張 雷，黃 英，王樹鵬，王 杰，曹 言

（云南省水利水電科學(xué)研究院，昆明 650228）

0 引言

玉米是國(guó)內(nèi)主要農(nóng)作物[1]。鮮食甜玉米作為一種玉米新品種，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高，口感甘甜鮮嫩，是最受大眾青睞的蔬菜品種之一[2-3]。中國(guó)是世界上第二大甜玉米生產(chǎn)消費(fèi)國(guó)[4]，市場(chǎng)和消費(fèi)趨勢(shì)發(fā)展使甜玉米具有巨大發(fā)展?jié)摿5]。云南產(chǎn)出的鮮食甜玉米因栽培氣候條件獨(dú)特，口味極佳[6]，特別是錯(cuò)峰上市的小春甜玉米，經(jīng)濟(jì)價(jià)值高，是高原特色農(nóng)業(yè)重要的支撐產(chǎn)業(yè)之一。對(duì)甜玉米蒸發(fā)蒸騰量相關(guān)研究是指導(dǎo)區(qū)域水利規(guī)劃設(shè)計(jì)及農(nóng)民科學(xué)合理灌溉的重要依據(jù)。針對(duì)鮮食甜玉米蒸發(fā)蒸騰量的試驗(yàn)研究還鮮有報(bào)道，國(guó)內(nèi)關(guān)于玉米蒸發(fā)蒸騰的試驗(yàn)研究中，多是針對(duì)普通玉米開展，技術(shù)人員從試驗(yàn)觀測(cè)[7]、模型模擬[8]、理論計(jì)算[9]等角度對(duì)玉米蒸發(fā)蒸騰量開展了深入細(xì)致的研究，對(duì)玉米灌溉用水管理起到了重要的促進(jìn)作用，保障了國(guó)家糧食安全。國(guó)外Wendt等曾于20世紀(jì)70年代在美國(guó)得克薩斯州開展過(guò)不同灌水方式下鮮食甜玉米需水量試驗(yàn)[10]，由于品種地域差異，其成果在國(guó)內(nèi)的適用性不大。與普通玉米相比，甜玉米胚乳基因產(chǎn)生過(guò)突變[11]，具有生長(zhǎng)速度快、分蘗能力強(qiáng)[12]等特點(diǎn)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中常按蔬菜栽培模式進(jìn)行管理。因此，普通玉米灌溉試驗(yàn)成果很難完全適用于甜玉米生產(chǎn)實(shí)際。隨著甜玉米種植規(guī)模的不斷擴(kuò)大，亟需開展鮮食甜玉米蒸發(fā)蒸騰量相關(guān)試驗(yàn)研究。在諸多作物蒸發(fā)蒸騰量研究方法中，烘干法與蒸滲儀測(cè)定法被認(rèn)為是2種精度較高的方法[13]。烘干法需要不斷取土樣烘干獲取土壤含水率數(shù)據(jù)，一方面會(huì)破壞土壤結(jié)構(gòu)，也很難做到長(zhǎng)期連續(xù)的原位監(jiān)測(cè)；另一方面取樣點(diǎn)代表性也難以保證。蒸滲儀測(cè)定法需要在試驗(yàn)場(chǎng)地安裝大型稱重式蒸滲儀，價(jià)格昂貴，國(guó)內(nèi)僅有幾個(gè)大型灌溉試驗(yàn)中心站具備相應(yīng)條件。Insentek土壤水分監(jiān)測(cè)儀（智墑）是一種新型土壤水分監(jiān)測(cè)設(shè)備，設(shè)備簡(jiǎn)單鉆孔安裝后便可持續(xù)、穩(wěn)定、精確的測(cè)量土壤含水率[14]。與烘干法和蒸滲儀法相比，智墑獲取數(shù)據(jù)更便捷、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到植物根系層土壤水分的動(dòng)態(tài)變化。鑒于此，筆者在云南省元謀縣（云南省重要冬早蔬菜種植縣）以當(dāng)?shù)厝罕姼弋a(chǎn)種植經(jīng)驗(yàn)為試驗(yàn)處理，選擇智墑作為土壤含水率測(cè)定方法，開展膜下滴灌條件下鮮食甜玉米蒸發(fā)蒸騰量試驗(yàn)研究，旨在摸清鮮食甜玉米蒸發(fā)蒸騰規(guī)律及其影響因素，為指導(dǎo)甜玉米種植過(guò)程中科學(xué)合理灌溉、促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)高質(zhì)量發(fā)展提供試驗(yàn)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)在云南省農(nóng)科院熱區(qū)所科研試驗(yàn)基地進(jìn)行，甜玉米于2016年1月5日播種，4月30日收獲。試驗(yàn)區(qū)屬南亞熱帶干熱季風(fēng)氣候，多年平均年降水量611.3 mm，多年平均參考作物蒸發(fā)蒸騰量1446.4 mm，多年平均氣溫21.9℃，年日照時(shí)數(shù)2670 h，無(wú)霜期近365天，土壤類型為壤土，田間持水率（體積）35%，容重為1.42 g/cm3[15]。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置3個(gè)重復(fù)試驗(yàn)小區(qū)，小區(qū)面積60 m2(12 m×5 m)。供試甜玉米品種均為‘正甜68’（穴播，每穴播種2株玉米），采用溝壟(40 cm×70 cm)種植，每壟種植玉米2行，株距30 cm、行距40 cm，種植密度約為56700株/hm2。灌溉方式為膜下滴灌，每壟鋪設(shè)2根滴灌帶，滴灌帶為單翼迷宮式滴灌帶，孔距30 cm，單孔出流量為1.6 L/h。試驗(yàn)以當(dāng)?shù)厝罕姼弋a(chǎn)種植灌溉經(jīng)驗(yàn)為試驗(yàn)處理，管理人員視墑情和天氣情況灌水，一般間隔5天灌水1次，甜玉米生長(zhǎng)前期每次灌水0.5 h，隨著作物生長(zhǎng)，逐漸增加灌水時(shí)間，甜玉米生長(zhǎng)后期每次灌水2 h，保障甜玉米生育期充足的水、肥供給，并且無(wú)病蟲害影響。

1.3 觀測(cè)要素與方法

1.3.1 土壤及氣象要素 在每個(gè)小區(qū)安裝智墑（ET60，智墑埋深60 cm）1套，智墑是一種基于FD原理（頻域法）的管式土壤水分監(jiān)測(cè)儀器。該儀器能對(duì)不同土壤類型和不同氣候條件下的墑情進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)[14]。甜玉米種植前，將智墑固定安裝于2株甜玉米中間，埋深60 cm，垂直于地面方向每隔10 cm設(shè)一個(gè)監(jiān)測(cè)探頭，每個(gè)探頭可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)半徑15 cm、高10 cm圓柱土體區(qū)域內(nèi)的平均體積含水率。儀器管壁距離玉米主干約15 cm，距滴頭5 cm。種植前在試驗(yàn)小區(qū)內(nèi)取各層土壤進(jìn)行烘干試驗(yàn)，與智墑監(jiān)測(cè)值進(jìn)行對(duì)比，2組數(shù)據(jù)誤差在±3%以內(nèi)[16]。相比取土樣烘干法，土壤水分監(jiān)測(cè)儀不但能更真實(shí)地反映甜玉米根系層土壤水分狀況，而且不會(huì)擾動(dòng)和破壞玉米根系生長(zhǎng)環(huán)境。試驗(yàn)點(diǎn)同步配套安裝氣象觀測(cè)站1套，主要觀測(cè)項(xiàng)目為氣溫、相對(duì)濕度、降水量、氣壓、太陽(yáng)輻射（可換算為日照時(shí)數(shù)）、風(fēng)速、風(fēng)向等要素，氣象站與智墑均為整點(diǎn)同步發(fā)送監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

1.3.2 有效降雨量

式(1)中，Pi為第i天有效降雨量，mm；H為不同生育期根系吸水深度，mm；θ1和θ2為降雨前和降雨后根系層土壤體積含水率，%；ETd為時(shí)段內(nèi)日平均蒸發(fā)蒸騰量，mm/d；Kd為日平均地下水補(bǔ)給量，mm/d；t為前后2次測(cè)定土壤含水率的時(shí)間間隔。本試驗(yàn)中由于元謀當(dāng)?shù)卣岛导荆涤晟偾視r(shí)長(zhǎng)短，所以ETd值取0；由于當(dāng)?shù)氐叵滤裆畲笥?.5 m，所以Kd值也取0。

1.3.3 凈灌溉用水量

式(2)中，Mi為第i天某次灌溉的凈灌溉用水量；θv1為第i天灌溉前甜玉米計(jì)劃濕潤(rùn)層內(nèi)土壤體積含水率，%；θv2為第i天灌溉后甜玉米計(jì)劃濕潤(rùn)層內(nèi)土壤體積含水率，一般取灌溉后2～4 h的土壤含水率值，%。

1.3.4 作物蒸發(fā)蒸騰量 采用水量平衡法計(jì)算實(shí)際作物蒸發(fā)蒸騰量，如式(3)。

式(3)中，ETci為第i天作物蒸發(fā)蒸騰量，mm；△Wi為第i天作物計(jì)劃濕潤(rùn)層內(nèi)土壤儲(chǔ)水量的變化值，通過(guò)體積含水率變化和計(jì)劃濕潤(rùn)層深度的乘積求得，mm；Pi為第i天作物計(jì)劃濕潤(rùn)內(nèi)儲(chǔ)存的有效降水總量，為降雨前和降雨后土壤計(jì)劃濕潤(rùn)層內(nèi)儲(chǔ)存的可用于蒸發(fā)蒸騰的降雨量，mm，計(jì)算見(jiàn)式(1)；Mi為第i天凈灌溉水量，是灌溉前和灌溉后土壤計(jì)劃濕潤(rùn)層內(nèi)儲(chǔ)水量增加值，已扣除深層滲漏水量，計(jì)算見(jiàn)式(2)；Ki為第i天地下水補(bǔ)給量，在有底測(cè)坑或地下水埋深大于2.5 m（砂土、沙壤土）、3.5 m（壤土、粘壤土、粘土）條件下，Ki取0；試驗(yàn)點(diǎn)為壤土，地下水埋深大于3.5 m，故取Ki=0。

2 結(jié)果與分析

2.1 甜玉米生育期土壤水分動(dòng)態(tài)變化

2.1.1 甜玉米生育期概況 如表1所示，甜玉米全生育期持續(xù)117天，各生育期中，苗期持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)近50天，比其他地區(qū)甜玉米苗期多生長(zhǎng)25～30天[17]。甜玉米生育期內(nèi)幾乎沒(méi)有降雨，甜玉米水分需求主要靠灌溉補(bǔ)充，全生育期共灌水19次，凈灌溉用水量為158.7 mm。苗期灌水次數(shù)多，但灌水定額小，拔節(jié)期以后灌水次數(shù)少，但灌水定額大。

2.1.2 甜玉米生育期土壤水分動(dòng)態(tài)變化 智墑對(duì)0～60 cm土壤層的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)充分反映了甜玉米生育期土壤水分的動(dòng)態(tài)變化和空間立體分布（圖1）。甜玉米生育期內(nèi)，不同深度土層內(nèi)的水分隨著作物生長(zhǎng)不斷消耗，消耗的土壤水分又通過(guò)灌溉得到補(bǔ)充，總體上看，甜玉米苗期水分消耗少，土壤水分波動(dòng)不大，土壤含水率保持在田間持水率的90%左右；拔節(jié)期以后，土壤水分消耗加劇，0～10 cm土壤水分變化最劇烈，劇烈程度從表層向深層遞減，拔節(jié)期以后土壤含水率保持在田間持水率的60%～90%。通過(guò)土壤含水率的變化結(jié)合物候記錄資料還可以間接判斷甜玉米不同生育期根系吸水深度。苗期蒸發(fā)蒸騰主要發(fā)生在0～20 cm深度土層，根系吸水深度為20 cm；拔節(jié)期以后甜玉米快速生長(zhǎng)，根系吸水深度達(dá)到40 cm；抽雄吐絲期達(dá)到50 cm；灌漿乳熟期達(dá)到60 cm。

2.2 甜玉米生育期蒸發(fā)蒸騰量及其影響因素

2.2.1 甜玉米生育期蒸發(fā)蒸騰量 根據(jù)式(2)計(jì)算甜玉米生育期蒸發(fā)蒸騰量，結(jié)果見(jiàn)表2。2016年甜玉米全生育期蒸發(fā)蒸騰量為184.2 mm，平均蒸發(fā)蒸騰強(qiáng)度分別為1.6 mm/d。從不同生育階段看，由于苗期正值冬季，氣溫較低，植株矮小，加上有地膜覆蓋，棵間蒸發(fā)和作物蒸騰量很小，所以相比其他生育階段，苗期蒸發(fā)蒸騰量、強(qiáng)度和模系數(shù)都較小，苗期蒸發(fā)蒸騰量占總蒸發(fā)蒸騰量的13%左右，強(qiáng)度僅為0.5 mm/d；拔節(jié)期甜玉米營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)不斷加快，這個(gè)時(shí)期的蒸發(fā)蒸騰總量是各生育階段中最大的，蒸發(fā)蒸騰總量為63.0 mm，占總蒸發(fā)蒸騰量的34.18%；抽雄吐絲期是甜玉米營(yíng)養(yǎng)和生殖生長(zhǎng)的關(guān)鍵期，此階段田間覆蓋度基本達(dá)到頂峰，平均蒸發(fā)蒸騰強(qiáng)度達(dá)到各生育階段中最大值為3.1 mm/d；灌漿乳熟期甜玉米以生殖生長(zhǎng)為主，此階段干物質(zhì)快速形成并向穗部轉(zhuǎn)移，是產(chǎn)量最終形成的關(guān)鍵階段，這一階段蒸發(fā)蒸騰總量也較大，約占總蒸發(fā)蒸騰量的30%左右，蒸發(fā)蒸騰強(qiáng)度僅次于抽雄吐絲期。總體來(lái)看甜玉米生育期蒸發(fā)蒸騰強(qiáng)度變化呈抽雄吐絲期最大、灌漿乳熟期和拔節(jié)期次之、苗期最小的規(guī)律，表現(xiàn)為中間高兩頭低的特性（圖2）。

表1 甜玉米生育期概況

圖1 甜玉米生育期土壤水分動(dòng)態(tài)變化過(guò)程

2.2.2 蒸發(fā)蒸騰量與影響因素的相關(guān)分析 由圖2可知，甜玉米生育期內(nèi)蒸發(fā)蒸騰過(guò)程表現(xiàn)為一條不斷波動(dòng)變化的鋸齒狀曲線。甜玉米蒸發(fā)蒸騰量的不斷波動(dòng)變化除與自身生長(zhǎng)發(fā)育有關(guān)外，還與氣象要素的變化密切相關(guān)[18]。為此，采用SPSS 19.0數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)對(duì)甜玉米全生育期逐日蒸發(fā)蒸騰量與相應(yīng)影響因素進(jìn)行相關(guān)分析（表3）。分析結(jié)果表明，雖然不同因素與甜玉米蒸發(fā)蒸騰量的相關(guān)系數(shù)存在差異，但蒸發(fā)蒸騰量與各影響因素（除有效降雨量之外）之間的相關(guān)性均通過(guò)了α=0.01或α=0.05（雙側(cè)）的顯著性檢驗(yàn)。甜玉米日蒸發(fā)蒸騰量與日照時(shí)數(shù)、日最高氣溫、日最低氣溫、日平均氣溫呈顯著正相關(guān)；與日平均風(fēng)速、日凈灌水量呈低度正相關(guān)；與日均相對(duì)濕度呈顯著負(fù)相關(guān)；與日有效降雨量呈負(fù)相關(guān)，但沒(méi)有通過(guò)顯著性檢驗(yàn)。氣溫、日照和相對(duì)濕度是甜玉米蒸發(fā)蒸騰量的主要影響因素，其中平均氣溫對(duì)甜玉米蒸發(fā)蒸騰量的影響最大。

表2 甜玉米各生育階段蒸發(fā)蒸騰量

3 討論

3.1 甜玉米蒸發(fā)蒸騰量及其規(guī)律

國(guó)內(nèi)關(guān)于甜玉米蒸發(fā)蒸騰量相關(guān)研究還鮮有報(bào)道，白樹明等[19]在20世紀(jì)90年代通過(guò)田間試驗(yàn)得到云南玉米需水量在369.7～417.9 mm之間；Anzhen Qin等[14]采用智墑和蒸滲儀對(duì)比試驗(yàn)得到夏玉米需水量為309.0～311.0 mm之間；Wendt等[10]通過(guò)監(jiān)測(cè)土壤水勢(shì)計(jì)算甜玉米生育期需水量，結(jié)果顯示，不同灌溉模式下甜玉米全生育期需水量在310～361 mm之間，日均需水強(qiáng)度在4.3～5.0 mm/d之間。本試驗(yàn)得到的甜玉米蒸發(fā)蒸騰量與上述文獻(xiàn)試驗(yàn)結(jié)果相比較小，可能是以下原因?qū)е拢海?）與其他品種玉米相比，甜玉米分蘗能力強(qiáng)，植株矮小，F(xiàn)AO推薦的甜玉米最大高度僅為1.5 m，本試驗(yàn)甜玉米植株平均高度為1.6 m左右，僅為其他品種玉米（株高2.0～2.5 m）高度的2/3[20]，植株矮小意味著地上生物量的減小，通過(guò)光合作用消耗的水分也會(huì)減小。（2）由于甜玉米的鮮食特性，生育期可比其他品種玉米縮短30天以上，生育期的縮短也相應(yīng)降低了其蒸發(fā)蒸騰量。（3）膜下滴灌的節(jié)水特性，膜下滴灌不但可節(jié)水40%～50%以上[21-22]，還能有效減小地表濕潤(rùn)面積和阻隔土壤表面蒸發(fā)，導(dǎo)致作物蒸發(fā)蒸騰量降低，王健等[23]研究表明夏玉米生育期棵間蒸發(fā)量占蒸發(fā)蒸騰量的比例可達(dá)43.57%～52.52%。

表3 甜玉米逐日蒸發(fā)蒸騰量與影響因素的相關(guān)系數(shù)

圖2 甜玉米生育期內(nèi)逐日蒸發(fā)蒸騰量變化過(guò)程圖

需水規(guī)律是引導(dǎo)農(nóng)民科學(xué)分配不同生育期灌溉用水，對(duì)甜玉米進(jìn)行合理灌溉的重要依據(jù)。本試驗(yàn)得到的甜玉米蒸發(fā)蒸騰規(guī)律總體趨勢(shì)與鄭利均[24]、胡志橋[25]、寇明蕾[26]等研究普通玉米耗水規(guī)律結(jié)論相一致，即表現(xiàn)為中間高兩頭低的規(guī)律，需水關(guān)鍵期為抽雄吐絲期。但上述作者認(rèn)為玉米拔節(jié)期蒸發(fā)蒸騰強(qiáng)度要大于灌漿乳熟期，本試驗(yàn)的結(jié)論則與之相反?？赡苁且?yàn)?，普通玉米灌漿乳熟期需要經(jīng)歷較長(zhǎng)時(shí)間，而這一階段玉米植株逐漸老化，蒸發(fā)蒸騰量不斷減?。货r食甜玉米在灌漿后，僅20天左右即可收獲，這一階段甜玉米植株長(zhǎng)勢(shì)還較為旺盛，耗水量也較大。

3.2 甜玉米蒸發(fā)蒸騰量影響因素

氣候變化導(dǎo)致作物需水量和農(nóng)田灌溉需水量的變化[27-28]，進(jìn)一步加劇了農(nóng)業(yè)水資源緊張形勢(shì)。試驗(yàn)分析了甜玉米生育期蒸發(fā)蒸騰量與主要?dú)庀笠蛩氐南嚓P(guān)關(guān)系，認(rèn)為氣溫、日照和相對(duì)濕度是甜玉米蒸發(fā)蒸騰量的主要影響因素，其中平均氣溫對(duì)甜玉米蒸發(fā)蒸騰量的影響最大。結(jié)論與李亮[29]、宋揚(yáng)[30]等研究結(jié)果相吻合。萬(wàn)夢(mèng)丹等[31]研究滇東北玉米耗水特性及其影響因素認(rèn)為玉米需水量主要受日照和風(fēng)速的影響，與本研究結(jié)果有差異，這可能與滇東北地區(qū)海拔高、風(fēng)速大，而元謀干熱河谷區(qū)海拔低、風(fēng)速小有關(guān)[32]。

3.3 展望

當(dāng)前農(nóng)作物品種不斷更新?lián)Q代，鮮食甜玉米作為一種經(jīng)濟(jì)價(jià)值可觀的新品種玉米，種植面積還在不斷擴(kuò)大。為了能更好地指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)際，未來(lái)應(yīng)持續(xù)開展甜玉米蒸發(fā)蒸騰量相關(guān)試驗(yàn)研究，積累更多試驗(yàn)資料，制定更為科學(xué)的灌溉制度。同時(shí)還應(yīng)加強(qiáng)高原地區(qū)不同氣候條件、不同灌溉模式及不同水肥管理?xiàng)l件下甜玉米生長(zhǎng)特性、水肥綜合調(diào)控的對(duì)比試驗(yàn)研究。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)甜玉米生育期土壤水分動(dòng)態(tài)變化過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，認(rèn)為甜玉米不同生育階段根系主要吸水深度，苗期為20 cm、拔節(jié)期為40 cm、抽雄吐絲期為50 cm、灌漿乳熟期為60 cm。甜玉米生育期蒸發(fā)蒸騰量為184.2 mm，日蒸發(fā)蒸騰強(qiáng)度為1.6 mm/d，抽雄吐絲期蒸發(fā)蒸騰強(qiáng)度最大，為3.1 mm/d。各生育期蒸發(fā)蒸騰強(qiáng)度呈抽雄吐絲期最大，灌漿乳熟期和拔節(jié)期次之，苗期最小的規(guī)律。甜玉米蒸發(fā)蒸騰量與日照時(shí)數(shù)、日最高氣溫、日最低氣溫、日平均氣溫呈顯著正相關(guān)，與日均相對(duì)濕度呈顯著負(fù)相關(guān)，蒸發(fā)蒸騰量主要受氣溫、日照和相對(duì)濕度的影響。