李开宇，郑家明，孙占祥，杨 宁，冯良山，张 哲
（辽宁省农业科学院耕作栽培研究所／辽宁省旱作节水工程技术研究中心，沈阳 １１０１６１）
摘 要：以１０个玉米品种为试材，研究辽西地区膜下滴灌对不同玉米子粒产量和水分利用效率的影响，表明灌溉与不同玉米品种产量互作显著，各灌溉处理总耗水量（ＥＴ）差异均不显著，部分灌溉高产品种的水分利用效率差异不显著，不同品种灌水利用效率（ＩＷＵＥ）差异显著，豫丰５０８与新单００１的ＩＷＵＥ较高，分别为２．０７ ｋｇ／ｍ３与２．０2 ｋｇ／ｍ３；通过聚类分析将玉米划分为低水效和高水效品种，表明高水效品种产量比低水效品种增产，辽单１２１１（产量最高为９５５．４３ ｋｇ／６６７ｍ２）是子粒产量和水分利用效率兼顾的最优品种，高水效品种增产的主要原因是行粒数、百粒重的显著增加。
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关键词 ：玉米膜下滴灌；高水效；聚类分析；子粒产量
中图分类号：Ｓ５０３．７ 文献标识码：Ａ 文章编号：0439－８114（２０15）07－1560-04
DOI:10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.07.006
辽宁省位于我国东北地区南部，全省水资源总量３４２亿ｍ３，人均水资源量不足９００ ｍ３，仅为全国平均值的１／３；水资源的特点是时空分布不平衡，水土资源不匹配，全省现有耕地总面积４１７万ｈｍ２，其中辽西北干旱地区耕地面积近２００万ｈｍ２，占全省的４８％［１］，但降水资源十分匮乏，且降水变率较大，近年来气候表现出干旱化特征［２］。因干旱缺水导致该地区农业生产极不稳定，干旱年份下的粮食生产波动幅度为２０亿～３５亿ｋｇ［３］。水资源短缺与水的利用效率低的矛盾成为制约辽宁大田作物持续增产的主要瓶颈。大力发展节水效益高、稳产增产增效、技术先进成熟的微灌技术将为辽宁省保障国家粮食安全提供重要技术支撑。辽宁省在２０１１年启动实施了“千万亩”滴灌节水工程，东北地区在２０１２年启动实施了国家“节水增粮行动”工程，有效促进了辽宁省节水农业的快速发展，为粮食稳定增长提供了重要保障。辽西半干旱地区是辽宁省新增灌溉面积的重点地区，由于缺少配套高水效玉米品种，使已建成的节水灌溉工程未能充分发挥作物灌溉增产潜力。
在雨养与灌溉条件下，不同玉米品种生长性状、子粒产量和水分利用效率不同。针对辽西地区雨养玉米，侯志研等［４］以抽雄至抽丝的间隔时间、棒三叶均角、水分利用效率等指标研究了不同玉米品种的抗旱性，白伟等［５］采用灰色关联度分析方法对阜新地区１２个主栽玉米品种评价表明适宜阜新地区的玉米品种为辽单５６５、良玉１１和郑单９５８，但该区域针对灌溉条件下玉米高水效品种筛选与评价的相关报道则较少涉及。因此，本研究在膜下滴灌条件下，对不同品种玉米子粒产量和水分利用效率进行研究，并对不同玉米品种的产量进行聚类分析，以期明确灌溉条件下影响不同品种产量的主要参数指标，为节水灌溉生产中筛选玉米高水效品种及其评价方法提供参考依据。
１ 材料与方法
１．１ 试验方法
试验在辽西朝阳建平灌溉试验站进行，土壤类型为沙壤土，玉米品种为：惠美玉988、新单336、新单001、豫丰508、飞天358、宏硕899、龙238、辽单565、辽单１２０；种植密度为４０００株／667 m2，各品种处理均以不灌溉为对照（ＣＫ），共２０个处理，３次重复，小区面积５０ ｍ２（５ ｍ×１０ ｍ）；各处理土壤含水率控制下限为：苗期－拔节期６０％（占田间持水率的比例，下同）、拔节－抽穗期７０％、抽穗－灌浆期 ７５％、灌浆－成熟期７０％。玉米在４月下旬至５月上旬之间播种，各处理均施用三元复合肥（Ｎ １５％－Ｐ２Ｏ５ １５％－Ｋ２Ｏ １５％）３０ ｋｇ／667 m2作为种肥，按三个生育期（拔节期、大喇叭口期、灌浆前期）分别追施尿素１２ ｋｇ／667 m2、１２ ｋｇ／667 m2、６ ｋｇ／667 m2。通过测定不同处理耗水量、产量等性状。
１．２ 土壤含水率
采用土钻取样烘干法，分别于播种前（５月３日）、苗期（６月６日）、拔节期（７月３日）、灌浆期（８月１９日）和收获期（９月１８日）测定０～１００ ｃｍ土壤含水率，２０ ｃｍ 一个层次，３次重复。土壤蓄水量计算方法：
W=h×a×b×10/100 （１）
式（１）中，Ｗ为土壤蓄水量，单位为ｍｍ，ｈ为土层深度，单位为ｃｍ，ａ为土壤容重，单位为ｇ／ｃｍ３，ｂ为土壤含水率，单位为％。
１．３ 作物耗水量
ET=R1+U-R-F-ΔW （２）
式（２）中，ＥＴ为作物耗水量，单位为ｍｍ；Ｒ１为作物生育期降水量，单位为ｍｍ；Ｕ为地下水补给量，单位为ｍｍ；Ｒ为径流量，单位为ｍｍ；Ｆ为土壤水分渗漏量，单位为ｍｍ；ΔＷ为收获后和播种前土壤根层储水量的变化，单位为ｍｍ，其中土壤储水量以１ ｍ 土层含水率计算；因为试验小区土地平坦，故地表径流和土壤水分渗漏量可以忽略不计；地下水埋深较大，多在几十米以下，地下水的补充可以忽略不计；据此，式（２）可简化为：
ET=R1-ΔＷ（３）
１．４ 水分利用效率计算方法
水分利用效率（ＷＵＥ）可用以下公式进行计算：
ＷＵＥ=Y/ET （４）
式（４）中，Ｙ为经济产量（ｋｇ／ｈｍ２）（不同作物经济部位不同）；ＥＴ为实际蒸散量（ｍｍ），可根据式（２）求得。
在某些情况下降水利用效率ＰＵＥ［６，７］和IＷＵＥｉ［７］可以用ＷＵＥ作为描述降水和灌溉水的利用效率的估算。而严格意义上，对于ＰＵＥ的计算来说，可用降水量（ｍｍ）替换式（４）中的ＥＴ；如果从更严格意义上的定义灌溉水利用效率（Ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ ｗａｔｅｒ ｕｓｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ＩＷＵＥ）可表示为：
ＩＷＵＥ=(Yi-Yni)/I （５）
式（５）中，Ｙｉ为灌溉后产量，Ｙｎｉ为不灌溉作物产量（或雨养产量Ｙｒ），Ｉ为灌溉量，ＩＷＵＥ与ＷＵＥ、ＰＵＥ的单位一致。
１．５ 数据统计与分析方法
采用ＤＰＳ软件进行方差分析与聚类分析。
２ 结果与分析
２．１ 不同玉米品种子粒产量及水分利用率的差异
由表１可知，灌溉处理间（主区）与不同玉米品种（副区）间均差异显著，其中灌溉与不同玉米品种产量互作显著，表明灌溉可以增加玉米产量。如表２所示，不同品种间灌溉与不灌溉（雨养）产量之间差异显著，对偏旱年型来说，不灌溉（雨养）玉米产量差异显著，雨养条件下辽单１２０与新单３３６雨养产量较高，分别为764.53和７９５．２７ ｋｇ／６６７ ｍ２，降水利用效率（ＰＵＥ）分别为2.54和２．６４ ｋｇ／ｍ３，宏硕８９９雨养产量最低为711.23 ｋｇ／６６７ｍ２，ＰＵＥ为２．３6 ｋｇ／ｍ３；ＷＵＥ是作物对土壤水利用效率，各灌溉处理总耗水量差异均不显著，灌溉产量是增加ＷＵＥ的主要因素，辽单１２１１灌溉产量最高为９５５．４３ ｋｇ／６６７ｍ２，ＷＵＥ最高为２．４４ ｋｇ／ｍ３，龙２３８灌溉产量最低为８２４．87 ｋｇ／６６７ｍ２，ＷＵＥ最低为２．１３ ｋｇ／ｍ３，部分灌溉高产品种的水分利用效率差异不显著；根据不同玉米生育灌溉下限指标，灌溉量为９０ ｍｍ，与不灌溉（雨养）相比，各玉米品种灌溉增产效果明显，灌水利用效率（ＩＷＵＥ）差异显著，豫丰５０８与新单００１产量增幅较大，分别为１８５．９ ｋｇ／６６７ｍ２和１８２．２ ｋｇ／６６７ｍ２，ＩＷＵＥ也较高，分别为２．０７ ｋｇ／ｍ３与２．０2 ｋｇ／ｍ３，飞天３５８增幅最低，ＩＷＵＥ效率最低，仅为０．９６ ｋｇ／ｍ３，ＩＷＵＥ可以较好地区分玉米不同品种产量增幅对灌水的响应情况。
２．２ 不同玉米品种产量聚类分析
根据欧氏距离的大小，运用最长距离法，以１０个玉米品种子粒产量与灌水利用效率（ＩＷＵＥ）为指标，通过聚类分析将１０个玉米品种分成２组，分别为低水效组和高水效组，低水效作物品种分别为惠美玉９８８、宏硕８９９、辽单５６５、飞天３５８和龙２３８；高水效品种分别为新单３３６、新单００１、辽单１２０、辽单１２１１和豫丰５０８（图１）。
２．３ 不同水分利用类型品种产量构成要素分析
如表３所示，从水分利用类型上来看，膜下滴灌条件下玉米不同品种产量构成中，除粒长外各要素存在显著差异；高水效品种产量比低水效品种平均增加77．７４ ｋｇ／６６７ ｍ２；低水效玉米品种产量要素中，各品种间差异不同，其中辽单５６５穗长和行粒数表现为数值最小，惠美玉988行数最少，而龙２３８的百粒重和产量为最低；各品种中辽单５６５百粒重最高为４７．７ ｇ；高水效玉米品种的产量要素中，各品种间差异不同，辽单１２０的穗长和行粒数均为最优，而百粒重各处理间差异不显著，在产量方面辽单１２１１的产量为所有品种中最高，为９５５．４３ ｋｇ／６６７ ｍ２。由此表明，高水效品种在膜下滴灌条件下产量构成方面增产的主要原因是行粒数、百粒重的显著增加。因此，豫丰５０８、辽单１２１１可初步在辽西地区膜下滴灌种植区进行大面积示范推广，其他品种的适应性还有待于进一步筛选研究。
３ 结论
膜下滴灌条件下的灌溉与不同玉米品种产量互作效应显著，各灌溉处理的总耗水量（ＥＴ）差异均不显著，部分灌溉高产品种的水分利用效率差异也不显著，而不同玉米品种灌水利用效率（ＩＷＵＥ）差异显著，豫丰５０８的ＩＷＵＥ为２．０７ ｋｇ/ｍ３，新单００１的ＩＷＵＥ为２．０2 ｋｇ/ｍ３；试验初步表明高水效品种较低水效品种增产，其中辽单１２１１的产量最高为９５５．４３ ｋｇ／６６７ ｍ２（百粒重为４３．４５ ｇ），为子粒产量和水分利用效率兼顾的适宜品种。综上所述，今后可进一步应用本研究的方法开展辽西地区高水效玉米品种筛选与评价，增加灌溉玉米品种选择性，为辽西地区玉米节水增产提供技术支撑。
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参考文献：
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