劉秋麗，王永紅

(山西省水利水電科學研究院， 太原 030002)

2017年山西省玉米種植面積為180.685 萬hm2，是山西省主要的糧食經濟作物之一[1]。水資源短缺限制了山西北部地區(qū)玉米的生長，對玉米的高產和穩(wěn)產影響很大[2]。膜下滴灌是覆膜與滴灌結合的局部灌溉的高效節(jié)水技術[3-5]。2013年膜下滴灌技術在山西省許多地區(qū)得到推廣應用[6]，2016年已發(fā)展至 2.39 萬hm2[7]。在節(jié)水前提下如何使山西省北部地區(qū)膜下滴灌玉米獲得穩(wěn)定高產，需要研究確定出適宜的種植密度和灌溉制度。目前針對山西省北部地區(qū)膜下滴灌玉米生產需要開展的種植密度和灌溉制度組合的研究還很少。因此，在該區(qū)開展系統(tǒng)的田間試驗，研究山西北部地區(qū)膜下滴灌條件下，種植密度和灌溉制度對玉米的耗水特性、生長發(fā)育、產量形成及水分利用效率的影響，可為該地區(qū)膜下滴灌玉米最優(yōu)種植與灌溉制度的建立及推廣應用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗區(qū)位于大同市陽高縣北徐屯鄉(xiāng)南徐屯村，該地多年平均降水量413 mm，全年70%的降水量集中在7-9月份。多年平均蒸發(fā)量1 743 mm，全年67%的蒸發(fā)量集中在3-7月份。供試土壤為硫酸鹽鹽化草甸土，土層3 m以內土壤質地為沙壤土和輕壤土，肥力水平較低。土壤主要物理化學性質見表1。

表1 土壤理化性狀Tab.1 Soil physical and chemical properties

1.2 試驗設計

依據當地高產栽培經驗，試驗因素選擇為灌水次數(B)和種植密度(A)2個因素，每個因素設3個水平。種植密度設7.50、8.25、9.00 萬株/hm2，灌水次數設3、4、5次。試驗組合方案見表2。試驗共計9個處理，每個處理均作3次重復取平均值，共計安排27個試驗小區(qū)。各處理其他的管理措施均相同。

表2 試驗組合方案Tab.2 Experimental combination programme

玉米品種選用適合當地密集種植的利民33號。播種前基施磷酸二氫鉀 450 kg/hm2。采用寬窄行的“一膜一帶二行玉米”的膜下滴灌種植模式，其中窄行覆膜，膜內玉米行寬40 cm，寬行間距60 cm。每種植12行玉米作為一個小區(qū)，試驗小區(qū)長16.7 m、寬5.5 m。每個試驗小區(qū)周圍均設有保護行。出苗后按當地習慣進行田間統(tǒng)一管理。分別在拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期進行灌水。4月6日播種，9月底收獲。玉米生育期灌水日期及灌水定額見表3。

表3 灌水日期及灌水定額Tab.3 Irrigation date and irrigation quota

1.3 測試指標及方法

(1)玉米生長性狀測定。每小區(qū)選5株有代表性的玉米掛牌，分別在6月15日、7月10日、7月29日、8月17日、8月28日、9月12日用卷尺測玉米的株高。用米格紙測量葉片的葉面積系數，然后計算小區(qū)玉米的葉面積指數。

(2)產量測定。玉米收獲后按實收測產。

(3)土壤含水率測定。每個試驗小區(qū)均分別在滴灌管下、膜下玉米株間、兩膜中心安裝水分儀觀測孔，利用Star-S406水分觀測儀以10 cm為單元同時觀測深度至80 cm。然后利用加權平均法計算確定土壤0～80 cm深的平均含水率。

(4)地下水補給量。利用安裝的自制蒸滲儀觀測灌溉和降水對地下水的補給量。

(5)耗水量計算。玉米田間耗水量根據如下公式計算確定[8]：

ET=WT+P+M+S-ΔW

(1)

式中：ET為生育期總耗水量，m3/hm2；WT為計劃濕潤層增加而增加的水量，m3/hm2；P為生育期有效降水量，m3/hm2；S為地下水補給量，m3/hm2；M為灌水量，m3/hm2；ΔW為作物生育期結束時與開始時土壤儲水量之差，m3/hm2。

(6)作物水分利用效率計算。計算公式如下：

(2)

式中：WUE為水分利用效率，kg/m3；Y為籽粒產量，kg/hm2；ET為生育期總耗水量，m3/hm2。

1.4 數據分析

利用 SPSS 11.7統(tǒng)計軟件進行數據分析，利用LSD法進行相互間的多重比較，利用S-N-K法進行兩兩比較，利用Origin 8.0軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 種植密度、灌水次數對玉米生長的影響

(1)對玉米株高的影響。由表4可以看出，種植密度、灌水次數對玉米植株生長有一定的影響。整個生育期內玉米株高隨時間的增加先增大后稍減小至不再隨時間變化，整個生育期內，T4(A2B1)處理玉米長勢最好，其次是T5(A2B2)、T7(A3B1)處理，這3個處理與其他處理相比差異極顯著。各處理均是7月29日抽穗期之前玉米增長率較大，7月29日之后株高增長緩慢甚至有減小趨勢，因為7月29日前是玉米抽穗前的生長關鍵期，抽穗之后株高增長變緩，以果實的灌漿生長為主。9月12日， T4(A2B1)處理的玉米株高最大為275.7 cm， T7(A2B2)、T5(A2B2)處理的玉米株高分別為244.3、239.3 cm，T1(A1B1)處理玉米的株高最低為225.7 cm。

表4 生育期玉米株高 cmTab.4 The height of maize plant during the period of growth

注：數字后不同小寫字母表示LSD法比較其相互差異顯著性(P<0.05)，下表同。

(2)對玉米葉面積指數的影響。種植密度、灌水次數影響玉米的葉面積指數。葉面積指數反映試驗區(qū)玉米整體生長情況，關系玉米生育期的騰發(fā)量，直接關系到玉米產量高低。由表5可知：整個生育期內，T4(A2B1)處理的玉米葉面積指數最大， T5(A2B2)次之，均與其他處理間存在顯著性差異。T5(A2B2)與T7(A3B1)之間差異不大，T1(A1B1)與T2(A1B2)之間差異也較小。同一種植密度不同灌水次數條件下，均是B1(灌水3次)處理的玉米葉片長勢較好。灌水次數為B1、B2條件下均是A2(玉米種植密度為8.25 萬株/hm2)處理的玉米面積指數較大，葉片長勢較好；灌水次數為B3條件下則是A1處理的玉米葉片長勢較好。9個處理下玉米的葉面積指數基本呈隨時間增加到峰值再隨時間減小的趨勢。7月29日前玉米葉面積指數增長迅速，并在8月中旬前后達到生長峰值，之后隨時間略有下降。因為8月中旬之前是玉米生長旺盛的關鍵時期，玉米的葉長寬增長較快，之后玉米灌漿期以玉米粒的生長為主，葉面積不再增長，隨時間呈下降趨勢。

表5 各生育期葉面積指數Tab.5 Leaf area index during different period of growth

2.2 不同處理的土壤含水率變化過程

分別對5月23日至9月30日時段內的0～80 cm土層土壤含水率(體積含水率)進行監(jiān)測，繪制玉米生育期內土壤含水率變化曲線，見圖1。整個生育期內，膜下滴灌各試驗處理的土壤含水率曲線波動較大，土壤含水率變化趨勢基本一致，基本呈低-高-低的變化趨勢。T5(A2B2)、T9(A3B3)2個處理與其他處理之間存在顯著差異，其余7個處理的土壤含水率相互之間差異不大。由于5月23日至6月27日時段內無灌水，所以土壤含水率變化幅度較小，土壤含水率較低。各處理均是灌水后土壤含水率增大，7月29日的土壤含水率最大。灌水前，T6(A2B3)、T1(A1B1)處理的土壤平均含水率較大，分別為27.85%、26.51%；T5(A2B2) 處理的土壤平均含水率最小，為22.99%。開始灌水后，7月10日至9月30日期間，T1(A1B1)、T6(A2B3) 處理的土壤平均含水率較大，分別是28.85%、28.76%； T5(A2B2)處理的土壤平均含水率最小，為25.22%。整個生育期內，T6(A2B3) 處理的土壤平均含水率最大為28.56%，T5(A2B2)處理的土壤平均含水率最小為24.72%。

圖1 玉米生育期 0～80 cm土壤含水率變化曲線Fig.1 Curves of average water content in soil of 0～80 cm during the period of maize growth

2.3 不同處理對玉米產量、耗水量及水分利用效率的影響

(1)對玉米產量的影響。各處理玉米產量見表6。對產量進行統(tǒng)計分析可知，種植密度的F=15.67，P=0.01<0.05，產量差異顯著。 不考慮灌水次數，A2處理的產量均值分別與A1、A3處理的產量均值之間存在顯著性差異，A1、A3處理之間差異不顯著，說明種植密度對產量有一定影響。不考慮種植密度，灌水次數的F=1.42，P=0.38>0.05，不同灌水次數處理下玉米產量均值之間無顯著性差異。說明本試驗條件下灌水次數對產量的影響不顯著，種植密度對玉米產量的影響較大。

表6 各處理玉米產量 kg/hm2Tab.6 Maize yields under different treatment

灌水次數一定，玉米產量隨種植密度的增加先增大后減小，均是A2處理的玉米產量最高。種植密度為A1、A3條件下玉米產量隨灌水次數的增加先增高后降低，均是B2處理下玉米產量最高；而種植密度為A2條件下B1處理的玉米產量最高，在此基礎上產量隨灌水次數增加呈負增長，說明種植密度8.25 萬株/hm2條件下灌水3次已達到最高產量，再增加灌水次數并不能使玉米產量更高。不同種植密度、灌水次數組合處理下以A2B1產量最高為8 418 kg/hm2，其次是A2B2處理，A3B1處理的產量最低，說明種植密度及灌水次數均影響玉米產量，高密度低水、低密度高水均不能獲得高產。

(2)對玉米耗水量的影響。對耗水量進行統(tǒng)計分析可知，3個種植密度下，不同灌水次數的耗水量均值的P=0.50>0.05，相互間差異不顯著，說明種植密度對耗水量影響不明顯；3個灌水次數下，不同種植密度的耗水量均值的P=0.02<0.05，差異顯著， B1處理的均值分別與B2、B3處理的均值間存顯著性差異，B2、B3處理的均值之間差異不顯著，說明灌水量對耗水量的影響較大。

由表7看出：種植密度為A1、A3條件下，耗水量隨灌水次數增加先增大后減小，均是B1處理的耗水量最小；在A2條件下，耗水量則隨灌水次數增加而增大。說明適宜的種植密度下增加灌水量增大作物耗水量。B1、B3條件下，耗水量隨種植密度的增加先增大后減小，A2處理的耗水量最大；B2條件下，耗水量則隨種植密度的增加先降低后增大，A2處理的耗水量最小。說明玉米種植密度及灌水次數對耗水量變化均有一定影響。9個試驗處理中T6(A2B3)處理的耗水量最大，為4 261.1 m3/hm2，分別較T5(A2B2)、T4(A2B1)處理高2.5%、5.1%；其次是T2(A1B2)處理的耗水量，為4 238.5 m3/hm2；T7(A3B1)處理的耗水量最低，為3 912 m3/hm2。

表7 各處理玉米耗水量 m3/hm2Tab.7 Water consumption of maize under different treatment

(3)對玉米水分利用效率的影響。由表8看出，不考慮灌水次數情況下， A2處理分別與A1、A3處理的均值存顯著性差異(P=0.005<0.05)，A1、A3處理的均值之間差異不顯著(P=0.059>0.05)；不考慮種植密度情況下，B1與B3處理均值存在顯著性差異(P=0.022<0.05)，B1、B2處理均值之間差異不顯著(P=0.105>0.05)，B2、B3處理均值之間差異不顯著(P=0.192>0.05)。說明種植密度、灌水次數均對玉米水分利用效率有一定影響。

表8 各處理玉米水分利用效率 kg/hm2Tab.8 Water use efficiency of maize under different treatment

T4(A2B1)處理的水分利用效率最高，為2.1 kg/m3；其次是T5(A2B2)處理，為1.9 kg/m3；T6(A3B2)處理的水分利用效率最低，為1.4 kg/m3。T1(A1B1)、T2(A1B2)、T6(A2B3)處理的水分利用效率之間無顯著差異；T7(A3B1)、T3(A1B3)、T9(A3B3)處理的水分利用效率之間差異不顯著。灌水次數相同、種植密度不同條件下，玉米水分利用效率隨種植密度先增大后減小，種植密度為8.25 萬株/hm2處理的水分利用效率最大；種植密度相同、灌水次數不同條件下，玉米水分利用效率反隨灌水次數的增加而減小，均是灌水3次處理的玉米水分利用效率最大。

因此，要結合種植密度和灌水次數2方面分析，灌水3次、種植密度8.25 萬株/hm2組合處理的玉米產量達到8 418 kg/hm2，耗水量為4 057.0 m3/hm2，水分利用效率為2.1 kg/m3，是本試驗條件下種植密度和灌溉次數的最佳組合模式。

3 結 論

(1)玉米的生長狀況、產量及水分利用效率均受種植密度和灌水次數的影響。株高和葉面積指數隨時間的增加先增大后稍減小至不變。種植密度8.25 萬株/hm2、灌水3、4、5次處理下的產量和耗水量呈指數變化關系，在灌水3次、耗水量為4 057.0 kg/hm2時已獲得最高產量，在此基礎上再增加灌水次數，耗水量增大，產量不增反而下降。全生育期內，T4(A2B1)處理玉米長勢最好，株高最高達275.7 cm、葉面積指數為5.34、產量達到8 418 kg/hm2、水分利用效率為 2.1 kg/m3，T5(A2B2)處理次之。T4(A2B1)即種植密度8.25 萬株/hm2、灌水3次是最佳的節(jié)水、穩(wěn)產、密植灌水組合模式。

(2)生育期土壤含水率變化基本呈低-高-低波動趨勢。6月27日之前土壤含水率變化幅度較小，7月29日土壤含水率達到最大峰值。全生育期內，T6(A2B3)處理下的土壤平均含水率最大，其次是T1(A1B1)處理，T5(A2B2)處理下的土壤平均含水率最小。