王 雯, 張 雄

(榆林學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院, 陜西 榆林 719000)

榆林沙區(qū)不同灌溉方式對(duì)春玉米生長及產(chǎn)量的影響

王 雯, 張 雄

(榆林學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院, 陜西 榆林 719000)

摘要：[目的] 揭示膜下滴灌(MG)、露地滴灌(DG)、溝灌(GA)、交替隔溝灌(JG)、漫灌(CK)5種灌溉方式對(duì)春玉米生長和產(chǎn)量的影響，篩選出適合榆林沙區(qū)的最有效的節(jié)水灌溉方式，為農(nóng)業(yè)高效節(jié)水灌溉技術(shù)發(fā)展提供理論支持。 [方法] 基于2014年田間試驗(yàn)數(shù)據(jù)，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)分析和水分生產(chǎn)率計(jì)算方法。 [結(jié)果] (1) MG處理的春玉米植株生長發(fā)育狀況優(yōu)于其他灌溉方式。在各生育期，MG處理的春玉米株高、莖粗和葉片SPAD值(葉綠素相對(duì)含量)均高于DG，GA和JG，且顯著高于CK(p<0.05)； (2) 在整個(gè)生育期，MG處理的春玉米葉片光合速率、氣孔導(dǎo)度和水分利用效率均高于其他灌溉方式，且顯著高于CK(p<0.05)； (3) MG處理的春玉米增產(chǎn)節(jié)水效果顯著，其產(chǎn)量和水分生產(chǎn)率均顯著高于其他處理(p<0.05)。 [結(jié)論] 同其他4種灌溉方式相比，膜下滴灌是榆林沙區(qū)玉米生產(chǎn)中最有效的一種節(jié)水灌溉方式。

關(guān)鍵詞：灌溉方式; 春玉米; 生長; 產(chǎn)量; 榆林沙區(qū)

榆林沙區(qū)屬我國典型的北方沙區(qū)，其面積占榆林市總面積的56.8%，占陜西省總面積的11.9%，占毛烏素沙地總面積的48.6%。該地區(qū)氣候干燥，蒸發(fā)強(qiáng)烈，降水較少，多年平均水資源總量為9.81×108m3，現(xiàn)有可利用水資源量為3.8×108m3，按耕地面積計(jì)算，只有2.5 m3/hm2，僅為全國平均水平的1/8，水資源短缺已成為制約該地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的主要瓶頸。并且在水資源開發(fā)利用過程中，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生活、生態(tài)“三生”爭(zhēng)水的矛盾日益突出，農(nóng)業(yè)水資源供需缺口持續(xù)擴(kuò)大。然而，榆林沙區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉仍為傳統(tǒng)的大水漫灌形式，農(nóng)業(yè)水資源浪費(fèi)嚴(yán)重且利用效率低下[1]，導(dǎo)致該地區(qū)農(nóng)業(yè)水資源短缺問題更為嚴(yán)峻。因此，改變傳統(tǒng)灌溉方式，加強(qiáng)農(nóng)業(yè)高效節(jié)水灌溉技術(shù)研究，對(duì)于提高榆林沙區(qū)農(nóng)業(yè)水資源利用率，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)水資源的可持續(xù)利用，具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

榆林沙區(qū)光照充足，排灌方便，是全國春玉米的優(yōu)生區(qū)和高產(chǎn)區(qū)。該地區(qū)春玉米常年種植面積達(dá)1.0×105hm2左右，約占該區(qū)農(nóng)作物總面積的20%，是該區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要組成部分。因此，研究符合當(dāng)?shù)貙?shí)際的玉米高效節(jié)水灌溉技術(shù)是解決榆林沙區(qū)農(nóng)業(yè)水資源危機(jī)的重要途徑。另一方面，北方沙區(qū)是我國春玉米的主要分布區(qū)之一，近年來，有關(guān)漫灌、溝灌、滴灌、膜下滴灌等不同灌溉方式對(duì)春玉米生長發(fā)育影響的研究主要集中在遼西北沙區(qū)[2-4]，新疆沙區(qū)[5]、內(nèi)蒙古沙區(qū)[6-7]，而有關(guān)陜北沙區(qū)特別是榆林沙區(qū)不同灌溉方式對(duì)春玉米生長發(fā)育影響的報(bào)道則較為鮮見。鑒于此，開展不同灌溉方式對(duì)春玉米生長和產(chǎn)量影響的研究，旨在篩選出適合本地區(qū)玉米生產(chǎn)的最有效的節(jié)水灌溉方式，進(jìn)一步豐富北方沙區(qū)農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉理論與模式，為農(nóng)業(yè)高效節(jié)水灌溉技術(shù)的發(fā)展提供重要的理論和數(shù)據(jù)支持。

1材料與方法

1.1　研究區(qū)概況

試驗(yàn)地地處榆林現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技示范區(qū)，地處榆林市牛家梁鎮(zhèn)榆卜界村(109°43′E，38°23′N)，該區(qū)域?qū)俑珊蛋敫珊荡箨懶约撅L(fēng)氣候，年平均降水量371 mm，蒸發(fā)量1 900 mm，年日照時(shí)數(shù)2 900 h，年總輻射6.07×109kJ/m2，年均氣溫8.6 ℃，≥10 ℃積溫3 000～3 300 ℃，無霜期167 d。該區(qū)域光照充沛，地勢(shì)平坦，地下水位較高，便于灌溉，土壤為風(fēng)沙土，肥力水平中等。供試土壤pH值為8.1，有機(jī)質(zhì)含量為7.85 g/kg，全氮含量為0.36 g/kg，堿解氮含量為48.90 mg/kg，有效磷含量為13.95 mg/kg，速效鉀含量為87 mg/kg。

1.2　試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)漫灌(CK)、溝灌(GA，每條灌水溝都灌水)、交替隔溝灌(JG，上次灌水溝下次不灌而鄰溝灌)、露地滴灌(DG)和膜下滴灌(MG)5個(gè)處理。小區(qū)面積3 m×7 m，隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)3次，為了避免不同處理的相互影響，各小區(qū)間都相隔1 m。MG種植模式為1膜1帶1行，施底肥后起壟，壟底寬60 cm，壟頂寬40 cm，壟間距40 cm，壟高10 cm，春玉米行距為60+40 cm，株距30 cm，壟起好后，鋪設(shè)滴灌帶(采用內(nèi)鑲貼片式滴灌帶，滴頭間距30 cm，滴頭流量1.38 L/h)，用幅寬80 cm，厚度0.008 mm的地膜覆蓋，覆膜后在地膜上打孔點(diǎn)播。DG種植模式為1帶1行不覆膜，GA和JG種植模式為起壟覆膜不鋪設(shè)滴灌帶，CK種植模式為不起壟不覆膜不鋪設(shè)滴灌帶。DG，GA，JG和CK的株行距與MG相同。漫灌的灌溉量和灌溉次數(shù)按照當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶傳統(tǒng)灌溉方式確定。膜下滴灌、露地滴灌、交替隔溝灌和溝灌每次灌溉量分別為漫灌的25%，25%，45%和60%。每次灌溉時(shí)用水表測(cè)定各小區(qū)的容積灌溉量(m3)。在整個(gè)生育期，各處理的灌溉量和灌溉次數(shù)詳見表1。田間試驗(yàn)于2014年4月30日播種，供試品種為當(dāng)?shù)刂髟云贩N陜單609，每穴種2～3粒，播種深度為3—5 cm，66 750株/hm2，底肥施尿素75 kg/hm2，磷酸二銨300 kg/hm2，硫酸鉀225 kg/hm2，混勻后在耕地時(shí)撒施地表，深翻入土壤。膜下滴灌和露地滴灌處理在大喇叭口期和抽雄吐絲期各隨灌水追施尿素2次，每次75 kg/hm2，其他處理在大喇叭口期和抽雄吐絲期各隨灌水追施尿素1次，每次225 kg/hm2，拔節(jié)前噴施2，4 D—丁酯900～1 500 g/hm2除草，10月2日收獲。

表1　不同灌溉方式的灌溉量和灌溉次數(shù)

注：MG，DG，GA，JG，CK分別為膜下滴灌、露地滴灌、溝灌、交替隔溝灌、漫灌。下同。

1.3　測(cè)定項(xiàng)目及方法

試驗(yàn)測(cè)定指標(biāo)包括土壤含水量、作物形態(tài)和生理指標(biāo)、光合指標(biāo)及產(chǎn)量指標(biāo)等。土壤含水量用土鉆取樣，烘干法測(cè)定20，40，60，80，100 cm 土層的土壤含水量。形態(tài)和生理指標(biāo)株高和莖粗分別采用鋼卷尺和游標(biāo)卡尺，每小區(qū)選3株，每株重復(fù)測(cè)定3次，求平均值；葉綠素含量采用SPAD-502葉綠素儀測(cè)定葉綠素含量[8-9]，每小區(qū)選3株，結(jié)果取其平均值。光合指標(biāo)光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)、氣孔導(dǎo)度(Gs)均通過LI-6400便攜式光合測(cè)定儀觀測(cè)并記錄數(shù)據(jù)，每次在晴天9：00—11：00照充足且相對(duì)穩(wěn)定的時(shí)間測(cè)定，每小區(qū)選3株，結(jié)果取其平均值。水分利用效率(WUE)的計(jì)算公式為：WUE=Pn/Tr。本研究中，形態(tài)和生理指標(biāo)以及光合指標(biāo)的測(cè)定時(shí)間為：2014年5月20日，6月19日，7月10日，7月25日，8月13日，9月15日。產(chǎn)量指標(biāo)玉米成熟收獲時(shí)，每小區(qū)收獲3個(gè)1 m2玉米進(jìn)行產(chǎn)量測(cè)定，將果穗帶回室內(nèi)考種，測(cè)定其穗長、穗粗、穗重、穗粒數(shù)、千粒重等指標(biāo)。水分生產(chǎn)率水分生產(chǎn)率是指消耗單位水量所能生產(chǎn)的農(nóng)作物的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量，其計(jì)算公式為：

WUEc=Y/(M+P+D+△W)

式中：WUEc——春玉米水分生產(chǎn)率(kg/m3)；Y——單位面積春玉米產(chǎn)量(kg/hm2)；M——春玉米全生育期灌水量(m3/hm2)；P——春玉米生育期內(nèi)有效降水量(m3/hm2)，本研究中，春玉米全生育期的降水量為239.3 mm；D——春玉米生育期內(nèi)地下水補(bǔ)給量(m3/hm2)，由于在春玉米生育期內(nèi)地下水埋深3.5 m，其地下水補(bǔ)給量較小，可忽略不計(jì)； △W——春玉米生育期始末土壤含水量的差值(m3/hm2)。單位換算參照汪志農(nóng)[10]的方法計(jì)算。

1.4　數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

采用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，多組數(shù)據(jù)的平均數(shù)比較采用單因素方差分析，并用LSD法進(jìn)行多重比較(p<0.05)。

2結(jié)果與分析

2.1　不同灌溉方式對(duì)春玉米生長發(fā)育的影響

株高、莖粗和葉片SPAD值是衡量作物生長狀況的重要指標(biāo)。由表2可知，在春玉米各生育期，MG處理的株高均顯著高于CK(p<0.05)，且略高于DG。抽雄吐絲期MG處理的株高比CK增加了96.1%，增幅最大；MG處理的莖粗均顯著高于CK(p<0.05)，且略高于DG。拔節(jié)期MG處理的莖粗較CK增加52.8%，增幅最大；MG處理的葉片SPAD值均顯著高于CK(p<0.05)，且在大喇叭口期、灌漿期和成熟期顯著高于DG(p<0.05)，MG處理的SPAD值在成熟期比CK增加33.0%，增幅最大。本研究中，春玉米整個(gè)生育期，膜下滴灌處理株高、莖粗以及葉片SPAD值顯著高于漫灌和溝灌等傳統(tǒng)灌溉方式，盡管露地滴灌的灌量、灌次和膜下滴灌相同，但是露地滴灌處理的春玉米株高、莖粗和SPAD值仍低于膜下滴灌。相關(guān)資料顯示，膜下滴灌條件下春玉米[11-13]和馬鈴薯[14]的株高及莖粗均高于露地滴灌，這與本研究中的結(jié)果一致。已有研究表明，膜下滴灌與傳統(tǒng)灌溉、噴灌等技術(shù)相比優(yōu)勢(shì)明顯。一方面覆膜種植不僅可降低土壤水分蒸發(fā)，減少株間蒸發(fā)和養(yǎng)分損耗，還可使春玉米整個(gè)生育期有效積溫增加200～400 ℃，其保墑、增溫效果顯著[15]；另一方面，滴灌能夠按照作物生長和需水規(guī)律，實(shí)施適時(shí)適量的精確灌溉，使作物跟區(qū)土壤水分含量適宜、土壤物理結(jié)構(gòu)良好，提供有利于作物根系生長的水、肥、氣、熱環(huán)境，因而春玉米植株長勢(shì)穩(wěn)健。

2.2　不同灌溉方式對(duì)春玉米光合作用和水分利用效率的影響

光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)和氣孔導(dǎo)度(Gs)是衡量作物光合能力的重要指標(biāo)。由表3可見，在整個(gè)生育期，各處理的Pn值和Gs值均表現(xiàn)為：MG>DG>JG>GA>CK，且MG處理均顯著高于CK(p<0.05)。在抽雄—成熟期MG處理的Pn值比CK增加48.0%～90.0%，增幅最大，在拔節(jié)期MG處理的Gs值較CK增加81.8%，增幅最大。DG處理的Tr值除苗期和成熟期略低于MG，其他時(shí)期均高于MG(表3)。試驗(yàn)結(jié)果表明，相比漫灌和溝灌，膜下滴灌可使春玉米光合能力明顯增強(qiáng)。值得注意的是，在苗期GA處理的Pn值較DG和CK增加了35.4%和28.1%，Gs值較DG和CK增加了66.2%和77.0%，均呈顯著差異(p<0.05)。這可能是由于在春玉米苗期，DG和CK處理的0—25 cm土壤溫度較MG和GA低2.6～3.9 ℃，而不同處理的土壤含水量適中(0—20 cm平均土壤含水量為田間持水量的55%～60%)，在土壤墑情適宜的條件下，溫度是影響苗期春玉米光合能力的主要因素。因此，苗期露地栽培條件下(DG和CK處理)土壤溫度較低，導(dǎo)致春玉米葉片酶活性降低，引起光合能力下降，而覆膜處理(MG和GA處理)可使土壤溫度增加31.0%～46.4%，從而提高葉片酶活性、增強(qiáng)光合作用。

表2　不同灌溉方式對(duì)春玉米株高、莖粗及葉片SPAD值的影響

注：同列不同小寫字母表示p<0.05水平差異顯著。下同。

葉片水分利用效率(WUE)是評(píng)價(jià)作物生長適宜度的重要指標(biāo)。由表3可知，在整個(gè)生育期MG處理的春玉米葉片WUE值均顯著高于JG，GA和CK(p<0.05)，且略高于DG。在拔節(jié)期MG處理的WUE值較CK增加34.5%，增幅最大。這表明，在榆林沙區(qū)，膜下滴灌技術(shù)可增強(qiáng)春玉米葉片的光合能力，增加光合同化物向生殖器官轉(zhuǎn)運(yùn)的比例，從而使水分利用效率顯著提高。此外，JG處理的WUE值與CK相比差異不大(變化幅度為2.5%～4.5%)。這可能是由于榆林沙區(qū)的風(fēng)沙土土壤水分垂直下滲能力強(qiáng)，而橫向擴(kuò)散能力弱，在春玉米生長旺盛期，交替隔溝灌處理的水分多在灌溉溝中垂直下滲，而未灌溉的溝中土壤含水量較低(0—40 cm的平均土壤含水量為田間持水量的35%～45%)，導(dǎo)致植株蒸騰消耗的水分得不到及時(shí)補(bǔ)給，致使其光合速率的降幅超過蒸騰速率，葉片水分利用效率較低。

表3　不同灌溉方式對(duì)春玉米葉片光合作用和水分利用效率的影響

2.3　不同灌溉方式對(duì)春玉米產(chǎn)量及水分生產(chǎn)率的影響

膜下滴灌處理的春玉米產(chǎn)量和水分生產(chǎn)率均高于其他灌溉方式(表4—5)。在春玉米產(chǎn)量構(gòu)成因素中，除穗粗外，MG處理的產(chǎn)量指標(biāo)均高于其他處理，不同灌溉處理的單穗重、千粒重和產(chǎn)量均表現(xiàn)為：MG>DG>GA>CK>JG。MG處理的產(chǎn)量顯著高于其他處理(p<0.05)，其產(chǎn)量分別較CK，GA，JG和DG增加18.3%，13.7%，19.3%和7.1%，增產(chǎn)效果顯著。而JG處理的產(chǎn)量最低，較CK減產(chǎn)0.8%。同時(shí)，在不同灌溉方式下，春玉米水分生產(chǎn)率也表現(xiàn)為：MG>DG>JG>GA>CK，MG處理的水分生產(chǎn)率顯著高于其他處理(p<0.05)，分別較DG，GA，JG和CK高7.5%，45.5%和37.5%和73.2%(表5)。并且，MG處理分別比GA和JG和CK節(jié)水31.3%和19.0%和43.3%(表1)，節(jié)水效果明顯。

此外，交替隔溝灌處理的水分生產(chǎn)率分別較漫灌和溝灌提高26.0%和5.8%(表5)，但是交替隔溝灌分別較膜下滴灌和漫灌減產(chǎn)19.3%和0.8%(表4)，其減產(chǎn)幅度較大，因此，交替隔溝灌在榆林沙區(qū)的適用性還有待進(jìn)一步研究和論證。

值得注意的是，2014年7—9月該試驗(yàn)區(qū)的降水量(187.4 mm)較歷年同期(1999—2010年)偏多1.4倍，因而春玉米全生育期漫灌和溝灌的灌溉量較往年減少約10%，在這種情況下，膜下滴灌仍有明顯的增產(chǎn)節(jié)水效果，是榆林沙區(qū)玉米生產(chǎn)中最有效的一種節(jié)水灌溉方式。

表4　不同灌溉方式對(duì)春玉米產(chǎn)量的影響

表5　不同灌溉方式對(duì)春玉米水分生產(chǎn)率的影響

注：△W為春玉米生育期始末土壤含水量的差值。

3結(jié) 論

(1) 膜下滴灌處理的春玉米植株生長發(fā)育狀況優(yōu)于其他灌溉方式。在春玉米各生育期，膜下滴灌處理的春玉米株高、莖粗和葉片SPAD值明顯高于漫灌(p<0.05)。本研究結(jié)果表明，盡管灌量和灌次一致，露地滴灌處理下的株高、莖粗和葉片SPAD值仍低于膜下滴灌。

(2) 膜下滴灌處理的春玉米光合能力和水分利用效率均高于其他灌溉方式。在整個(gè)生育期，膜下滴灌處理的春玉米Pn值、Gs值和WUE值均高于其他處理，且顯著高于漫灌(p<0.05)。

(3) 膜下滴灌處理的春玉米增產(chǎn)節(jié)水效果顯著。膜下滴灌處理的產(chǎn)量和水分生產(chǎn)率顯著高于其他處理(p<0.05)。膜下滴灌處理分別較DG，GA，JG和CK增產(chǎn)7.1%，13.7%，19.3%和18.3%，其水分生產(chǎn)率分別較DG，GA，JG和CK提高了7.5%，45.5%，37.5%和73.2%，并且分別比GA，JG和CK節(jié)水31.3%，19.0%和43.3%?？傮w上，與其他4種灌溉方式相比，膜下滴灌方式是榆林沙區(qū)玉米生產(chǎn)中最有效的一種節(jié)水灌溉方式。

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Effects of Different Irrigation Methods on Growth and Yield of Spring Maize in Sandy Area of Yulin City

WANG Wen, ZHANG Xiong

(CollegeofLifeScience,YulinUniversity,Yulin,Shannxi719000,China)

Abstract：[Objective] Through revealing the effects of drip irrigation under mulch(MG), drip irrigation without mulch(DG), furrow irrigation(GA), alternate furrow irrigation(JG) and flood irrigation(CK) on the growth and yield of spring maize, we aimed to find out the most effective irrigation method which was suitable for the sandy area of Yulin City in order to provide theoretical support for the development of agricultural water-saving irrigation technology. [Methods] Based on the field experiment data in 2014, statistical analysis and calculation method of water productivity were used. [Results] (1) Under the treatment of MG, the growth and development of spring maize were better than that in other irrigation methods. During whole growth period, plant height, stem diameter and leaf SPAD value in the treatment of MG were higher than that in the treatment of DG, GA and JG, and were significantly higher than that in CK(p<0.05); (2) Under the treatment of MG, the photosynthetic rate, stomatal conductance and water use efficiency of spring maize leaf were greater than the corresponding values in other irrigation methods during whole growth period, and were significantly higher than that in the treatment of CK(p<0.05); (3) Drip irrigation under mulch had significant effects on yield and water use efficiency, the two items were significantly higher than that in other treatments(p<0.05). [Conclusion] Compared with other irrigation methods, the drip irrigation under mulch is the most effective irrigation method for maize in sandy area of Yulin City.

Keywords:irrigation method; spring maize; growth; yield; sandy area of Yulin City

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1000-288X(2015)04-0213-05

中圖分類號(hào)：S274.1

通信作者：張雄(1970—),男(漢族),陜西省榆林市人,博士,教授,主要從事旱區(qū)農(nóng)業(yè)節(jié)水研究。E-mail:yulinzhang2007@126.com。

收稿日期：2015-03-16修回日期：2015-04-20

資助項(xiàng)目：陜西省重點(diǎn)科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)建設(shè)計(jì)劃項(xiàng)目“陜北農(nóng)業(yè)節(jié)水綜合研究—?jiǎng)?chuàng)新團(tuán)隊(duì)”(2013KCT-29)

第一作者：王雯(1982—),女(漢族),甘肅省酒泉市人,博士,講師,主要從事旱區(qū)農(nóng)業(yè)高效節(jié)水技術(shù)方面的研究。E-mail:wangwen200806@aliyun.com。