摘要：為研究水氣互作對(duì)膜下滴灌玉米生理生長(zhǎng)及產(chǎn)量的影響，探尋膜下滴灌玉米適宜的水氣組合模式，以‘新玉66’為試驗(yàn)材料，設(shè)置3 375（W1）、4 500（W2）、5 625（W3）、6 750 m3?hm-2（W4）4個(gè)灌溉水平和加氣滴灌（A）與不加氣滴灌（C）2種灌水方式，分析不同水、氣處理下滴灌玉米生理生長(zhǎng)和產(chǎn)量的變化。結(jié)果表明，隨著灌水量增加，玉米的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率、地上部干物質(zhì)量及產(chǎn)量先增大后降低，胞間CO2濃度和灌溉水分利用效率降低，W3水平下產(chǎn)量最大。加氣滴灌較不加氣處理提高了玉米的株高、莖粗、葉面積指數(shù)；加氣滴灌下玉米凈光合速率顯著增加5.39%～10.09%（Plt;0.05），氣孔導(dǎo)度顯著提高10.64%～18.40%（Plt;0.05），蒸騰速率顯著增加7.07%～15.27%（Plt;0.05），干物質(zhì)量顯著增加5.53%～7.76%（Plt;0.05），在W3灌溉水平下增長(zhǎng)率最大。加氣滴灌使玉米產(chǎn)量和灌溉水分利用效率平均提高3.58%～6.64%和3.36%～6.63%，在W3灌溉水平下的影響更顯著（Plt;0.05），AW3處理玉米產(chǎn)量達(dá)到最大，為14 629 kg?hm-2。以上結(jié)果表明，AW3處理即加氣滴灌下、灌水量為5 625 m3?hm-2時(shí)，可促進(jìn)膜下滴灌玉米生長(zhǎng)，提高產(chǎn)量。以上研究結(jié)果可為新疆干旱綠洲區(qū)玉米生產(chǎn)提供理論基礎(chǔ)及技術(shù)指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：加氣灌溉；膜下滴灌；玉米；生理生長(zhǎng)；產(chǎn)量

doi：10.13304/j.nykjdb.2022.0963

中圖分類號(hào)：S513 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1008‐0864（2024）08‐0189‐12

膜下滴灌是滴灌節(jié)水技術(shù)與地膜覆蓋技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，在增溫保墑、抑制雜草、提高作物產(chǎn)量等方面發(fā)揮了突出作用[1‐2]。為解決缺水問(wèn)題，以實(shí)現(xiàn)荒漠綠洲的節(jié)水高產(chǎn)，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，膜下滴灌技術(shù)成為當(dāng)前新疆地區(qū)主要的灌水技術(shù)[3]。玉米是新疆重要的糧食作物，到2020年新疆玉米種植面積已達(dá)1.05×106 hm2[4]，隨著覆膜的大面積應(yīng)用，膜下滴灌技術(shù)遇到了新的問(wèn)題。地膜覆蓋阻止了大氣與土壤氣體交換，無(wú)法及時(shí)補(bǔ)充作物根區(qū)土壤呼吸所消耗的氧氣[5]，阻礙了土壤中二氧化碳的排出，降低了土壤的通氣性[6]。同時(shí)，滴灌灌水頻繁，間斷式增大土壤水分含量，減少了土體中氣體的有效含量[7]。土壤缺氧影響根系微環(huán)境微生物和酶活性，降低根系活力，影響作物對(duì)土壤水分、養(yǎng)分的吸收利用，降低地上部營(yíng)養(yǎng)器官功能，使作物生長(zhǎng)緩慢，易產(chǎn)生歉收現(xiàn)象[8‐9]。加氣灌溉通過(guò)向作物根區(qū)直接輸送水分和氧氣，有效改善作物根區(qū)氧氣環(huán)境，為作物生理生長(zhǎng)提供有益環(huán)境，進(jìn)而提高作物產(chǎn)量與品質(zhì)[10]，凸顯其在解決因灌水、覆膜及土壤緊實(shí)等導(dǎo)致的根區(qū)缺氧問(wèn)題方面的潛力。Li等[11]研究表明，番茄株高和莖粗對(duì)土壤加氣具有積極響應(yīng)。Ben-noah等[12]研究表明，加氣灌溉可以大幅度增加辣椒的單株數(shù)、單重和產(chǎn)量。Pendergast 等[13]研究得出，加氣灌溉改善作物的生長(zhǎng)環(huán)境，從而提高水分生產(chǎn)率和作物的產(chǎn)量與品質(zhì)。適宜的水氣比例顯著增強(qiáng)土壤通透性，有利于土壤微生物的活動(dòng)，提高土壤肥力，保證作物根系的良好生長(zhǎng)，促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)[14]。其機(jī)理是加氣促進(jìn)作物光合作用及光合產(chǎn)物的積累與運(yùn)轉(zhuǎn)、利于根系生長(zhǎng)發(fā)育及對(duì)土壤礦物質(zhì)元素的吸收，增加土壤微生物群落多樣性及酶活性[15‐16]。

目前，對(duì)加氣灌溉的研究大多集中于加氣方式、加氣頻率、加氣埋深及施肥量等方面對(duì)作物生理生長(zhǎng)、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，研究對(duì)象多以番茄、馬鈴薯等蔬菜作物為主，且主要集中在設(shè)施農(nóng)業(yè)中。本研究以大田膜下滴灌玉米為研究對(duì)象，采用文丘里加氣灌溉方式，通過(guò)設(shè)置不同灌水水平，研究水氣互作對(duì)膜下滴灌玉米生理生長(zhǎng)、干物質(zhì)積累、產(chǎn)量及灌溉水分利用效率的影響，探究北疆地區(qū)加氣滴灌下玉米適宜的灌溉制度，為新疆干旱綠洲區(qū)玉米生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)，研究結(jié)果對(duì)緩解區(qū)域水資源短缺和促進(jìn)膜下滴灌可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況及試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2021年4—9月在現(xiàn)代節(jié)水灌溉兵團(tuán)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)基地暨石河子大學(xué)節(jié)水灌溉試驗(yàn)站（44°18′28″N、86°03′47″E，海拔450 m）開展。該區(qū)年平均降水量207 mm，年平均蒸發(fā)量1 660 mm，年平均日照時(shí)數(shù)2 865 h。試驗(yàn)田地下水埋深8 m以下，土壤質(zhì)地為壤土。通過(guò)研究現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)氣象站記錄試驗(yàn)期間的氣象數(shù)據(jù)（圖1），玉米全生育期總降雨量和平均氣溫分別為74.1 mm 和23.18 ℃。

供試玉米品種為‘新玉66’。地膜選用新疆天業(yè)公司生產(chǎn)的聚乙烯普通塑料地膜；滴灌管選用新疆昌吉市通四方塑料廠生產(chǎn)的低密度聚乙烯管，外徑16 mm。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)定灌水量和灌水方式2 個(gè)因素。其中，灌水量（W）設(shè)置4個(gè)水平，分別為3 375（W1）、4 500（W2）、5 625（W3）和6 750 m3?hm-2（W4）；灌水方式（AC）設(shè)置2種，分別為加氣滴灌（A）和不加氣滴灌（C），進(jìn)行完全隨機(jī)組合設(shè)計(jì)，共計(jì)8個(gè)處理（表1）。每個(gè)處理3次重復(fù)，試驗(yàn)小區(qū)面積均為18 m2（3 m×6 m）。玉米于4月22日播種，種植方式為1 膜2 管4 行（圖2），膜寬1.45 m，滴灌管間距90 cm，滴灌管埋深5 cm，株距22 cm，窄行間距30 cm，寬行間距60 cm，播種深度3～4 cm。根據(jù)當(dāng)?shù)厣a(chǎn)實(shí)踐并借鑒已有研究[17‐18]確定玉米各生育期灌水方案如表2所示。滴灌管滴頭流量3.2 L?h-1，滴頭間距30 cm；加氣滴灌試驗(yàn)處理利用文丘里空氣射流器（Mazzei air injector 1078）進(jìn)行加氣，每個(gè)加氣處理小區(qū)首部獨(dú)立安裝加氣裝置（蓄水桶、水泵、文丘里管、回流管、壓力表、旋翼式水表），使用回流管將灌溉水往復(fù)通過(guò)文丘里射流器進(jìn)行循環(huán)曝氣。通過(guò)調(diào)節(jié)回流管路閥門保證加氣過(guò)程中文丘里進(jìn)水口壓力為0.1 MPa，摻氣比約15%，灌水量通過(guò)旋翼式水表計(jì)量。各處理其余田間管理措施均一致。