徐 劍，趙經(jīng)華，黃紅建，馬英杰，楊 磊

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利與土木工程學(xué)院，烏魯木齊 830052；2.阿勒泰地區(qū)水利管理處，新疆 阿勒泰 836500)

0 引 言

中國西北地區(qū)深居內(nèi)陸，距海遙遠，絕大部分地區(qū)屬于溫帶大陸性氣候。新疆地處西北地區(qū)的最西邊，降水量極少且年蒸發(fā)量極大。在這里一方面天然降水遠遠不能滿足農(nóng)業(yè)作物需水需求，另一方面地區(qū)內(nèi)水資源的分布不均等因素使得水資源開發(fā)利用的難度系數(shù)增大。針對新疆這種農(nóng)業(yè)用水量巨大且又干旱的區(qū)域，節(jié)水高效灌溉成了最好的選擇[1,2]。滴灌作為一種現(xiàn)代化、高效能灌溉技術(shù)具有節(jié)水、節(jié)肥、省工、對灌溉水控制程度高等優(yōu)點。地膜覆蓋技術(shù)利用其透光性好、氣密性強等特性在田間的作用表現(xiàn)為節(jié)水、保肥、控堿、滅草、治蟲，最大的優(yōu)點是提高土壤溫度。膜下滴灌技術(shù)是基于滴灌和地膜覆蓋技術(shù)發(fā)展起來的高效節(jié)水技術(shù)，具有二者的優(yōu)點[3]。膜下滴灌玉米已經(jīng)發(fā)展了很多年，呂東梅[4]認為膜下滴灌玉米在不同田間持水率下限的條件基礎(chǔ)上，高田間持水率下限獲得的玉米株高、葉面積、莖粗、產(chǎn)量均最大。郭維[5]認為膜下滴灌玉米土壤含水量總是高于常規(guī)灌溉，膜下滴灌玉米產(chǎn)量隨灌水量的增加而增加。侯吉鷹等[6]人在灌溉水量和促增產(chǎn)方面對膜下滴灌玉米進行了研究，他們認為對玉米用膜下滴灌的田間灌溉方式會使玉米增產(chǎn)12%以上，節(jié)水在40%左右。唐光木等[7]人在不同灌溉定額條件下對南疆膜下滴灌玉米進行了玉米生長狀況和產(chǎn)量的研究，他們認為以6 000 m3/hm2灌溉定額為上限，玉米的產(chǎn)量隨著水量的增加而逐漸增大，玉米生長狀況隨水量的增加而逐步接近水量允許的玉米最佳生長發(fā)育狀態(tài)。新疆膜下滴灌玉米主要運用在果蔬及棉花的種植方面[8-13]，而在北疆對膜下滴灌玉米的研究還不多，因此，研究北疆膜下滴灌玉米的科學(xué)灌溉制度，對北疆玉米節(jié)水及為該條件下進行的多種研究提供科學(xué)依據(jù)有著重要意義。本研究在北疆阿爾泰地區(qū)福海縣闊克阿尕什鄉(xiāng)渾沃爾海灌溉試驗站進行，用膜下滴灌耕作方式在不同灌水定額處理下對玉米的生長指標、產(chǎn)量進行了探究。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2015年4月19日在阿爾泰地區(qū)福?？h闊克阿尕什鄉(xiāng)渾沃爾海試驗站進行，北緯47°00′56″～ 47°01′56″，東經(jīng)87°35′56″～87°36′01″，海拔平均高度445 m，試驗站地勢平坦，坡度不大，周邊為戈壁荒灘，與縣城高度差約30～50 m。站區(qū)災(zāi)害性天氣為大風(fēng)、沙塵暴和冰雹，對早中期的農(nóng)作物破壞性較大。站區(qū)風(fēng)力級數(shù)一般要比縣城區(qū)高2級左右，氣溫與縣城相差在2 ℃以上。4-5月份幾乎每天有風(fēng)，進入6月份后由于周邊植被興起，起到一定的固沙作用，大風(fēng)及沙塵暴漸少。但8月份漸多，對后期高稈作物產(chǎn)生倒伏影響。該站區(qū)土壤質(zhì)地定為多礫石沙土，保水保肥性差。土壤剖面0～30 cm表土層較薄，土壤肥力貧瘠，30～60 cm混有較大顆粒的礫石土，透水性強，帶堿性，60 cm以下為濕潤的黃色粗粒砂子。土壤有機質(zhì)含量0.213%，全氮0.027%，速效氮19.5 ppm，速效磷9.0 ppm, 速效鉀92.4 ppm。土壤干密度1.56～1.70 g/cm3。田間持水率(體積比)12%～26%。

1.2 試驗材料

玉米品種選用新玉41號。滴灌帶為北屯雨潤節(jié)水設(shè)備公司出產(chǎn)的單翼迷宮式滴灌帶。地膜、尿素、聚磷酸銨、鉀均在當(dāng)?shù)刭徺I。

1.3 試驗方法

試驗田種植模式為一膜一管二行，寬窄行種植，寬窄行距為40+60 cm。試驗按灌水定額分為6個試驗處理，3個重復(fù)，每個處理及重復(fù)設(shè)為一個小區(qū)，即玉米試驗種植區(qū)共計18個小區(qū)，每個處理小區(qū)均有寬為1m隔離。灌水定額分6個水平，分別為225 m3/hm2(W1)、300 m3/hm2(W2)、375 m3/hm2(W3)、450 m3/hm2(W4)、525 m3/hm2(W5)、600 m3/hm2(W6)。玉米灌溉采用膜下滴灌方式進行，毛管間距1.0 m，滴頭間距0.3 m，壓力0.1 MPa，滴頭流量3.6 L/h。W1處理為5條滴灌帶，其他小區(qū)布設(shè)6條滴管帶。

小區(qū)排列采取隨機區(qū)組設(shè)計見圖1。W1試驗處理的小區(qū)寬度5 m，設(shè)有5根滴灌帶，面積210 m2；其余的區(qū)寬為6 m，設(shè)有6根滴灌帶，小區(qū)面積252 m2。

將玉米的全生育時段分為6個時期，分別為苗期、拔節(jié)期、喇叭口期、抽雄期、灌漿期、成熟期。在玉米整個生育期共施肥4次分別在：6月17日隨滴灌施加尿素，按300 kg/hm2計；6月27日隨滴灌施加尿素90 kg/hm2、聚磷酸銨20 kg/hm2、鉀15 kg/hm2；7月8日隨滴灌施加尿素150 kg/hm2；8月4日隨滴灌施加尿素90 kg/hm2。生育期及灌溉方案見表1、表2所示。

圖1 玉米試驗小區(qū)隨機區(qū)組排列形式(單位：m)

生長階段生育期營養(yǎng)生長階段苗期拔節(jié)期兩階段共存喇叭口期抽雄期生殖生長階段灌漿期成熟期日期0520061506300726080609251002

表2 玉米灌水方案設(shè)計

1.4 試驗內(nèi)容和方法

(1)植株生長指標：每小區(qū)固定選取5株有代表性的樣本，懸掛標記牌，自玉米出苗后每隔15 d測一次株高、莖圍。

(2)單株有效穗數(shù)：每個試驗處理小區(qū)取1 m2單位面積，由株、穗數(shù)可以計算出該小區(qū)的單株有效穗數(shù)，3個重復(fù)得平均值。

(3)空桿率:即單位面積內(nèi)的空桿數(shù)占總桿數(shù)的百分率。記錄空桿數(shù)與總桿數(shù)并得出空桿率，3個重復(fù)得平均值。

(4)穗長:每個試驗處理小區(qū)取5個樣本，分別量測穗長與禿尖長，得平均值，3個試驗重復(fù)平均。

(5)每穗粒數(shù)：每個試驗處理小區(qū)取3個樣本，分別脫粒、數(shù)粒，3個重復(fù)的平均值。

(6)百粒重：每個試驗處理小區(qū)將樣本區(qū)的所有玉米棒混合脫粒、烘干，隨機取100粒稱重，3個重復(fù)的平均值。

(7)籽粒產(chǎn)量：每個試驗處理小區(qū)的估產(chǎn)樣本區(qū)烘干籽?？傊卣鬯愕贸?，3個重復(fù)得平均值。

(8)灌溉水利用效率：灌溉水利用效率=籽粒產(chǎn)量/灌溉水量。

1.5 數(shù)據(jù)處理

用Excel 2010和SPSS22.0對數(shù)據(jù)處理。

2 實驗結(jié)果與分析

2.1 不同灌水定額對膜下滴灌玉米生長指標的影響

2.1.1 不同灌水定額對膜下滴灌玉米株高的影響

玉米株高的變化能反映玉米營養(yǎng)生長的優(yōu)良狀況，在玉米營養(yǎng)生長狀況評價指標中株高是不可或缺的元素[14]。預(yù)期得到不同灌水定額對玉米的營養(yǎng)生長和生殖生長兩階段的作用結(jié)果及株高的變化規(guī)律可以對玉米株高進行分析。

從膜下滴灌不同灌水量處理下玉米株高變化折線(圖2)可以看出，各處理玉米株高的變化都近乎是快速增長于營養(yǎng)生長期，當(dāng)進入生殖生長階段，株高生長速度較獨處于營養(yǎng)生長時期有所變緩，但仍處于增長階段。生殖生長隨著玉米出苗天數(shù)的增加而趨于穩(wěn)定，在80 d后株高的增長率極低，整體株高趨于穩(wěn)定。

圖2 不同灌水定額下玉米全生育期株高變化曲線

從圖2中可以看出，玉米株高和灌水定額存在密切關(guān)系。不同灌水定額下玉米株高所表現(xiàn)為W5>W4>W3>W6>W2>W1。在W5處理條件下，玉米平均株高值最大，其株高值達到275 cm。W4處理次之，平均株高值為267.4 cm。二者株高平均值相差7.6 cm，處理W5和W4之間差異不明顯。處理W1所得到的平均株高值最低達到193.1 cm，最高平均株高值與最低平均株高值的差為81.9 cm，W5處理比W1處理高42.4%，說明不同灌水定額處理對玉米株高有著較大影響。在6個處理中，處理W5獲得的最高株高值和處理W6的株高值差為30 cm，處理W5比處理W6高12.2%。綜合可以說明當(dāng)灌水定額小于W5這一階段灌水量是影響玉米株高的主要因素，玉米平均株高最大值隨著灌水定額的增加而呈上升趨勢，這與劉站東研究結(jié)果類似[15]。當(dāng)灌水定額大于W5，灌水量不再是影響玉米株高的先決因素，這一階段玉米株高最大值不會隨灌水定額的增加而增加，反而有降低趨勢。根據(jù)以上分析可以說明W5處理最適宜玉米株高增長。

2.1.2 不同灌水定額對膜下滴灌玉米莖圍的影響

玉米基部莖圍是玉米的根系在不同灌水定額作用下發(fā)育的好與壞和作物整體健壯發(fā)育生長程度的重要判別指標之一。

從膜下滴灌不同灌水定額處理下玉米的基部莖圍變化折線圖(圖3)能看出，不同灌水定額處理下玉米基部莖圍整體變化呈“單拱形”。從整體玉米發(fā)育生長狀況來看，玉米出苗后基部莖圍于17～33 d內(nèi)處在快速增長狀態(tài)，其增長率為155.3%。因為主要處于營養(yǎng)生長階段，玉米莖稈所含干物質(zhì)的比例逐漸升高，而玉米莖稈成為了光合作用產(chǎn)物較為重要的分配區(qū)[16]。莖圍于33～46 d增長速率有所下降，其增長率為49.3%，因為這階段中后期玉米處于由營養(yǎng)生長轉(zhuǎn)變?yōu)闋I養(yǎng)生長和生殖生長并存的階段。莖圍在出苗后17～33 d的增長速率是莖圍于33～46 d增長速率的3.15倍。于出苗后46～61 d玉米基部莖圍變化不大，處于穩(wěn)定狀態(tài)，各處理基部莖圍平均值從2.356 cm長粗到了2.448 cm，其增長率為9.2%。于出苗后61～76 d玉米基部莖圍平均值從2.448 cm縮短到了2.308 9 cm，其增長率為-5.7%，一方面是因為此階段玉米主要進行生殖生長，發(fā)生了干物質(zhì)的轉(zhuǎn)移，另一方面是由于作物縮水。說明玉米基部莖圍在不同灌水定額處理下隨著生育期的變化總體為變粗—穩(wěn)定—變細的態(tài)勢。從圖3中可以看出，不同灌水定額下玉米基部莖圍所表現(xiàn)為W5處理下玉米平均基部莖圍最大，處理W6次最大，W5與W6對莖圍的影響差異不大。處理W2所得玉米平均莖圍最小。說明W5處理下得到的玉米根系較其他處理下的玉米根系發(fā)育要好，玉米抗倒能力較其他灌水定額處理的玉米要強[17]。根據(jù)上述處理W5對玉米莖圍的增長效果較其他處理好。

圖3 不同灌水定額下玉米全生育期基部莖圍變化曲線

2.2 不同灌水定額處理對玉米產(chǎn)量構(gòu)成因素及產(chǎn)量的影響

2.2.1 不同灌水處理對春小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

表3是玉米穗長、每穗粒數(shù)、百粒重、單位面積籽重、產(chǎn)量、灌溉水利用系數(shù)的統(tǒng)計表。表4是不同灌水定額對玉米產(chǎn)量構(gòu)成因素及產(chǎn)量顯著分析。穗長、百粒重、每穗粒數(shù)隨灌水定額的增大而增大，W6的玉米穗長和百粒重最大，W1最小。W1、W2和W3處理的玉米每穗粒數(shù)無顯著差異。一方面W6處理的玉米每穗粒數(shù)最大，而另一方面W5、W6處理間玉米每穗粒數(shù)并無明顯差異。由此說明，當(dāng)灌水定額大于W5，對促進每穗粒數(shù)的增加無明顯作用。灌水定額W1所得單位面積籽重最小，W6最大。相鄰兩個處理之間玉米單位面積籽重?zé)o明顯差異，但整體呈上升趨勢。說明灌水定額的增加對單位面積籽重的增加有明顯的促進作用。W1和W2之間處理玉米空桿率無明顯差異，但較其他處理差異顯著。W3、W4、W5、W6處理間空桿率無明顯差異。產(chǎn)量隨著灌水定額的增加而增加，整體呈上升趨勢。相鄰兩處理間無明顯差異。W6處理的玉米產(chǎn)量最大，W5次之，然而W5與W6之間并無明顯差異。說明這時影響產(chǎn)量的因素不再是灌水定額的大小，因此單純提高灌水定額來增加玉米產(chǎn)量的做法是不科學(xué)的。灌溉水利用系數(shù)在總體上呈隨灌水定額的增大而增大的態(tài)勢，其中W5最高，W6次之，W1最小，當(dāng)灌水定額大于W5時，灌溉水利用系數(shù)隨灌水量的增加而降低。說明W5的灌溉水利用的效果最好，水量無效損耗相對最少。綜合以上所說情況，一方面處理W5能達到較好的用水、節(jié)水效果，另一方面W5對玉米產(chǎn)量的增加較其他處理最為有益，所以W5可以作為玉米農(nóng)田生產(chǎn)活動中的首選。

表3 不同灌水定額處理玉米產(chǎn)量構(gòu)成因素及灌溉水利用系數(shù)表

表4 不同灌水定額處理下膜下滴灌玉米產(chǎn)量構(gòu)成因素及產(chǎn)量方差分析

續(xù)表4 不同灌水定額處理下膜下滴灌玉米產(chǎn)量構(gòu)成因素及產(chǎn)量方差分析

注：*表示平均值差異在0.05層級顯著。

2.2.2 多因素對玉米產(chǎn)量的偏相關(guān)分析

表5是百粒重、禿尖長、穗長、單株有效數(shù)、每穗粒數(shù)、單位面積籽重、空桿率、灌溉水利用系數(shù)對產(chǎn)量的偏相關(guān)分析，分析圖表可知不管對哪一個因素進行單一控制空桿率始終對籽粒產(chǎn)量表現(xiàn)為無相關(guān)性。在部分控制因素中百粒重、禿尖長、每穗粒數(shù)對籽粒產(chǎn)量表現(xiàn)為相關(guān)在0.05層級顯著，即對產(chǎn)量有一定的相關(guān)性。單位面積籽重、穗長、單株有效穗數(shù)、灌溉水利用系數(shù)對產(chǎn)量相關(guān)顯著。其中單一控制空桿率時穗長、單株有效穗數(shù)、灌溉水利用系數(shù)對產(chǎn)量表現(xiàn)為極相關(guān)。綜上所述可以說明穗長、單株有效穗數(shù)、單位面積籽重對產(chǎn)量的影響最大，而單株有效穗數(shù)、穗長、單位面積籽重又都與灌水定額有著密切的關(guān)系，所以用適合的灌水量進行大田灌溉保證上述三者良好增長就會獲得較好的產(chǎn)量。

表5 多因素條件下控制單一因素對玉米籽粒產(chǎn)量偏相關(guān)分析

注：**表示相關(guān)在0.01層級顯著，*表示相關(guān)在0.05層級顯著。

3 結(jié) 語

(1)膜下滴灌玉米的株高、莖圍都隨著灌水量的增加而增加。處理W1、W2因為灌水量少，在很大程度上限制了玉米的生長發(fā)育，所以顯得玉米株高和莖圍都較小。處理W5、W6的玉米株高及莖圍都較大，經(jīng)過綜合分析后，在六個處理中W5最適合玉米發(fā)育生長。灌水定額在525 m3/hm2以上，不但消耗了更多的水，而且過多的灌水量不利于玉米發(fā)育生長。

(2)單株有效穗數(shù)、百粒重、每穗粒數(shù)、穗長、產(chǎn)量和灌水定額有著密切的關(guān)系，在灌水定額逐漸增加的情況下單株有效穗數(shù)、百粒重、每穗粒數(shù)、穗長、產(chǎn)量都呈上升趨勢。經(jīng)相關(guān)性分析得單位面積籽重、穗長、單株有效穗數(shù)、灌溉水利用系數(shù)對玉米產(chǎn)量呈顯著性相關(guān)，說明在一定程度上保證了單位面積籽重、穗長、單株有效穗數(shù)、灌溉水利用系數(shù)有個良好的態(tài)勢就能保證有好的收產(chǎn)，而處理W5就能使單位面積籽重、穗長、單株有效穗數(shù)、灌溉水利用系數(shù)處于良好的態(tài)勢。在各處理中W6的產(chǎn)量最大，W5和W6對玉米的產(chǎn)量無明顯差異，當(dāng)灌水量大于W5時，單純增加灌水量來提高玉米產(chǎn)量的做法意義不大。綜合分析后得出為達到在節(jié)制用水的基礎(chǔ)上保產(chǎn)并增產(chǎn)的目的，最有利于玉米生長發(fā)育和玉米增產(chǎn)的525 m3/hm2灌水定額是最好的選擇。

[1] 彭 婷. 水氮互作對滴灌春小麥群體質(zhì)量和產(chǎn)量形成的影響[D]. 新疆石河子：石河子大學(xué),2014.

[2] 張 偉,呂 新,李魯華,等. 新疆棉田膜下滴灌鹽分運移規(guī)律[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2008,(8):15-19.

[3] 謝夏玲. 膜下滴灌玉米的需水規(guī)律及其產(chǎn)量效應(yīng)研究[D]. 蘭州：甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué),2007.

[4] 呂東梅. 覆膜滴灌玉米生長指標、耗水量及產(chǎn)量的影響[J]. 節(jié)水灌溉,2015,(11):40-43.

[5] 郭 維. 黑龍江省西部玉米膜下滴灌試驗研究[D]. 哈爾濱：東北農(nóng)業(yè)大學(xué),2010.

[6] 侯吉鷹,陳萬春,李方紅. 節(jié)水增產(chǎn)效益顯著的玉米膜下滴灌技術(shù)[J]. 甘肅水利水電技術(shù),2007,(4):296-298.

[7] 唐光木,何 紅,楊金鈺,等. 灌溉定額對膜下滴灌玉米生理性狀及產(chǎn)量的影響[J]. 水土保持研究,2014,(3):293-297.

[8] 何海兵. 水分調(diào)控對膜下滴灌水稻生長發(fā)育及產(chǎn)量形成的影響[D]. 新疆石河子：石河子大學(xué),2014.

[9] 靳志鋒. 干旱區(qū)常年膜下滴灌棉田土壤水鹽運移及數(shù)值模擬研究[D]. 烏魯木齊：新疆農(nóng)業(yè)大學(xué),2013.

[10] 張 治,田富強,鐘瑞森,等. 新疆膜下滴灌棉田生育期地溫變化規(guī)律[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2011,(1):44-51.

[11] 孫烏日娜. 膜下滴灌甜菜水分利用效率的研究[D]. 呼和浩特：內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué),2013.

[12] 桑艷朋. 膜下滴灌條件下甜瓜田間需水規(guī)律的研究[D]. 新疆石河子：石河子大學(xué),2005.

[13] 王加蓬. 溫室膜下滴灌甜瓜需水量及灌溉制度的研究[D]. 陜西楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué),2009.

[14] 宋常吉. 北疆滴灌復(fù)播作物需水規(guī)律及灌溉制度研究[D]. 新疆石河子：石河子大學(xué),2013.

[15] 劉戰(zhàn)東,肖俊夫,劉祖貴,等. 膜下滴灌不同灌水處理對玉米形態(tài)、耗水量及產(chǎn)量的影響[J]. 灌溉排水學(xué)報,2011,(3):60-64.

[16] 鄭利均. 膜下滴灌玉米需水規(guī)律的研究[D]. 新疆石河子：石河子大學(xué),2014.

[17] 李 漫. 不同密度及灌溉方式對春玉米生長發(fā)育及產(chǎn)量的影響[D]. 烏魯木齊：新疆農(nóng)業(yè)大學(xué),2012.