膜下滴灌不同種植密度對玉米生長及水分利用的影響

劉秋麗，王永紅

(山西省水利水電科學(xué)研究院，太原 030002)

玉米是山西主要的糧食作物之一[1]。據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局山西調(diào)查總隊(duì)的最新調(diào)查，2016年山西省玉米種植面積為162.48 萬hm2[2]。干旱是制約玉米高產(chǎn)的關(guān)鍵因素[3]。水資源短缺限制了山西北部地區(qū)玉米的生長，對玉米產(chǎn)量影響較大。高效節(jié)水灌溉技術(shù)是研究玉米節(jié)水高產(chǎn)的重要組成部分[4]。膜下滴灌是將覆膜種植與滴灌相結(jié)合，是能夠利用少量的水達(dá)到節(jié)水、保墑、保溫、保產(chǎn)增產(chǎn)等的高效節(jié)水灌溉新技術(shù)[5]。近年來，膜下滴灌技術(shù)在我國大部分地區(qū)得到廣泛應(yīng)用，有效緩解了玉米生育期的干旱缺水問題，提高水分利用效率[6]。目前，膜下滴灌條件下玉米種植模式的研究較多，但在玉米種植密度上的研究較少[7-11]。為此在大同市陽高縣北徐屯鄉(xiāng)南徐屯村進(jìn)行田間試驗(yàn)，研究不同種植密度對膜下滴灌玉米特性、產(chǎn)量和土壤水分、耗水特性、灌溉水分利用效率及效益的影響。為玉米膜下滴灌科學(xué)合理種植提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于大同市陽高縣北徐屯鄉(xiāng)南徐屯村。供試土壤為耕種硫酸鹽鹽化草甸土，土層3 m以上土壤質(zhì)地為砂壤土和輕壤土，肥力水平較低。供試土壤主要物理化學(xué)性質(zhì)如表1所示。

表1 供試土壤理化性狀

Tab.1 Physical and chemical properties of the tested soil

取樣層次/cm有機(jī)質(zhì)/(g·kg-1)全氮/(mg·kg-1)有效磷/(mg·kg-1)速效鉀/(mg·kg-1)堿解氮/(mg·kg-1)鹽分容重/(g·cm-3)pH0～3013.90.675.4851655.41.48.1

1.1.2 供試作物及種植方式

玉米品種選用適合當(dāng)?shù)孛芗N植的利民33號。播種前基施磷酸二氫鉀 450 kg/hm2。采用寬窄行的“一膜一帶二行玉米”種植模式，其中窄行覆膜，膜內(nèi)玉米行寬40 cm，寬行間距60 cm，見圖1。每種植12行玉米作為一個(gè)小區(qū)。出苗后按當(dāng)?shù)亓?xí)慣進(jìn)行田間管理。4 月 6日播種，9月底收獲。

圖1 玉米膜下滴灌種植模式圖(單位：cm)Fig.1 Schematic diagram of drip irrigation under corn film

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)計(jì)7.5、8.25、9 萬株/hm23個(gè)膜下滴灌玉米種植密度處理。玉米生育期灌溉方式、灌水日期相同。整個(gè)生育期灌水4次、灌水定額225 m3/hm2。分別在拔節(jié)期(7月9日)、抽穗期(7月31日、8月17日)、灌漿期(8月28日)灌水。每個(gè)處理均作3次重復(fù)試驗(yàn)，共計(jì)9個(gè)小區(qū)。

1.3 測試指標(biāo)及方法

(1)玉米生長性狀測定。每小區(qū)選5株有代表性的玉米掛牌，分別在6月15日、7月10日、7月29日、8月17日、8月28日、9月12日用卷尺量測玉米的葉長、葉寬、株高。用米格紙測量葉子的葉面積系數(shù)，然后計(jì)算玉米的葉面積指數(shù)。

(2)品質(zhì)及產(chǎn)量測定。采取烘干法測定干物質(zhì)含量。玉米收獲后按實(shí)收測產(chǎn)。用烘干法測籽粒含水率。

(3)土壤含水率測定。每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)的觀測點(diǎn)均是在滴灌管下、膜下玉米株間、兩膜中心。利用Star-S406水分觀測儀以10 cm為步長觀測至80 cm深。

(4)玉米灌溉水分利用效率[12]。

IWUE=Y/I

(1)

式中：IWUE為玉米灌溉水分利用效率，kg/m3；Y為玉米籽粒產(chǎn)量，kg/hm2；I為玉米生育期灌溉定額，m3/hm2。

1.4 數(shù)據(jù)分析

利用 SPSS11.7統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，最小顯著差異法(LSD)進(jìn)行多重比較，origin8.0軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 玉米生長特性

2.1.1 玉米的葉長、葉寬

本項(xiàng)目在每個(gè)小區(qū)選取5株玉米，分別測試葉長葉寬，全生育期共測6次，給出了不同種植條件下玉米生育期所有葉長葉寬的平均值，如圖2和圖3所示。

圖2 生育期玉米葉長變化曲線Fig.2 Growth curve of corn leaf length during growth period

圖3 生育期玉米葉寬變化曲線Fig.3 Change curve of corn leaf width during growth period

由圖2和圖3可看出，膜下滴灌灌水定額、灌水日期均一致的條件下，種植密度對玉米的葉長、葉寬有一定影響。葉片長、寬均隨時(shí)間的增加而增加。7月10日之前不同處理玉米葉片長、寬的長勢差異性很小，之后差異顯著。全生育期內(nèi)玉米葉長、葉寬均是在8月中旬之前增長速率較大，之后增長緩慢。密度8.25 萬株/hm2玉米的葉長較大，與其他處理差異顯著。密度7.5、9 萬株/hm2玉米的葉長長勢基本一致，差異較小。3個(gè)密度處理下玉米的葉寬長勢差異較小。

2.1.2 玉米葉面積指數(shù)

從圖4看出，種植密度，灌溉方式對玉米葉面積指數(shù)有一定程度的影響。葉面積指數(shù)反應(yīng)試驗(yàn)區(qū)玉米整體生長情況，直接關(guān)系到玉米產(chǎn)量高低。3個(gè)處理下玉米的葉面積指數(shù)均隨時(shí)間增加呈由小到大再稍減小的趨勢。7月29日左右達(dá)到生長峰值，之后隨時(shí)間略有下降。密度8.25 萬株/hm2的玉米葉面積指數(shù)最大，7月29日達(dá)到峰值，其值在5.86。7.5 萬株/hm2次之，9 萬株/hm2處理最小。種植密度影響玉米的葉面積指數(shù)。密度低，葉面積指數(shù)則低。過度密植，則玉米長勢稠密影響玉米整體透光度，葉面積指數(shù)則低。

圖4 生育期玉米葉面積指數(shù)變化曲線Fig.4 Change curve of maize leaf area index during growth period

2.1.3 玉米株高

利用 SPSS 17軟件對玉米全生育期內(nèi)的株高數(shù)值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，用單變量及 LSD方法進(jìn)行均數(shù)間的兩兩比較。

由表2可以看出，種植密度的大小影響玉米植株對水分養(yǎng)分的吸收，進(jìn)而影響植株的株高。全生育期內(nèi)，密度8.25 萬株/hm2處理玉米株高較高，長勢較好，與其他處理之間差異顯著。到8月28日時(shí)，與7.5、9 萬株/hm2的處理相比，株高分別增加10.6、12.3 cm。玉米株高的增長速度趨勢是先快后慢，株高隨時(shí)間的增加先增大后稍減小至不再隨時(shí)間變化。因?yàn)橛衩酌缙?、拔?jié)期以及抽穗前期生長速度較快，抽穗之后開始果實(shí)的灌漿生長，株高不再變化。

表2 生育期玉米的平均株高cm

Tab.2 Average plant height of growing maize

處理名稱生育期0615071007290817082809127.50萬株/hm252.7a130.7a238.3a245.3a238.7a231.7a8.25萬株/hm261.0b160.0c247.3c245.3a249.3c239.3b9.00萬株/hm260.3ab132.3b230.3b232.3b237.0b232.3a

注：表中數(shù)據(jù)后同列不同小寫字母表示差異顯著(α= 0.05)；下表同。

2.2 土壤水分運(yùn)移

由圖5可看出，不同玉米種植密度下土壤含水率隨時(shí)間的變化趨勢總體一致，呈波浪形曲線變化。全生育期以密度7.5 萬株/hm2處理的土壤含水率最大，8.25 萬株/hm2處理的土壤含水率最小，其中7.5、9 萬株/hm2這兩個(gè)處理的土壤含水率差異不大。玉米拔節(jié)期、抽穗期土壤含水率變化幅度較大，且在7月29日測得的含水率最大，灌漿期土壤含水率減小。這是因?yàn)榘喂?jié)、抽穗期玉米處于生長旺盛時(shí)期，由于灌溉次數(shù)增加使得土壤含水率增大。

圖5 全生育期含水率隨時(shí)間的變化曲線Fig.5 Curve of water content with time in the whole growth period

圖6給出了不同處理下玉米在拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期的土壤剖面含水率。由圖6看出玉米不同生長期土壤垂向含水率變化幅度稍有不同，但各生育期0～80 cm 土層土壤含水率變化總體趨勢基本一致。在0～50 cm土層范圍內(nèi)土壤含水率隨土層深度的增加而增加，50 cm土層以下反之。土壤含水率大小順序：7.5 萬株/hm2>9 萬株/hm2>8.25 萬株/hm2。各生育期垂向0～50 cm土層含水率變幅較大，各處理間含水率差異顯著。50～80 cm土層含水率呈下降趨勢，變化幅度較小，各處理間含水率差異較小。

圖6 土壤剖面含水率Fig.6 Soil profile moisture content

2.3 產(chǎn)量及水分利用率

表3為3個(gè)種植密度處理下玉米的干物質(zhì)特性、產(chǎn)量、耗水、灌溉水利用效率及效益。由表3看出，膜下滴灌3個(gè)密度處理的玉米葉片干重、莖干重、產(chǎn)量、灌溉水分利用率及效益均有一定差異。7.5 萬株/hm2玉米的單株莖干重、單株籽粒干重最大。因?yàn)榉N植密度低，玉米的透光性好，單株吸收水氮量大，有利于玉米生長。密度8.25 萬株/hm2玉米單株葉干重、莖干重、產(chǎn)量、灌溉水分利用率及效益最大，與其他處理之間差異顯著。7.5 萬株/hm2次之，9 萬株/hm2最小。密度8.25與7.5、9 萬株/hm2相比，分別增產(chǎn)14.77%、32.45%，田間耗水量分別減少82.04、74.23 m3/hm2，灌溉水分利用率分別增加1.13、2.14 kg/m3，效益分別增長1 619.61、3 083.37 元/hm2?？梢?，其他條件相同，種植密度大小影響玉米的生長，進(jìn)而影響玉米產(chǎn)量及灌溉水分利用效率。綜上認(rèn)為膜下滴灌種植密度8.25 萬株/hm2，灌水定額225 m3/hm2，是本試驗(yàn)條件下“利民33號”較適宜的種植密度。

表3 玉米的產(chǎn)量、灌溉水分利用率(IWUE)

Tab.3 Corn yield and water use efficiency

處理單株葉干重/g單株莖干重/g單株籽粒干重/g實(shí)際產(chǎn)量/(kg·hm-2)耗水量/(m3·hm-2)IWUE/(kg·m-3)效益/(元·hm-2)7.50萬株/hm225.65a54.32a162.51a6852.75a4238.52a7.61a4139.41a8.25萬株/hm227.38a44.51b150.44b7864.95c4156.48b8.74c5759.02b9.00萬株/hm222.25b44.63b148.34b5937.90b4230.71a6.60b2675.65c

3 結(jié) 語

(1)種植密度影響玉米的生長特性。玉米葉片長寬隨時(shí)間的變化呈現(xiàn)增加趨勢。葉面積指數(shù)隨時(shí)間增加呈現(xiàn)由小到大再稍微減小的趨勢。株高隨時(shí)間的增加先增大后減小。密度8.25 萬株/hm2的玉米長勢較好，其葉長葉寬、葉面積指數(shù)及株高最大，7.5 萬株/hm2次之。

(2)3個(gè)密度處理下土壤含水率隨時(shí)間的變化趨勢總體一致，呈波浪形曲線變化。密度為7.5 萬株/hm2時(shí)的土壤含水率最大，8.25 萬株/hm2的土壤含水率最小。玉米各生育期垂向0～80 cm 土層土壤含水率變化總體趨勢基本一致。在0～50 cm土層范圍內(nèi)土壤含水率隨土層深度的增加而增加，50 cm土層以下反之。

(3)膜下滴灌3個(gè)密度處理的玉米葉干重、莖干重、產(chǎn)量、灌溉水分利用效率及效益均有一定差異。密度8.25與7.5、9 萬株/hm2相比，減少了田間耗水量，提高了灌溉水分利用率、產(chǎn)量及效益?？梢?，覆膜滴灌條件下種植密度對玉米的生長、產(chǎn)量、灌溉水分利用效率及其生產(chǎn)效益有很大影響。