地下水埋深对玉米生长发育的影响范文

《排灌机械工程学报》2014年第五期

1结果与分析

1.1地下水埋深对玉米形态指标的影响

水分是制约作物生长发育最主要的生态因子之一．不同地下水埋深条件下夏玉米株高hz随播种后天数tb的变化如图1所示。由图1可以看出，生长前期地下水位埋深对玉米株高影响较小，而生长中、后期，不同地下水埋深处理间株高差异变大，到了抽雄吐丝期，各处理高基本不再变化，此时，不同地下水埋深株高大小依次为DGW－04，DGW－02，DGW－06，DGW－08，DGW－10，DGW－12，但方差分析（LSD法，下同）表明各处理之间夏玉米株高的差异不具有统计学意义，说明不同地下水埋深对夏玉米株高的影响不大．不同地下水埋深条件下夏玉米叶面积指数a随播种后天数tb的变化如图2所示．由图2可以看出，不同地下水位埋深处理对玉米叶面积指数的影响较大．在生长前期，地下水埋深较浅的DGW－02和DGW－04处理的叶面积指数增长较快．在拔节后期（播种后70d左右），各处理叶面积指数均达到最高值，此时，不同地下水埋深叶面积指数大小依次为DGW－04，DGW－06，DGW－02，DGW－08，DGW－10，DGW－12，方差分析表明，各处理之间夏玉米叶面积指数的差异具有统计学意义（P＜005）．夏玉米生长后期，地下水埋深较浅的DGW－02和DGW－04处理叶面积指数衰减较快，减少幅度分别达到603％和487％；其他处理的叶面积指数变化幅度较平缓，减少幅度在379％～412％．不同地下水埋深夏玉米茎粗b随播种后天数tb的变化如图3所示．由图3可以看出，在生长前期，地下水埋深对茎粗增长影响不明显，在拔节后期（播种后70d左右），各处理茎粗基本定型，达到最高值，此时，不同地下水埋深茎粗大小顺序依次为DGW－04，DGW－06，DGW－02，DGW－08，DGW－10，DGW－12，方差分析表明，DGW－04处理与DGW－08，DGW－10，DGW－12之间差异具有统计学意义（P＜005），其他处理间差异不具有统计学意义．上述表明，地下水埋深过浅或过深均会抑制植株叶面积指数和茎粗的增长．

1.2地下水埋深对玉米植株根系的影响

根系在作物吸水过程中起着非常重要的作用，是决定作物产量高低的重要因素，根系的生物量是植物吸收的物质基础，较大的根系可获得较高的产量，夏玉米不同地下水位埋深处理单株植株根量及根数测定结果见图4－5，其中tp为各生育阶段．从图中可以看出，苗期，夏玉米根系刚开始发育，地下水埋深越浅，水分向上传输越容易，土壤水分充足，其根系数量和根系干质量就越大，此阶段各处理的单株主根系数量除DGW－06，DGW－08和DGW－10差异不具有统计学意义外，其他处理间差异具有统计学意义（P＜005）；地下水埋深各处理的单株根系干质量DGW－02与DGW－12处理差异具有统计学意义（P＜005），其他处理间差异不具有统计学意义．拔节期，夏玉米根系进入快速生长阶段，土壤水分的影响也非常明显，表面上地下水埋深越浅，其根系数量和根系干质量就越大，但实质上根系生长已受到抑制，其增长幅度明显降低，此阶段地下水埋深各处理的单株主根系数量DGW－12与DGW－02，DGW－04处理间差异具有统计学意义（P＜005），其他处理间差异不具有统计学意义；地下水埋深从小到大与相同处理苗期主根系数量相比增加了1212％，968％，1034％，1071％，1481％和2500％．地下水埋深各处理的单株根系干质量DGW－02，DGW－04，DGW－06，DGW－08分别与DGW－10和DGW－12处理差异具有统计学意义（P＜005），其他处理间差异不具有统计学意义，即地下水埋深超过08m后，对根系干质量影响较大；地下水埋深从小到大与相同处理苗期根系干质量相比，地下水埋深从小到大各处理分别增加了19898％，23333％，26049％，26835％，21507％和23875％．抽雄吐丝期，夏玉米根系发育完成，其根量到达最大，随着地下水埋深增大，根系发育渐趋良好，根系深扎加大，根系数量和根系干质量增大．此阶段地下水埋深各处理的单株主根系数量除DGW－06，DGW－08和DGW－10差异不具有统计学意义外，其他处理间差异具有统计学意义（P＜005）；地下水埋深各处理的单株根系干质量DGW－02，DGW－04，DGW－06，DGW－08分别与DGW－12处理差异具有统计学意义（P＜005），其他处理间差异不具有统计学意义．由此可以看出，不同生育期地下水埋深影响了作物根系的发育及其在土壤剖面上的分布，并导致主根下扎深度和土壤不同层次根系分布密度存在较大的差异．这主要是由于土壤水分对根系生长作用和根系对土壤水分状况适应性反应的综合体现．根系伤流强度可以反映出植株自身的水分状态，伤流强度量越大，根系活力越强，根系主动吸收能力越强，对地上抗旱支持功能就越强，对延缓叶片衰老和最终产量的形成具有重要作用［9－10］．夏玉米各生育期不同地下水埋深单株植株伤流量测定结果如图6所示．从图中可以看出，不同地下水埋深处理下夏玉米单株根系伤流量随生育进程变化趋势基本一致，均呈单峰曲线变化，即苗期和拔节期先增大，抽雄吐丝期达到高峰值，进入灌浆成熟期之后急剧减小．这表明玉米根系活动能力在抽雄吐丝期最旺盛．同一个生育期内根系伤流量受地下水埋深程度影响而变化．在苗期至抽雄吐丝期，地下水埋深越深，单株根系伤流量就越大，各处理间差异均具有统计学意义（P＜005），从苗期到抽雄吐丝期3个生育阶段，DGW－12处理单株伤流强度分别为DGW－02处理的226，184和215倍；到了灌浆成熟期，根系功能减退，单株根系伤流量急剧减小，5个处理平均仅343mg／h，各处理间差异不具有统计学意义．这表明，夏玉米生长前和中期，地下水埋深对其根系伤流量影响较大，而后期无统计学意义．

1.3地下水埋深对玉米穗部性状及产量的影响

表1为不同地下水埋深处理下玉米穗部性状、产量及构成因素，其中ls为穗长，bs为穗粗，bt为秃尖长，ns为穗粒数，m100为百粒质量，pc为生物产量，pe为经济产量．通过对不同地下水位埋深处理下的玉米穗部性状及产量构成因素进行方差分析，结果表明：果穗粗和生物产量各处理间有一定的差异，但表现并不明显．不同地下水埋深处理的穗长、秃尖长、穗粒数、百粒质量和经济产量处理间的差异表现具有统计学意义．这说明夏玉米在生长过程中，地下水位埋深对产量性状及经济产量的影响较大［11］．地下水位埋深较大（＞60cm）或地下水位埋深较浅（＜40cm），将影响穗长、秃尖长、穗粒数及百粒质量，从而导致减产．根据试验结果，近似地可以得到地下水位埋深（x，m）和夏玉米经济产量（y，kg／hm2）之间的统计关系：y＝634714＋376988x－357039x2，R2＝07120．进一步分析得到当x＝053m时，y值最大．由此，在无外界补水的前提下，理论上可以认为053m就是当地夏玉米最优地下水埋深．DGW－04和DGW－0．6处理的各项穗部性状均好于其他处理．直接验证了最优地下水埋深。

1.4地下水埋深对土壤水分变化的影响

地下水埋深对土壤水分分布有很大的影响．地下水埋深越大，地下水向上运动到达根区的路径越长，地下水对土壤水的补给量越少．表2为不同地下水埋深夏玉米包气带土壤含水量随生育期的动态变化．从表中可知，地下水埋深愈浅，包气带土层土壤含水量愈高．当地下水埋深较大时，表层受地下水补给的水量大大减小．同一地下水埋深处理在夏玉米不同生育期土壤含水量变化幅度相对较小，地下水埋深从小到大各处理的变异系数分别为002，005，002，005，010和016．根据试验资料，对地下水位埋深（x，m）和0～80cm土层全生育期包气带土层平均土壤含水量（y，占田间持水量％）进行回归分析，两者呈二次曲线，即y＝1857x2－6175x＋10250，R2＝09998，回归方程在P＜0．01水平下具有统计学意义．这说明夏玉米生长期的土壤含水量随着水位埋深加大而降低，反之则高。

1.5不同地下水埋深对夏玉米耗水特征的影响

同样的作物和土壤条件，唯一不同的是作物各生育阶段地下水埋深处理，却反映出植株耗水量不同，这说明地下水埋深是影响作物耗水的一个重要因素［12－15］．表3给出了不同地下水位埋深夏玉米各生育阶段及全生育期耗水量、耗水模系数及耗水强度．其中，σ1为耗水强度，I1为耗水量，λ为耗水模系数．从表中可知，随着地下水位埋深的增大，夏玉米全生育期耗水量、阶段耗水量及耗水强度减少．通过对夏玉米各生育阶段地下水位埋深（x，m）和夏玉米耗水量（y，mm）进行回归分析，结果表明，两者呈线性负相关，回归方程在P＜001水平下具有统计学意义；苗期，y＝－6960x＋16362，R2＝09610；拔节期，y＝－4275x＋10626，R2＝09030；抽雄期，y＝－5267x＋14258，R2＝09530；灌浆期，y＝－4825x＋9163，R2＝08420；全生育期，y＝－21328x＋50412，R2＝09550然后，通过对夏玉米各生育阶段地下水位埋深（x，m）和耗水强度（y，mm）进行回归分析表明，两者同样呈线性负相关，回归方程在P＜001水平下也具有统计学意义；苗期，y＝－174x＋409，R2＝09610；拔节期，y＝－204x＋506，R2＝09030；抽雄期，y＝－211x＋570，R2＝09530；灌浆期，y＝－230x＋436，R2＝08420；全生育期，y＝－199x＋471，R2＝09550．上述表明，夏玉米耗水量、耗水强度随着水位埋深加大而直线降低，反之则高；而在相同地下水埋深条件下，夏玉米耗水量前期随着根系加深而增大，到抽雄吐丝期达到最高峰，后期随着玉米灌浆成熟耗水量逐渐减小．不同地下水埋深处理各阶段耗水模系数基本一致，这主要是由夏玉米生育期耗水特征决定的．

1.6地下水埋深对夏玉米地下水利用量的影响

当地下水埋深较浅时，地下水通过毛管作用上升补给夏玉米根区土壤，供作物植株体蒸腾消耗和表土棵间蒸发，地下水补给量也较大，甚至地下水补给量与耗水量差为负值（如DGW－02），地下水消耗起到主导作用．当地下水埋深较深时，土壤水与地下水转化量较小，地下水直接提供夏玉米生长所需的水分减小．表4为不同地下水埋深处理夏玉米地下水利用量，其中σ2为补水强度，I2为补水量，η为占耗水比例．由表4可知，随着地下水埋深的增大，地下水补给量逐步减小，即地下水补给土壤水量随地下水埋深的增大而减小，地下水对夏玉米耗水的动态调节作用依次减弱．在夏玉米各生育期，随着地下水埋深的增大，地下水补给量和补水强度均减小，地下水补给量占耗水量的比重逐步降低，为此，对夏玉米各生育阶段地下水位埋深（x，m）和地下水补水量（y，mm）进行回归分析，结果表明，两者呈线性负相关，回归方程在P＜001水平下具有统计学意义；苗期，y＝－12791x＋17131，R2＝09920；拔节期，y＝－8869x＋11746，R2＝09850；抽雄期，y＝－7851x＋11021，R2＝09950；灌浆期，y＝－7200x＋9520，R2＝09890；全生育期，y＝－36711x＋49418R2＝09950．然后，通过对夏玉米各生育阶段地下水位埋深（x，m）和地下水补给强度（y，mm）进行回归分析表明，两者同样呈线性负相关，回归方程在P＜001水平下具有统计学意义；苗期，y＝－320x＋407，R2＝09420；拔节期，y＝－320x＋428，R2＝09910；抽雄期，y＝－422x＋560，R2＝09850；灌浆期，y＝－314x＋441，R2＝09950；全生育期，y＝－343x＋453，R2＝09890．这说明夏玉米生长期各阶段地下水补给量均随着地下水埋深增大而直线降低，反之则高；在相同地下水埋深条件下，整个生育期夏玉米地下水补给量呈抛物线变化趋势，即生长前期先增大，抽雄吐丝期达到最高峰，后期随玉米灌浆成熟，日耗水量减小，地下水补给量逐渐减小，与耗水特征基本一致．27地下水埋深对夏玉米水分利用率的影响水分利用率系指作物经济产量与作物全生育期耗水量的比值，即WUE＝Y／ET，（1）式中：WUE为水分利用率，kg／m3；Y为作物经济产量，kg／hm2；ET为玉米耗水量，m3／hm2．不同地下水埋深条件下玉米水分利用率存在差异．整体上，随着地下水埋深增大，水分利用率增大，但增大幅度略有差异．地下水埋深在02m时的水分利用率最低，仅为145，说明过浅的地下水埋深会导致作物受渍，引起根系缺氧，制约作物生长发育，降低了作物的水分利用率；地下水埋深04～10m处理，水分利用率变化幅度较小；而当地下水埋深到达12m时，水分利用率急剧增大，比地下水埋深02m时增大了851％，这表明地下水埋深处于适宜条件下，可以营造良好的作物根系吸水环境，促进作物生长发育，有利于增产和提高水分利用率．

2结论

1）地下水埋深对夏玉米株高的影响不大，而对叶面积指数、茎粗的影响较显著，地下水埋深过浅或较深均会抑制植株叶面积指数和茎粗的增长．不同生育期地下水埋深对作物根系的发育影响存在差异，在夏玉米生长前期（即苗期和拔节期），根系数量和根系干质量随地下水埋深增大而减小，但到了抽雄吐丝期，根系数量和根系干质量则随地下水埋深增大而增大．不同地下水埋深处理夏玉米单株根系伤流量随时间推移均呈单峰曲线变化，即生育前期先增大，抽雄吐丝期达到高峰值，以后急剧减小．夏玉米在灌浆期以前，地下水埋深对其植株根系伤流量影响明显，即单株根系伤流量随地下水埋深增大而增大，而后期无显著影响．地下水位埋深较大（＞60cm）或地下水位埋深过浅（＜40cm），将影响夏玉米穗长、秃尖长、穗粒数及百粒质量，从而导致减产．统计分析表明，053m是试验区夏玉米产量最优地下水位埋深．2）夏玉米生长期内0～80cm土层土壤含水量随着地下水埋深增大而降低，同一地下水埋深条件下不同生育期土壤含水量变化幅度不大．夏玉米全生育期耗水量、阶段耗水量及耗水强度随地下水位埋深的增大而直线减少，回归方程在P＜001水平下具有统计学意义；同样，夏玉米全生育期地下水补给量、阶段地下水补给量及地下水补给强度随地下水位埋深的增大而直线减少，回归方程在P＜001水平下也具有统计学意义．从试验结果还可以看出，地下水埋深越浅，地下水对作物耗水的动态调节作用越明显，随着地下水埋深的增大，地下水的动态调节作用减小，而土壤水对作物耗水的动态调节作用相对明显．夏玉米在地下水位埋深低于04m时，其补水量已基本满足耗水量，生产中无须灌溉．夏玉米水分利用率随地下水埋深增大而增大，即试验中地下水埋深12m时（DGW－12），夏玉米水分利用率最高．由此可见，产量最高和水分利用率最高并非同一地下水埋深条件；在生产实践中，发展节水高产农业，需要寻求两者的最佳结合点，综合运用各种措施调控地下水土壤水时空分布和运移，在满足玉米正常需水的同时，达到合理高效利用水资源的目标．3）在夏玉米生长期，若地下水埋深过浅，且地下水矿化度较高时，地下水补给的同时还会将易溶盐带到包气带，如不采取合理的土壤水盐动态调控措施，将会产生土壤次生盐碱化等农业生态环境问题，这也是下一步亟待研究的问题。

作者：刘战东刘祖贵俞建河南纪琴秦安振肖俊夫单位：中国农业科学院农田灌溉研究所农业部作物需水与调控重点开放实验室安徽省天长市二峰电力灌溉总站