滴灌量对新疆高产玉米产量和蒸腾量的影响

陈江鲁+杨京京+丁变红+张小伟+吴新明

摘要：研究膜下滴灌条件下灌溉量对新疆高产（≥15 000 kg/hm2）玉米产量的影响，探究该条件下高产玉米产量形成的有效调控途径，明确新疆高产玉米蒸腾量和棵间蒸发量的变化规律，为合理的灌溉制度提供理论依据和技术支持。2015年，在新疆兵团第六师共青团农场，采用膜下滴灌，以当地高产玉米灌溉量为基准（W4），设置4个灌量水平，以M751、农华213（NH213）、登海618（DH618）为供试品种，分析不同灌溉量对玉米产量、棵间蒸发和蒸腾量的影响。研究结果表明，不同灌溉量处理间产量有显著差异，当灌溉量降低到常规灌溉量的90%（W3）时，大多数玉米品种籽粒产量（NH213除外）无明显降低趋势，其中多数品种当灌溉量减少到常规灌溉量的80%时产量显著降低。灌溉量对玉米产量构成因子的影响研究表明，灌溉量对收获穗数的影响不显著，对单穗粒数和粒质量均有影响，穗粒质量影响显著，玉米全生育期棵间蒸发和蒸腾量随灌溉定额的增大而增大。玉米阶段棵间蒸发量表现播种—拔节>拔节—抽雄>乳熟—成熟>抽雄—乳熟，蒸腾量则表现相反的趋势。研究结果表明，适当降低灌溉量对玉米籽粒产量影响不显著。灌溉量主要通过影响穗粒质量影响产量；不同基因型品种E/ET随产量的增大呈下降趋势，全生育期棵间蒸发量的范围为141.8～182.8 mm。蒸腾量与灌溉量呈正相关，蒸腾量范围为366.8～522.8 mm。

关键词：滴灌；玉米；灌溉量；棵间蒸发；蒸腾量

中图分类号： S513.07 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2017）18-0067-04

收稿日期：2016-06-29

基金項目：新疆生产建设兵团科技支疆项目（编号：2014AB020）。

作者简介：陈江鲁（1985—），男，新疆五家渠人，硕士，助理研究员，主要从事高产玉米增产增效方面的研究。E-mail：1215488489@qq.com。

通信作者：杨京京，硕士，助理研究员，主要从事高产玉米增产增效及盐碱地改良与利用方面的研究。E-mail：136116346@qq.com。 不同灌溉量对作物生长发育的影响主要包括营养生长和生殖生长2个阶段，生长过程中灌溉量不足，均会导致产量下降。当灌溉量高过田间持水量达到100%时，玉米的株高、茎粗和茎秆强度都呈降低趋势[1]，有研究认为，当灌水量不足以维持作物生长需要时，灌溉量增加后作物产量随需水量的增加而增加，作物产量与需水量之间呈现显著的线性关系[2]，作物的棵间蒸发是指作物群体内植株之间土壤表面的蒸发，也是农田作物蒸散的主要组成部分，通常研究都认为是无效耗水，降低作物棵间蒸发量不仅可以提高农田水分利用效率（WUE）而且可以节约用水，对农业发展具有重要意义。国内对小麦棵间蒸发的研究较多，相关研究表明，冬小麦全生育期棵间蒸发量为115.8 mm，占总蒸发蒸腾量的比例为 32.1%[3]。景明等研究了春小麦的棵间蒸发，认为生长初期和发育后期棵间蒸发量较高，生长中期较低，但是相对于覆盖措施比较，无覆盖措施相对于地膜覆盖和秸秆覆盖日均棵间蒸发量分别降低15.6%和36.1%[4-5]。表层土壤含水和叶面积指数与夏玉米棵间土壤相对蒸发强度之间均呈良好的指数函数关系[6-7]。相比夏玉米，小麦等作物棵间蒸发的报道甚多，而对于膜下滴灌条件下产量在15 000 kg/hm2以上春玉米棵间蒸发的研究报道较少，开展系统研究进一步明确新疆高产春玉米的总蒸散量、叶片蒸腾量和棵间蒸发量变化规律，以期确定合理的灌溉措施来提高玉米的水分利用效率。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

研究区选择在新疆天山北部的共青团农场，试验田土质为壤土，有机质含量11.67 g/kg，碱解氮含量38.60 mg/kg、速效磷含量15.26 mg/kg、速效钾含量285 mg/kg，前茬作物为棉花。试验区距乌鲁木齐40 km，地理坐标为87°8′30″～87°29′05″E，40°10′50″～44°29′46″N。研究区地势平坦，地面自西南向东北方向倾斜，坡降0.10%～0.12%，区域海拔为750～851 m，年降水量114～168 mm，多年平均蒸发量为2 651 mm，年均温度7 ℃，无霜期158 d，日照时数3 135.9 h，太阳总辐射量5 585 MJ/m2，年≥10 ℃积温3 550 ℃，土壤类型主要有潮土、灌淤土、草甸土。自然植被主要有柽柳、盐爪爪、骆驼刺、甘草、苦豆子等。种植作物主要有小麦、玉米、棉花及林果等。

1.2 试验设计

试验于2015年在新疆生产建设兵团第六师共青团农场试验田开展，试验采用裂区设计，品种为主处理，参试品种为M751、农华213（NH213）、登海618（DH618）。灌溉量为副处理，灌量均用水表计量控制，播种后1 d即4月21日各处理统一滴灌500 m3/hm2出苗水。设置4个灌溉量处理，分别为W1：为大田灌量的70%，即灌溉量为4 725 m3/hm2；W2：为大田灌量的80%，即灌溉量为6 750 m3/hm2；W3：为大田灌量的90%，即灌溉量为6 075 m3/hm2；W4为当地大田灌量，即灌溉量为 6 540 m3/hm2。每个处理3次重复，小区面积44 m2，采用膜下滴灌，采取大小行模式种植，大行距70 cm，小行距 40 cm，株距14 cm。不同灌溉日期及灌溉量见表1。

1.3 田间管理

试验点采用地膜覆盖，膜下滴灌，按设计好的株距人工点播，理论密度12.5万株/hm2。试验地在前茬作物（棉花）收获后结合翻耕施入腐熟羊粪7 000 kg/hm2，磷酸二铵（P2O5 46%）90 kg/hm2，尿素（N 46%）90 kg/hm2，玉米专用复合肥（N、P2O5、K2O含量分别为20%、20%、20%）225 kg/hm2。播种时施用种肥磷酸二铵90 kg/hm2、硫酸锌（98%）120 kg/hm2、硫酸钾（36%）90 kg/hm2。拔节期喷施羟烯乙烯利0.75 L/hm2控制株高。endprint

试验于4月21日播种，4月23日滴出苗水，5月2日出苗，全生育期灌溉8次，分别是出苗水1次，拔节至吐丝期灌溉3次，吐丝至生理成熟灌溉4次，10月15日收获。气象数据来源于共青团气象局地面观测站。

1.4 测定项目与方法

1.4.1 土壤水分测定 准确记载各生育时期用水量，土壤含水量采用烘干法测定。分别在播种前和收获后、每次灌溉的前1 d、灌溉后1 d，按20 cm分层测定0～100 cm深土壤含水量。土壤含水量=（土壤鲜质量-土壤干质量）/土壤干质量×100%；土壤贮水量（mm）=土层厚度（cm）×土壤容重（g/cm3）×土壤质量含水量（%）×10。

1.4.2 作物阶段性耗水量测定 通过测定土壤含水量计算作物的耗水量，依据以下公式计算：

ET=I+P-RO-DP+CR±ΔSF±ΔSW[8]。

式中：ET为作物生育期耗水量（mm）；I为灌水量（mm），用水表计量；P为降雨量（mm），采用雨量计测定；RO为地表径流量；DP为下边界排水量，CR为地下浅水位水分通过毛细管向上运输的水量，ΔSF为根区水分的水平运动量，ΔSW为土壤贮水量的变化量。平坦土地的RO与ΔSF均为0，试验地地下水埋藏较深，其补给量可忽略不计，即CR=0，ΔSW根据生育阶段前后2次测量的土壤含水量计算。日耗水量=各生育阶段玉米田耗水量/生育阶段天数；耗水模系数=各生育阶段玉米田耗水量/玉米田总耗水量。

1.4.3 产量测定与考种 在玉米生理成熟后，各处理除去2边行及2端各2 m，取中间6行，进行田间综合性状调查。统计收获株数和果穗数，各小区连续取10株玉米的果穗进行室内考种。采用PM-8188谷物水分测定仪测定子粒含水率，按14%含水量计算产量。

1.5 数据处理与分析

采用Excel 2013和SPSS Statistics 17.0软件进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 灌溉量对不同玉米品种产量及其构成因素的影响

从表2可以看出，当灌溉量降低到常规灌溉量90%时，大多数品种籽粒产量（NH213除外）无明显降低趋势；多数品种当灌溉量减少到常规灌溉量的80%时，产量显著降低，不同基因型品种W2处理平均比W4处理籽粒产量降低 2.0%～12.8%；3个品种当灌溉量减少到70%时，产量显著降低，W1处理比W4处理籽粒产量平均降低10.8%～142%。不同处理间籽粒产量变化范围为14 339.58～18 002.09 kg/hm2，最低为M751的W1处理，最高为DH618的W4处理，说明适当降低灌溉量即为常规灌溉量的90%时对玉米籽粒产量无显著影响。

不同基因型玉米品种灌溉处理间收获穗数差异均不显著。由穗粒数变化可知，不同品种均表现为当灌溉量降低到常规灌溉的70%时穗粒数显著降低，不同基因型玉米品种下降幅度为6.6%～13.4%，其他灌溉水平间差异不显著。不同处理间千粒质量变化，不同基因型灌溉处理间除NH213品种外均为降低到常规灌溉的80%时千粒质量显著降低。穗粒质量变化不同灌溉处理间存在明显差异，不同基因型玉米品种W3处理平均比W4处理穗粒质量降低 2.2%～7.4%，W2处理比W4处理平均降低2.3%～11.3%，W1处理除NH213品种外比W4处理平均降低 11.2%～17.6%，表明灌溉处理主要是通过影响穗粒质量而影响玉米产量。

2.2 灌溉量对不同玉米品种不同生育阶段棵间蒸发的影响

从表3可以看出，播种—拔节期，拔节前期未设置水分处理，因此，该阶段棵间蒸发量各品种下不同处理间相同，该阶段玉米植株幼小，叶片较小且数目不多，地面覆盖度小，土壤耗水以棵间蒸发为主。拔节—抽雄期，气温逐渐升高，玉米进入快速生长阶段，叶面积逐渐增大，土壤耗水转向以叶片蒸腾为主。不同基因型玉米品种，随着灌量的增大棵间蒸发量和日棵间蒸发量也随之增大，不同品种条件下不同处理间棵间蒸发差异明显，M751此阶段最小棵間蒸发量为41.4 mm，最大为62.4 mm，此阶段棵间蒸发占阶段耗水量的比值平均为29.75%，日棵间蒸散量为1.06 mm/d。NH213在该阶段最小棵间蒸发41.8 mm，最大为66.2 mm，此阶段棵间蒸发占阶段耗水量的比值平均为30.8%，日棵间蒸散量为1.07 mm/d。DH618在该阶段最小棵间蒸发42.9 mm，最大为57.3 mm，此阶段棵间蒸发占阶段耗水量的比值平均为30.1%，日棵间蒸散量为1.03 mm/d。

抽雄—乳熟期，玉米由营养生长向生殖生长过渡阶段，此阶段玉米生长旺盛，株高达到最大，叶面积达到最大，需水强度达到全生育期最大，棵间蒸发量占阶段耗水量比例最小，叶片蒸腾在该阶段耗水中占据重要地位，该阶段对于3个不同基因型玉米品种，不同处理间随着灌量的增大棵间蒸发量和日棵间蒸发强度呈增大趋势，不同品种W4处理棵间蒸发量明显高于W1处理，M751此阶段最小棵间蒸发量为 12.3 mm，最大棵间蒸发量为15.6 mm， 此阶段棵间蒸发占阶

表4同。

段耗水量的比值平均为9.78%，日棵间蒸散量为 0.50 mm/d。NH213在该阶段最小棵间蒸发量11.2 mm，最大棵间蒸发量为13.6 mm，此阶段棵间蒸发占阶段耗水量的比值平均为7.90%，日棵间蒸散量为0.44 mm/d。DH618在该阶段最小棵间蒸发量为12.4 mm，最大棵间蒸发量为 15.8 mm，此阶段棵间蒸发占阶段耗水量的比值平均为 9.20%，日棵间蒸散量为0.49 mm/d。

乳熟—成熟期，玉米叶片逐渐衰老变黄，叶面积减小，叶面蒸腾作用降低，棵间蒸发占阶段蒸散量比例又有所回升。该阶段对于3个不同基因型玉米品种，各处理间随着灌溉量的增大棵间蒸发量和日棵间蒸发量呈增大趋势，不同品种灌溉量处理间棵间蒸发量差异明显，M751此阶段最小棵间蒸发量为 36.1 mm，最大棵间蒸发量为42.3 mm，此阶段棵间蒸发占阶段耗水量的比值平均为23.03%，日棵间蒸散量为 0.71 mm/d。NH213此阶段最小棵间蒸发量为33.7 mm，最大棵间蒸发量为39.5 mm，此阶段棵间蒸发占阶段耗水量的比值平均为2000%，日棵间蒸散量为0.67 mm/d。DH618此阶段最小棵间蒸发量为35.2 mm，最大棵间蒸发量为 42.5 mm，此阶段棵间蒸发量占阶段耗水量的比值平均为 20.70%，日棵间蒸散量为0.70 mm/d。endprint

从全生育期棵间蒸发量来看，棵间蒸发量随灌溉量的增加而增加，不同品种条件下不同处理间棵间蒸发量比较差异明显，大小均表现为W4>W3>W2>W1。M751的W4处理棵间蒸发量比W3、W2、W1分别高7.09%、14.11%、20.03%；NH213的W4处理棵间蒸发量比W3、W2、W1分别高10.45%、16.34%、22.99%；DH618的W4处理棵间蒸发量比W3、W2、W1分别高6.67%、12.35%、16.99%。3种基因型玉米品种全生育期棵间蒸发占总耗水量的比重随产量的增大呈下降趋势，全生育期棵间蒸发量的范围为 141.8～182.8 mm。

2.3 灌溉量对不同玉米品种不同生育期蒸腾量的影响

从表4可以看出，不同灌溉量处理条件下玉米不同生育阶段的蒸腾量，整体上来看播种至拔节期玉米的蒸腾量各处理间大小相等，差异不显著，主要原因是由于拔节期以前未设置灌溉量处理，管理措施与大田管理一致，只是不同品种间因品种自身特性蒸腾量有差异；其他各生育阶段不同处理蒸腾量间整体趋势表现为蒸腾量随着灌溉量的增大而增大，全生育期蒸腾量不同处理间差异显著。播种至拔节期，气温较低，玉米植株幼小，生长缓慢，玉米的蒸腾量较低；拔节至抽雄期，随着气温上升玉米进入快速生长阶段，营养生长加快，对水分需求量增大，灌溉量大的玉米生长速率较大，日蒸腾量逐渐增大，玉米蒸腾量也随之增大；抽雄至乳熟期，玉米处于营养生长和生殖生长阶段，有较大的营养器官建成，同化能力较强，耗水强度最大，田间耗水以蒸腾为主，此阶段时间较短，日蒸发量也最大。乳熟至成熟期，此阶段经历的时间较长，后期叶片衰老速率加快，灌溉量大的处理叶片衰老速率较缓慢，因此灌溉量大的处理蒸腾量也较大。M751全生育期蒸腾量W4处理显著高于W3、W2、W1，W4处理比W3、W2、W1处理分别高9.02%、1956%、32.80%；W3处理比W2、W1处理分别高10.35%、2181%，W2处理比W1处理高10.39%。NH213全生育期蒸腾量W4处理显著高于W3、W2、W1处理，W4处理比W3、W2、W1处理分别高10.64%、19.38%、35.73%；W3处理比W2、W1处理分别高8.02%、22.82%，W2处理比W1处理高13.70%。DH618全生育期蒸腾量W4处理显著高于W3、W2、W1处理，W4处理比W3、W2、W1处理分别高 13.09%、22.87%、3357%；W3处理比W2、W1处理分别高8.65%和18.11%，W2处理比W1处理高8.71%。综合来看，不同基因型玉米品种全生育期蒸腾量与灌溉量呈正相关，蒸腾量范围为366.8～522.8 mm。

3 讨论与结论

不同灌溉量对玉米籽粒产量的影響不尽相同。赵立群等认为，玉米产量随灌量的增加而增加，灌溉量与产量之间呈极显著正相关[9]。肖俊夫等认为，玉米灌水量和产量的关系呈抛物线变化趋势[10-11]。本试验针对不同灌量下玉米产量≥15 000 kg/hm2的研究结果表明，不同灌量处理间产量有显著差异，当灌溉量降低到90%时，大多数玉米品种籽粒产量（NH213除外）无明显降低趋势，其中多数品种当灌溉量减少到常规灌溉量的80%时产量显著降低，表明目前高产田确实存在灌溉量过高、水资源浪费等问题。Tida Ge等研究认为，水分胁迫对夏玉米整个生育期内生长发育、生物量分配及其水分利用效率有影响，田间持水量降低影响到玉米雌穗农艺性状以及产量及产量构成因素[12]。谢夏玲研究认为，滴灌条件下玉米灌溉量与穗数、穗粒数、千粒质量间无显著差异[13]。本研究表明，灌溉量显著影响玉米的产量，灌溉量对收获穗数的影响不显著，显著影响千粒质量和穗粒质量，且穗粒质量变化更为明显。可能由于高产玉米中后期生长旺盛，因此，当灌溉量显著降低时穗粒数和千粒质量均受到不同程度的影响。

对15 000 kg/hm2以上产量水平的玉米棵间蒸发量和蒸腾量研究表明，玉米全生育期棵间蒸发量和蒸腾量随灌溉定额的增大而增大。玉米阶段棵间蒸发量表现为生育前期多，中后期少的变化趋势，蒸腾量则表现相反的趋势。不同产量水平的玉米棵间蒸发量和蒸腾量变化规律具有相似性，不同的是阶段性需水量。本结果与王健得出非充分供水比充分供水降低了总蒸发蒸腾量和总蒸腾量，但产量并未降低，其节水效果明显，充分供水对总棵间蒸发量影响较小的结论[14]相一致。

不同灌溉量处理间产量有显著差异，适当降低灌溉量对玉米籽粒产量无显著影响。灌溉量对收获穗数的影响不显著，对单穗粒数和粒质量均有影响，但显著影响穗粒质量，即灌溉量主要通过影响穗粒质量影响产量；从整个生育期看，不同基因型玉米品种，随着灌溉量的增大棵间蒸发量和日棵间蒸发量也随之增大，不同品种条件下不同处理间棵间蒸发量差异显著。不同基因型玉米品种，棵间蒸发量和日棵间蒸发量在播种—拔节期达到最大，抽雄—乳熟期最小。3种基因型玉米品种全生育期棵间蒸发量占总耗水量的比重随产量的增大呈下降趋势，其全生育期棵间蒸发量的范围为141.8～182.8 mm。不同生育阶段（除播种—拔节期）不同处理蒸腾量间整体趋势表现为蒸腾量随着灌溉量的增大而增大，全生育期蒸腾量不同处理间差异显著。不同基因型玉米品种全生育期蒸腾量与灌溉量呈正相关，蒸腾量范围为366.8～5228 mm。

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