不同灌溉方式對(duì)玉米植株生長(zhǎng)參數(shù)及產(chǎn)量的影響

魏子涵, 魏占民，李春強(qiáng)， 邊新洋， 李志紅

(1.京藍(lán)沐禾節(jié)水裝備有限公司, 內(nèi)蒙古 赤峰 024500; 2.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利與土木建筑工程學(xué)院,呼和浩特 010018; 3.內(nèi)蒙古方圓建設(shè)工程有限公司, 內(nèi)蒙古 赤峰 024000)

不同灌溉方式對(duì)玉米植株生長(zhǎng)參數(shù)及產(chǎn)量的影響

魏子涵1,2, 魏占民2，李春強(qiáng)3， 邊新洋1， 李志紅1

(1.京藍(lán)沐禾節(jié)水裝備有限公司, 內(nèi)蒙古 赤峰 024500; 2.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利與土木建筑工程學(xué)院,呼和浩特 010018; 3.內(nèi)蒙古方圓建設(shè)工程有限公司, 內(nèi)蒙古 赤峰 024000)

為了探究不同的節(jié)水灌溉方式對(duì)玉米植株生長(zhǎng)參數(shù)及產(chǎn)量的影響，選擇在內(nèi)蒙古通遼市設(shè)計(jì)低壓管灌、膜下滴灌和噴灌這3種節(jié)水灌溉方式的試驗(yàn)，并在整個(gè)生長(zhǎng)期內(nèi)毛灌溉定額相同的條件下，分別觀測(cè)在3種灌溉方式下玉米整個(gè)生長(zhǎng)期內(nèi)的土壤水分變化及玉米的植株高度、莖粗、葉面積指數(shù)、葉綠素含量、生物量、株籽粒重等指標(biāo)。結(jié)果表明：灌溉定額相同時(shí)，不同的灌水次數(shù)對(duì)土壤水分含量有較大影響，進(jìn)而影響作物的生長(zhǎng)發(fā)育。不同的節(jié)水灌溉方式對(duì)玉米植株生長(zhǎng)、產(chǎn)量有顯著影響：在整個(gè)生長(zhǎng)期內(nèi)，玉米生物量膜下滴灌高于噴灌，噴灌高于低壓管灌，膜下滴灌高于噴灌46.74%，高于低壓管灌98.81%，噴灌高于低壓管灌35.49%；膜下滴灌實(shí)際產(chǎn)量大于噴灌2.85%，大于低壓管灌7.83%，噴灌大于低壓管灌4.84%。總體來說，3種灌溉方式中，膜下滴灌最好，噴灌次之，低壓管灌最差。

灌溉方式; 玉米; 植株生長(zhǎng)參數(shù); 產(chǎn)量

中國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，在農(nóng)業(yè)增產(chǎn)的諸多影響因素中，農(nóng)業(yè)灌溉是最主要因素之一[1]，灌溉對(duì)于保障我國(guó)糧食安全具有重要的作用[2]。目前，國(guó)內(nèi)大力提倡低壓管灌、膜下滴灌和噴灌代替?zhèn)鹘y(tǒng)的漫灌[3-5]，但3種灌溉方式對(duì)作物植株生長(zhǎng)參數(shù)及產(chǎn)量影響的研究并不多見。研究并討論低壓管灌、膜下滴灌、噴灌等節(jié)水灌溉方式，提高水分利用率，對(duì)保水保墑、增產(chǎn)增收顯得尤為重要[6]。在作物整個(gè)生長(zhǎng)期內(nèi)毛灌溉定額相同的情況下，低壓管灌、膜下滴灌和噴灌等灌溉方式均可實(shí)現(xiàn)節(jié)水保墑[7-8]；提高作物在關(guān)鍵生長(zhǎng)期的葉面積指數(shù)，促進(jìn)光合作用，增加作物生物量；提高作物千粒重，可以實(shí)現(xiàn)作物增產(chǎn)[6,9]。為了應(yīng)對(duì)水資源緊缺現(xiàn)狀及如何增加糧食產(chǎn)量，李英等[6]研究了滴灌、噴灌、漫灌等灌溉方式對(duì)玉米產(chǎn)量及構(gòu)成的影響，三種灌溉技術(shù)下滴灌效果最好，噴灌次之，漫灌最差。李鐵男等[10]研究了膜下滴灌、覆膜漫灌、噴灌及不覆膜不灌幾種灌溉方式對(duì)玉米生物學(xué)效應(yīng)的影響，表明膜下滴灌能為玉米生長(zhǎng)創(chuàng)造良好的環(huán)境，最終達(dá)到改善品質(zhì)的效果。但有關(guān)膜下滴灌、噴灌、低壓管灌3種節(jié)水灌溉方式下作物生長(zhǎng)及穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的生理機(jī)制研究報(bào)道并不多見，尤其是對(duì)玉米的研究，而玉米是我國(guó)的重要糧食作物，玉米黃金帶就位于通遼市，因此以玉米為研究對(duì)象，在整個(gè)生長(zhǎng)期內(nèi)毛灌溉定額相同條件下，用對(duì)比分析的方法研究低壓管灌、滴灌和噴灌節(jié)水灌溉條件下玉米生長(zhǎng)特點(diǎn)和生長(zhǎng)參數(shù)變化[11]，揭示不同灌溉方式下玉米生長(zhǎng)過程的差異，并分析對(duì)產(chǎn)量的影響，為如何應(yīng)用節(jié)水灌溉技術(shù)及提高玉米產(chǎn)量提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)及材料

試驗(yàn)于2014年在內(nèi)蒙古通遼市科爾沁左翼中旗進(jìn)行，通遼市科爾沁左翼中旗位于通遼市東北部，地處東經(jīng)121°08′—123°32′，北緯43°33′—44°31′。西北、西、南、東南分別與扎魯特旗、開魯縣、科爾沁區(qū)、科左后旗接壤；東、北分別與吉林省四平、興安盟毗鄰。全旗東西長(zhǎng)191 km，南北寬32～116 km，總面積1 472 km2。地勢(shì)總體是西北高、東南低，由西向東傾斜，以平原地貌為主，最顯著的特點(diǎn)是沙地分布廣泛。氣候?qū)儆诒睖貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候，年平均氣溫5.2～5.9℃，年降水量340～400 mm，年蒸發(fā)量1 800～2 000 mm，無霜期平均150 d左右。科左中旗春季短促，干旱多風(fēng)；夏季炎熱，雨量集中；秋季短暫降溫快；冬季漫長(zhǎng)寒冷。試驗(yàn)地土壤物理性狀基本情況見表1。

表1 試驗(yàn)地土壤物理性狀

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)所種品種為當(dāng)?shù)爻Ｓ糜衩灼贩N鄭丹958，試驗(yàn)小區(qū)面積均為0.066 7 hm2，播種量30 kg/hm2，5月1日播種，10月1日收割。施肥量：播種時(shí)施玉米專用肥(N18%、P10%、K12%)225 kg/hm2，磷酸二銨(N18%、P46%)187.5 kg/hm2作底肥，拔節(jié)期前追施尿素(N46%)225 kg/hm2，抽雄期前追施尿素(N46%)150 kg/hm2，灌漿期前追施尿素(N46%)75 kg/hm2。玉米生長(zhǎng)期內(nèi)共降雨47次，累積降雨378.24 mm，有效降雨量為248.05 mm。采用3種灌溉方式，分別是低壓管灌，膜下滴灌、噴灌，即3個(gè)處理；其中低壓管灌處理種植行距為60 cm，每行株距為30 cm；膜下滴灌滴頭間距是30 cm，滴頭流量1.5～3 L/h，大小壟行距分別為80，40 cm，滴灌帶間距120 cm，每行株距為30 cm；噴灌處理種植行距為60 cm，每行株距為30 cm，噴灌強(qiáng)度為15 mm/h。灌水時(shí)間根據(jù)土壤含水率和玉米的長(zhǎng)勢(shì)確定，灌溉水量通過水表讀數(shù)得到。各灌溉技術(shù)的灌水時(shí)間和灌水量見表2。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

試驗(yàn)測(cè)定指標(biāo)包括土壤含水率、作物高度、作物莖粗、葉面積指數(shù)(LAI)、葉綠素含量、產(chǎn)量(果穗長(zhǎng)、果穗粗、果穗重、子粒重、百粒重)、生物量(葉片、葉鞘、莖、果實(shí))，具體測(cè)量方法如下。

(1) 土壤含水率。在試驗(yàn)地不同灌溉方式的測(cè)試田塊上、中、下游均勻選取6～9個(gè)采樣點(diǎn)，采樣工具為不銹鋼取土鉆，采用烘干法測(cè)定其土壤含水率。對(duì)每個(gè)采樣點(diǎn)按每層厚度20 cm采取土樣，共取5層，即100 cm。每次灌水前1 d和灌后1～2 d采集土樣測(cè)土壤含水率，遇降雨加測(cè)。

(2) 作物高度和莖粗。在三葉期、拔節(jié)期、抽雄期、灌漿期、成熟期測(cè)量玉米株高和莖粗，株高采用卷尺測(cè)量，莖粗采用游標(biāo)卡尺測(cè)量，每個(gè)處理重復(fù)取3株，取均值。

表2 試驗(yàn)處理情況

(3) LAI和葉綠素含量。在拔節(jié)期、抽雄期、灌漿期、成熟期，在考察不同生長(zhǎng)期生物產(chǎn)量的同時(shí)考察玉米的葉面積指數(shù)和葉綠素含量，每次采集植株樣品3株，葉面積指數(shù)通過對(duì)葉片長(zhǎng)和最大葉片寬的測(cè)量計(jì)算得來的，計(jì)算公式如下。葉綠素含量采用CCM-200葉綠素儀測(cè)定，可以比較精確地測(cè)定作物的葉綠素含量，同時(shí)不破壞植物，且操作簡(jiǎn)便。

(1)

式中：n為第j株玉米的總?cè)~片數(shù)；m為測(cè)定株數(shù)；ρ種為玉米種植密度；Lij為葉片長(zhǎng)度；Bij為葉片寬度 。

(4) 生物量。分別在拔節(jié)期、抽雄期、灌漿期和成熟期進(jìn)行取樣，測(cè)量不同生長(zhǎng)期生物產(chǎn)量，每個(gè)處理每次采集3株植株樣品，取地上部分，置于電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱中，在105℃下殺青30 min，繼而維持在85℃恒溫下烘干，之后用電子天平分別稱其葉片、葉鞘、莖(枝)、果實(shí)重量總和。

(5) 產(chǎn)量。理論產(chǎn)量在玉米成熟期測(cè)定，每個(gè)處理取15株在室內(nèi)進(jìn)行考種測(cè)量，考察產(chǎn)量構(gòu)成因素。理論產(chǎn)量由株籽粒重、有效株數(shù)得到，考種方法同常規(guī)。實(shí)際產(chǎn)量在收獲后由實(shí)際的籽粒產(chǎn)量得出。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤水分變化動(dòng)態(tài)

從圖1中可以看到，3種處理的灌溉定額相同時(shí)，灌水次數(shù)的變化對(duì)土壤含水率有較大影響，進(jìn)而影響作物的生長(zhǎng)發(fā)育。灌水次數(shù)較多的處理即膜下滴灌方式下，1 m土層的平均含水率波動(dòng)幅度較小，尤其在拔節(jié)—抽穗期土壤水分能保持在一個(gè)比較穩(wěn)定的范圍。玉米在整個(gè)生長(zhǎng)期內(nèi)需要經(jīng)歷兩次土壤水分消耗較大的時(shí)期：拔節(jié)—大喇叭口、抽穗—乳熟期，在這兩個(gè)階段里，土壤含水率分布呈V字型；在6月17日(拔節(jié)期)和8月17日(灌漿期)土壤含水率分別降至(12.83%～14.30%和14.05%～15.75%)。7月17日的土壤含水率出現(xiàn)最高峰，是因?yàn)?月16日通遼市科爾沁左翼中旗有89 mm的降雨。

圖1 不同灌溉處理下的土壤含水率

2.2 不同灌溉方式對(duì)玉米株高的影響

從圖2可以看出，在玉米的整個(gè)生育階段中，3種灌溉方式處理下株高的變化趨勢(shì)基本一致，均出現(xiàn)前期和中期植株生長(zhǎng)旺盛、增長(zhǎng)較快的趨勢(shì)，到后期增長(zhǎng)變化速率較小，其中玉米拔節(jié)期—抽雄期的增長(zhǎng)變化率最大，此時(shí)作物對(duì)水分的消耗較大。而到灌漿期—成熟期，在此時(shí)由于玉米大量積聚營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，株高生長(zhǎng)速率減緩。受不同灌溉方式的影響，在整個(gè)生長(zhǎng)期內(nèi)，膜下滴灌條件下玉米株高高于噴灌、低壓管灌，噴灌下玉米株高高于低壓管灌。

圖2 生長(zhǎng)期內(nèi)不同灌溉方式下玉米株高

2.3 不同灌溉方式對(duì)玉米莖粗的影響

3種灌溉方式處理下玉米莖粗均在灌漿期達(dá)到峰值，之后卻呈降低的趨勢(shì)，這是由于玉米植株在灌漿開始時(shí)，果實(shí)的生長(zhǎng)會(huì)需要很大部分營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，而用于植株生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)就會(huì)降低。由圖3可知，在整個(gè)生長(zhǎng)期內(nèi)，膜下滴灌條件下玉米莖粗最大、噴灌次之、低壓管灌最小，不同灌溉方式對(duì)玉米莖粗有一定影響。

2.4 不同灌溉方式對(duì)玉米葉面積指數(shù)和葉綠素含量的影響

葉面積指數(shù)是一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的指標(biāo)，在某種程度上可以表征作物的生理活動(dòng)狀況[12]，從圖4—5可以看出，玉米葉面積指數(shù)和葉綠素含量均在灌漿期達(dá)到極值，此時(shí)葉片發(fā)育較完全，而在成熟期時(shí)，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)用于果實(shí)生長(zhǎng)，所以葉片會(huì)相應(yīng)萎縮，導(dǎo)致葉面積指數(shù)和葉綠素含量會(huì)相應(yīng)減小。

圖3 生長(zhǎng)期內(nèi)不同灌溉方式下玉米莖粗

圖4 生長(zhǎng)期內(nèi)不同灌溉方式下玉米葉面積指數(shù)

圖5 生長(zhǎng)期內(nèi)不同灌溉方式下玉米葉綠素含量

玉米植株在前期和中期生長(zhǎng)較旺盛，株高和徑粗在拔節(jié)期—抽雄期的生長(zhǎng)速率較大；而葉面積指數(shù)最大值同樣出現(xiàn)在灌漿期，在拔節(jié)期—抽雄期的變化速率最大，從植株的生理變化中可以看出，在進(jìn)行灌水處理時(shí)首先應(yīng)對(duì)植株變化速率較大的階段進(jìn)行灌水，以滿足植株的生理需求，保證作物的產(chǎn)量。

2.5 不同灌溉方式對(duì)玉米生物量的影響

生物量可以較好地反映作物生長(zhǎng)期內(nèi)的植株生長(zhǎng)狀況[13-14]。從圖6可以看出，在整個(gè)生長(zhǎng)期內(nèi)，玉米植株在抽雄期—灌漿期生長(zhǎng)速度最快，滴灌條件下高于噴灌和漫灌，各生長(zhǎng)期的差異都較為明顯。這說明不同灌溉方式對(duì)玉米生物量影響較大。

圖6 生長(zhǎng)期內(nèi)不同灌溉方式下玉米生物量

2.6 不同灌溉方式對(duì)玉米產(chǎn)量的影響

表3表明，膜下滴灌和噴灌的百粒重分別重于低壓管灌8.64%，6.68%；膜下滴灌和噴灌的百粒重分別重于低壓管灌6.08%，4.45%；理論產(chǎn)量膜下滴灌大于噴灌3.07%，大于低壓管灌7.66%，噴灌大于低壓管灌4.84%；實(shí)際產(chǎn)量膜下滴灌大于噴灌2.85%，大于低壓管灌7.83%，噴灌大于低壓管灌4.84%。這表明，3種灌溉方式下，膜下滴灌效果最好，噴灌次之。

表3 不同灌溉方式對(duì)玉米產(chǎn)量的影響

3 討論與結(jié)論

玉米在生長(zhǎng)發(fā)育過程中，會(huì)受到很多因素的影響，任何一個(gè)影響因素都有可能對(duì)植株生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量構(gòu)成等產(chǎn)生影響，其中灌水量是一個(gè)很重要的因素，本文研究設(shè)置3種處理，即低壓管灌、膜下滴灌、噴灌。三種處理的灌溉定額相同，但是灌水次數(shù)卻有不同，每次的灌水量也不同，結(jié)果可知3種處理對(duì)土壤水分含量變化有較大影響，灌水次數(shù)較多的處理即膜下滴灌方式下，土壤平均含水率波動(dòng)幅度較小，土壤水分能保持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的范圍。

不同的灌溉方式對(duì)玉米生物量、產(chǎn)量也有明顯影響。玉米植株的生長(zhǎng)高度、莖粗、LAI和葉綠素含量可以反映其產(chǎn)量，因此對(duì)玉米株高、莖粗、LAI及葉綠素含量的考察是非常有必要的。本文研究中：(1) 株高。在三葉期時(shí)，膜下滴灌和噴灌、低壓管灌差異非常??；而之后的生長(zhǎng)期內(nèi)膜下滴灌和噴灌差異呈平穩(wěn)趨勢(shì)，為2.98%～4.71%；在拔節(jié)期到抽雄期，膜下滴灌和低壓管灌差異較大，為10.29%～11.17%；在抽雄期，噴灌和低壓管灌差異較大，為7.46%。(2) 莖粗。在整個(gè)生長(zhǎng)期內(nèi)，膜下滴灌和噴灌的差異趨于平穩(wěn)，為1.55%～4.43%；在抽雄期及成熟期，膜下滴灌和低壓管灌的差異較大，為8.98%及7.49%；噴灌和低壓管灌在灌漿期差異非常小，在其他生長(zhǎng)期差異為2.11%～4.69%。(3) LAI。在拔節(jié)期，膜下滴灌和噴灌差異較大，為6.05%，其他時(shí)期相對(duì)較?。怀酀{期外，膜下滴灌和低壓管灌差異較大，為6.17%～8.76%；在整個(gè)生長(zhǎng)期內(nèi)，噴灌和低壓管灌差異較小，為2.16%～4.04%。(4) 葉綠素含量。在成熟期，膜下滴灌和噴灌差異較大，為13.3%；在抽雄期和成熟期，膜下滴灌和低壓管灌差異較大，為18.66%和22.25%；在抽雄期和成熟期，膜下滴灌和低壓管灌差異較大，為11.65%和7.9%。(5) 生物量。在整個(gè)生長(zhǎng)期內(nèi)，膜下滴灌高于噴灌，噴灌高于低壓管灌，特別是拔節(jié)期差異最大，膜下滴灌高于噴灌46.74%，高于低壓管灌98.81%，噴灌高于低壓管灌35.49%。(6) 產(chǎn)量。膜下滴灌實(shí)際產(chǎn)量大于噴灌2.85%，大于低壓管灌7.83%，噴灌大于低壓管灌4.84%。(7) 百粒重、株籽粒重。膜下滴灌、噴灌明顯重于低壓管灌。由以上結(jié)論可知，3種灌溉方式中，膜下滴灌優(yōu)于噴灌，噴灌優(yōu)于低壓管灌。

本文結(jié)論與李英[6]及李鐵男[10]等研究的不同灌溉方式對(duì)玉米生物量影響的結(jié)論大體相符，膜下滴灌效果最好、噴灌次之、漫灌最差。但是兩文中試驗(yàn)設(shè)置的灌溉方式下的灌溉定額相差很大，理論上來說充足的水分是保證玉米生長(zhǎng)的最主要因素，而不同灌溉方式只是會(huì)影響玉米對(duì)灌溉水分的吸收，這會(huì)對(duì)玉米的生長(zhǎng)造成差異。因此試驗(yàn)應(yīng)該設(shè)定不同灌溉方式下的灌水定額相同，否則無法說明是灌水量對(duì)玉米生長(zhǎng)的影響還是不同灌溉方式對(duì)玉米生長(zhǎng)的影響。本文是基于不同灌溉方式對(duì)玉米植株生長(zhǎng)參數(shù)的研究，雖然3個(gè)處理的灌溉定額是相同的，但是灌水次數(shù)卻不相同，所選的試驗(yàn)地點(diǎn)的土壤也不能完全相同，各土層的土質(zhì)會(huì)有些差異，這些都可能會(huì)給試驗(yàn)結(jié)果造成影響。

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EffectsofDifferentIrrigationMethodsonMaizePlantGrowthParametersandYield

WEI Zihan1,2, WEI Zhanmin2, LI Chunqiang3， BIAN Xinyang1, LI Zhihong1

(1.KinglandMuHeWater-SavingEquipmentLimitedCompany，Chifeng,InnerMongolia024500,China;2.CollegeofWaterConservancyandCivilEngineering,InnerMongoliaAgriculturalUniversity,Hohhot010018,China; 3.InnerMongoliaFangyuanConstructionEngineeringLimitedCompany,Chifeng,InnerMongolia024000,China)

In order to explore the effects of different water saving irrigation methods on maize plant growth parameters and yield, three water-saving irrigation methods of low pressure pipe irrigation, drip irrigation under film and sprinkler irrigation were chosen in Tongliao City of Inner Mongolia. And under the same irrigation quota in the whole growth period, we observed soil moisture change, plant height, stem diameter, leaf area index, chlorophyll content, biomass, plant grain weight of maize and so on in the whole growth period. The results showed as the following. Different irrigation times had great effect on soil moisture content under the same irrigation quota, which affected crop growth. Effects of different water-saving irrigation methods on maize plant growth and yield were also significant. In the whole growth period, maize biomass of drip irrigation under film mulch was higher than that of sprinkler irrigation, that of sprinkler irrigation was higher than that of low pressure pipe irrigation, that of drip irrigation under film mulch was 46.74% higher than that of sprinkler irrigation and 98.81% higher than that of low pressure pipe irrigation, that of sprinkler irrigation was 35.49% higher by than that of low pressure pipe irrigation. The actual production of drip irrigation under film mulch was 2.85% greater than that of sprinkler irrigation, and 7.83% greater than that of low pressure pipe irrigation, that of sprinkler irrigation is 4.84% greater than that of low pressure pipe irrigation. In general, the three irrigation methods, drip irrigation under film was the best, followed by sprinkler irrigation, and the low pressure pipe irrigation came next.

irrigation methods; maize; plant growth parameters; yield

2016-05-20

：2016-06-13

內(nèi)蒙古自治區(qū)水利廳專項(xiàng)“內(nèi)蒙古大型灌區(qū)灌溉水利用效率測(cè)試與分析”

魏子涵(1989—),女,內(nèi)蒙古赤峰人,碩士研究生,研究方向?yàn)楣?jié)水灌溉理論與管理決策。E-mail:weizihan2008@126.com

魏占民(1960—),男,內(nèi)蒙古呼和浩特人,教授,博士生導(dǎo)師,主要從事節(jié)水灌溉理論與新技術(shù)研究。E-mail:wei_zhanmin@aliyun.com

S275

：A

：1005-3409(2017)03-0183-05