灌水技术参数对覆膜制种玉米生长与蒸腾耗水的影响.pdf
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1、doi:10.6041/-1298.2023.09.039SS2023年9 月第54卷第9 期农报业学机械灌水技术参数对覆膜制种玉米生长与蒸腾耗水的影响马士萌1,2佟玲1.2王素芬1,2赵引3马冬青1,2李德智1,2(1.中国农业大学中国农业水问题研究中心,北京10 0 0 8 3;2.甘肃武威绿洲农业高效用水国家野外科学观测研究站,武威7 330 0 9;3.滨州学院山东省黄河三角洲生态环境重点实验室,滨州2 56 6 0 0)摘要:科学高效的灌溉管理是提高水分生产力的关键。针对覆膜前后土壤水热条件有明显差异,灌水参数如何影响作物生长与耗水尚不明确的问题,本研究以制种玉米为研究对象在甘肃武威
2、绿洲农业高效用水国家野外科学观测研究站进行了田间试验。设计3种滴头流量D1(2.0 L/h)、D 2(2.5L/h)、D 3(3.0 L/h),5种灌水间隔时间P1(6 d)、P2(8 d)、P3(10 d)、P4(12 d)、P5(14d),探究灌溉方案对覆膜制种玉米生长、产量和蒸腾耗水的影响。结果表明滴头流量较大和灌水间隔时间较小时制种玉米株高与叶面积指数表现更好。D1处理下,随灌水间隔时间增加株高和叶面积指数呈先增大后减小的趋势,在P2取得最大值。籽粒产量与灌水间隔时间呈现显著的二次函数关系,D1、D 3处理下最大值均出现在P2。灌水间隔时间为6 10 d时D2可以获得最高的产量。单株日
3、尺度液流速率与小时尺度液流速率均随滴头流量增大而增加,随灌水间隔时间增加而减小。D3处理小时尺度液流速率峰值比D2、D 1处理分别增加8 5.8 8%12 7.0 2%、117.8 0%151.8 9%。灌水间隔时间由P1增加到P5时,小时尺度液流速率峰值降低2 3.56%31.48%。制种玉米蒸腾量随滴头流量增大而增加。一定范围内(P1P4),增加灌水间隔时间显著降低了全生育期耗水量。灌水间隔时间不大于10 d时,D2耗水量最低,比D1降低1.8 6%4.14%,且获得更高的水分生产力。D1、D 2 处理均在P2处理获得最高水分生产力。为实现高效节水,滴头流量为2.5L/h(D 2)、灌水间
4、隔时间为8 10 d是适宜干旱地区覆膜制种玉米的较优灌水方案,而灌水间隔时间为6 8 d时可以实现更高的产量和水分生产力。关键词:制种玉米;膜下滴灌;灌水技术参数;作物生长;蒸腾耗水中图分类号:S274.1文献标识码:A文章编号:10 0 0-12 9 8(2 0 2 3)0 9-0 39 6-11OSID:Effect of Irrigation Technical Parameters on Growth and Transpirationand Water Consumption of Seed Maize under FilmTONG Ling1,2MA Shimeng1,2WANG
5、Sufen.2ZHAO Yin3MA Dongqing1,2LI Dezhil.2(1.China Agricultural Water Research Center,China Agricultural University,Beijing 100083,China2.National Field Scientific Observation and Research Station on Efficient Water Use of Oasis Agriculture inWuwei of Gansu Province,Wuwei 733009,China3.Key Laboratory
6、 of Shandong Province Yellow River Delta Ecology and Environment,Binzhou College,Binzhou 256600,China)Abstract:Scientific and efficient irrigation management is the key to improving water productivity.Toaddress the problem that there are significant differences in soil water and heat conditions befo
7、re and aftermulching,and it is still unclear how irrigation parameters affect crop growth and water consumption,fieldexperiments were conducted at the National Field Scientific Observation and Research Station on EfficientWater Use of Oasis Agriculture in Wuwei of Gansu Province,using seed maize as
8、the research object.Three dripper discharges D1(2.0 L/h),D2(2.5 L/h),D3(3.0 L/h),and five irrigation intervals P1(6 d),P2(8 d),P3(10 d),P4(12 d),P5(14 d)were designed to investigate the effects of differentirrigation management schemes on the growth,yield,transpiration,and water consumption of seedm
9、aize.The results showed that higher dripper discharges and shorter irrigation intervals were more收稿日期:2 0 2 2 12-2 2 修回日期:2 0 2 3-0 2-0 7基金项目:国家重点研发计划项目(2 0 2 2 YFD1900401)作者简介:马士萌(19 9 5一),女,博士生,主要从事水文水资源研究,E-mail:s h i me n g m c a u.e d u.c n通信作者:佟玲(19 7 9 一),女,教授,博士生导师,主要从事作物绿色高效用水研究,E-mail:t o
10、n g l i n g 2 0 0 1 c a u.e d u.c n397第9 期马士萌等:灌水技术参数对覆膜制种玉米生长与蒸腾耗水的影响favorable for the growth and leaf area index of seed maize.Under D1 treatments,plant height,and leafarea index were increased firstly and then decreased with the increase of irrigation interval,and reachedthe maximum value at P2.T
11、he grain yield showed a significant quadratic relationship with the irrigationinterval,and the maximum values under D1 and D3 appeared in P2.When the irrigation interval was 6 10 d,the highest yield was obtained under the D2 dripper discharge.The daily-scale and hourly-scaleliquid flow rates of seed
12、 maize single-plant were increased with the increase of dripper discharge anddecreased with the increase of irrigation interval.The peak value of the hourly liquid flow rate in D3treatment was increased by 85.88%127.02%and 117.80%151.89%compared with that in D2and D1,respectively.When the irrigation
13、 interval was increased from P1 to P5,the peak value of thehourly liquid flow rate was decreased by 23.56%31.48%.The transpiration of seed maize wasincreased with the increase of dripper discharge.Within a certain range(P1 to P4),increasing theirrigation interval significantly reduced the water cons
14、umption of seed maize throughout the growth period.At irrigation intervals not greater than P3,D2 had the lowest water consumption,which was 1.86%4.14%lower than that of D1,and higher water productivity was obtained.The highest water productivitywas obtained at P2 treatment for both D1 and D2 drippe
15、r discharge.The results showed that the dripperdischarge of 2.5 L/h(D2)and the irrigation interval of 8 10 d were the optimal irrigation scheme forseed maize under film in dry areas for efficient water conservation,while a higher yield and waterproductivity could be achieved with an irrigation inter
16、val of 6 8 d.Key words:seed maize;under film drip irrigation;irrigation technical parameters;crop growth;transpiration and water consumption0引言灌溉对我国农业生产和粮食安全保障占有极为重要的地位。尤其在干旱绿洲灌溉农业区,种植业完全依赖于灌溉,水资源不足长期制约着该地区的农业发展。据统计2 0 2 0 年我国农业用水仍占据总用水量的6 2.1%。而农田灌溉水有效利用系数仅为0.56 5,与发达国家还有很大差距(。因此充分挖掘农业的节水潜力,提高农业水利用
17、效率对缓解水资源压力具有十分重要的现实意义。近年来覆膜滴灌技术在干旱地区取得了明显的节水成效2 。有研究学者表明覆膜会影响土壤水热动态3,减少地表无效蒸发,从而增加产量,提高水分利用效率4-6 。因此探究覆膜滴灌下高效节水灌溉制度十分必要。滴头流量与灌水间隔时间是滴灌设计中两个重要的参数,与土壤含水率以及作物根区的湿润体特征有着直接的关系7-12 。不同灌水条件下形成的湿润体特点不同,湿润体形状对作物耗水有显著的影响。宽浅型土壤湿润体会增加土壤的蒸发,进而影响作物生长发育与蒸发蒸腾量。有研究表明大滴头流量下灰枣的耗水量大于小滴头流量,小滴头流量处理枣果着色品质较优13。当灌水量一致时,灌水间隔
18、时间越短,滴头附近土壤含水率越高,水分向四周扩散的梯度差就越大12】。有关番茄【14、枸杞15、甘蓝【16 等不同作物的研究发现,减小灌水间隔时间可以增加作物的株高、茎粗、叶绿素含量等指标,同时果实品质更优。但田建柯等17 研究表明玉米的株高、叶面积、产量、水分利用效率随灌水频率的增大均呈现下降趋势。有研究认为灌水间隔时间为6 d时可以提高新疆地区覆膜玉米的产量和水分利用效率18 。在对首的研究发现,随着灌水频率增加耗水量呈现先减小后增加的变化趋势19 。灌水技术参数对作物的影响因土壤环境和作物种类有显著差异,目前关于灌水技术参数对覆膜制种玉米生长耗水的影响研究还比较少,尤其覆膜条件下的响应机
19、制还需进一步探究。作物蒸发蒸腾量是指导作物合理灌溉的重要依据,液流监测能够直接表征植株体内瞬时的水分消耗情况,也可用于估算冠层蒸腾量2 0-2 。茎流变化不仅受太阳辐射、温度、饱和水汽压差和相对湿度等气象因素的影响2 3-2 4,还与土壤含水率、土壤温度以及作物生理参数有关2 5-2 7 。龚道枝等2 8 利用气象因子与茎流量之间的数量关系预测桃树的蒸腾量,发现液流与参考作物蒸发蒸腾量呈良好的线性关系。在探究玉米2 9 、葡萄30 等作物时发现,利用叶面积指数、茎粗对单株茎流进行尺度转换得到的群体蒸腾量与实测值有很好的一致性。然而覆膜情况下水热条件变化、作物不同尺度液流变化与灌水技术参数的关系
20、还不明确。河西走廊地区是我国制种玉米的主要产区,可保障全国50%的种子使用量31。但由于缺乏科学的灌溉指导,实际生产中水分利用效率较低。因此,本文针对西北旱区膜下滴灌灌水技术参数不统一、水分利用效率低的现状,比较不同滴头流量与灌水间隔时间对制种玉米的液流速率以及植株生长状况的影响并将植株蒸腾进行尺度提升,以期揭示制种农2023年报机398学械业玉米的蒸腾耗水以及水分生产力对不同灌水技术参数的响应规律,为探索节水高效膜下滴灌灌溉制度提供科学依据。1材料与方法1.1试验区概况试验于2 0 18 年4一9 月在甘肃武威绿洲农业高效用水国家野外科学观测研究站进行,该地区属于温带大陆性气候,冬季长夏季短
21、,昼夜温差达15。降水量少,且全年分布不均,多年平均降水量为164.4mm,年蒸发量为2 0 0 0 2 7 0 0 mm。但该地区光热充足,全年日照时数可达30 0 0 h以上,大于0 年积温为3550,无霜期150 d左右。该地区平均海拔为158 1m,地下水埋深超过2 5m。试验区内土壤质地为砂质壤土,深度0 10 0 cm土层平均土壤干容重为1.51g/cm,田间持水率为0.2 9 cm/cm,调萎系数为 0.12 cm/cm329 O1.2试验设计本试验供试制种玉米品种为TRFA2018。采用覆膜滴灌灌溉方式。试验滴头流量设计3个水平:2.0、2.5、3.0 L/h,灌水间隔时间设计
22、5个水平:6、8、10、12、14d。其中滴头流量2.5L/h设计6、10、14d3个灌水间隔时间水平,其他滴头流量与灌水间隔时间采取正交设计,共计13个处理,每个处理3个重复(表1)。种植方式为“一膜两带四行”,即1幅膜内铺设2 条滴灌带,播种4行作物,作物行距40cm,株距2 5cm,滴灌带间距为8 0 cm,滴头间距30cm,膜宽140 cm,膜间为裸土,裸土宽40 cm,试验区面积约0.38 hm。父本母本种植比例为1:6,母本于2 0 18 年4月19 日播种,第1批父本于2 0 18 年4月2 6 日播种,第2 批父本于2 0 18 年5月2 日播种。施肥依据当地种植生产经验确定,
23、氮、磷、钾施肥量分别为2 50 kg/hm(N)、6 0 k g/h m(K,0)、165kg/hm(P,0,),40%氮肥作为基施和磷肥、钾肥在播种前施入,6 0%在各生育期按作物需肥比例滴施追肥,除草、喷洒农药等农艺措施以当地生产经验为准。:表1试验设计Tab.1Experiment design处理灌水间隔时间/d滴头流量/(Lh-)P1D162.0P2D182.0P3D1102.0P4D1122.0P5D1142.0P1D363.0P2D383.0P3D3103.0P4D3123.0P5D3143.0P1D262.5P3D2102.5P5D2142.51.3监测指标与方法1.3.1气象
24、数据与灌水量利用标准自动气象站(HOBO,O n s e t C o m p u t e rCorp.,美国对生育期内降雨量P。、太阳辐射R。、气温、相对湿度、风速等数据进行连续观测,每15min自动记录一次数据。本试验第1次灌水为出苗水,灌水量为30 mm,5月2 7 日开始第1次灌水处理,之后按设计的灌水间隔时间进行灌水。依据 Penman M o n t e i t h 公式2 4计算出各时段内参数作物蒸发蒸腾量ET。,ET。乘以各生育阶段的作物系数K。再减去该时段的有效降雨量P确定每次灌水量。不同生育期的作物系数通过对试验站多年玉米覆膜滴灌试验数据计算并拟合回归,按生育期划分进行插值求
25、得。ET。为作物需水量。当灌水间隔时段内的有效降雨量大于该时段的作物耗水量时不进行灌水。所有处理全生育期灌水总量相同。生育期划分与灌水量如表2 所示。表2制种玉米各生育期平均灌水量Tab.2Average irrigation amount of seed maize in each growth period生育期时间K。ETo/mmET,/mmP。/mm灌水量/mm苗期4月2 0 日一6 月3 日0.29167.7047.966.6042.62拔节期6月4日一7 月4日0.89127.56113.535.40103.57抽穗期7月5日7 月2 1日1.0469.3972.178.8057.
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