低壓小流量滴灌方式在玉米生長發(fā)育中的應(yīng)用研究

黃明宏

(新疆維吾爾自治區(qū)水利廳 水土改良實驗場，新疆 昌吉 831100)

0 引 言

新疆水資源短缺，制約新疆農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的持續(xù)快速發(fā)展[1]。由于地域?qū)拸V，農(nóng)業(yè)用地用水占主要部分，故節(jié)水灌溉的推廣及應(yīng)用是非常有必要的。灌溉效益評估包括外界影響因素、影響范圍及各因素間的相互關(guān)系。然而低壓小流量滴灌項目的實施及高效節(jié)水技術(shù)標準化規(guī)范化的應(yīng)用與推廣，不僅有效節(jié)約水資源，降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，減輕農(nóng)民的勞動強度，同時可適時適量灌溉作物，提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，增加經(jīng)濟收入[2]。通過對灌區(qū)低壓小流量滴灌技術(shù)發(fā)展的主要限制條件及其相互關(guān)系進行分析，滴灌技術(shù)能夠控制時間及數(shù)量的灌溉，使作物保持適宜生長或可促進生長的濕度及養(yǎng)分，可有效提高產(chǎn)量。因此，為提高作物產(chǎn)量，增加農(nóng)牧民收入，提高作物經(jīng)濟效益，研究作物節(jié)水高效栽培技術(shù)顯得尤為重要。在農(nóng)作物中，玉米營養(yǎng)豐富，營養(yǎng)保存時間長，產(chǎn)量較高，是發(fā)展畜牧業(yè)的優(yōu)質(zhì)飼料[3]。目前，前人對玉米進行了大量研究。楊相昆等[4]研究了滴灌玉米播期對玉米生長的影響，結(jié)果顯示播期對青貯玉米產(chǎn)量和生長有不同的影響。劉虎等[5-6]對北疆干旱荒漠區(qū)玉米需水規(guī)律進行了研究，并提出地面灌條件下的適宜灌水定額。桑志勤等[7]對不同品種復播玉米的生理特性與產(chǎn)量結(jié)構(gòu)進行了研究，推薦適宜北疆的青貯玉米品種。修文雯等[8]在石河子對不同品種玉米干物質(zhì)積累與分配規(guī)律進行了研究。解婷婷等[9]在甘肅黑河研究了不同種植方式對玉米產(chǎn)量和水肥利用效率的影響，采用1穴2株的種植方式能顯著提高產(chǎn)量及水肥利用效率。佟長福等[10]在內(nèi)蒙古對滴灌玉米需水量進行了研究，結(jié)果表明玉米需水高峰在抽穗-開花期。秦海霞等[11]在寧夏進行了不同灌水定額對玉米生長的影響研究。楊武等[12]在河北研究了不同施肥處理對玉米生長和產(chǎn)量的影響，并推薦了適宜的施肥水平。本次實驗的研究成果，可為改善環(huán)境、促進經(jīng)濟及社會的發(fā)展以及灌區(qū)生態(tài)環(huán)境的優(yōu)化提供一定的科學依據(jù)，也可在促進低壓小流量滴灌技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展、灌溉方式的推廣、灌溉效率的提升以及系統(tǒng)管理能力方面發(fā)揮重要作用。

1 試驗區(qū)概況

試驗區(qū)位于新疆灌溉中心試驗站，地處昌吉市濱湖鎮(zhèn)13戶村，E87°18’，N44°01’，平均海拔600 m。該區(qū)處于天山北坡沖積、洪積平原南緣，屬天山北坡帶頭屯河流城，年均降水181.7 mm，年蒸發(fā)1 739.1 mm,日照時數(shù)7.8 h，年均氣溫13.1℃，≥0℃積溫3 856.2℃，屬典型內(nèi)陸干旱性氣候。研究區(qū)地下水埋深2.5～4.5 m,棕漠土類土壤質(zhì)地為中-輕壤，0～120 cm土層土壤干容重1.46～1.65 g/cm3,耕作層1.50～1.60 g/cm3,0～120 cm土層田間持水量(干土重)18.8%～23.9%，耕作層20.1%～23.4%；地表與地下水礦化度3～4 g/L，為弱咸水，土壤全鹽小于0.2%，無鹽漬化；耕作層土壤有機質(zhì)含量為1.59%，肥力屬中偏下水平，土壤有效氮90.84 mg/kg,有效磷41.63 mg/kg,有效鉀421.2 mg/kg,表現(xiàn)為缺氮少磷鉀豐富特點。試驗研究區(qū)建有2組地下廊道防雨棚式測坑設(shè)施，其中1組具有土壤水分、土壤溫度、土壤鹽分自動采集的自動化設(shè)施，能適應(yīng)不同灌溉試驗設(shè)計需要。測坑設(shè)施總面積604 m2,每組測坑面積301.54 m2(長32.25 m,寬9.35 m)，試驗處理小區(qū)24個，以廊道為中心，兩側(cè)分布12個試驗處理小區(qū)，小區(qū)面積6.67 m2(長3.3 m，寬2 m),2組測坑共計48個試驗處理小區(qū)。

2 試驗材料及設(shè)計

2.1 試驗材料

選用適宜在≥10℃的積溫為2 600℃以上地區(qū)種植的1034號玉米為供試品種。玉米采用當?shù)仄毡椴捎玫摹耙荒晒芩男小钡姆N植模式，膜寬125 cm,株距20 cm,行距40 cm，8 300株/畝，采用迷宮式滴灌帶進行灌溉，滴灌帶間距100 cm,滴頭流量2.4 L/h,滴頭間距0.2 m，用文丘里施肥罐進行施肥。

2.2 試驗設(shè)計

水肥耦合試驗著重研究玉米灌水量和施肥量耦合對產(chǎn)量及品質(zhì)的影響。根據(jù)已有的生產(chǎn)實踐經(jīng)驗，試驗設(shè)3個灌水水平(30 m3/畝、35 m3/畝、40 m3/畝)，施肥重點考慮氮肥，設(shè)3個水平(40 kg/畝、60 kg/畝、80 kg/畝)，試驗設(shè)3個灌溉不追肥的試驗作為對照處理，為減小實驗誤差，每個處理設(shè)3個重復，共計12個處理，36個重復，其中調(diào)控肥料為尿素,均為后期追施。前期播種前基施底肥20 kg/畝二胺，10 kg/畝復合肥，5 kg/畝硫酸鉀。具體試驗方案見表1。所有處理的灌溉施肥時間均一致，為保證玉米的出苗率，前期所有處理均采用相同的灌溉處理，即為迷宮式低壓小流量滴灌方式，待出苗整齊后，開始試驗。試驗期間，同時調(diào)查周邊農(nóng)戶的灌溉、施肥、及產(chǎn)量情況，以此作為比較分析。

表1 玉米水肥耦合試驗方案

根據(jù)2019年的試驗結(jié)果，預計的灌溉施肥計劃見表2，在試驗執(zhí)行期間，可根據(jù)天氣情況略作調(diào)整，但務(wù)必保證所有處理的每次灌水與施肥保持同步。

表2 水肥耦合試驗計劃表

3 測定項目與方法

3.1 氣象參數(shù)

利用戴維斯便攜自動氣象站來進行氣象數(shù)據(jù)的觀測和連續(xù)采集氣象數(shù)據(jù)，主要包括風速、相對濕度、氣溫、太陽輻射、日照時數(shù)等。數(shù)據(jù)每隔0.5 h自動記錄一次，每月定期下載氣象數(shù)據(jù)。

3.2 耗水量

采用土鉆取土+烘干法，在播種前、收獲后、灌前、灌后測定土壤剖面含水率(體積)，生育階段轉(zhuǎn)變與降雨需進行加測。每10 cm分層測定0～60 cm土壤含水率。旱作物的生育期任一時段內(nèi)，作物耗水量根據(jù)農(nóng)田水量平衡方程計算:

ET=W0-Wt+WT+P0+K+M

(1)

式中：ET為時段t內(nèi)的作物耗水量，mm；W0與Wt分別為時段初與時段末的土壤計劃濕潤層內(nèi)的儲水量，mm；WT為由于計劃濕潤層增加而增加的水量，mm，本試驗不涉及計劃濕潤層的增加，故WT=0；P0為土壤計劃濕潤層內(nèi)保存的有效降水量，mm；K為t時段內(nèi)的地下水補給量，mm，由于試驗區(qū)地下水埋深大于6 cm，因此不考慮地下水補給(即K=0)；M為時段t內(nèi)灌溉水量，mm。

3.3 生長指標

1) 株高：玉米生育初期每小區(qū)選取5株長勢均勻的玉米并標記，采用卷尺(0.1 cm)在拔節(jié)期和乳熟期各測量一次株高，喇叭口期與抽雄散粉期各測量3次株高；玉米株高在抽雄散粉期之前為玉米基部至玉米頂端兩片葉子交匯處的高度，抽雄散粉期至乳熟期為玉米基部至雄穗尖端的高度。

2) 葉面積指數(shù):測量株高的同時，采用卷尺(0.1 cm)沿葉片主脈分別測定5株玉米葉片的長度和葉片最寬處的寬度，采用長寬系數(shù)法計算玉米葉面積，經(jīng)驗系數(shù)取0.75，計算葉面積指數(shù)的公式如下：

(2)

式中：LAI為葉面積指數(shù)；m為取樣株數(shù)，株；n為取樣植株的全部葉數(shù)，片；Li為葉片長度，cm；Di為葉片寬度,cm；K為葉面積校正系數(shù)；Dr為植株密度，株/m2；S=10 000 cm2/m2。

3) 莖粗：測量株高的同時，采用電子游標卡尺(0.01 mm)分別測定5株玉米距地面2 cm處的莖粗。

4) 葉綠素含量(SPAD):測量株高的同時，采用SPAD-502Plus型葉綠素儀測定5株玉米葉綠素含量，每株測定3片葉片且位置要同側(cè)同一高度，分別測定每片葉片的葉尖、中部和葉根處。

5) 葉溫:測量株高的同時，采用玉米葉片的葉溫，每株測定3片葉片且位置要同側(cè)同一高度，分別測定每片葉片的葉尖、中部和葉根處。

3.4 利用效率

1) 水分利用效率與灌溉利用效率算式:

WUE=Ya/ETa

(3)

式中：WUE為水分利用效率，kg/(hm2·mm)；Ya為玉米產(chǎn)量,kg/hm)；ETa為生育期間實際耗水量,mm；Ilol為生育期內(nèi)總灌水量,mm。

2) 肥料利用效率與灌溉利用效率算式：

FUE=Ya/Fa

(4)

式中:FUE為水分利用效率,kg/kg；Ya為玉米產(chǎn)量,kg/hm2；Fa為生育期間實際施肥量,kg。

3.5 產(chǎn)量及其構(gòu)成

在收獲期，每個試驗小區(qū)隨機選取5株玉米作為研究對象，采用卷尺(0.1 cm)分別測量玉米的穗位高、穗長、禿尖長。在試驗站辦公區(qū)脫粒，數(shù)出每穗粒數(shù)并用電子稱(0.01 g)對隨機選取的100粒玉米粒稱重得到百穗重，3個重復取平均，按小區(qū)編號將玉米籽粒放置在干燥且通風的水泥路面上標記并進行晾曬，當籽粒晾曬至含水率14%時稱重并折合單位面積產(chǎn)量[13]。

4 結(jié)果分析

見表3-表5。

表3 不同處理下玉米形狀參數(shù)

表4 不同處理下玉米葉綠素含量、水分利用效率及肥料利用效率

表5 不同處理下玉米產(chǎn)量及相關(guān)性狀的影響

續(xù)表5

由表3可得，隨著灌水量的增加，株高、莖粗及葉面積指數(shù)均增加，且在施入氮肥尿素基礎(chǔ)上，灌水量的增加會促進植株生長；與CK即普通灌溉方式相比，低壓小流量滴灌方式可促進水肥耦合。

從表4分析可得，葉綠素含量隨著灌水量的增加而增加，隨著施肥量的增加而增加。在同一灌水量處理下，增加施肥量時，低壓小流量滴灌方式對作物吸收養(yǎng)分起促進作用，可增加葉綠素含量；同時提高了水分利用效率及肥料利用效率。普通灌溉下，水分利用效率隨著灌水量增加及施肥量增加，從3.5變?yōu)?.5，在低壓小流量滴灌方式下，從4.2變?yōu)?.2，增加為原來的兩倍有余。

分析表5可得，不施加氮肥、只增加灌水量，對玉米的產(chǎn)量影響不顯著，低壓小流量滴灌的灌溉方式產(chǎn)生的效益不明顯。在增加灌水量的同時增加施肥量，可增加玉米的產(chǎn)量，且低壓小流量滴灌方式促進水肥耦合效益，使水肥耦合作用更顯著。對于玉米相關(guān)性狀即穗粗、穗長和禿尖長，在同一施肥量下，隨著灌水量的增加而增加。在普通灌溉方式下，穗粗在WLFH處理下比WLFL處理下增加2.6%，穗長增加10.3%，禿尖長增加2.1%；而在低壓小流量滴灌方式下，穗粗增加2.6%，穗長增加7.4%，禿尖長增加2.5%。通過增加施肥量各性狀參數(shù)也相應(yīng)增加，可看出低壓小流量滴灌方式增加程度較穩(wěn)定。

5 結(jié) 論

采用低壓小流量滴灌的方式有利于玉米的生長、增加產(chǎn)量及相關(guān)性狀參數(shù)，適量增加灌水量及施肥量，可有效提高水分利用效率和肥料利用效率，使有效水資源充分利用。