玉米高光效膜下滴灌試驗研究

高金花，柏　宇，廉冀寧

(1.長春工程學院 水利與環(huán)境工程學院，長春　130012；2.吉林省水工程安全與災害防治工程實驗室，長春　130012)

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玉米高光效膜下滴灌試驗研究

高金花1,2，柏宇1,2，廉冀寧1,2

(1.長春工程學院 水利與環(huán)境工程學院，長春130012；2.吉林省水工程安全與災害防治工程實驗室，長春130012)

摘要：通過在長春地區(qū)進行的田間試驗，研究玉米高光效膜下滴灌種植模式與常規(guī)種植模式對玉米生長發(fā)育的影響。結果表明：高光效膜下滴灌種植模式不僅使玉米增產(chǎn)增收，還能縮短生育期及改善玉米各階段的動態(tài)生長指標。同時，針對試驗中的高產(chǎn)灌溉制度，結合作物動態(tài)生長模型優(yōu)化了高光效膜下滴灌的灌溉制度，用以指導田間管理。

關鍵詞：高光效；膜下滴灌；動態(tài)生長指標；玉米

0引言

近年來隨著人口的增長和耕地面積的減少，如何保證糧食安全顯得尤為重要。東北地區(qū)作為玉米的主要產(chǎn)區(qū)之一，肩負著提高玉米產(chǎn)量的重任。為此，針對已在吉林省推廣應用的膜下滴灌技術，將其與高光效種植模式相結合，研究玉米生長規(guī)律。

與傳統(tǒng)的種植模式相比，膜下滴灌能實現(xiàn)膜內(nèi)水分以液-氣-液的形式進行循環(huán)，減少水分的蒸發(fā)損失[1]。覆膜能有效地阻隔土壤熱能與大氣交換，減少熱能損失，進而提高全生育期的積溫[2-4]。膜下滴灌現(xiàn)已在東北地區(qū)得到了廣泛的應用[5-6]。

高光效栽培模式是一種在吉林省推廣應用的玉米種植方法，由中國科學院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所研發(fā)和推廣[7]。經(jīng)過2010-2012年德惠試驗站的試驗，3年平均單產(chǎn)比傳統(tǒng)種植模式增產(chǎn)13.5%。其休耕輪作能促進植株對養(yǎng)分的吸收、保證土壤的肥力和減緩土壤的退化[8]，改變壟向和調(diào)整壟距又能延長光照時間和充分的利用光能。

1材料與方法

1.1試驗地概況

試驗區(qū)位于長春市合心鎮(zhèn)，東經(jīng)43°7′，北緯125°59′，地處東遼平原，海拔215m；平均氣溫4.8℃，夏季溫濕多雨，冬季漫長寒冷，日照時間2 688h，年均降雨量600mm左右，降雨多集中在6-8月。試驗區(qū)的土壤理化性質(zhì)如表1所示。

表1　試驗田土壤理化性質(zhì)表

1.2試驗方案

試驗于2014年5月1日播種。依據(jù)測土配方對田間進行施肥處理，統(tǒng)一施用底肥：磷酸二銨200kg/hm2，尿素150kg/hm2，氯化鉀100kg/hm2，大喇叭口期補追尿素300kg/hm2。灌溉制度以玉米生長的拔節(jié)期、抽雄灌漿期、乳熟期的土壤含水率下限作為灌水控制指標設計試驗方案，以常規(guī)種植為對照，試驗方案如表2所示。

表2　實驗方案設計表

通過對吉林省松原市乾安縣玉米高光效推廣種植區(qū)域的實地調(diào)研，因原有高光效休閑壟距過大，當?shù)刈隽诉m當調(diào)整，本次結合長春地區(qū)的環(huán)境條件，將原本的(160+40)×20改為(110+50)×16.7，如圖1、圖2所示。對照組采用65cm的均勻壟距，株距23.1cm。

圖1　原高光效設計壟距

圖2　本次試驗設計壟距

2結果與分析

2.1高光效膜下滴灌對玉米生長發(fā)育的影響

從最終產(chǎn)量(見表3)可以看出產(chǎn)量最高的處理3達到15 982kg/hm2，其次為處理1的15 190kg/hm2和處理2的14 943kg/hm2。高光效膜下滴灌處理組的平均產(chǎn)量相對于常規(guī)種植組提高33%，表明高光效膜下滴灌種植模式能大幅提高玉米的生產(chǎn)效益。

表3　處理與產(chǎn)量對照表

不同灌溉處理對玉米產(chǎn)量構成因素的影響如表4所示。對各產(chǎn)量構成因素進行相關系數(shù)的分析，結果如表5所示。相關系數(shù)在一定程度上可以體現(xiàn)因素和效應之間的主要聯(lián)系[9]。從表5可以看出：穗行數(shù)、穗徑與百粒質(zhì)量之間的相關系數(shù)較高，且通過數(shù)據(jù)可以看出隨著穗行數(shù)與穗徑、百粒質(zhì)量呈正相關。穗行數(shù)(x1)、穗徑(x2)、百粒質(zhì)量(x4)與產(chǎn)量(y)之間的相關系數(shù)較高，而穗長(x2)與產(chǎn)量的相關系數(shù)不是很理想。通過分析發(fā)現(xiàn)穗行數(shù)、穗徑、百粒重對產(chǎn)量的影響相對較大。

高光效膜下滴灌處理組生預期縮短，其出苗時間比常規(guī)對照組要縮短10天(見表6)，全生育期比常規(guī)對照組縮短12天，占全生育期的7.5%左右。覆膜有效的提高土壤溫度，改變壟向提高作物光合利用效率，相同品種的玉米，高光效膜下滴灌能較早的到達作物生育期所需要的積溫要求，縮短生育期。

表4　不同灌溉處理對玉米產(chǎn)量構成因素的影響

表5　產(chǎn)量構成因素的相關分析

表6　高光效處理組與常規(guī)種植處理組生育期對照表

株高作為一種反應玉米生長狀況的指標，可以通過分析株高的變化來觀察不同耕種模式對植株生長狀況的影響[10]。高光效膜下滴灌和傳統(tǒng)種植模式下玉米株高的變化如圖3所示。各處理在拔節(jié)期株高增長速率最大，在灌漿期玉米株高達到最大值，灌漿期后株高趨于平緩。高光效膜下滴灌模式下各生育期株高的增長效率均高于常規(guī)對照組，有明顯提高玉米生育期的株高的作用；在差異最明顯的抽雄期，高光效膜下滴灌的株高相比傳統(tǒng)株高提高28.2%。

葉片是作物進行光合作用的主要器官，其值的大小直接影響作物光合作用的強弱和光能利用量的多少。葉面積的大小主要通過葉面積指數(shù)(LAI)來體現(xiàn)，如圖4所示。

圖3　各處理各生育期株高變化曲線

圖4　各處理各生育期葉面積指數(shù)變化曲線

各處理LAI值在拔節(jié)期增長速率最大，在抽雄期達到最大值，灌漿期后開始呈現(xiàn)衰退趨勢。高光效膜下滴灌種植模式下的處理組在各生育期的LAI值均大于常規(guī)對照組，可以看出高光效膜下滴灌種植模式能較好的提高玉米生育期的LAI值；在差異最明顯的抽雄期，高光效膜下滴灌的LAI相對傳統(tǒng)株高提高27.9%。

2.2灌溉制度的模擬優(yōu)化

動態(tài)農(nóng)業(yè)技術決策系統(tǒng)(DSSAT)是在美國農(nóng)業(yè)部資助下，由多所大學參與開發(fā)的大型作物模擬軟件包[11]。它通過將氣候、作物管理和土壤3個模塊結合來模擬作物的生理過程，為作物的田間管理提供理論依據(jù)[12]，已在玉米適宜播期、氮脅迫對作物的影響及建立作物品種生長參數(shù)數(shù)據(jù)庫等方面取得了廣泛的應用[13-18]。

本文通過結合已有灌溉小區(qū)的灌溉制度，根據(jù)正交試驗設計原理提出10種灌溉方案進行Dssat模型模擬，模擬結果如表7所示。模擬產(chǎn)量最高的1組為方案8，總灌水量290mm，模擬產(chǎn)量16 781kg/hm2。該結果能夠為田間實際耕作管理提供理論依據(jù)。

表7　灌溉方案和模擬產(chǎn)量對照表

3結論

1)通過對比各處理的產(chǎn)量發(fā)現(xiàn)：高光效膜下滴灌處理組的平均產(chǎn)量相對于常規(guī)種植組提高33%，表明高光效膜下滴灌種植模式能大幅提高玉米的生產(chǎn)效益。

2)對各產(chǎn)量構成因素進行相關性分析發(fā)現(xiàn)，穗行數(shù)(x1)、穗徑(x2)、百粒重(x4)與產(chǎn)量(y)之間的相關系數(shù)較高，對產(chǎn)量的影響相對較大。

3)高光效膜下滴灌處理組的出苗時間比常規(guī)對照組要縮短10天，全生育期比常規(guī)對照組縮短12天，占全生育期的7.5%左右。

4)通過對比高光效膜下滴灌種植模式與傳統(tǒng)種植模式株高和葉面積指數(shù)的對比圖發(fā)現(xiàn)：高光效膜下滴灌種植模式能有效的提高作物的株高和葉面積指數(shù)。在差異最明顯的抽雄期，高光效膜下滴灌的株高相比傳統(tǒng)對照組提高28.2% 、LAI相對傳統(tǒng)對照組提高27.9%。

5)應用作物動態(tài)生長模型對所選10組灌溉方案進行模擬分析，得到優(yōu)化后的灌溉制度，灌溉用水290mm，產(chǎn)量最高。

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Experimental Study of High Photosynthetic Efficiency and Drip Irrigation under Mulch

Gao Jinhua1,2, Bai Yu1,2, Lian Jining1,2

(1.College of Water Resources and Environmental Engineering, Changchun Institute of Technology,Changchun 130012,China； 2.Laboratory of Applied Disaster Prevention in Water Conservation Engineering of Jilin Province,Changchun 130012,China)

Abstract：The influence of high photosynthetic efficiency with drip irrigation under mulch and conventional planting patterns is defined by the experiments in Changchun. The results show that not only high maize production can be got , but growth period can be shortened and dynamic growth index can be increased by high photosynthetic efficiency ,and identify suitable irrigation schedules by decision support system for agrotechnology transfer.

Key words：high photosynthetic efficiency; drip irrigation under mulch ; dynamic growth index; corn

文章編號：1003-188X(2016)03-0179-04

中圖分類號：S275.6

文獻標識碼：A

作者簡介：高金花(1969-)，女(朝鮮族)，吉林樺甸人，副教授,博士，(E-mail)zgsherry@sina.com。

基金項目：吉林省發(fā)改委資助項目(2014817)；長春市科技局資助項目(2013188)；吉林省科技廳資助項目(20140201020JC)

收稿日期：2015-06-04