不同沟灌方式夏玉米耗水特性及产量试验研究

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摘要：以夏玉米为试验材料，设置不同水分处理方式，研究了不同灌水方式夏玉米的耗水特性及其对产量的影响。结果表明：水分控制下限越高，耗水量越大；一体化垄作沟灌种植模式全生育期耗水量均低于相同水分处理的常规沟灌种植模式，蓄水保墒效果较好；不同沟灌方式夏玉米产量和水分利用效率差异显著，一体化垄作沟灌种植模式增产明显，平均增产率达867%，水分利用效率提高了023～036 kg/m3；过低或过高的水分处理对产量及其构成因子都会造成不利影响。

关键词：种植模式；夏玉米；耗水特性；产量；水分利用效率

中图分类号：S275.3文献标识码：A

文章编号：16721683（2013）05013605

农业是用水大户，其用水状况直接关系到国家水资源安全[1]，因此改进灌水方式、提高水资源利用效率一直是国内外学者关注的热点问题之一。Kang[23]研究了不同灌溉条件下春玉米的耗水规律和产量，发现在干旱地区交替隔沟灌溉的节水增产效果明显；Ali Reza和汪顺生等[46]通过分析不同沟灌方式作物的产量和水分利用效率，确定了适宜灌水方式和灌溉水量；孙景生和Harold等人[79]曾讨论了水分胁迫条件对夏玉米耗水规律、产量和水分利用效率的影响；张俊鹏[10]详细分析了沟灌条件下，不同水分处理的夏玉米耗水特性和水分利用效率；吕厚荃[11]则对干旱条件下夏玉米各生育阶段耗水进行了系统性分析；[HJ2.9mm]还有部分学者[1215]评价了不同耕作方式与夏玉米耗水特性和产量的关系，得到了较好的效果。以上多是依据常规沟灌或畦灌方式进行的试验研究，而作为新的地面小麦、玉米灌溉及栽培技术，一体化垄作沟灌还处于试验探索和理论发展阶段，国内外报道较少。本文以夏玉米为研究对象，通过分析不同沟灌方式夏玉米耗水规律，探究小麦、玉米在一体化垄作沟灌种植模式下的耗水特性与产量之间的关系，为夏玉米合理种植、适时灌溉提供理论依据与技术参考。

1材料与方法

1.1试验环境与试验材料

试验在华北水利水电大学节水农业河南省重点实验室农水试验场进行，地理位置为北纬34°47′，东经113°46′。试验田地势平坦，灌排方便，地力均匀一致。田块长度为30 m，供试土壤为粉沙壤土，1 m内土层平均田间持水量（占干土重）和干容重分别为24%和135 g/cm3。供试品种为郑单958，品质达到普通玉米国标1级标准。试验时间为2012年6月4日播种，2012年9月18日收获。

1.2试验设计

本试验设计了2种沟灌方式（常规垄作沟灌 （CFI）和小麦、玉米一体化垄作沟灌 （IFI）） 和3种水分控制下限，共6种处理，每个处理设计三个重复。夏玉米种植见图1，种植密度均为3 500株/亩。水分控制下限分别为田间持水量的60%（L60）、70%（L70）和80%（L80），以各生育期计划湿润层（生育前期为60 cm，中后期为100 cm）土壤水分为标准，当其下降到水分控制下限时即进行灌水，灌水定额为45 mm。夏玉米全生育期具体灌水方案见表1。试验期间未进行遮雨，夏玉米全生育期总降雨量3114 mm，多分布于7月、8月，数据由试验场气象观测站测取。

1.3测定项目与方法

灌水试验前先率定灌水流量，灌水量用水表控制，单宽流量05 L/（s・m），由压力罐控制。

（1）土壤水分变化。在夏玉米全生育期内（周期为5 d）及播种前、收获后进行测定，并在灌水前后各一天进行加测。采用取土烘干法分层（层深20 cm）测定土壤含水率，测深1 m。一体化垄作沟灌种植模式选取沟、坡、垄作为观测点，常规沟灌种植模式在垄、沟各取一个观测点。

（2）气象因子。试验场内设有自动气象站，自动监测和记录太阳辐射强度、降雨量、空气温度与湿度、风速、日照时长等相关数据。

（3）考种。每个处理的夏玉米考种前单收、单打、测产。考种指标主要有作物穗长、单穗粒数、百粒重和籽粒产量等。

1.4阶段耗水量计算

1.5试验数据处理

采用DPS软件对试验数据进行单因素统计分析。对分析结果采用SNK法检验，显著性差异的检验水平为P

2结果与分析

2.1不同沟灌方式夏玉米耗水特性

2.1.1夏玉米不同生育阶段耗水规律

根据夏玉米全生育期内的生育动态，将其划分为播种-出苗、出苗-拔节、拔节-抽雄、抽雄-灌浆、灌浆-成熟五个阶段。由表2可知，在夏玉米全生育期内各阶段耗水量变化较大，但各处理表现出相同的规律性：灌浆-成熟阶段耗水量最多，其次是拔节-抽雄期，两个阶段的耗水量约占夏玉米总耗水的50%左右；播种-出苗阶段，耗水量最少，只占789%～954%。从全生育期来看，常规沟灌种植模式各水分处理的耗水量比一体化垄作沟灌模式增加3815～4413 mm，但总体耗水量并不能反映各阶段耗水量差异。进一步分析发现，除L70水分条件下，IFI在抽雄-灌浆期的耗水量大于CFI之外，其他相同水分处理下，CFI在各阶段的耗水量均高于IFI。不过，在抽雄-灌浆阶段两者耗水量差异不大，这是由于CFI的垄沟与空气接触表面较大，即使在夏玉米发育最旺盛、叶面积最大的时期，高温也能造成很强的土面蒸发，但是在生育旺盛期，IFI的蒸腾量大于CFI，削弱了两种种植模式在该阶段耗水量的差异。在相同灌溉模式下，水分处理越高，耗水量越大。以IFI为例，L80水分处理在夏玉米整个生育周期内的耗水量分别比L70和L60处理增加4398 mm和10296 mm，其原因是：水分处理越高，棵间蒸发量也越大，同时，由于拥有充足的水分，高水分条件下的夏玉米长势更好，加大了作物的蒸腾量，最终导致不同水分处理耗水量的显著差异。

2.1.2夏玉米不同生育期日耗水规律

由图2可知，夏玉米不同生育阶段的日耗水强度差异较大。播种-出苗阶段，耗水量取决于土面蒸发，由于该阶段天气晴好，日照数较长，各处理耗水量达到378～566 mm/d。出苗之后，作物蒸腾也加入了耗水行列，但在拔节之前，耗水量仍以蒸发为主，由于地面存在作物覆盖，大大削弱了棵间蒸发，且该阶段的天气以多云为主，使得腾发量有所下降。与CFI相比，IFI保墒蓄水能力较强，能够有效抑制土面蒸发，各水分处理的日耗水量平均下降058 mm/d。进入拔节期之后，植株生长加快，夏玉米的日耗水量逐渐增大，在抽雄-灌浆阶段达到峰值592～737 mm/d，IFI的日耗水量略低于CFI。灌浆开始之后，随着夏玉米绿叶的减小，蒸腾作用减弱，各处理日耗水量均开始减少，但相较于IFI，CFI的棵间蒸发量明显增强，最终的日耗水量比IFI高出801%～1398%。对于同种灌溉模式，夏玉米各生育阶段的日耗水量随着水分控制下限的提高明显增大，在播种-出苗和抽雄-灌浆两个阶段差异尤为明显，主要是这两个阶段分别以土面蒸发和植株蒸腾为主，充足的土壤水分更有利于蒸腾蒸发。

2.2不同沟灌方式对夏玉米产量的影响

衡量一种灌水方式及标准是否合理，最终体现在作物产量与灌水量的对应关系上，即看其是否既节水又高产。从表3可以看出：两种灌水方式夏玉米的产量都随着水分控制下限的提升呈先增长后下降的趋势，中水分处理的产量及构成因子最优，但相较于高水分处理没有太明显的优势；CFI在低水分处理条件下处于最劣状态，即使与相同水分处理的IFI相比，差距也很明显。这说明水分亏缺已对产量及其构成因子产生不利影响，抑制了夏玉米的正常发育，导致最终产量下降。表3中CFI的L80水分处理由于土壤含水量过高，玉米的植株过剩发育，削弱了果穗干物质积累，因此其百粒重和产量都比比L70低，而IFI的L70处理夏玉米的产量相较于L60和L80分别增长21%和342%。此外，在产量构成因子中可以看出，各水分处理穗长和百粒重的差异较小，除L60水分处理条件下穗长与L70、L80水分处理存在差异外，其他差异均不显著，说明不同水分处理对穗长尤其对百粒重影响不大。不同灌水方式、水分处理的穗粒数的差异都达到了极显著水平，表明不同土壤水分控制下限对穗粒产生显著影响，且最终体现在产量上。IFI相较于CFI具有较好的蓄水保墒能力，3种水分处理均较CFI少灌水45 mm，但穗粒数增加1841～3240 粒/穗、增产率达到275%～1408%，平均产量增加58774 kg/hm2，节水增产效果显著。

2.3不同沟灌方式对水分利用效率的影响

3结论

（1）与常规沟灌种植相比，一体化垄作沟灌夏玉米的耗水量发生了时间上的改变，其前期耗水少，后期蒸散量加大，但总体耗水量都有不同程度的降低，平均节水3815～4413 mm。

（2）不同水分处理对两种沟灌方式穗长和百粒重影响不大，但是各处理之间穗粒数和产量差异达到极显著水平；适宜的水分控制下限，有利于夏玉米生长发育，过高或过低的水分处理都会造成夏玉米产量的下降；与常规沟灌种植相比，一体化垄作沟灌方式在节约灌溉水量的同时，L60、L70、L80水分处理分别增产175 kg/hm2、77077 kg/hm2、81745 kg/hm2。

（3）夏玉米水分生产效率随着灌水量的增加均呈先提高后下降的趋势。同种灌水方式，L70水分处理在促进产量提高的同时，获得了较高的水分利用效率；相较于常规沟灌方式，一体化垄作沟灌在灌水量减少的情况下，水分利用效率提高了1425%～2303%。

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