王 耀,康永泰,高天啟,孫小娟
(1.甘肅省天祝縣農產品質量檢測檢驗站,甘肅天祝 733299;2.甘肅省天祝縣農業技術推廣中心,甘肅天祝 733299)
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灌水對不同品種玉米產量和水分利用的影響
王耀1,康永泰2,高天啟1,孫小娟1
(1.甘肅省天祝縣農產品質量檢測檢驗站,甘肅天祝733299;2.甘肅省天祝縣農業技術推廣中心,甘肅天祝733299)
選用甘肅武威市黃羊鎮天祝移民點主推的6個品種,研究不同品種玉米對不同灌溉制度(蒙頭水;蒙頭水+拔節水;蒙頭水+拔節水+灌漿水)的響應。結果表明:玉米灌漿期水分消耗主要分布在20~40 cm土層;不同品種玉米耗水量以‘中單909’最高(434 mm),‘登海605’(411 mm)次之,‘鄭單958’(352 mm)最低。低灌水‘浚單20’和高灌水‘先玉335’的水分利用效率較高,分別為29和28.9 kg/(hm2·mm),中灌水‘鄭單958’和高、中灌水‘登海605’次之,分別為28.2和27.8 kg/(hm2·mm),低灌水‘中單909’的最低,為22 kg/(hm2·mm);高灌水 ‘登海605’和‘先玉335’的產量分別為12.0和11.4 t/hm2,分別較低灌水處理增產13.0%和14.2%;而‘鄭單958’和‘浚單20’高灌水處理的產量分別為10.1和10.2 t/hm2,與低灌水處理差異不顯著。因此,在甘肅武威市黃羊鎮天祝移民點,‘登海605’和‘先玉335’ 灌蒙頭水+拔節水+灌漿水可以獲得高產,‘鄭單958’和‘浚單20’僅灌蒙頭水即可穩產。
品種;高產;灌溉制度;水分動態;河西灌區
甘肅河西地區屬于典型的綠洲灌溉農業地區,水資源合理利用與當地農業可持續發展緊密相關[1]。近年來,隨著全球氣候變化、農業用水增加、地下水過度開采及不合理灌溉等因素影響,水資源虧缺已成為限制河西灌區糧食增產的巨大瓶頸[2]。玉米是河西灌區主要糧食作物之一,受近年來一系列節水灌溉技術創新和高產抗旱品種育成的帶動,玉米產量穩步提高,為該地區糧食安全做出重要貢獻。然而,目前該地區農田用水灌溉定額較大,特別是冬季儲水灌溉,灌溉定額高達180 mm 左右,串灌漫灌仍是當地的主要灌水方式。在春玉米生長季節,灌水次數多、灌水量大,灌水次數多達6~7 次,次灌水量高達100 mm 左右[3],使水分不合理利用與作物需水間的矛盾不斷加劇。因此,如何提高單位水產出已成為灌溉制度研究的重要課題[4]。已有研究報道,玉米的產量與生育期降雨總量沒有顯著相關性,而與降雨的合理分配關系密切[5]。不同灌水次數和灌水量對玉米耗水和水分利用效率及周年耗水和周年水分利用效率均有顯著影響,不同生育時期水分虧缺或過剩都可能導致減產[6],灌溉制度不同不僅影響玉米苗期形態建成[7]、生育時長[8]及生長特性[9]等,也顯著調節水分利用效率[10-11],進而影響產量形成。雖然河西灌區玉米生長季節與雨季基本吻合,但生育期內降雨不均常使得玉米在某一生育時期仍需補充灌溉。目前,選用玉米高產品種,結合良好的栽培措施,仍是玉米進一步增產的重要途徑[12]。為緩解甘肅武威市黃羊鎮天祝移民點農業用水與地下水短缺的矛盾,突破因均一灌溉導致的品種增產瓶頸問題,實現不同玉米品種差異化、精量化灌溉,保障農業可持續生產,本研究針對當前甘肅武威市黃羊鎮天祝移民點主推的‘鄭單958’ ‘浚單20’ ‘先玉335’ ‘農華101’ ‘登海605’ ‘中單909’ 6個高產玉米品種開展相應的灌溉制度研究,以期為該地區適宜的玉米品種選擇及灌溉水的高效利用提供理論支持。
1.1試驗地概況
田間試驗在甘肅武威市黃羊鎮天祝移民點綜合試驗基地(37°40′N、102°51′E,海拔1 787 m)進行。該區年均氣溫 7.9 °C,無霜期165 d,日照時數 2 300 h,光熱資源豐富,以“1年1熟”耕作制度為主;年均降雨量為452 mm,6-9 月占全年降水量的 65%~80%,其他月份降水偏少;年均蒸發量 2 500 mm。試驗區土質為砂壤土,0~100 cm土壤體積質量為1.45 g/cm3,田間持水率為25.6%,飽和體積含水率為29.8%,地下水埋深大于5 m。
1.2試驗設計
試驗采用二因素隨機區組設計,以灌水處理為主區因素,主區區組重復3次;以品種處理為副區因素,在同一主區內,不同品種處理在副區內隨機設計,3次重復(表1)。主區灌水處理分為:只灌蒙頭水(低灌水,W1)、灌蒙頭水+拔節水(中灌水,W2)、灌蒙頭水+拔節水+灌漿水(高灌水,W3),每次灌水定額為75 mm,用精量水表控制小區灌水量,受2013年7月-8月初降雨量(240 mm)影響,拔節期未對玉米進行灌溉,僅在8月25日對高灌水處理進行灌溉。副區玉米品種選用甘肅武威市黃羊鎮天祝移民點的6個主推品種,分別為‘鄭單958’(V1)、‘浚單20’(V2)、‘先玉335’(V3)、‘農華101’(V4)、‘登海605’(V5)及‘中單909’(V6)。小區面積20 m2(10 m × 2 m),為避免灌水側滲,不同灌水處理區組間設立1.5 m寬走道,不同灌水處理區組間設0.3 m高土埂,土埂基部寬度0.4 m(圖1)。

表1 2因素處理組合

圖1 田間玉米灌溉與品種2因素試驗示意圖(圖中1~18所表示的處理組合同表1)
試驗區前茬作物為春小麥,玉米播種前噴施玉米田專用除草劑(乙草胺),用量為1 500 mL/hm2,兌水900 kg/hm2,進行土壤封閉。播種量為37.5 kg/hm2,行距50 cm,通過苗期間苗,保持種植密度75 000株/hm2。受灌溉次數處理影響,無法對小區進行統一追肥,采用“沃夫特”控釋肥[w(N)∶w(P2O5)∶w(K2O) = 22∶8∶ 12],在機械播種時一次性施入距玉米行5 cm處,施肥深度10 cm,施肥量為1 125 kg/hm2。玉米播種期為2013-04-19,收獲期為9月17日。玉米生育期內,除灌水次數不同外,其他各項田間管理措施嚴格控制在相同條件下進行。
1.3田間管理與指標測定
土壤水分監測點的平面布置:在小區地塊中央平整的地方,避開低洼易積水地點,且同溝槽保持一定的距離,每小區均勻布置3個取樣點。
土壤含水率垂向測點的布設:在0~20、20~40、40~60、60~80、80~100 cm處監測。
土壤含水率:采用烘干法測定,每隔10 d測定1次,用土鉆采取土樣;灌溉、降雨前后加測。
有效降雨量:采用布置在試驗田的雨量筒記錄。利用水量平衡通過計算獲得,即某次降雨的有效降雨量為次降雨量減去地面徑流量和深層滲漏量。由于后兩項不易測定,用經驗的降雨有效利用系數計算有效降雨量,即:
Pe=Pα
式中Pe為有效降雨量(mm);P為次降雨量(mm);α為降雨有效利用系數,采用α=1.0經驗系數。
耗水量:玉米整個生育期耗水量采用土壤水量平衡方程進行估算[13],即:
一九三七年十二月二十一日下午四點發生的事,我姨媽孟書娟在脫險后把它記錄下來。多年后,她又重寫了一遍。我讀到的,是她以成熟的文字重寫的記述。我畢竟不是我姨媽那樣的史學文豪,我是個寫小說的,讀到這樣的記載就控制不住地要用小說的思維去想象它。現在,我根據我的想象以小說文字把事件還原。
ET=WSs-WSh+I+Pe,
式中ET為耗水量(mm),WSs和WSh分別為播種前和收獲后0~100 cm土壤貯水量(mm),I和Pe分別為全生育期灌水量(mm)和有效降雨量(mm)。本試驗區地下水位大于5 m,因此不考慮地下滲漏損失和地下水毛細給水量[14]。
產量:玉米收獲時按小區單獨測產,實打實收,分別計各小區地上部分產量和籽粒產量,籽粒風干至13%含水率后測定產量。
考種:玉米成熟后,在各小區隨機取10株考種,包括穗長、禿尖長、穗粗、百粒質量等指標。
水分利用效率:
WUE=Y/ET
WUE為水分利用效率[kg/(hm2·mm)],Y為玉米籽粒產量(t/hm2),ET為玉米全生育期的耗水量(mm)。
1.4數據分析
采用SPSS 17.0計算“平均值±標準誤”,通過ANOVA表計算處理間LSD值。用Duncan’s法進行差異分析。灌水與品種間的交互作用運用Univariate Analysis of Variance分析。用Origin 8.0軟件進行繪圖。
2.1土壤水分季節性變化規律
如圖2所示,7月-8月初有4次較強降雨,分別發生在7月2日(降雨量48 mm)、7月18日(49 mm)、7月23日(34 mm)和8月1日(46 mm),降雨量使得前期玉米的灌水效果不明顯,至8月25日灌水前,10和50 cm土層土壤水分差異不顯著。不同品種玉米的土壤水分在降雨或灌水后均明顯升高,3~5 d后又有明顯回落,但50 cm土層土壤水分升高和回落的幅度小于10 cm土層,表明表層水分更易受降雨和蒸發的影響。不同灌水處理間10和50 cm土層土壤水分,前期波動較大,且維持在較高水平,平均土壤水分保持在20.2%~27.3%(圖2-a,2-c)。在8月1日之后,土壤水分出現明顯下降,至8月21日,平均土壤水分降至20.4%左右,下降幅度達25.3%;8月25日之后,除對高灌水處理進行補充灌溉外,土壤水分在16.4%~20.2%。高灌水處理土壤水分在灌水3 d后亦明顯下降,至成熟期土壤水分亦降至較低水平,這對玉米后期籽粒脫水是非常有利的。

圖2 不同灌水水平(a,b)和品種(c,d)在全生育期10和50 cm土層的土壤水分
不同品種玉米10 cm土層土壤水分差異不顯著,但總體上以‘鄭單958’的最高,全生育期平均為23.7%;‘先玉335’次之,為23.2%;‘農華101’最低,為21.7%(圖2-b)。不同品種玉米50 cm土層土壤水分含量差異顯著,尤其是在8月15日灌漿期之后(圖2-d)。6月20日-8月1日,不同品種玉米50 cm土壤水分含量較高,平均保持在24.1%~27.1%,而8月1日-8月25日50 cm土層土壤水分出現明顯下降,至8月25日,平均土壤水分維持在20.6%~23.5%,下降幅度為13.3%~17.0%;8月25日-9月16日平均土壤水分維持在較低水平,為19.3%~21.7%,但不同品種間差異增大。從全生育期平均值來看,‘浚單20’和‘鄭單958’的50 cm土壤水分較高,分別為24.8%,24.6%,‘先玉335’次之,為24.2%;‘中單909’最低,為21.4%。
2.2耗水量、產量和水分利用效率之間的關系
玉米耗水量、產量和WUE是受灌水和品種二因素交互作用影響(表2)。高灌水處理的耗水量和產量最高,中灌水和低灌水處理產量差異不顯著。灌水處理對WUE影響不顯著,灌水×品種交互作用對耗水量、產量和WUE存在顯著影響(P<0.05)。由圖3可知,不同品種玉米耗水量差異顯著,表現為‘中單909’(434 mm)>‘登海605’(411 mm)> ‘農華101’(389 mm)> ‘先玉335’(376 mm)> ‘浚單20’(371 mm)> ‘鄭單958’(352 mm)(圖3)。‘登海605’的產量最高,為11.2 t/hm2,‘先玉335’次之,為10.6 t/hm2;‘農華101’的最低,為9.5 t/hm2。灌水×品種交互作用下,低灌水‘浚單20’和高灌水‘先玉335’的WUE較高,分別為29和28.9 kg/(hm2·mm),中灌水‘鄭單958’和高、中灌水‘登海605’次之,分別為28.2和27.8 kg/(hm2·mm),低灌水‘中單909’的最低,為22 kg/(hm2·mm)。高灌水處理‘登海605’和‘先玉335’的產量分別為12.0和11.4 t/hm2,較低灌水處理的增產13.0%和14.2%;而‘鄭單958’和‘浚單20’在高灌水處理的產量分別為10.1和10.2 t/hm2,與低灌水處理的差異不顯著。這表明‘登海605’和‘先玉335’在高灌水條件下能維持較高的產量和WUE,‘鄭單958’和‘浚單20’在低灌水水平下的耗水量最低,且產量和WUE在不同灌水條件下較穩定。
2.3灌水量和品種因子對玉米產量性狀的影響
灌水處理對夏玉米穗長和百粒質量有極顯著影響,對穗粗沒有影響;高灌水處理主要通過影響玉米的穗長來影響產量(表3)。高灌水處理的穗長最長,為20.5 cm,顯著高于中灌水和低灌水處理。品種之間百粒質量的差異是形成品種間產量差異的主要原因,換言之,品種主要是通過增加百粒質量來改善玉米產量。灌水×品種交互作用對穗長和百粒質量有顯著影響,對禿尖長和穗粗的影響不顯著。‘登海605’的穗長和百粒質量較大,分別較‘鄭單958’高12.0%和13.4%;‘先玉335’的穗長和百粒質量較‘鄭單958’高12.5%和6.0%。這也解釋同等條件下,‘登海605’和‘先玉335’產量高于‘鄭單958’的原因。

表2 河西灌區2因子(灌水/品種)對玉米耗水量、產量和水分利用效率的方差分析
注:“*”和“**”分別表示差異顯著(P<0.05)和極顯著(P<0.01),“ns”表示不顯著。下同。
Note: “* ”and “**” indicate significant difference atP<0.05 andP<0.01 levels, respectively, with “ns” standing for non-significance.The same below.

圖3 不同灌水水平和玉米品種的耗水量(A)、產量(B)和WUE(C)

變量Variance處理Treatment穗長/cmEarlength禿尖長/cmBald-tiplength穗粗/cmEardiameter百粒質量/g100-kernelmass灌水 IrrigationW320.5a1.0b5.0a30.6aW220.0b1.3a4.9ab29.6bW119.4b1.3a4.8b29.3b品種 SpecieV620.1b0.8b4.7d28.9cV521.5a1.6a5.0ab32.1aV419.7bc1.7a4.9bc30.2bV321.6a1.7a4.8cd30.0bV218.1d0.5b5.2a31.4aV119.2c0.8b5.0ab28.3cF值 FValue灌水 Irrigation7.0**3.5*2.5ns7.9*品種 Species19.7**18.3**24.6**34.3**灌水×品種 Irrigation×Species2.5*0.9ns1.7ns5.0**
在綠洲灌溉農業地區,合理的水分投入和優化,不僅能起到良好的水肥互作效應,也是提高水分利用效率和產量的關鍵[15]。李淑文等[14]認為,灌水處理后,土壤表層30~60 cm 水分含量在玉米整個生育時期內變化最為劇烈,灌水處理與表層水分呈正效應,亦與品種抗旱性密切相關,耐旱品種受灌水量影響較小。也有研究[16]認為,玉米WUE隨灌水量、耗水量增加而提高,但較高WUE并未在高水分產量最高的處理,而在中等水分處理。玉米在開花后的1~2周對水分脅迫最為敏感,該時期干旱會造成17%~33%的減產[17]。本研究中,不同品種玉米10和50 cm土壤水分在開花期后(8月1日)出現顯著下降,其中50 cm土層的降幅大于10 cm土層的。但是,開花后不同品種間50 cm土壤水分含量差異顯著。‘浚單20’和‘鄭單958’的50 cm土壤水分較高,分別為24.8%和24.6%;‘中單909’最低,為21.4%。該時期的高水分含量使得‘鄭單958’和‘浚單20’在灌漿期有充足的土壤貯水量應對灌漿期干旱。可見,不同品種對干旱脅迫敏感程度不同,也解釋‘鄭單958’和‘浚單20’在灌溉灌漿水條件下增產幅度較小的原因,與劉戰東等[18]對夏玉米需水量和需水規律的研究結論一致。
近年來,河西灌區4-6月降雨量少,玉米播種后的墑情往往較差。因此,蒙頭水是保證玉米出苗的關鍵,是玉米高產的基礎[5]。另外,玉米灌漿期灌水能夠使玉米后期葉片保持光合功能,對提高玉米百粒質量很關鍵[19]。本研究中,由于7-8月初降雨充足,滿足玉米拔節、開花的水分需求,在僅灌蒙頭水條件下,‘鄭單958’和‘浚單20’保持穩產,而‘先玉335’和‘登海605’在蒙頭水+灌漿水條件下,產量明顯提高。‘農華101’和‘中單909’在灌漿水條件下產量亦有提高,但增產幅度低于‘登海605’和‘先玉335’。這表明,不同品種對灌溉制度的響應亦不相同,‘鄭單958’和‘浚單20’灌蒙頭水+拔節水(中灌水)即可,而‘登海605’和‘先玉335’則仍需補充灌溉灌漿水才能獲得高產。不同品種間玉米產量差異顯著,在僅灌蒙頭水條件下,‘登海605’產量最高,達11.1 t/hm2,‘農華101’最低,為9.0 t/hm2;在灌蒙頭水+灌漿水條件下,‘登海605’產量最高,達12.0 t/hm2,‘農華101’最低,為10.0 t/hm2。由此可見,在低灌水和高灌水條件下,更換高產品種提高產量幅度分別達20.0% 和23.3%,而灌漿期補充灌溉對產量的提高幅度達8.1%~ 11.1%,灌漿期灌溉增產可能與后期灌溉延長葉片的功能期有關[20],同時,灌水后穗長、百粒質量的增加,也是‘登海605’與‘先玉335’較其他品種玉米增產的原因之一[21]。
選用節水高產品種及優化灌溉制度,一直是河西綠洲區農業作物生產關注的主要方面。選用甘肅武威市黃羊鎮天祝移民點的6個主推玉米品種,結合其土壤水分動態、產量及水分利用效率的比較研究,該區‘登海605’和‘先玉335’采用灌蒙頭水+拔節水+灌漿水的灌溉制度,獲得高產的同時水分利用效率顯著提高;‘鄭單958’和‘浚單20’僅灌蒙頭水即可穩產。
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(責任編輯:顧玉蘭Responsible editor:GU Yulan)
Effects of Irrigation Schedules on Yields and Water Utilizations of Different Maize Species
WANG Yao1,KANG Yongtai2,GAO Tianqi1and SUN Xiaojuan1
(1. Department of Agricultural Products Quality Inspection, Tianzhu Gansu733299,China;2. Agricultural Technology Promotion Center, Tianzhu Gansu733299,China)
A field experiment with three treatments of different irrigation times at different stages was conducted during maize growing period at huangyang town, Wuwei, Gansu province. Six maize species were used to evaluate the effects of irrigation schedules. The results showed that, at filling stage, the maximum water consumption occurred in 20-40 cm soil layers. The water consumption of‘Zhongdan909’was the maximum (434 mm), followed by‘Denghai605’(411 mm), while the minimum occoured for‘Zhengdan958’(352 mm). The effects of different maize species on yields and water use efficiencies (WUE) changed with irrigation times. Both‘Jundan20’with once irrigation and‘Xianyu335’with three times irrigation had higherWUE, which were 29 kg/(hm2·mm) and 28.9 kg/(hm2·mm), respectively, followed by‘Zhengdan958’with twice irrigation and‘Denghai605’with three times irrigation, with theWUEof 28.2 kg/(hm2·mm) and 27.8 kg/(hm2·mm), respectively; theWUEfor‘Zhongdan909’with once irrigation was the minimum[22 kg/(hm2·mm)]. The yields of‘Denghai605’and ‘Xianyu335’with three times irrigation were 12.0 and 11.4 t/hm2, respectively, which were 13.0% and 14.2% higher than their corresponding lower irrigation treatments, respectively. However,‘Zhengdan958’and‘Jundan20’with three times irrigation had the lowest yields: 10.1 and 10.2 t/hm2, respectively. There were no significant differences between different irrigation times. Therefore,‘Denghai605’and‘Xianyu335’ with three times irrigation could achieve higher yields, while‘Zhengdan958’and‘Jundan20’with once irrigation could achieve stable yields in this regeion.
Species; High yield; Irrigation schedule; Water dynamics; Hexi irrigated regeion
2016-01-22Returned2016-04-08
WANG Yao, male,senior agronomist. Research area: agricultural technology promotion.E-mail:tzncpzjzwy@163.com.
2016-01-22
2016-04-08
王耀,男,高級農藝師,主要從事農業技術推廣。E-mail:tzncpzjzwy@163.com
S152.7;S157.4
A
1004-1389(2016)08-1165-08
網絡出版日期:2016-07-14
網絡出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1220.S.20160714.1103.016.html