魏子涵, 魏占民，李春強， 邊新洋， 李志紅

(1.京藍沐禾節(jié)水裝備有限公司, 內(nèi)蒙古 赤峰 024500; 2.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學 水利與土木建筑工程學院,呼和浩特 010018; 3.內(nèi)蒙古方圓建設工程有限公司, 內(nèi)蒙古 赤峰 024000)

不同灌溉方式對玉米植株生長參數(shù)及產(chǎn)量的影響

魏子涵1,2, 魏占民2，李春強3， 邊新洋1， 李志紅1

(1.京藍沐禾節(jié)水裝備有限公司, 內(nèi)蒙古 赤峰 024500; 2.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學 水利與土木建筑工程學院,呼和浩特 010018; 3.內(nèi)蒙古方圓建設工程有限公司, 內(nèi)蒙古 赤峰 024000)

為了探究不同的節(jié)水灌溉方式對玉米植株生長參數(shù)及產(chǎn)量的影響，選擇在內(nèi)蒙古通遼市設計低壓管灌、膜下滴灌和噴灌這3種節(jié)水灌溉方式的試驗，并在整個生長期內(nèi)毛灌溉定額相同的條件下，分別觀測在3種灌溉方式下玉米整個生長期內(nèi)的土壤水分變化及玉米的植株高度、莖粗、葉面積指數(shù)、葉綠素含量、生物量、株籽粒重等指標。結(jié)果表明：灌溉定額相同時，不同的灌水次數(shù)對土壤水分含量有較大影響，進而影響作物的生長發(fā)育。不同的節(jié)水灌溉方式對玉米植株生長、產(chǎn)量有顯著影響：在整個生長期內(nèi)，玉米生物量膜下滴灌高于噴灌，噴灌高于低壓管灌，膜下滴灌高于噴灌46.74%，高于低壓管灌98.81%，噴灌高于低壓管灌35.49%；膜下滴灌實際產(chǎn)量大于噴灌2.85%，大于低壓管灌7.83%，噴灌大于低壓管灌4.84%?？傮w來說，3種灌溉方式中，膜下滴灌最好，噴灌次之，低壓管灌最差。

灌溉方式; 玉米; 植株生長參數(shù); 產(chǎn)量

中國是農(nóng)業(yè)大國，在農(nóng)業(yè)增產(chǎn)的諸多影響因素中，農(nóng)業(yè)灌溉是最主要因素之一[1]，灌溉對于保障我國糧食安全具有重要的作用[2]。目前，國內(nèi)大力提倡低壓管灌、膜下滴灌和噴灌代替?zhèn)鹘y(tǒng)的漫灌[3-5]，但3種灌溉方式對作物植株生長參數(shù)及產(chǎn)量影響的研究并不多見。研究并討論低壓管灌、膜下滴灌、噴灌等節(jié)水灌溉方式，提高水分利用率，對保水保墑、增產(chǎn)增收顯得尤為重要[6]。在作物整個生長期內(nèi)毛灌溉定額相同的情況下，低壓管灌、膜下滴灌和噴灌等灌溉方式均可實現(xiàn)節(jié)水保墑[7-8]；提高作物在關(guān)鍵生長期的葉面積指數(shù)，促進光合作用，增加作物生物量；提高作物千粒重，可以實現(xiàn)作物增產(chǎn)[6,9]。為了應對水資源緊缺現(xiàn)狀及如何增加糧食產(chǎn)量，李英等[6]研究了滴灌、噴灌、漫灌等灌溉方式對玉米產(chǎn)量及構(gòu)成的影響，三種灌溉技術(shù)下滴灌效果最好，噴灌次之，漫灌最差。李鐵男等[10]研究了膜下滴灌、覆膜漫灌、噴灌及不覆膜不灌幾種灌溉方式對玉米生物學效應的影響，表明膜下滴灌能為玉米生長創(chuàng)造良好的環(huán)境，最終達到改善品質(zhì)的效果。但有關(guān)膜下滴灌、噴灌、低壓管灌3種節(jié)水灌溉方式下作物生長及穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的生理機制研究報道并不多見，尤其是對玉米的研究，而玉米是我國的重要糧食作物，玉米黃金帶就位于通遼市，因此以玉米為研究對象，在整個生長期內(nèi)毛灌溉定額相同條件下，用對比分析的方法研究低壓管灌、滴灌和噴灌節(jié)水灌溉條件下玉米生長特點和生長參數(shù)變化[11]，揭示不同灌溉方式下玉米生長過程的差異，并分析對產(chǎn)量的影響，為如何應用節(jié)水灌溉技術(shù)及提高玉米產(chǎn)量提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地點及材料

試驗于2014年在內(nèi)蒙古通遼市科爾沁左翼中旗進行，通遼市科爾沁左翼中旗位于通遼市東北部，地處東經(jīng)121°08′—123°32′，北緯43°33′—44°31′。西北、西、南、東南分別與扎魯特旗、開魯縣、科爾沁區(qū)、科左后旗接壤；東、北分別與吉林省四平、興安盟毗鄰。全旗東西長191 km，南北寬32～116 km，總面積1 472 km2。地勢總體是西北高、東南低，由西向東傾斜，以平原地貌為主，最顯著的特點是沙地分布廣泛。氣候?qū)儆诒睖貛Т箨懶约撅L氣候，年平均氣溫5.2～5.9℃，年降水量340～400 mm，年蒸發(fā)量1 800～2 000 mm，無霜期平均150 d左右。科左中旗春季短促，干旱多風；夏季炎熱，雨量集中；秋季短暫降溫快；冬季漫長寒冷。試驗地土壤物理性狀基本情況見表1。

表1 試驗地土壤物理性狀

1.2 試驗設計

試驗所種品種為當?shù)爻Ｓ糜衩灼贩N鄭丹958，試驗小區(qū)面積均為0.066 7 hm2，播種量30 kg/hm2，5月1日播種，10月1日收割。施肥量：播種時施玉米專用肥(N18%、P10%、K12%)225 kg/hm2，磷酸二銨(N18%、P46%)187.5 kg/hm2作底肥，拔節(jié)期前追施尿素(N46%)225 kg/hm2，抽雄期前追施尿素(N46%)150 kg/hm2，灌漿期前追施尿素(N46%)75 kg/hm2。玉米生長期內(nèi)共降雨47次，累積降雨378.24 mm，有效降雨量為248.05 mm。采用3種灌溉方式，分別是低壓管灌，膜下滴灌、噴灌，即3個處理；其中低壓管灌處理種植行距為60 cm，每行株距為30 cm；膜下滴灌滴頭間距是30 cm，滴頭流量1.5～3 L/h，大小壟行距分別為80，40 cm，滴灌帶間距120 cm，每行株距為30 cm；噴灌處理種植行距為60 cm，每行株距為30 cm，噴灌強度為15 mm/h。灌水時間根據(jù)土壤含水率和玉米的長勢確定，灌溉水量通過水表讀數(shù)得到。各灌溉技術(shù)的灌水時間和灌水量見表2。

1.3 測定項目與方法

試驗測定指標包括土壤含水率、作物高度、作物莖粗、葉面積指數(shù)(LAI)、葉綠素含量、產(chǎn)量(果穗長、果穗粗、果穗重、子粒重、百粒重)、生物量(葉片、葉鞘、莖、果實)，具體測量方法如下。

(1) 土壤含水率。在試驗地不同灌溉方式的測試田塊上、中、下游均勻選取6～9個采樣點，采樣工具為不銹鋼取土鉆，采用烘干法測定其土壤含水率。對每個采樣點按每層厚度20 cm采取土樣，共取5層，即100 cm。每次灌水前1 d和灌后1～2 d采集土樣測土壤含水率，遇降雨加測。

(2) 作物高度和莖粗。在三葉期、拔節(jié)期、抽雄期、灌漿期、成熟期測量玉米株高和莖粗，株高采用卷尺測量，莖粗采用游標卡尺測量，每個處理重復取3株，取均值。

表2 試驗處理情況

(3) LAI和葉綠素含量。在拔節(jié)期、抽雄期、灌漿期、成熟期，在考察不同生長期生物產(chǎn)量的同時考察玉米的葉面積指數(shù)和葉綠素含量，每次采集植株樣品3株，葉面積指數(shù)通過對葉片長和最大葉片寬的測量計算得來的，計算公式如下。葉綠素含量采用CCM-200葉綠素儀測定，可以比較精確地測定作物的葉綠素含量，同時不破壞植物，且操作簡便。

(1)

式中：n為第j株玉米的總?cè)~片數(shù)；m為測定株數(shù)；ρ種為玉米種植密度；Lij為葉片長度；Bij為葉片寬度 。

(4) 生物量。分別在拔節(jié)期、抽雄期、灌漿期和成熟期進行取樣，測量不同生長期生物產(chǎn)量，每個處理每次采集3株植株樣品，取地上部分，置于電熱恒溫鼓風干燥箱中，在105℃下殺青30 min，繼而維持在85℃恒溫下烘干，之后用電子天平分別稱其葉片、葉鞘、莖(枝)、果實重量總和。

(5) 產(chǎn)量。理論產(chǎn)量在玉米成熟期測定，每個處理取15株在室內(nèi)進行考種測量，考察產(chǎn)量構(gòu)成因素。理論產(chǎn)量由株籽粒重、有效株數(shù)得到，考種方法同常規(guī)。實際產(chǎn)量在收獲后由實際的籽粒產(chǎn)量得出。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤水分變化動態(tài)

從圖1中可以看到，3種處理的灌溉定額相同時，灌水次數(shù)的變化對土壤含水率有較大影響，進而影響作物的生長發(fā)育。灌水次數(shù)較多的處理即膜下滴灌方式下，1 m土層的平均含水率波動幅度較小，尤其在拔節(jié)—抽穗期土壤水分能保持在一個比較穩(wěn)定的范圍。玉米在整個生長期內(nèi)需要經(jīng)歷兩次土壤水分消耗較大的時期：拔節(jié)—大喇叭口、抽穗—乳熟期，在這兩個階段里，土壤含水率分布呈V字型；在6月17日(拔節(jié)期)和8月17日(灌漿期)土壤含水率分別降至(12.83%～14.30%和14.05%～15.75%)。7月17日的土壤含水率出現(xiàn)最高峰，是因為7月16日通遼市科爾沁左翼中旗有89 mm的降雨。

圖1 不同灌溉處理下的土壤含水率

2.2 不同灌溉方式對玉米株高的影響

從圖2可以看出，在玉米的整個生育階段中，3種灌溉方式處理下株高的變化趨勢基本一致，均出現(xiàn)前期和中期植株生長旺盛、增長較快的趨勢，到后期增長變化速率較小，其中玉米拔節(jié)期—抽雄期的增長變化率最大，此時作物對水分的消耗較大。而到灌漿期—成熟期，在此時由于玉米大量積聚營養(yǎng)物質(zhì)，株高生長速率減緩。受不同灌溉方式的影響，在整個生長期內(nèi)，膜下滴灌條件下玉米株高高于噴灌、低壓管灌，噴灌下玉米株高高于低壓管灌。

圖2 生長期內(nèi)不同灌溉方式下玉米株高

2.3 不同灌溉方式對玉米莖粗的影響

3種灌溉方式處理下玉米莖粗均在灌漿期達到峰值，之后卻呈降低的趨勢，這是由于玉米植株在灌漿開始時，果實的生長會需要很大部分營養(yǎng)物質(zhì)，而用于植株生長的營養(yǎng)物質(zhì)就會降低。由圖3可知，在整個生長期內(nèi)，膜下滴灌條件下玉米莖粗最大、噴灌次之、低壓管灌最小，不同灌溉方式對玉米莖粗有一定影響。

2.4 不同灌溉方式對玉米葉面積指數(shù)和葉綠素含量的影響

葉面積指數(shù)是一個相對復雜的指標，在某種程度上可以表征作物的生理活動狀況[12]，從圖4—5可以看出，玉米葉面積指數(shù)和葉綠素含量均在灌漿期達到極值，此時葉片發(fā)育較完全，而在成熟期時，營養(yǎng)物質(zhì)用于果實生長，所以葉片會相應萎縮，導致葉面積指數(shù)和葉綠素含量會相應減小。

圖3 生長期內(nèi)不同灌溉方式下玉米莖粗

圖4 生長期內(nèi)不同灌溉方式下玉米葉面積指數(shù)

圖5 生長期內(nèi)不同灌溉方式下玉米葉綠素含量

玉米植株在前期和中期生長較旺盛，株高和徑粗在拔節(jié)期—抽雄期的生長速率較大；而葉面積指數(shù)最大值同樣出現(xiàn)在灌漿期，在拔節(jié)期—抽雄期的變化速率最大，從植株的生理變化中可以看出，在進行灌水處理時首先應對植株變化速率較大的階段進行灌水，以滿足植株的生理需求，保證作物的產(chǎn)量。

2.5 不同灌溉方式對玉米生物量的影響

生物量可以較好地反映作物生長期內(nèi)的植株生長狀況[13-14]。從圖6可以看出，在整個生長期內(nèi)，玉米植株在抽雄期—灌漿期生長速度最快，滴灌條件下高于噴灌和漫灌，各生長期的差異都較為明顯。這說明不同灌溉方式對玉米生物量影響較大。

圖6 生長期內(nèi)不同灌溉方式下玉米生物量

2.6 不同灌溉方式對玉米產(chǎn)量的影響

表3表明，膜下滴灌和噴灌的百粒重分別重于低壓管灌8.64%，6.68%；膜下滴灌和噴灌的百粒重分別重于低壓管灌6.08%，4.45%；理論產(chǎn)量膜下滴灌大于噴灌3.07%，大于低壓管灌7.66%，噴灌大于低壓管灌4.84%；實際產(chǎn)量膜下滴灌大于噴灌2.85%，大于低壓管灌7.83%，噴灌大于低壓管灌4.84%。這表明，3種灌溉方式下，膜下滴灌效果最好，噴灌次之。

表3 不同灌溉方式對玉米產(chǎn)量的影響

3 討論與結(jié)論

玉米在生長發(fā)育過程中，會受到很多因素的影響，任何一個影響因素都有可能對植株生長發(fā)育和產(chǎn)量構(gòu)成等產(chǎn)生影響，其中灌水量是一個很重要的因素，本文研究設置3種處理，即低壓管灌、膜下滴灌、噴灌。三種處理的灌溉定額相同，但是灌水次數(shù)卻有不同，每次的灌水量也不同，結(jié)果可知3種處理對土壤水分含量變化有較大影響，灌水次數(shù)較多的處理即膜下滴灌方式下，土壤平均含水率波動幅度較小，土壤水分能保持在一個相對穩(wěn)定的范圍。

不同的灌溉方式對玉米生物量、產(chǎn)量也有明顯影響。玉米植株的生長高度、莖粗、LAI和葉綠素含量可以反映其產(chǎn)量，因此對玉米株高、莖粗、LAI及葉綠素含量的考察是非常有必要的。本文研究中：(1) 株高。在三葉期時，膜下滴灌和噴灌、低壓管灌差異非常??；而之后的生長期內(nèi)膜下滴灌和噴灌差異呈平穩(wěn)趨勢，為2.98%～4.71%；在拔節(jié)期到抽雄期，膜下滴灌和低壓管灌差異較大，為10.29%～11.17%；在抽雄期，噴灌和低壓管灌差異較大，為7.46%。(2) 莖粗。在整個生長期內(nèi)，膜下滴灌和噴灌的差異趨于平穩(wěn)，為1.55%～4.43%；在抽雄期及成熟期，膜下滴灌和低壓管灌的差異較大，為8.98%及7.49%；噴灌和低壓管灌在灌漿期差異非常小，在其他生長期差異為2.11%～4.69%。(3) LAI。在拔節(jié)期，膜下滴灌和噴灌差異較大，為6.05%，其他時期相對較??；除灌漿期外，膜下滴灌和低壓管灌差異較大，為6.17%～8.76%；在整個生長期內(nèi)，噴灌和低壓管灌差異較小，為2.16%～4.04%。(4) 葉綠素含量。在成熟期，膜下滴灌和噴灌差異較大，為13.3%；在抽雄期和成熟期，膜下滴灌和低壓管灌差異較大，為18.66%和22.25%；在抽雄期和成熟期，膜下滴灌和低壓管灌差異較大，為11.65%和7.9%。(5) 生物量。在整個生長期內(nèi)，膜下滴灌高于噴灌，噴灌高于低壓管灌，特別是拔節(jié)期差異最大，膜下滴灌高于噴灌46.74%，高于低壓管灌98.81%，噴灌高于低壓管灌35.49%。(6) 產(chǎn)量。膜下滴灌實際產(chǎn)量大于噴灌2.85%，大于低壓管灌7.83%，噴灌大于低壓管灌4.84%。(7) 百粒重、株籽粒重。膜下滴灌、噴灌明顯重于低壓管灌。由以上結(jié)論可知，3種灌溉方式中，膜下滴灌優(yōu)于噴灌，噴灌優(yōu)于低壓管灌。

本文結(jié)論與李英[6]及李鐵男[10]等研究的不同灌溉方式對玉米生物量影響的結(jié)論大體相符，膜下滴灌效果最好、噴灌次之、漫灌最差。但是兩文中試驗設置的灌溉方式下的灌溉定額相差很大，理論上來說充足的水分是保證玉米生長的最主要因素，而不同灌溉方式只是會影響玉米對灌溉水分的吸收，這會對玉米的生長造成差異。因此試驗應該設定不同灌溉方式下的灌水定額相同，否則無法說明是灌水量對玉米生長的影響還是不同灌溉方式對玉米生長的影響。本文是基于不同灌溉方式對玉米植株生長參數(shù)的研究，雖然3個處理的灌溉定額是相同的，但是灌水次數(shù)卻不相同，所選的試驗地點的土壤也不能完全相同，各土層的土質(zhì)會有些差異，這些都可能會給試驗結(jié)果造成影響。

[1] 黃季焜,斯·羅澤爾.邁向21世紀的中國糧食經(jīng)濟[M].北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,1998:5-13.

[2] 裴源生,于福亮,羅琳.21世紀初期中國灌溉發(fā)展戰(zhàn)略[J].水利水電科技進展,2003,23(3):1-5.

[3] 何玲.低壓管灌在水田灌溉中應用研究[J].農(nóng)業(yè)工程,2012,2(10):36-37.

[4] 張航,李久生.華北平原春玉米生長和產(chǎn)量對滴灌均勻系數(shù)及灌水量的響應[J].農(nóng)業(yè)工程學報,2011,27(11):176-182.

[5] 王迪,李久生,饒敏杰.噴灌田間小氣候?qū)ψ魑镎趄v影響的田間試驗研究[J].水利學報,2007,38(4):427-432.

[6] 李英,馬興祥,王鶴齡,等.不同灌溉方式對玉米生物量的影響[J].安徽農(nóng)業(yè)科學,2014,42(1):64-66.

[7] 王延宇,王鑫,趙淑梅,等.玉米各生長期土壤水分與產(chǎn)量關(guān)系的研究[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,1998,16(1):100-105.

[8] 張歲岐,周小平,慕自新,等.不同灌溉制度對玉米根系生長及水分利用效率的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學報,2009,25(10):1-6.

[9] 蔡紅光,袁靜超,閆孝貢,等.不同灌溉方式對春玉米根系分布、養(yǎng)分累積及產(chǎn)量的影響[J].玉米科學,2014,22(4):109-113.

[10] 李鐵男,李美娟,王大偉.不同灌溉方式對玉米生物學效應影響研究[J].節(jié)水灌溉,2011(10):24-25,28.

[11] 朱林,許興.植物水分利用效率的影響因子研究綜述[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2005,23(6):204-209.

[12] 王希群,馬履一,賈忠奎,等.葉面積指數(shù)的研究和應用進展[J].生態(tài)學雜志,2005,24(5):537-541.

[13] Delecolle R, Maas S J, Guerif M, et al. Remote sensing and crop production models: present trends [J]. ISPRS J. Photogramm&Rem. Sens.1992,47(2/3):145-161.

[14] Wright D L, Rasmussen V P, Ramsey R D， et al. Canopy reflectance estimation of wheat nitrogen content for grain protein management[J]. GISci.&Rem. Sens.,2004,41(4):287-300.

EffectsofDifferentIrrigationMethodsonMaizePlantGrowthParametersandYield

WEI Zihan1,2, WEI Zhanmin2, LI Chunqiang3， BIAN Xinyang1, LI Zhihong1

(1.KinglandMuHeWater-SavingEquipmentLimitedCompany，Chifeng,InnerMongolia024500,China;2.CollegeofWaterConservancyandCivilEngineering,InnerMongoliaAgriculturalUniversity,Hohhot010018,China; 3.InnerMongoliaFangyuanConstructionEngineeringLimitedCompany,Chifeng,InnerMongolia024000,China)

In order to explore the effects of different water saving irrigation methods on maize plant growth parameters and yield, three water-saving irrigation methods of low pressure pipe irrigation, drip irrigation under film and sprinkler irrigation were chosen in Tongliao City of Inner Mongolia. And under the same irrigation quota in the whole growth period, we observed soil moisture change, plant height, stem diameter, leaf area index, chlorophyll content, biomass, plant grain weight of maize and so on in the whole growth period. The results showed as the following. Different irrigation times had great effect on soil moisture content under the same irrigation quota, which affected crop growth. Effects of different water-saving irrigation methods on maize plant growth and yield were also significant. In the whole growth period, maize biomass of drip irrigation under film mulch was higher than that of sprinkler irrigation, that of sprinkler irrigation was higher than that of low pressure pipe irrigation, that of drip irrigation under film mulch was 46.74% higher than that of sprinkler irrigation and 98.81% higher than that of low pressure pipe irrigation, that of sprinkler irrigation was 35.49% higher by than that of low pressure pipe irrigation. The actual production of drip irrigation under film mulch was 2.85% greater than that of sprinkler irrigation, and 7.83% greater than that of low pressure pipe irrigation, that of sprinkler irrigation is 4.84% greater than that of low pressure pipe irrigation. In general, the three irrigation methods, drip irrigation under film was the best, followed by sprinkler irrigation, and the low pressure pipe irrigation came next.

irrigation methods; maize; plant growth parameters; yield

2016-05-20

：2016-06-13

內(nèi)蒙古自治區(qū)水利廳專項“內(nèi)蒙古大型灌區(qū)灌溉水利用效率測試與分析”

魏子涵(1989—),女,內(nèi)蒙古赤峰人,碩士研究生,研究方向為節(jié)水灌溉理論與管理決策。E-mail:weizihan2008@126.com

魏占民(1960—),男,內(nèi)蒙古呼和浩特人,教授,博士生導師,主要從事節(jié)水灌溉理論與新技術(shù)研究。E-mail:wei_zhanmin@aliyun.com

S275

：A

：1005-3409(2017)03-0183-05