低压小流量滴灌方式在玉米生长发育中的应用研究

黄明宏

(新疆维吾尔自治区水利厅 水土改良实验场，新疆 昌吉 831100)

0 引 言

新疆水资源短缺，制约新疆农业经济的持续快速发展[1]。由于地域宽广，农业用地用水占主要部分，故节水灌溉的推广及应用是非常有必要的。灌溉效益评估包括外界影响因素、影响范围及各因素间的相互关系。然而低压小流量滴灌项目的实施及高效节水技术标准化规范化的应用与推广，不仅有效节约水资源，降低农业生产成本，减轻农民的劳动强度，同时可适时适量灌溉作物，提高农作物的产量和品质，增加经济收入[2]。通过对灌区低压小流量滴灌技术发展的主要限制条件及其相互关系进行分析，滴灌技术能够控制时间及数量的灌溉，使作物保持适宜生长或可促进生长的湿度及养分，可有效提高产量。因此，为提高作物产量，增加农牧民收入，提高作物经济效益，研究作物节水高效栽培技术显得尤为重要。在农作物中，玉米营养丰富，营养保存时间长，产量较高，是发展畜牧业的优质饲料[3]。目前，前人对玉米进行了大量研究。杨相昆等[4]研究了滴灌玉米播期对玉米生长的影响，结果显示播期对青贮玉米产量和生长有不同的影响。刘虎等[5-6]对北疆干旱荒漠区玉米需水规律进行了研究，并提出地面灌条件下的适宜灌水定额。桑志勤等[7]对不同品种复播玉米的生理特性与产量结构进行了研究，推荐适宜北疆的青贮玉米品种。修文雯等[8]在石河子对不同品种玉米干物质积累与分配规律进行了研究。解婷婷等[9]在甘肃黑河研究了不同种植方式对玉米产量和水肥利用效率的影响，采用1穴2株的种植方式能显著提高产量及水肥利用效率。佟长福等[10]在内蒙古对滴灌玉米需水量进行了研究，结果表明玉米需水高峰在抽穗-开花期。秦海霞等[11]在宁夏进行了不同灌水定额对玉米生长的影响研究。杨武等[12]在河北研究了不同施肥处理对玉米生长和产量的影响，并推荐了适宜的施肥水平。本次实验的研究成果，可为改善环境、促进经济及社会的发展以及灌区生态环境的优化提供一定的科学依据，也可在促进低压小流量滴灌技术的可持续发展、灌溉方式的推广、灌溉效率的提升以及系统管理能力方面发挥重要作用。

1 试验区概况

试验区位于新疆灌溉中心试验站，地处昌吉市滨湖镇13户村，E87°18’，N44°01’，平均海拔600 m。该区处于天山北坡冲积、洪积平原南缘，属天山北坡带头屯河流城，年均降水181.7 mm，年蒸发1 739.1 mm,日照时数7.8 h，年均气温13.1℃，≥0℃积温3 856.2℃，属典型内陆干旱性气候。研究区地下水埋深2.5～4.5 m,棕漠土类土壤质地为中-轻壤，0～120 cm土层土壤干容重1.46～1.65 g/cm3,耕作层1.50～1.60 g/cm3,0～120 cm土层田间持水量(干土重)18.8%～23.9%，耕作层20.1%～23.4%；地表与地下水矿化度3～4 g/L，为弱咸水，土壤全盐小于0.2%，无盐渍化；耕作层土壤有机质含量为1.59%，肥力属中偏下水平，土壤有效氮90.84 mg/kg,有效磷41.63 mg/kg,有效钾421.2 mg/kg,表现为缺氮少磷钾丰富特点。试验研究区建有2组地下廊道防雨棚式测坑设施，其中1组具有土壤水分、土壤温度、土壤盐分自动采集的自动化设施，能适应不同灌溉试验设计需要。测坑设施总面积604 m2,每组测坑面积301.54 m2(长32.25 m,宽9.35 m)，试验处理小区24个，以廊道为中心，两侧分布12个试验处理小区，小区面积6.67 m2(长3.3 m，宽2 m),2组测坑共计48个试验处理小区。

2 试验材料及设计

2.1 试验材料

选用适宜在≥10℃的积温为2 600℃以上地区种植的1034号玉米为供试品种。玉米采用当地普遍采用的“一膜两管四行”的种植模式，膜宽125 cm,株距20 cm,行距40 cm，8 300株/亩，采用迷宫式滴灌带进行灌溉，滴灌带间距100 cm,滴头流量2.4 L/h,滴头间距0.2 m，用文丘里施肥罐进行施肥。

2.2 试验设计

水肥耦合试验着重研究玉米灌水量和施肥量耦合对产量及品质的影响。根据已有的生产实践经验，试验设3个灌水水平(30 m3/亩、35 m3/亩、40 m3/亩)，施肥重点考虑氮肥，设3个水平(40 kg/亩、60 kg/亩、80 kg/亩)，试验设3个灌溉不追肥的试验作为对照处理，为减小实验误差，每个处理设3个重复，共计12个处理，36个重复，其中调控肥料为尿素,均为后期追施。前期播种前基施底肥20 kg/亩二胺，10 kg/亩复合肥，5 kg/亩硫酸钾。具体试验方案见表1。所有处理的灌溉施肥时间均一致，为保证玉米的出苗率，前期所有处理均采用相同的灌溉处理，即为迷宫式低压小流量滴灌方式，待出苗整齐后，开始试验。试验期间，同时调查周边农户的灌溉、施肥、及产量情况，以此作为比较分析。

表1 玉米水肥耦合试验方案

根据2019年的试验结果，预计的灌溉施肥计划见表2，在试验执行期间，可根据天气情况略作调整，但务必保证所有处理的每次灌水与施肥保持同步。

表2 水肥耦合试验计划表

3 测定项目与方法

3.1 气象参数

利用戴维斯便携自动气象站来进行气象数据的观测和连续采集气象数据，主要包括风速、相对湿度、气温、太阳辐射、日照时数等。数据每隔0.5 h自动记录一次，每月定期下载气象数据。

3.2 耗水量

采用土钻取土+烘干法，在播种前、收获后、灌前、灌后测定土壤剖面含水率(体积)，生育阶段转变与降雨需进行加测。每10 cm分层测定0～60 cm土壤含水率。旱作物的生育期任一时段内，作物耗水量根据农田水量平衡方程计算:

ET=W0-Wt+WT+P0+K+M

(1)

式中：ET为时段t内的作物耗水量，mm；W0与Wt分别为时段初与时段末的土壤计划湿润层内的储水量，mm；WT为由于计划湿润层增加而增加的水量，mm，本试验不涉及计划湿润层的增加，故WT=0；P0为土壤计划湿润层内保存的有效降水量，mm；K为t时段内的地下水补给量，mm，由于试验区地下水埋深大于6 cm，因此不考虑地下水补给(即K=0)；M为时段t内灌溉水量，mm。

3.3 生长指标

1) 株高：玉米生育初期每小区选取5株长势均匀的玉米并标记，采用卷尺(0.1 cm)在拔节期和乳熟期各测量一次株高，喇叭口期与抽雄散粉期各测量3次株高；玉米株高在抽雄散粉期之前为玉米基部至玉米顶端两片叶子交汇处的高度，抽雄散粉期至乳熟期为玉米基部至雄穗尖端的高度。

2) 叶面积指数:测量株高的同时，采用卷尺(0.1 cm)沿叶片主脉分别测定5株玉米叶片的长度和叶片最宽处的宽度，采用长宽系数法计算玉米叶面积，经验系数取0.75，计算叶面积指数的公式如下：

(2)

式中：LAI为叶面积指数；m为取样株数，株；n为取样植株的全部叶数，片；Li为叶片长度，cm；Di为叶片宽度,cm；K为叶面积校正系数；Dr为植株密度，株/m2；S=10 000 cm2/m2。

3) 茎粗：测量株高的同时，采用电子游标卡尺(0.01 mm)分别测定5株玉米距地面2 cm处的茎粗。

4) 叶绿素含量(SPAD):测量株高的同时，采用SPAD-502Plus型叶绿素仪测定5株玉米叶绿素含量，每株测定3片叶片且位置要同侧同一高度，分别测定每片叶片的叶尖、中部和叶根处。

5) 叶温:测量株高的同时，采用玉米叶片的叶温，每株测定3片叶片且位置要同侧同一高度，分别测定每片叶片的叶尖、中部和叶根处。

3.4 利用效率

1) 水分利用效率与灌溉利用效率算式:

WUE=Ya/ETa

(3)

式中：WUE为水分利用效率，kg/(hm2·mm)；Ya为玉米产量,kg/hm)；ETa为生育期间实际耗水量,mm；Ilol为生育期内总灌水量,mm。

2) 肥料利用效率与灌溉利用效率算式：

FUE=Ya/Fa

(4)

式中:FUE为水分利用效率,kg/kg；Ya为玉米产量,kg/hm2；Fa为生育期间实际施肥量,kg。

3.5 产量及其构成

在收获期，每个试验小区随机选取5株玉米作为研究对象，采用卷尺(0.1 cm)分别测量玉米的穗位高、穗长、秃尖长。在试验站办公区脱粒，数出每穗粒数并用电子称(0.01 g)对随机选取的100粒玉米粒称重得到百穗重，3个重复取平均，按小区编号将玉米籽粒放置在干燥且通风的水泥路面上标记并进行晾晒，当籽粒晾晒至含水率14%时称重并折合单位面积产量[13]。

4 结果分析

见表3-表5。

表3 不同处理下玉米形状参数

表4 不同处理下玉米叶绿素含量、水分利用效率及肥料利用效率

表5 不同处理下玉米产量及相关性状的影响

续表5

由表3可得，随着灌水量的增加，株高、茎粗及叶面积指数均增加，且在施入氮肥尿素基础上，灌水量的增加会促进植株生长；与CK即普通灌溉方式相比，低压小流量滴灌方式可促进水肥耦合。

从表4分析可得，叶绿素含量随着灌水量的增加而增加，随着施肥量的增加而增加。在同一灌水量处理下，增加施肥量时，低压小流量滴灌方式对作物吸收养分起促进作用，可增加叶绿素含量；同时提高了水分利用效率及肥料利用效率。普通灌溉下，水分利用效率随着灌水量增加及施肥量增加，从3.5变为7.5，在低压小流量滴灌方式下，从4.2变为9.2，增加为原来的两倍有余。

分析表5可得，不施加氮肥、只增加灌水量，对玉米的产量影响不显著，低压小流量滴灌的灌溉方式产生的效益不明显。在增加灌水量的同时增加施肥量，可增加玉米的产量，且低压小流量滴灌方式促进水肥耦合效益，使水肥耦合作用更显著。对于玉米相关性状即穗粗、穗长和秃尖长，在同一施肥量下，随着灌水量的增加而增加。在普通灌溉方式下，穗粗在WLFH处理下比WLFL处理下增加2.6%，穗长增加10.3%，秃尖长增加2.1%；而在低压小流量滴灌方式下，穗粗增加2.6%，穗长增加7.4%，秃尖长增加2.5%。通过增加施肥量各性状参数也相应增加，可看出低压小流量滴灌方式增加程度较稳定。

5 结 论

采用低压小流量滴灌的方式有利于玉米的生长、增加产量及相关性状参数，适量增加灌水量及施肥量，可有效提高水分利用效率和肥料利用效率，使有效水资源充分利用。