高金花，柏　宇，廉冀寧

(1.長(zhǎng)春工程學(xué)院 水利與環(huán)境工程學(xué)院，長(zhǎng)春　130012；2.吉林省水工程安全與災(zāi)害防治工程實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)春　130012)

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玉米高光效膜下滴灌試驗(yàn)研究

高金花1,2，柏宇1,2，廉冀寧1,2

(1.長(zhǎng)春工程學(xué)院 水利與環(huán)境工程學(xué)院，長(zhǎng)春130012；2.吉林省水工程安全與災(zāi)害防治工程實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)春130012)

摘要：通過(guò)在長(zhǎng)春地區(qū)進(jìn)行的田間試驗(yàn)，研究玉米高光效膜下滴灌種植模式與常規(guī)種植模式對(duì)玉米生長(zhǎng)發(fā)育的影響。結(jié)果表明：高光效膜下滴灌種植模式不僅使玉米增產(chǎn)增收，還能縮短生育期及改善玉米各階段的動(dòng)態(tài)生長(zhǎng)指標(biāo)。同時(shí)，針對(duì)試驗(yàn)中的高產(chǎn)灌溉制度，結(jié)合作物動(dòng)態(tài)生長(zhǎng)模型優(yōu)化了高光效膜下滴灌的灌溉制度，用以指導(dǎo)田間管理。

關(guān)鍵詞：高光效；膜下滴灌；動(dòng)態(tài)生長(zhǎng)指標(biāo)；玉米

0引言

近年來(lái)隨著人口的增長(zhǎng)和耕地面積的減少，如何保證糧食安全顯得尤為重要。東北地區(qū)作為玉米的主要產(chǎn)區(qū)之一，肩負(fù)著提高玉米產(chǎn)量的重任。為此，針對(duì)已在吉林省推廣應(yīng)用的膜下滴灌技術(shù)，將其與高光效種植模式相結(jié)合，研究玉米生長(zhǎng)規(guī)律。

與傳統(tǒng)的種植模式相比，膜下滴灌能實(shí)現(xiàn)膜內(nèi)水分以液-氣-液的形式進(jìn)行循環(huán)，減少水分的蒸發(fā)損失[1]。覆膜能有效地阻隔土壤熱能與大氣交換，減少熱能損失，進(jìn)而提高全生育期的積溫[2-4]。膜下滴灌現(xiàn)已在東北地區(qū)得到了廣泛的應(yīng)用[5-6]。

高光效栽培模式是一種在吉林省推廣應(yīng)用的玉米種植方法，由中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所研發(fā)和推廣[7]。經(jīng)過(guò)2010-2012年德惠試驗(yàn)站的試驗(yàn)，3年平均單產(chǎn)比傳統(tǒng)種植模式增產(chǎn)13.5%。其休耕輪作能促進(jìn)植株對(duì)養(yǎng)分的吸收、保證土壤的肥力和減緩?fù)寥赖耐嘶痆8]，改變壟向和調(diào)整壟距又能延長(zhǎng)光照時(shí)間和充分的利用光能。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)區(qū)位于長(zhǎng)春市合心鎮(zhèn)，東經(jīng)43°7′，北緯125°59′，地處東遼平原，海拔215m；平均氣溫4.8℃，夏季溫濕多雨，冬季漫長(zhǎng)寒冷，日照時(shí)間2 688h，年均降雨量600mm左右，降雨多集中在6-8月。試驗(yàn)區(qū)的土壤理化性質(zhì)如表1所示。

表1　試驗(yàn)田土壤理化性質(zhì)表

1.2試驗(yàn)方案

試驗(yàn)于2014年5月1日播種。依據(jù)測(cè)土配方對(duì)田間進(jìn)行施肥處理，統(tǒng)一施用底肥：磷酸二銨200kg/hm2，尿素150kg/hm2，氯化鉀100kg/hm2，大喇叭口期補(bǔ)追尿素300kg/hm2。灌溉制度以玉米生長(zhǎng)的拔節(jié)期、抽雄灌漿期、乳熟期的土壤含水率下限作為灌水控制指標(biāo)設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案，以常規(guī)種植為對(duì)照，試驗(yàn)方案如表2所示。

表2　實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)表

通過(guò)對(duì)吉林省松原市乾安縣玉米高光效推廣種植區(qū)域的實(shí)地調(diào)研，因原有高光效休閑壟距過(guò)大，當(dāng)?shù)刈隽诉m當(dāng)調(diào)整，本次結(jié)合長(zhǎng)春地區(qū)的環(huán)境條件，將原本的(160+40)×20改為(110+50)×16.7，如圖1、圖2所示。對(duì)照組采用65cm的均勻壟距，株距23.1cm。

圖1　原高光效設(shè)計(jì)壟距

圖2　本次試驗(yàn)設(shè)計(jì)壟距

2結(jié)果與分析

2.1高光效膜下滴灌對(duì)玉米生長(zhǎng)發(fā)育的影響

從最終產(chǎn)量(見(jiàn)表3)可以看出產(chǎn)量最高的處理3達(dá)到15 982kg/hm2，其次為處理1的15 190kg/hm2和處理2的14 943kg/hm2。高光效膜下滴灌處理組的平均產(chǎn)量相對(duì)于常規(guī)種植組提高33%，表明高光效膜下滴灌種植模式能大幅提高玉米的生產(chǎn)效益。

表3　處理與產(chǎn)量對(duì)照表

不同灌溉處理對(duì)玉米產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響如表4所示。對(duì)各產(chǎn)量構(gòu)成因素進(jìn)行相關(guān)系數(shù)的分析，結(jié)果如表5所示。相關(guān)系數(shù)在一定程度上可以體現(xiàn)因素和效應(yīng)之間的主要聯(lián)系[9]。從表5可以看出：穗行數(shù)、穗徑與百粒質(zhì)量之間的相關(guān)系數(shù)較高，且通過(guò)數(shù)據(jù)可以看出隨著穗行數(shù)與穗徑、百粒質(zhì)量呈正相關(guān)。穗行數(shù)(x1)、穗徑(x2)、百粒質(zhì)量(x4)與產(chǎn)量(y)之間的相關(guān)系數(shù)較高，而穗長(zhǎng)(x2)與產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)不是很理想。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)穗行數(shù)、穗徑、百粒重對(duì)產(chǎn)量的影響相對(duì)較大。

高光效膜下滴灌處理組生預(yù)期縮短，其出苗時(shí)間比常規(guī)對(duì)照組要縮短10天(見(jiàn)表6)，全生育期比常規(guī)對(duì)照組縮短12天，占全生育期的7.5%左右。覆膜有效的提高土壤溫度，改變壟向提高作物光合利用效率，相同品種的玉米，高光效膜下滴灌能較早的到達(dá)作物生育期所需要的積溫要求，縮短生育期。

表4　不同灌溉處理對(duì)玉米產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

表5　產(chǎn)量構(gòu)成因素的相關(guān)分析

表6　高光效處理組與常規(guī)種植處理組生育期對(duì)照表

株高作為一種反應(yīng)玉米生長(zhǎng)狀況的指標(biāo)，可以通過(guò)分析株高的變化來(lái)觀察不同耕種模式對(duì)植株生長(zhǎng)狀況的影響[10]。高光效膜下滴灌和傳統(tǒng)種植模式下玉米株高的變化如圖3所示。各處理在拔節(jié)期株高增長(zhǎng)速率最大，在灌漿期玉米株高達(dá)到最大值，灌漿期后株高趨于平緩。高光效膜下滴灌模式下各生育期株高的增長(zhǎng)效率均高于常規(guī)對(duì)照組，有明顯提高玉米生育期的株高的作用；在差異最明顯的抽雄期，高光效膜下滴灌的株高相比傳統(tǒng)株高提高28.2%。

葉片是作物進(jìn)行光合作用的主要器官，其值的大小直接影響作物光合作用的強(qiáng)弱和光能利用量的多少。葉面積的大小主要通過(guò)葉面積指數(shù)(LAI)來(lái)體現(xiàn)，如圖4所示。

圖3　各處理各生育期株高變化曲線

圖4　各處理各生育期葉面積指數(shù)變化曲線

各處理LAI值在拔節(jié)期增長(zhǎng)速率最大，在抽雄期達(dá)到最大值，灌漿期后開(kāi)始呈現(xiàn)衰退趨勢(shì)。高光效膜下滴灌種植模式下的處理組在各生育期的LAI值均大于常規(guī)對(duì)照組，可以看出高光效膜下滴灌種植模式能較好的提高玉米生育期的LAI值；在差異最明顯的抽雄期，高光效膜下滴灌的LAI相對(duì)傳統(tǒng)株高提高27.9%。

2.2灌溉制度的模擬優(yōu)化

動(dòng)態(tài)農(nóng)業(yè)技術(shù)決策系統(tǒng)(DSSAT)是在美國(guó)農(nóng)業(yè)部資助下，由多所大學(xué)參與開(kāi)發(fā)的大型作物模擬軟件包[11]。它通過(guò)將氣候、作物管理和土壤3個(gè)模塊結(jié)合來(lái)模擬作物的生理過(guò)程，為作物的田間管理提供理論依據(jù)[12]，已在玉米適宜播期、氮脅迫對(duì)作物的影響及建立作物品種生長(zhǎng)參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)等方面取得了廣泛的應(yīng)用[13-18]。

本文通過(guò)結(jié)合已有灌溉小區(qū)的灌溉制度，根據(jù)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理提出10種灌溉方案進(jìn)行Dssat模型模擬，模擬結(jié)果如表7所示。模擬產(chǎn)量最高的1組為方案8，總灌水量290mm，模擬產(chǎn)量16 781kg/hm2。該結(jié)果能夠?yàn)樘镩g實(shí)際耕作管理提供理論依據(jù)。

表7　灌溉方案和模擬產(chǎn)量對(duì)照表

3結(jié)論

1)通過(guò)對(duì)比各處理的產(chǎn)量發(fā)現(xiàn)：高光效膜下滴灌處理組的平均產(chǎn)量相對(duì)于常規(guī)種植組提高33%，表明高光效膜下滴灌種植模式能大幅提高玉米的生產(chǎn)效益。

2)對(duì)各產(chǎn)量構(gòu)成因素進(jìn)行相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，穗行數(shù)(x1)、穗徑(x2)、百粒重(x4)與產(chǎn)量(y)之間的相關(guān)系數(shù)較高，對(duì)產(chǎn)量的影響相對(duì)較大。

3)高光效膜下滴灌處理組的出苗時(shí)間比常規(guī)對(duì)照組要縮短10天，全生育期比常規(guī)對(duì)照組縮短12天，占全生育期的7.5%左右。

4)通過(guò)對(duì)比高光效膜下滴灌種植模式與傳統(tǒng)種植模式株高和葉面積指數(shù)的對(duì)比圖發(fā)現(xiàn)：高光效膜下滴灌種植模式能有效的提高作物的株高和葉面積指數(shù)。在差異最明顯的抽雄期，高光效膜下滴灌的株高相比傳統(tǒng)對(duì)照組提高28.2% 、LAI相對(duì)傳統(tǒng)對(duì)照組提高27.9%。

5)應(yīng)用作物動(dòng)態(tài)生長(zhǎng)模型對(duì)所選10組灌溉方案進(jìn)行模擬分析，得到優(yōu)化后的灌溉制度，灌溉用水290mm，產(chǎn)量最高。

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Experimental Study of High Photosynthetic Efficiency and Drip Irrigation under Mulch

Gao Jinhua1,2, Bai Yu1,2, Lian Jining1,2

(1.College of Water Resources and Environmental Engineering, Changchun Institute of Technology,Changchun 130012,China； 2.Laboratory of Applied Disaster Prevention in Water Conservation Engineering of Jilin Province,Changchun 130012,China)

Abstract：The influence of high photosynthetic efficiency with drip irrigation under mulch and conventional planting patterns is defined by the experiments in Changchun. The results show that not only high maize production can be got , but growth period can be shortened and dynamic growth index can be increased by high photosynthetic efficiency ,and identify suitable irrigation schedules by decision support system for agrotechnology transfer.

Key words：high photosynthetic efficiency; drip irrigation under mulch ; dynamic growth index; corn

文章編號(hào)：1003-188X(2016)03-0179-04

中圖分類(lèi)號(hào)：S275.6

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

作者簡(jiǎn)介：高金花(1969-)，女(朝鮮族)，吉林樺甸人，副教授,博士，(E-mail)zgsherry@sina.com。

基金項(xiàng)目：吉林省發(fā)改委資助項(xiàng)目(2014817)；長(zhǎng)春市科技局資助項(xiàng)目(2013188)；吉林省科技廳資助項(xiàng)目(20140201020JC)

收稿日期：2015-06-04