滴灌條件下不同覆膜方式的玉米產量和WUE

何富博，呂國梁

(1. 黑龍江農墾現代農業工程設計有限公司，哈爾濱150090;2. 黑龍江農墾綏化管理局水務局，黑龍江 綏化152054)

農田灌溉是農業用水大戶，其用水量約占農業用水總量的90%。我國水資源短缺，特別在北方地區，人均占有水資源量僅為936 m3，平均占有水資源為6 810 m3/hm2［1］。水分短缺嚴重限制了農業生產的提高，玉米作為北方夏季的主要作物，常因水分不足，產量難以提高，因此有限供水、何種方式供水，提高水資源高效利用的研究就顯得更具重要的現實意義。

滴灌是節水農業中最有效的措施之一，可以使作物根系層的水分條件始終處在最優狀態下，而避免了其它灌水方式產生的周期性水分過多和水分虧缺的情況。同時能夠保持土壤具有良好的透氣性，為作物根系的生長發育提供了良好的生長條件，從而能夠協調作物地上和地下部分的生長，為提高作物產量奠定了基礎［2－5］; 覆膜是利用其透光性好、導熱性差和不透氣等特性，改善農田的生態環境，促進農作物的生長發育，提高產量和品質的一種栽培新技術［6－8］; 壟向區田利用壟臺和壟溝間筑起的土擋攔蓄降雨，以緩解大強度降雨和低入滲的矛盾［9］。本文通過分析“不同覆膜方式+不同滴灌方式+壟向區田”相結合的集成措施對玉米土壤環境改善和產量構成因素的影響等，以其作為玉米高產節水栽培的理論依據。

1 項目區概況

試驗區選在黑龍江省杜蒙縣一心鄉，該區位于黑龍江省西南部，地處松嫩平原腹地，平均海拔152 m。地處中緯度，屬溫帶大陸性季風氣候。氣候基本特點: 冬長雪少，天氣寒冷;夏短濕熱，降水集中; 春季風大，氣候干燥; 秋涼氣爽，時有早霜。年平均氣溫3.6℃～4.4℃，南北相差1℃。1月份最冷，平均氣溫－19.5℃，7月份最熱，平均氣溫23.4℃。月平均氣溫穩定在0℃以上的日數210 d。平均≥10℃的日數148 d。2 601℃～2 750℃的積溫保證率在91%以上，是黑龍江省積溫較高的縣份之一。試驗區內土壤以風沙土為主，地形坡度5° ～6°。

2 試驗條件與方法

2.1 試驗設計

供試品種為吉單109。本試驗采用裂區試驗設計，以不同生育期灌水量( 苗期、拔節期、灌漿期) 作為主處理，灌水量的多少作為副處理，主處理所分的小區稱為主區，副處理所分的小區稱為副區，采用3 次飽和D——最優設計，設置了10個試驗處理，2 次重復，共40個試驗小區。其中每小區長均為20 m，寬5.2 m，面積約為104 m2。

表1 試驗小區灌水方案 m3/hm2Tab.1 The irrigation amount for different experimental spots

2.2 測試項目

按照播種、苗期、拔節、抽穗、灌漿、乳熟、收獲期6個生育期進行玉米生育生育指標觀測及考種，并對土壤地溫及0～10、10 ～20、20 ～40、40 ～60、60 ～80、80 ～100 cm共計6個土層土壤含水量的測定。

3 結果與分析

3.1 不同覆膜方式下的玉米產量及產量構成因素分析

產量是農業生產的最終目標，研究不同覆膜方式和不同灌水量對作物的影響，必然要反映在作物產量的變化上。

大壟雙行覆膜處理的產量高于行間覆膜處理，增產的主要是由于大壟雙行覆膜處理集成技術比行間覆膜處理能更好地改善了土壤環境，保證對作物生長所需的土壤溫度及水分，從而促進冠層擴大，葉面積的擴展，提高了干物質的積累和根系的發展，所以增產效果更明顯。從不同的集成措施的不同灌水量的方案來看，穗長和單穗粒數對產量的貢獻不大，而百粒重對產量的貢獻明顯。對各處理的玉米產量構成因素與產量進行相關性檢驗，籽粒產量與穗長、單穗粒數和百粒重均為正相關。同時，玉米產量構成要素對玉米產量的影響大小依次為百粒重＞單穗粒數＞穗長。

運用SAS 軟件，對兩種處理情況下的玉米產量進行分析，得到以下兩個回歸方程:

3.1.1 大壟雙行覆膜處理

圖1 不同處理玉米產量及其構成因素Fig.1 Maize yield and its component factors in different irrigation quantity

3.1.2 行間覆膜處理

分別進行F 檢驗，其兩個方程的差異極顯著，方程擬合很好，反映了灌水量與產量的關系。

采用頻數法進一步分析，在－1.174 ～1.174 約束區間，取步長0.587 進行模擬，所得125 套方案中，有13 套方案玉米產量≥14 000 kg/hm2。

表2 優化組合的置信區間Tab.2 The confidence interval of optimum combination

通過模擬尋優分析，試驗區要獲得14 000 kg/hm2的產量，苗期、拔節期和灌漿期灌水量最優組合取值范圍為:苗期灌水量166.8 ～250.2 m3/hm2，拔節期灌水量156 ～235.2 m3/hm2，灌漿期灌水量166.2 ～300 m3/hm2。

3.2 不同覆膜方式下的水分利用效率

作物水分利用效率( Water Use Efficiency，簡寫為WUE)指作物消耗單位水分所生產的同化物質的量，反映的是作物的物質生產和水分之間的關系，是評價作物生長適宜程度的綜合生理指標( Allen R G，1998) 。它也經常被用來衡量一個地區農業水資源利用水平的高低。

水分利用效率的計算:每消耗單位水量所產生的干物質或籽粒產量為水分利用效率，用WUE 表示。

式中: Y 為作物產量，kg/hm2; ET 為作物全生育期需水量，mm。

表3 玉米水分利用效率Tab.3 The water use efficiency of maize

從表3 中可以看出，整體上大壟雙行覆膜處理的各個小區的WUE 要高于行間覆膜處理，且增幅為6.7% ～25.4%。兩種措施的水分利用效率均高于2.5 kg/m3以上，說明采用的兩種“滴灌+覆膜+壟向區田措施”集成技術均能夠有效地減少土壤水分流失，含蓄天然降雨，提高了水分利用效率，尤其“大壟雙行覆膜+膜下滴灌+壟向區田”更為突出。

運用SAS 軟件，對兩種處理情況下的玉米水分利用效率進行分析，得到以下兩個回歸方程:

大壟覆膜膜下滴灌及壟向區田處理的玉米水分利用效率的回歸方程:

行間覆膜滴灌及壟向區田處理的玉米水分利用效率的回歸方程:

回歸方程的檢驗，采用有重復條件下的回歸方程的F 檢驗法，其兩種處理差異極顯著，所求得的回歸方程能夠反映實際情況。方程擬合的很好，因此方程能夠反映灌水量與水分利用效率的關系。

采用頻數法進一步分析，在－1.174 ～1.174 約束區間，取步長0.587 進行模擬，所得125 套方案中，有10 套方案玉米產量≥3.7 kg/m3。

表4 優化組合的置信區間Tab. 4 The confidence interval of optimum combination

通過模擬尋優分析，試驗區要獲得3.7 kg/m3的水分利用效率，苗期、拔節期和灌漿期灌水量最優組合取值范圍為:苗期單位面積灌水量17.02 ～20 m3/666.7 m2，拔節期灌水量12.5 m3/666.7 m2，灌漿期灌水量9.84 ～20 m3/666.7 m2。

4 結 論

1) 大壟雙行覆膜處理的產量高于行間覆膜處理，增產的主要是由于大壟雙行覆膜處理集成技術比行間覆膜處理更好的改善了土壤環境，從而使冠層擴大，葉面積的擴展，提高了干物質的積累，根系的發展，所以增產效果更明顯。大壟雙行覆膜處理和行間覆膜處理對玉米產量的影響順序為:大壟雙行覆膜處理＞行間覆膜處理;各產量構成要素( 百粒重、單穗粒數、穗長) 均與玉米產量正相關，玉米產量構成要素對玉米產量的影響大小依次為百粒重＞單穗粒數＞穗長。在2009年的試驗條件下，要使玉米獲得＞14 000 kg/hm2的產量，苗期、拔節期和灌漿期灌水量最優組合取值范圍為:苗期單位面積灌水量11.12 ～16.68 m3/666.7 m2，拔節期灌水量10.40 ～ 15.68 m3/666.7 m2，灌 漿 期 灌 水 量 11.08 ～20 m3/666.7 m2。

2) 大壟雙行覆膜處理和行間覆膜處理對玉米的水分利用效率起到了正面效應，并且大壟雙行覆膜處理的WUE 要好于行間覆膜處理，這兩種覆膜方式都有效地減少了土壤水分的散失，使其只能在膜下進行內循環，并且壟向區田也有效地利用了降雨，提高了水分利用效率。在2009年的試驗條件下，試驗區要獲得3.7 kg/m3的水分利用效率，苗期、拔節期和灌漿期灌水量最優組合取值范圍為: 苗期灌水量17.02 ～20 m3/666.7 m2，拔節期灌水量12.5 m3/666.7 m2，灌漿期灌水量9.84 ～20 m3/666.7 m2。

3) 綜合試驗結果，以玉米產量、水分利用效率、產量為主要考察指標，得出2009年試驗條件下的不同覆膜和灌水方式技術集成模式為“大壟雙行覆膜+膜下滴灌+壟向區田”。獲得高產苗期、拔節期和灌漿期灌水量最優組合取值范圍為:苗期灌水量11.12 ～16.68 m3/666.7 m2，拔節期灌水量10.40 ～ 15.68 m3/666.7 m2，灌 漿 期 灌 水 量 11.08 ～20 m3/666.7 m2。

［1］吳志峰. 水資源危機與節水農業［J］. 熱帶亞熱帶土壤科學，1997(6) :51－56.

［2］劉建國，呂新，等. 膜下滴灌對棉田生態環境及作物生長的影響［J］. 中國農學通報，2005，21(3) :333－335.

［3］陳四龍，裴冬，等. 華北平原膜下滴灌棉花水分利用效率及產量對供水方式響應研究［J］. 干旱地區農業研究，2005，23( 6) :26－31.

［4］王立洪，葉含青，等. 棉花膜下滴灌節水、增產的機理與效益分析［J］. 中國農村水利水電，2002(10) : 9－12.

［5］張志新. 滴灌工程規劃設計原理與應用［M］. 北京:中國水利水電出版社，2007:5－8.

［6］張德奇，廖允成，賈志寬. 旱區地膜覆蓋技術的研究進展及發展前景［J］. 干旱地區農業研究，2005，23(1) :208－213.

［7］富建軍. 地膜覆蓋條件下灌水方法［J］. 吉林農業，2010( 6) :191.

［8］李毅，邵明安. 新疆農田作物覆膜地溫極值的時空變化［J］.應用生態學報，2004，15(11) :2039－2041.

［9］沈菖蒲. 坡耕地壟作區田最佳擋距數學模型及其檢驗［J］.水土保持學報，1997(6) :1－5 .