焦炳忠，任秋實(shí)，郭媛姣，王 力，孫兆軍,2,3,4

(1.寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院，銀川 750021；2.寧夏大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，銀川 750021；3.寧夏大學(xué)環(huán)境工程研究院，銀川 750021；4.寧夏(中阿)旱區(qū)資源評(píng)價(jià)與環(huán)境調(diào)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，銀川 750021)

0 引 言

寧夏中部干旱帶主要在農(nóng)、林、牧等系統(tǒng)的匯合處，氣候變化異常，春季干旱、風(fēng)大，土壤表面的蒸發(fā)受氣候影響非常強(qiáng)烈，作物種植的各時(shí)期與降雨時(shí)間不對(duì)稱(chēng)。太陽(yáng)光和紫外線(xiàn)照射充足，用水泵抽水提供灌溉是制約干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的因素，發(fā)展精準(zhǔn)化灌溉成為當(dāng)前面臨的關(guān)鍵問(wèn)題[1]。干旱區(qū)域地下水深，灌溉水滲漏嚴(yán)重，農(nóng)作物很難在短時(shí)間內(nèi)吸收全部的灌溉水，因此，精準(zhǔn)灌溉對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)和減少水資源成為限制農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的主因[2]。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，減少地表水分蒸發(fā)、地下滲漏、作物在各生育時(shí)期對(duì)水分消耗，以及提高農(nóng)作物對(duì)水分利用效率更為重要[3-6]。許多學(xué)者[7-13]通過(guò)設(shè)置不同灌水定額與不覆蓋方式和覆膜等組合模式對(duì)玉米農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量進(jìn)行了研究，表明膜下高水量的灌溉對(duì)玉米全生育期需水量與灌水量線(xiàn)性相關(guān)，并且玉米的水分利用效率達(dá)到最低。本田間試驗(yàn)采取不同的灌溉定額和種植模式組合，對(duì)揚(yáng)黃灌區(qū)玉米等間距種植模式和大水漫灌的灌溉方式進(jìn)行改進(jìn)并開(kāi)展小區(qū)試驗(yàn)，為當(dāng)?shù)馗淖冇衩追N植方式提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2016年在寧夏王團(tuán)科技園開(kāi)展。該區(qū)域干旱，春、夏季降雨量少，秋季降雨偏多，年平均降水量270 mm，西北風(fēng)多，導(dǎo)致地表水分散失過(guò)快，年平均氣溫8.6 ℃，年平均日照3 024 h。試驗(yàn)區(qū)田間持水率21.43%，全鹽0.27 g/kg，全氮0.62 g/kg，全磷0.75 g/kg，速效磷24.13 mg/kg，速效鉀190.00 mg/kg，有機(jī)質(zhì)7.90 mg/kg，pH 7.65，土壤容重1.28 g/cm3。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

設(shè)膜側(cè)、膜下、露地3種種植模式和2 400、3 000、3 600 m3/hm23種灌溉定額的隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)，共9個(gè)處理。灌水定額的設(shè)計(jì)是依據(jù)當(dāng)?shù)赜衩缀乃亢蛥⒖嘉墨I(xiàn)。田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)Tab.1 Experimental design

供試玉米品種為當(dāng)?shù)囟嗄攴N植，種植方式采用寬行(700 mm)和窄行(30 mm)，株距30 cm，地膜90 cm，種植株數(shù)為81 900 株/hm2。小區(qū)長(zhǎng)5 m，寬5.7 m，面積180 hm2，共計(jì)9個(gè)處理，共27個(gè)小區(qū)，每小區(qū)種10行玉米、5條滴灌帶，每條滴灌帶控制兩行玉米，滴灌帶滴頭流量為1.5 L/h。

5月10日試驗(yàn)地撒施二銨(300 kg/hm2)、鉀肥(450 kg/hm2)作為基肥，深旋并平整試驗(yàn)地，劃分小區(qū)，按照試驗(yàn)方案鋪普通PE白色膜。5月11日，鋪設(shè)滴灌帶，按照試驗(yàn)計(jì)劃灌溉150 m3/hm2，主要保證玉米出苗率；5月12日人工進(jìn)行種植；5月23日出苗；5月28日定苗；7月9日拔節(jié)期；7月28日大喇叭口期；8月16日抽雄期；9月4日灌漿期，9月15日乳熟期，10月11日成熟期，收獲10月13日，全生育期為155 d，全生育期內(nèi)降雨量為167 mm。玉米施肥情況見(jiàn)表2。在整個(gè)試驗(yàn)中，灌溉水來(lái)自黃河水，儲(chǔ)存到水庫(kù)經(jīng)過(guò)沉淀晾曬利用水泵抽水灌溉。

表2 玉米各生育階段的施肥Tab.2 Fertilization in the growth stages of corn

1.3 觀測(cè)項(xiàng)目

生長(zhǎng)指標(biāo)及產(chǎn)量：觀測(cè)各小區(qū)玉米出苗時(shí)間；各生育時(shí)期的農(nóng)藝性狀和各小區(qū)產(chǎn)量。

土壤含水率：在玉米整個(gè)生育時(shí)期，用采土樣的方法在0～100 cm范圍，每20 cm取1次，用烘干法測(cè)。

產(chǎn)量：玉米在成熟期時(shí)，選定良好的天氣，對(duì)各小區(qū)作物全部測(cè)產(chǎn)，人工收獲，脫粒，將其化為畝產(chǎn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同灌溉定額和種植模式對(duì)玉米生育時(shí)期的影響

根據(jù)揚(yáng)黃灌區(qū)氣候條件和玉米生長(zhǎng)特性，玉米的灌水日期和各處理灌水量如表3所示。

該試驗(yàn)在沒(méi)有漫灌的前提下開(kāi)展的，為保證玉米的發(fā)芽和出苗，各試驗(yàn)于5月11日進(jìn)行第一次灌水，灌水量均為150 m3/hm2。定苗后根據(jù)試驗(yàn)方案進(jìn)行試驗(yàn)。從表3可以看出，在3種種植方式下，高水量處理的灌溉定額3 600 m3/hm2比中水量處理多了600 m3/hm2，低水量處理多了1 200 m3/hm2。

2.2 不同灌溉定額和種植模式對(duì)玉米株高的影響

由圖1可以看出，從拔節(jié)期到抽雄期，在較短的時(shí)間內(nèi)，增幅很大，并且各處理間也有明顯的變化，在拔節(jié)期(6月21日)CG株高最高為110.1 cm，比LD株高高31.1 cm，到抽雄期(8月5日)增長(zhǎng)到248 cm，增長(zhǎng)了137.9 cm；抽雄期到成熟期，CG的株高從抽雄期(8月5日)248 cm增長(zhǎng)到成熟期(10月4日)290.3 cm，增長(zhǎng)了42.3 cm，營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期CG的增長(zhǎng)幅度比生殖生長(zhǎng)期高95.6 cm，在抽雄期前，玉米主要進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)，株高增長(zhǎng)快，到了抽雄期，玉米進(jìn)入生殖生長(zhǎng)階段，此時(shí)光合作用的產(chǎn)物有一部分用于籽粒的生長(zhǎng)。在抽雄期(8月5日)各處理的株高從高到低依次為，在成熟期(10月4日)各處理的株高從高到低依次為CG>CZ>XG>XZ>CD>LG>XD>LZ>LD。在相同灌溉定額條件下，膜側(cè)和膜下在苗期(5月26日)到抽雄期(8月5日)玉米株高漲幅比露地種植高。在相同種植模式下，高水量的處理比低水量的處理，株高在各生育時(shí)期高，并且增幅快。

表3 各處理灌水日期和實(shí)際灌溉量 m3/hm2

圖1 不同灌溉定額和種植模式對(duì)玉米株高變化Fig.1 Changes of maize plant height under different irrigation quota and Planting Patterns

2.3 不同灌溉定額和種植模式對(duì)玉米葉片數(shù)的影響

葉片數(shù)的多少直接影響玉米的光合作用、呼吸作用，進(jìn)而對(duì)玉米的生長(zhǎng)性狀、籽粒飽滿(mǎn)和產(chǎn)量都有影響。由圖2可以看出，苗期(5月26日)膜側(cè)和膜下種植比露地種植葉片數(shù)多1片，主要是在播之前灌溉相同水量10 m3，用于玉米出苗，之后第一次灌水在6月24日，此階段作物生長(zhǎng)主要靠播種前灌溉的水和很少的降雨量維持，還有減少地表蒸發(fā)。從苗期(6月9日)開(kāi)始到抽雄期(8月5日)各處理玉米葉片數(shù)增長(zhǎng)速度最快，各處理漲幅從大到小依次為CG>CZ=XG>XZ=CD= LZ> XD>LG>LD，漲幅最大為膜側(cè)高水量處理為10片。從抽雄期(8月5日)到成熟期(10月4日)各處理葉片數(shù)增長(zhǎng)緩慢，成熟期(10月4日)葉片數(shù)從多到少依次為CG=CZ>XG=XZ=CD=XD=LG>LZ>LD，其中CG(16片)比LD(13片)在成熟期葉片數(shù)多3片。在相同灌溉定額條件下，玉米全生育期膜側(cè)葉片數(shù)增加比膜下和露地快。在相同種植模式下，高水量的處理比低水量的處理，葉片數(shù)在各生育時(shí)期多。

圖2 不同灌溉定額和種植模式對(duì)玉米葉片數(shù)變化Fig.2 Changes of maize leaf numbers under different irrigation quota and Planting Patterns

2.4 不同灌溉定額和種植模式對(duì)玉米葉面積指數(shù)的影響

作物葉面積指數(shù)是葉面積大小的表現(xiàn)，葉面積和葉片數(shù)的多少直接影響作物光合作用。由圖3可以看出，苗期到灌漿期各處理的葉面積指數(shù)逐漸增加，灌漿期到成熟期各處理葉面積指數(shù)有所下降。在灌漿期(9月1日)，各處理葉面積指數(shù)從高到低依次為CG>CZ> XG> CD >XZ> LG > XD >LZ >LD，其中CG葉面積指數(shù)(5.92)比LD葉面積指數(shù)(4.83)在灌漿期多18.4%。在相同灌溉定額條件下，玉米全生育期高水量膜側(cè)葉片數(shù)增加比膜下和露地快。在相同種植模式下，高水量的處理比低水量的處理，葉片數(shù)在各生育時(shí)期多。

圖3 不同灌溉定額和種植模式對(duì)玉米葉面積指數(shù)變化Fig.3 Change of Leaf Area Index of Maize under different irrigation quota and Planting Patterns

2.5 不同灌溉定額和種植模式對(duì)玉米干物質(zhì)積累量的影響

由圖4可以看出，從出苗期到成熟期CG比CZ、XZ干物質(zhì)積累量的增長(zhǎng)量分別增多了2.57%和1.70%，CG比XG、LG干物質(zhì)積累量的增長(zhǎng)量分別增多了2.41%和7.13%；CG比LD干物質(zhì)積累量的增長(zhǎng)量增多了11.27%。

圖4 不同灌溉定額和種植模式對(duì)玉米干物質(zhì)累積量變化Fig.4 Changes of dry matter accumulation in maize under different irrigation quota and Planting Patterns

2.6 不同灌溉定額和種植模式對(duì)玉米產(chǎn)量及水分生產(chǎn)效率的影響

圖5可以看出，在種植模式相同下，玉米產(chǎn)量隨著灌水量的增加而增多，其中每公頃產(chǎn)量最高的組合是CG為11.00 t/hm2；在種植模式相同下，玉米產(chǎn)量最高的都是高水量，分別是露地滴灌為9.91 t/hm2、膜下滴灌為10.35 t/hm2、膜側(cè)滴灌為11.00 t/hm2，產(chǎn)量從高到低依次為高水量 >中水量 >低水量。在灌水定額相同下，各種植模式產(chǎn)量最高為膜側(cè)滴灌11.00 t/hm2，其次為膜下滴灌為10.35 t/hm2，露地滴灌最低為9.91 t/hm2。CG比CZ和CD產(chǎn)量分別高6.04%和3.05%， CG比XG和LG產(chǎn)量分別高9.12%和6.01%。說(shuō)明CG處理的效果最好，膜側(cè)高水量種植技術(shù)具有增溫保水、早熟高產(chǎn)、并能夠很好地促進(jìn)玉米全生育期的生長(zhǎng)，增加產(chǎn)量。

采用DPS軟件對(duì)各處理產(chǎn)量進(jìn)行LSD即顯著性多重比較，不同灌水定額和種植模式處理的玉米產(chǎn)量之間存在顯著性差異，其中，CG與其他處理存在極顯著差異；CZ與其他處理存在極顯著差異；CD、XG和XZ之間無(wú)極顯著差異；露地滴灌種植模式下3種灌溉定額下各處理之間存在極顯著差異。

圖5 各處理玉米產(chǎn)量變化Fig.5 Change in maize yield 注：a、b、c等不同字母表示不同處理數(shù)在0.05水平上的差異性顯著。

處理灌溉定額/(m3·hm-2)實(shí)際需水量/(m3·hm-2)實(shí)際產(chǎn)量/(t·hm-2)水分生產(chǎn)效率/(kg·m-3)灌溉水分生產(chǎn)效率/(kg·m-3)LD240037658．842．353．68LZ300042909．602．243．20LG360050109．911．982．75XD240035259．962．824．15XZ3000376510．182．703．39XG3600466510．352．222．87CD2400376510．342．754．31CZ3000397510．662．683．55CG3600465011．002．373．06

由表4可知，灌溉水生產(chǎn)效率從高到低依次為：CD>XD>LD>CZ>XZ>LZ>CG>XG>LG。CD的灌溉水分生產(chǎn)效率最高為4.31 kg/m3，產(chǎn)量為10.34 t/hm2，LG的灌溉水分生產(chǎn)效率最低為2.75 kg/m3，產(chǎn)量為9.91 t/hm2。各處理的水分生產(chǎn)效率從高到低依次為：XD>CD>XZ>CZ>CG>LD>LZ>XG>LG。XD的水分生產(chǎn)效率最高為2.82 kg/m3，產(chǎn)量為9.96 t/hm2，LG的灌溉水分生產(chǎn)效率最低為1.98 kg/m3，產(chǎn)量為9.91 t/hm2。所以，水分生產(chǎn)效率高的灌溉模式組合也不一定產(chǎn)量高。

3 討 論

種植模式和灌溉定額的優(yōu)化組合是旱區(qū)玉米高產(chǎn)高效的主要栽培和節(jié)水措施，已有研究表明[11]，膜下滴灌高水量下玉米的農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量都最優(yōu)；張昊等[14]通過(guò)兩年的大田試驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出不同灌水定額和覆膜種植模式下玉米滴灌對(duì)不同土壤層的水分分布的影響具有顯著差異，并探討了不同灌溉定額下玉米產(chǎn)量、水分利用效率的差異，表明，高水量的膜下滴灌玉米產(chǎn)量與灌水定額大小成正比，并且玉米的水分利用效率達(dá)到最低。本田間試驗(yàn)開(kāi)展了不同種植模式和不同灌溉定額對(duì)玉米各生育時(shí)期玉米農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量以及水分生產(chǎn)效率的變化情況，部分田間試驗(yàn)驗(yàn)證了高水量和覆蓋物下對(duì)玉米的農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量都有增加作用。在相同灌溉定額下，膜側(cè)種植玉米各指標(biāo)比膜下種植和露地種植高；在相同種植模式下，高水量處理的玉米各指標(biāo)比中水量和低水量處理的高。

本研究表明，處理XD的水分利用效率最高，為2.82 kg/m3，灌溉定額為2 400 m3/hm2；處理LG的水分利用效率最低，為1.98 kg/m3，灌溉定額為3 600 m3/hm2。說(shuō)明灌水較多和有覆蓋物的種植方式，更有利于對(duì)玉米產(chǎn)量的提高，但水分利用效率不是很高。因此，選擇合適的覆蓋方式，適當(dāng)?shù)亟档陀衩椎墓嗨?，有利于提高玉米的水分利用效率?/p>

4 結(jié) 語(yǔ)

采用膜側(cè)種植玉米比膜下種植和露地種植的各生育時(shí)期、農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量最佳。CD的水分生產(chǎn)效率最高，達(dá)到2.75 kg/m3(產(chǎn)量為10.34 t/hm2)，LG的水分生產(chǎn)效率最低，為1.98 kg/m3(產(chǎn)量為9.91 t/hm2)。CG產(chǎn)量最高，為11.00 t/hm2，但水分生產(chǎn)效率僅為2.37 kg/m3，說(shuō)明產(chǎn)量高，水分生產(chǎn)效率不一定最高。膜側(cè)滴灌種植玉米的產(chǎn)量及水分生產(chǎn)效率高于其他灌溉技術(shù)，是寧夏揚(yáng)黃灌區(qū)適宜的節(jié)水灌溉技術(shù)，灌溉定額為2 400 m3/hm2的玉米水分生產(chǎn)效率最高，節(jié)水增效明顯，可作為當(dāng)?shù)剌^適宜的灌溉制度。

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參考文獻(xiàn)：

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