佟長福，李和平，石祥芝，曹雪松，羅鵬懷，李生眾

（1.水利部牧區(qū)水利科學(xué)研究所，呼和浩特010020；2.呼倫貝爾市水利局，內(nèi)蒙古呼倫貝爾021008；3.烏審旗水利局，內(nèi)蒙古鄂爾多斯017300；4.內(nèi)蒙古通遼市科爾沁區(qū)莫力廟灌區(qū)管理所，內(nèi)蒙古通遼028031）

青貯玉米是全株刈割用于青貯飼喂牲畜的飼用型玉米，其營養(yǎng)豐富、消化率較高，粗蛋白質(zhì)含量可達(dá)3%以上，含有豐富的糖類[1]。它生長迅速，可獲得較多的莖葉產(chǎn)量，是養(yǎng)殖業(yè)不可缺少的基礎(chǔ)飼料。種植青貯玉米不僅為發(fā)展現(xiàn)代畜牧業(yè)提供了大量優(yōu)質(zhì)飼料，而且有利于種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，解決畜牧業(yè)發(fā)展中青貯飼料短缺的有效途徑。同時(shí)，是穩(wěn)定畜牧業(yè)生產(chǎn)、發(fā)展農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)、促進(jìn)農(nóng)牧民增收的有效途徑之一，對(duì)草畜一體化轉(zhuǎn)型升級(jí)、實(shí)施奶業(yè)振興和促進(jìn)農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革具有重要意義[2]。

隨著畜牧業(yè)迅速發(fā)展，對(duì)青貯玉米等飼料的需求日益增大，為提高青貯玉米產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益，增加農(nóng)牧民收入，研究青貯玉米節(jié)水高效技術(shù)顯得尤為重要[3]。申孝軍等[4]采用人工控水試驗(yàn)研究了不同水分處理對(duì)青貯玉米生長、產(chǎn)量、耗水量以及水分利用效率的影響；范曉慧[5]研究認(rèn)為青貯玉米在任何一個(gè)階段發(fā)生水分脅迫，都會(huì)使植株的高度、葉面積和最終產(chǎn)量比充分灌溉狀態(tài)時(shí)的??；田建柯[6]等研究了灌水量及灌水頻率對(duì)玉米生長和水分利用的影響；焦炳忠等[7]研究了不同灌溉定額對(duì)膜側(cè)玉米生長及水分利用效率的影響；段震宇[8]研究了不同灌水期對(duì)青貯玉米農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量形成的影響；張仔羅等[9]認(rèn)為灌溉量對(duì)滴灌小麥—青貯玉米復(fù)播體系蒸發(fā)蒸騰量值及作物系數(shù)值影響顯著，灌溉量越大，蒸發(fā)蒸騰量值和作物系數(shù)值越大；蒙強(qiáng)等[10]研究了不同水分處理的春青稞產(chǎn)量及水分利用效率均隨水分調(diào)控下限的降低呈現(xiàn)出先升高后降低趨勢。目前，對(duì)滴灌青貯玉米的作物系數(shù)和水分利用效率研究涉及較少。因此，本文開展了滴灌青貯玉米田間試驗(yàn)研究，探索了滴灌條件下不同水分調(diào)控對(duì)青貯玉米作物系數(shù)和水分利用效率影響，有效提高了水分利用效率，從而能保證有限的水資源得到充分利用，為當(dāng)?shù)厍噘A玉米的灌溉管理提供了依據(jù)[11]。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于錫林浩特市沃元奶牛場（44°00'56.5″N，116°06'55.4″E，海拔978 m），距市區(qū)6 km。多年平均降水量269 mm，年內(nèi)分配極不均衡，7-8月降水量占全年降水總量的70%；蒸發(fā)量1 863 mm（20 cm 蒸發(fā)皿）；平均氣溫2.3 ℃，極端最高氣溫39.2 ℃，極端最低氣溫-42.4 ℃；風(fēng)速為3.4 m/s，最大風(fēng)速為29 m/s，最大凍土深度2.9 m。供試土壤以栗鈣土為主，土壤鉀元素含量相對(duì)較高，而氮和磷含量較低，有機(jī)質(zhì)含量在2%～3%之間，全氮含量低于10%。土壤0～100 cm 平均容重為1.66 g/cm3，田間持水量為14.3%（占干土重）[12-14]。

1.2 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)材料為龍單38 號(hào)。試驗(yàn)共設(shè)8 個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)2次。灌溉方式為滴灌，采用控制土壤含水率下限的方法進(jìn)行灌溉（表1），上限為田間持水率的90%，每個(gè)處理安裝水表嚴(yán)格控制灌水量。每個(gè)處理的試驗(yàn)區(qū)面積均為19 m×15 m，每個(gè)試驗(yàn)區(qū)設(shè)保護(hù)區(qū)隔離，以避免相互影響，試驗(yàn)區(qū)面積為0.91 hm2。選用內(nèi)鑲貼片式滴灌帶，毛管直徑16 mm，壁厚0.2 mm，滴頭間距300 mm，滴頭流量2.2 L/h[15]；滴灌帶平行于青貯玉米種植方向鋪設(shè)，間距為60 cm。除灌水外，各處理農(nóng)業(yè)技術(shù)措施保持一致，每個(gè)處理施肥量按照當(dāng)?shù)卣５氖褂昧浚シN時(shí)施有機(jī)肥22 500～30 000 kg/hm2，6月底和7月中旬分別追尿素225～300 kg/hm2。本文耗水量的計(jì)算采用水量平衡原理，其中地下水埋深為25 m，不考慮地下水的補(bǔ)給量。

表1 青貯玉米土壤含水率下限控制（占田間持水率） %Tab.1 Control index lower of soil moisture content of silage maize(percent of field capacity)

1.3 有效降雨量與灌水量

1.3.1 有效降雨量

根據(jù)文獻(xiàn)[16]，有效降雨量采用下面公式計(jì)算：

式中：Pe為有效降雨量，mm；α為有效降雨系數(shù)；P為一次降雨量，mm；當(dāng)P≤5mm 時(shí)，α=0；當(dāng)5＜P≤30mm 時(shí)，α=1.0；當(dāng)30＜P≤50mm 時(shí)，α=0.8；當(dāng)50＜P≤100mm時(shí)，α=0.7；當(dāng)P＞100mm時(shí)，α=0.6。

青貯玉米2011年和2012年不同生育階段有效降水量見表2。

表2 2011-2012年青貯玉米不同生育階段有效降雨量 mmTab.2 Effective precipitation in different fertility stages of silage maize in 2011-2012

1.3.2 灌水量

參照前期研究[16]，青貯玉米2011年和2012年灌水量見表3。

1.4 觀測內(nèi)容與方法

1.4.1 土壤含水率的測定

試驗(yàn)觀測從2011年5月至2012年10月，采用土壤水分監(jiān)測儀PR2和烘干法每隔10 d（灌水和降雨前后加測）測定一次土壤含水率，測定土壤層次為0～10、10～20、20～30、30～40、40～60和60～100 cm，設(shè)2次重復(fù)[17]。

表3 2011-201年青貯玉米不同處理灌水量 mmTab.3 Irrigation of silage maize under different treatment in 2011-2012

1.4.2 產(chǎn)量的測定

采用樣方法測定地上部分青貯玉米產(chǎn)量，樣方面積為1.5 m×1.5 m，每個(gè)處理重復(fù)3 次，取其平均值，然后計(jì)算得出不同處理每公頃的產(chǎn)量。

1.4.3 耗水量計(jì)算

青貯玉米耗水量根據(jù)水量平衡原理計(jì)算[18]，見公式（2）。

式中：ETa為生育階段耗水量，mm；M為生育階段灌溉水量，mm；P0為生育階段有效降雨量，mm；Wr為生育階段由于計(jì)劃濕潤層增加而增加的水量（生育階段無變化，則Wr=0），mm；K為地下水補(bǔ)給量（地下水埋深為25 m，K=0），mm；ΔW為生育階段土壤計(jì)劃濕潤層內(nèi)的儲(chǔ)水量，mm。

1.4.4 參考作物騰發(fā)量和作物系數(shù)

采用標(biāo)準(zhǔn)化、統(tǒng)一化后FAO（聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織）Penman-Monteith 公式計(jì)算參考作物騰發(fā)量[19]（氣象數(shù)據(jù)來源2011年5月23日-9月7日，2012年5月10日-8月29日的田間氣象站）：

式中：ETo為參考作物蒸發(fā)蒸騰量，mm/d；Rn為凈輻射，MJ/（m2·d）；G為土壤熱通量，MJ/（m2·d）；u2為2 m高度處風(fēng)速，m/s；es為平均飽和水汽壓，kPa；ea為實(shí)際水汽壓，kPa；Δ為飽和水汽壓曲線斜率，kPa/℃；γ為濕度計(jì)常數(shù)，kPa/℃。

1.4.5 青貯玉米作物系數(shù)與水分利用效率

青貯玉米作物系數(shù)為全生育期實(shí)際耗水量與參考作物騰發(fā)量比值，采用公式（4）計(jì)算：

式中：KC為作物系數(shù)；ETa為青貯玉米全生育期實(shí)際耗水量，mm。

青貯玉米水分利用效率是消耗單位水量的產(chǎn)出，其值等于青貯玉米產(chǎn)量與耗水量比，采用公式（5）計(jì)算：

式中：WUE為水分利用效率，kg/m3；Y為青貯玉米產(chǎn)量，kg/hm2。

2 結(jié)果分析與討論

2.1 不同灌水處理土壤水分變化

土壤含水率的水平變化是指作物不同時(shí)期不同層次土壤含水率的動(dòng)態(tài)變化。本文以2011年5-10月的試驗(yàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)（0～60 cm 土層均值）分析不同灌水處理青貯玉米全生育期土壤水分變化，從圖1中可知：不同灌水處理的土壤含水率變化趨勢相同。6月初土壤含水率較低，青貯玉米剛剛播種，該時(shí)期降水稀少而氣溫逐漸升高，水分供需矛盾突出，故此期為春夏失墑期；7月中下旬各土層的土壤含水率均較其他時(shí)段高，Q1 處理土壤含水率達(dá)到最大，因?yàn)橥寥浪謥碓粗饕墙涤旰凸嗨?，?月下旬以后，溫度迅速升高，青貯玉米也逐漸進(jìn)入生長速率較高的生長發(fā)育階段，植物對(duì)水分的利用和需水量也隨著增加，土壤水分蒸發(fā)損失增大，土壤含水率急劇下降；8月上旬土壤含水率降到最低，此后由于灌溉使土壤含水率逐漸升高；8月中下旬到收割前不進(jìn)行灌溉，土壤含水率逐漸降低[20]。

土壤儲(chǔ)水量根據(jù)2011-2012年試驗(yàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)由土壤含水率分層計(jì)算得出。不同灌水處理青貯玉米0～60 cm土層的土壤儲(chǔ)水量變化見圖2。

從圖2可知：Q1、Q2 和Q3 這3 個(gè)處理的土壤儲(chǔ)水量較小，因?yàn)?個(gè)處理的灌水量較其他處理大，土壤水分消耗主要是降雨和灌溉水；其他處理灌水量小，土壤水分消耗主要是降雨、灌溉水和土壤儲(chǔ)水。

2.2 不同土壤水分調(diào)控對(duì)青貯玉米產(chǎn)量的影響

水分虧缺對(duì)青貯玉米生態(tài)性狀和生理活動(dòng)的影響最終反映在產(chǎn)量上，不同生育階段發(fā)生水分脅迫時(shí)，對(duì)產(chǎn)量影響機(jī)理是不同的。本研究對(duì)不同灌溉水平條件下青貯玉米的產(chǎn)量進(jìn)行了分析[21]。

青貯玉米生長發(fā)育的各個(gè)階段，水分脅迫均會(huì)引起一系列的不良后果，其中最明顯的影響是植株的大小、葉面積和作物產(chǎn)量下降。不同土壤水分調(diào)控對(duì)青貯玉米產(chǎn)量的影響（以2012年為例）見圖3。從圖中可知：Q1對(duì)照處理產(chǎn)量最大為64 980 kg/hm2，其次是苗期受旱（Q2）處理為57 765 kg/hm2，減產(chǎn)率為11.1%；苗期-拔節(jié)期受旱（Q5）處理產(chǎn)量為38 205 kg/hm2，比對(duì)照處理減產(chǎn)26 775 kg/hm2，減產(chǎn)率為41.2%；拔節(jié)-抽雄期受旱（Q7）處理產(chǎn)量最小為37 830 kg/hm2，比對(duì)照處理減產(chǎn)27 150 kg/hm2，減產(chǎn)率為41.8%；抽雄-收割受旱（Q8）處理產(chǎn)量為46 050 kg/hm2，比對(duì)照處理減產(chǎn)18 930 kg/hm2，減產(chǎn)率為29.1%。

通過以上分析可知：青貯玉米苗期受旱處理減產(chǎn)率最小為11.1%，應(yīng)進(jìn)行灌溉補(bǔ)墑；進(jìn)入拔節(jié)-抽雄期植株生長旺盛，是青貯玉米株體形成的重要時(shí)期，土壤水分供應(yīng)充足，有利于植株健壯生長，積累更多的干物質(zhì)，為后期的生殖生長奠定良好基礎(chǔ)，該階段受旱，減產(chǎn)率最大達(dá)到41.8%，可見該階段為青貯玉米需水的關(guān)鍵期；抽雄-收割期，青貯玉米由營養(yǎng)生長向生殖生長過渡，葉面積指數(shù)和蒸騰均達(dá)到其一生中的最高值，生殖生長和體內(nèi)新陳代謝旺盛，同時(shí)進(jìn)入開花和授粉階段，為青貯玉米生產(chǎn)效率最高期，該階段受旱，減產(chǎn)率達(dá)到29.1%。

2.3 不同土壤水分調(diào)控對(duì)青貯玉米耗水強(qiáng)度的影響

根據(jù)公式（2）得出青貯玉米全生育期內(nèi)耗水強(qiáng)度見表4。從表4可知：青貯玉米每個(gè)處理的耗水強(qiáng)度趨勢一致，均是先由低到高，然后再由高到低變化。苗期植株幼小，地面覆蓋度低，其水分消耗以地面蒸發(fā)為主，因此該階段耗水強(qiáng)度較低，處于2.56～3.29 mm/d之間；拔節(jié)期以后，營養(yǎng)生長加快，植株蒸騰速率增加較快，耗水強(qiáng)度快速增大，在2.71～4.37 mm/d 之間；拔節(jié)-抽雄階段，青貯玉米的株高和葉面積均達(dá)到最大，同時(shí)恰好處在一年中氣溫最高的季節(jié)，耗水強(qiáng)度也處于最高階段，處于2.19～5.90 mm/d 之間，是青貯玉米需水關(guān)鍵期；抽雄-收割階段，由于氣溫逐漸降低，葉片蒸騰活力降低，耗水強(qiáng)度逐漸減小，Q6、Q7 和Q8 等3 個(gè)處理，在拔節(jié)-抽雄階段，耗水強(qiáng)度比苗期的小，這是由于灌水原因所致。從上面分析可知，青貯玉米的需水敏感期為拔節(jié)-抽雄期，因此，在拔節(jié)-抽雄期灌水，對(duì)確保青貯玉米需水和獲得較高的產(chǎn)量尤為重要。

表4 2011-2012年青貯玉米不同處理各生育階段耗水強(qiáng)度mm/dTab.4 Water consumption intensity of silage maize at different growth stages under each treatment in 2011-2012

2.4 不同土壤水分調(diào)控下青貯玉米產(chǎn)量與全生育期耗水量的關(guān)系

根據(jù)2011-2012年的實(shí)測資料（剔除處理間差異不顯著數(shù)據(jù)），點(diǎn)繪產(chǎn)量與全生育期耗水量的關(guān)系圖（見圖4），二者之間呈現(xiàn)出二次拋物線關(guān)系，相關(guān)性較高，其回歸方程為：

從圖4可知：青貯玉米產(chǎn)量隨著耗水量的增加而增加，但耗水量到達(dá)一定程度時(shí)，產(chǎn)量增加緩慢，開始呈現(xiàn)出“報(bào)酬遞減”現(xiàn)象。

2.5 不同土壤水分調(diào)控對(duì)青貯玉米作物系數(shù)的影響

作物系數(shù)是作物本身生物學(xué)特性的反映，它與作物的種類、品種、生育期、作物生長狀況有關(guān)。通過上面試驗(yàn)結(jié)果分析，Q1 處理產(chǎn)量最高，因此以該灌水處理為典型處理分析計(jì)算作物系數(shù)。

從表5可知：青貯玉米各生育階段作物系數(shù)呈現(xiàn)出先由低到高，然后再由高到低的變化趨勢。青貯玉米在生長初始階段，耗水量（ETa）主要以棵間蒸發(fā)為主，青貯玉米蒸騰量較小，ETa值接近參考作物騰發(fā)量，二者比值（即作物系數(shù)Kc）也較??；隨青貯玉米生長，植株逐漸長大，葉面積指數(shù)逐漸增大，ETa主要以青貯玉米植株蒸騰為主，ETa值逐漸增大且大于ET0，作物系數(shù)Kc逐漸增大；到拔節(jié)-抽雄期達(dá)到最大值；進(jìn)入抽雄-收割期，耗水量ETa減少，作物系數(shù)又開始減小，整個(gè)生育期的作物系數(shù)呈現(xiàn)出二次拋物線形。

表5 2011-2012年典型灌水處理（Q1）青貯玉米作物系數(shù)Tab.5 Crop coefficient of silage maize with typical irrigation（Q1）in 2011-2012

限于篇幅，本文給出其他處理作物系數(shù)（2011-2012年均值）見表6。從表6可知：不同水分處理的青貯玉米各生育階段作物系數(shù)變化趨勢同Q1處理。

表6 不同灌水處理青貯玉米作物系數(shù)（2011、2012年均值）Tab.6 Crop coefficient of silage maize with different irrigation treatment（Average in 2011 and 2012）

2.6 不同土壤水分調(diào)控對(duì)青貯玉米水分利用效率的影響

根據(jù)2011年和2012年的試驗(yàn)資料，利用公式（5）計(jì)算出不同水分調(diào)控下青貯玉米水分利用效率見圖5。

從圖5可知：2011年的水分利用效率大于2012年，是由這2 個(gè)年度的氣象因素和灌水差異所致。2011年的水分利用效率最大值為Q2 處理，但不是灌水量最大的處理，水分利用效率最小值為Q8 處理，二者相差57.6%，而灌水量相差77.6%；Q3、Q4 和Q5 處理的水分利用效率和Q2 處理差距不大，灌水量差距分別為17.2%、30.5%和42.8%，由此可見Q5處理為最佳的灌水處理。2012年水分利用效率各處理間差異較小，由于降雨量較大導(dǎo)致灌水量差異較小，灌水量最大與最小處理間相差80 mm；水分利用效率最大為Q1 處理，亦是灌水量最大的處理。因此，根據(jù)有效降雨量和灌水量，可以推測在降水量較大的年份灌水量大的處理其水分利用效率較大。

3 結(jié) 論

（1）不同水分調(diào)控對(duì)青貯玉米產(chǎn)量產(chǎn)生了不同程度的負(fù)面影響，這種影響隨著水分脅迫時(shí)間的延長和脅迫程度的加劇而愈加嚴(yán)重。

（2）青貯玉米耗水量與產(chǎn)量關(guān)系呈現(xiàn)出二次拋物線關(guān)系，青貯玉米產(chǎn)量隨著耗水量的增加而增加，但耗水量到達(dá)一定程度時(shí)，產(chǎn)量增加緩慢，開始呈現(xiàn)出“報(bào)酬遞減”現(xiàn)象。

（3）青貯玉米各生育階段作物系數(shù)變化趨勢為低-高-低，到拔節(jié)-抽雄期時(shí)達(dá)到最高，然后逐漸降低，整個(gè)生育期的作物系數(shù)變化呈二次拋物線形。

（4）不同降水量與水分調(diào)控條件下，降水量較小的年份，灌水量對(duì)青貯玉米水分利用效率影響較明顯；降水量較大的年份，灌水量對(duì)青貯玉米水分利用效率影響不大。