灌水量對全膜壟作溝灌玉米產量及水分利用效率的影響

曾 愛 國

(甘肅省武威市農業技術推廣中心， 甘肅 武威 733000)

灌水量對全膜壟作溝灌玉米產量及水分利用效率的影響

曾 愛 國

(甘肅省武威市農業技術推廣中心， 甘肅 武威 733000)

針對河西灌區水資源緊缺的問題，探索玉米合理的灌溉量，以期指導區域玉米合理灌溉。通過在石羊河流域設置不同的灌水量梯度，研究不同灌水量對全膜壟作溝灌玉米產量及水分利用效率，以及土壤含水率、產量要素的影響。結果表明：全膜壟作溝灌玉米灌水量從4 500 m3·hm-2增加到4 725 m3·hm-2、4 950 m3·hm-2時，產量并沒有隨著灌水量的增加而增加，灌水量增加到5 175 m3·hm-2時，在水分利用效率沒有降低的情況下，產量相對于4 500、4 725 m3·hm-2和4 950 m3·hm-2處理明顯增加11.46%、8.39%和8.54%，其中果穗長度、穗粒數和百粒重平均增加4.88%、3.27%和4.31%是其產量增加的主要原因。對于土壤含水率，玉米需水盛期的7月16日至8月3日，5 175 m3·hm-2處理顯著高于其他三個處理，而灌漿期各處理間則差異不顯著。與播前期相比，收獲期土壤含水率降低層主要集中在20～80 cm土層，土層貯水量平均降低6.72 mm，且各處理0～110 cm土層貯水量差異并不明顯。因此，本研究表明5 175 m3·hm-2為石羊河流域全膜壟作溝灌條件下的適宜灌溉量，但灌漿中后期的最后一次灌水應考慮適當降低灌水量。

玉米；灌水量；產量；水分利用效率

石羊河流域是甘肅河西三大內陸河流域之一，總耕地面積約41.7萬hm2，農田灌水量占整個區域供水量的86.4%[1]。近年來，由于人口增加、社會經濟發展和水土資源的大規模開發利用引起了一系列水文和生態環境變化，嚴重制約了區域經濟的可持續發展和人居環境的可持續改善[2]。所以，尋求合理的作物灌溉量，保證作物產量及水分利用效率，減少水資源浪費成為區域農業可持續發展的關鍵。綠洲主要作物及不同種植方式需水規律研究表明，玉米應采用“六水”灌溉法，即播前水、拔節水、孕穗水、抽雄水、灌漿水、乳熟水，灌水定額分別為900、900、1 050、1 275、1 260、1 140 m3·hm-2[3]，而石羊河流域作物的需水量及需水規律的研究表明，春玉米應采用較為理想的“五水”灌溉法，即拔節期、大喇叭口期、吐絲期、灌漿期和成熟期灌水，相應的適宜灌溉量為1 200、1 200、900、1 100 m3·hm-2[4]，同樣石羊河流域灌水量對制種玉米干物質積累及產量性狀的影響研究表明玉米全生育期灌水量5 250 m3·hm-2時，對玉米產量、果穗長度、百粒重等影響較大，可作為當地適宜的節水灌溉量，繼續增加灌水量后，相應產量等指標出現不升反降的趨勢[5]。這些研究主要集中在灌水量對玉米產量、產量構成因素及水分利用效率的影響，從而衡量區域玉米適宜灌溉量，而對于灌溉量在影響玉米產量、產量構成因素及水分利用效率情況下土壤含水率及水分變化狀況的影響的研究卻較少。地膜覆蓋技術由于其明顯的增溫、節水和增產效果，成為石羊河流域一項重要的農業增產和節水的技術手段[6]，隨著作物覆膜方式的成熟，全膜壟作溝灌栽培技術由于其較為明顯的保墑、增溫、抑制水分蒸發的效果，在區域內的應用越來越普及[7-9]。因此，本研究通過在石羊河流域玉米全膜壟作溝灌條件下設置不同的灌水量梯度，研究(1)不同灌水量對玉米土壤含水量及其變化的影響；(2) 不同灌水量對玉米產量構成要素的影響；(3) 不同灌水量對玉米產量及水分利用效率的影響，以期為區域內發展節水型現代農作制模式技術提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

試驗地點位于武威市涼州區金羊鎮平苑村，海拔1 506 m，年均氣溫7.8℃,無霜期155 d，年降雨量158 mm, 蒸發量2 020 mm，年總日照時數2 945 h，≥0℃積溫為3 513.4℃，≥10℃積溫為2 985.4℃。土壤類型為厚層灌漠土，土層深厚，土壤質地為壤土，通透性好，無障礙層，適種性廣，井水灌溉。本研究在2010年度進行，生育期降雨量70.9 mm，土壤pH值8.2，有機質18.8 g·kg-1,堿解氮73.4 mg·kg-1,有效磷29.5 mg·kg-1,速效鉀164.9 mg·kg-1，田間持水量23.2%，土壤容重1.57 g·cm-3。

1.2 試驗設計

試驗共設4個灌水處理，具體灌水量見表1，各小區灌水量用水表嚴格計量，供試玉米品種為武科2號，采用全膜壟作溝灌栽培，壟寬60 cm，溝寬40 cm，溝深18 cm，幅寬 120 cm地膜覆蓋壟溝，每壟播種2行，行距50 cm，株距24 cm，保苗82 500 株·hm-2。試驗于4月23日用槍式穴播器播種，于起壟覆膜前基施(13-17-15)復合肥900 kg·hm-2，分別在拔節期、大喇叭口期用追肥槍穴施尿素300 kg·hm-2和150 kg·hm-2。田間采用完全隨機實驗設計，小區面積為60 m2，小區長6 m，寬10 m，重復3次。

表1 水分處理方案

1.3 樣品采集與測定

土壤樣品：各小區覆膜前、播前、每次灌水前、灌水后和收獲后用土鉆分別采集0～110 cm剖面土壤樣品，田間取樣時每小區設2個采樣點，其中0～30 cm為每10 cm一層，30～50 cm為一層，50～110 cm每30 cm為一層，2個樣點同一土層土壤樣品混合作為一個分析樣品，采用烘干法測定土壤含水量。

植株樣品：玉米收獲時各小區選擇長勢一致的植株考種，分別測定株高、穗位高、穗長、禿頂長、穗粒數、百粒重，并分小區收獲計產。

1.4 數據計算與統計分析

1) 土壤貯水量(mm)=ρ×h×ω×10。式中，ρ為實測土壤容重(g·cm-3)，h為土層厚度(cm)，ω為土壤水分(%)。

2) 水分利用效率(kg·mm-1·hm-2)=Ya/Eta，其中，Ya為單位面積的籽粒產量(kg·hm-2)，Eta為生育期耗水量(mm)。

數據統計分析和圖表制作采用Microsoft Excel 2007及DPS 7.05軟件。

2 結果與分析

2.1 不同灌水量處理對玉米土壤含水率變化的影響

通過分析不同灌溉量對玉米播前期和收獲期0～110 cm土層土壤含水率變化的影響(見圖1)，玉米不同灌水量處理播前期和收獲期0～110 cm土層具有相同的土壤含水率分布趨勢，與播前期土壤含水率相比，收獲期不同灌水量處理0～10 cm土壤含水率均得到較好的恢復，但20～110 cm土層含水率卻有不同程度降低，且降低層主要集中在30～80 cm。分析土層貯水量，I180、I195、I210和I225處理收獲期0～110 cm土層貯水量為297.33、293.15、291.63 mm和288.64 mm，相對于播前期分別減少18.89、18.56、28.11 mm和16.09 mm，差異不明顯，且20～80 cm土層貯水量較播前期平均減少6.72 mm。表明本試驗條件下，玉米不同灌水量處理播前期和收獲期具有相同的土壤含水率分布趨勢，同時各處理收獲期土層貯水量沒有明顯差異，與播前期相比，收獲期土壤含水率降低層主要集中在20～80 cm，該土層貯水量平均減少6.72 mm。

圖1 不同灌溉量對玉米播前期和收獲期0～110 cm土層土壤含水率變化的影響

Fig.1 Effects of different amount treatments on soil water content in 0～110 cm soil layers before seeding and at harvest of maize

2.2 不同灌水量處理對土壤含水率動態變化的影響

由0～110 cm土壤含水率動態變化(見圖2)可知，不同灌水量處理間土壤水分差異隨生育期的推進逐漸減小，不同處理間水分差異由7月10日的17.64%減小為9月3日的4.93%，到玉米灌漿期不同處理間差異不顯著(P>0.05)，可見不同灌水梯度對玉米土壤水分的影響在8月26日玉米灌漿后逐漸減弱，因此在玉米灌漿中后期的最后一次灌水宜選擇灌水量最低的I180處理灌溉。7月16日和8月3日各處理土壤水分以I225處理為高，其他三個灌水處理間水分差異不顯著(P>0.05)，7月30日、8月26日和9月3日各處理間水分差異不顯著(P>0.05)，表明在玉米需水盛期的7月16日至8月3日，I225處理對土壤水分的影響顯著大于其他三個處理，此期(玉米二、三水)宜選擇灌水量最高的I225處理灌溉。

2.3 不同灌水量處理對玉米產量構成因素的影響

玉米產量構成因素表明(見表2)，不同灌水量處理對玉米株高和穗位高的影響不顯著，但增加灌水量后，I210和I225處理相對于I180和I195處理玉米的果穗長度顯著增加，平均增加6.27%。果穗禿頂長I180、I195和I225處理之間差異不顯著，但顯著高于I210處理，平均增加0.23 cm。隨著灌水量的增加，玉米穗粒數和百粒重并沒有顯著增加，但I225處理相對于其他三個處理卻有明顯增加趨勢，穗粒數和百粒重平均增加3.27%和4.31%。說明本試驗條件下，灌水量對玉米株高和穗位高影響不顯著，但灌水量增加到5 175 m3·hm-2時，玉米果穗長度顯著增加，穗粒數和百粒重也有明顯增加趨勢。

圖2 各處理0～110 cm土壤含水率動態變化

Fig.2 Soil water content variation in 0～110 cm soil layers under different amount treatments

表2 不同灌水量處理玉米產量構成因素

注：同列數據后不同小寫字母表示LSD檢驗在P<0.05水平上差異顯著，下同。

Note: Different small letters following values in the same column show significant difference atP<0.05 level, and it is the same in following tables.

2.4 不同灌水量處理對玉米產量及水分利用效率的影響

從玉米產量及水分利用效率(見表3)來看，I225處理玉米籽粒產量最高，達到13 568.47 kg·hm-2,相對于I180處理顯著增產11.46%，相對于I195和I210也有明顯增產趨勢，分別增產8.39%和8.53%。與產量結果不同，I180處理水分利用效率最高，達到33.92 kg·mm-1·hm-2，相對于I210處理顯著提高10.9%，相對于I195和I225處理也有增加趨勢，分別增加3.24%和5.60%，但差異不顯著。表明本試驗條件下，灌水量從4 500 m3·hm-2增加到4 725、4950 m3·hm-2時，產量并沒有隨著灌水量的增加而增加，但灌水量繼續增加到5 175 m3·hm-2時，水分利用效率沒有明顯降低的情況下，產量相對于I180、I195和I210處理明顯增加11.5%、8.39%和8.54%。

表3 不同灌水處理下玉米產量和水分利用效率

3 討 論

3.1 不同灌水量處理對玉米農田土壤水分的影響

土壤水分是影響作物生長發育及水分利用最主要的環境因子[10]，實現作物可持續高產高效，不能只片面地追求作物產量，更應該綜合考慮土壤水分狀況，防止土壤水分逐年虧缺而出現土壤干化，形成干土層[11]。本試驗不同灌水量處理玉米播前期和收獲期0～110 cm土層具有相同的土壤含水率分布趨勢，且收獲期各處理0～110 cm貯水量沒有出現明顯差異，這主要可能是灌漿中后期玉米蒸騰作用降低，對土壤水分的吸收減弱，繼續增加灌水量后土壤水分逐漸恢復，進而各處理土層貯水量沒有出現明顯差異。另外，本研究表明玉米在7月16日至8月3日為需水盛期，宜選擇灌水量最高的I225處理，8月26日玉米灌漿后各處理對土壤水分的影響逐漸減弱，這與馬興祥[12]、王延宇[13]等的研究一致。因此，從土壤水分狀況分析，本研究表明5 175 m3·hm-2為該地區較為適宜的灌溉量，但灌漿中后期的最后一次灌水應考慮適當降低灌水量。

3.2 不同灌水量處理對玉米產量構成因素的影響

構成玉米產量的因素有很多，但穗部性狀是其主要因素[14-15]，本試驗表明不同灌水量處理對玉米株高和穗位高的影響不顯著，但灌水量增加到5 175 m3·hm-2時，玉米果穗長度顯著增加，穗粒數和百粒重也有明顯增加趨勢，平均增加4.88%、3.27%和4.31%，2011年武威清源鎮玉米灌水量試驗也發現玉米果穗長和百粒重隨著灌水量從3 750 m3·hm-2增加到5 250 m3·hm-2而呈增加趨勢[16]，甘肅農業大學綠洲農業綜合實驗站試驗也發現，隨著灌水量從5 700 m3·hm-2增加到7 200 m3·hm-2，玉米穗粒數顯著增加，粒重也明顯增加[7]，中國農業大學石羊河流域農業與生態節水試驗站玉米咸水非充分灌溉也試驗表明，隨著灌水量從285 mm增加到480 mm玉米穗粒數和百粒重顯著增加[17]，與本結論基本一致。因此，石羊河流域玉米全膜壟作溝灌條件下，灌水量增加到一定程度后，可以明顯增加其果穗長度、穗粒數和百粒重，進而增加籽粒產量。

3.3 不同灌水量處理對玉米產量和水分利用效率的影響

石羊河流域是我國水資源最為緊缺的地區之一，緊缺的水資源嚴重制約了農作物的高效和可持續發展，所以探索合理的農作物灌水量成為節約水資源和推動該地區農業高效和可持續發展的關鍵。本研究表明，在相同的灌水次數下，玉米灌水量從4 500 m3·hm-2增加到4 725 m3·hm-2和4 950 m3·hm-2時，產量并沒有隨著灌水量的增加而增加，但灌水量增加到5 175 m3·hm-2的I225處理時，水分利用效率沒有明顯降低的情況下，產量相對于I180、I195和I210處理明顯增加了11.5%、8.39%和8.53%。甘肅省武威市中心灌溉試驗站玉米田間試驗研究表明在相同的灌水次數下，適當增加灌溉定額在一定程度上可增加作物產量和水分利用效率，但超過一定值之后，產量并無顯著提高，相應水分利用效率也沒有提高[18]。甘肅武威荒漠生態與農業氣象試驗站2011年田間試驗發現，玉米灌水量從3 750 m3·hm-2增加到4 500 m3·hm-2時，籽粒增產120.5%，灌水量增加到5 250 m3·hm-2時，籽粒增產286.0%，相應水分利用率也增加了80.0%和157.0%[12]；甘肅民勤玉米田間試驗發現，全膜雙壟溝播灌水量從4 475.0 m3·hm-2增加到5 187.5 m3·hm-2時，籽粒產量幾乎沒有變化，但水分利用效率卻降低了13.2%[19]；而同樣在西北干旱綠洲灌區，全膜覆蓋玉米灌水量從360 mm增加到480 mm時，玉米產量降低了231 kg·hm-2，水分利用效率也降低了23.2%[20]，均與本研究結論不一致，主要原因可能是各試驗所設計的玉米種植方式、灌水時期、灌水分配、生育期和休閑期降雨量等因素的不同從而得出不同的產量和水分利用效率結果。綜合考慮產量及水分利用效率，本研究認為5 175 m3·hm-2為石羊河流域全膜壟作溝灌玉米較為適宜的灌水量，但應在長期定位的基礎上，進一步考慮玉米的種植方式、灌水時期、灌水分配、土壤含水量等因素，從而推薦合理的灌水量。

4 結 論

綜合考慮玉米產量、水分利用效率、產量構成因素及土壤含水率變化和土壤貯水量情況，5 175 m3·hm-2為石羊河流域玉米全膜壟作溝灌條件下的適宜灌溉量，但灌漿中后期的最后一次灌水應考慮適當降低灌水量。

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Effects of irrigation amount on maize yield and water use efficiency under full mulching with ridge seeding and furrow irrigating

ZENG Ai-guo

(WuweiAgro-technicalExtensionCenter,Wuwei,Gansu733000,China)

Field experiments were employed to find the effects of different irrigation amount on maize yield and water use efficiency under full mulching with ridge seeding and furrow irrigating in Shiyang river basins. It turned out the yield did not increase with the increase of irrigation amount from 4 500 m3·hm-2to 4 725 m3·hm-2and 4 950 m3·hm-2. However, without decrease in water use efficiency, when the irrigation amount increased to 5 175 m3·hm-2, the yield increased by 11.46%, 8.39% and 8.54% in the treatments of I180, I195and I210respectively. The increase was mainly attributed to the average increase in spike length by 4.88%, grain number by 3.27% and 100-grain mass by 4.31%. The soil water content was significantly higher in I225treatment in the other three treatments at water demand peak by corn (from 16 July to 3 August), while there was no significant difference in the treatments at filling stage. Compared with the seeding stage, the decreased layers of soil water content were mainly located at 20～80 cm soil layers at harvest, and soil water storage decreased by an average of 6.72 mm. There was no significant differences of the soil water storage among treatments at 0～110 cm soil layers. It was concluded that 5 175 m3·hm-2was the appropriate irrigation amount for maize under full mulching with ridge seeding and furrow irrigating in Shiyang river basins, but at the late filling stage it was desirable to reduce the irrigation amount appropriately.

maize; irrigation amount; yield; water use efficiency

1000-7601(2017)02-0207-06

10.7606/j.issn.1000-7601.2017.02.34

2015-11-30基金項目：國家公益性行業(農業)科研專項“現代農作制模式構建與配套技術研究與示范”項目(201103001)

曾愛國(1966—)，甘肅民勤人，高級農藝師，主要從事土壤改良培肥、科學施肥及農田節水技術研究與推廣。 E-mail：wwtfzag@126.com。

S274.1

A