張 勇，畢遠(yuǎn)杰，郭向紅，魏 磊

(1.太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院，太原 030024；2.山西省水利水電科學(xué)研究院，太原 030002)

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，我國淡水資源供需矛盾越來越突出。同時，我國很多地區(qū)分布著大量的微咸水資源，如何合理利用微咸水進行農(nóng)業(yè)灌溉是解決水資源供需矛盾的有效途徑之一。微咸水灌溉，一方面可以增加土壤中的水分，有利于作物的生長發(fā)育，提高糧食產(chǎn)量[1]；但同時大量的鹽分進入土壤，可能會對作物的生長發(fā)育產(chǎn)生一定的抑制作用，造成作物最終的減產(chǎn)[2]。近年來，國內(nèi)外學(xué)者從微咸水灌溉水質(zhì)、供水方式、土壤質(zhì)地、灌溉制度以及微咸水灌溉對土壤水鹽分布及作物的影響等不同角度展開深入研究，取得了一定的進展，為以后合理開發(fā)利用微咸水提供一定的指導(dǎo)作用[3-10]。但是，不同作物不同生育期微咸水灌溉對其生長的影響不同。玉米是我國北方地區(qū)的主要糧食作之一，但由于北方地區(qū)的干旱缺水問題常常導(dǎo)致玉米產(chǎn)量較低，利用微咸水進行灌溉可有效緩解這些地區(qū)水資源供需矛盾。因此，本論文在晉中盆地，進行不同生育期微咸水灌溉對玉米生長影響研究，以期為該地區(qū)合理進行玉米微咸水灌溉提供指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2015年4-10月在山西省水利水電科學(xué)研究院節(jié)水高效示范基地大棚內(nèi)進行，試驗基地位于晉中盆地的北端，東經(jīng)112°24′～112°43′，北緯37°36′～37°49′，屬暖溫帶大陸性氣候，年均氣溫9.6 ℃，無霜期170 d，年均日照時數(shù)2 675.8 h，年降水量495 mm左右。試驗區(qū)土壤質(zhì)地為黏土，土壤容重為1.42 g/cm3，飽和含水率0.50 cm3/cm3，田間持水率為0.31 cm3/cm3。試驗基地有深水井和淺水井各一口，深水井井深180 m，淺水井80 m，淺水井地下水礦化度5 g/L，深水井地下水礦化度1.75 g/L。

1.2 試驗方案

試驗在大棚內(nèi)采用桶栽形式進行，土桶的直徑30 cm，高30 cm。本試驗的目的是研究不同生育期微咸水灌溉對玉米生長的影響，因此試驗分別在玉米4個生育期(苗期、拔節(jié)期、抽穗期和灌漿期)進行不同礦化度微咸水灌溉(3、4、5 g/L)，并以淡水灌溉作為對照處理，共13個處理，每個處理5個重復(fù)，試驗方案見表1。

表1 試驗方案Tab.1 Test scheme

試驗玉米的品種為“寧玉一號”，播種時間為2015年4月25日，收割日期為2015年10月5日。試驗期間每個處理的灌水量相同，每次灌水量2.4 L/桶，全生育期灌水量37.6 L/桶。3、4 g/L的微咸水由淡水和5 g/L微咸水按一定的比例配成。

1.3 測試項目

從玉米開始出苗后的第7 d開始選取具有代表性的3株測定玉米的各項生長指標(biāo)，每隔一周測量一次，到全生育期結(jié)束。株高采用卷尺測量(精度1 mm)，葉面積采用直尺測定其各葉片縱、橫徑，用校正系數(shù)法計算出總?cè)~面積(K=0.785)。干物質(zhì)重在試驗結(jié)束后，選取具有代表性的3株玉米苗放在105 ℃烘箱中殺青30 min，然后在80 ℃的恒溫下烘至恒重，進行干物質(zhì)質(zhì)量的測定。玉米產(chǎn)量在玉米成熟后，采用電子秤稱重。

2 結(jié)果分析

2.1 不同生育期微咸水灌溉對玉米株高的影響

株高是直觀表現(xiàn)玉米生長情況的主要指標(biāo)之一，圖1為玉米不同生育期進行微咸水灌溉條件下株高隨時間動態(tài)變化圖。由圖1可知，所有處理玉米株高隨播種后天數(shù)的變化規(guī)律一致，即株高隨著播種后天數(shù)增大而增大，在播種后110 d左右基本達到株高最大值，110 d以后株高不再增大。在同一生育期，灌溉水礦化度越高，株高越低。由圖1(a)和圖1(b)可知，在苗期和拔節(jié)期進行不同礦化度微咸水處理灌水對玉米株高明顯影響，處理M1、M2和M3比對照CK株高分別減小1.98%、14.85%和24.75%，處理B1、B2和B3比對照CK株高分別減小11.88%、19.31%和33.66%。由圖1(c)和圖1(d)可知，在抽穗期和灌漿期進行不同礦化度微咸水處理灌水對玉米株高影響較小，處理C1、C2和C3比對照CK株高分別減小0.99%、3.46%和5.94%，處理G1、G2和G3比對照CK株高分別減小0.74%、0.1%和0.34%。由此可見，不同生育期微咸水灌溉對玉米株高影響不同，從大到小順序為：拔節(jié)期>苗期影>抽穗期>灌漿期。

圖1 不同生育期微咸水灌溉對株高的影響Fig.1 Effects of brackish water irrigation on plant height in different growth periods

為了定量描述不同處理下玉米株高隨時間的變化過程，用Logistic生長函數(shù)對其進行擬合，擬合方程如下：

(1)

式中：Z為玉米株高，cm；t為播種后天數(shù)，d；A為株高的理論最大值，B、k均為生長系數(shù)。

參數(shù)擬合結(jié)果如表2所示。從表2可以看出，各處理株高時間的變化均符合Logistic生長函數(shù)，擬合相關(guān)系數(shù)R2值均在0.98以上。在同一生育期，灌溉水礦化度越高，參數(shù)A和B的值越小，葉面是植物光合作用、蒸騰、呼吸等生理過程的主要載體，因此葉面積是表現(xiàn)玉米生長性狀的主要指標(biāo)之一，圖2為玉米不同生育期進行微咸水灌溉條件下葉面積隨時間動態(tài)變化圖。由圖2可知，所有處理玉米葉面積隨播種后天數(shù)的變化規(guī)律基本一致，即葉面積隨著播種后天數(shù)呈先增大而后減小的變化規(guī)律，葉面積在播種后100 d左右基本達到最大值，但C1、C2和C3在灌后100 d左右葉面積有所減小，這可能是由于灌漿期實施微咸水灌溉導(dǎo)致部分葉片死亡導(dǎo)致。同時由圖2可知，在同一生育期，灌溉水礦化度越高，葉面積越小。由圖2(a)可知，處理M1、M2和M3比對照CK葉面積最大值分別減小5.26%、14.28%和16.91%，處理B1、B2和B3比對照CK葉面積最大值分別減小27.81%、32.33%和37.96%，處理C1、C2和C3比對照CK葉面積最大值分別減小7.96%、9.77%和18.79%，處理G1、G2和G3比對照CK葉面積最大值分別減小5.26%、1.50%和4.66%。由此可見，不同生育期微咸水灌溉對玉米葉面積影響不同，影響順序為：拔節(jié)期>抽穗期>苗期>灌漿期。

表2 不同處理下玉米株高隨隨時間變化函數(shù)的擬合結(jié)果Tab.2 Fitting results of the function between plant height and time under different treatments

2.2 不同生育期微咸水灌溉對玉米葉面積的影響

圖2 不同生育期微咸水灌溉對葉面積的影響Fig.2 Effects of brackish water irrigation on leaf area in different growth periods

為了定量描述不同處理下玉米葉面積隨時間的變化過程，式(2)形式的負(fù)指數(shù)函數(shù)對其進行擬合，擬合方程如下：

L=Ae-B|t-c|

(2)

式中：L為玉米葉面積，cm2；t為播種后天數(shù)，d；A、B、C均為參數(shù)。

參數(shù)擬合結(jié)果如表3所示。從表3可以看出，各處理葉面積隨時間的變化均符合式(2)，擬合相關(guān)系數(shù)R2值均在0.875以上。式(2)中，參數(shù)A表示全生育期葉面積的最大值，由表3可知，在同一生育期，灌溉水礦化度越高，參數(shù)A的值越小。

表3 不同處理下玉米葉面積隨時間變化函數(shù)的擬合結(jié)果Tab.3 Fitting results of the function between plant height and time under different treatments

2.3 不同生育期微咸水灌溉對玉米干物質(zhì)量的影響

圖3為不同生育期微咸水灌溉對玉米干物質(zhì)量對比圖。由圖3可知微咸水灌溉玉米的干物質(zhì)量均比對照CK處理的干物質(zhì)量低，對同一生育期灌溉水礦化度越高，干物質(zhì)量越低，處理M1、M2和M3比對照CK干物質(zhì)量分別減小54.16%、66.26%、72.98%，處理B1、B2和B3比對照CK干物質(zhì)量分別減小56.48%、70.83%和80.21%，處理C1、C2和C3比對照CK干物質(zhì)量分別減小3.1%、27.05%和62.34%，處理G1、G2和G3比對照CK干物質(zhì)量分別減小9.30%、21.77%和78.07%。由此可見，不同生育期微咸水灌溉對玉米干物質(zhì)量影響排序為：拔節(jié)期>苗期>抽穗期>灌漿期。

圖3 不同生育期微咸水灌溉對玉米干物質(zhì)量的影響Fig.3 Effects of brackish water irrigation on dry height of maize in different growth periods

2.4 不同生育期微咸水灌溉對玉米產(chǎn)量的影響

圖4為不同生育期微咸水灌溉條件下玉米產(chǎn)量圖，圖中的產(chǎn)量為相對產(chǎn)量，即微咸水灌溉的產(chǎn)量與全淡水處理CK產(chǎn)量的比值。由圖4可知，微咸水灌溉玉米的產(chǎn)量均比對照CK處理的產(chǎn)量低，對同一生育期灌溉水礦化度越高，產(chǎn)量越低，處理M1、M2和M3比對照CK產(chǎn)量分別減小31.16%、63.16%和73.19%，處理B1、B2和B3比對照CK產(chǎn)量分別減小42.62%、67.17%和82.76%，處理C1、C2和C3比對照CK產(chǎn)量分別減小11%、24.67%和32%，處理G1、G2和G3比對照CK產(chǎn)量分別減小4.72%、8.5%和24.67%。由此可見，不同生育期微咸水灌溉對玉米產(chǎn)量影響的順序為拔節(jié)期>苗期>抽穗期>灌漿期。

圖4 不同生育期微咸水灌溉對玉米產(chǎn)量的影響Fig.4 Effects of brackish water irrigation on maize yield in different growth periods

為了更加直觀地看出不同生育期微咸水灌溉對產(chǎn)量影響，采用式(3)建立玉米各生育階段灌溉水的礦化度與產(chǎn)量的關(guān)系：

Y=75-k(M-Mt)

(3)

式中：Y為相對產(chǎn)量，%；M為灌溉用水的礦化度，g/L；Mt當(dāng)達到淡水灌溉產(chǎn)量的75%時的灌水礦化度值，g/L；k斜率，表示超過灌溉水礦化度的臨界值后每增加一個單位礦化度產(chǎn)量下降的百分?jǐn)?shù)。

由表4可知，各生育期灌溉水礦化度與玉米產(chǎn)量的擬合相關(guān)系數(shù)在0.871以上，符合線性關(guān)系。各生育期參數(shù)k的大小關(guān)系為：拔節(jié)期>苗期>抽穗期>灌漿期，并且拔節(jié)期和苗期的k明顯大于抽穗期和灌漿期，這說明在苗期和拔節(jié)期采用微咸水灌溉對玉米產(chǎn)量影響最大。各生育期參數(shù)Mt的大小關(guān)系為：灌漿期>抽穗期>苗期>拔節(jié)期，這說明在苗期和拔節(jié)期適宜的灌溉水礦化度較低，抽穗期和灌漿期適宜的灌溉水礦化度較高。

表4 各生育期灌溉水礦化度與玉米產(chǎn)量關(guān)系擬合結(jié)果Tab.4 Fitting results of the relation between the salinity of irrigation water and maize yield

3 結(jié) 語

本文通過對玉米進行不同生育期微咸水灌溉試驗分析，得出以下結(jié)論：

(1)玉米株高隨著播種后天數(shù)增大而增大，所有處理玉米株高隨時間的變化符合Logistic生長函數(shù)，在同一生育期，灌溉水礦化度越高，株高越低，不同生育期微咸水灌溉對玉米株高影響順序為：拔節(jié)期>苗期影>抽穗期>灌漿期。

(2)玉米葉面積隨著播種后天數(shù)呈先增大而后減小的變化規(guī)律，且符合負(fù)指數(shù)函數(shù)。在同一生育期，灌溉水礦化度越高，玉米葉面積最大值越小，不同生育期微咸水灌溉對玉米葉面積影響順序為：拔節(jié)期>抽穗期>苗期>灌漿期。

(3)玉米同一生育期灌溉水礦化度越高，干物質(zhì)量和產(chǎn)量越低。個各生育期微咸水灌溉水礦化度與玉米產(chǎn)量符合線性關(guān)系，苗期和拔節(jié)期采用微咸水灌溉對玉米產(chǎn)量影響最大，因此，苗期和拔節(jié)期適宜的灌溉水礦化度較低，抽穗期和灌漿期適宜的灌溉水礦化度較高。

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