劉 戈，王 凱，劉 延，汪 強

（1.河南省土壤肥料站，鄭州450000；2.河南微果電子科技有限公司，鄭州450000；3.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)，鄭州450002）

0 引 言

黃淮海平原區(qū)是我國重要糧食生產(chǎn)基地，在保障我國糧食安全方面發(fā)揮著非常重要的作用[1]。合理灌溉是保障玉米增產(chǎn)增收的重要舉措。黃淮海平原區(qū)夏玉米種植主要采用傳統(tǒng)地面漫灌的粗放灌溉方式，水分利用效率低下，水資源浪費嚴重[2]。據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，黃淮海平原區(qū)玉米灌溉水利用率僅為45%左右，遠低于農(nóng)業(yè)發(fā)達國家[3,4]。干旱是制約玉米豐產(chǎn)的關(guān)鍵因素，面對當(dāng)前水資源嚴重短缺及農(nóng)業(yè)灌溉水利用率低下等問題，積極探索節(jié)水灌溉技術(shù)，提高水分利用效率是實現(xiàn)該地區(qū)夏玉米節(jié)本增效的重要舉措[5]。

與傳統(tǒng)畦灌相比，滴灌具有明顯的節(jié)水增效和環(huán)境友好等優(yōu)勢，被認為是典型的高效節(jié)水灌溉模式[6,7]。White 等[8]研究認為滴灌可明顯降低土壤表面水分蒸發(fā)和灌溉次數(shù)，提升灌溉水利用效率。馬金平等[9]研究了灌水定額對覆膜滴灌春玉米根系空間分布和籽粒產(chǎn)量的影響，結(jié)果表明覆膜滴灌措施可明顯促進玉米根系生長和籽粒產(chǎn)量增加，且作物根系和籽粒產(chǎn)量隨灌水定額的增加而增加。膜下滴灌技術(shù)是將作物種植技術(shù)與灌溉工程技術(shù)有機結(jié)合，具有降低土壤蒸發(fā)，提高土壤含水量，促進作物干物質(zhì)轉(zhuǎn)運，提高產(chǎn)量和水分利用效率的作用[10-13]。隨著膜下滴灌技術(shù)應(yīng)用面積不斷擴大，其殘留地膜引起白色污染的問題也日趨嚴重，近年來淺埋滴灌技術(shù)逐漸成為新型滴灌方式被廣泛應(yīng)用[14]。楊恒山等[10]研究淺埋滴灌、膜下滴灌和傳統(tǒng)畦灌對玉米產(chǎn)量和灌溉水利用率影響時發(fā)現(xiàn)，淺埋滴灌可在玉米開花后維持較高的物質(zhì)生產(chǎn)力及干物質(zhì)轉(zhuǎn)運效率，促進籽粒灌漿，產(chǎn)量分別較膜下滴灌和傳統(tǒng)畦灌高6.1%～13.9%和1.4%～6.2%，且灌溉水利用效率也明顯高于二者。王建東等[6]研究了淺埋、膜下和地表3種滴灌模式田間水、熱環(huán)境及產(chǎn)量的差異，認為淺埋滴灌可有效降低滴灌帶附近溫度，提高玉米籽粒產(chǎn)量和水分利用效率。淺埋滴灌作為一種新型灌溉方式，在黃淮海平原區(qū)推廣應(yīng)用較少，且尚未見玉米覆膜種植與淺埋滴灌技術(shù)相結(jié)合的相關(guān)報道，因此，本研究選擇覆膜淺埋滴灌、淺埋滴灌、覆膜滴灌、地表滴灌和傳統(tǒng)畦灌5種灌溉方式，研究灌溉方式對黃淮海平原區(qū)夏玉米生長發(fā)育、產(chǎn)量形成以及水分利用效率的影響，從而為該地區(qū)鑒選最佳玉米節(jié)水高產(chǎn)灌溉方式提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2018-2019年在河南農(nóng)業(yè)大學(xué)田間試驗基地進行，該區(qū)地處北緯34°49＇13＂，東經(jīng)114°40＇55＂，屬溫帶大陸性氣候，年降水量778 mm，集中降雨在6-8月，年均蒸發(fā)量約2 000 mm，平均氣溫14 ℃。以冬小麥-夏玉米連作為主。試驗區(qū)土壤主要為砂壤土，田間持水量為27.8%。供試土壤耕層（0～20 cm）基礎(chǔ)養(yǎng)分含量見表1。

表1 試驗地耕層（0～20 cm）土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分含量Tab.1 The basic nutrient contents in the tested soils(0～20 cm)

1.2 試驗設(shè)計

該試驗共設(shè)5 個處理，處理1 是傳統(tǒng)畦灌（CK）：每個小區(qū)為一條封閉畦田，為防止畦田間的影響，相鄰畦田設(shè)立20 m×2 m 隔離帶；處理2 是地表滴灌（T1）：毛管位于兩玉米窄行中央地面；處理3 是覆膜滴灌（T2）：毛管位于兩玉米窄行中央地面，并有白色透明塑料薄膜覆蓋在窄行玉米及毛管上；處理4 是淺埋滴灌（T3）：毛管位于兩玉米窄行的中央地下5 cm 位置，其上覆土；處理5是覆膜淺埋滴灌（T4）：毛管位于兩玉米窄行的中央地下5 cm 位置，其上覆土并將白色透明塑料薄膜覆蓋在窄行玉米及毛管上。每個處理3次重復(fù)。小區(qū)面積20 m×5 m=100 m2，共15個小區(qū)，隨機區(qū)組分布。每小區(qū)10行玉米，行距40～80 cm寬窄行分布，株距25 cm，兩行玉米一根滴灌管，滴灌毛管放在窄行中央。

供試玉米品種為鄭單958，分別于2018年6月7日和2019年6月10日播種，分別于9月28日和10月3日收獲。各處理只進行常規(guī)施肥和播種，施肥量相同，底肥施用N 35 kg∕hm2，P2O590 kg∕hm2，K2O 45 kg∕hm2，分別在拔節(jié)期、大喇叭口期和吐絲期結(jié)合灌溉追施尿素（240 kg∕hm2，N 46%），具體灌溉方案如表2所示。

表2 不同灌溉模式Tab.2 The different irrigation modes

1.3 測定項目及方法

1.3.1 株高、葉面積指數(shù)和地上部干物質(zhì)累積量測定

根據(jù)玉米生育階段，分別在拔節(jié)期、大喇叭口期、吐絲期、吐絲后15 d 和吐絲后30 d，在每個小區(qū)同行內(nèi)取連續(xù)3株，測定玉米的株高、葉面積指數(shù)和地上部干物質(zhì)累積量，重復(fù)3次。

玉米拔節(jié)期、大喇叭口期、吐絲期是指全田50%以上植株已進入拔節(jié)期、大喇叭口期和吐絲期的時期。

株高：是從地面基部測量至玉米葉片捋直后的最高點；

葉面積指數(shù)：測量玉米葉長和最大葉寬，并按照下列公式計算葉面積和葉面積指數(shù)（LAI）[15]：

1.3.2 成熟期產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素調(diào)查

在籽粒成熟期，劃定20 m2樣方收獲全部玉米穗，3 次重復(fù)，調(diào)查樣方內(nèi)有效穗數(shù)，測定籽粒產(chǎn)量，并取樣測定籽粒含水率，按含水率14%折算成產(chǎn)量[17]。同時，各小區(qū)均取玉米10穗，調(diào)查穗粒數(shù)及千粒重。

1.3.3 土壤含水率

采用烘干法測定土壤含水率。由于玉米根系入土深度一般約為100 cm，0～50 cm 的土層中根量約占總根量的90%，因此播前和收獲后測定100 cm 深土壤含水率，共5 層，每層20 cm，每小區(qū)取樣3點，3次重復(fù)，在105 ℃烘箱內(nèi)烘干至恒重，計算土壤含水量[18]。

1.3.4 田間耗水量

根據(jù)下列公式計算玉米生育期耗水總量ET（mm）[2]：

式中：ET為生育期內(nèi)耗水總量，mm；P0為生育期內(nèi)總降水量，mm；I為生育期內(nèi)灌水量，mm；F為地下水補給量，mm，由于試驗地地下水水位較深，一般在5.0 m 以下，無法被作物吸收，故可忽略供給，即F≈0；R為地表徑流量，mm，由于試驗地地勢平坦，故認為無地表徑流，即R≈0；D為作物根區(qū)深層滲透量，mm，計算方法為灌水（或降水）前100 cm土層內(nèi)有效土壤含水量（mm）+灌水量（或降水量，mm）-田間持水量（mm）；W0、Wt分別為播種初期和收獲時的土壤儲水量，mm。

1.3.5 水分利用效率及灌溉水利用效率

式中：WUE為水分利用效率，kg∕m3；Y為籽粒產(chǎn)量，kg∕hm2；ET為生育期耗水量，mm；IWUE為灌溉水利用效率，kg∕m3；I為生育期灌水量，mm。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel 2013 進行數(shù)據(jù)處理及圖表制作，SPSS 22.0 軟件對數(shù)據(jù)進行方差分析和Duncan 法差異性檢驗（p＜0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 試驗區(qū)降雨情況

2018 和2019年玉米生育期內(nèi)降雨量分別為351.3 mm 和278.8 mm，2018年降雨量比2019年多72.5 mm。從圖1可知，2018年玉米生育期內(nèi)有5 次較大的降雨分別出現(xiàn)在玉米苗期（6月22日，42.9 mm；6月23日，24.2 mm），拔節(jié)期（7月9日，32.2 mm）、大喇叭口期（8月9日，29.6 mm）和成熟期（9月3日，28.8 mm），降雨量約占總降雨量的44.9%。2019年在玉米生育期內(nèi)有4 次較大的降雨分別出現(xiàn)在播后苗前期（6月14日，21.2 mm）、苗期（6月25日，35.8 mm）、拔節(jié)期（7月23日，32.6 mm）和大喇叭口期（8月12日，26.2 mm），此4次較大降雨約占玉米生育期總降雨量的41.5%。

2.2 不同灌溉模式對夏玉米株高、葉面積指數(shù)和地上部干物質(zhì)累積的影響

2.2.1 灌溉模式對夏玉米株高的影響

從圖2可看出，2018 和2019年不同灌溉模式下夏玉米株高在生育期內(nèi)變化趨勢基本一致，均表現(xiàn)為生育前期植株生長較快，后期玉米逐漸從營養(yǎng)生長轉(zhuǎn)向為生殖生長，植株生長速率趨于平緩。2018 和2019年不同灌溉方式下玉米株高均表現(xiàn)為T4 ＞T3 ＞T2 ＞T1，且均顯著高于傳統(tǒng)畦灌處理（p＜0.05），這主要是因為滴灌更有助于改善土壤溫濕度及水肥條件，為玉米生長提供更加適宜的土壤環(huán)境。2018年玉米吐絲后期經(jīng)T4，T3，T2 和T1 滴灌處理后株高較CK 高33.6%，29.8%，17.9%和11.8%，2019年吐絲后期T4-T1 各滴灌處理玉米株高較CK 高24.3%，24.0%，18.4%和12.7%。出苗后至吐絲期是玉米營養(yǎng)生長旺盛期，此階段為玉米灌漿、成熟等階段提供必要的營養(yǎng)。在玉米整個生育期內(nèi)T4和T3滴灌處理株高顯著高于其他處理（p＜0.05），但此二者滴灌模式在吐絲期前株高存在顯著差異（p＜0.05），但在吐絲期后15 d 和30 d株高差異不顯著（p＞0.05）。

2.2.2 灌溉模式對夏玉米葉面積指數(shù)的影響

葉面積指數(shù)（LAI）是反映玉米群體葉片生長的重要指標(biāo)，其值大小顯著影響玉米的產(chǎn)量[19]。從圖3可知，2018 和2019年玉米生育期LAI均表現(xiàn)為先增加后降低的趨勢，拔節(jié)期至吐絲期后15 dLAI逐漸增加，而后至吐絲期30 dLAI逐漸降低。通過對比可知，拔節(jié)期各處理的LAI間均無顯著差異（p＞0.05）；而拔節(jié)期后各滴灌處理LAI均顯著高于CK（p＜0.05），T4 和T3 處理間LAI無顯著差異（p＞0.05）；大喇叭口期，各滴灌處理間無顯著差異（p＞0.05），進入吐絲期后，T4和T3處理顯著高于T2 和T1 （p＜0.05），且T2處理顯著高于T1 （p＜0.05）。與各滴灌處理相比，在吐絲期后15～30 d，CK 的LAI下降最大，2018年CK下降了14.8%；2019年則下降了13.4%。

2.2.3 灌溉模式對夏玉米地上部干物質(zhì)累積量的影響

干物質(zhì)累積量是玉米產(chǎn)量形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，是決定產(chǎn)量高低的重要指標(biāo)[20]。從圖4可看出，2019年玉米拔節(jié)期-大喇叭口期，不同灌溉處理間地上部干物質(zhì)累積量均無顯著差異（p＞0.05），但吐絲期后，CK 處理地上部干物質(zhì)累積量顯著低于其他滴灌處理（p＜0.05），各滴灌處理干物質(zhì)累積量整體表現(xiàn)為T4＞T3＞T2＞T1，T4 和T3 處理地上部干物質(zhì)累積量顯著高于T2 和T1（p＜0.05），T4 與T3 處理間無顯著差異（p＞0.05）。吐絲后30 d，T4 和T3 處理玉米地上部干物質(zhì)累積量分別為385.6 g∕株和376.4 g∕株，分別是CK 的1.26 倍和1.23 倍。2018年各灌溉處理下玉米地上部干物質(zhì)累積量增長趨勢同2019年基本一致，但各時期干物質(zhì)累積量總體高于2019年各相應(yīng)時期。

2.2.4 灌溉模式對夏玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

從表3可知，不同灌溉處理對玉米產(chǎn)量及穗粒數(shù)有顯著影響，而對玉米的有效穗數(shù)和千粒重?zé)o明顯影響。2年試驗均表現(xiàn)為滴灌處理玉米產(chǎn)量顯著高于CK（p＜0.05），且T4 和T3 處理產(chǎn)量最高，顯著高于其他處理（p＜0.05），2018年T4 和T3處理分別較CK、T1、T2 處理產(chǎn)量增加了17.2%、9.5%、6.0%和15.9%、8.2%、4.9%，2019年T4 和T3 處理分別較CK、T1、T2增加10.2%、7.0%、5.2%和7.9%、4.8%和3.0%。從產(chǎn)量構(gòu)成上來看，產(chǎn)量增加與穗粒數(shù)密切相關(guān)，不同灌溉模式下玉米產(chǎn)量不同主要是由于穗粒數(shù)的差異所致，CK 處理穗粒數(shù)最低，顯著低于其他滴灌處理（p＜0.05），T4和T3處理穗粒數(shù)最多，顯著高于T2 和T1（p＜0.05），但T4 和T3 處理間無顯著差異（p＞0.05）。2019年T4 和T3 處理穗粒數(shù)分別為564.9 粒和553.7粒，分別較CK增加了19.4%和17.0%。2018和2019年不同灌溉處理下的穗粒數(shù)和產(chǎn)量變化規(guī)律一致，但2018年穗粒數(shù)和產(chǎn)量均較2019年高。

表3 不同灌溉模式對夏玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響Tab.3 Effect of different irrigation methods on yield and yield components of summer maize

2.2.5 灌溉模式對夏玉米耗水量EI 及水分利用效率WUE 的影響

從表4可看出，2018和2019年各灌溉處理EI均以CK處理最高，分別為503.5 mm 和408.6 mm，顯著高于滴灌處理（p＜0.05），2018年T4處理EI顯著低于T1處理（p＜0.05），與T2和T3處理差異不顯著（p＞0.05）；2019年各滴灌處理中，T4處理EI最低，為345.1 mm，顯著低于其他處理（p＜0.05），其次為T3，而T2和T1處理EI最高。

表4 不同灌溉模式下對夏玉米耗水量及水分利用效率的影響Tab.4 Effect of different irrigation methods on evapotranspiration and water use efficiency of summer maize

2018年各灌溉處理WUE表現(xiàn)為T4＞T3＞T2＞T1＞CK，各滴灌處理WUE均顯著高于畦灌（p＜0.05），T4 處理WUE最高，為2.60 kg∕m3，顯著高于T1 和T2（p＜0.05），而與T3 差異不顯著（P＞0.05）；2019年各灌溉處理WUE與2018年變化規(guī)律一致，各滴灌處理高于CK，差異顯著（p＜0.05）。T4 和T3 處理WUE最高，顯著高于T2 和T1（p＜0.05），而T4 和T3 間差異不顯著（p＞0.05）。

灌溉水利用效率IWUE不同處理年間變化規(guī)律一致，滴灌處理顯著高于畦灌（CK），T4 和T3 處理IWUE差異不顯著（p＞0.05），但均顯著高于T1和T2處理（p＜0.05）。

3 討 論

3.1 灌溉模式對夏玉米生產(chǎn)性狀的影響

合理灌溉是促進作物生長發(fā)育、增產(chǎn)增效的重要措施[21]。本研究發(fā)現(xiàn)，不同灌溉模式下，滴灌處理玉米株高在后期顯著高于畦灌，這可能是由于滴灌在玉米關(guān)鍵生長階段的供水量滿足植株需要，而畦灌處理雖灌溉定額較滴灌多，但并不能完全被作物充分利用，從而對其株高存在一定影響，因此并不是灌水越多作物生長越好，這一結(jié)論與霍軼珍等[22]研究結(jié)果一致。各滴灌處理株高整體趨勢為覆膜淺埋滴灌＞無膜淺埋滴灌＞覆膜滴灌＞地表滴灌，表明覆膜和淺埋處理均有助于作物生長，這主要是由于覆膜和淺埋均改善了作物的土壤水、熱環(huán)境，有助于提高玉米出苗時間和出苗率[6,23]。

LAI可直接影響作物的蒸騰作用和光合作用，是衡量作物群體結(jié)構(gòu)是否合理的判定指標(biāo)，LAI相對越大，越有利于光合產(chǎn)物的形成。本研究表明，各灌溉模式下，LAI指數(shù)均呈現(xiàn)前中期逐漸增加，后期逐漸下降趨勢，這一結(jié)論與田育豐[24]的研究結(jié)果一致。拔節(jié)期-吐絲期后30 d，滴灌處理LAI顯著大于傳統(tǒng)畦灌，2019年T4、T3、T2、T1 在吐絲期后30 d 分別較CK增加了44.2%，40.5%，24.2%、14.0%。玉米大喇叭口期前各滴灌處理LAI差異不大，吐絲期至成熟期LAI呈現(xiàn)T4＞T3＞T2＞T1，可知覆膜措施和淺埋滴灌技術(shù)可明顯提高玉米后期LAI。

地上部干物質(zhì)累積量是反映作物生長狀況優(yōu)劣的重要指標(biāo)之一，也是作物能否實現(xiàn)高產(chǎn)的主要判定依據(jù)[16]。連續(xù)2年大田對比試驗表明，玉米拔節(jié)期至吐絲后期為其干物質(zhì)量快速累積期，不同滴灌模式下，地上部干物質(zhì)量累積量整體表現(xiàn)為T4＞T3＞T2＞T1，且均顯著高于CK，這可能是由于滴灌處理具有調(diào)節(jié)土壤微環(huán)境作用，從而促進了植株的生長發(fā)育[9]。2019年吐絲期后30 d，T4 和T3 處理玉米地上部干物質(zhì)累積量相差2.4%，無明顯差異，但均顯著高于其他滴灌處理，表明淺埋滴灌有利于玉米地上部生物量的增加。

蔡紅光等[17]認為在作物的關(guān)鍵生長期，合理進行灌溉可有效改善土壤固、液、氣三相比例，促進根系對土壤氮、磷、鉀等養(yǎng)分的吸收，顯著提高作物產(chǎn)量。本研究表明，滴灌處理較傳統(tǒng)畦灌可顯著提高玉米穗粒數(shù)和產(chǎn)量，而對有效穗數(shù)和千粒重?zé)o顯著影響，穗粒數(shù)增加是導(dǎo)致產(chǎn)量提高的主要原因。2019年T4和T3處理玉米穗粒數(shù)和產(chǎn)量最高，顯著高于其他處理，分別較CK、T1 和T2 增加10.2%，7.0%，5.2%和7.9%，4.8%，3.0%，這與李金琴等[25]研究結(jié)果一致。T4 玉米產(chǎn)量顯著高于T2，而與T3 差異不顯著，說明淺埋滴灌有利于提高作物產(chǎn)量，但覆膜淺埋滴灌較無膜淺埋滴灌對玉米產(chǎn)量提升效果不明顯，因此可建議在水資源匱乏地區(qū)，可選擇節(jié)水、節(jié)本及增產(chǎn)的無膜淺埋滴灌方式。

3.2 灌溉模式對夏玉米水分利用率的影響

郭安紅等[26]研究認為玉米產(chǎn)量與水分利用效率不具有同步性，較高產(chǎn)量需要消耗更多的水分，干旱可獲得較高WUE，但對產(chǎn)量提升不利。本結(jié)果表明，2019年T3處理WUE顯著高于T2，這可能是由于T3 地表無膜，滴灌管淺埋在地表，在發(fā)揮節(jié)水作用同時，也避免了作物生育后期根冠早衰現(xiàn)象，利于籽粒灌漿，產(chǎn)量高于T2 處理，因此，較高的籽粒產(chǎn)量也是導(dǎo)致T3處理WUE顯著高于T2的主要原因。T4與T3間WUE差異不顯著，說明覆膜處理雖能提高土壤保水作用，但對于淺埋灌溉方式來說，覆膜措施并不能明顯提高WUE。

4 結(jié) 論

（1）灌溉模式對黃淮海平原區(qū)夏玉米生產(chǎn)性狀和水分利用效率均存在一定程度影響，滴灌較傳統(tǒng)畦灌可顯著提高夏玉米株高、LAI、地上部干物質(zhì)累積量、籽粒產(chǎn)量、穗粒數(shù)和WUE，但對有效穗數(shù)和千粒重?zé)o顯著影響。

（2）覆膜淺埋滴灌和淺埋滴灌均可顯著提高夏玉米產(chǎn)量和WUE，但淺埋滴灌由于無覆膜，在節(jié)約成本的同時又避免了殘膜白色污染，因此是黃淮海平原區(qū)夏玉米的最佳灌溉方式。