李 智，尹 娟,2,3，周 乾，鮑子云

(1.寧夏大學土木與水利工程學院，銀川 750021；2.旱區(qū)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)水資源高效利用教育部工程中心，銀川 750021；3.寧夏節(jié)水灌溉與水資源調(diào)控工程技術研究中心，銀川 750021；4.寧夏水利科學研究院，銀川 750021)

0 引 言

玉米作為寧夏的主要種植作物，種植面積占全區(qū)耕地面積的30%以上，但目前玉米灌溉90%以上仍然采用地面畦灌，灌溉水利用效率不高。而水資源已成為制約寧夏當?shù)亟?jīng)濟和社會發(fā)展的主要因素，因此節(jié)水灌溉是寧夏青貯玉米生產(chǎn)持續(xù)發(fā)展的必然選擇。但在寧夏黃土高原區(qū)，對滴灌青貯玉米的灌溉參數(shù)研究較少。本文通過田間試驗，研究不同灌水處理條件下作物各生育期的生長指標，確定各生育期合理的土壤水分下限，為滴灌青貯玉米推廣應用提供合理的科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

本試驗位于寧夏吳忠市鹽池縣馮記溝鄉(xiāng)。地處北緯，東經(jīng)，地勢南高北低，南部為黃土丘陵區(qū)，中北部為鄂爾多斯緩坡丘陵區(qū)，平均海拔高度1 295 m。該地區(qū)屬于典型的中溫帶大陸性季風氣候，風大沙多、干旱少雨、蒸發(fā)強烈。多年平均降雨量293.9 mm，年蒸發(fā)量2 139 mm，是降雨量的7.3倍，年內(nèi)分配不均，降雨大多集中在6-9月份，占全年降水72.4%。多年平均溫度8.2 ℃，極端最低氣溫-30 ℃，極端最高氣溫38 ℃，全年無霜期128 d，10 ℃以上活動積溫2 945 ℃，凍土期為11月-次年3月，持續(xù)95 d左右。

試驗區(qū)土壤類型為砂壤土，由于土層含沙量大，在自然和人為因素的影響下，土地有沙化和鹽堿化趨勢，土壤理化性質(zhì)見表1。

表1 試驗區(qū)土壤理化性質(zhì)Tab.1 Soil physical and chemical properties of soil in experimental area

1.2 試驗設計

試驗于2015年4-10月在鹽池縣馮記溝鄉(xiāng)開展，供試玉米品種為正大12。于4月15日播種，9月21日收割，生育期共計159 d。結合早春翻地，施腐熟有機肥4 200 kg/hm2作為基肥。試驗共設8個處理，每個處理3個重復，共24個小區(qū)。每個試驗小區(qū)為8行3列，其中長為16 m，寬為5.5 m，小區(qū)面積為88 m2。采用寬窄行的種植方式，寬行70 cm、窄行40 cm、株距為20 cm、種植密度為9.345 萬株/hm2，青貯玉米不同生育期土壤水分控制下限，見表2。各處理農(nóng)藝措施相同，作物生育期共追肥6次，追肥總量為675 kg/hm2。

滴灌帶采用內(nèi)鑲貼片式，內(nèi)徑16 mm、壁厚為0.15 mm、滴頭流量1.75 L/h、滴頭間距30 cm、額定工作壓力0.1 MPa。采用一帶2行種植模式，滴灌帶鋪設于窄行正中。

從6月8日起開始測量植物株高，每個小區(qū)選取連續(xù)3株固定位置的青貯玉米，株高使用精確度為1 mm的卷尺測量；使用CI-340光合儀，于2015年7月21日8∶00-16∶00測定青貯玉米凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)等，重復2次；每個處理小區(qū)取10株生長一致的玉米，測出每株玉米的重量，計算出每個處理小區(qū)的青貯玉米理論產(chǎn)量。

采用Excel2010和DPS軟件數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)處理和分析數(shù)據(jù)。

表2 土壤水分下限設計Tab.2 Design of soil water contents

注：θf為土壤田間持水量。

2 試驗結果與分析

2.1 不同土壤水分下限對青貯玉米株高的影響

圖1給出了不同灌水處理條件下青貯玉米株高生長變化的趨勢。隨著生育期的延長，各處理株高逐漸增大，直至打頂前，青貯玉米株高增加量，處理F7最大，F(xiàn)8次之，F(xiàn)4最低。株高生長速率是指在兩次測量之間的凈生長量與前一次測量值的比值，并且把前一次測量值看作100%，它是研究植物動態(tài)生長的一項重要指標[1]。在6月20日以前，各處理株高差別不大；各處理株高生長速率最高出現(xiàn)在6月20日至7月8日期間，處理F1、F2、F3、F4、F5、F6、F7、F8分別為118.36%、122.28%、125.11%、116.41%、137.87%、127.57%、126.38%、109.78%，此期間株高生長速率，處理F5最高，而處理F8最低；在7月8日至7月28日期間，處理F1、F2、F3、F4、F5、F6、F7、F8株高生長速率分別為69.36%、88.97%、76.21%、88.63%、53.75%、67.79%、67.38%、77.67%，這期間各處理的株高生長速率顯著下降；7月28日以后青貯玉米主要以生殖生長為主，各處理的株高生長速率基本停止。

圖1 不同灌水處理對青貯玉米株高的影響Fig.1 Effects on plant height and stem thick under differentirrigation treatments

2.2 不同土壤水分下限對青貯玉米光合作用的影響

圖2為不同灌水處理玉米凈光合速率的日變化趨勢圖。從圖2可以看出，葉片的Pn從早上8∶00開始迅速增加，這是由于經(jīng)過夜間的富集作用，胞間CO2濃度清早較高，隨著氣溫的升高和光合有效輻射的上升，凈光合速率升高[2]。處理F4和F5的Pn呈單峰曲線，其峰值在10∶00出現(xiàn)；處理F6的Pn波動性不大；處理F1、F2、F3、F7、F8的Pn呈雙峰曲線，出現(xiàn)光合午休現(xiàn)象，其第一峰值出現(xiàn)在上午10∶00，第二峰值于14∶00出現(xiàn)，隨后開始下降。各處理上午的Pn明顯大于下午，這主要是由于經(jīng)過上午的光合作用后，葉片中的光合產(chǎn)物積累而發(fā)生反饋抑制的原因[3]。各處理中，處理F7日平均凈光合速率最高，為20.08 μmol/(m2·s)，處理F1最低，為8.01 μmol/(m2·s)，其日平均凈光合速率大小為F7>F8>F3>F5>F2>F4>F6>F1。

圖2 不同灌水處理對青貯玉米凈光合速率的影響Fig.2 Effects of different irrigation treatments on net photosynthetic rate of Silage Maize

由圖3不同灌水處理青貯玉米蒸騰速率的日變化趨勢圖，可以看出，Tr與Pn有相似的變化規(guī)律，各處理Tr與Pn的峰值同時出現(xiàn)；處理F8日平均蒸騰速率最高，為3.57 mmol/(m2·s),處理F1最小，為1.71 mmol/(m2·s),其日平均蒸騰速率大小為F8>F7>F3>F2>F5>F4>F6>F1。

圖3 不同灌水處理對青貯玉米蒸騰速率的影響Fig.3 Effects of different irrigation treatments on transpiration rate of Silage Maize

2.3 不同土壤水分下限對青貯玉米水分生產(chǎn)效率的影響

WUE=Y/ETc

(1)

式中：WUE為青貯玉米水分利用效率，kg/m3；Y為青貯玉米單位面積產(chǎn)量，kg/hm2；ETc為青貯玉米全生育期總耗水量，m3/hm2。

表3顯示，苗期土壤水分下限為50%θf、拔節(jié)期土壤水分下限相同條件下(處理F1與F2、F3與F4)，抽雄-灌漿期土壤水分下限越高，其水分生產(chǎn)效率越高；而當苗期土壤水分下限為55%θf，拔節(jié)期土壤水分下限相同條件下(處理F5與F6、F7與F8)，抽雄-灌漿期土壤水分下限越高，其水分生產(chǎn)效率越低；當苗期、抽雄-灌漿期土壤水分下限相同條件下，拔節(jié)期土壤水分下限與水分生產(chǎn)效率呈正比；苗期土壤水分下限為50%θf各處理的水分生產(chǎn)效率明顯小于55%θf；處理F7水分生產(chǎn)效率達到最大值，為20.67 kg/m3，較F1、F2、F3、F4、F5、F6、F8處理增加41.17%、28.88%、36.24%、29.51%、17.32%、23.61%、4.06%，說明在寧夏黃土高原區(qū)青貯玉米滴灌生產(chǎn)方式中采用處理F7控水方案，達到節(jié)水高產(chǎn)的目的。

表3 不同處理的水分生產(chǎn)效率和灌溉水利用效率Tab.3 Effects of different irrigation treatments on water use efficiency andirrigation water use efficiency of silage maize

2.4 不同土壤水分下限對青儲玉米產(chǎn)量的影響

由表4不同土壤水分下限條件下產(chǎn)量差異性分析，可以得出，處理F1與處理F3的產(chǎn)量差異不顯著，但與其他處理間的產(chǎn)量差異均達到了顯著或者極顯著水平；處理F2、F4、F6之間產(chǎn)量差異不顯著；處理F7與其他處理之間產(chǎn)量差異極顯著；不同土壤水分下限條件下，處理F7產(chǎn)量最高，為89 724 kg/hm2，處理F1最低，為57 136.5 kg/hm2，處理F1、F2、F3、F4、F5、F6、F8分別比處理F7低36.32%、28.72%、35.07%、29.53%、14.15%、22.89%、9.56%。

表4 不同土壤水分下限條件下產(chǎn)量差異性分析Tab.4 Yield variance analysis under different soil water contents

注：表中的值為均值，同一列中字母相同代表差異不顯著，小寫字母代表顯著性差異(p<0.05)，以大寫字母代表顯著性差異極顯著水平(p<0.01)。

3 結論與討論

3.1 討 論

作物通過光合作用合成碳水化合物，積累干物質(zhì)，積累量的大小直接反映在株高等形態(tài)指標上。本實驗研究表明，在青貯玉米抽雄-灌漿期前，株高生長速率呈現(xiàn)出先快后慢的趨勢，說明前期作物所吸收的水分和養(yǎng)分主要用于營養(yǎng)生長。前人對玉米研究時發(fā)現(xiàn)，適度干旱后復水營養(yǎng)器官首先等量補償生長，經(jīng)濟目標器官則表現(xiàn)為低補償生長[4]。在苗期時應進行蹲苗，若土壤水分過多地上部分幼苗生長迅速，而地下部的根系又多扎在淺層土壤內(nèi)，試驗區(qū)土質(zhì)為沙壤土不能有效的保持水分，致使在玉米需水關鍵期不能有效地吸收深層土壤水從而影響玉米植株的正常生長。大量研究表明，虧缺灌溉可以通過適度控制土壤水分下限給作物一個適中的干旱環(huán)境中提高作物的產(chǎn)量。

3.2 結 論

(1)6月20日-7月28日玉米的生長速率較快，7月28日以后其生長速率基本停止；處理F7的株高增加量最大，F(xiàn)8次之，F(xiàn)4最低。

(2)不同土壤水分下限處理上午的凈光合速率和蒸騰速率明顯大于下午，處理F7日平均凈光合速率最高，達20.08 μmol/(m2·s)，處理F1最低，為8.01 μmol/(m2·s)；處理F8日平均蒸騰速率最高，為3.57 mmol/(m2·s),處理F1最小，為1.71 mmol/(m2·s)。

(3)處理F7的產(chǎn)量、灌溉水利用效率、水分生產(chǎn)效率在各處理中均達到最大值，分別為89 724.00 kg/hm2、33.99、20.67 kg/m3。因此，對于實現(xiàn)節(jié)水高產(chǎn)目的來說，處理F7控水方案較為理想。

可見，滴灌青貯玉米土壤水分下限以處理F7(播種-出苗期65%θf、苗期55%θf、拔節(jié)期60%θf、抽雄-灌漿期60%θf、成熟期60%θf)生長指標最好，建議其為適宜土壤水分下限。

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