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)

0 引 言

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。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

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。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

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。

1.3 觀測(cè)項(xiàng)目

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。

1.4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

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 結(jié)果與分析

2.1 玉米出苗率、株高、莖粗分析

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

2.2 玉米葉片數(shù)和葉面積指數(shù)分析

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

2.3 玉米干物質(zhì)積累量分析

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。

2.4 試驗(yàn)地2014年降雨特性及玉米各階段需水量分析

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

2.5 玉米產(chǎn)量及水分利用效率分析

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。

3 結(jié) 語(yǔ)

(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。

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