壟作溝灌條件下不同灌溉制度對土壤水分及制種玉米產量的影響

師學珍，王增麗，溫廣貴

(1.河南師范大學生命科學院，河南 新鄉 453007； 2.武威市中心灌溉試驗站，甘肅 武威 733000；3. 武威職業學院機械系，甘肅 武威 733000)

0 引 言

西北地區因其獨特的地理氣候優勢及豐富的光熱資源成為農業部首批認定的26個國家級雜交玉米種子生產基地。該區屬于典型的無灌溉就沒有農業的干旱內陸區。如何實現制種玉米產業快速發展，有效節約灌溉用水已顯得尤為緊迫。壟溝耕作方式是一種旱區廣泛應用的節水節肥栽培模式。它通過改變地形，攔蓄部分徑流，可促進溝中水分向壟上位置側向運動[1-3]，減小溝內水分垂直運動，因而具有較高的增產、節水和增溫效益[4,5]。壟溝耕作方式提高水分利用效率。研究表明[6]，在干旱區全膜壟作溝灌模式下制種玉米產量和水分利用效率分別為7 633.4 kg/hm2和1.25 kg/m3，較全膜平作種植，寬行覆膜平作種植模式節水增產效果顯著。目前，有關西北干旱地區壟作溝灌條件下不同灌溉制度對土壤水分及制種玉米產量的影響的研究少有報道。本文通過田間試驗，研究壟作溝灌條件下不同灌溉制度對土壤水分及制種玉米產量的影響，分析制種玉米生育期土壤水分動態變化及制種玉米耗水規律，為當地制種玉米生產提供技術指導和理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

該研究在武威市中心灌溉試驗站進行，試驗站位于東經102°50′，北緯37°52′，海拔1 581 m，屬典型內陸干旱荒漠區。多年平均降水量163.2 mm，多年平均蒸發量2 019.9 mm。土壤全氮含量0.44 g/kg，有機質含量6.74 g/kg。土壤質地為粉質壤土，平均土壤密度1.45 g/cm3，田間持水量23.5%。

1.2 試驗材料及測定方法

供試品種為富農340，于2013年4月24日種植，9月10日收獲，全生育期140 d。父母本種植比例1:5。采用玉米穴播機進行播種，播種量30 kg/hm2，株距20 cm，行距50 cm。

試驗采用L9(34)正交設計，試驗采用隨機區組排列，各處理重復3次。試驗因素及水平設置見表1。播前15 d左右起壟覆膜，并在壟兩側每隔30 cm均勻打孔，促進水分入滲。壟溝設計標準：壟高20 cm，壟寬50 cm，溝底20 cm。每壟頂兩側種植兩行玉米?；适┯昧磕蛩?62.5 kg/hm2、磷酸二氫銨525 kg/hm2。各種農藝措施參照當地經驗進行。

表1 試驗處理設置表Tab.1 Distribution of treatments in field

1.3 測定項目與方法

土壤含水量測定：采用取土烘干法測定土壤含水量，0～100 cm土層分[0,20]，(20,40]，(40,60]，(60,80]，(80,100]cm，5層每隔15 d測定1次。

耗水量測定：采用農田土壤水量平衡公式進行計算。灌水量采用水表進行計量。該試驗田地下水埋深在40 m以下，可視地下水補給量為0，降水入滲深度不超過1 m，可視深層滲漏為0。水量平衡方程可簡化為：

WT=P+I-ΔW

(1)

式中：ET為作物生育期耗水量，mm；P為生育期降水量，mm；I為生育期內灌溉量，mm； ΔW為作物生育期土壤蓄水變化量，mm。

產量及構成要素測定：收獲后進行考種，每小區連續取10株測定穗長、禿尖長、穗粗、百粒質量。小區實行單打單收進行測產，并計算水分利用效率(WUE)及收獲指數HI。

WUE=Ye/WT

(2)

HI=Ye/Yt

(3)

式中：WUE為水分利用效率，kg/m3；HI為收獲指數，%；Ye為制種玉米經濟產量，kg/hm2；Yt為制種玉米生物產量，kg/hm2。

1.4 統計分析

采用SPSS15.0對試驗數據進行方差分析和顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 土壤水分分布規律

不同處理制種玉米生育期0～100 cm土壤水分動態變化如圖1所示。由圖1可知，各處理淺層(0～40 cm)土壤含水量變化規律基本一致，均隨制種玉米播后天數的增加呈降低趨勢。灌水定額對深層土壤(>60 cm)水分含量的影響顯著。隨灌水定額增加深層土壤水分含量呈增加趨勢，深土壤水分峰值主要出現在生育前期(苗期、拔節期)。隨生育周期的增加，制種玉米進入耗水高峰期，處理間土壤水分含量差異減弱。

結果表明，當灌溉定額大于400 m3/hm2時能明顯增加深層土壤(60～100 cm)水分含量。蒸發蒸騰作用顯著影響淺層土壤水分含量，在制種玉米生育期內，隨生育進程的延長土壤水分呈降低趨勢。相同灌水定額條件下，增加灌水次數能明顯提高深層土壤水分含量。在制種玉米生殖生長期，灌水定額對深層土壤水分含量的影響減弱。處理間土壤水分含量差異不明顯。

2.2 制種玉米產量結果

按正交試驗設計分析要求，將各處理小區產量(Y1、Y2、Y3)、平均產量(Ye)列于表2。由表可知，制種玉米產量介于2 704.14～4 877.57 kg/hm2。其中，T1產量最低，T5產量最高。不同試驗因素相比，灌水定額效應最大，次追肥量效應最小，灌水次數、追肥次數效應居中。Duncan新復極差檢驗結果表明，灌水定額、灌水次數對產量影響差異顯著，次追肥量和追肥次數對產量影響差異不顯著。

2.3 制種玉米耗水規律與水分利用效率分析

不同處理制種玉米耗水量、產量及WUE分析見表3。由表可知，各處理制種玉米耗水量介于368.07～523.85 mm。其中，T9處理耗水量最高，T1處理最低。WUE結果表明，各處理水分利用效率介于0.737～1.053 kg/m3。其中，T6、T5處理WUE較T1處理分別提高42.34%、37.84%，且差異具有統計學意義。收獲指數(HI)結果表明，T5、T8、T9處理較T1處理(HI)收獲指數分別增加55.32%、33.76%和32.51%，差異顯著，表明適當增加作物生物學產量可提高作物經濟產量。

注：Sd為土壤深度，cm；Ds為制種玉米播種后天數，d；Wc為土壤含水率，%。圖1 不同處理制種玉米生育期土壤水分動態變化Fig.1 Dynamic change of soil moisture in seed maize growth period for different treatments

表2 制種玉米產量結果分析 kg/hm2

注：同列有相同字母表示差異不顯著(P>0.05)，下同。

2.4 制種玉米產量、耗水量關系分析

將制種玉米產量、耗水量及產量特征值進行相關性分析，結果見表4。由表可知，制種玉米產量與耗水量呈顯著正相關關系，相關系數達0.84。產量與穗粗、穗長、禿尖長、穗行數及行粒數各產量特征值呈顯著正相關關系。耗水量與穗粗、禿尖長及行粒數各產量特征值呈顯著正相關關系。千粒重與穗行數產量特征值呈顯著正相關關系。

表3 制種玉米耗水量、產量和WUE分析Tab.3 Comparison analysis of water consumption, yield and WUE on the seed maize

表4 不同處理制種玉米產量、耗水量及產量特征值相關性分析Tab.4 Evaluation indexes of seed maize’s yields for different treatments

注：*，**分別表示P<0.05，P<0.01水平顯著相關。

3 討 論

李波[7]研究結果表明，覆膜溝灌措施下，番茄株高比無覆膜處理增加43%，莖粗增加45%，水分生產率提高56%，產量增長2.77～4.15 萬kg/hm2，節水增產效應顯著。由于溝灌可有效降低田棵間土壤蒸發量，為達到節水目的，灌溉實施中提倡局部濕潤的大定額灌溉[8]。在制種玉米生育期，進行適度水分脅迫有利于提高水分利用效率，這與王珍[9]研究結果相一致。制種玉米生育期耗水量峰值與耗水強度主要出現在拔節期，且提高灌水定額，能顯著提高60～100 cm土壤水分含量，這與蔣靜[10-12]等研究結果相一致。龔金龍[13]研究結果表明，作物具有穩定的生物學產量是提高經濟產量的重要原因，本研究同樣也證實了這一結論。相同灌水和施肥條件下，不同水文年對土壤水分及制種玉米產量的影響也不盡相同，不同水肥調控措施對制種玉米產量及水分利用效率的影響有待進一步的試驗研究。

4 結 語

壟作溝灌條件下，合理降低灌溉水量有利于提高制種玉米水分利用效率確定合理的灌水定額和灌水次數對提高水分利用效率尤為重要。制種玉米產量與耗水量呈顯著正相關關系(R2=0.84)。產量與穗粗、穗長、禿尖長、穗行數及行粒數各產量特征值呈顯著正相關關系。壟作溝灌條件下，制種玉米全生育期灌水6次(播后灌水定額500 m3/hm2，拔節期、大喇叭口期、抽穗期、灌漿前期、灌漿后期灌水定額均為400 m3/hm2)，總灌溉定額2 500 m3/hm2，拔節期、大喇叭口期分別追施N肥1次(追肥量150 kg/hm2)的水肥措施作物產量和節水效益最優。

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