不同灌溉方式对制种玉米产量及水分利用效率的影响

王增丽，朱兴平，温广贵

(1. 武威市中心灌溉试验站，甘肃 武威 733000；2. 武威职业学院机械工程系，甘肃 武威 733000)

西北地区由于具有独特的地理气候优势及丰富的光热资源，自20世纪90年代以来，逐渐成为我国60多个玉米高产品种的制种基地。其中，以河西走廊的武威市、张掖市为主产区[1]。河西走廊地区发展制种玉米具有良好的天然隔离条件；长日照、昼夜温差大、干燥多风的高产气候条件；病虫害轻、产品品质高等优势。截止到2010年，甘肃省已发展制种玉米面积10万hm2。其中所属石羊河流域的武威市、金昌市达3.33万hm2，总产超过2.08 亿kg，制种玉米已成为当地农民增收的主要途径之一。因此，针对该流域大力发展制种玉米产业现状，研究不同灌溉方式对制种玉米产量及节水效益的影响具有重要的现实意义[2,3]。

大量研究表明，增加灌水定额可以提高灌水质量，改善作物品质，提高产量及WUE[4,5]，在特定生育期内降低灌水量会造成作物减产[6,7]。关于制种玉米亏缺灌溉对产量影响方面的研究很多[8-13]，但这些研究基本上仅对相同灌溉方式下进行了横向比较[14-16]，对不同灌溉方式进行的纵向比较研究鲜少。基于此，对不同灌溉方式对制种玉米产量及水分利用效率的影响进行试验研究，分析比较不同灌溉方式节水增产效益，旨在为本地区制种玉米高产、稳产提供技术指导和理论依据。

1 材料与方法

试验于2014年4-10月在武威市中心灌溉试验站进行，试验站位于东经102°50′50″，北纬37°52′20″，海拔1 580 m，多年平均降水量为164.4 mm，多年平均蒸发量为2 000 mm，地下水埋深为48 m，土壤干密度为1.51 g/cm3，土壤质地为灰钙质粉质壤土，田间持水率为29%(体积含水率)。

供试品种为富农963，父母本种植比例1∶5。垄沟设计标准为垄高20 cm，垄顶宽50 cm，垄底宽80 cm，沟底宽20 cm。每垄种2行玉米，株距20 cm，行距50 cm，基肥量：尿素262.5 kg/hm2，磷酸二氢铵525 kg/hm2。小区面积为100 m2(5 m×20 m)，3次重复。灌水方式设置小畦灌(SBI)、常规沟灌(CFI)、隔沟交替灌(AFI)3种，灌溉水源为地下水，灌溉水量采用水表计量。各种农艺措施参照当地经验。灌溉方式设置见表1。

采用农田土壤水量平衡公式进行耗水量计算。由于该试验田地下水埋深在40 m以下，可视地下水补给量为0，降水入渗深度不超过1 m，可视深层渗漏为0。作物生长所需水分主要由灌溉水和降雨供应。因此，水量平衡方程可简化为：

ET=P+I-ΔW

(1)

WUE=Y/ET

(2)

式中：ET为作物生育期耗水量，mm；P为生育期降水量，mm；I为生育期内灌溉量，mm；ΔW为作物生育期土壤蓄水变化量，mm；WUE为水分利用效率，kg/m3；Y为制种玉米产量，kg/hm2。

作物收获后，各小区取10株进行考种。测定穗长、穗粗、秃尖长、行粒数、出籽率和千粒重6个产量构成要素。测产采取小区单打单收方法测定。

各试验数据取平均值，采用SPSS16.0软件对数据进行单因素分析，采用Duncan新复极差法进行显著性检验(p<0.05)。

表1 制种玉米不同灌溉方式设置表Tab.1 The irrigation methods for seed maize

2 结果与分析

2.1 制种玉米产量及WUE分析

不同处理制种玉米产量及WUE分析见表2。由表2可知，不同灌溉方式及灌水时间对制种玉米产量及WUE影响显著。相同灌溉定额条件下，隔沟交替灌制种玉米产量较常规沟灌增减幅度在-2.43%～ 10.24%。常规沟灌条件下，T2较T1处理全生育期减少灌水量100 mm，制种玉米产量影响不显著。表明沟灌若能保证作物需水关键期的灌溉，适度降低灌水量不会造成制种玉米减产。各处理产量结果分析表明，T5、T6处理产量分别为10.11、10.87 t/hm2，较其他处理高。依次为T2处理，产量为9.86 t/hm2，T1处理产量最低，为8.33 t/hm2，其中T4、T5处理与T1、CK差异显著。

各处理耗水量分析结果表明，不同灌溉方式下，作物生育期耗水量不尽相同，各处理耗水量为349.7～625.0 mm，且隔沟交替灌耗水量最低，畦灌耗水量最高，常规沟灌耗水量居中。结合WUE测定结果，各处理为1.40～3.03 kg/m3之间。其中，T5、T6处理与T1、CK差异达显著性水平。

2.2 产量构成要素相关性分析

将各处理制种玉米产量构成要素列于表3。由表3可知，不同灌溉方式对制种玉米穗长、秃尖长、行粒数、千粒重的影响无显著性差异。沟灌方式较畦灌能明显增加制种玉米穗粗、行粒数和出籽率，且差异显著。

表3 不同处理制种玉米产量构成要素分析Tab.3 The major economic characters value of seed maize

注：字母表示p<0.05的显著性差异。

将各产量构成要素与产量进行相关性分析，结果见表4。由表4可知，行粒数、出籽率与产量呈极显著正相关(r=0.982 8**，r=0.973 8**)，穗长、秃尖长与产量呈负相关。说明穗长适中，提高行粒数、出籽率能提高制种玉米产量。从性状之间的相关分析可以看出，行粒数与出籽率呈极显著正相关(r=0.937 3**)，说明行粒数的增加能提高出籽率，进而提高产量；而秃尖长与行粒数、出籽率、千粒重呈负相关(r=-0.449 9，r=-0.491 3)，表明秃尖长过大，行粒数、出籽率降低，产量降低。

为消除各经济性状之间由于相互促进、相互制约的关系而造成的混淆，准确地描述产量对于经济性状的依赖关系，建立了产量的最优线性回归方程为：

表4 产量要素与产量相关性分析Tab.4 Correlation of yield and major economic characters

注：*，**表示差异分别达p<0.05和p<0.01水平。

Y=-2.48+0.25X1-1.67X3+0.23X4+0.07X5

(3)

其中，多元相关系数R=0.999 9，多元决定系数R2=0.999 8，F=4 054.47，说明X1(穗长)、X3(秃尖长)、X4(行粒数)、X5(出籽率)与Y(产量)之间存在着显著的线性回归关系。多元决定系数R2=0.999 8，说明产量的99.98%是由X1(穗长)、X3(秃尖长)、X4(行粒数)、X5(出籽率)等4个经济性状决定的，剩余因素(误差和其他影响产量的因素)对产量的影响仅为0.02%，因此，可以用该回归方程来预测制种玉米产量。

2.3 产量构成要素主成分分析

对6个产量构成要素进行主成分分析，结果见表5。由表5可知，前3个主成分中的累积贡献率已经包含了6个变量85.54%的信息。

第一主成分因子特征值为2.39，其贡献率为39.88%，对应特征向量中，行粒数分值较大(0.621 7)，其次为出籽率(0.612 8)，说明行粒数增加，出籽率也增加，故称第一主成分为粒数因子。第二主成分因子的特征值为1.88，其贡献率为31.32%，对应特征向量中，穗粗分值较大(0.601 8)，依次为穗长(0.569 4)，秃尖长(0.385 2)。而行粒数、出籽率表现为较弱的负向量(-0.038 1，-0.082 0)，说明穗长、穗粗、秃尖长也影响制种玉米产量，故称第二主成分为穗型因子。第三主成分因子特征值为0.86，其贡献率为14.33%，对应的特征向量千粒重分值较大(-0.770 8)，说明千粒重过大降低制种玉米产量，故称第三主成分为粒重因子。

表5 入选特征根和特征向量Tab.5 The selected eigenvalues and eigenvectors

通过以上分析可知，构成制种玉米产量变化的主成分因子分别是粒数因子、穗型因子和粒重因子。其中，粒数因子贡献率最大，粒重因子贡献率较小。

3 结 语

不同灌溉方式下，制种玉米生育期耗水量为349.7～625.0mm。隔沟交替灌溉方式耗水量最低，畦灌耗水量最高，常规沟灌耗水量居中。

不同灌溉方式下，制种玉米产量为8.73～10.87t/hm2，构成要素与产量相关性分析结果表明，行粒数、出籽率与产量呈极显著正相关(r=0.982 8，0.973 8)，穗长、秃尖长与产量呈负相关。说明穗长适中，能提高制种玉米产量。此外，行粒数与出籽率呈极显著正相关(r=0.9373)，说明行粒数的增加能提高出籽率，进而提高产量；而秃尖长与行粒数、出籽率、千粒重呈负相关，表明秃尖长过大，行粒数、出籽率降低，产量降低。

主成分分析结果表明，行粒数、出籽率、穗长、穗粗、秃尖长、千粒重6个产量构成要素对制种玉米产量的累积贡献率达85.54%。采用隔沟交替灌溉方式能调控植株的营养生长，加大土壤水分对制种玉米营养生长的控制，促进生殖生长，提高制种玉米产量。

制种玉米采取隔沟交替灌溉方式，全生育期灌水8次(苗期1次，拔节期2次，抽穗期1次，灌浆期2次，乳熟期2次)，灌溉定额为2 250m3/hm2的灌溉方式能稳定提高制种玉米行粒数、出籽率，改善穗型，提高制种玉米产量和水分利用效率。

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