調虧灌溉對玉米生長發育特性及水分利用效率的影響

馮 惠 玲(蘭州市灌溉試驗站，蘭州 730050)

西北干旱、半干旱面積約占國土面積的47%，是我國受干旱影響較重的區域。甘肅省地處西北內陸地區，屬溫帶大陸性氣候類型，春季干旱和夏秋干旱對玉米產量影響較大，干旱年份一般可造成減產 20%以上，甚至達到40%～50%[1]。通過合理科學的灌溉提供玉米生長發育所需要的水分是保證玉米產量的關鍵措施。目前主要采用大水漫灌等落后的地面灌溉技術與灌溉制度，造成灌溉用水效率低下。為了節約用水，在水資源緊缺的西北地區推廣節水灌溉是該地區玉米生產今后的發展方向。利用作物的生物學特性進行控水的調虧灌溉技術已在多種作物上進行了研究與應用，取得了較好的節水效果[2]。已有研究表明，調虧灌溉對玉米生長發育、生理特性、耗水規律、產量及水分利用效率都會產生影響[2,4-10]，其影響程度與調虧時期、調虧程度密切相關[2-7,9]。覆膜種植是西北地區栽培玉米普遍采用的保墑增溫措施，目前關于覆膜條件下玉米調虧灌溉的研究還較少，缺乏指導當地玉米生產實際應用的調虧灌溉指標與調虧灌溉制度。為此，基于絕大多數作物適宜在生長前期進行調虧的試驗研究結果[2-7]，本試驗在玉米苗期和拔節期分別設置輕度和重度調虧處理，研究調虧時期與程度對玉米生長發育狀況、耗水規律、產量及水分利用效率的影響，旨在為本地區玉米調虧灌溉技術的推廣應用提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗處理設計

試驗于2010年4-9月在蘭州市七里河區彭家坪(東經104°43′，北緯36°03′，海拔為1 597.266 m)試驗基地的大田中進行。土壤為砂壤土，土壤容重1.442 g/cm3，田間持水量19.91%(質量含水率)，土壤肥力偏下。整地時，施用粗玉米面1 666.5 kg/hm2、磷酸二銨334.5 kg/hm2作為底肥。供試品種為沈單16號，小區面積2 m×10 m。4月27日播種，采用地膜覆蓋起壟種植方式，行距為50 cm，株距為30 cm。在玉米苗期和拔節期分別設置輕度調虧和重度調虧處理，與全生育期適宜水分為對照，共5個處理(表1)，每個處理重復3次，共15個小區，各小區隨機排列。當各處理小區的土壤水分達到設計的控制下限指標時，就進行灌水，灌水采用傳統的溝灌技術，灌水定額35 mm，利用水表對灌水進行計量。5月16日間苗，6月2日中耕松土除草一次，6月16日去除植株的分蘗，6月25日中耕培土，并進行拔節期追肥，追施尿素166.5 kg/hm2(含N為46.0%)，7月13日在大喇叭口期追施孕穗肥(施尿素168.0 kg/hm2)。7月21日噴施農藥敵敵畏、阿維辛硫磷進行螟蟲的重點預防。9月2日收獲，全生育期128 d，玉米生育期間降雨量為101.3 mm。

表1 玉米調虧灌溉試驗處理設計Tab.1 Experimental treatment design of regulated deficit irrigation for maize

1.2 測定項目

(1)物候期觀測：記載不同處理的生育期以及各處理的長勢情況和病蟲害防治情況。

(2)土壤含水量：利用土鉆取土烘干法測定。在苗期5～7 d取土測定一次，拔節期～乳熟期5 d測定一次，乳熟期～成熟期10 d測定一次；灌前灌后加測，生育期末加測，取土深度為100 cm，分5層測定(0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm)。

(3)株高、葉面積：在每處理小區隨機選取長勢均勻具有代表性的10株進行掛牌測量株高、葉面積指數，使用直尺和三角板測量，每旬測定一次。

(4)產量性狀：玉米收獲前每處理小區隨機取10個果穗進行考種，測定果穗長、禿尖長、果穗粗、穗行數、穗粒數、百粒質量等，產量為每小區單打單收的實測結果。

(5)氣象觀測：記載降雨量。

1.3 數據處理分析方法

采用Microsoft Excel 2007 處理數據和制圖，運用DPS 7.05軟件進行各處理性狀的顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 調虧灌溉對株高和葉面指數的影響

作物的生長發育與土壤水分狀況密切相關，水分脅迫會影響作物的生長發育進程和速度，表現為株高和葉面積指數(LAI)增長變慢，水分脅迫越重，株高和LAI受到的抑制作用越大。由圖1可以看出，任一調虧處理的株高均低于適宜水分處理(CK)，虧缺越重，其株高越低，6月1日測定的結果表明，苗期輕度(T1)和重度調虧處理(T2)的株高比CK分別低9.9%和18.9%，到拔節期復水后產生補償生長效應，T1和T2的株高與CK間的差距逐漸縮小，6月27 日其株高分別比CK低4.8%和5.7%，至9月10日分別比CK低3.6%和5.5%；拔節期輕度(T3)和重度調虧處理(T4)的株高分別比CK降低8.3%和13.1%(6月27日)，7月23日其株高比CK分別低5.2%和8.3%，至9月10日比CK分別低5.1%和8.3%。

圖1 不同調虧處理下玉米株高的變化Fig.1 Changes in height of maize under different regulated deficit treatments

圖2 不同調虧處理下玉米葉面積指數的變化過程Fig.2 Changes in leaf area index of maize under different regulated deficit treatments

由圖2可知，調虧灌溉對玉米葉面積指數(LAI)的影響規律與株高基本一致，6月2日T1和T2的LAI比CK分別低11.7%和20.2%，到拔節期復水后，其LAI分別比CK低3.6%和5.5%(6月27 日)；拔節期調虧處理T3、T4的LAI分別比CK降低9.2%和16.2%(6月27日)，7月24日其LAI比CK分別低6.6%和14.5%，至8月29日比CK分別低8.7%和13.5%。可見，調虧處理復水后，玉米在株高和葉面積的生長上會產生補償生長效應，苗期調虧的補償生長效應大于拔節期調虧的處理；輕度調虧的處理對株高和葉面積的影響最小，重度調虧處理的影響最大，特別是拔節期重度調虧的處理。

2.2 調虧灌溉對產量性狀的影響

由表2可知，水分調虧的時期及程度對玉米果穗性狀及產量也會產生明顯的影響。與適宜水分處理CK相比，調虧處理致使果穗變短、變細，穗行數和行粒數減少，穗粒重、百粒重及產量降低，調虧越重果穗性狀及產量越差。統計分析結果表明，除T2外，其他的調虧處理對果穗長無顯著影響；調虧灌溉對禿尖長的影響無規律性，但重度調虧處理的禿尖比輕度調虧的長；苗期調虧處理的果穗粗顯著小于CK，拔節期輕度調虧處理T3的果穗粗降低不顯著，但重度調虧處理T4的顯著小于CK；除T4外，其他處理的行粒數與CK間無顯著差異；與CK相比，苗期、拔節期輕度調虧處理(T1和T3)對穗粒重、百粒重和產量無顯著影響，但重度調虧處理對其的影響達到了顯著水平(p<0.05)，T1和T3分別減產3.90%、8.64%，重度調虧處理T2和T4分別減產10.94%和26.41%，且拔節期調虧處理的產量低于苗期調虧的處理，因此，玉米調虧的適宜時期應該是苗期，其次是拔節期，調虧程度以輕度為佳，與文獻[4]的結果一致。

表2 不同調虧處理對玉米果穗性狀及產量的影響Tab.2 Ear characteristics and yield of maize in different regulated deficit treatments

注：表中同一列內不同的小寫字母表示處理間的差異達到顯著水平(p<0.05)，下同。

2.3 調虧灌溉對耗水規律的影響

在玉米苗期和拔節期實施調虧處理都會降低耗水量，虧水越重其階段耗水量、日耗水量以及全生育期耗水量越低(表3、圖1)。從表3可以看出，與CK相比，苗期和拔節期調虧均會造成其階段耗水量和全期耗水量的顯著降低，且調虧對耗水量的影響有后效性，即使復水后，調虧處理各階段的耗水量也顯著低于CK；從耗水模系數來看，播種-拔節期的最大(26.62%～34.01%)，抽雄-乳熟期的次之(27.75%～30.13%)，乳熟-成熟期的耗水模系數最小(17.11%～19.9%)；適宜水分處理CK的全期耗水量最高，為532.7 mm，TI的其次(490.28 mm)，T4的最低，為431.73 mm，T1、T2和T3間的差異不顯著。由圖1可知，在玉米生育期內的日耗水量一般遵循由小→大→小的變化規律，玉米出苗后隨著植株的生長發育，群體的增大，氣溫的升高，其日耗水量逐漸增加，至抽雄-乳熟期達到最大，此后隨著植株的衰老，葉面積指數的下降，氣溫的降低而逐漸降低；在任一階段進行調虧都會降低該階段的日耗水量，調虧越重日耗水量越小。

表3 不同調虧處理下玉米的階段耗水量及耗水模系數Tab.3 Water consumption and its module coefficient at different growing stages of maize under different regulated deficit treatments

2.4 調虧灌溉對水分利用效率的影響

水分利用效率(WUE)是評價作物對水分利用水平的一個重要指標，其大小表征作物生長過程中利用水分的經濟程度。由表4顯示，苗期輕度調虧處理T1的WUE最高，為3.23 kg/m3，T2、T3的WUE與T1相當，它們之間無顯著差異，但均顯著高于CK(1.83%～4.41%)，其耗水量比CK減少7.96%～12.54%；拔節期重度調虧處理T4的WUE最低(2.81 kg/m3)，顯著低于CK 9.2%，其耗水量較CK低18.95%。因此，綜合考慮產量和WUE，該地區玉米不適宜采用重度調虧的灌溉方式，而應該采用苗期輕度調虧或拔節期輕度調虧的灌溉方式，這樣可以在減產不顯著的情況下，減少耗水量7.96%～11.02%，增加WUE2.68%～4.41%。

圖3 不同調虧處理下玉米日耗水量變化過程Fig.3 Changes in daily water consumption of maize under different regulated deficit treatments

表4 不同調虧處理下玉米的水分利用效率Tab.4 Water use efficiency (WUE) of maize under different regulated deficit treatments

3 結 語

(1)玉米的生長發育對土壤水分比較敏感，苗期調虧、拔節期調虧均制約玉米株高和葉面積的生長，調虧越重，影響越大，苗期調虧復水后產生的補償生長效應能減輕苗期水分虧缺造成的危害，使株高和葉面積的發育得到較快的增長，隨著生育進程的推進，它們與CK間的差異逐漸縮小。苗期調虧復水后的補償生長效應大于拔節期調虧灌溉的處理，從植株中后期的生長發育看，拔節期調虧處理對株高和葉面積的影響最大，特別是重度調虧的處理。

(2)苗期調虧、拔節期調虧使玉米使果穗變短，果穗變細，穗行數和行粒數減少，穗粒重、百粒重及產量降低，調虧程度越大，果穗性狀越差、產量越低，苗期和拔節期輕度調虧減產不顯著，產量降低3.90%～8.64%，重度調虧分別減產10.94%和26.41%。

(3)蘭州地區覆膜玉米適宜水分條件下的耗水量為532.7 mm，苗期和拔節期實施調虧灌溉能使耗水量顯著降低，輕度虧水處理的耗水量為473.97～490.28 mm，重度虧水的為431.73～465.91 mm，虧水度越大耗水量越低。苗期輕度調虧的WUE最高，為3.23 kg/m3，拔節期重度調虧處理的最低(2.81 kg/m3)。綜合考慮玉米的產量和水分利用效率，在該地區玉米適宜采用苗期輕度調虧或拔節期輕度調虧的灌溉方式，在產量降低不顯著的情況下，可減少耗水量7.96%～11.02%，提高WUE2.68%～4.41%，實現水資源的高效利用。

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