李 菊 張富倉 王艷麗 賴珍林 李越鵬 嚴(yán)富來 王海東 郭金金

(西北農(nóng)林科技大學(xué) 中國旱區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)研究院/旱區(qū)農(nóng)業(yè)水土工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 楊凌 712100)

甘肅省河西地區(qū)位于我國西北干旱區(qū)東部地帶，是我國玉米高產(chǎn)區(qū)之一。近年來隨著灌水方式的改進(jìn)，河西地區(qū)引進(jìn)了膜下滴灌技術(shù)[1]，該技術(shù)與傳統(tǒng)地面灌溉相比，可節(jié)水70%～80%，能顯著提高作物的水分利用效率[2]。但由于膜下滴灌技術(shù)推廣潛力不足，農(nóng)民尚未普遍掌握滴灌技術(shù)，使得目前春玉米農(nóng)田灌水施肥方式仍以地面灌溉和土壤撒施肥料為主[3]，多灌、少灌以及不能適時(shí)的灌溉，加大了農(nóng)田水肥流失和水肥利用率的降低。而灌水量和滴灌頻率作為膜下滴灌灌溉制度的2個(gè)重要指標(biāo)，對(duì)作物的生長發(fā)育和產(chǎn)量的形成起到重要的影響[4]。因此探究適合于該地區(qū)春玉米生長的灌水量和滴灌頻率的最佳組合，對(duì)當(dāng)?shù)卮河衩坠?jié)水高效生產(chǎn)有著重要的理論與實(shí)際意義。

適宜的灌水不僅有利于提高玉米產(chǎn)量[5]，還可以降低玉米植株發(fā)病率[6]。而適宜的滴灌頻率也會(huì)對(duì)土壤中水氮運(yùn)移、根系分布以及根系對(duì)水分和養(yǎng)分的吸收起到重要的調(diào)控作用[7]。但由于作物種類不同、生長條件不同，所以滴灌頻率對(duì)其反應(yīng)也不同。田建柯等[8]研究表明，夏玉米在高水低頻(120% ETc，間隔9 d)處理下可獲得單株最大產(chǎn)量，但其水分利用效率(WUE)和灌溉水利用效率(IWUE)低于中水低頻(100% ETc，間隔9 d)處理。El-Hendawy等[9]通過沙質(zhì)土壤試驗(yàn)，認(rèn)為玉米WUE隨灌水量和灌溉頻率的增加而增加。而蔣桂英等[10]通過研究發(fā)現(xiàn)，中頻灌溉(每隔7 d)下小麥產(chǎn)量和WUE最高，較高頻灌溉(每隔4 d)和低頻灌溉(每隔10 d)增產(chǎn)分別為7.6%和13.5%，WUE增加2.6%和9.9%。以上試驗(yàn)結(jié)果表明過量或不足的水分施用都會(huì)影響WUE[11]，增加灌水頻率可改善水分脅迫，促進(jìn)植物WUE的提高[12]。Caldwell等[13]通過粉質(zhì)壤土試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)土壤平均有效水分虧缺<20%，滴灌頻率對(duì)玉米產(chǎn)量無顯著影響。同樣Irmak等[14]在多年的粉質(zhì)壤土田間試驗(yàn)下也有類似發(fā)現(xiàn)，2005、2006和2007年的灌水量顯著影響糧食產(chǎn)量，然而灌水頻率只在2005和2006年(2個(gè)干旱年)的生長季節(jié)間才對(duì)產(chǎn)量有顯著影響，且灌水量和灌水頻率的交互影響只在最干旱的2005年才對(duì)產(chǎn)量有顯著影響。綜上，滴灌頻率和灌水量作為灌溉制度的2個(gè)重要指標(biāo)，其大小不是恒定的，受地區(qū)土壤條件、氣候條件、作物因素影響[15]。增加灌水量和灌水頻率可以顯著促進(jìn)作物生長、提高作物產(chǎn)量[16-17]，但灌水頻率過高也會(huì)抑制作物生長、使得作物減產(chǎn)或產(chǎn)量差異不顯著[18-19]。

灌水量和滴灌頻率對(duì)作物的生長效應(yīng)與氣候條件、土壤以及灌溉方式等都有關(guān)。目前，關(guān)于玉米作物滴灌頻率的研究大多是在盆栽或桶栽條件下進(jìn)行，蔬菜及溫室作物滴灌頻率的研究比較多，大田作物上的研究多是在旱作補(bǔ)充灌溉條件下進(jìn)行的，缺乏干旱地區(qū)膜下滴灌條件下灌水量與滴灌頻率協(xié)同作用對(duì)玉米作物生長和水分利用效率影響的研究報(bào)道。本研究就膜下滴灌條件的灌水量和滴灌頻率對(duì)河西地區(qū)春玉米生長、干物質(zhì)累積、產(chǎn)量和水分利用效率的影響進(jìn)行分析，旨在探究適合于該地區(qū)春玉米生長的灌水量和滴灌頻率的最佳組合，以期為該地區(qū)玉米節(jié)水高效生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2019年4—9月在中國農(nóng)業(yè)大學(xué)石羊河流域農(nóng)業(yè)與生態(tài)節(jié)水實(shí)驗(yàn)站進(jìn)行，該站位于甘肅省武威市涼州區(qū)(37°50′ N,102°51′ E)，海拔1 580 m，為溫帶大陸性干旱氣候，該地區(qū)年平均氣溫8 ℃，年平均積溫3 500 ℃以上，年均日照時(shí)數(shù)3 000 h左右，無霜期150 d。多年平均降水量≤200 mm，年均蒸發(fā)量2 000 mm。試驗(yàn)地土壤類型為灰鈣質(zhì)輕砂壤土，田間持水量21.6%(質(zhì)量含水率)。地下水埋深40 m以上。試驗(yàn)區(qū)2019年春玉米生育期內(nèi)降雨量為130 mm。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)灌水量和滴灌頻率2個(gè)因素。依據(jù)當(dāng)?shù)毓嗨?jīng)驗(yàn)以及田建柯等[8]對(duì)玉米灌水量和灌水頻率的試驗(yàn)結(jié)果，設(shè)置3個(gè)灌水量：60%(W1)、80%(W2)、100%(W3)的ETc和3個(gè)滴灌頻率：4(D1)、8(D2)和12 d(D3)，共9個(gè)處理。隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)面積為60 m2，長10 m，寬6 m，3次重復(fù)，共27個(gè)小區(qū)。ETc為作物蒸發(fā)蒸騰量，mm/d，計(jì)算公式如下：

ETc=ET0×Kc

(1)

式中：Kc，玉米作物系數(shù)，分別取0.7(苗期)、1.2(拔節(jié)期～灌漿期)、0.6(乳熟期～成熟期)[20]；ET0，參考作物蒸發(fā)蒸騰量，mm/d，根據(jù) FAO-56 Penman Monteith[21]計(jì)算。

供試玉米品種為‘咸科858’。2019年4月12日播種，同年9月7日收獲，共計(jì)149 d。每個(gè)小區(qū)采用寬窄行播種(窄行玉米間距為40 cm，寬行玉米間距為80 cm)和1條滴灌帶控制2行玉米的種植模式，滴灌帶布設(shè)在窄行中間，玉米株距25 cm，種植密度6.7×104株/hm2；小區(qū)灌溉方式采用膜下滴灌，滴頭間距30 cm，滴頭流量3 L/h，滴頭工作壓力0.1 MPa，并通過水表嚴(yán)格控制各小區(qū)灌水量；施肥采用液壓比例施肥泵裝置，根據(jù)當(dāng)?shù)剞r(nóng)民推薦玉米滴灌施肥量N 200 kg/hm2，P2O5100 kg/hm2，K2O 100 kg/hm2，按照玉米生長特性，施肥4次，每次施肥量占總施肥量的比例分別為20%(苗期)、30%(拔節(jié)期)、30%(吐絲期)和20%(灌漿期)。灌水量為各處理所設(shè)滴灌周期內(nèi)作物蒸發(fā)蒸騰量(ETc)減去周期內(nèi)有效降雨量。若降雨量超過此次作物蒸發(fā)量時(shí)，不再灌溉；若降雨量未達(dá)到此次作物蒸發(fā)量時(shí)則補(bǔ)充灌溉至作物蒸發(fā)蒸騰量。灌水處理從苗期末開始，收獲前15～20 d結(jié)束灌水。整個(gè)生育期W1、W2和W3處理的灌溉定額分別為244.2、315.7和387.1 mm，見圖1。

圖1 春玉米全生育期灌水方案Fig.1 Irrigation scheme of spring maize in whole growth period

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1生長指標(biāo)測(cè)定

在春玉米各生育時(shí)期，每個(gè)小區(qū)選定3株具有代表性的玉米，測(cè)量莖粗和株高以及所有葉片的長和最大寬度，計(jì)算葉面積指數(shù)。葉面積指數(shù)計(jì)算公式[22]：

(2)

式(2)中：0.75，玉米葉面積的校正系數(shù);ρ，玉米植株密度;m，測(cè)量株數(shù);Lij和Wij分別為第i株玉米的第j片葉片的長度和最大寬度，cm。

1.3.2干物質(zhì)量和產(chǎn)量測(cè)定

干物質(zhì)量測(cè)定：在玉米各生育期(苗期、拔節(jié)期、吐絲期、灌漿期和成熟期)，每小區(qū)隨機(jī)選取3株長勢(shì)均勻的玉米，用剪刀沿土壤表面將植株剪下，去除表面污垢后用剪刀將莖、葉和穗分離，放入烘箱殺青0.5 h(105 ℃)后再烘至恒重(75 ℃)，最后用電子天平稱量質(zhì)量，計(jì)算各器官干物質(zhì)量。

產(chǎn)量及構(gòu)成要素測(cè)定：在成熟期苞葉完全泛白后，隨機(jī)選取小區(qū)中的一行玉米，沿滴灌帶走向連續(xù)取樣20株，測(cè)定玉米穗長、禿尖長以及穗行數(shù)，并在人工脫粒風(fēng)干后測(cè)定籽粒含水率為14%下的產(chǎn)量[23]。

1.3.3水分利用效率計(jì)算

作物耗水量計(jì)算[24]可簡化為

ET=Pr+I-W

(3)

水分利用效率(WUE)和灌溉水利用效率(IWUE)：

(4)

(5)

式(3)～(5)中：Pr，有效降雨量，mm；I，灌水量，mm；W，播種前和收獲后土壤蓄水量的變化，mm；WUE，水分利用效率，kg/m3；Y，產(chǎn)量，kg/hm2；IWUE，灌溉水利用效率，kg/m3。

1.4 數(shù)據(jù)處理及分析方法

采用 Excel 2013 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；SPSS 23.0軟件中單因素(one-way ANOVA)和Duncan法進(jìn)行方差分析和多重比較(α=0.05)；主成分分析法對(duì)春玉米各指標(biāo)進(jìn)行綜合分析；Origin 9.0軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同灌水處理對(duì)春玉米生長指標(biāo)的影響

2.1.1株高

由表1可知，春玉米株高隨生育進(jìn)程快速增長至吐絲期后趨于平穩(wěn)。比較吐絲期至成熟期春玉米株高可知，同一滴灌頻率下，株高隨灌水量增加而顯著增加，于W3水平下達(dá)到最大值，較W1和W2分別增加7.61%～14.07%和3.13%～8.99%，說明充分灌水可促進(jìn)春玉米株高的增長；同一灌水水平條件下，株高隨滴灌頻率的增加呈現(xiàn)不同變化規(guī)律，在W1和W2灌溉水平下，春玉米株高隨滴灌頻率的增加而增加，于D1處理下達(dá)到最大，其中W1D1較W1D2和W1D3分別增加3.64%和6.44%，W2D1較W2D2和W2D3分別增加3.36%和6.55%；在W3灌水水平下，株高隨滴灌頻率的增加呈先增加后減小的趨勢(shì)，且D2的株高較D1和D3分別增加1.91% 和4.49%。說明過低的滴灌頻率不利于春玉米株高的增長，而水分充足時(shí)過高的滴灌頻率也會(huì)抑制株高的增長。且由顯著性檢驗(yàn)可知，灌水量、滴灌頻率及其二者交互作用對(duì)春玉米拔節(jié)期、吐絲期和灌漿期的株高有極顯著的影響。

表1 不同灌水處理下春玉米的株高Table 1 Plant height of spring maize under different irrigation treatments cm

2.1.2莖粗

由表2可知，在春玉米整個(gè)生育期，各處理的莖粗變化趨勢(shì)基本相似，均呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)。苗期～拔節(jié)期，春玉米莖粗快速增大，且于拔節(jié)期達(dá)到最大值，最大莖粗介于26.46～32.55 mm，達(dá)到最大值后春玉米莖粗開始減小，這可能與玉米后期生殖生長，玉米莖中的養(yǎng)分轉(zhuǎn)運(yùn)到果穗有關(guān)。比較拔節(jié)期到成熟期春玉米莖粗可知，同一滴灌頻率下，增大灌水量有助于提高莖粗，其中W3的莖粗比W1和W2分別提高8.82%～16.92%和2.32%～6.03%，且差異顯著；同一灌水水平下，滴灌頻率低會(huì)抑制春玉米莖粗的生長，提高灌水頻率可以有效地促進(jìn)春玉米莖粗的增加，其中W1D1較W1D2和W1D3分別增加3.99%和11.65%，W2D1較W2D2和W2D3分別增加3.61%和7.17%、W3D1較W3D2和W3D3分別增加2.49%和5.46%。此外在春玉米拔節(jié)期～成熟期還可發(fā)現(xiàn)，W1D3處理下春玉米莖粗均顯著低于其他處理，說明農(nóng)田生產(chǎn)過程中應(yīng)避免春玉米過度虧缺灌溉。

表2 不同灌水處理下春玉米的莖粗Table 2 Stem diameter of spring maize under different irrigation treatments mm

2.1.3葉面積指數(shù)(LAI)

由表3可知，春玉米的LAI隨生育期推進(jìn)先增加后減小，且在吐絲期達(dá)到最大值。苗期各處理之間LAI差異不顯著。比較春玉米拔節(jié)期至成熟期LAI可發(fā)現(xiàn)，相同滴灌頻率下，各灌水處理的春玉米LAI隨灌水量的增加顯著增大，其中W3較W1和W2分別提高13.23%～31.36%和4.99%～18.79%，說明充分灌溉有助于LAI的增長。相同灌水量下，春玉米LAI隨滴灌頻率的增加呈現(xiàn)不同變化趨勢(shì)。在W1和W2灌水水平下，春玉米LAI隨滴灌頻率的增加而增加，且D1處理的LAI顯著高于D2和D3，W1D1較W1D2和W1D3的LAI分別提高7.37%～10.12%和10.07%～17.56%、W2D1較W2D2和W2D3分別提高5.86%～7.88%

表3 不同灌水處理下春玉米的葉面積指數(shù)(LAI)Table 3 Leaf area index (LAI) of spring maize under different irrigation treatments

和10.80%～13.98%；在W3灌溉水平下，春玉米LAI隨滴灌頻率的增加呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)，于D2處理下達(dá)到最大，其中W3D2較W3D1和W3D3的LAI分別增長2.79%～5.35%和5.74～10.15%?？傮w而言，W3D2更利于LAI的提高。

2.2 不同灌水處理對(duì)春玉米地上部干物質(zhì)累積量的影響

由表4可知，春玉米地上部干物質(zhì)累積量隨生育期推進(jìn)不斷增加，各處理間的差異隨生育期的推進(jìn)而開始顯現(xiàn)。苗期地上部干物質(zhì)在各灌水處理間差異不顯著；拔節(jié)期干物質(zhì)累積量隨灌水量的增加顯著增大。但同一灌水量下，不同滴灌頻率間差異不顯著；吐絲期各處理春玉米地上部干物質(zhì)累積量相對(duì)于拔節(jié)期增加顯著，其中W3D2總累積量最大，達(dá)12 829.64 kg/hm2，但與W3D1無顯著性差異；灌漿期干物質(zhì)累積量持續(xù)增大，變化規(guī)律與吐絲期相似，W3D2顯著高于其他處理；成熟期春玉米總干物質(zhì)累積量受灌水量影響顯著，干物質(zhì)累積量隨灌水量的增加顯著增大，在同一滴灌頻率下，W3的平均總干物質(zhì)量比W1和W2分別提高17.28%和7.03%。同一灌水量下，不同滴灌頻率對(duì)春玉米干物質(zhì)累積量的影響呈現(xiàn)出不同的變化規(guī)律，在W1和W2水平下，D1處理下的地上部干物質(zhì)累積量都顯著高于D2和D3，且W1D1較W1D2和W1D3分別增長7.36%和11.53%、W2D1較W2D2和W2D3分別增長5.33%和14.19%；而在W3水平下，地上部干物質(zhì)累積量表現(xiàn)出隨滴灌頻率增加先增加后減小的趨勢(shì)，說明滴灌頻率過高會(huì)抑制干物質(zhì)的累積。

表4 不同灌水處理下春玉米的地上部干物質(zhì)累積量Table 4 Dry matter accumulation of spring maize under different irrigation treatments kg/hm2

2.3 不同灌水處理對(duì)春玉米產(chǎn)量及水分利用效率的影響

2.3.1產(chǎn)量及構(gòu)成因素

由表5可知，在D1處理下，W2和W3的穗長差異不顯著，但顯著高于W1，此外W3的行粒數(shù)和百粒重顯著高于W1和W2，但W3的禿尖長顯著低于W1和W2。在D2和D3灌水處理下，W3處理的穗長、行粒數(shù)和百粒重顯著高于W1和W2。在W1和W2灌水處理下，D1的禿尖長較D2和D3均顯著降低，但D1的穗長、行粒數(shù)和百粒重較D2和D3均顯著增大。在W3灌水處理下，D1和D2的穗長和行粒數(shù)均顯著高于D3，但D1和D2之間差異不顯著，D2的穗粗和百粒重都顯著高于D1和D3，D1處理的禿尖長均顯著低于D2和D3?？傮w上，增加灌水量有助于穗長、行粒數(shù)和百粒重的增長，而增加灌水頻率可縮短禿尖長度。

表5 不同灌水處理下春玉米的產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成要素Table 5 Spring maize yield and yield components under different irrigation treatments

另外，相同滴灌頻率下，春玉米產(chǎn)量隨灌水量的增加而增加，于W3處理下達(dá)到最大值，平均達(dá)15 769 kg/hm2，較W1和W2分別增產(chǎn)29.69%和8.90%。相同灌水量下，不同滴灌頻率對(duì)春玉米產(chǎn)量有不同程度的影響。在W1與W2灌溉水平下，D1產(chǎn)量最高，W1D1較W1D2和W1D3分別升高10.73%和21.76%、W2D1較W2D2和W2D3分別升高7.66%和18.92%；隨灌水量增大至W3水平時(shí)，D2處理的產(chǎn)量顯著高于其他處理，較D1和D3分別增加3.92%和13.95%?？傮w上，W3D2產(chǎn)量最高，W1D1產(chǎn)量最低?？梢?，充分灌水時(shí)，降低灌水頻率至D2水平有利于實(shí)現(xiàn)玉米增產(chǎn)。此外，由顯著性檢驗(yàn)可知，灌水量、滴灌頻率及其二者交互作用對(duì)春玉米產(chǎn)量的影響均達(dá)到極顯著水平。

2.3.2耗水量和水分利用效率

英國詩人濟(jì)慈也曾專門撰寫詩作描述自己閱讀《荷馬史詩》的激動(dòng)心情，包括濟(jì)慈在內(nèi)的許多浪漫主義詩人在創(chuàng)作詩歌時(shí)都會(huì)借鑒神話中的情節(jié)與人物。最為典型的例子就是拜倫，其所塑造的英雄熱情堅(jiān)韌，具有極強(qiáng)的生命力，愿付出所有抵抗罪惡，無疑是將英雄人物神化。

由表6可知，各處理春玉米耗水量介于395.39～526.88 mm。其中W3D2耗水量最高，為526.88 mm，顯著高于其他處理；W1D3處理最低，為395.39 mm，顯著低于其他處理。當(dāng)?shù)喂囝l率相同時(shí)，W3處理下春玉米耗水量顯著高于W1和W2，分別升高23.41%～30.57%和8.52%～13.13%。當(dāng)灌水量相同時(shí)，D1處理下春玉米耗水量顯著高于D2和D3(除D1W3和D2W3)?？傮w而言，增加灌水量春玉米耗水量有上升趨勢(shì)。

表6 不同灌水處理下春玉米的水分利用效率Table 6 Water use efficiency of spring maize under different irrigation treatments

灌水量、滴灌頻率及其二者交互作用對(duì)春玉米的WUE影響極顯著，見表6。在D2水平下，W3的WUE均高于W1和W2；D1和D3水平下，適當(dāng)?shù)乃痔澣笨纱龠M(jìn)春玉米的WUE提高，其中W2D1的WUE較W1D1和W3D1分別增加3.15%和6.17%，W2D3的WUE較W1D3和W3D3分別增加2.88%和1.06%，W2D3和W3D3差異不顯著。在W1和W2灌水水平下，增大滴灌頻率可顯著提高春玉米的WUE，其中W1D1的WUE較W1D2和W1D3分別增加7.46%和14.03%，W2D1的WUE較W2D2和W2D3分別增大4.47%和14.34%；在W3灌水水平下，WUE隨著滴灌頻率的增加呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，在D2下達(dá)到最大值，較D1和D3分別提高2.59%和11.66%。綜上可知，虧缺灌溉(W1和W2)中D1處理WUE最大，充分灌溉(W3)水平下春玉米WUE在D2處理達(dá)到最大。

此外，當(dāng)?shù)喂囝l率相同時(shí)，增大灌水量，IWUE呈顯著下降趨勢(shì)，其中W2和W3的IWUE較W1分別降低7.14%～10.26%和15.12%～32.37%。灌水量相同時(shí)，在W1和W2灌水水平下，隨滴灌頻率增加IWUE呈顯著上升趨勢(shì)，其中W1D1較W1D2和W1D3分別升高10.71%和21.78%，W2D1較W2D2和W2D3分別升高7.58%和18.90%；在W3灌水水平下，隨滴灌頻率增加IWUE呈先升后降趨勢(shì)，其中D2較D1和D3分別升高3.86%和13.75%。綜上可知，虧缺灌溉(W1和W2)中D1處理IWUE最大，充分灌溉(W3)水平下春玉米IWUE在D2處理達(dá)到最大。

2.4 綜合評(píng)價(jià)

考慮到不同指標(biāo)下最優(yōu)灌水量和滴灌頻率組合存在一定的差異，因此需要對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行綜合分析：運(yùn)用主成分分析數(shù)學(xué)模型對(duì)春玉米產(chǎn)量、WUE、IWUE、成熟期株高、莖粗、LAI、干物質(zhì)累積量進(jìn)行分析。結(jié)果表明產(chǎn)量和WUE的特征值均>1，貢獻(xiàn)率分別為76.30%和21.95%，累積貢獻(xiàn)率達(dá)到98.25%，涵蓋了絕大部分的信息。按主成分分析理論[25]，可選前2個(gè)指標(biāo)來代表最優(yōu)組合篩選的主成分因子。分析可得：

第一個(gè)主成分的模型函數(shù)表達(dá)式為：F1=0.186X1+0.121X2-0.052X3+0.184X4+0.183X5+0.182X6+0.187X7；

第二個(gè)主成分的模型函數(shù)表達(dá)式為：F2=0.011X1+0.491X2+0.620X3-0.075X4+0.017X5-0.133X6+0.030X7。

式中：X1，產(chǎn)量；X2，水分利用效率(WUE)；X3，灌溉水利用效率(IWUE)；X4，株高；X5，莖粗；X6，葉面積指數(shù)；X7，干物質(zhì)累積量。

將各主成分的方差貢獻(xiàn)率作為權(quán)重，線性加權(quán)構(gòu)建最佳灌水組合綜合評(píng)價(jià)模型，為：F=0.763F1+0.219F2，最終得出不同灌水處理下春玉米綜合指標(biāo)的得分和排序，見表7。綜合評(píng)價(jià)得分最高的處理是W3D2，其次是W2D1，得分最低的處理是W1D3。

表7 主成分分析法評(píng)價(jià)春玉米綜合指標(biāo)分?jǐn)?shù)與排名Table 7 Evaluation of comprehensive index score and ranking of spring maize by principal component

3 討 論

灌水量和灌水頻率對(duì)作物產(chǎn)量具有顯著的影響[9,14,28]，增加灌水量和灌水頻率，作物產(chǎn)量有增長趨勢(shì)[29]。但當(dāng)灌水量增加到一定域值時(shí)，過高的滴灌頻率會(huì)抑制作物干物質(zhì)的積累以及產(chǎn)量構(gòu)成要素的形成，導(dǎo)致產(chǎn)量降低[30]。本研究發(fā)現(xiàn)W3D2的產(chǎn)量最高，且灌水量和滴灌頻率對(duì)春玉米影響極顯著，這與黃興法等[31]建議西北地區(qū)玉米采用中高頻率灌水一致；而與張樂等[32]和王建東等[33]研究結(jié)論不盡相同，造成試驗(yàn)差距的原因可能與試驗(yàn)區(qū)氣候條件、土壤質(zhì)地、玉米品種和種植密度不同有關(guān)。在本試驗(yàn)中，同一滴灌頻率下，春玉米產(chǎn)量及地上部干物質(zhì)量均隨灌溉量的增大呈現(xiàn)增長趨勢(shì)；虧缺灌溉下，春玉米產(chǎn)量隨滴灌頻率的增加而增加，而充分灌溉處理下，相比于滴灌頻率4和12 d而言，8 d處理對(duì)提高春玉米產(chǎn)量效果更優(yōu)，這可能是由于過高的滴灌頻率使根系附近一直處于較高的土壤含水量，從而抑制土壤的通氣性，導(dǎo)致根系疾病發(fā)生和產(chǎn)量降低[13]。而過低的滴灌頻率可能是因?yàn)楣嗨g隔過長，灌水前的表層土壤干燥范圍擴(kuò)大，使得灌水后的土壤濕潤范圍增大，水平入滲距離增加，垂直方向土壤儲(chǔ)水量減少，加之連續(xù)干旱導(dǎo)致土壤平均含水率波動(dòng)較大，土壤水分未能維持在一個(gè)比較穩(wěn)定的狀態(tài)，阻止了水分和礦質(zhì)營養(yǎng)向作物輸送，不利于作物生長，使得產(chǎn)量受到抑制。由此可見，適宜的滴灌頻率可以在作物根區(qū)土壤水分和通氣條件之間建立平衡，減少根系浸水，并保持較小的土壤水分波動(dòng)，減少整個(gè)生長季節(jié)的植物水分脅迫，利于作物的生長和產(chǎn)量的提高。

水分不足是干旱半干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要限制因子，提高作物本身的WUE是進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)節(jié)水增產(chǎn)的關(guān)鍵[34-35]。本試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，重度缺水時(shí)雖耗水量最低，但所獲得的產(chǎn)量不高，從而導(dǎo)致重度水分虧缺未獲得較高的WUE；輕度虧缺時(shí)，W2D1處理獲得最佳WUE，說明增加滴灌頻率，可改善水分脅迫，從而可以提高植物的WUE；充分灌溉時(shí)，W3D2處理的WUE比W2D1處理低3.32%，但增產(chǎn)6.21%，說明適當(dāng)?shù)牡喂囝l率可以獲得高產(chǎn)和較高的IWUE[36-37]。此外，除W3外，耗水量和IWUE隨滴灌頻率的增加先增加后減小，其余處理均隨滴灌頻率的增加而增加；當(dāng)?shù)喂囝l率相同時(shí)，耗水量隨灌水量的增加而增加，而IWUE隨灌水量的增大而減小。說明干旱脅迫可提高作物IWUE[38]。

試驗(yàn)結(jié)果在不同指標(biāo)下存在一定的差異，且僅憑單一指標(biāo)不能準(zhǔn)確地做出評(píng)價(jià)[39]，而基于各指標(biāo)的綜合分析與評(píng)價(jià)能有效地克服單一指標(biāo)評(píng)價(jià)片面的問題，更能確保結(jié)果的科學(xué)性和客觀性[40]。本試驗(yàn)通過主成分分析法對(duì)9種不同灌水處理的產(chǎn)量、WUE、IWUE、株高、莖粗、葉面積指數(shù)、干物質(zhì)累積量7項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)與分析。結(jié)果表明，7項(xiàng)指標(biāo)中主要由玉米產(chǎn)量和WUE決定，其累積貢獻(xiàn)影響力達(dá)98.25%，且當(dāng)灌水量為100% ETc、灌水頻率為8 d時(shí)，春玉米綜合評(píng)分排名最高，可作為河西地區(qū)灌水量和滴灌頻率的最佳組合。但由于氣候因素對(duì)灌水量和滴灌頻率影響較大，因此還需要進(jìn)一步的田間試驗(yàn)加以優(yōu)化。

4 結(jié) 論

本研究通過研究不同灌水量和滴灌頻率對(duì)河西地區(qū)春玉米生長、產(chǎn)量及水分利用效率的影響，獲得的主要結(jié)論如下：

1)灌水量和滴灌頻率對(duì)作物生長和產(chǎn)量的形成具有顯著促進(jìn)作用，在虧缺灌溉條件下，春玉米株高、LAI、干物質(zhì)累積量和產(chǎn)量均隨滴灌頻率的增加而增加，而在充分灌溉條件下，春玉米株高、LAI、干物質(zhì)累積量和產(chǎn)量隨滴灌頻率的增大先增大后減小。其中W3D2處理對(duì)作物生長和產(chǎn)量的形成效果最佳，且獲得最高產(chǎn)量為16 658 kg/hm2。

2)灌水量和滴灌頻率對(duì)春玉米WUE和IWUE有極顯著的影響。其中W2D1獲得最佳WUE為3.27 kg/m3，W3D2次于W2D1處理，為3.16 kg/m3；灌水量對(duì)春玉米耗水量有顯著影響，且于W3(100% ETc)下獲得最大值。

3)綜合考慮春玉米生長指標(biāo)、產(chǎn)量、WUE和IWUE，以及主成分分析法對(duì)春玉米指標(biāo)的綜合評(píng)分排名，推薦灌水量100% ETc、灌水頻率8 d作為甘肅省河西地區(qū)春玉米灌水管理最佳組合。