。D2、D3處理下制種玉米可以獲得更少的耗水和更高的水分生產力,灌水間隔時間不超過10 d時,D2表現更優。水分生產力隨灌水間隔時間增加表現出先增加后減少的趨勢,在P2處理取得最大值。綜合研究結果,以農業高效節水為目標,滴頭流量為2.5 L/h(D2)、灌水間隔時間為8～10 d(P2、P3)是適宜干旱地區覆膜制種玉米的較優灌溉管理方案組合;從提高產量和水分生產力的角度,灌水間隔時間為6～8 d更優。