春玉米不同品種耗水特性及水分利用效率差異研究

劉化濤，黃學芳，池寶亮 ，鄭秀清，陳軍峰

(1．太原理工大學水利科學與工程學院，太原 030024；2．山西省農業科學院旱地農業研究中心，太原 030031)

水資源虧缺是限制北方農業可持續發展的主要因素，山西省水資源總量為123.8 億m3，人均、公頃均占有水量分別為381和2 700 m3，大大低于全國平均水平[1]，而農田灌溉是山西省用水大戶，但農業用水資源少且效率低下，全省灌溉水利用系數只有0.46[2]，因此，提高有限水資源的利用效率成為發展節水農業的研究熱點。

玉米已成為山西省種植面積最大的作物，但多數地區玉米需水與降雨時期錯位明顯、耦合度較低[3-4]，導致一些品種的產量潛力并未得到充分開發，水分利用效率存在提升空間，一個節水又高產的玉米品種在吸水、耗水和產量形成上有明顯的經濟優勢，水分利用效率在種間差異可達30%～100%[5]；所以，針對品種的需水耗水特性進行研究在生產上有重要意義。楊濤等通過盆栽控水試驗研究了正常供水和中度脅迫下12個玉米品種的耗水特性及水分利用效率差異[6,7]，張雪峰也在盆栽控水條件下研究了5個玉米品種的水分利用效率，為選育和推廣抗旱節水品種提供生理基礎[8]；上述研究均在盆栽條件下進行，但針對品種間大田群體效應下的耗水特性、水分利用效率等方面的研究，尚鮮有報道。因此，本試驗在半干旱區大田條件下，選用生產上主推和新近育成的密植型春玉米雜交種，對豐水年型下不同品種的耗水特性、產量及水分利用效率差異進行對比分析，為該區選擇節水、高產型玉米品種提供基礎，并對該區灌溉制度研究提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2012年在山西省農業科學院東陽試驗基地進行，該區位于晉中市榆次區東陽鎮西陽村北，屬晉中盆地瀟河沖積平原區，地勢平坦，水源充足，是傳統的糧菜產區，氣候條件屬典型的溫帶大陸性季風型氣候，一年四季分明，年均日照時數2 639 h，年均氣溫約9.8 ℃，1月均溫-6.1 ℃，7月均溫23.5 ℃，年均降水量430.2 mm，年最大降水量624.9 mm，年均無霜期154 d。土壤類型為潮土，有機質在1%左右，pH 8左右。

1.2 試驗設計

試驗采用隨機區組設計，供試品種選用：大豐30、先玉335、鄭單958、康地4574、富友968、潞玉36、迪卡M9、京科968、晉單65、利民33共10個密植型玉米品種；播種時按照統一密度6 萬株/hm2種植，行距60 cm，株距27 cm；小區面積為30 m2，長6 m，寬5 m；3次重復，共30個處理。播前每小區用肥量為過磷酸鈣600 kg/hm2，硝酸磷肥1 200 kg/hm2，作為底肥一次施入。2012年4月25日播種，9月30日收獲。田間管理與大田生產一致。

2012年試驗地4-9月降雨量分析表明(圖1)，玉米全生育期內降雨量為393.1 mm，大于多年平均降雨量348.4 mm，因此為豐水年型，且從降雨分布可看出，玉米生育期內有效降雨頻次高，雨量分布均勻，在各階段均能滿足玉米對水分的需求。

圖1 試驗地玉米生育期降雨資料分析

1.3 測定項目與方法

土壤水分含量：測定0～2 m土層含水量，每20 cm為1層，0～20 cm采用TDR水分測定儀測定，20～200 cm采用中子水分儀測定，在小區中心位置埋設中子管，播種后、收獲前測定，間隔15 d及生育階段始末測定。

產量：收獲時在小區中間行連續取20株果穗，室內考種(穗長、穗粗、穗行數、穗行粒數、子粒水分、百粒重)，計算產量。

耗水量：按照農田水量平衡方程計算：

ET=W1-W2+I+P+G

式中：ET表示農田耗水量，mm；W1為生育期始土壤貯水量；W2為生育期末土壤貯水量；I為生育期灌水量；P為生育期降雨量；G為地下水補給量。

試驗地生育期內未進行灌溉，因此I=0；試驗區地下水埋深80 m，因此G=0。

水分利用效率：為作物產量Y與農田耗水量ET的比值，即WUE=Y/ET。

1.4 數據處理與分析

數據處理、繪圖與分析采用Excel、DPS統計分析軟件。

2 結果與分析

2.1 不同春玉米品種間耗水特性差異分析

表1中數據分析表明，不同品種不同生育時期，其耗水特性不同；全生育期耗水量上，潞玉36最高，達398.5 mm，利民33最低，為370.1 mm，方差分析表明(表2)，潞玉36、鄭單958及利民33三者之間差異達顯著水平(P<0.05)，其余處理間差異不顯著；生育時期耗水量上，各品種均為灌漿期耗水量最多，成熟期最少。

表1 春玉米不同品種間生育期耗水特性差異分析 mm

表2 春玉米不同品種全生育期耗水量方差分析

各生育時期不同品種的耗水量變異特性可采用極值比Ka和變異系數Cv值來表示。Ka=Xmax/Xmin，其中Xmax為系列數據最大值，Xmin為系列數據最小值，Ka值越大，生育時期品種間耗水量變化幅度越大，反之則越小；表1中看出，各品種在拔節期(Ka=1.306)和抽雄期(Ka=1.306)耗水量變化幅度較大，其余各時期變化幅度較接近，所以，品種對拔節期至抽雄期的土壤供水能力最敏感；

2.2 不同春玉米品種間產量及水分利用效率差異分析

圖2中可看出，品種間產量以大豐30最高，達14 541 kg/hm2，利民33最低，為11 005.1 kg/hm2；方差分析表明(表3)，大豐30與迪卡M9及利民33之間產量差異達顯著水平(P<0.05)，其余品種間差異均不顯著。

圖2 春玉米不同品種間產量及水分利用效率分析

水分利用效率方面，除先玉335和迪卡M9外，各品種高低變化基本與其產量高低趨勢保持一致(圖2)，其中大豐30最高，達38.8 kg/(hm2·mm)，迪卡M9最低，為29.3 kg/(hm2·mm)，而先玉335則高于鄭單958但低于康地4574；說明不同品種的水分利用效率與產量之間有較好的一致性，產量高，一般水分利用效率也較高，反之，則較低。

表3 春玉米不同品種產量方差分析

2.3 春玉米各品種耗水量及水分利用效率關系分析

圖3中以產量為橫坐標，以耗水量為縱坐標，相交于各自平均值(表4)，將坐標圖劃分為4個象限，并在圖中標出各品種的對應位點；結果表明，大豐30、富友968、先玉335屬于高產低耗水型品種，康地4574、鄭單958屬于高產高耗水型品種，潞玉36、晉單65、京科968屬于低產高耗水型品種，而迪卡M9和利民33則屬于低產低耗水型品種。

圖3 不同品種耗水量與產量二維圖

圖4中以耗水量為橫坐標，以水分利用效率為縱坐標，相交于各自平均值后(表4)，將坐標圖劃分為4個象限，并在圖中標出各品種的對應位點；結果表明，大豐30、富友968、先玉335屬于低耗水高水分利用效率型品種，康地4574、鄭單958屬于高耗水高水分利用效率型品種，潞玉36、晉單65、京科968屬于高耗水低水分利用效率型品種，而迪卡M9和利民33則屬于低耗水低水分利用效率型品種。

圖4 不同品種耗水量與水分利用效率二維圖

綜上分析認為，大豐30、富友968、先玉335為高產、高水分利用效率、低耗水型品種，其中尤其以大豐30、富友968為最優；康地4574、鄭單958、潞玉36、晉單65、京科968則產量較為接近，但均為高耗水型品種；迪卡M9和利民33產量低、耗水低，但水分利用效率也較低；因此，在品種選擇時，應結合區域土壤水分條件來種植適宜的品種，以保證在獲得穩產、豐產的同時，兼顧水資源的利用效率。

3 討論與結論

在水資源匱乏地區，為解決節水與高產之間矛盾，農田玉米的耗水特性與水分利用效率是節水農業的研究熱點；研究表明，深耕深松可以提高土壤的蓄水能力，促進根系對深層土壤水分的吸收利用，進而提高水分利用效率[9-13]；秸稈和地膜覆蓋可以改變作物的耗水規律[14-16]，減少農田蒸發的無效耗水[17-19]；而種植密度則與農田耗水量呈二次拋物線關系，所以，因地制宜的合理密植才能提高土壤水分利用效率[20-23]；灌溉及降雨年型不同則直接影響農田水分蒸散和生產效率，在玉米需水關鍵階段，相同灌水頻率時，耗水量隨灌水量的增加而增加，相同灌水量時，耗水強度隨灌水頻率的增加而增加[24-28];品種間水分利用效率差異在12%-19%，所以應將品種與灌溉制度優化結合[29]；上述研究針對的玉米品種均較少且單一。

表4 不同品種產量、耗水量、水分利用效率分析

本試驗研究結果表明，不同品種間，耗水特性不同，全生育期耗水量以潞玉36最高，利民33最低；各品種對拔節期至抽雄期的土壤供水能力最敏感，同時也是造成品種間耗水量差異的主要時期，不同品種的水分利用效率與產量之間有較好的一致性，因此，大豐30、富友968、先玉335為高產、高水分利用效率、低耗水型品種，迪卡M9和利民33為低產、低水分利用效率、低耗水型品種；康地4574、鄭單958、潞玉36、晉單65、京科968則產量較為接近，但均為高耗水型品種。

節水農業其科學目標可概括為提高水的利用率和水分利用效率[30]。生物節水技術研究以提高植物自身的水分利用效率為主要核心，主要措施有調整作物類型、品種和種植制度；培育優良抗旱品種；按照作物需水規律來進行非充分灌溉等[31]。因此，優選抗旱節水品種是農藝及生物節水的重要措施。本試驗初步探討了大田條件下不同玉米品種間耗水特性及水分利用效率差異，但受氣候土壤特點等限制因素，不同區域性的適宜節水高產型品種選擇及灌溉制度制定，仍待進一步研究。

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