焦炳忠,孫兆軍,,韓 磊,王 旭, 王 力,胡 優(yōu)
(1.寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院,銀川 750021;2.寧夏大學(xué)環(huán)境工程研究院,銀川 750021)
玉米不僅是寧夏引黃灌區(qū)的主栽農(nóng)作物,也是揚(yáng)黃灌區(qū)的主栽農(nóng)作物。由于揚(yáng)黃灌區(qū)畦灌和連作障礙影響玉米的產(chǎn)量,對(duì)土壤養(yǎng)分平衡影響較大,使地力質(zhì)量日趨下降,造成作物產(chǎn)量低且不穩(wěn);在一定土壤水分范圍內(nèi),土壤水分越豐富,根系生長(zhǎng)越好[1];通過(guò)淺埋式滴灌的灌溉方式使其讓水直接與作物根系接觸,美國(guó)加利福尼亞大學(xué)灌溉技術(shù)中心的主任Davi F. Zoldoske曾預(yù)言地下滴灌技術(shù)將是未來(lái)的灌溉方式[2]。許多學(xué)者[3-7]提出局部灌溉方式下玉米的生長(zhǎng)、根系分布等的研究,表明局部灌溉對(duì)玉米各種處理的產(chǎn)量均有明顯提高,對(duì)深層根系生長(zhǎng)有利。有學(xué)者對(duì)噴灌進(jìn)行研究,表明噴灌可使得作物的蒸騰速率降低,作物的耗水量減少[8,9]。何玉琴等人[10]研究了微潤(rùn)管灌溉處理對(duì)玉米生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響,表明微潤(rùn)管的間距、埋設(shè)深度和壓力對(duì)玉米的產(chǎn)量和水分利用效率都有顯著的影響。本文通過(guò)采取不同的灌水方式和膜下雙行靠種植模式試驗(yàn)結(jié)果來(lái)改變多年來(lái)大水漫灌和等間距種植,為寧夏揚(yáng)黃灌區(qū)節(jié)水灌溉方式和種植玉米提供一定的參考。
試驗(yàn)于2014年在寧夏南部山區(qū)中溫帶半干旱大陸性氣候同心縣王團(tuán)鎮(zhèn)科技園區(qū)進(jìn)行。該地區(qū)干旱少雨,年平均降水量272.6 mm,蒸發(fā)量大,無(wú)霜期120~218 d,年平均氣溫8.6 ℃,多年平均日照3 024 h。試驗(yàn)區(qū)土壤為砂壤土,田間持水率23.11%,土壤容重1.43 g/cm3,全鹽0.25 g/kg,全氮0.65 g/kg,全磷0.77 g/kg,速效磷21.65 mg/kg ,速效鉀170.00 mg/kg,有機(jī)質(zhì)8.10 g/kg,pH為7.83。
試驗(yàn)設(shè)灌溉方式和種植模式2因素2水平的隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn),共4個(gè)處理,見(jiàn)表1。
表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)
在灌溉定額為3 600 m3/hm2的條件下,對(duì)不同灌溉方式和種植模式處理下各個(gè)生長(zhǎng)指標(biāo)、產(chǎn)量進(jìn)行對(duì)比。試驗(yàn)設(shè)置4個(gè)處理,每個(gè)處理3次重復(fù)。灌水時(shí)間根據(jù)田間土壤含水率占田間持水率的50%~60%以及作物各個(gè)時(shí)期需水量來(lái)控制。遇到降雨時(shí),降雨量大于5 mm時(shí),灌水時(shí)間延后。
供試作物為當(dāng)?shù)爻D攴N植品種先玉335,采用寬窄行種植,寬行75 cm,窄行25 cm,株距30 cm,膜寬90 cm,種植密度為59 160株/hm2。小區(qū)種植為南北走向,每個(gè)小區(qū)長(zhǎng)5 m,寬5.75 m,面積28.75 m2,小區(qū)之間設(shè)1 m寬隔離帶,12個(gè)小區(qū)隨機(jī)完全組合排列,每個(gè)小區(qū)10行玉米、5條內(nèi)鑲貼片式滴灌帶,管外徑16 mm,滴頭間距30 cm,滴頭流量2 L/h。小區(qū)四周種植兩行同品種玉米,防治周邊玉米串粉。試驗(yàn)種植前,在試驗(yàn)小區(qū)均勻施入磷酸二氫銨(150 kg/hm2)、磷酸鉀復(fù)合肥(225 kg/hm2)作為基肥,追肥分別在苗期-拔節(jié)期和抽雄期-灌漿期之間滴灌施磷酸二氫鉀(525 kg/hm2)/次。4月20日旋耕并平整土地,進(jìn)行小區(qū)劃分,人工鋪設(shè)管帶,淺埋式滴灌深度平均為7 cm; 4月23日進(jìn)行人工種植(采用小鏟點(diǎn)播,防止土壤結(jié)塊);5月8日出苗(處理1);5月15日定苗;6月8日拔節(jié)期;7月25日大喇叭口期;8月7日抽雄期;9月5日灌漿期,10月6日收獲,全生育期為166 d。
生長(zhǎng)狀況及產(chǎn)量:觀測(cè)各小區(qū)玉米出苗時(shí)間、出苗率;苗期、拔節(jié)期、抽雄期、灌漿期生長(zhǎng)狀況以及各小區(qū)產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因素。
土壤含水率:在整地前采用土鉆取土,0~100 cm范圍,每20 cm取土1次,用105 ℃烘干法測(cè)其土壤含水率。各處理重復(fù)小區(qū)分別在苗期、拔節(jié)期、抽雄期、灌漿期、成熟期采用TTR觀測(cè)儀進(jìn)行水分含量測(cè)定。土壤含水率測(cè)定區(qū)間為:0~20、20~40、40~60、60~80 cm。
用Microsoft Excel進(jìn)行整理分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)并作圖,對(duì)同一處理試驗(yàn)的各重復(fù)獲取數(shù)據(jù)取平均值。
2.1.1玉米出苗率的比較
各處理的出苗率見(jiàn)表2,出苗率從高到低依次為處理4>處理3>處理2>處理1,處理3和處理4出苗時(shí)間比處理1、處理2分別早3 d和2 d。
表2 出苗率
2.1.2玉米株高比較
由圖1可知,不同處理株高在出苗到抽雄期都增長(zhǎng)迅速,抽雄期到成熟期增長(zhǎng)幅度不大,株高整體高度從高到低依次是處理4>處理3>處理2>處理1;苗期不同處理玉米株高無(wú)明顯變化,苗期到抽雄期是生長(zhǎng)最旺盛時(shí)期,株高變化幅度較大,苗期處理1、處理2、處理3、處理4株高分別為47、46、52和58cm,抽雄期處理1、處理2、處理3、處理4株高分別為213、217、232和249 cm,處理4比處理1、處理2、處理3分別增加了13.1%、10.5%和5.8%;各處理在6月30日到7月15日株高變化緩慢,連續(xù)陰天,降雨量增加,不利于作物生長(zhǎng);抽雄期(8月8日)后,各處理作物株高基本趨于穩(wěn)定,作物光合產(chǎn)生的有機(jī)質(zhì)大部分轉(zhuǎn)移到灌漿;拔節(jié)期-抽雄期降雨頻繁,降雨量多,作物長(zhǎng)勢(shì)減緩,抽雄期-灌漿期,各處理株高有明顯增長(zhǎng)趨勢(shì),水分充足,光照強(qiáng),導(dǎo)致作物灌漿時(shí)期,株高有明顯加快趨勢(shì);成熟期不同處理之間株高存在明顯差異,株高從高到低依次為處理4(274 cm)>處理3(263 cm)>處理2(253 cm)>處理1(237 cm)。
圖1 玉米株高變化
2.1.3玉米莖粗比較
由圖2知,不同處理莖粗在出苗到抽雄期都增長(zhǎng)迅速,抽雄期到成熟期增長(zhǎng)幅度不大,莖粗從高到低依次是處理4>處理3>處理2>處理1。苗期不同處理玉米莖粗高無(wú)明顯變化,苗期到抽雄期是玉米莖粗膨粗最旺盛時(shí)期,莖粗變化幅度大,苗期處理1、處理2、處理3、處理4株莖粗分別為14.44、14.21、15.77和16.13 mm,抽雄期處理1、處理2、處理3、處理4莖粗分別為30.77、31.62、34.01和34.66 mm,處理4比處理1、處理2、處理3分別增加了11.9%、6.1%和1.6%。
圖2 玉米莖粗變化
葉片數(shù)和葉面積也影響玉米生長(zhǎng)性狀、灌漿速度和產(chǎn)量的增加,葉片主要是作物進(jìn)行光合作用的場(chǎng)所,也是產(chǎn)量形成的最活躍的因素,是玉米全株有機(jī)質(zhì)提供的唯一組織。表3是各處理下玉米葉片數(shù)量,處理3和處理4比處理1和處理2葉片數(shù)具有明顯差別,不同灌水方式和種植模式下葉片數(shù)量都存在差別,處理4、處理3、處理2和處理1灌漿期-成熟期葉片數(shù)分別為17、16、15和14片。
表3 葉片累計(jì)數(shù)變化
從表4可以看出,各處理的葉面積指數(shù)隨著生育期的進(jìn)程逐漸增大。同一種植模式下不同的灌溉方式各生育時(shí)期葉面積指數(shù)存在明顯差異,同一灌溉方式下覆膜比不覆膜葉面積指數(shù)大,出苗期葉面積指數(shù)從高到低依次是處理4(0.55)、處理3(0.52)、處理2(0.49)和處理1(0.36),成熟期葉面積指數(shù)從高到低依次是處理4(5.93)、處理3(5.81)、處理2(5.29)和處理1(4.99),處理4比處理1、處理2、處理3葉面積指數(shù)分別增加了13.9%、10.8%和3.5%。
表4 葉面積指數(shù)變化
由圖3可知,從玉米出苗到拔節(jié)期,氣溫逐漸回升,葉片數(shù)和葉面積逐漸增加,各處理干物質(zhì)積累量緩慢增長(zhǎng),并且處理4>處理3>處理2>處理1;拔節(jié)期-抽雄期葉片數(shù)量逐漸增多,葉面積逐漸變大,此時(shí)干物質(zhì)積累量比拔節(jié)期前增長(zhǎng)幅度加快;抽雄期-成熟期玉米下部葉片開(kāi)始脫落,玉米葉片數(shù)和葉面積達(dá)到最大并趨于穩(wěn)定,但作物轉(zhuǎn)為生殖生長(zhǎng),此時(shí)玉米的干物質(zhì)積累速度最快,成熟期干物質(zhì)積累量處理4、處理3、處理2、處理1分別為18 997、18 933、18 382、18 129 kg/hm2。
玉米生育期內(nèi)降雨量如圖4,降雨量主要集中在6月下旬、7月上旬和8月下旬,正好是玉米生長(zhǎng)關(guān)鍵時(shí)期,但7月中旬降雨量?jī)H為2.8 mm,連續(xù)旱情時(shí)間較長(zhǎng),需增加灌水次數(shù)和灌水量,8月下旬以后降雨量少,正值玉米灌漿時(shí)期,需水量少。
由表5可知,玉米各生育時(shí)期實(shí)際需水量從高到低依次是拔節(jié)-抽雄>抽雄-灌漿>出苗-拔節(jié)>灌漿-成熟>播種-出苗,拔節(jié)-抽雄是作物干物質(zhì)積累量最旺盛時(shí)期也是作物需水量最大時(shí)期;各處理之間在不同生育時(shí)期需水量差別不明顯,各生育期之間增長(zhǎng)幅度變化明顯,處理1比處理2增幅大,總需水量處理無(wú)明顯變化。
圖3 玉米干物質(zhì)積累量變化圖4 玉米生育時(shí)期內(nèi)降雨量變化
不同種植模式和灌水方式對(duì)玉米產(chǎn)量的影響見(jiàn)表6,產(chǎn)量從高到低依次是處理4>處理3>處理2>處理1,且處理4產(chǎn)量比處理1、處理2和處理3分別提高15.8%、12.9%、0.96%;淺埋式滴灌比露地滴灌產(chǎn)量明顯高,覆膜比不覆膜產(chǎn)量高,膜下種植和淺埋式滴灌組合比其他處理組合產(chǎn)量明顯高。
表6 不同種植模式和灌水方式對(duì)玉米水分利用效率的影響
各處理灌水定額相同(3 600 m3/hm2),實(shí)際需水量存在差異,處理1實(shí)際需水量最多,產(chǎn)量最低,處理4需水量從高到低依次為處理1>處理2>處理4>處理3,處理1比處理3需水量高0.65%,同一種植模式下;群體WUE灌溉方式之間差異明顯,灌水方式無(wú)明顯差異,處理4比處理3、處理2和處理1分別高1.6%、5.2%和9.3%;灌溉水分生產(chǎn)效率從高到低依次是處理4>處理3>處理2>處理1。
(1)各處理玉米的全生育期在166 d,覆膜處理比不覆膜處理的出苗時(shí)間和出苗率均有所提前,淺埋式滴灌比露地滴灌出苗時(shí)間和出苗率也均有所提前,說(shuō)明了地膜具有保溫性和保水性,距根部灌水越近,出苗時(shí)間和出苗率有所增加。
(2)玉米全生育期內(nèi)各處理需水量從高到低依次是拔節(jié)-抽雄>抽雄-灌漿>出苗-拔節(jié)>灌漿-成熟>播種-出苗。從拔節(jié)期至抽雄期,株高、葉片數(shù)、葉面積指數(shù)增長(zhǎng)加快,植株生長(zhǎng)旺盛,光合作用增強(qiáng),光合產(chǎn)物增多,干物質(zhì)積累量加快;從抽雄期到成熟期,株高、葉片數(shù)、葉面積指數(shù)達(dá)到最大保持穩(wěn)定并伴有下降趨勢(shì),葉片的光合產(chǎn)物主要向籽粒運(yùn)輸,玉米此時(shí)的干物質(zhì)積累速度最快;在種植模式相同下,淺埋式滴灌比露地滴灌不同株高、莖粗、葉片數(shù)、葉面積指數(shù)和干物質(zhì)積累量都顯高。在灌溉方式相同下,膜下種植比露地種植玉米株高、莖粗、葉片數(shù)、葉面積指數(shù)和干物質(zhì)積累量都明顯高。說(shuō)明地膜覆蓋種植具有增溫、節(jié)水、早熟、增產(chǎn)等作用[11]。
(3)在種植模式相同下,玉米產(chǎn)量隨著灌水方式的不同有明顯差別,淺埋式灌溉比表面灌溉產(chǎn)量高;在灌水方式相同下,覆膜玉米的產(chǎn)量均比露地玉米高,其中膜下淺埋式滴灌玉米的產(chǎn)量最大,其次是覆膜滴灌和露地淺埋式灌溉,露地滴灌的產(chǎn)量最小,處理4比處理1、處理2、處理3的產(chǎn)量分別提高了15.8%、8.87%、1.81%。
(4)群體WUE從高到低依次是處理4>處理3>處理2>處理1,淺埋式灌溉方式比露地灌溉WUE大, 明顯提高了水分利用效率,節(jié)水模式明顯,為適宜的灌溉方式,覆膜比露地WUE大,處理4比處理1、處理2、處理3的WUE分別增加16.1%、9.3%、1.6%;灌溉水分生產(chǎn)效率從高到低依次是處理4>處理3>處理2>處理1。
[1] 劉殿英,黃炳茹,董慶裕. 土壤水分對(duì)冬小麥根系的影響[J]. 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),1991,(2):103-110.
[2] 李光永. 世界微灌發(fā)展態(tài)勢(shì)----第六次國(guó)際微灌大會(huì)綜述與體會(huì)[J]. 節(jié)水灌溉,2001,(2):24-27.
[3] 胡田田,康紹忠. 局部灌水方式對(duì)玉米不同根區(qū)土-根系統(tǒng)水分傳導(dǎo)的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2007,(2):11-16.
[4] 漆棟良,胡陽(yáng)光,胡田田,等. 不同灌水方式下春玉米的根系生長(zhǎng)分布[J]. 排灌機(jī)械工程學(xué)報(bào),2014,(11):990-997.
[5] 史麗艷. 不同灌水方式下玉米生長(zhǎng)及根區(qū)水、鹽及硝態(tài)氮運(yùn)移規(guī)律研究[D]. 陜西楊凌:西北農(nóng)林科技大學(xué),2013.
[6] 高明霞. 不同灌水方式下玉米根際硝態(tài)氮的分布[D]. 陜西楊凌:西北農(nóng)林科技大學(xué),2004.
[7] 張志亮,張富倉(cāng),鄭彩霞,等. 局部根區(qū)灌水和施氮對(duì)玉米導(dǎo)水率的影響[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué),2008,(7):2 033-2 039.
[8] Seginer I. Net losses in sprinkler irrigation. Agricultural Meteorology[J]. 1967,(4):281-291.
[9] McNaughton, K G. Net. interception losses during sprinkler irrigation[J].Agricultural Meteorology, 1981,24:11-27
[10] 何玉琴,成自勇,張 芮,等. 不同微潤(rùn)灌溉處理對(duì)玉米生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響[J]. 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2012,(4):566-569.
[11] 王耀林. 地膜覆蓋栽培技術(shù)大全[M]. 北京:農(nóng)業(yè)出版社,1988:35-41.