灌溉方式對玉米產量及水分利用的影響

摘要:探索干旱區制種玉米的優良灌溉方式。以制種玉米為研究對象設置了4種灌溉模式，并于2022年在民勤縣開展了畦灌、滴灌、常規溝灌、交替溝灌4種灌溉方式下制種玉米的大田試驗，在民勤縣制種玉米種植上采取交替隔溝溝灌可顯著提高制種玉米的生理、產量和水分利用效率，全膜交替溝灌對比全膜畦灌產量提高12.22%、水分利用效率提高了45.35%，對比膜下滴灌產量提高了產量提高14.23%、水分利用效率也只降低了0.8%，對比全膜溝灌水分利用效率提高17.92%、產量增加17.57%。干旱區制種玉米采用交替灌溉的灌溉模式可以提高作物產量和水分利用效率。

關鍵詞:灌溉模式;交替溝灌;產量;水分利用效率

糧為社稷之本，種是糧食之基。種業是國家的戰略級的基礎核心產業，是保障國家糧食生產安全的基石也是現代農業發展的安全線。而玉米是我國重要的谷類作物，年產量位居我國第二，因此提高制種玉米的產量是刻不容緩的［1］，灌溉制度是延緩玉米受干旱脅迫減產、促進植株生理生長的最有效方法［2］。與傳統畦灌相比，滴灌具有明顯的節水增效和環境友好等優勢，被認為是典型的高效節水灌溉模式［3-4］。劉洋等［5］發現，膜下滴灌可提高作物水分利用效率，具有節水增產的效果。肖玉、賈婷婷等［6］發現溝灌能在保證品質的前提下節約近一半的水資源。高傳昌等［7］通過豫西小麥的壟作與平作研究得出，相同灌水量的條件下前者的干物質累積量高，產量可提高5.5%～11.3%。推廣節水灌溉技術是大勢所驅［8］，河西走廊是我國的玉米主要種植區之一，該地區降雨稀缺，易發生干旱［9］，而民勤縣開展玉米灌溉方式效果研究，對當地農業灌溉管理，實現以水定產、以水定種植結構的適水型農業發展具有重要意義［10］。

1試驗基地概況

民勤縣地處河西走廊東北部，石羊河流域下游、南鄰涼州區，西連金昌市，三面環沙，生態環境和生活條件十分惡劣［11］。當地主要灌溉方式以大水漫灌為主，水資源浪費嚴重［12］。全縣土地總面積1.6萬km2，綠洲面積為0.144萬km2，僅占總面積的9%，其中耕地占4.25%［13］。當地氣候為大陸性荒漠氣候，平均海拔1400m左右，多年平均降水量為118mm左右，年蒸發量在2600mm左右［14］，年平均氣溫為7.8℃，平均風速為2.2m/s，土壤容重為1.56g/cm3［15］。

2試驗內容與方法

2.1實驗設計

為探究不同灌溉模式對制種玉米的生理生長指標的影響，本試驗選擇4種灌溉方式來控制試驗，采用單因素全隨機設計實驗。試驗采用同康193為母本、同康818為父本，父本與母本的比例為1∶4。灌溉方式分別為:全膜畦灌、全膜常規溝灌、全膜交替溝灌、全膜滴灌。其中溝灌起壟高45cm，寬30cm，溝寬70cm母本播種于壟坡上，與溝底垂直高度間隔30cm、株距20cm、行距40cm，父本播種于壟頂，株距40cm。交替溝灌澆灌時采用南北兩面交替灌溉方法，灌溉水量與溝灌一致，施肥時采用整體灌溉的方法，滴灌采用膜下滴灌、一管三行的方法，畦灌、滴灌的母本播種行距為50cm株距20cm。其中滴灌的父本采用左右交叉播種于滴灌帶兩側，畦灌父本則播種于母本中央。播種深度均為3cm。水量計算采用旋翼式水表測量，水分控制在田間持水率的70%～100%，灌水次數不限。

2.2觀測項目及方法

(1)氣象資料:距離試驗點20m安裝有自動氣象站，自動測定降雨量、太陽輻射、相對濕度、溫度、風速等指標。(2)株高，莖粗等植株外觀生長指標利用卷尺、數顯式游標卡尺測定。(3)土壤水分采用烘干法測定，選取每個小區長勢均勻的2株植株之間每20厘米取1次樣品，共5次，分別得到0～20、20～40、40～60、60～80、80～100各層水分含量。(4)考種、植株產量采用單獨收取、單獨脫粒稱重獲得。(5)玉米水分利用效率及灌溉效率計算分別如下:WUE=Y/ETc(1)式中，WUE—水分利用效率，kg/m3;Y—玉米籽粒產量，kg/m3;ETc—玉米全生育期耗水，m3/hm2。IWUE=Y/I(2)式中，IWUE—灌溉用水水分利用效率，kg/m3;Y—玉米籽粒產量，kg/m3;I—玉米全生育期的灌溉用水量，m3/hm2。2.3數據分析采用MicrosoftExcel軟件和SPSS26版統計軟件進行數據處理和分析，方差分析用Duncan法比較。

3結果與分析

3.1不同灌溉方式對玉米生長指標的影響

株高、莖粗和干物質總量是評估玉米長勢的重要參數［16］。其與時間變化情況如圖1—3所示，圖中a、b、c、d表示不同時期的差異性，不同字母表示差異顯著(P＜0.05)，相同字母表示差異不顯著(P＞0.05)。

3.1.1對株高的影響

株高與時間變化情況如圖1所示，可知處理春玉米株高隨時間的變化基本一致。在拔節期和成熟期T1的株高要顯著高于T2、T3和T4，但T2、T3和T4在全生育期在株高上的差異不明顯，這是因為大量的灌水能提高植株吸收水分的總量，促使植株生長，但是會降低植株對水分的利用效率，造成水資源的浪費，這與本試驗的初衷相違背。

3.1.2對莖粗的影響

莖粗與時間變化情況如圖2所示，可知莖粗在拔節期達到最大值在灌漿期和收獲期回落，各處理在不同時期的變化規律基本一致，在灌漿期T3和T2的莖粗要顯著高于其他3個處理，說明溝灌能提高植株在灌漿期的吸收能力，整體來看莖粗從大到小排列依次為T2＞T3＞T1＞T4。在拔節期T4莖粗顯著低于其他3個處理，這可能是因為膜下滴灌對土壤的濕潤區域不夠大，導致植株根系聚集在濕潤區生長影響了植株對養分的吸收能力和抗干旱能力。

3.1.3對干物質總量的影響

干物質總量與時間變化情況如圖3所示，可知T2處理在灌漿期到成熟期干物質總量要高于T1，且T2和T1均存在顯著差異(P＜0.005)，表明交替溝灌能在灌漿期到成熟期促進制種玉米的干物質積累;在苗期和拔節期T3的干物質總量要低于T1，且與T1差異顯著(P＜0.05)，這表明溝灌在苗期和拔節期會抑制制種玉米的干物質累積，而在拔節期到灌漿期T3又和T1的干物質總量上沒有顯著差異，這表明T3在拔節期到灌漿期干物質累計量較T1要高，而在灌漿期到成熟期T3的干物質總量顯著低于T1，說明在灌漿期到成熟期T3的干物質累積較慢，可能是T3產量低的主要原因;T4在苗期到灌漿期干物質總量顯著低于T1(P＜0.05)，表明T4在苗期到灌漿期抑制了制種玉米的干物質累積，而在成熟期T4的干物質總量又能與T1持平，說明在灌漿期到成熟期干物質積累量在這一時期較高。結合株高、莖粗和干物質總量的變化情況，交替溝灌對比畦灌在苗期到灌漿期能保持較高的生長速度，且在灌漿期到成熟期的生殖生長能達到最高的生長速度，表明交替溝灌能在當地到達較好的生長狀態;在常規溝灌主要在灌漿期到成熟期的生殖生長中出現了抑制，需要對其進行針對性研究，探明其原因;滴灌在苗期到灌漿期期間生長受到了抑制，而在灌漿期到成熟期有較高的生長速度。

3.2不同灌溉方式對玉米產量的影響

制種玉米的種質是最關鍵的考察項目。玉米的種質產量指標從表2可知各處理的百粒重沒有明顯差異，在穗長上T2及T1有顯著提高，T2在穗重、禿尖率和產量上顯著優于T1、T3和T3達到了290.65g、7%和14.05t/hm2。這是因為T2能以一定周期反復對干燥側根系施加缺水刺激促進根系生長，明顯提高根系密度［16］更能適應民勤當地高溫差、長日照的地理環境，而T3沒有反復對植株進行施加缺水刺激促進根系生長，導致其水分利用效率降低造成其產量最低。T1和T3則是因為在平地種植中，因為地表覆膜導致植株根系透氣性差影響了作物在關鍵時期的營養生長，導致產量不高。

3.3不同灌溉方式對水分利用效率的影響

水分利用效率見表3，可知T4水分利用效率要顯著優于其他3個處理，T2顯著優于T3和T1。T2較T4產量提高了14.23%，水分利用效率也只降低了0.8%對比T3水分利用效率提高17.92%，產量增加了17.57%。這是因為采用T2技術，棵間蒸發明顯減少，作物葉片的氣孔行為得到了優化，蒸騰速率降低，而植株的光合作用沒有受到明顯影響，作物水分利用效率得以明顯提高［17］。通過對比T1和T3可知傳統模式的畦灌即使在使用了全膜覆蓋，機耕整地等措施，仍然存在灌水損失大、植株水分利用效率低下的問題，也因此在灌水量最大的情況下產量不及灌水最少的膜下滴灌。T4水分利用效率最高，但產量較T2下降了14.23%，結合表2—3可以發現，T4在穗長、禿尖率方面要遠低于其他3個處理。這是因為滴灌在當地的最佳種植密度要低于本試驗的設定值，如果適當調整種植密度也許能提高T4的產量。

4結論

本文探究了在民勤縣大陸性沙漠氣候條件下不同灌溉方式對制種玉米產量的影響，結合全文的試驗數據可以發現交替溝灌相較畦灌不論是從節水方面還是產量方面都相對畦灌有大幅的提升，但是交替溝灌在農藝方面和后續收割整地作業方面相對畦灌要更為繁瑣對農機的要求更高，在后續試驗中可以對壟和溝的橫截面的幾何性能針對當地農機進行調整，以提高農機的普適性。滴灌的節水能力最為突出，但相對于畦灌來說產量相比沒有太大的差異，后續可以通過進一步的試驗對滴灌進行灌溉制度上的改進，以提高其產量，普通溝灌對比畦灌來說節水性能有一定提升，但產量有小幅下降。從整體來看試驗結果還是比較成功的。但本試驗還存在一些不足之處，比如在種植密度上沒有設置相對應的試驗組，且從本試驗結果來看，禿尖率還比較高，說明當前的種植密度對于單個玉米植株來說不是最佳種植密度;不同灌溉模式在肥料的利用率上也有所不同，后續試驗可以針對種植密度及肥料來設計試驗。綜上所述，可得結論:交替溝灌能在灌漿期顯著提高制種玉米的干物質總量，同時能提高玉米穗的穗長、穗重;滴灌可以提高制種玉米的水分利用效率，但是會增加玉米穗的禿尖率。不同灌溉模式對制種玉米的影響主要體現在產量、干物質總量和水分利用效率上，其中產量主要影響因素為穗長和禿尖率。研究結果為提高干旱區制種玉米的產量和水分利用效率提供了研究思路和方向，對干旱區制種玉米產量的提升和旱區農業水土資源開發利用以及研究相似地區制種玉米節水增效具有指導意義。

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作者:譚紫熠 張芮 張梅花 董博 楊義榮 趙霞 薛子鈺 劉德峰 袁超 單位:甘肅農業大學水利水電工程學院 甘肅省農業工程技術研究院 甘肅省農業科學院旱地農業研究所