張 冉 , 張照娜 , 陸禹闊 , 許超前 , 史東旭 , 賈 悅
(河北水利電力學(xué)院遙感與智慧水利創(chuàng)新中心,河北 滄州 061001)
我國(guó)旱區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉是用水大戶,水資源已成為制約旱區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展及生態(tài)環(huán)境健康的關(guān)鍵因素,破解旱區(qū)“水危機(jī)”的關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)高效用水[1]。玉米作為我國(guó)第一大糧食作物[2],同時(shí)也是我國(guó)種植率第一的旱作物,在我國(guó)旱區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有十分重要的地位[3]。河北省是我國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)作物生產(chǎn)基地,也是我國(guó)主要旱區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地,春玉米在河北省農(nóng)業(yè)發(fā)展中扮演著十分重要的角色,其產(chǎn)值直接影響河北省農(nóng)業(yè)產(chǎn)值的發(fā)展。但近年來由于土地干旱嚴(yán)重,依照傳統(tǒng)方法灌溉已經(jīng)不能滿足當(dāng)今的需求,地下水的過度開采已經(jīng)導(dǎo)致河北省多地出現(xiàn)了地下水降落漏斗現(xiàn)象[4-5],找到一種新的、適合旱作物的灌溉方法迫在眉睫。覆膜灌溉是目前廣泛采用的一種節(jié)水農(nóng)藝措施[6],已有研究表明,覆膜灌溉能夠減少土壤水分損失、調(diào)節(jié)土壤溫度、增加降雨入滲、提高土壤保水力,加快作物生育進(jìn)程,顯著增加作物產(chǎn)量[7],同時(shí)還具備有效抑制土壤蒸發(fā)、提高土壤水分有效性[8]、活化土壤養(yǎng)分、抑制雜草及病蟲害等功能[9-11]。大量研究結(jié)果表明,覆膜灌溉可通過影響作物干物質(zhì)積累,從而顯著提高春玉米產(chǎn)量[12-27]。因此,為進(jìn)一步緩解河北省的農(nóng)業(yè)用水問題,提高河北省旱作物產(chǎn)值,本研究以春玉米為研究對(duì)象,研究覆膜灌溉對(duì)春玉米生長(zhǎng)生理及產(chǎn)量的影響,研究結(jié)論可為河北省作物覆膜灌溉制度的制定提供參考。
本次試驗(yàn)在衡水市節(jié)水灌溉試驗(yàn)站進(jìn)行。選擇春玉米為研究對(duì)象,每年5 月初播種,9 月底收獲。分別設(shè)置用于對(duì)照的不覆膜處理(CK)和覆膜處理(PM)共2 種處理,每個(gè)處理設(shè)置3 組重復(fù)試驗(yàn),地膜采用寬80 cm、厚0.04 mm 的規(guī)格。玉米株行距為50 cm×30 cm,每個(gè)處理播種時(shí)秸稈還田,并按當(dāng)?shù)胤N植習(xí)慣以復(fù)合肥為底肥,畝用量70 kg,無追肥。覆膜處理除覆膜外,其他均與不覆膜處理完全相同。
1.2.1春玉米生長(zhǎng)指標(biāo)測(cè)定
每年6 月初開始測(cè)定春玉米株高和葉面積,每10天測(cè)定1 次。利用卷尺測(cè)量玉米葉片的長(zhǎng)度和寬度,計(jì)算單片葉面積后相加得到整體葉面積(GLAI),每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)選擇5株玉米,取平均值。
1.2.2春玉米光合作用測(cè)定
采用LCPro+光合儀,對(duì)不同生育期不同處理的春玉米進(jìn)行蒸騰速率(Tr)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、凈光合速率(Pn)及胞間CO2濃度(Ci)的測(cè)定。測(cè)量時(shí)間為每天上午9 點(diǎn),選擇晴天觀測(cè)。每個(gè)處理選1 株,固定同一方位的3個(gè)葉片進(jìn)行測(cè)定。
1.2.3春玉米產(chǎn)量測(cè)定
對(duì)不同處理的春玉米產(chǎn)量進(jìn)行測(cè)定,統(tǒng)計(jì)實(shí)際產(chǎn)量,折合成公頃產(chǎn)量,并分別測(cè)定玉米穗數(shù)、穗粗、穗重、百粒重等農(nóng)藝性狀。
本研究數(shù)據(jù)主要采用Excel 2019 進(jìn)行處理,數(shù)據(jù)顯著性采用SPSS10.0 進(jìn)行分析,圖表采用Origin 2018軟件作圖。
圖1 為不同處理對(duì)春玉米葉面積指數(shù)(GLAI)的影響。由圖1可知,覆膜處理下的春玉米GLAI比不覆膜處理狀態(tài)下的春玉米提前10天達(dá)到峰值,且數(shù)值高于不覆膜處理下峰值數(shù)據(jù)。在玉米出苗后的前80 天,覆膜處理下的GLAI 數(shù)值始終高于不覆膜處理下的GLAI數(shù)值,且上升速度較快。覆膜和不覆膜處理下的GLAI均在到達(dá)峰值后持續(xù)下降,但對(duì)比覆膜處理下的GLAI,不覆膜處理下的GLAI數(shù)值下降速度較為平緩。由圖1 可知,在播種后玉米生長(zhǎng)前期里覆膜處理使玉米葉面積指數(shù)增大,光合作用變強(qiáng),促進(jìn)了作物的生長(zhǎng)發(fā)育,增加了物質(zhì)積累量,從而增加了玉米的產(chǎn)量。
圖1 不同處理春玉米葉面積指數(shù)對(duì)比
圖2 為不同處理對(duì)春玉米株高的影響。由圖2 可知,覆膜和不覆膜處理的春玉米為同時(shí)播種,幾乎同在播種第20 天出苗,但是覆膜處理下的株高明顯高于不覆膜處理下的株高,且全程覆膜的株高明顯高于不覆膜處理的。表明地膜覆蓋對(duì)春玉米的生育期有顯著影響,因?yàn)榈啬じ采w增加了土壤溫度,保蓄了土壤水分,增強(qiáng)了春玉米生長(zhǎng)和抗旱能力,同時(shí),也加快了作物的同化速率,從而促進(jìn)春玉米提早成熟。申麗霞等[28]的研究表明,覆膜處理使春玉米生育進(jìn)程加快,與本研究結(jié)論基本一致。
圖2 不同處理春玉米株高對(duì)比
圖3 為不同處理對(duì)春玉米凈光合速率(Pn)的影響。由圖3 可知,不同處理在不同生育期對(duì)春玉米Pn的影響不同。隨著生育期的進(jìn)行,春玉米Pn呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì),這與葉片的發(fā)育程度有關(guān)。相同生育期內(nèi),覆膜處理的Pn高于不覆膜處理,且在苗期、拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期4 個(gè)生育期內(nèi),春玉米Pn不同處理間的差異達(dá)到了顯著水平(P<0.05)。在成熟期,覆膜處理春玉米Pn雖高于不覆膜處理,但處理間差異未達(dá)顯著水平(P>0.05)。綜上所述,覆膜處理可提高春玉米的凈光合速率。
圖3 不同處理春玉米凈光合速率對(duì)比
圖4 為不同處理對(duì)春玉米蒸騰速率(Tr)的影響。由圖4 可知,不同處理在不同生育期對(duì)春玉米Tr的影響不同。隨著生育期的進(jìn)行,春玉米Tr呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì),這與葉片的發(fā)育程度有關(guān)。相同生育期內(nèi),覆膜處理的Tr高于不覆膜處理,且在苗期、拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期4 個(gè)生育期內(nèi),春玉米Tr不同處理間的差異達(dá)到了顯著水平(P<0.05)。在成熟期,覆膜處理春玉米Tr雖高于不覆膜處理,但處理間差異未達(dá)顯著水平(P>0.05)。綜上所述,覆膜處理可提高春玉米的蒸騰速率。
圖4 不同處理春玉米蒸騰速率對(duì)比
圖5 為不同處理對(duì)春玉米氣孔導(dǎo)度(Gs)的影響。由圖5 可知,不同處理在不同生育期對(duì)春玉米氣孔導(dǎo)度的影響不同。隨著生育期的進(jìn)行,春玉米氣孔導(dǎo)度呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì),這與葉片的發(fā)育程度有關(guān)。相同生育期內(nèi),覆膜處理的氣孔導(dǎo)度高于不覆膜處理,且在苗期、拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期4 個(gè)生育期內(nèi),春玉米氣孔導(dǎo)度在不同處理下的差異達(dá)到了顯著水平(P<0.05)。在成熟期,覆膜處理春玉米氣孔導(dǎo)度雖高于不覆膜處理,但處理間差異未達(dá)顯著水平(P>0.05)。綜上所述,覆膜處理可提高春玉米的氣孔導(dǎo)度。
圖5 不同處理春玉米氣孔導(dǎo)度對(duì)比
圖6 為不同處理對(duì)春玉米胞間CO2濃度(Ci)的影響。由圖6 可知,不同處理在不同生育期對(duì)春玉米Ci的影響不同。隨著生育期的進(jìn)行,春玉米Ci呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì),這與葉片的發(fā)育程度有關(guān)。相同生育期內(nèi),覆膜處理的Ci高于不覆膜處理,且在苗期、拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期4 個(gè)生育期內(nèi),春玉米不同處理間Ci的差異達(dá)到了顯著水平(P<0.05)。在成熟期,覆膜處理春玉米Ci雖高于不覆膜處理,但處理間差異未達(dá)顯著水平(P>0.05)。綜上所述,覆膜處理可提高春玉米的胞間CO2濃度。
圖6 不同處理春玉米胞間CO2濃度對(duì)比
表1 為不同處理對(duì)春玉米產(chǎn)量的影響。由表1 可知,不同處理之間春玉米產(chǎn)量不同。其中,覆膜處理后的春玉米產(chǎn)量提高明顯。覆膜處理的穗數(shù)高于不覆膜處理,但處理間差異未達(dá)顯著水平(P>0.05)。覆膜處理的平均穗粗達(dá)到了47.93 mm,較不覆膜處理高出了5.6%,且處理間差異達(dá)到了顯著水平(P<0.05)。覆膜處理的平均穗重達(dá)到了214.13 g,較不覆膜處理高出了20.4%,且處理間差異達(dá)到了顯著水平(P<0.05)。覆膜處理的平均百粒重達(dá)到了31.23 g,較不覆膜處理高出了13.8%,經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量達(dá)到了12 700 kg/hm2,較不覆膜處理高出了7.6%,且處理間差異均達(dá)到了顯著水平(P<0.05)。綜上所述,覆膜處理可通過調(diào)節(jié)春玉米生長(zhǎng)生理作用,從而提高產(chǎn)量。
表1 不同處理春玉米產(chǎn)量對(duì)比
通過采用LCPro+光合儀,對(duì)不同生育期不同處理的春玉米進(jìn)行蒸騰速率(Tr)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、凈光合速率(Pn)及胞間CO2濃度(Ci)的測(cè)定數(shù)據(jù)研究,發(fā)現(xiàn)覆膜處理下的春玉米覆膜處理相比于不覆膜處理下的數(shù)據(jù)來說,更適合春玉米的生長(zhǎng)發(fā)育。覆膜灌溉提高了土壤溫度,促進(jìn)了玉米的生長(zhǎng),縮短了玉米的生長(zhǎng)周期。覆膜處理使玉米的葉面積指數(shù)發(fā)生了變化,加強(qiáng)了春玉米葉片的光合作用,增加了物質(zhì)的積累量,使玉米產(chǎn)量增加。覆膜灌溉處理減少了土壤水分的蒸發(fā),增加了水分利用率,達(dá)到了農(nóng)業(yè)高效用水的目的。綜上所述,相對(duì)于不覆膜灌溉下的春玉米,覆膜灌溉下的春玉米生長(zhǎng)速率較快,生理狀態(tài)較好且產(chǎn)量高。