保水劑對玉米生長發(fā)育及產(chǎn)量的影響

張薺文

（陜西省水利廳，陜西 西安 710004）

0 引言

我國平均水資源占有量嚴(yán)重低于世界平均水平，隨著現(xiàn)代化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，水資源短缺帶來的影響嚴(yán)重制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展[1]。農(nóng)業(yè)用水在我國水資源利用中的比重巨大，因此，提高農(nóng)業(yè)水資源利用效率將會極大地解決水資源短缺造成的不良影響。保水劑是一種高吸水性樹脂，其不溶解于水，但遇水時能吸水膨脹，在短時間內(nèi)吸收比自身重量大百倍的水分，形成固體凝膠，在缺水時，可緩慢釋放80%～95%的水分供作物吸收利用，并且其具有反復(fù)吸水的功能[2-3]。Silberbush、Wallace 等[4-5]研究了不同濃度的保水劑對土壤含水量的影響，結(jié)果表明施用保水劑可以有效提升土壤的持水能力和土壤水吸力。近年來，隨著干旱、半干旱區(qū)農(nóng)業(yè)研究的不斷深入，保水材料由于特殊的結(jié)構(gòu)與性能，在抗旱節(jié)水方面受到農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的重視[6]。在土壤中添加保水材料可減少土壤水分、養(yǎng)分流失，增加土壤的保水能力，調(diào)節(jié)土壤水肥[7-10]。楊永輝[11]等研究了保水劑對小麥生長的影響，結(jié)果表明，施加保水劑可以提高土壤含水量，降低小麥的耗水量，提高其水分利用效率；候賢清[12]等研究了保水劑不同施用量對馬鈴薯生長的影響，表明施用保水劑可以有效提高土壤儲水能力，加速土壤有機(jī)質(zhì)的分解，提高養(yǎng)分利用率。現(xiàn)有研究[13-15]主要偏向保水劑對于作物出苗以及生長的影響，對于作物產(chǎn)量和水分利用情況的研究較少。本文研究了不同保水劑施加量對玉米的生長指標(biāo)、產(chǎn)量及水分利用情況的影響，為保水劑在玉米種植中的應(yīng)用推廣提供了理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況及試驗(yàn)設(shè)計

本實(shí)驗(yàn)在華北水利水電大學(xué)農(nóng)水試驗(yàn)場進(jìn)行，該地土壤為粉砂壤土，土壤容重為1.34 g/cm3，田間持水量為24.55%。土壤全氮為0.053%，有機(jī)質(zhì)為0.76%，速效磷和速效鉀含量分別為11.8 mg/kg 和103.7 mg/kg。試驗(yàn)設(shè)置大田試驗(yàn)，玉米品種為“鄭單958”，種植方式為每壟雙排種植，玉米株距30 cm，行距50 cm。保水劑含量分別設(shè)定為CK：0 kg/hm2、S1：20 kg/hm2、S2：40 kg/hm2及S3：60 kg/hm2。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)3 次。各處理灌水日期和灌水次數(shù)相同，降雨數(shù)據(jù)由試驗(yàn)場內(nèi)設(shè)有自動氣象站獲取。

1.2 測定項(xiàng)目及方法

在玉米全生育期內(nèi)，用鋼卷尺測定玉株高，利用土鉆測定土壤含水率。在玉米收獲后，用電子稱稱量各小區(qū)所有玉米單株產(chǎn)量和總產(chǎn)量。實(shí)際作物耗水量：由于試驗(yàn)場內(nèi)地下水埋深在5 m 以下，故地下水補(bǔ)給量為0；雨后測墑表明單次降雨量均未造成計劃濕潤層深層滲漏，故地表和深層滲漏量為0。因而，根據(jù)水量平衡，作物生育階段耗水量為：

式中：ET 為生育階段耗水量，mm；M 為時段內(nèi)灌溉水量，mm；Pr為時段內(nèi)有效降雨量，mm；ΔW 為土壤貯水量W 變化，mm。

式中：H 為土層深度，100 cm；γ 為1 m 內(nèi)土層平均干容重，1.34 g/cm3；θ 為1 m 內(nèi)土層平均含水率，%。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2007 分析軟件處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，同時采用SPSS 11.5 軟件進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同保水劑施加量對玉米株高的影響

由圖1 可以看出，各處理玉米株高隨著生育期的延長均呈現(xiàn)增長趨勢。且在玉米生育期前期，各處理間差異并不顯著，隨著生育期的延長，各處理間差異逐漸顯著。不同處理間株高平均值表現(xiàn)為S2>S1>S3>CK，其中S2 處理，S1 處理和S3 處理的平均株高相比對照（CK） 分別增加了16.31%，6.32%，7.18%，說明施加保水劑可以有效的提高玉米的生長；但隨著保水劑含量的增大，不同處理間的株高表現(xiàn)為先增大后降低，表明保水劑雖然可以有效地提高土壤含水量，但如果過量的施用保水劑，則會抑制玉米的株高生長，降低玉米產(chǎn)量。

圖1 保水劑對玉米株高的影響

利用軟件SPSS 對玉米株高進(jìn)行方差分析，分析結(jié)果見表1。從表1 可以看出，保水劑施用量的F 值為54.15，土壤所含保水劑含量是主要因素，且其對玉米株高的影響達(dá)到極顯著水平。

表1 不同處理玉米株高指標(biāo)方差分析

2.2 不同保水劑施加量對玉米耗水量的影響

通過表2 可以看出，玉米耗水量隨保水劑施加量的增大表現(xiàn)先增大后降低的趨勢，S1 處理、S2 處理、S3 處理和CK 在全生育期內(nèi)耗水量分別為311.21 mm、344.96 mm、327.4 mm 和298.03 mm，玉米各生育階段中耗水量大小關(guān)系依次為：S2 處理＞S3 處理＞S1 處理＞CK，生育期各階段耗水量越高并達(dá)到顯著水平（P＜0.05）。S2 處理、S3 處理和S1 處理玉米耗水量平均值分別較CK 高15.75%、8.97%和4.42%。

表2 各處理夏玉米不同生育階段耗水量 單位：mm

經(jīng)分析可知，玉米在播種—出苗期需水量較少，平均耗水量為23.89 mm，約占整個生育期耗水量的7.46%，這是由于這一時期葉片數(shù)量較少，導(dǎo)致植株蒸騰量較少，因此需水量較低；出苗—拔節(jié)耗水量逐漸增加，平均耗水量為61.34 mm，約占全生育期總耗水量的19.14%，較播種—出苗期明顯增大，這主要由于玉米真葉數(shù)量逐漸增多且葉片面積變大，增加了蒸騰量，從而導(dǎo)致了耗水量的上升。拔節(jié)—抽雄期玉米平均耗水量為75.23 mm，約占全生育期總耗水量的23.48%。抽雄—灌漿期玉米平均耗水量為62.49 mm，約占全生育期總耗水量的19.50%。而灌漿—成熟期玉米的耗水量達(dá)到了全生育期的最大值，平均耗水量為97.46 mm，約占全生育期總耗水量的30.42%，這主要由于玉米處于成熟期，葉片面積達(dá)到最大，且加劇了營養(yǎng)生殖作用，使得玉米對水分的需求增大，這一階段是玉米產(chǎn)量形成的重要時期。

2.3 不同保水劑施加量對玉米產(chǎn)量的影響

由表3 可知，施加保水劑對玉米產(chǎn)量的提高具有顯著影響，各處理產(chǎn)量均顯著高于CK。隨著保水劑含量的增加，單株產(chǎn)量表現(xiàn)為先增大后降低趨勢，這表明如果過量的施加保水劑，會導(dǎo)致玉米減產(chǎn)，并降低玉米的水分利用效率。就產(chǎn)量角度來看，S2 處理、S3 處理和S1 處理分別較CK 提高21.65%、18.47%和14.82%，其中保水劑含量為40 kg/hm2（即S2）的處理穗長、穗粗、穗行數(shù)、穗粒數(shù)、百粒重以及產(chǎn)量均達(dá)到最高值，是本試驗(yàn)條件下最優(yōu)處理。

表3 不同處理對玉米產(chǎn)量的影響

3 結(jié)論

本文通過正交實(shí)驗(yàn)，研究了4 種保水劑施加量（CK：0 kg/hm2、S1：20 kg/hm2、S2：40 kg/hm2及S3：60 kg/hm2）對玉米株高、水分利用情況以及產(chǎn)量的影響。研究結(jié)果表明：

保水劑的施加促進(jìn)了玉米株高的發(fā)育，提高了玉米的產(chǎn)量及水分利用效率。但施用保水劑量超過40 kg/hm2時，會抑制玉米的株高生長，降低玉米產(chǎn)量。各處理中，S2 處理，S3 處理和S1 處理的平均株高相比對照（CK）分別增加了16.31%，7.18%、和6.32%，產(chǎn)量分別較CK 提高21.65%、18.47%和14.82%。玉米在不同生育階段對水分的消耗基本表現(xiàn)為播種—出苗期耗水量較少，灌漿—成熟期最大。綜合結(jié)果說明當(dāng)保水劑施用量為40 kg/hm2時玉米株高、產(chǎn)量和水分利用率均高于其他處理，是本試驗(yàn)條件下最優(yōu)處理。