張明智，牛文全,，王京偉，李 元，許 健

(1. 西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院，陜西 楊凌 712100；2. 西北農(nóng)林科技大學(xué)水土保持研究所，陜西 楊凌 712100)

0 引 言

水資源短缺成為制約我國(guó)糧食作物生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的重要因素[1]。微潤(rùn)灌溉是用半透膜的原理使土壤保持濕潤(rùn)的一種灌溉方式，設(shè)備投資低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不消耗動(dòng)力，節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用，可以有效地降低農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)成本[2]。滲灌的埋設(shè)間距是影響灌水質(zhì)量的主要因素，微潤(rùn)灌溉下株高、莖粗及植物葉片的光合速率、氣孔導(dǎo)度均比滴灌大，微潤(rùn)灌布置間距對(duì)微潤(rùn)管出水量的影響較大[2-4]。干旱是限制玉米產(chǎn)量的主要因素[5]，苗期是玉米營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)的主要階段[6]，研究表明苗期水分虧缺對(duì)玉米的生理生長(zhǎng)影響嚴(yán)重，為了適應(yīng)生長(zhǎng)環(huán)境，產(chǎn)生了抵御干旱的能力[7]，且在玉米苗期進(jìn)行適當(dāng)?shù)乃痔澣?，有助于控制適當(dāng)?shù)臓I(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)，從而提高產(chǎn)量[8]。目前，還缺乏夏玉米適宜的微潤(rùn)灌布置方式，限制了微潤(rùn)灌技術(shù)在玉米栽培中的應(yīng)用。為此，通過研究微潤(rùn)管布置間距(密集程度)對(duì)夏玉米苗期營(yíng)養(yǎng)階段生長(zhǎng)的影響，為微潤(rùn)灌溉技術(shù)的推廣提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)概況

試驗(yàn)于2014年7-8月在陜西省楊凌(108°24′E，34°20′N，海拔521 m)進(jìn)行，該地區(qū)屬暖溫帶半濕潤(rùn)氣候，全年無(wú)霜期221 d，年均日照時(shí)數(shù)2 163.8 h，年降水量在550～650 mm，且多集中在7-9月。夏玉米苗期總降水量22.9 mm，試驗(yàn)期間降雨量及溫度如圖1所示，供試土壤為塿土，80 cm土層內(nèi)平均田間持水率為24%，飽和體積含水率60.1%，凋萎含水率為8.5%。試驗(yàn)小區(qū)地下水埋深大于5 m，因此，忽略地下水補(bǔ)給。

圖1 夏玉米苗期內(nèi)當(dāng)?shù)亟涤炅亢蜏囟茸兓瘓D

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置3個(gè)水平，分別為：1管1行(I1)，微潤(rùn)管布置間距為60 cm；3管2行(I2)，微潤(rùn)管布置間40 cm；2管1行 (I3)，微潤(rùn)管布置間距20 cm。另設(shè)2組對(duì)照處理CK1、CK2，其中：1管1行為1條微潤(rùn)帶控制1行作物；CK1為地下滴灌，灌水下限為田間持水率的65%，上限為田間持水率的90%；CK2在夏玉米苗期未灌水。采取完全隨機(jī)試驗(yàn)，共5個(gè)處理(表1)，每個(gè)處理3次重復(fù)，共15個(gè)小區(qū)。各處理在苗期灌水量見表1。試驗(yàn)小區(qū)為2.8 m×4 m，小區(qū)間距1 m，小區(qū)間由1 m 深建筑防水膜(SBS)隔離，防止土壤水分橫向滲透運(yùn)移。供試玉米品種為鄭丹958，種植密度為50 000 株/hm2，株間距30 cm，行間距60 cm，7月1日播種，8月4日苗期結(jié)束。播種前施基肥：有機(jī)肥600 kg/hm2(N、P、K≥5%，有機(jī)質(zhì)≥45%)；復(fù)合肥750 kg/hm2(N、P、K≥15%)，施肥方式均為撒施。播前對(duì)種子進(jìn)行篩選并灌水至田間持水率的80%，以保證出苗純度。

表1 試驗(yàn)方案及苗期灌水量

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

試驗(yàn)指標(biāo)均在播種20 d后測(cè)定。

1.3.1生長(zhǎng)及生理指標(biāo)

根系活力及體積：每小區(qū)隨機(jī)選取3株，采用氯化三苯基四氮唑法測(cè)定根系活力[9]；采用液排法測(cè)定根系體積[10]。

株高、莖粗：每小區(qū)隨機(jī)選取6 株，株高用米尺測(cè)量，莖粗用游標(biāo)卡尺于植株基部測(cè)量；莖葉、根鮮干質(zhì)量：用1/100天平稱質(zhì)量，每小區(qū)隨機(jī)選取3 株，根冠比=地下干物質(zhì)質(zhì)量/地上干物質(zhì)質(zhì)量，總干質(zhì)量=地下干物質(zhì)質(zhì)量+地上干物質(zhì)質(zhì)量[11]。

1.3.2群體源性狀

群體源性狀用群體生長(zhǎng)率來表示[12]，其計(jì)算方法為：

λ=(W2-W1)/(T2-T1)

(1)

式中：λ為群體生長(zhǎng)率，g/(m2·d)；W1和W2為前后2次測(cè)定的干物質(zhì)質(zhì)量，g/m2；T1、T2為播后天數(shù)，d；W1、T1為播種時(shí)對(duì)應(yīng)量，故W1、T1均為0。

利用Spss 22.0進(jìn)行均值誤差分析，OriginPro 9.0作圖，數(shù)據(jù)除特殊標(biāo)注外均為所有重復(fù)的平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 微潤(rùn)灌溉對(duì)夏玉米苗期株高、莖粗的影響

圖2為不同微潤(rùn)管布置方式及對(duì)照處理夏玉米苗期的株高、莖粗的影響變化情況。

圖2 夏玉米苗期株高、莖粗注：柱形圖上不同字母表示差異顯著性水平， P<5%。

微潤(rùn)管布置方式對(duì)夏玉米苗期株高有顯著影響，對(duì)莖粗無(wú)顯著影響(圖2)，隨微潤(rùn)管布置密集程度的增加，株高、莖粗呈增加趨勢(shì)，I3處理下的株高與CK2(無(wú)灌水)比較，差異顯著，I3株高比CK1高7.18 %，所有處理的株高均顯著高于CK2。微潤(rùn)灌溉處理的莖粗均低于CK1。不同處理之間莖粗差異不顯著，微潤(rùn)灌溉處理與CK2相比，除I1的莖粗比CK2細(xì)0.87%外，其他處理莖粗均大于CK2，I2的莖粗比CK2大7.36%。

2.2 微潤(rùn)灌溉對(duì)夏玉米苗期鮮、干物質(zhì)累積量的影響

獲取的整株夏玉米，從根部分切，分別稱量地上物質(zhì)(莖葉)與地下物質(zhì)(根系)鮮物質(zhì)質(zhì)量，將其放入烘箱中于105 ℃殺青15 min，75 ℃烘干至恒量并稱質(zhì)量。并分析單植株在不同處理對(duì)物質(zhì)質(zhì)量的影響。

2.2.1對(duì)夏玉米地上部的影響

圖3為不同處理夏玉米苗期莖桿和葉的平均物質(zhì)質(zhì)量。

圖3 微潤(rùn)灌溉對(duì)夏玉米苗期地上鮮、干物質(zhì)質(zhì)量的影響

由圖3可知，隨微潤(rùn)管布置密集程度的增加，夏玉米苗期地上鮮物質(zhì)質(zhì)量，呈增加趨勢(shì)，地上干物質(zhì)質(zhì)量呈先增加后減小趨勢(shì)，I2處理的地上鮮物質(zhì)質(zhì)量比CK1高3.93%。與CK2(無(wú)灌水)相比，微潤(rùn)灌顯著提高了地上鮮物質(zhì)質(zhì)量，I1、I2、I3處理的地上鮮物質(zhì)質(zhì)量分別提高了13.55%、30.47%、32.73%。I2處理比I1、I3分別高7.56%、11.79%，但差異不顯著，微潤(rùn)灌與地下滴灌、無(wú)灌溉處理比較，夏玉米地上干物質(zhì)質(zhì)量均無(wú)顯著性差異。

2.2.2對(duì)夏玉米苗期地下部的影響

圖4為不同處理夏玉米地下物質(zhì)質(zhì)量的平均物質(zhì)質(zhì)量和平均根系體積。

圖4 微潤(rùn)灌溉對(duì)夏玉米苗期地下部的影響

由圖4可知，隨微潤(rùn)管布置密集程度的增加，夏玉米苗期地下鮮物質(zhì)質(zhì)量、地下干物質(zhì)質(zhì)量及根系體積均呈先增加后減小趨勢(shì)，I2處理的地下鮮物質(zhì)質(zhì)量比I1、I3分別高8.80%、3.30%，微潤(rùn)灌溉處理的地下鮮物質(zhì)質(zhì)量均高于CK1(地下滴灌)，但無(wú)顯著差異。與CK2(無(wú)灌水)相比，微潤(rùn)灌溉顯著提高地下鮮物質(zhì)質(zhì)量，I1、I2、I3處理的地下鮮物質(zhì)質(zhì)量分別提高了21.11%、31.76%、27.55%。I2處理的地下干物質(zhì)質(zhì)量比I1、I3分別高7.56%、11.79%，但低于CK1處理。與CK2相比，微潤(rùn)灌溉顯著提高了夏玉米苗期地下干物質(zhì)質(zhì)量，I1、I2、I3處理的地下干物質(zhì)質(zhì)量分別提高了11.66%、20.11%、7.44%。不同處理夏玉米的根系總體積之間差異不顯著。綜合分析認(rèn)為，I2處理可以顯著增加夏玉米植株總干物質(zhì)積累量。

2.2.3對(duì)根冠比及總干物質(zhì)質(zhì)量的影響

通過分析計(jì)算得出夏玉米苗期根冠比和干總干物質(zhì)質(zhì)量，見圖5。

圖5 微潤(rùn)灌溉對(duì)夏玉米苗期根冠比、總干物質(zhì)質(zhì)量的影響

由圖5可知，隨微潤(rùn)管布置密集程度增加，根冠比呈先減小后增加趨勢(shì)，總干物質(zhì)質(zhì)量則呈先增加后減小趨勢(shì)，I2處理促進(jìn)了夏玉米地上部快速生長(zhǎng)，其根冠比最小，而植株總干物質(zhì)質(zhì)量最大。不同微潤(rùn)灌處理的根冠比大于地下滴灌和無(wú)灌溉處理，但差異不顯著；同時(shí)，微潤(rùn)灌處理夏玉米總干物質(zhì)質(zhì)量與地下滴灌相比，僅I2處理高0.53%，它們之間差異不顯著，但顯著高于CK2，I1、I2、I3處理的總干物質(zhì)質(zhì)量分別比CK2增加了33.25%、41.31%、31.14%。

2.3 群體生長(zhǎng)率

作物生長(zhǎng)速率是評(píng)價(jià)作物生長(zhǎng)的綜合生長(zhǎng)指標(biāo)，而在群體系統(tǒng)中，群體生理指標(biāo)綜合的基因效應(yīng)、群體結(jié)構(gòu)等系統(tǒng)的描述了單位土地面積上的生產(chǎn)能力，群體生長(zhǎng)率(CGR)越高，表明該單位土地面積上的生產(chǎn)能力越強(qiáng)[13]。根據(jù)公式(1)計(jì)算了不同處理下的群體生長(zhǎng)率(圖6)。由圖6可知，隨微潤(rùn)管布置密集程度的增加，群體生長(zhǎng)率呈先增加后減小趨勢(shì)，僅I2處理比CK1高2.50 %，但差異不顯著。微潤(rùn)灌處理的群體生長(zhǎng)率顯著高于CK2，與CK2相比，I1、I2、I3處理的群體生長(zhǎng)率分別提高31.03 %、41.37 %、29.90 %。

圖6 微潤(rùn)灌溉對(duì)夏玉米苗期群體生長(zhǎng)率的影響

3 討 論

研究發(fā)現(xiàn)，微潤(rùn)管布置密集程度對(duì)作物的生長(zhǎng)有不同程度的影響，3管2行微潤(rùn)灌為最佳布置方式，夏玉米株高莖粗生長(zhǎng)最好，干物質(zhì)積累速度大于地下滴灌和無(wú)灌溉處理，其群體生長(zhǎng)率也高于地下滴灌與無(wú)灌溉處理。可能是由于夏季苗期溫度高，降雨少且作物根系主要集中在土壤表層，在不灌水處理下土壤含水率過小，作物生長(zhǎng)受到抑制；地下滴灌處理下，為間歇性灌溉[14]，高溫下土壤水分不能適時(shí)適量的提供給作物生長(zhǎng)，從而對(duì)作物生長(zhǎng)產(chǎn)生局部限制。1管1行處理微潤(rùn)管的出流量過小，影響夏玉米生長(zhǎng)，而2管1行下的灌水量大，由于屬于連續(xù)灌溉，根區(qū)土壤空隙一直處于充水狀態(tài)，作物根系受到低氧脅迫，從而影響作物生長(zhǎng)，使得土壤含水率過大，減小土壤空隙，使得作物根系受到低氧脅迫，從而影響作物的生長(zhǎng)[15]。蔣桂英[4]研究認(rèn)為隨滴灌帶布置密集程度的增加有助于提高產(chǎn)量及作物生長(zhǎng)的穩(wěn)健性，這與本試驗(yàn)研究不一致，由于滴灌為間歇性灌水，而本試驗(yàn)的微潤(rùn)灌溉為連續(xù)性灌溉[2]，灌水方式的不同，隨著滴灌帶數(shù)量的適度增加，增大了土壤含水率，保證作物根系吸水充分，健康生長(zhǎng)，在灌水間歇期，土壤空閑充足，保證根系氧氣供應(yīng)，而微潤(rùn)灌連續(xù)灌溉，當(dāng)毛管間距過小時(shí)，土壤孔隙中將長(zhǎng)期被水分占據(jù)，植物根系長(zhǎng)期處于低氧脅迫狀態(tài)，抑制植物健康生長(zhǎng)。另外，何玉琴[3]研究認(rèn)為在一定范圍內(nèi)，微潤(rùn)管布置密集程度增加有利于作物生長(zhǎng)，這與本研究結(jié)果基本一致。

總之，不同微潤(rùn)管布置方式對(duì)夏玉米苗期營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)產(chǎn)生不同程度的影響，然而，夏玉米苗期生長(zhǎng)的因素較多，如土壤水、鹽、熱、有機(jī)物、土壤孔隙與pH值等，微潤(rùn)管布置方式對(duì)土壤哪種因素起主要影響，從而對(duì)玉米苗期生長(zhǎng)產(chǎn)生影響，需要進(jìn)一步細(xì)化深入進(jìn)行研究。

4 結(jié) 論

(1)在夏玉米苗期，微潤(rùn)管布置方式對(duì)夏玉米苗期的生長(zhǎng)具有顯著的影響，隨微潤(rùn)管布置密集程度的增加，株高、莖粗與地上鮮物質(zhì)質(zhì)量呈增加趨勢(shì)，地下鮮物質(zhì)質(zhì)量與干物質(zhì)質(zhì)量、群體生長(zhǎng)率、根系體積均呈先增加后減小趨勢(shì)，根冠比則呈先減小后增加趨勢(shì)。

(2)在微潤(rùn)灌溉3管2行布置方式下夏玉米苗期的株高、莖粗、鮮干物質(zhì)重、群體生長(zhǎng)率、根系體積均高于地下滴灌與未灌溉，3管2行為微潤(rùn)管的最佳布置方式。

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