灌溉方式对玉米产量及水分利用的影响

摘要:探索干旱区制种玉米的优良灌溉方式。以制种玉米为研究对象设置了4种灌溉模式，并于2022年在民勤县开展了畦灌、滴灌、常规沟灌、交替沟灌4种灌溉方式下制种玉米的大田试验，在民勤县制种玉米种植上采取交替隔沟沟灌可显著提高制种玉米的生理、产量和水分利用效率，全膜交替沟灌对比全膜畦灌产量提高12.22%、水分利用效率提高了45.35%，对比膜下滴灌产量提高了产量提高14.23%、水分利用效率也只降低了0.8%，对比全膜沟灌水分利用效率提高17.92%、产量增加17.57%。干旱区制种玉米采用交替灌溉的灌溉模式可以提高作物产量和水分利用效率。

(资料图片仅供参考)

关键词:灌溉模式;交替沟灌;产量;水分利用效率

粮为社稷之本，种是粮食之基。种业是国家的战略级的基础核心产业，是保障国家粮食生产安全的基石也是现代农业发展的安全线。而玉米是我国重要的谷类作物，年产量位居我国第二，因此提高制种玉米的产量是刻不容缓的［1］，灌溉制度是延缓玉米受干旱胁迫减产、促进植株生理生长的最有效方法［2］。与传统畦灌相比，滴灌具有明显的节水增效和环境友好等优势，被认为是典型的高效节水灌溉模式［3-4］。刘洋等［5］发现，膜下滴灌可提高作物水分利用效率，具有节水增产的效果。肖玉、贾婷婷等［6］发现沟灌能在保证品质的前提下节约近一半的水资源。高传昌等［7］通过豫西小麦的垄作与平作研究得出，相同灌水量的条件下前者的干物质累积量高，产量可提高5.5%～11.3%。推广节水灌溉技术是大势所驱［8］，河西走廊是我国的玉米主要种植区之一，该地区降雨稀缺，易发生干旱［9］，而民勤县开展玉米灌溉方式效果研究，对当地农业灌溉管理，实现以水定产、以水定种植结构的适水型农业发展具有重要意义［10］。

1试验基地概况

民勤县地处河西走廊东北部，石羊河流域下游、南邻凉州区，西连金昌市，三面环沙，生态环境和生活条件十分恶劣［11］。当地主要灌溉方式以大水漫灌为主，水资源浪费严重［12］。全县土地总面积1.6万km2，绿洲面积为0.144万km2，仅占总面积的9%，其中耕地占4.25%［13］。当地气候为大陆性荒漠气候，平均海拔1400m左右，多年平均降水量为118mm左右，年蒸发量在2600mm左右［14］，年平均气温为7.8℃，平均风速为2.2m/s，土壤容重为1.56g/cm3［15］。

2试验内容与方法

2.1实验设计

为探究不同灌溉模式对制种玉米的生理生长指标的影响，本试验选择4种灌溉方式来控制试验，采用单因素全随机设计实验。试验采用同康193为母本、同康818为父本，父本与母本的比例为1∶4。灌溉方式分别为:全膜畦灌、全膜常规沟灌、全膜交替沟灌、全膜滴灌。其中沟灌起垄高45cm，宽30cm，沟宽70cm母本播种于垄坡上，与沟底垂直高度间隔30cm、株距20cm、行距40cm，父本播种于垄顶，株距40cm。交替沟灌浇灌时采用南北两面交替灌溉方法，灌溉水量与沟灌一致，施肥时采用整体灌溉的方法，滴灌采用膜下滴灌、一管三行的方法，畦灌、滴灌的母本播种行距为50cm株距20cm。其中滴灌的父本采用左右交叉播种于滴灌带两侧，畦灌父本则播种于母本中央。播种深度均为3cm。水量计算采用旋翼式水表测量，水分控制在田间持水率的70%～100%，灌水次数不限。

2.2观测项目及方法

(1)气象资料:距离试验点20m安装有自动气象站，自动测定降雨量、太阳辐射、相对湿度、温度、风速等指标。(2)株高，茎粗等植株外观生长指标利用卷尺、数显式游标卡尺测定。(3)土壤水分采用烘干法测定，选取每个小区长势均匀的2株植株之间每20厘米取1次样品，共5次，分别得到0～20、20～40、40～60、60～80、80～100各层水分含量。(4)考种、植株产量采用单独收取、单独脱粒称重获得。(5)玉米水分利用效率及灌溉效率计算分别如下:WUE=Y/ETc(1)式中，WUE—水分利用效率，kg/m3;Y—玉米籽粒产量，kg/m3;ETc—玉米全生育期耗水，m3/hm2。IWUE=Y/I(2)式中，IWUE—灌溉用水水分利用效率，kg/m3;Y—玉米籽粒产量，kg/m3;I—玉米全生育期的灌溉用水量，m3/hm2。2.3数据分析采用MicrosoftExcel软件和SPSS26版统计软件进行数据处理和分析，方差分析用Duncan法比较。

3结果与分析

3.1不同灌溉方式对玉米生长指标的影响

株高、茎粗和干物质总量是评估玉米长势的重要参数［16］。其与时间变化情况如图1—3所示，图中a、b、c、d表示不同时期的差异性，不同字母表示差异显著(P＜0.05)，相同字母表示差异不显著(P＞0.05)。

3.1.1对株高的影响

株高与时间变化情况如图1所示，可知处理春玉米株高随时间的变化基本一致。在拔节期和成熟期T1的株高要显著高于T2、T3和T4，但T2、T3和T4在全生育期在株高上的差异不明显，这是因为大量的灌水能提高植株吸收水分的总量，促使植株生长，但是会降低植株对水分的利用效率，造成水资源的浪费，这与本试验的初衷相违背。

3.1.2对茎粗的影响

茎粗与时间变化情况如图2所示，可知茎粗在拔节期达到最大值在灌浆期和收获期回落，各处理在不同时期的变化规律基本一致，在灌浆期T3和T2的茎粗要显著高于其他3个处理，说明沟灌能提高植株在灌浆期的吸收能力，整体来看茎粗从大到小排列依次为T2＞T3＞T1＞T4。在拔节期T4茎粗显著低于其他3个处理，这可能是因为膜下滴灌对土壤的湿润区域不够大，导致植株根系聚集在湿润区生长影响了植株对养分的吸收能力和抗干旱能力。

3.1.3对干物质总量的影响

干物质总量与时间变化情况如图3所示，可知T2处理在灌浆期到成熟期干物质总量要高于T1，且T2和T1均存在显著差异(P＜0.005)，表明交替沟灌能在灌浆期到成熟期促进制种玉米的干物质积累;在苗期和拔节期T3的干物质总量要低于T1，且与T1差异显著(P＜0.05)，这表明沟灌在苗期和拔节期会抑制制种玉米的干物质累积，而在拔节期到灌浆期T3又和T1的干物质总量上没有显著差异，这表明T3在拔节期到灌浆期干物质累计量较T1要高，而在灌浆期到成熟期T3的干物质总量显著低于T1，说明在灌浆期到成熟期T3的干物质累积较慢，可能是T3产量低的主要原因;T4在苗期到灌浆期干物质总量显著低于T1(P＜0.05)，表明T4在苗期到灌浆期抑制了制种玉米的干物质累积，而在成熟期T4的干物质总量又能与T1持平，说明在灌浆期到成熟期干物质积累量在这一时期较高。结合株高、茎粗和干物质总量的变化情况，交替沟灌对比畦灌在苗期到灌浆期能保持较高的生长速度，且在灌浆期到成熟期的生殖生长能达到最高的生长速度，表明交替沟灌能在当地到达较好的生长状态;在常规沟灌主要在灌浆期到成熟期的生殖生长中出现了抑制，需要对其进行针对性研究，探明其原因;滴灌在苗期到灌浆期期间生长受到了抑制，而在灌浆期到成熟期有较高的生长速度。

3.2不同灌溉方式对玉米产量的影响

制种玉米的种质是最关键的考察项目。玉米的种质产量指标从表2可知各处理的百粒重没有明显差异，在穗长上T2及T1有显著提高，T2在穗重、秃尖率和产量上显著优于T1、T3和T3达到了290.65g、7%和14.05t/hm2。这是因为T2能以一定周期反复对干燥侧根系施加缺水刺激促进根系生长，明显提高根系密度［16］更能适应民勤当地高温差、长日照的地理环境，而T3没有反复对植株进行施加缺水刺激促进根系生长，导致其水分利用效率降低造成其产量最低。T1和T3则是因为在平地种植中，因为地表覆膜导致植株根系透气性差影响了作物在关键时期的营养生长，导致产量不高。

3.3不同灌溉方式对水分利用效率的影响

水分利用效率见表3，可知T4水分利用效率要显著优于其他3个处理，T2显著优于T3和T1。T2较T4产量提高了14.23%，水分利用效率也只降低了0.8%对比T3水分利用效率提高17.92%，产量增加了17.57%。这是因为采用T2技术，棵间蒸发明显减少，作物叶片的气孔行为得到了优化，蒸腾速率降低，而植株的光合作用没有受到明显影响，作物水分利用效率得以明显提高［17］。通过对比T1和T3可知传统模式的畦灌即使在使用了全膜覆盖，机耕整地等措施，仍然存在灌水损失大、植株水分利用效率低下的问题，也因此在灌水量最大的情况下产量不及灌水最少的膜下滴灌。T4水分利用效率最高，但产量较T2下降了14.23%，结合表2—3可以发现，T4在穗长、秃尖率方面要远低于其他3个处理。这是因为滴灌在当地的最佳种植密度要低于本试验的设定值，如果适当调整种植密度也许能提高T4的产量。

4结论

本文探究了在民勤县大陆性沙漠气候条件下不同灌溉方式对制种玉米产量的影响，结合全文的试验数据可以发现交替沟灌相较畦灌不论是从节水方面还是产量方面都相对畦灌有大幅的提升，但是交替沟灌在农艺方面和后续收割整地作业方面相对畦灌要更为繁琐对农机的要求更高，在后续试验中可以对垄和沟的横截面的几何性能针对当地农机进行调整，以提高农机的普适性。滴灌的节水能力最为突出，但相对于畦灌来说产量相比没有太大的差异，后续可以通过进一步的试验对滴灌进行灌溉制度上的改进，以提高其产量，普通沟灌对比畦灌来说节水性能有一定提升，但产量有小幅下降。从整体来看试验结果还是比较成功的。但本试验还存在一些不足之处，比如在种植密度上没有设置相对应的试验组，且从本试验结果来看，秃尖率还比较高，说明当前的种植密度对于单个玉米植株来说不是最佳种植密度;不同灌溉模式在肥料的利用率上也有所不同，后续试验可以针对种植密度及肥料来设计试验。综上所述，可得结论:交替沟灌能在灌浆期显著提高制种玉米的干物质总量，同时能提高玉米穗的穗长、穗重;滴灌可以提高制种玉米的水分利用效率，但是会增加玉米穗的秃尖率。不同灌溉模式对制种玉米的影响主要体现在产量、干物质总量和水分利用效率上，其中产量主要影响因素为穗长和秃尖率。研究结果为提高干旱区制种玉米的产量和水分利用效率提供了研究思路和方向，对干旱区制种玉米产量的提升和旱区农业水土资源开发利用以及研究相似地区制种玉米节水增效具有指导意义。

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作者:谭紫熠 张芮 张梅花 董博 杨义荣 赵霞 薛子钰 刘德峰 袁超 单位:甘肃农业大学水利水电工程学院 甘肃省农业工程技术研究院 甘肃省农业科学院旱地农业研究所