作物杂志, 2024, 40(2): 206-212 doi: 10.16035/j.issn.1001-7283.2024.02.025

生理生化·植物营养·栽培耕作

不同节水灌溉方式对夏玉米生长、产量及水分利用的影响

王怀苹,1, 杨明达,2,3,4, 张素瑜2, 李帅2, 关小康3, 王同朝,3

1鹤壁市农业科学院,458030,河南鹤壁

2商丘市农林科学院,476000,河南商丘

3河南农业大学农学院/河南粮食作物协同创新中心,450046,河南郑州

4河南商丘农田生态国家野外科学观测研究站,476000,河南商丘

Effects of Different Water-Saving Irrigation Modes on Growth, Yield, and Water Utilization of Summer Maize

Wang Huaiping,1, Yang Mingda,2,3,4, Zhang Suyu2, Li Shuai2, Guan Xiaokang3, Wang Tongchao,3

1Hebi Academy of Agricultural Sciences, Hebi 458030, Henan, China

2Shangqiu Academy of Agricultural and Forestry Sciences, Shangqiu 476000, Henan, China

3Agronomy College of Henan Agricultural University / Collaborative Innovation Center of Henan Grain Crops, Zhengzhou 450046, Henan, China

4National Agro-Ecological System Observation and Research Station of Shangqiu, Shangqiu 476000, Henan, China

通讯作者: 杨明达,主要从事抗旱节水栽培理论与技术研究,E-mail:yangmingda1020@163.com 王同朝,主要从事抗旱节水栽培理论与技术研究,E-mail:wtcwrn@126.com

收稿日期: 2023-03-27   修回日期: 2023-05-25   网络出版日期: 2023-09-15

基金资助: 国家重点研发计划项目(2017YFD0301106)
国家自然科学基金(31871553)
河南商丘农田生态系统国家野外科学观测研究站开放课题(FIRI2021040102)

Received: 2023-03-27   Revised: 2023-05-25   Online: 2023-09-15

作者简介 About authors

王怀苹,主要从事作物遗传育种工作及栽培技术研究,E-mail:13939268123@163.com

摘要

为更深入了解传统和新型节水灌溉技术的增产潜力,在灌溉总量相同的条件下,对比分析了不同灌溉方式对夏玉米生长、产量及水分利用的影响。在遮雨棚控制降水条件下,分别设置沟灌(FI)、地表滴灌(DI)、地下滴灌(SDI)和微润灌(MI)4种节水灌溉方式。结果表明,与FI和DI处理相比,SDI和MI处理降低0~ 40 cm土层土壤含水量,增加40~100 cm土层含水量;SDI和MI处理虽然降低拔节期夏玉米的叶面积指数和地上部生物量,但提高了吐丝期和灌浆期的叶面积指数,并且降低吐丝后叶面积的下降幅度,最终获得较高的地上部生物量及产量。与FI处理相比,SDI和MI处理玉米成熟期地上部生物量分别显著提高13.43%和9.65%,产量分别提高22.15%和15.61%。SDI和MI处理由于降低了土面蒸发及土壤贮水消耗量,导致其蒸散量较低,最终其水分利用效率较FI和DI处理显著提高。综上,与FI和DI处理相比,SDI和MI处理能够降低土面蒸发,改善中下层土壤水分条件,延缓吐丝后植株叶片衰老,有利于吐丝后进行光合生产,提高夏玉米水分利用效率及产量。

关键词: 夏玉米; 节水灌溉方式; 地下滴灌; 微润灌; 叶面积指数; 产量; 水分利用效率

Abstract

In order to better understand the potential of increasing yield of traditional and novel water-saving irrigation technologies, the effects of different irrigation modes on growth, yield and water utilization of summer maize were compared and analyzed under the same total irrigation amount. Under rain-proof shelter controlled precipitation conditions, four water-saving irrigation modes were set up, namely furrow irrigation (FI), surface drip irrigation (DI), subsurface drip irrigation (SDI) and moistube-irrigation (MI). The findings demonstrated that, in contrast to FI and DI treatments, SDI and MI treatments decreased the soil water content in the 0-40 cm soil layer and increased it in the 40-100 cm soil layer. Although the leaf area index and aboveground biomass of summer maize declined during the jointing stage, they increased throughout the silking and filling stages, and reduced the decline after silking, ultimately achieving higher aboveground biomass and yield. Compared with FI treatment, aboveground biomass and yield of SDI and MI treatments at maturity stage were significantly increased by 13.43% and 9.65%, and the yields were significant increased by 22.15% and 15.61%, respectively. The water use efficiency of SDI and MI treatments were significantly increased, compared with FI and DI treatments, due to the reduction of soil evaporation and soil water storage consumption, and resulting in lower evapotranspiration. In sum, compared with FI and DI treatments, SDI and MI treatments can reduce soil evaporation, improve soil water conditions in the middle and lower layers, delay the senescence of plant leaves after silking, facilitate post-silking photosynthetic production, and improve water use efficiency and yield of summer maize.

Keywords: Summer maize; Water saving irrigation modes; Subsurface drip irrigation; Moistube-irrigation; Leaf area index; Yield; Water use efficiency

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本文引用格式

王怀苹, 杨明达, 张素瑜, 李帅, 关小康, 王同朝. 不同节水灌溉方式对夏玉米生长、产量及水分利用的影响. 作物杂志, 2024, 40(2): 206-212 doi:10.16035/j.issn.1001-7283.2024.02.025

Wang Huaiping, Yang Mingda, Zhang Suyu, Li Shuai, Guan Xiaokang, Wang Tongchao. Effects of Different Water-Saving Irrigation Modes on Growth, Yield, and Water Utilization of Summer Maize. Crops, 2024, 40(2): 206-212 doi:10.16035/j.issn.1001-7283.2024.02.025

华北平原是我国粮食主产区,夏玉米产量占全国总产量的35.5%[1]。夏玉米生长季降水量虽然较多,但时空分布不均,季节性干旱频发,严重影响夏玉米产量的稳定性[2-3]。灌溉仍然是维持并提高夏玉米产量的有效手段。水资源短缺一直是制约华北平原粮食生产的主要因素之一。并且,工业和生活用水需求量的增加更加剧了本区域的农业用水危机[4]。此外,华北平原农民以大水漫灌为主[5],一方面会加剧土面蒸发,造成灌溉水资源浪费严重,并降低灌溉水利用效率[6],另一方面,一次性大量地面灌溉容易引起土壤板结[7],影响土壤呼吸及作物生长。因此,改进灌水方式,提高水资源利用效率是解决本区域农业用水危机的必然选择。

作物蒸散量包括两部分,土面蒸发和植株蒸腾[8]。土面蒸发属于无效耗水,因此,减少土面蒸发一方面能够节约灌溉用水,减少作物耗水量,有利于作物水分利用效率提高;另一方面,有利于提高植株蒸腾占作物蒸散量的比例,有利于作物生长[9]。沟灌和滴灌都是基于上述理论发展起来的节水灌溉技术。滴灌(地表滴灌和地下滴灌)属于局部湿润灌溉,它能够减少土面蒸发,降低无效水分消耗,并且可以将水、肥、药等根据作物需求实时、精确、定量地输送到作物根区附近,节水增产潜力更大[3]。滴灌已在蔬菜、瓜果及大田作物中广泛应用[10-12]。微润灌是近年发展起来的一种新型节水灌溉技术,它类似于地下渗灌技术,基于半透膜原理,以较低工作压力将灌溉水通过管壁遍布的微孔持续输入到根区附近[13]。由于微润管整体出流且流量较小,因此,它可以使根区土壤持续保持湿润状态,有利于作物生长[14]

滴灌和微润灌均属于局部湿润灌溉,诸多研究者已将它们的节水增产效果进行了对比分析。但大部分研究[14-16]是在不同灌溉总量下进行比较分析,并且得出的结果也不尽相同。薛万来等[15]对温室番茄的研究表明,与滴灌相比,微润灌在节水27.00 m3/hm2的基础上,产量和水分利用效率分别增加487.80 kg/hm2和11.09 kg/m3。张明智等[14]研究结果表明,与地下滴灌相比,微润灌的灌水量大幅度减少,但夏玉米的产量也显著降低。与膜下滴灌相比,微润灌的灌水量减少52.70%,棉花的净光合速率降低30.40%[16]。由于微润灌属于微压供水(0.01~0.04 MPa),当某些作物(如夏玉米)在特定生育时期大气蒸发力较高或植株需水量较大时,微润灌较小的阶段供水量远不能满足作物用水需求,从而抑制作物生长,不利于产量形成[14]。因此,为了更全面了解微润灌和其他节水灌溉技术的节水增产潜力及在大田的适用性,需要在相同灌溉制度或灌水总量的前提下对不同灌水方式间作物的生长、产量及水分利用效率等进行对比研究。为此,本研究在灌水总量相同的前提下,探究传统节水灌溉技术(沟灌)和新型节水灌溉技术(地下滴灌、地表滴灌和微润灌)对夏玉米生长、产量及水分利用的影响,为大田生产遴选适宜的节水灌溉方式提供数据支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2019年6-9月在河南丰黎种业有限公司中心试验站(114°17′10″ E,35°40′27″N)简易遮雨棚进行。试验地0~100 cm土层平均土壤容重1.25 g/cm3,田间持水量21.44%(质量含水量),土壤类型为砂质壤土。试验地耕层(0~30 cm)含有机质11.85 g/kg、全氮6.23 g/kg、碱解氮154.92 mg/kg、速效磷35.20 mg/kg、速效钾154.24 mg/kg。试验期间气象数据如图1所示。

图1

图1   试验区夏玉米生育期内的气象数据

Fig.1   The meteorological datas of the experimental site in summer maize growing period


1.2 试验设计

试验采用单因素随机区组设计,设置4个灌水方式处理,分别为常规沟灌(FI)、地表滴灌(DI)、地下滴灌(SDI)和微润灌(MI)。每个处理3次重复,共计12个小区,每个小区面积20 m2(4 m× 5 m),各小区间距1.5 m。FI处理中相邻两沟中心距离为60 cm(夏玉米行距宽),沟深20 cm。SDI和DI处理均采用以色列Netafirm公司生产的滴灌带(毛管内径和滴孔直径分别为15.9 mm和0.31 mm,滴头距离30 cm,滴头流量1.38 L/h,承压0.14 MPa),滴灌带的铺设间距为60 cm,地下滴灌的管带人工埋深30 cm。MI处理采用深圳微润灌溉技术有限公司生产的微润带,管带人工埋深30 cm,铺设间距60 cm,工作压力0.20 MPa时出水量约为4 L/(m·h),本试验工作压力为0.14 MPa,实际出水量约为1.20 L/(m·h)。采用地面灌溉在播种后各处理均匀灌溉40 mm以保证出苗。夏玉米生育期内各处理按照定额等量灌溉的方式分别于苗期、拔节期、大喇叭口期、吐丝期和灌浆期各灌溉40 mm。

供试夏玉米品种为黎乐66,于2019年6月12日播种。采用等行距种植,行距60 cm,株距22.2 cm,密度75 000株/hm2。整个生育期追施纯氮240 kg/hm2,分别在拔节期和大喇叭口期以5:5撒施尿素。其他管理同大田生产,手动控制简易遮雨棚使作物生长不受外界自然降水的影响,2019年9月30日收获。

1.3 测定指标与方法

1.3.1 土壤水分

分别在夏玉米播种前、拔节期、吐丝期、灌浆期及收获后采用烘干法测定0~20、20~40、40~60、60~80及80~100 cm土层的土壤含水量。沟灌在沟内和垄上各取一个取样点。

1.3.2 土面蒸发

采用微型蒸发器法[17]测定土面蒸发。

1.3.3 叶面积指数

分别在夏玉米的拔节期、吐丝期和灌浆期测定植株完全展开叶片的叶面积。单叶叶面积=叶长×叶宽×0.83。叶面积指数=所有展开叶片的叶面积之和/植株覆盖土地的面积。

1.3.4 干物质积累量

分别在夏玉米苗期、拔节期、大喇叭口期、吐丝期、灌浆期和成熟期每个小区随机选取2株样品(2株为1个重复),去除根部,于105 ℃杀青0.5 h,75 ℃烘干至恒重,测定其干重。

1.3.5 考种与测产

在夏玉米成熟期,每个小区随机选取不受人为干扰的4 m2(2 m×2 m)样方收获,首先在样方中随机选取20穗考种,随后将收获的全部穗脱粒晾晒,待风干后测定其重量,并折算为公顷产量(kg/hm2)。

1.3.6 水分利用效率

蒸散量由农田水分平衡方程求得,公式如下:

ET=P+I+∆W

式中,ET(mm)为作物蒸散量,P(mm)为作物生育期有效降水量,I(mm)为作物生育期的灌溉总量,ΔW为作物生育期的土壤贮水消耗量(播种前和收获后土壤贮水量的差值)。本研究在遮雨棚下进行,因此P为零。

水分利用效率用以下公式计算:

WUE=Y/ET

式中,WUE[kg/(hm2·mm)]为水分利用效率,Y(kg/hm2)为产量。

1.4 数据处理

使用SigmaPlot 14.0绘图,并用SPSS 22.0进行数据统计分析。首先对不同处理间的指标进行方差分析,如差异显著,再用最小显著极差法(LSD)进行多重比较(P<0.05)。

2 结果与分析

2.1 不同节水灌溉方式对夏玉米土壤含水量的影响

不同节水灌溉处理对夏玉米土壤剖面的含水量影响不同(图2)。拔节期,各节水灌溉处理0~60 cm土层的土壤含水量均较低,这主要与拔节期气温较高(图1)导致大气蒸发力较大有关。在拔节期,DI和FI处理0~40 cm土层的土壤含水量高于SDI和MI处理,但其40~100 cm土层的土壤含水量则低于SDI和MI处理;与FI处理相比,DI处理增加0~60 cm土层的土壤含水量;与MI处理相比,SDI处理降低0~40 cm土层的土壤含水量,增加60~100 cm土层的含水量。到了吐丝期,各处理土壤剖面含水量的变化趋势基本与拔节期相似,与DI和FI处理相比,SDI和MI处理降低表层(0~40 cm)土壤含水量,增加中下层(40~100 cm)土壤含水量;与FI处理相比,DI处理增加整个土壤剖面的含水量,特别是中下层土壤。灌浆期,0~40 cm土层的土壤含水量以DI处理最高,MI处理次之,FI处理最低;各处理40~100 cm土层的土壤含水量表现为SDI>MI>DI>FI。并且,SDI和MI处理的平均土壤含水量较FI和DI提高了2.38%~9.40%。

图2

图2   不同节水灌溉方式下夏玉米土壤剖面的含水量

Fig.2   Water contents of soil profile of summer maize under different water-saving irrigation modes


2.2 不同节水灌溉方式对夏玉米叶面积指数的影响

不同节水灌溉方式对夏玉米各生育时期叶面积指数的影响存在差异(表1)。在拔节期,DI处理的叶面积指数最高,FI处理次之,SDI处理最低,MI处理与其他处理间的差异均不显著。到了吐丝期和灌浆期,FI处理的夏玉米叶面积指数最低,比其他处理显著降低16.47%~34.60%;DI、SDI和MI处理间夏玉米叶面积指数的差异均未达显著水平。从吐丝期到灌浆期,FI、DI、SDI和MI处理叶面积指数下降幅度分别为27.86%、20.80%、16.47%和17.27%。可见,SDI和MI处理能够降低吐丝后叶面积指数的下降幅度,有利于延缓植株衰老。

表1   不同节水灌溉方式下夏玉米的叶面积指数

Table 1  Leaf area indexes of summer maize under different water-saving irrigation modes

处理
Treatment
拔节期
Jointing stage
吐丝期
Silking stage
灌浆期
Filling stage
FI1.86ab5.24b3.78c
DI1.97a6.25a4.95ab
SDI1.44b6.92a5.78a
MI1.61ab6.31a5.22ab

同列不同小写字母表示在P < 0.05水平差异显著,下同。

Different lowercase letters in the same column indicate significant difference at P < 0.05 level, the same below.

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2.3 不同节水灌溉方式对夏玉米地上部干物质积累量的影响

不同节水灌溉方式对夏玉米各生育时期地上部生物量的影响不同(图3)。在拔节期,DI处理的地上部生物最高,显著高于SDI和MI处理;DI和FI处理间的差异不显著。到了大喇叭口期,DI处理的地上部生物量仍然最高,但不同节水灌溉处理间地上部生物量的差异均未达显著水平。在吐丝期和灌浆期,SDI和MI处理均获得较高的地上部生物量,显著高于FI处理,DI处理灌浆期的地上部物生物量显著高于FI处理。在成熟期,SDI处理的地上部生物量最高,FI处理最低;DI、SDI和MI处理间的差异均未达显著水平,SDI和MI处理的地上部生物量分别比FI处理显著提高13.43%和9.65%。

图3

图3   不同节水灌溉方式下夏玉米的地上部生物量

不同小写字母表示同一时期处理间差异显著(P < 0.05)。

Fig.3   Aboveground biomass of summer maize under different water-saving irrigation modes

Different lowercase letters indicate significant difference among different treatments (P < 0.05) at the same stage.


2.4 不同节水灌溉方式对夏玉米产量及其构成因素的影响

FI处理的穗粒数和百粒重均最低,因此,其产量也最低(表2)。DI、SDI和MI处理的产量比FI处理分别增加9.43%、22.15%和15.77%。SDI处理获得最高的穗粒数、产量和收获指数,显著高于FI和DI处理。SDI和MI处理间各产量指标及收获指数差异均未达显著水平。

表2   不同节水灌溉处理的产量及其构成因素

Table 2  Yield and its components of summer maize under different water-saving irrigation modes

处理
Treatment
穗粒数
Kernel number
per ear
百粒重
100-grain
weight (g)
产量
Yield
(kg/hm2)
收获指数
Harvest
index (%)
FI403.04b23.39b6401.24c44.53b
DI409.81b24.75a7005.10bc45.85b
SDI453.41a24.47a7819.20a47.95a
MI426.56ab24.91a7410.65ab47.02a

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2.5 不同节水灌溉方式对夏玉米蒸散量及水分利用效率的影响

与FI和DI处理相比,SDI和MI处理显著降低夏玉米拔节期―吐丝期和吐丝期―成熟期的土面蒸发量(表3)。由于各节水灌溉处理的灌溉总量相同,因此,各处理土壤贮水消耗量和蒸散量的变化趋势相同。FI处理的土壤贮水消耗量和蒸散量最高,与DI处理间的差异不显著,显著高于SDI和MI处理。夏玉米的水分利用效率以SDI处理最高,MI处理次之,FI处理最低。SDI处理的水分利用效率分别比FI和DI处理显著提高29.21%、14.40%,MI处理分别比FI和DI处理显著提高23.34%和9.21%。可见,SDI和MI处理能够降低夏玉米的土面蒸发、土壤贮水消耗量和蒸散量,提高夏玉米的水分利用效率。

表3   不同节水灌溉方式下夏玉米的蒸散量及水分利用效率

Table 3  Evapotranspiration and water use efficiency of summer maize under different water-saving modes

处理
Treatment
土壤贮水消耗量
Soil storage water
consumption (mm)
蒸散量
Evapotranspiration
(mm)
水分利用效率
Water use efficiency
[kg/(hm2·mm)]
土面蒸发量Soil evaporation (mm/d)
拔节期―吐丝期
Jointing-silking stage
吐丝期―成熟期
Silking-maturity
FI55.79a295.79a21.64c1.47a0.96a
DI46.65ab286.65ab24.44b1.36a0.68b
SDI40.54b280.54b27.96a0.50b0.38c
MI37.65b277.65b26.69a0.54b0.40c

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3 讨论

土壤剖面的水分分布和含水量很大程度受灌溉方式的影响,地表滴灌的土壤水分主要集中在上层土壤,而地下滴灌更多的水分则集中在中下层土壤[3,18]。本研究也得出相似结论,与DI处理相比,SDI和MI处理降低0~40 cm土层的土壤含水量,但增加了40~100 cm土壤含水量。FI处理由于单次的灌溉量和其他处理相同(均为40 mm),因此其土壤剖面含水量变化与DI处理相似。但FI处理各土层的土壤含水量均低于DI处理,并且在生育后期表现更为明显。这主要是因为沟灌在灌水后短期内表层土壤含水率较高,导致土壤蒸发量较大并增加无效蒸发耗水[19],从而致使剖面土壤含水量下降较快,更易发生水分亏缺。滴灌通过对根区土壤进行长时间、低流量的局部供给,基本上不会产生地表径流和深层渗漏[20]。秦杏宇等[21]研究表明,地表滴灌能够在节约大量灌溉水的前提下保持与沟灌相近的土壤墒情时间。因此,与FI处理相比,DI处理有更好的保水能力,更利于夏玉米的生长。地下灌溉(SDI和MI处理)条件下,由于重力作用致使滴灌带下方土壤含水量较高[22],因此,SDI和MI处理中下层土壤具有较高含水量。但本研究还发现,虽然SDI和MI处理灌溉制度相同,但两者土壤剖面含水量仍存在差异。一般情况下,微润灌(微压供水)的灌溉量较小,但当空气温度较高导致大气蒸发力较大时,微润灌较低的灌溉量并不能满足植株生长需求,易造成干旱胁迫。为此,本研究增加MI处理的工作压力,使其与其他灌溉方式的灌溉量相同,从而来比较不同节水灌溉方式的优劣。本研究中,MI处理的出水量约为1.2 L/(m·h),SDI处理的出水量约为3.9 L/(m·h),因此,在相同灌溉量条件下,MI处理较低的流速需要更长的灌溉时间。唐士劼等[23]研究表明,灌水量相同时,滴头流量增大对湿润锋水平运移距离影响较小,但可增大垂直方向运移距离。麦麦提尼亚孜·努尔等[24]研究也显示,灌溉量相同的情况下,大流量的滴头垂直湿润深度更大。这主要是因为大流量滴头能够增加湿润锋初始的运移速度[23]。因此,SDI处理较大的滴头流量可以使土壤水分下渗到较深土层。本研究中,SDI处理60~100 cm土层的土壤含水量在各个生育时期均高于MI处理。深层土壤较高的含水量有利于根系的下扎,提高对深层土壤水分的利用[17]

作物90%以上的干物质来源于光合作用,叶片是植物进行光合作用的主要器官。因此,增加绿叶面积或延长叶片功能期,是获得较高光合同化物及增加产量的基础。灌溉方式通过影响土壤剖面水分分布和含水量,进而影响作物生长发育及最终产量形成[3]。本研究中,与FI处理相比,DI处理增加土壤剖面的含水量,显著增加吐丝期和灌浆期的叶面积指数。并且,DI处理降低了吐丝后叶面积指数的下降幅度,对吐丝后光合生产有利,最终增加了地上部生物量和产量。Uzokwe等[25]研究也得出相似的结论,沟灌处理夏玉米叶面积的衰亡速度明显比滴灌快,且生育后期的叶面积指数也一直低于滴灌。本研究中,与FI和DI处理相比,SDI和MI处理将管带放置在根区附近,作物根区土壤水分可以得到充分补充。充足的根区水分条件能够改善植株生长,优化根茎同化物的分配[26]。本研究中,SDI和MI处理增加40~100 cm土层的土壤含水量,提高吐丝期和灌浆期的叶面积指数,并且延缓了吐丝后叶片的衰老,最终获得较高的地上部生物量和产量。但在拔节期,SDI和MI处理的叶面积指数和生物量较FI和DI处理低,究其原因,可能是因为拔节期玉米的根系主要分布在浅层,而SDI和MI处理0~40 cm较低的土壤含水量会对植株生长起到一定抑制作用。随着生育期的推进,SDI和MI处理中下层土壤较高的含水量能够诱导根系下扎,促进对深层水分的吸收利用进而满足植株生长。因此,生育后期SDI和MI处理的生长状况优于FI和MI处理。本研究还发现,与SDI处理相比,MI处理并没有表现出生长及产量优势。分析其原因可能是地下滴灌较大的滴头流量使其形成的湿润体纵向深度较微润灌更深,水分更多向深层移动[27-28]。夏玉米属于深根作物,因此,地下滴灌的湿润体特征更利于夏玉米下层根系的生长。唐士劼等[23]研究也认为,较大的滴头流量有利于深根作物生长。微润灌更多的土壤水分分布在中层土壤,对浅根作物生长更有利。因此,大多关于微润灌的研究集中在瓜果蔬菜等浅根作物上[15,29]

水分利用效率为作物产量与蒸散量的比值。本研究在遮雨棚下进行,且各个处理灌溉总量相同,因此,夏玉米的蒸散量主要受土壤贮水消耗量的影响。与FI和DI处理相比,SDI和MI处理较低的上层土壤含水量及较高的生育后期叶面积指数能够有效降低土面蒸发,增加成熟期土壤剖面的平均含水量,有利于降低土壤贮水消耗量及蒸散量。这也说明SDI和MI处理能更好地保墒。SDI和MI处理在获得较高产量的同时并没有消耗过多水分,因此其水分利用效率较FI和DI处理显著增加。

4 结论

SDI和MI处理较低的上层土壤含水量能够有效降低土面蒸发,提高中下层土壤及整个剖面的平均含水量,有很好的保墒作用。与FI和DI处理相比,SDI和MI处理提高吐丝后叶面积指数和地上部干物质积累量,最终获得较高产量。SDI和MI处理以较低的农田水分消耗获得较高的产量,水分利用效率较FI和DI处理增加9.21%~29.21%。地下滴灌和微润灌较沟灌和地表滴灌有更好的保水能力,并能延缓植株衰老,有获得更高产量及水分利用效率的潜力。

参考文献

Wei K, Bao H X, Huang S M, et al.

Effects of long-term fertilization on available P, P composition and phosphatase activities in soil from the Huang-Huai-Hai Plain of China

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黄淮海地区夏玉米干旱等级划分

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作物学报, 2019, 45(3):443-459.

DOI:10.3724/SP.J.1006.2019.83026      [本文引用: 4]

采用裂区试验设计探究了地下滴灌和地表滴灌(drip underground, DU; drip surface, DS)模式下土壤水分调控(分别为田间持水量的40%~50%、60%~70%和80%~90%, 记为W40、W60和W80)对夏玉米干物质和氮素积累与分配及水分利用效率的影响。结果表明, DU处理的吐丝后氮素积累量及水分利用效率分别较DS显著提高了6.18%和4.85%~8.61%。夏玉米的干物质、氮素指标及产量对滴灌模式的响应依赖于土壤水分调控水平, 在W40和W60处理条件下, DU处理显著增加夏玉米的净光合速率, 提高了吐丝后干物质和氮素的积累量及向籽粒的转运, 最终DU处理的干物质积累量、籽粒氮素积累量、产量及氮肥偏生产力分别提高了3.29%~19.94%、-1.10%~20.65%、3.29%~19.94%和3.31%~23.64%。而在W80处理条件下, DS处理的干物质积累量、吐丝后氮素积累量、产量及蒸散量比DU处理分别提高了6.80%~12.24%、5.93%、8.39%~14.91%和9.73%~14.57%。综上所述, 在限水灌溉条件下, 地下滴灌能够增加吐丝后干物质积累量、氮素积累量及其对籽粒氮素的贡献率, 最终增加产量。在充分供水条件下, 地表滴灌更有利于干物质及氮素的积累, 但由于消耗过多的水分, 因此水分利用效率未显著增加。

Chen R, Cheng W H, Cui J, et al.

Lateral spacing in drip-irrigated wheat: The effects on soil moisture, yield, and water use efficiency

Field Crops Research, 2015, 179:52-62.

DOI:10.1016/j.fcr.2015.03.021      URL     [本文引用: 1]

巨晓棠, 谷保静.

我国农田氮肥施用现状、问题及趋势

植物营养与肥料学报, 2014, 20(4):783-795.

[本文引用: 1]

李金鹏. 利用微灌优化水肥供给协同提高冬小麦产量和水氮利用的机理. 北京: 中国农业大学, 2019.

[本文引用: 1]

涂张焕, 丰文庆, 徐唐奇.

土壤板结原因分析及其对作物吸水性的影响研究

陕西农业科学, 2020, 66(12):71-73.

[本文引用: 1]

孙景生, 康绍忠, 王景雷, .

沟灌夏玉米棵间土壤蒸发规律的试验研究

农业工程学报, 2005, 21(11):20-24.

[本文引用: 1]

张彦群, 王建东, 龚时宏,

等基于液流计估测蒸腾分析覆膜滴灌玉米节水增产机理

农业工程学报, 2018, 34(21):89-97.

[本文引用: 1]

邱虎森, 张文正, 刘杰云, .

滴灌方式及生物质炭对温室青椒产量品质及土壤氮转化酶的影响

中国土壤与肥料, 2022 (9):67-74.

[本文引用: 1]

徐晨, 张丽华, 于江, .

不同滴灌模式下玉米光合响应特征、水分利用及生长发育

生态学杂志, 2023, 42(4):869-879.

[本文引用: 1]

唐志瀚, 王猛猛, 张鹏, .

温室番茄循环曝气地下滴灌土壤水分动态及耗水特性

排灌机械工程学报, 2022, 40(5):504-510.

[本文引用: 1]

王亚竹, 王建平.

微润灌溉对玉米耗水特性及产量的影响研究

节水灌溉, 2019(6):39-42.

[本文引用: 1]

为了研究微润灌溉对大田玉米耗水特性和产量的影响,以大田玉米为研究对象, 通过玉米微润灌溉与膜下滴灌田间对比试验,对微润灌溉和膜下滴灌不同处理条件下灌水量、耗水量、作物的产量及水分生产效率等进行试验研究分析。结果表明:微润管进口压力为2.0m、2.5m和3.0m的微润灌溉分别较滴灌少耗水29.8%、17.9%和11.7%。微润管进口压力为3.0m的玉米籽粒产量为10507kg/hm2,比膜下滴灌对照高11.5%,WUE达到4.33kg/hm2。说明微润灌溉通过优化全生育期水分配置,进而达到节水、增产、增效的效果,在干旱区可适当推广应用。

张明智, 牛文全, 路振广, .

微润灌对作物产量及水分利用效率的影响

中国生态农业学报, 2017, 25(11):1671-1683.

[本文引用: 4]

薛万来, 牛文全, 张子卓, .

微润灌溉对日光温室番茄生长及水分利用效率的影响

干旱地区农业研究, 2013, 31(6):61-66.

[本文引用: 3]

陈绍民, 张胜江, 曹伟.

不同灌溉方式对土壤水分及棉花光合特性的影响分析

灌溉排水学报, 2016, 35(6):26-30.

[本文引用: 2]

Yang M D, Leghari S, Guan X K, et al.

Deficit subsurface drip irrigation improves water use efficiency and stabilizes yield by enhancing subsoil water extraction in winter wheat

Frontiers in Plant Science, 2020, 11:508.

DOI:10.3389/fpls.2020.00508      URL     [本文引用: 2]

杨明达, 关小康, 白田田, .

不同滴灌模式对土壤水分空间变异及夏玉米生长的影响

河南农业大学学报, 2016, 50(1):1-7.

[本文引用: 1]

汪顺生, 费良军, 高传昌, .

不同灌溉方式下夏玉米棵间蒸发试验

农业机械学报, 2012, 43(9):66-71.

[本文引用: 1]

Jha S K, Ramatshaba T S, Wang G, et al.

Response of growth, yield and water use efficiency of winter wheat to different irrigation methods and scheduling in North China Plain

Agricultural Water Management, 2019, 217:292-302.

DOI:10.1016/j.agwat.2019.03.011      URL     [本文引用: 1]

秦杏宇, 吕馥龄, 彭晶晶, .

滴灌与沟灌栽培杨树人工林土壤水分动态与生产力

应用生态学报, 2020, 31(5):1535-1542.

DOI:10.13287/j.1001-9332.202005.019      [本文引用: 1]

在北京大兴区永定河故道沙地上对9年生杨树人工林进行滴灌和沟灌栽培,于根系主要分布土层(20、40、60、80 cm)布设土壤水分传感器并利用智能采集器实时监测土壤含水率,分析不同灌溉措施下的土壤水分动态变化及杨树人工林生产力。结果表明: 单次有效的滴灌和沟灌后,沿树行形成的湿润体垂直深度分别为72和143 cm,湿润体横切面的面积分别为0.41和2.71 m2;灌溉量分别为79.20和776.47 m3·hm-2,后者为前者的9.8倍,灌溉后杨树吸收根主要分布土层(0~40 cm)的土壤含水率下降到水分轻度亏缺临界值(土壤含水率为田间持水量的70%)的历时均为11 d左右。2019年4—10月,沟灌5、7、9月3次总灌溉量为2329.41 m3·hm-2;滴灌18次,总灌溉量为1425.60 m3·hm-2。沟灌下杨树人工林土壤水分中度亏缺(土壤含水率低于田间持水量的60%)累计天数达109 d,而滴灌下的杨树人工林土壤水分始终未发生中度亏缺。滴灌下杨树人工林蓄积年生长量为38.92 m3·hm-2,是沟灌(25.43 m3·hm-2)的1.5倍,表明不同灌溉措施下杨树人工林生产力差异显著。

Patel N, Rajput T B S.

Dynamics and modeling of soil water under subsurface drip irrigated onion

Agricultural Water Management, 2008, 95(12):1335-1349.

DOI:10.1016/j.agwat.2008.06.002      URL     [本文引用: 1]

唐士劼, 窦超银.

滴头流量对风沙土滴灌湿润锋运移影响的试验研究

节水灌溉, 2018(11):56-60,72.

[本文引用: 3]

为了在风沙土地区更为合理的利用滴灌技术,通过室内试验模拟了单点源和双点源滴灌条件下风沙土土壤水分运移过程,研究了不同滴头流量下土壤湿润锋时空动态分布规律。结果表明灌水时间相同时,滴头流量越大,湿润锋运移距离越大;灌水量相同时,滴头流量增大对湿润锋水平运移距离影响较小,但可增大垂直方向运移距离。大流量滴头增大了湿润锋初始运移速度,随着灌水时间的增加,湿润锋运移速度迅速减小并趋于稳定,且不同流量处理之间差异较小。双点源滴灌时,入渗交汇前水分运动规律与单点源入渗规律相同;滴头流量越大,湿润体交汇时间越短,交汇处湿润锋运动速度越快;但滴头正下方含水量高,土壤含水量径向变化较大,增加了土壤含水量空间分布的不均匀性。

麦麦提尼亚孜·努尔, 李维, 吴燕锋, .

单点滴灌模式干旱区枣园土壤水分运移特征分析

新疆农业大学学报, 2013, 36(1):81-86.

[本文引用: 1]

Uzokwe P, 李新强, 高阳, .

不同灌水方式下基于水面蒸发量的夏玉米灌溉试验研究

灌溉排水学报, 2013, 32(3):59-62.

[本文引用: 1]

何华, 康绍忠.

灌溉施肥深度对玉米同化物分配和水分利用效率的影响

植物生态学报, 2002, 26(4):454-458.

[本文引用: 1]

以夏玉米(Zea mays L.)(陕单9号)为供试材料,采用置于遮雨棚下的模拟土柱的方法,进行了不同灌溉施肥深度对夏玉米生长发育、地上与地下部分同化物分配、产量及水分利用效率的影响的试验研究。灌溉施肥深度分4个处理:表面灌施;20 cm 深度灌水施肥;30 cm 深度灌水施肥和40 cm深度灌水施肥。后3个处理为土表下灌施处理。4个重复。试验结果表明:土表下灌施抑制了玉米生育早期的地上部分生长,使根系向土壤中下层的分布加强,从而保证了作物中后期对水分养分的吸收利用,提高了水分利用效率。在本试验条件下,玉

吴卫熊, 何令祖, 张廷强, .

滴灌和微润灌条件下桂西北山区典型土壤水分运移规律分析

节水灌溉, 2016(9):18-25.

[本文引用: 1]

为了研究滴灌和微润灌在广西山区主要土壤的水分运移规律,在广西山区选择砂土、壤土和粘土等三种典型土壤,在室内建立并开展土壤水分运移规律试验。试验结果表明:①在地埋粘土、壤土和砂土以及0.10MPa工作压力条件下,微润管的单米流量分别为0.24L/h、0.31L/h和0.43L/h,为地表出流量的67.6%~98.8%,滴灌管的单米流量为4.17L/h、5.92L/h和6.10L/h,为地表出流量的38.1%~68.2%;②在三种土壤中,滴灌和微润灌的水分运移形状初期为圆形,后期为椭圆形,但砂土的湿润范围最大、壤土次之、粘土最小;③在土箱相同位置,粘土的土壤含水率最大,壤土次之,砂土最小;④根据滴灌和微润灌的土壤水分运移规律,提出滴灌管和微润管在砂土、壤土的适宜埋深为20cm,在粘土的适宜埋深为10cm。

蔡耀辉, 吴普特, 张林, .

微孔陶瓷渗灌与地下滴灌土壤水分运移特性对比

农业机械学报, 2017, 48(4):242-249.

[本文引用: 1]

梁鹏, 申丽霞, 王银花, .

基于微润灌不同灌水方式对大棚辣椒生长的影响

节水灌溉, 2018(12):5-7,11.

[本文引用: 1]

在微润灌溉的前提下,为了探究不同灌水方式对大棚辣椒生长发育的影响,本试验在双管布设前提下,设置交替灌溉 (A处理)、间歇性灌溉(B处理)、持续灌溉(C处理)和普通灌溉(D处理)4个不同处理,每个处理重复试验3次,分析辣椒的生长状况以及灌溉水分利用率。研究表明:微润灌溉处理组的植株生长情况和产量均高于普通灌溉组,其中灌溉水分生产率分别为普通灌溉组的2.13倍、3.08倍和2.97倍;间歇性灌溉的灌溉水分生产率最高。

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