0 引言
【研究意义】膜下滴灌技术在新疆快速发展,根据新疆统计局数据[1],膜下滴灌面积从2002年12万hm2扩大到2012年的220万hm2以上,新疆玉米种植面积从2002年50.2万hm2增加到2012年的86.0万hm2。准噶尔盆地南缘区是北疆地区玉米主要产地,占全疆玉米产量的20%左右。新疆玉米膜下滴灌需水规律研究大部分为单年度、短周期[2-3],玉米不同年际间需水规律和相关生理指标及特征尚未清楚。因此研究准噶尔盆地南缘区玉米生育期灌溉需水量变化、主要气象影响因素及其规律,作物产量、水分利用效率、生长和生理特征与灌水量的关系具有重要意义。【前人研究进展】气温对玉米生长影响较大,近50年的温度升高趋势为过去100年的2倍[4]。近年西北干旱区气温上升幅度为0.33℃·(10a)-1,其中北疆增温幅度大于其他地区[5]。王卫光等[6]研究表明,作物生长及农业生产受气候变化影响改变的同时,必然导致作物耗水过程的变化,再加上气候变异带来的降水波动,引起灌溉需水量的变化。目前针对气候变化对作物需水量影响的研究方有两种,一是黄仲冬[7]、胡玮[8]、阎苗渊[9]、罗玉峰[10]及李玉义等[11]通过收集历史气象资料,分析历史年份中作物需水量变化的主要因素以及多年需水量变化趋势;二是王卫光[12-13]、丛振涛[14]、WANG[15]、TAO[16]、周牡丹[17]及李秀芬等[18]将历史气象资料与计算模型相结合,预测未来年份作物需水量变化趋势。【本研究切入点】前人研究分析均采用FAO56-PM法计算作物灌溉需水量,本文利用实测作物需水量与气象资料展开分析,在诸多气象因素中找出影响该地区作物需水量变化的主要气象因素。【拟解决的关键问题】本文通过2013—2015年灌溉试验研究,探求准噶尔盆地南缘区膜下滴灌玉米不同年际间耗水规律、气象因素对玉米需水量影响、作物产量及生长、生理变化特征,为灌区调整种植结构,合理配置灌溉用水,提高水利用效率提供依据。1 材料与方法
1.1 试验区概况
研究区位于新疆灌溉中心试验站,地处昌吉市滨湖镇13户村,东经87°18′,北纬44°01′,平均海拔600 m。该区处于天山北坡冲积、洪积平原南缘,属天山北坡带头屯河流域,年均降水181.7 mm,年蒸发1 739.1 mm,日照时数7.8 h,年均气温13.1℃,≥0℃积温3 856.2℃,属典型内陆干旱性气候。研究区地下水埋深2.5—4.5 m,棕漠土类土壤质地为中—轻壤,0—120 cm土层土壤干容重1.46—1.65 g·cm-3,耕作层1.50—1.60 g·cm-3,0—120 cm土层田间持水量（干土重）18.8%—23.9%,耕作层20.1%—23.4%;地表与地下水矿化度3—4 g·L-1,为弱咸水,土壤全盐小于0.2%,无盐渍化;耕作层土壤有机质1.59%,肥力属中偏下水平,土壤有效氮90.84 mg·kg-1,有效磷41.63 mg·kg-1,有效钾421.2 mg·kg-1,表现为缺氮少磷钾丰富特点。试验研究区建有2组地下廊道防雨棚式测坑设施,其中1组具有土壤水分、土壤温度、土壤盐分自动采集的自动化设施,能适应不同灌溉试验设计需要。测坑设施总面积604 m2,每组测坑面积301.54 m2（长32.25 m,宽9.35 m）,试验处理小区24个,以廊道为中心,两侧分布12个试验处理小区,小区面积6.67 m2（长3.3 m×宽2 m）,2组测坑共计48个试验处理小区。1.2 试验材料及设计
供试品种为当地常用玉米品种华西146,2013年4月24日播种,8月26日收获;2014年4月29日播种,9月18日收获;2015年4月22日播种,9月18日收获。灌水周期、次数、施肥及病虫害防治均按当地方式管理,灌水周期为10 d/次,关键生育期（拔节—灌浆）5 d/次,2013年灌水8次,2014、2015年灌水11次。按照当地种植方式布置,一膜两管四行,膜宽125 cm,株距30 cm、行距20 cm,滴灌带间距100 cm,留苗密度为80 000株/hm2。采用迷宫式滴灌带,滴头间距20 cm,设计滴头流量为2.4×10-3 m3·h-1,用水表控制灌水量。试验设计按《灌溉试验规范》（SL 13-2004）要求,采用灌水定额单因素,作物全生育期设置4个处理水平,分别是300、375、450、525 m3·hm-2（下文用T1、T2、T3、T4表示）,当地常用灌水定额已包含其中,3次重复,随机区组排列（表1）。Table 1
表1
表1灌溉试验设计
Table 1Irrigation experiment design
| 处理 Treatment | 灌水定额 Test irrigation quota（m3·hm-2） |
|---|---|
| T1 | 300 |
| T2 | 375 |
| T3 | 450 |
| T4 | 525 |
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1.3 测定项目与方法
1.3.1 土壤水分测定 采用TRIME水分仪分别在播种前、收获后、灌水前,灌水后按20 cm分层测定0—120 cm土壤含水率。每个小区布设两根测管,位于测坑长边中轴线三分之一和三分之二位置。耗水量按照水量平衡公式计算：ET= P+ W+ K—C—ΔS （1）
式中,P为有效降雨量,mm;W为灌水量,mm;K为地下水补给量,mm;C为深层渗漏量,mm;ΔS为土壤储水量的变化量,mm。在有底测坑和防雨棚的条件下,P=0,K=0。滴灌条件下,采用测坑排水装置测定深层渗漏量,其值很小,固深层渗漏量C可以忽略不计。故上面的公式（1）可以写成：
ET=W—ΔS （2）
1.3.2 气象因素测定 2013—2015年玉米生育期各项气象指标由站内自动气象站测定。其中有效降雨的计算本文采用美国国家灌溉工程手册推荐的有效降水量分析方法[19-22]：
SF=0.531747+0.295164D—0.056797D2+ 0.003804D3 （4）
式中,Pe为月平均有效降水量,in;Pt为月平均降水量,in;ETC为月平均作物蒸散量,in;SF为土壤水分贮存因子;D为可使用的土壤贮水量,in,D项通常取为作物根区的土壤有效持水量的40%—60%,取决于滴灌管理措施。
1.3.3 作物产量及特征值测定 作物成熟后,各小区取具有代表性长势基本一致的连续10株进行考种。考种指标包括有效穗数、每穗粒数、千粒重。测产采取小区单打单收方法测定。
1.3.4 水分利用效率的计算 水分利用效率的计算公式[23]为
WUE=Ya/ETa （4）
式中,WUE为水分利用效率;Ya为玉米产量,kg·hm-2;ETa为生育期间实际耗水量,mm。
1.3.5 作物系数的计算 作物系数Kc是计算作物需水量的重要参数,其计算式可用实测作物蒸发蒸腾量ET与同时间段内参考作物蒸发蒸腾量ETr（整理3年气象数据,利用彭曼公示进行计算）的比值表示。
Kc=ET/ETr （5）
1.3.6 作物生长、生理指标测定 采用直尺测量生育期株高、叶面积,用SPAD-502Plus便携式叶绿素仪测定作物叶绿素。株高、叶面积和叶绿素每10 d观测一次,关键生育期5 d一次。
1.4 数据处理与分析方法
利用SPSS19.0对试验数据进行显著性检验和相关分析,采用Excel 2007绘制图标。2 结果
2.1 玉米膜下滴灌生育期耗水规律
表2为不同试验处理玉米生育期耗水量,分析可知,年际内不同灌水处理玉米总耗水量随灌水量增加而增大,各年份T4处理比T3、T2和T1处理分别高13.11%—13.80%、29.51%—33.73%和42.59%—45.30%,T3处理比T2和T1分别高18.23%—23.44%和33.40%—37.04%,T2处理比T1高16.66%—21.06%。Table 2
表2
表22013—2015年各处理玉米耗水规律汇总
Table 2Maize water consumption characteristics in the different treatments in 2013-2015
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不同灌水处理玉米年际内生育阶段耗水量随灌水量增加而增大,在拔节—抽雄、抽雄—灌浆、灌浆—成熟阶段差异显著。拔节—抽雄阶段各年份T4处理阶段耗水量比T3、T2和T1处理分别高15.51%—21.07%、26.55%—40.18%和37.84%—57.89%,T3处理比T2和T1分别高9.38%—24.20%和26.43%—46.65%,T2处理比T1高13.78%—29.61%。抽雄—灌浆阶段各年份T4处理阶段耗水量比T3、T2和T1处理分别高13.63%—22.63%、34.82%—43.18%和42.99%—48.80%,T3处理比T2和T1分别高18.06%—34.21%和28.33%—40.71%,T2处理比T1高9.37%—12.54%。灌浆—成熟阶段各年份T4处理阶段耗水量比T3、T2和 T1处理分别高2.50%—15.86%、18.87%—50.43%和38.48%—55.31%,T3处理比T2和T1分别高15.91%—41.09%和36.23%—46.89%,T2处理比T1高9.85%—27.37%。
各处理生育阶段耗水模数变化规律为播种—出苗阶段耗水模数为1.86%—5.86%,出苗—拔节阶段为10.14%—20.88%,拔节—抽雄阶段为16.60%—35.26%,抽雄—灌浆阶段为21.63%—29.13%,灌浆—成熟阶段为17.52%—46.10%。各处理玉米日耗水强度为播种—出苗阶段耗水强度0.88—2.93 mm·d-1;出苗—拔节阶段耗水强度0.70—2.01 mm·d-1,拔节—抽雄阶段,气温升高,植株营养生长旺盛,耗水强度达最大,为2.38—7.55 mm·d-1,抽雄—灌浆阶段,为2.37—9.21 mm·d-1,灌浆—成熟阶段,植株叶片逐渐凋零,耗水强度下降为1.92—6.70 mm·d-1,全生育期玉米平均日耗水强度变化范围1.70—4.76 mm·d-1。
年际间,各处理总耗水量变化差异显著,2015年度各处理（T4—T1）总耗水量比2014年多5.66%、4.90%、7.26%、10.11%,比2013年多35.54%、35.26%、39.39%、37.98%;2014年度各处理（T4—T1）总耗水量比2013年多31.68%、31.92%、34.65%、31.01%。年际间,各处理生育期耗水量变化在抽雄—灌浆、灌浆—成熟阶段差异显著。在抽雄—灌浆阶段,2015年各处理（T4—T1）阶段耗水量比2014年多16.14%、13.78%、3.81%、7.17%,比2013年多44.17%、37.67%、44.17%、44.49%;2014年各处理（T4—T1）阶段耗水量比2013年多33.42%、27.71%、41.96%、40.20%。在灌浆—成熟阶段,2015年各处理（T4—T1）阶段耗水量比2014年多19.57%、18.72%、24.27%、27.46%,比2013年多62.29%、67.11%、76.96%、72.61%。2014年各处理（T4—T1）阶段耗水量比2013年多53.12%、59.54%、69.58%、62.24%。
以上分析看出,年际内玉米生育期总耗水量随灌水量增加而增大,各处理间耗水量差异显著;年际内各处理生育期阶段耗水量,在拔节—抽雄、抽雄—灌浆、灌浆—成熟阶段耗水量差异均显著,这是由于灌溉处理水平不同引起,且在抽雄—灌浆阶段差异最大,说明这一时期玉米对水分需求敏感。年际间各处理总耗水量变化呈逐年上升趋势,2015年总耗水量最高;2013年玉米耗水量比2015、2014年少,主要原因是灌水次数较后两年少3次。2015年总耗水量比2014年多,其原因是受气象因素影响,在抽雄—成熟阶段,2015年同期气温、太阳辐射较2014年高,玉米耗水增加。
2.2 作物生长年份气象因素变化
由表3看出,气象因素中平均温度、有效降雨、相对湿度呈逐年增长趋势,2015年平均温度比前两年高2.6%—3.3%,有效降雨高30.4%—31.2%,相对湿度高11.5%—12.5%。3年气象数据平均温度的峰值出现在灌浆—成熟阶段,风速的峰值出现在播种—出苗阶段,有效降雨的峰值出现在出苗—拔节阶段,太阳辐射的峰值出现在拔节—抽雄阶段,相对湿度的峰值出现在抽雄—灌浆阶段。3年中,属2015年气候变化最大,在关键生育期（灌浆—成熟阶段）持续10 d出现高温天气,平均气温比前两年同期高出6.21℃和4.93℃,有效降雨集中在出苗—拔节、灌浆—成熟后期,属于“暖湿型”气候;2013年相对湿度较2015年少12.50%,太阳辐射较2015年高3.1%,属“暖干型”气候。Table 3
表3
表32013—2015年玉米不同生育期气象要素变化
Table 3Changes of meteorological factors at different growth stages of maize in 2013-2015
| 项目 Project | 年份 Year | 播种—出苗 Seeding-Emergence | 出苗—拔节 Emergence-Jointing | 拔节—抽雄 Jointing-Tasseling | 抽雄—灌浆 Tasseling-Filling | 灌浆—成熟 Filling-Maturity | 全生育期 Growth period |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 平均气温 Average temperature (℃) | 2013 | 16.80 | 20.18 | 24.29 | 24.70 | 25.66 | 22.33 |
| 2014 | 17.58 | 19.35 | 25.57 | 25.65 | 24.28 | 22.49 | |
| 2015 | 18.42 | 20.33 | 22.98 | 25.34 | 28.36 | 23.09 | |
| 风速 Wind speed (m·s-1) | 2013 | 0.85 | 0.33 | 0.46 | 0.43 | 0.41 | 0.50 |
| 2014 | 0.97 | 1.44 | 1.03 | 0.91 | 0.76 | 1.02 | |
| 2015 | 0.99 | 0.72 | 0.59 | 0.52 | 0.33 | 0.63 | |
| 有效降雨 Effective rainfall (mm) | 2013 | 5.62 | 13.20 | 3.13 | 4.48 | 10.82 | 7.45 |
| 2014 | 3.82 | 12.43 | 5.67 | 5.40 | 10.39 | 7.54 | |
| 2015 | 6.23 | 24.98 | 2.28 | 8.08 | 12.59 | 10.83 | |
| 太阳辐射 Solar radiation (MJ·m-2) | 2013 | 210.30 | 256.52 | 263.73 | 271.34 | 268.17 | 254.01 |
| 2014 | 207.88 | 224.24 | 233.95 | 224.26 | 196.65 | 217.40 | |
| 2015 | 220.14 | 248.32 | 255.44 | 255.63 | 251.45 | 246.20 | |
| 相对湿度 Relative humidity (%) | 2013 | 42.90 | 42.30 | 53.20 | 50.76 | 48.72 | 47.58 |
| 2014 | 44.83 | 46.17 | 48.69 | 51.76 | 49.24 | 48.14 | |
| 2015 | 52.36 | 55.42 | 54.64 | 55.96 | 53.49 | 54.37 |
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2.3 气象因素变化对玉米各生育期需水量的影响
采用Pearson相关分析法,对2013—2015年气象要素与玉米生育期需水量相关分析,由表4结果看出,不同气象要素与各生育期需水量相关性不同,太阳辐射、风速、平均温度与需水量成正相关,相对湿度与需水量成负相关,相关显著（a=0.05）。影响生育阶段灌溉需水量变化的主要气象要素不同,在出苗—拔节阶段,主要气象影响因素是太阳辐射和风速;在拔节—抽雄阶段,主要气象影响因素是相对湿度和平均温度;在抽雄—灌浆阶段,主要气象影响因素是平均温度。由于处理在雨棚下试验,有效降雨因素影响不显著。采用线性逐步回归法分析气象要素对玉米播种至灌浆生长期需水量影响,结果表明,平均温度变化影响突出,线性回归方程的决定系数均达到0.98。结合作物耗水规律分析可知,影响玉米需水量的主要气象因素是平均温度,生育期平均温度提高直接影响玉米蒸散量,蒸散量增加,玉米耗水增多,需水量增加。Table 4
表4
表4玉米不同生育阶段灌溉需水量与气象要素的相关系数
Table 4Correlation coefficient of irrigation water requirement and meteorological factors at different growth stages of maize
| 生育期 Growth period | 灌溉需水量 Irrigation water requirement | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| 有效降雨量 Effective rainfall | 太阳辐射 Solar radiation | 相对湿度 Relative humidity | 平均温度 Average Temperature | 风速 Wind speed | |
| 播种—出苗 Seeding - Emergence | -0.472 | 0.894 | -0.704 | 0.975 | 0.804 |
| 出苗—拔节 Emergence - Jointing | 0.644 | 0.972* | 0.167 | 0.951 | 0.991* |
| 拔节—抽雄 Jointing -Tasseling | 0.963 | 0.704 | -0.902* | 0.999** | 0.741 |
| 抽雄—灌浆 Tasseling - Filling | -0.123 | -0.468 | -0.217 | 0.768 | 0.325 |
| 灌浆—成熟 Filling - Maturity | 0.574 | -0.458 | -0.449 | 0.442 | 0.074 |
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2.4 作物系数分析
3年间玉米各处理作物系数,随着灌水定额增加而增大,全生育期作物系数的值在0.51—1.18变化（表5）。各生育阶段作物系数表现为播种—出苗阶段作物系数0.20—0.41,出苗—拔节阶段作物系数0.30—0.68,拔节—抽雄阶段作物系数0.53—1.54,抽雄—灌浆阶段作物系数0.47—1.91,灌浆—成熟阶段作物系数0.43—1.53。3年内作物系数在灌浆—成熟阶段最大,其值为1.01,播种—出苗作物系数最小,其值为0.33。Table 5
表5
表52013—2015年玉米各生育阶段作物系数
Table 5Crop coefficients of various growth stages of maize in 2013-2015
| 年份 Year | 试验处理 Treatment | 生育期 Growth period | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 播种—出苗 Seeding- Emergence | 出苗—拔节 Emergence - Jointing | 拔节—抽雄 Jointing-Tasseling | 抽雄—灌浆 Tasseling-Filling | 灌浆—成熟 Filling-Maturity | 全生育期 Growth period | ||
| 2013 | T1 | 0.20a | 0.48b | 0.80d | 0.47c | 0.43d | 0.51d |
| T2 | 0.35a | 0.65a | 0.93c | 0.52c | 0.47c | 0.61c | |
| T3 | 0.39a | 0.67a | 1.09b | 0.79b | 0.80b | 0.79b | |
| T4 | 0.50a | 0.68a | 1.29a | 0.91a | 0.95a | 0.92a | |
| 2014 | T1 | 0.30a | 0.30a | 0.65d | 0.76d | 0.80d | 0.59d |
| T2 | 0.34a | 0.31a | 0.98c | 0.87c | 1.10c | 0.75c | |
| T3 | 0.35a | 0.38a | 1.35b | 1.06b | 1.32b | 0.94b | |
| T4 | 0.34a | 0.43a | 1.54a | 1.34a | 1.43a | 1.08a | |
| 2015 | T1 | 0.24a | 0.31a | 0.53c | 0.98d | 0.87d | 0.68d |
| T2 | 0.25a | 0.36a | 0.66b | 1.08c | 1.18c | 0.83c | |
| T3 | 0.34a | 0.46a | 0.73b | 1.48b | 1.32b | 1.02b | |
| T4 | 0.41a | 0.56a | 0.90a | 1.91a | 1.53a | 1.18a | |
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由图1可发现,生育期内作物系数程单峰变化,不同年份峰值出现时期不同,2013、2014年峰值为拔节—抽雄阶段,2015年峰值出现在抽雄—灌浆阶段。通过分析气象数据得知,2015年抽雄—灌浆阶段最高气温达45.2℃,受气温影响,此阶段玉米参考作物蒸腾量与实际耗水量相关较大。同时该阶段耗水量分别比2013、2014年同期高42.5%、11.4%。耗水强度也高于其他年份。
显示原图|下载原图ZIP|生成PPT图1膜下滴灌玉米作物系数
-->Fig. 1Maize crop coefficient under film drip irrigation
-->
2.5 生长指标与生理指标分析
由表6可知各处理玉米株高、叶面积指数和叶绿素在全生育不同阶段差异显著,在同一生育阶段差异较显著。各处理玉米株高随灌水量增大而增加,全生育期呈单峰变化,峰值在抽雄期。叶面积指数峰值出现在灌浆期,叶绿素峰值出现在抽雄期,此时是玉米营养生长旺盛期。全生育期T3处理叶面积指数高于其他处理,较高的叶面积指数提高了玉米光合作用,有利于生殖生长阶段有机物积累。Table 6
表6
表62013-2015年玉米株高、叶面积指数、叶绿素与灌水定额关系
Table 6Maize plant height, leaf area index, chlorophyll relationship with irrigation quota in 2013-2015
| 年份Year | 处理 Treatment | 苗期 Seedling | 拔节期 Jointing | 抽雄期 Tasseling | 灌浆期 Filling Stage | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 株高 Plant height (cm) | 叶面积 指数 Leaf area index | SPAD值 SPAD value | 株高 Plant height (cm) | 叶面积 指数 Leaf area index | SPAD值 SPAD value | 株高 Plant height (cm) | 叶面积 指数 Leaf area index | SPAD值 SPAD value | 株高 Plant height (cm) | 叶面积 指数 Leaf area index | SPAD值 SPAD value | ||
| 2013 | T1 | 38.2a | 0.45b | 41.2a | 143.2b | 2.68a | 44.4a | 224.9c | 4.98b | 48.1b | 220.2b | 5.13b | 42.9b |
| T2 | 39.8a | 0.54a | 42.3a | 151.2a | 2.05b | 44.7a | 237.8a | 7.32a | 53.8b | 231.5a | 6.67a | 44.1b | |
| T3 | 37.1a | 0.61a | 42.0a | 142.8b | 2.03b | 46.7a | 232.5a | 6.67a | 50.2b | 235.0a | 6.27a | 53.9a | |
| T4 | 41.5a | 0.54a | 40.6a | 151.8a | 1.92b | 44.9a | 240.6b | 5.93a | 57.3a | 231.6a | 6.16a | 39.4b | |
| 2014 | T1 | 28.8a | 0.23a | 35.3a | 183.4d | 7.83b | 57.3a | 185.7c | 9.05a | 52.5a | 180.0c | 8.70a | 45.5a |
| T2 | 27.9a | 0.23a | 34.0a | 208.6c | 7.88b | 55.8a | 194.0b | 7.48b | 56.0a | 194.3b | 8.76a | 51.8a | |
| T3 | 28.2a | 0.23a | 35.5a | 232.0a | 9.19a | 59.3a | 239.2a | 9.52a | 59.5a | 217.3a | 8.81a | 50.1a | |
| T4 | 26.8a | 0.19b | 36.6a | 221.5b | 7.88b | 57.6a | 235.2a | 8.73a | 55.6a | 215.3a | 9.28a | 53.3a | |
| 2015 | T1 | 34.8a | 0.33a | 45.3a | 185.5b | 5.98a | 59.4a | 223.1d | 5.86a | 51.4a | 251.2b | 6.57a | 38.3b |
| T2 | 36.9a | 0.33a | 44.0a | 197.4a | 6.11a | 59.3a | 243.0c | 6.18a | 48.4a | 229.0c | 6.98a | 34.5b | |
| T3 | 37.2a | 0.33a | 45.5a | 196.0a | 4.70b | 55.2a | 244.0b | 6.89a | 53.9a | 251.1b | 7.09a | 53.9a | |
| T4 | 39.8a | 0.29a | 46.6a | 198.1a | 6.49a | 59.4a | 254.7a | 6.55a | 58.1a | 274.8a | 7.28a | 46.4ab | |
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2.6 水分利用效率分析
表7和图2为2013—2015年灌水量与产量、水分利用率分析结果。不同灌水量处理玉米产量差异较显著。3年中最高产量对应的灌水定额均为450 m3·hm-2,最低产量对应的灌水定额均为300 m3·hm-2,T3处理比T4、T2和T1处理产量分别高4.08%—9.18%、8.10%—44.80%和8.03%—43.58%。各处理产量与生育期灌水量成二次曲线关系,随灌水量的增加产量先增后减,经优化分析玉米生育期灌水量3 570—6 370 m³·hm-2,产量可达13 061—14 929 kg·hm-2。水分利用效率随灌水量增加而降低,变幅5.92—1.75 kg·m-3。
显示原图|下载原图ZIP|生成PPT图2玉米灌水量与产量关系
-->Fig. 2Relationship between irrigation quantity and yield of maize
-->
Table 7
表7
表72013—2015年膜下滴灌条件下不同水分处理玉米产量指标和水分利用效率
Table 7Maize yield index and water use efficiency under different moisture condition under film drip irrigation in 2013-2015
| 年份 Year | 处理 Treatment | 有效穗数 Effective panicle number(ear/m2) | 每穗粒数 Grain number per ear | 千粒重 1000 grain weight(g) | 实际产量 Actual output (kg·hm-2) | 耗水量 Water Consumption (mm) | 水分利用效率 Water use efficiency (kg·m-3) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 2013 | T1 | 7.54a | 590.66a | 303.27a | 12000c | 202.69d | 5.92a |
| T2 | 8.24a | 584.33a | 303.42a | 12638b | 243.22c | 5.20b | |
| T3 | 8.09a | 581.33a | 312.91a | 13213a | 317.70b | 4.16c | |
| T4 | 8.14a | 592.73a | 315.94a | 12674b | 366.99a | 3.45d | |
| 2014 | T1 | 7.5a | 331.6d | 334.7c | 8187d | 293.81d | 2.79b |
| T2 | 7.15a | 379.5c | 364.6ab | 13630b | 372.18c | 3.66a | |
| T3 | 7.8a | 535.3a | 364ab | 14832a | 466.69b | 3.18ab | |
| T4 | 7.4a | 480.7b | 393.2a | 9388c | 537.13a | 1.75c | |
| 2015 | T1 | 9.05a | 461.06c | 254.21c | 8204d | 326.84d | 2.51ab |
| T2 | 9.19a | 440.4d | 251.63c | 8937c | 401.31c | 2.23b | |
| T3 | 9.19a | 612.66a | 287.14a | 14540a | 490.76b | 2.96a | |
| T4 | 9.39a | 571.86b | 275.95b | 13373b | 569.33a | 2.35b |
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3 讨论
准噶尔盆地南缘区玉米全生育内平均气温呈上升趋势,玉米需水量随气温的升高也逐年增加,玉米达到高产的需水量为461—637 mm,这与肖俊夫等[24]研究相一致。张国强等[3]、刘占东等[25]对玉米需水规律研究表明,玉米全生育期耗水量随灌溉定额的增大而增大,玉米阶段耗水量表现为生育前期少、中后期多的变化趋势,在各阶段中,灌溉定额大的处理耗水量和耗水强度相对较大,变化趋势与本文研究相似。BOZKURT等[26]在10 370 kg·hm-2产量水平下研究表明,随着灌溉量的增加,玉米的产量也相应增加,整体呈抛物线趋势,与本文结论一致。王增丽等[27]研究表明,不同灌溉定额对春玉米穗长影响不显著,对百粒重影响显著,与本研究结论相近。杜加强等[28]研究表明,相对湿度是影响作物参考蒸散量主要因素,由于相对湿度的显著增加造成土壤湿度增加,同时降低田间温度,减小蒸发,对田间节水起到了持续保墒的关键性作用。也有****研究表明作物水分变化主要受日照和风速影响[29-31]。主要是由于日照减少使到达地面的能量减弱,导致地面蒸发减少;风速降低会使空气与土壤中的水分交换强度变低,有利于土壤水分的保持。前人研究大部分是基于作物全生育期,而本文细化到玉米的每个生育阶段,研究影响玉米各生育阶段需水量的主要气象因素,使结果更加全面准确,为下一步开展玉米生产中各阶段水分优化管理,实现玉米高产节水,提供依据。黄仲冬等[7]、阎苗渊等[9]研究表明,是影响作物需水量变化的主要气象因素,而本文研究表明,在影响玉米需水量诸多气象因素中,气温的影响最为突出。李正国等[32]、李辉等[33]研究表明,玉米是对气温要求较高、对气候变化较敏感的作物,其生长季农业气候资源的变化势必影响玉米的生育期长度及发育过程,进而影响玉米产量。当前,北疆增温幅度大于其他地区[5],对玉米增产而言是有力条件,可适当调整作物种植结构,增加玉米种植面积。北疆灌溉试验站网已在建设当中,站点覆盖主要灌区,利用各站点多年气象数据,结合作物实测需水量,研究不同区域气象因素对作物需水规律与产量的影响,建立新时期不同作物需水量数据库,将是下一步工作重点。4 结论
年际内,各处理玉米生育期总耗水量、生育阶段耗水量均随灌水量增加而增大,不同灌水处理玉米总耗水量差异均显著。受不同灌溉处理和年际气象因素影响,玉米阶段耗水量在拔节—抽雄、抽雄—灌浆、灌浆—成熟阶段差异显著。各处理均在抽雄—灌浆阶段差异最大,说明这一时期水分需求敏感。年际间,各处理总耗水量变化差异显著,各处理生育阶段耗水量变化在抽雄—灌浆、灌浆—成熟阶段差异显著。3年中,2015年气候变化最大,平均气温高于前两年同期温度,有效降雨集中在出苗—拔节期和灌浆—成熟后期,属于“暖湿型”气候;2013年相对湿度较2015年少12.50%,太阳辐射较2015年高3.1%,属“暖干型”气候。气象因素中,太阳辐射、风速、平均温度与需水量成正相关,相对湿度与需水量成负相关。在出苗—拔节阶段,主要气象影响因素是太阳辐射和风速;在拔节—抽雄阶段,主要气象影响因素是相对湿度和平均温度;在抽雄—灌浆阶段,主要气象影响因素是平均温度。其中有效降雨、平均温度、相对湿度呈逐年增长趋势。平均温度对玉米生育期需水量影响最大。
玉米产量与全生育期灌水量成二次抛物线关系。玉米作物系数大小表现为抽雄—灌浆>灌浆—成熟>拔节—抽雄>出苗—拔节>播种—出苗,全生育期呈现单峰值变化,峰值出现在抽雄—灌浆期。生育期内玉米株高随灌水量增大而增加,全生育期呈单峰变化,峰值在抽雄期。叶面积指数峰值出现在灌浆期,叶绿素峰值出现在抽雄期。膜下滴灌玉米全生育期灌溉定额为461—637 mm,灌水次数9—11次,其中苗期2次,拔节期2次,抽雄期2—3次,灌浆期3—4次,平均灌水周期10 d（抽雄、灌浆期5 d一次）。
The authors have declared that no competing interests exist.
