滴灌量對新疆高產玉米產量和蒸騰量的影響

陳江魯+楊京京+丁變紅+張小偉+吳新明

摘要：研究膜下滴灌條件下灌溉量對新疆高產（≥15 000 kg/hm2）玉米產量的影響，探究該條件下高產玉米產量形成的有效調控途徑，明確新疆高產玉米蒸騰量和棵間蒸發量的變化規律，為合理的灌溉制度提供理論依據和技術支持。2015年，在新疆兵團第六師共青團農場，采用膜下滴灌，以當地高產玉米灌溉量為基準（W4），設置4個灌量水平，以M751、農華213（NH213）、登海618（DH618）為供試品種，分析不同灌溉量對玉米產量、棵間蒸發和蒸騰量的影響。研究結果表明，不同灌溉量處理間產量有顯著差異，當灌溉量降低到常規灌溉量的90%（W3）時，大多數玉米品種籽粒產量（NH213除外）無明顯降低趨勢，其中多數品種當灌溉量減少到常規灌溉量的80%時產量顯著降低。灌溉量對玉米產量構成因子的影響研究表明，灌溉量對收獲穗數的影響不顯著，對單穗粒數和粒質量均有影響，穗粒質量影響顯著，玉米全生育期棵間蒸發和蒸騰量隨灌溉定額的增大而增大。玉米階段棵間蒸發量表現播種—拔節>拔節—抽雄>乳熟—成熟>抽雄—乳熟，蒸騰量則表現相反的趨勢。研究結果表明，適當降低灌溉量對玉米籽粒產量影響不顯著。灌溉量主要通過影響穗粒質量影響產量；不同基因型品種E/ET隨產量的增大呈下降趨勢，全生育期棵間蒸發量的范圍為141.8～182.8 mm。蒸騰量與灌溉量呈正相關，蒸騰量范圍為366.8～522.8 mm。

關鍵詞：滴灌；玉米；灌溉量；棵間蒸發；蒸騰量

中圖分類號： S513.07 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2017）18-0067-04

收稿日期：2016-06-29

基金項目：新疆生產建設兵團科技支疆項目（編號：2014AB020）。

作者簡介：陳江魯（1985—），男，新疆五家渠人，碩士，助理研究員，主要從事高產玉米增產增效方面的研究。E-mail：1215488489@qq.com。

通信作者：楊京京，碩士，助理研究員，主要從事高產玉米增產增效及鹽堿地改良與利用方面的研究。E-mail：136116346@qq.com。 不同灌溉量對作物生長發育的影響主要包括營養生長和生殖生長2個階段，生長過程中灌溉量不足，均會導致產量下降。當灌溉量高過田間持水量達到100%時，玉米的株高、莖粗和莖稈強度都呈降低趨勢[1]，有研究認為，當灌水量不足以維持作物生長需要時，灌溉量增加后作物產量隨需水量的增加而增加，作物產量與需水量之間呈現顯著的線性關系[2]，作物的棵間蒸發是指作物群體內植株之間土壤表面的蒸發，也是農田作物蒸散的主要組成部分，通常研究都認為是無效耗水，降低作物棵間蒸發量不僅可以提高農田水分利用效率（WUE）而且可以節約用水，對農業發展具有重要意義。國內對小麥棵間蒸發的研究較多，相關研究表明，冬小麥全生育期棵間蒸發量為115.8 mm，占總蒸發蒸騰量的比例為 32.1%[3]。景明等研究了春小麥的棵間蒸發，認為生長初期和發育后期棵間蒸發量較高，生長中期較低，但是相對于覆蓋措施比較，無覆蓋措施相對于地膜覆蓋和秸稈覆蓋日均棵間蒸發量分別降低15.6%和36.1%[4-5]。表層土壤含水和葉面積指數與夏玉米棵間土壤相對蒸發強度之間均呈良好的指數函數關系[6-7]。相比夏玉米，小麥等作物棵間蒸發的報道甚多，而對于膜下滴灌條件下產量在15 000 kg/hm2以上春玉米棵間蒸發的研究報道較少，開展系統研究進一步明確新疆高產春玉米的總蒸散量、葉片蒸騰量和棵間蒸發量變化規律，以期確定合理的灌溉措施來提高玉米的水分利用效率。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

研究區選擇在新疆天山北部的共青團農場，試驗田土質為壤土，有機質含量11.67 g/kg，堿解氮含量38.60 mg/kg、速效磷含量15.26 mg/kg、速效鉀含量285 mg/kg，前茬作物為棉花。試驗區距烏魯木齊40 km，地理坐標為87°8′30″～87°29′05″E，40°10′50″～44°29′46″N。研究區地勢平坦，地面自西南向東北方向傾斜，坡降0.10%～0.12%，區域海拔為750～851 m，年降水量114～168 mm，多年平均蒸發量為2 651 mm，年均溫度7 ℃，無霜期158 d，日照時數3 135.9 h，太陽總輻射量5 585 MJ/m2，年≥10 ℃積溫3 550 ℃，土壤類型主要有潮土、灌淤土、草甸土。自然植被主要有檉柳、鹽爪爪、駱駝刺、甘草、苦豆子等。種植作物主要有小麥、玉米、棉花及林果等。

1.2 試驗設計

試驗于2015年在新疆生產建設兵團第六師共青團農場試驗田開展，試驗采用裂區設計，品種為主處理，參試品種為M751、農華213（NH213）、登海618（DH618）。灌溉量為副處理，灌量均用水表計量控制，播種后1 d即4月21日各處理統一滴灌500 m3/hm2出苗水。設置4個灌溉量處理，分別為W1：為大田灌量的70%，即灌溉量為4 725 m3/hm2；W2：為大田灌量的80%，即灌溉量為6 750 m3/hm2；W3：為大田灌量的90%，即灌溉量為6 075 m3/hm2；W4為當地大田灌量，即灌溉量為 6 540 m3/hm2。每個處理3次重復，小區面積44 m2，采用膜下滴灌，采取大小行模式種植，大行距70 cm，小行距 40 cm，株距14 cm。不同灌溉日期及灌溉量見表1。

1.3 田間管理

試驗點采用地膜覆蓋，膜下滴灌，按設計好的株距人工點播，理論密度12.5萬株/hm2。試驗地在前茬作物（棉花）收獲后結合翻耕施入腐熟羊糞7 000 kg/hm2，磷酸二銨（P2O5 46%）90 kg/hm2，尿素（N 46%）90 kg/hm2，玉米專用復合肥（N、P2O5、K2O含量分別為20%、20%、20%）225 kg/hm2。播種時施用種肥磷酸二銨90 kg/hm2、硫酸鋅（98%）120 kg/hm2、硫酸鉀（36%）90 kg/hm2。拔節期噴施羥烯乙烯利0.75 L/hm2控制株高。endprint

試驗于4月21日播種，4月23日滴出苗水，5月2日出苗，全生育期灌溉8次，分別是出苗水1次，拔節至吐絲期灌溉3次，吐絲至生理成熟灌溉4次，10月15日收獲。氣象數據來源于共青團氣象局地面觀測站。

1.4 測定項目與方法

1.4.1 土壤水分測定 準確記載各生育時期用水量，土壤含水量采用烘干法測定。分別在播種前和收獲后、每次灌溉的前1 d、灌溉后1 d，按20 cm分層測定0～100 cm深土壤含水量。土壤含水量=（土壤鮮質量-土壤干質量）/土壤干質量×100%；土壤貯水量（mm）=土層厚度（cm）×土壤容重（g/cm3）×土壤質量含水量（%）×10。

1.4.2 作物階段性耗水量測定 通過測定土壤含水量計算作物的耗水量，依據以下公式計算：

ET=I+P-RO-DP+CR±ΔSF±ΔSW[8]。

式中：ET為作物生育期耗水量（mm）；I為灌水量（mm），用水表計量；P為降雨量（mm），采用雨量計測定；RO為地表徑流量；DP為下邊界排水量，CR為地下淺水位水分通過毛細管向上運輸的水量，ΔSF為根區水分的水平運動量，ΔSW為土壤貯水量的變化量。平坦土地的RO與ΔSF均為0，試驗地地下水埋藏較深，其補給量可忽略不計，即CR=0，ΔSW根據生育階段前后2次測量的土壤含水量計算。日耗水量=各生育階段玉米田耗水量/生育階段天數；耗水模系數=各生育階段玉米田耗水量/玉米田總耗水量。

1.4.3 產量測定與考種 在玉米生理成熟后，各處理除去2邊行及2端各2 m，取中間6行，進行田間綜合性狀調查。統計收獲株數和果穗數，各小區連續取10株玉米的果穗進行室內考種。采用PM-8188谷物水分測定儀測定子粒含水率，按14%含水量計算產量。

1.5 數據處理與分析

采用Excel 2013和SPSS Statistics 17.0軟件進行數據分析。

2 結果與分析

2.1 灌溉量對不同玉米品種產量及其構成因素的影響

從表2可以看出，當灌溉量降低到常規灌溉量90%時，大多數品種籽粒產量（NH213除外）無明顯降低趨勢；多數品種當灌溉量減少到常規灌溉量的80%時，產量顯著降低，不同基因型品種W2處理平均比W4處理籽粒產量降低 2.0%～12.8%；3個品種當灌溉量減少到70%時，產量顯著降低，W1處理比W4處理籽粒產量平均降低10.8%～142%。不同處理間籽粒產量變化范圍為14 339.58～18 002.09 kg/hm2，最低為M751的W1處理，最高為DH618的W4處理，說明適當降低灌溉量即為常規灌溉量的90%時對玉米籽粒產量無顯著影響。

不同基因型玉米品種灌溉處理間收獲穗數差異均不顯著。由穗粒數變化可知，不同品種均表現為當灌溉量降低到常規灌溉的70%時穗粒數顯著降低，不同基因型玉米品種下降幅度為6.6%～13.4%，其他灌溉水平間差異不顯著。不同處理間千粒質量變化，不同基因型灌溉處理間除NH213品種外均為降低到常規灌溉的80%時千粒質量顯著降低。穗粒質量變化不同灌溉處理間存在明顯差異，不同基因型玉米品種W3處理平均比W4處理穗粒質量降低 2.2%～7.4%，W2處理比W4處理平均降低2.3%～11.3%，W1處理除NH213品種外比W4處理平均降低 11.2%～17.6%，表明灌溉處理主要是通過影響穗粒質量而影響玉米產量。

2.2 灌溉量對不同玉米品種不同生育階段棵間蒸發的影響

從表3可以看出，播種—拔節期，拔節前期未設置水分處理，因此，該階段棵間蒸發量各品種下不同處理間相同，該階段玉米植株幼小，葉片較小且數目不多，地面覆蓋度小，土壤耗水以棵間蒸發為主。拔節—抽雄期，氣溫逐漸升高，玉米進入快速生長階段，葉面積逐漸增大，土壤耗水轉向以葉片蒸騰為主。不同基因型玉米品種，隨著灌量的增大棵間蒸發量和日棵間蒸發量也隨之增大，不同品種條件下不同處理間棵間蒸發差異明顯，M751此階段最小棵間蒸發量為41.4 mm，最大為62.4 mm，此階段棵間蒸發占階段耗水量的比值平均為29.75%，日棵間蒸散量為1.06 mm/d。NH213在該階段最小棵間蒸發41.8 mm，最大為66.2 mm，此階段棵間蒸發占階段耗水量的比值平均為30.8%，日棵間蒸散量為1.07 mm/d。DH618在該階段最小棵間蒸發42.9 mm，最大為57.3 mm，此階段棵間蒸發占階段耗水量的比值平均為30.1%，日棵間蒸散量為1.03 mm/d。

抽雄—乳熟期，玉米由營養生長向生殖生長過渡階段，此階段玉米生長旺盛，株高達到最大，葉面積達到最大，需水強度達到全生育期最大，棵間蒸發量占階段耗水量比例最小，葉片蒸騰在該階段耗水中占據重要地位，該階段對于3個不同基因型玉米品種，不同處理間隨著灌量的增大棵間蒸發量和日棵間蒸發強度呈增大趨勢，不同品種W4處理棵間蒸發量明顯高于W1處理，M751此階段最小棵間蒸發量為 12.3 mm，最大棵間蒸發量為15.6 mm， 此階段棵間蒸發占階

表4同。

段耗水量的比值平均為9.78%，日棵間蒸散量為 0.50 mm/d。NH213在該階段最小棵間蒸發量11.2 mm，最大棵間蒸發量為13.6 mm，此階段棵間蒸發占階段耗水量的比值平均為7.90%，日棵間蒸散量為0.44 mm/d。DH618在該階段最小棵間蒸發量為12.4 mm，最大棵間蒸發量為 15.8 mm，此階段棵間蒸發占階段耗水量的比值平均為 9.20%，日棵間蒸散量為0.49 mm/d。

乳熟—成熟期，玉米葉片逐漸衰老變黃，葉面積減小，葉面蒸騰作用降低，棵間蒸發占階段蒸散量比例又有所回升。該階段對于3個不同基因型玉米品種，各處理間隨著灌溉量的增大棵間蒸發量和日棵間蒸發量呈增大趨勢，不同品種灌溉量處理間棵間蒸發量差異明顯，M751此階段最小棵間蒸發量為 36.1 mm，最大棵間蒸發量為42.3 mm，此階段棵間蒸發占階段耗水量的比值平均為23.03%，日棵間蒸散量為 0.71 mm/d。NH213此階段最小棵間蒸發量為33.7 mm，最大棵間蒸發量為39.5 mm，此階段棵間蒸發占階段耗水量的比值平均為2000%，日棵間蒸散量為0.67 mm/d。DH618此階段最小棵間蒸發量為35.2 mm，最大棵間蒸發量為 42.5 mm，此階段棵間蒸發量占階段耗水量的比值平均為 20.70%，日棵間蒸散量為0.70 mm/d。endprint

從全生育期棵間蒸發量來看，棵間蒸發量隨灌溉量的增加而增加，不同品種條件下不同處理間棵間蒸發量比較差異明顯，大小均表現為W4>W3>W2>W1。M751的W4處理棵間蒸發量比W3、W2、W1分別高7.09%、14.11%、20.03%；NH213的W4處理棵間蒸發量比W3、W2、W1分別高10.45%、16.34%、22.99%；DH618的W4處理棵間蒸發量比W3、W2、W1分別高6.67%、12.35%、16.99%。3種基因型玉米品種全生育期棵間蒸發占總耗水量的比重隨產量的增大呈下降趨勢，全生育期棵間蒸發量的范圍為 141.8～182.8 mm。

2.3 灌溉量對不同玉米品種不同生育期蒸騰量的影響

從表4可以看出，不同灌溉量處理條件下玉米不同生育階段的蒸騰量，整體上來看播種至拔節期玉米的蒸騰量各處理間大小相等，差異不顯著，主要原因是由于拔節期以前未設置灌溉量處理，管理措施與大田管理一致，只是不同品種間因品種自身特性蒸騰量有差異；其他各生育階段不同處理蒸騰量間整體趨勢表現為蒸騰量隨著灌溉量的增大而增大，全生育期蒸騰量不同處理間差異顯著。播種至拔節期，氣溫較低，玉米植株幼小，生長緩慢，玉米的蒸騰量較低；拔節至抽雄期，隨著氣溫上升玉米進入快速生長階段，營養生長加快，對水分需求量增大，灌溉量大的玉米生長速率較大，日蒸騰量逐漸增大，玉米蒸騰量也隨之增大；抽雄至乳熟期，玉米處于營養生長和生殖生長階段，有較大的營養器官建成，同化能力較強，耗水強度最大，田間耗水以蒸騰為主，此階段時間較短，日蒸發量也最大。乳熟至成熟期，此階段經歷的時間較長，后期葉片衰老速率加快，灌溉量大的處理葉片衰老速率較緩慢，因此灌溉量大的處理蒸騰量也較大。M751全生育期蒸騰量W4處理顯著高于W3、W2、W1，W4處理比W3、W2、W1處理分別高9.02%、1956%、32.80%；W3處理比W2、W1處理分別高10.35%、2181%，W2處理比W1處理高10.39%。NH213全生育期蒸騰量W4處理顯著高于W3、W2、W1處理，W4處理比W3、W2、W1處理分別高10.64%、19.38%、35.73%；W3處理比W2、W1處理分別高8.02%、22.82%，W2處理比W1處理高13.70%。DH618全生育期蒸騰量W4處理顯著高于W3、W2、W1處理，W4處理比W3、W2、W1處理分別高 13.09%、22.87%、3357%；W3處理比W2、W1處理分別高8.65%和18.11%，W2處理比W1處理高8.71%。綜合來看，不同基因型玉米品種全生育期蒸騰量與灌溉量呈正相關，蒸騰量范圍為366.8～522.8 mm。

3 討論與結論

不同灌溉量對玉米籽粒產量的影響不盡相同。趙立群等認為，玉米產量隨灌量的增加而增加，灌溉量與產量之間呈極顯著正相關[9]。肖俊夫等認為，玉米灌水量和產量的關系呈拋物線變化趨勢[10-11]。本試驗針對不同灌量下玉米產量≥15 000 kg/hm2的研究結果表明，不同灌量處理間產量有顯著差異，當灌溉量降低到90%時，大多數玉米品種籽粒產量（NH213除外）無明顯降低趨勢，其中多數品種當灌溉量減少到常規灌溉量的80%時產量顯著降低，表明目前高產田確實存在灌溉量過高、水資源浪費等問題。Tida Ge等研究認為，水分脅迫對夏玉米整個生育期內生長發育、生物量分配及其水分利用效率有影響，田間持水量降低影響到玉米雌穗農藝性狀以及產量及產量構成因素[12]。謝夏玲研究認為，滴灌條件下玉米灌溉量與穗數、穗粒數、千粒質量間無顯著差異[13]。本研究表明，灌溉量顯著影響玉米的產量，灌溉量對收獲穗數的影響不顯著，顯著影響千粒質量和穗粒質量，且穗粒質量變化更為明顯。可能由于高產玉米中后期生長旺盛，因此，當灌溉量顯著降低時穗粒數和千粒質量均受到不同程度的影響。

對15 000 kg/hm2以上產量水平的玉米棵間蒸發量和蒸騰量研究表明，玉米全生育期棵間蒸發量和蒸騰量隨灌溉定額的增大而增大。玉米階段棵間蒸發量表現為生育前期多，中后期少的變化趨勢，蒸騰量則表現相反的趨勢。不同產量水平的玉米棵間蒸發量和蒸騰量變化規律具有相似性，不同的是階段性需水量。本結果與王健得出非充分供水比充分供水降低了總蒸發蒸騰量和總蒸騰量，但產量并未降低，其節水效果明顯，充分供水對總棵間蒸發量影響較小的結論[14]相一致。

不同灌溉量處理間產量有顯著差異，適當降低灌溉量對玉米籽粒產量無顯著影響。灌溉量對收獲穗數的影響不顯著，對單穗粒數和粒質量均有影響，但顯著影響穗粒質量，即灌溉量主要通過影響穗粒質量影響產量；從整個生育期看，不同基因型玉米品種，隨著灌溉量的增大棵間蒸發量和日棵間蒸發量也隨之增大，不同品種條件下不同處理間棵間蒸發量差異顯著。不同基因型玉米品種，棵間蒸發量和日棵間蒸發量在播種—拔節期達到最大，抽雄—乳熟期最小。3種基因型玉米品種全生育期棵間蒸發量占總耗水量的比重隨產量的增大呈下降趨勢，其全生育期棵間蒸發量的范圍為141.8～182.8 mm。不同生育階段（除播種—拔節期）不同處理蒸騰量間整體趨勢表現為蒸騰量隨著灌溉量的增大而增大，全生育期蒸騰量不同處理間差異顯著。不同基因型玉米品種全生育期蒸騰量與灌溉量呈正相關，蒸騰量范圍為366.8～5228 mm。

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