不同生育期微咸水灌溉對(duì)玉米生長(zhǎng)影響研究

張 勇，畢遠(yuǎn)杰，郭向紅，魏 磊

(1.太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院，太原 030024；2.山西省水利水電科學(xué)研究院，太原 030002)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)淡水資源供需矛盾越來(lái)越突出。同時(shí)，我國(guó)很多地區(qū)分布著大量的微咸水資源，如何合理利用微咸水進(jìn)行農(nóng)業(yè)灌溉是解決水資源供需矛盾的有效途徑之一。微咸水灌溉，一方面可以增加土壤中的水分，有利于作物的生長(zhǎng)發(fā)育，提高糧食產(chǎn)量[1]；但同時(shí)大量的鹽分進(jìn)入土壤，可能會(huì)對(duì)作物的生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生一定的抑制作用，造成作物最終的減產(chǎn)[2]。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者從微咸水灌溉水質(zhì)、供水方式、土壤質(zhì)地、灌溉制度以及微咸水灌溉對(duì)土壤水鹽分布及作物的影響等不同角度展開(kāi)深入研究，取得了一定的進(jìn)展，為以后合理開(kāi)發(fā)利用微咸水提供一定的指導(dǎo)作用[3-10]。但是，不同作物不同生育期微咸水灌溉對(duì)其生長(zhǎng)的影響不同。玉米是我國(guó)北方地區(qū)的主要糧食作之一，但由于北方地區(qū)的干旱缺水問(wèn)題常常導(dǎo)致玉米產(chǎn)量較低，利用微咸水進(jìn)行灌溉可有效緩解這些地區(qū)水資源供需矛盾。因此，本論文在晉中盆地，進(jìn)行不同生育期微咸水灌溉對(duì)玉米生長(zhǎng)影響研究，以期為該地區(qū)合理進(jìn)行玉米微咸水灌溉提供指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2015年4-10月在山西省水利水電科學(xué)研究院節(jié)水高效示范基地大棚內(nèi)進(jìn)行，試驗(yàn)基地位于晉中盆地的北端，東經(jīng)112°24′～112°43′，北緯37°36′～37°49′，屬暖溫帶大陸性氣候，年均氣溫9.6 ℃，無(wú)霜期170 d，年均日照時(shí)數(shù)2 675.8 h，年降水量495 mm左右。試驗(yàn)區(qū)土壤質(zhì)地為黏土，土壤容重為1.42 g/cm3，飽和含水率0.50 cm3/cm3，田間持水率為0.31 cm3/cm3。試驗(yàn)基地有深水井和淺水井各一口，深水井井深180 m，淺水井80 m，淺水井地下水礦化度5 g/L，深水井地下水礦化度1.75 g/L。

1.2 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)在大棚內(nèi)采用桶栽形式進(jìn)行，土桶的直徑30 cm，高30 cm。本試驗(yàn)的目的是研究不同生育期微咸水灌溉對(duì)玉米生長(zhǎng)的影響，因此試驗(yàn)分別在玉米4個(gè)生育期(苗期、拔節(jié)期、抽穗期和灌漿期)進(jìn)行不同礦化度微咸水灌溉(3、4、5 g/L)，并以淡水灌溉作為對(duì)照處理，共13個(gè)處理，每個(gè)處理5個(gè)重復(fù)，試驗(yàn)方案見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)方案Tab.1 Test scheme

試驗(yàn)玉米的品種為“寧玉一號(hào)”，播種時(shí)間為2015年4月25日，收割日期為2015年10月5日。試驗(yàn)期間每個(gè)處理的灌水量相同，每次灌水量2.4 L/桶，全生育期灌水量37.6 L/桶。3、4 g/L的微咸水由淡水和5 g/L微咸水按一定的比例配成。

1.3 測(cè)試項(xiàng)目

從玉米開(kāi)始出苗后的第7 d開(kāi)始選取具有代表性的3株測(cè)定玉米的各項(xiàng)生長(zhǎng)指標(biāo)，每隔一周測(cè)量一次，到全生育期結(jié)束。株高采用卷尺測(cè)量(精度1 mm)，葉面積采用直尺測(cè)定其各葉片縱、橫徑，用校正系數(shù)法計(jì)算出總?cè)~面積(K=0.785)。干物質(zhì)重在試驗(yàn)結(jié)束后，選取具有代表性的3株玉米苗放在105 ℃烘箱中殺青30 min，然后在80 ℃的恒溫下烘至恒重，進(jìn)行干物質(zhì)質(zhì)量的測(cè)定。玉米產(chǎn)量在玉米成熟后，采用電子秤稱(chēng)重。

2 結(jié)果分析

2.1 不同生育期微咸水灌溉對(duì)玉米株高的影響

株高是直觀表現(xiàn)玉米生長(zhǎng)情況的主要指標(biāo)之一，圖1為玉米不同生育期進(jìn)行微咸水灌溉條件下株高隨時(shí)間動(dòng)態(tài)變化圖。由圖1可知，所有處理玉米株高隨播種后天數(shù)的變化規(guī)律一致，即株高隨著播種后天數(shù)增大而增大，在播種后110 d左右基本達(dá)到株高最大值，110 d以后株高不再增大。在同一生育期，灌溉水礦化度越高，株高越低。由圖1(a)和圖1(b)可知，在苗期和拔節(jié)期進(jìn)行不同礦化度微咸水處理灌水對(duì)玉米株高明顯影響，處理M1、M2和M3比對(duì)照CK株高分別減小1.98%、14.85%和24.75%，處理B1、B2和B3比對(duì)照CK株高分別減小11.88%、19.31%和33.66%。由圖1(c)和圖1(d)可知，在抽穗期和灌漿期進(jìn)行不同礦化度微咸水處理灌水對(duì)玉米株高影響較小，處理C1、C2和C3比對(duì)照CK株高分別減小0.99%、3.46%和5.94%，處理G1、G2和G3比對(duì)照CK株高分別減小0.74%、0.1%和0.34%。由此可見(jiàn)，不同生育期微咸水灌溉對(duì)玉米株高影響不同，從大到小順序?yàn)椋喊喂?jié)期>苗期影>抽穗期>灌漿期。

圖1 不同生育期微咸水灌溉對(duì)株高的影響Fig.1 Effects of brackish water irrigation on plant height in different growth periods

為了定量描述不同處理下玉米株高隨時(shí)間的變化過(guò)程，用Logistic生長(zhǎng)函數(shù)對(duì)其進(jìn)行擬合，擬合方程如下：

(1)

式中：Z為玉米株高，cm；t為播種后天數(shù)，d；A為株高的理論最大值，B、k均為生長(zhǎng)系數(shù)。

參數(shù)擬合結(jié)果如表2所示。從表2可以看出，各處理株高時(shí)間的變化均符合Logistic生長(zhǎng)函數(shù)，擬合相關(guān)系數(shù)R2值均在0.98以上。在同一生育期，灌溉水礦化度越高，參數(shù)A和B的值越小，葉面是植物光合作用、蒸騰、呼吸等生理過(guò)程的主要載體，因此葉面積是表現(xiàn)玉米生長(zhǎng)性狀的主要指標(biāo)之一，圖2為玉米不同生育期進(jìn)行微咸水灌溉條件下葉面積隨時(shí)間動(dòng)態(tài)變化圖。由圖2可知，所有處理玉米葉面積隨播種后天數(shù)的變化規(guī)律基本一致，即葉面積隨著播種后天數(shù)呈先增大而后減小的變化規(guī)律，葉面積在播種后100 d左右基本達(dá)到最大值，但C1、C2和C3在灌后100 d左右葉面積有所減小，這可能是由于灌漿期實(shí)施微咸水灌溉導(dǎo)致部分葉片死亡導(dǎo)致。同時(shí)由圖2可知，在同一生育期，灌溉水礦化度越高，葉面積越小。由圖2(a)可知，處理M1、M2和M3比對(duì)照CK葉面積最大值分別減小5.26%、14.28%和16.91%，處理B1、B2和B3比對(duì)照CK葉面積最大值分別減小27.81%、32.33%和37.96%，處理C1、C2和C3比對(duì)照CK葉面積最大值分別減小7.96%、9.77%和18.79%，處理G1、G2和G3比對(duì)照CK葉面積最大值分別減小5.26%、1.50%和4.66%。由此可見(jiàn)，不同生育期微咸水灌溉對(duì)玉米葉面積影響不同，影響順序?yàn)椋喊喂?jié)期>抽穗期>苗期>灌漿期。

表2 不同處理下玉米株高隨隨時(shí)間變化函數(shù)的擬合結(jié)果Tab.2 Fitting results of the function between plant height and time under different treatments

2.2 不同生育期微咸水灌溉對(duì)玉米葉面積的影響

圖2 不同生育期微咸水灌溉對(duì)葉面積的影響Fig.2 Effects of brackish water irrigation on leaf area in different growth periods

為了定量描述不同處理下玉米葉面積隨時(shí)間的變化過(guò)程，式(2)形式的負(fù)指數(shù)函數(shù)對(duì)其進(jìn)行擬合，擬合方程如下：

L=Ae-B|t-c|

(2)

式中：L為玉米葉面積，cm2；t為播種后天數(shù)，d；A、B、C均為參數(shù)。

參數(shù)擬合結(jié)果如表3所示。從表3可以看出，各處理葉面積隨時(shí)間的變化均符合式(2)，擬合相關(guān)系數(shù)R2值均在0.875以上。式(2)中，參數(shù)A表示全生育期葉面積的最大值，由表3可知，在同一生育期，灌溉水礦化度越高，參數(shù)A的值越小。

表3 不同處理下玉米葉面積隨時(shí)間變化函數(shù)的擬合結(jié)果Tab.3 Fitting results of the function between plant height and time under different treatments

2.3 不同生育期微咸水灌溉對(duì)玉米干物質(zhì)量的影響

圖3為不同生育期微咸水灌溉對(duì)玉米干物質(zhì)量對(duì)比圖。由圖3可知微咸水灌溉玉米的干物質(zhì)量均比對(duì)照CK處理的干物質(zhì)量低，對(duì)同一生育期灌溉水礦化度越高，干物質(zhì)量越低，處理M1、M2和M3比對(duì)照CK干物質(zhì)量分別減小54.16%、66.26%、72.98%，處理B1、B2和B3比對(duì)照CK干物質(zhì)量分別減小56.48%、70.83%和80.21%，處理C1、C2和C3比對(duì)照CK干物質(zhì)量分別減小3.1%、27.05%和62.34%，處理G1、G2和G3比對(duì)照CK干物質(zhì)量分別減小9.30%、21.77%和78.07%。由此可見(jiàn)，不同生育期微咸水灌溉對(duì)玉米干物質(zhì)量影響排序?yàn)椋喊喂?jié)期>苗期>抽穗期>灌漿期。

圖3 不同生育期微咸水灌溉對(duì)玉米干物質(zhì)量的影響Fig.3 Effects of brackish water irrigation on dry height of maize in different growth periods

2.4 不同生育期微咸水灌溉對(duì)玉米產(chǎn)量的影響

圖4為不同生育期微咸水灌溉條件下玉米產(chǎn)量圖，圖中的產(chǎn)量為相對(duì)產(chǎn)量，即微咸水灌溉的產(chǎn)量與全淡水處理CK產(chǎn)量的比值。由圖4可知，微咸水灌溉玉米的產(chǎn)量均比對(duì)照CK處理的產(chǎn)量低，對(duì)同一生育期灌溉水礦化度越高，產(chǎn)量越低，處理M1、M2和M3比對(duì)照CK產(chǎn)量分別減小31.16%、63.16%和73.19%，處理B1、B2和B3比對(duì)照CK產(chǎn)量分別減小42.62%、67.17%和82.76%，處理C1、C2和C3比對(duì)照CK產(chǎn)量分別減小11%、24.67%和32%，處理G1、G2和G3比對(duì)照CK產(chǎn)量分別減小4.72%、8.5%和24.67%。由此可見(jiàn)，不同生育期微咸水灌溉對(duì)玉米產(chǎn)量影響的順序?yàn)榘喂?jié)期>苗期>抽穗期>灌漿期。

圖4 不同生育期微咸水灌溉對(duì)玉米產(chǎn)量的影響Fig.4 Effects of brackish water irrigation on maize yield in different growth periods

為了更加直觀地看出不同生育期微咸水灌溉對(duì)產(chǎn)量影響，采用式(3)建立玉米各生育階段灌溉水的礦化度與產(chǎn)量的關(guān)系：

Y=75-k(M-Mt)

(3)

式中：Y為相對(duì)產(chǎn)量，%；M為灌溉用水的礦化度，g/L；Mt當(dāng)達(dá)到淡水灌溉產(chǎn)量的75%時(shí)的灌水礦化度值，g/L；k斜率，表示超過(guò)灌溉水礦化度的臨界值后每增加一個(gè)單位礦化度產(chǎn)量下降的百分?jǐn)?shù)。

由表4可知，各生育期灌溉水礦化度與玉米產(chǎn)量的擬合相關(guān)系數(shù)在0.871以上，符合線性關(guān)系。各生育期參數(shù)k的大小關(guān)系為：拔節(jié)期>苗期>抽穗期>灌漿期，并且拔節(jié)期和苗期的k明顯大于抽穗期和灌漿期，這說(shuō)明在苗期和拔節(jié)期采用微咸水灌溉對(duì)玉米產(chǎn)量影響最大。各生育期參數(shù)Mt的大小關(guān)系為：灌漿期>抽穗期>苗期>拔節(jié)期，這說(shuō)明在苗期和拔節(jié)期適宜的灌溉水礦化度較低，抽穗期和灌漿期適宜的灌溉水礦化度較高。

表4 各生育期灌溉水礦化度與玉米產(chǎn)量關(guān)系擬合結(jié)果Tab.4 Fitting results of the relation between the salinity of irrigation water and maize yield

3 結(jié) 語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)玉米進(jìn)行不同生育期微咸水灌溉試驗(yàn)分析，得出以下結(jié)論：

(1)玉米株高隨著播種后天數(shù)增大而增大，所有處理玉米株高隨時(shí)間的變化符合Logistic生長(zhǎng)函數(shù)，在同一生育期，灌溉水礦化度越高，株高越低，不同生育期微咸水灌溉對(duì)玉米株高影響順序?yàn)椋喊喂?jié)期>苗期影>抽穗期>灌漿期。

(2)玉米葉面積隨著播種后天數(shù)呈先增大而后減小的變化規(guī)律，且符合負(fù)指數(shù)函數(shù)。在同一生育期，灌溉水礦化度越高，玉米葉面積最大值越小，不同生育期微咸水灌溉對(duì)玉米葉面積影響順序?yàn)椋喊喂?jié)期>抽穗期>苗期>灌漿期。

(3)玉米同一生育期灌溉水礦化度越高，干物質(zhì)量和產(chǎn)量越低。個(gè)各生育期微咸水灌溉水礦化度與玉米產(chǎn)量符合線性關(guān)系，苗期和拔節(jié)期采用微咸水灌溉對(duì)玉米產(chǎn)量影響最大，因此，苗期和拔節(jié)期適宜的灌溉水礦化度較低，抽穗期和灌漿期適宜的灌溉水礦化度較高。

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