李明宇

（遼寧省防汛抗旱指揮部辦公室，遼寧 沈陽(yáng) 110003）

1 引言

在中國(guó)，農(nóng)業(yè)是用水大戶，用水總量4 000億m3，占全國(guó)總用水量的70%，其中農(nóng)田灌溉用水量3 600—3 800億m3，占農(nóng)業(yè)用水量的90%—95%。水資源不足嚴(yán)重制約著中國(guó)北方干旱、半干旱地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)[1，2]。根據(jù)作物產(chǎn)量與水分關(guān)系，發(fā)展節(jié)水灌溉，力求用盡可能少的水資源達(dá)到農(nóng)作物穩(wěn)產(chǎn)和高產(chǎn)，是緩解干旱、半干旱地區(qū)水資源緊缺的一條切實(shí)可行的途徑[3，4]。

東北四省區(qū)是我國(guó)玉米最主要的產(chǎn)區(qū)，種植面積和總產(chǎn)量均占到全國(guó)30%左右，對(duì)保障我國(guó)糧食安全起著重要的作用。由于近些年?yáng)|北地區(qū)干旱頻發(fā)，受旱持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、受災(zāi)面積大、玉米減產(chǎn)幅度大等問題，我國(guó)糧食安全受到了嚴(yán)重威脅。為了確保我國(guó)糧食安全，國(guó)家在農(nóng)田中增加了大量灌溉設(shè)備，如何用好這些灌溉設(shè)備是擺在我們面前的一項(xiàng)突出問題。因此，研究噴灌、滴灌及自然降雨條件下的作物需水規(guī)律及灌溉制度的重要性日益明顯。噴灌與農(nóng)戶常用的地面灌溉相比，可節(jié)水30%—50%，提高糧食作物產(chǎn)量10%—20%，經(jīng)濟(jì)作物20%—30%，蔬菜1—2倍[5，6]；與管灌相比，噴灌可提高水分利用效率17.67%[7]。實(shí)施噴灌還能調(diào)節(jié)田間的小氣候，提高農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)，防治作物的病蟲害，促進(jìn)灌溉的機(jī)械化、自動(dòng)化[8]。膜下滴灌是將滴灌技術(shù)與覆膜種植技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來的灌溉技術(shù)。滴灌可實(shí)現(xiàn)作物按需供水，其灌水方式可使作物根區(qū)土壤經(jīng)常保持較高的含水量；覆膜減少了水分散失，提高了水分利用的有效性。膜下滴灌技術(shù)創(chuàng)造了有利于作物生長(zhǎng)發(fā)育的水、肥、氣、熱環(huán)境，獲得較好的節(jié)水增產(chǎn)效果[9]。

玉米是遼寧北部風(fēng)沙區(qū)的主要糧食作物，在當(dāng)?shù)芈氏乳_展玉米膜下滴灌、噴灌及自然降雨三種不同灌溉條件下的對(duì)比研究，以探求更加高效、實(shí)用的灌溉方式及設(shè)備，為當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)灌溉提供技術(shù)支撐。

2 材料和方法

2.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2019年在遼寧省阿爾鄉(xiāng)灌溉試驗(yàn)站進(jìn)行，試驗(yàn)站位于遼寧省阜新市彰武縣阿爾鄉(xiāng)鎮(zhèn)北甸子村，地處科爾沁沙地南緣，東、西、北三面與內(nèi)蒙古科左后旗比鄰，屬于溫帶半干旱季風(fēng)氣候，其主要特征是干燥，風(fēng)沙大。年平均氣溫6.1℃，平均濕度58%，無霜期154天；多年平均降水量為307mm，多年平均蒸發(fā)量1 777.6—1 783.4mm；降水量年內(nèi)分布不均，夏季降水量占全年降水量的66%以上；年平均風(fēng)速3.7—4.2m·s-1，最大風(fēng)速24m·s-1，干燥系數(shù)1.0—1.8，沙包天氣10—15d，主要出現(xiàn)于春季。土壤為風(fēng)沙土，干容重1.69g·cm-3，土壤顆粒粒徑主要分布在0.075—2mm之間，其中0.5—2mm 占 0.5%，0.25—0.5mm 占 28.3%，0.075—0.25mm占69.7%，小于0.075mm顆粒占1.8%。有機(jī)質(zhì)含量為0.66mg·kg-1，土壤堿解氮7.2mg·kg-1，速效磷1.7mg·kg-1，速效鉀19.1mg·kg-1，全氮0.006mg·kg-1，田間持水率為6.32%，飽和含水率為16.88%，試驗(yàn)區(qū)地下水埋深為1.5—2.8m。

2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)為單因素試驗(yàn)，設(shè)置三種不同灌溉方式，即自然降雨、膜下滴灌和大田噴灌，每個(gè)處理設(shè)置三次重復(fù)。自然降雨條件即全生育期不灌水，僅靠自然降雨；膜下滴灌，滴灌帶位于壟中央，單條滴灌帶灌溉兩行玉米，滴頭間距0.3m，滴頭流量4L/h，全生育期滴灌水總量為110mm，分五次灌溉，每次灌水時(shí)期及水量見表1；噴灌選用壓力式噴頭，噴管高于地面1.5m，噴頭噴射半徑為7.5m，出水量12L/h，全生育期灌水200mm，每次灌水時(shí)期及水量見表1。本試驗(yàn)三個(gè)試驗(yàn)處理的玉米栽培品種選用當(dāng)?shù)仄贩N“遼單565”，施肥、噴藥、除草等管理措施采用當(dāng)?shù)刂懈弋a(chǎn)管理模式，三個(gè)灌溉試驗(yàn)處理除灌溉方式不同外，其余試驗(yàn)條件均保持一致。玉米采用大壟雙行種植，壟距1.2m，玉米寬行距0.8m，窄行距0.3m，種植密度為5.56萬株/hm2。每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)內(nèi)有5壟，壟長(zhǎng)5m，小區(qū)面積達(dá)30m2，種植面積較大，能夠滿足試驗(yàn)要求。

表1 不同試驗(yàn)因素及灌溉方法

2.3 觀測(cè)指標(biāo)

2.3.1 土壤容重和田間持水量

在土壤翻耕前，挖1m土壤剖面，以20cm為一層，逐層采集，測(cè)定土壤含水量，土壤容重、田間持水量，具體指標(biāo)測(cè)定值見表2。

表2 不同土層深度土壤水分測(cè)定值

2.3.2 土壤含水量監(jiān)測(cè)

自播種后，每間隔7天監(jiān)測(cè)一次土壤含水量，直至收獲。采用土鉆取土，取樣深度100cm，以20cm為一層；各處理選取三個(gè)樣點(diǎn)取樣，烘干稱重測(cè)定含水量；滴灌處理在距滴頭水平距離20cm、40cm、60cm、80cm、100cm等處分別取樣。每次較大降水及灌水前、后都加測(cè)。

2.3.3 灌水量

采用水表對(duì)每個(gè)處理小區(qū)單獨(dú)計(jì)量。

2.3.4 玉米生長(zhǎng)性狀

株高、莖粗、葉面積為10天觀測(cè)一次。

（1）株高

每個(gè)處理選取10株定點(diǎn)掛牌進(jìn)行測(cè)量，抽雄期前為土面至最高葉尖的高度，抽雄期后由土面量至雄穗端的高度。

（2）葉面積每個(gè)點(diǎn)或處理定點(diǎn)掛牌測(cè)量3—5株，7—10天觀測(cè)一天，；采用卷尺測(cè)量玉米植株株高和全部展開葉的葉長(zhǎng)，最大葉寬，并將它們相乘再乘以經(jīng)驗(yàn)系數(shù)0.75，然后將所有葉片面積相加獲得，從而計(jì)算出葉面積。

（3）莖粗

對(duì)不同處理測(cè)定株高的同時(shí)，采用游標(biāo)卡尺測(cè)定莖粗，抽雄以前測(cè)定離地面6cm的橫位直徑（位置固定），抽雄期后測(cè)定玉米植株地上第三節(jié)中部的橫位直徑，不同處理的測(cè)定高度及方法要一致。

2.3.5 產(chǎn)量

在玉米收獲時(shí)期對(duì)玉米果實(shí)進(jìn)行考種測(cè)產(chǎn)。包括穗長(zhǎng)、禿尖長(zhǎng)、穗粗、穗行數(shù)、穗粒數(shù)、百粒重及產(chǎn)量。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同灌溉方式對(duì)玉米株高、莖粗的影響

由圖1可知，各處理下玉米株高變化整體趨于一致，在生長(zhǎng)期內(nèi)持續(xù)增高，到抽雄灌漿期內(nèi)趨于平穩(wěn)，成熟期達(dá)到最高；由表3知，各處理出苗時(shí)間不同，膜下滴灌處理出苗最早，噴灌處理出苗時(shí)間推遲1天，自然降雨處理推遲2天；各處理在7月1日前（7葉期末）株高差距不大，7月11日（拔節(jié)期）后株高差距逐漸加大，株高一直表現(xiàn)為膜下滴灌＞噴灌＞自然降雨。從出苗到七葉期之間，各處理玉米株高差異不大，表明苗期不同灌溉方式對(duì)玉米生長(zhǎng)影響較小。圖2為各處理方式的最終株高，方差分析顯示膜下滴灌與自然降雨的最終株高差異顯著，不同處理其株高大小順序?yàn)槟は碌喂啵緡姽啵咀匀唤涤?，膜下滴灌的最終株高比自然降雨高56%。三種灌溉方式下玉米莖粗波動(dòng)不大，基本上保持膜下滴灌＞噴灌＞自然降雨的趨勢(shì)。與自然降雨相比，噴灌和膜下滴灌可分別增加最終莖粗11%和42%。

圖1 不同灌溉方式下的株高、莖粗變化

表3 不同灌溉方式生育期劃分

圖2 不同灌溉方式下最終株高方差分析

3.2 不同灌溉方式對(duì)玉米葉面積的影響

不同處理下玉米葉面積變化過程由圖3可見，6月30日前各處理葉面積指數(shù)差異不明顯，待7月10日（拔節(jié)）后，各處理葉面積出現(xiàn)明顯差異，膜下滴灌植株葉面積最大，其次為噴灌，自然降雨處理植株的葉面積最小。7月30日抽雄后葉面積達(dá)到最高值，其中膜下滴灌的最大，其次是噴灌，最后是自然降雨，隨后進(jìn)入成熟期，植株底部的葉片開始衰敗，綠葉面積減少。不同灌溉方式下玉米葉面積從苗期到成熟期呈現(xiàn)單峰曲線變化，抽雄期葉面積最大，隨后下降，處理間葉面積差異最大是在抽雄期。

圖3 不同灌溉方式下的葉面積變化

3.3 不同灌溉方式對(duì)玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響

表4 為試驗(yàn)各處理作物考種指標(biāo)的對(duì)比，分別對(duì)穗長(zhǎng)、禿尖長(zhǎng)、穗粗、穗行數(shù)、穗粒數(shù)、百粒重六項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比。首先是禿尖長(zhǎng)，大小順序?yàn)槟は碌喂啵緡姽啵咀匀唤涤?，但三者之間沒有顯著差異；穗長(zhǎng)大小順序?yàn)槟は碌喂啵緡姽啵咀匀唤涤辏咧g沒有顯著差異；穗粗大小順序?yàn)閲姽唷帜は碌喂啵咀匀唤涤?，但三者之間沒有顯著差異；穗行數(shù)大小順序?yàn)閲姽啵灸は碌喂啵咀匀唤涤?，但三者之間沒有顯著差異；穗粒數(shù)大小順序?yàn)閲姽啵灸は碌喂啵咀匀唤涤?，其中噴灌與滴灌處理無顯著差異,但均顯著高于自然降雨；百粒重大小順序?yàn)槟は碌喂啵緡姽啵咀匀唤涤?，其中噴灌和膜下滴灌較自然降雨分別提高49%、62%，噴灌和膜下滴灌無顯著差異，但均顯著高于自然降雨。各項(xiàng)指標(biāo)中，噴灌和膜下滴灌可顯著增加玉米穗粒數(shù)與百粒重。所有考種指標(biāo)中，膜下滴灌和噴灌處理明顯強(qiáng)于自然降雨，反映出灌水處理優(yōu)于自然降雨，而膜下滴灌灌溉方式對(duì)于玉米產(chǎn)量的增長(zhǎng)促進(jìn)作用最大。與自然降雨相比，膜下滴灌和噴灌可分別增加玉米產(chǎn)量43.05%、23.32%，均達(dá)到顯著性水平。

表4 不同灌溉方式下的產(chǎn)量指標(biāo)

3.4 不同灌溉方式對(duì)土壤水分及水分利用效率的影響

不同處理方式土壤含水率均值數(shù)據(jù)如表5，變化趨勢(shì)如圖4所示，各處理整體變化趨勢(shì)一致，在生長(zhǎng)期內(nèi)均為三次過程升降。自然降雨和膜下滴灌波動(dòng)較大；噴灌處理曲線變化最為平緩，為三組中波動(dòng)最小的一組，穩(wěn)定性較好；膜下滴灌整體含水率較高，含水量較高，尤其在玉米播種時(shí)期、出苗時(shí)期要明顯強(qiáng)于噴灌和自然降雨處理，可見覆膜處理在早期玉米植株覆蓋率較低時(shí)保水性較好，這對(duì)玉米的生長(zhǎng)起到很大的促進(jìn)作用。從水分利用效率看，膜下滴灌較噴灌和自然降雨可分別提高93%、53%。

圖4 不同處理方式土壤含水率變化趨勢(shì)

表5 不同處理的水分利用效率

4 討論

一般研究均表明，玉米的生長(zhǎng)對(duì)水分條件較為敏感。姚啟倫等研究表明，水分缺乏時(shí)，株高、總?cè)~面積、地上部干質(zhì)重等均不同程度地下降[10]。焦艷平等研究也表明，株高、莖粗、葉面積指數(shù)、地上部分干物質(zhì)積累量等均隨著土壤水勢(shì)的升高而增加[11]。相關(guān)實(shí)驗(yàn)表明，株高是玉米獲得高產(chǎn)的基礎(chǔ)，與籽粒重及飽滿程度密切相關(guān)。株高變小往往會(huì)造成玉米葉面積變小，光合功能降低，直接影響玉米干物質(zhì)積累及生物學(xué)產(chǎn)量的形成[12]。本研究膜下滴灌的土壤水分高于自然降雨和噴灌，這在一定程度上為玉米生長(zhǎng)提供了一個(gè)較好的水分環(huán)境從而促進(jìn)了玉米的生長(zhǎng)。噴灌和膜下滴灌較自然降雨均能提高玉米植株的株高，且膜下滴灌的作用效果更好。三種灌溉方式下玉米莖粗波動(dòng)不大，但噴灌和膜下滴灌的莖粗始終高于自然降雨，可見有灌溉保證的處理莖粗要優(yōu)于自然降雨條件，而對(duì)于膜下滴灌和噴灌這兩種灌溉方式，膜下滴灌的莖粗值始終高于噴灌，可見膜下滴灌更有利于玉米莖部生長(zhǎng)。

5 結(jié)論

通過玉米不同灌溉方式試驗(yàn)研究，得到以下結(jié)論：

（1）不同控制灌溉方式下土壤含水率會(huì)發(fā)生明顯變化，在玉米播種時(shí)期、出苗時(shí)期膜下滴灌土壤含水量要明顯高于其他兩組處理。

（2）在玉米生長(zhǎng)指標(biāo)方面，其株高、莖粗、葉面積平均值均出現(xiàn)膜下滴灌＞噴灌＞自然降雨的順序，表明膜下滴灌更適合促進(jìn)玉米生長(zhǎng)。

（3）膜下滴灌條件下玉米產(chǎn)量最高，噴灌處理產(chǎn)量也有增加，較自然降雨分別增加43.05%、23.32%，自然降雨產(chǎn)量最低。

（4）綜合比較三種不同灌溉方式，膜下滴灌是最適合在本地推廣的灌溉方式。