地下水埋深對(duì)玉米生長(zhǎng)發(fā)育的影響范文

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《排灌機(jī)械工程學(xué)報(bào)》2014年第五期

1結(jié)果與分析

1.1地下水埋深對(duì)玉米形態(tài)指標(biāo)的影響

水分是制約作物生長(zhǎng)發(fā)育最主要的生態(tài)因子之一．不同地下水埋深條件下夏玉米株高h(yuǎn)z隨播種后天數(shù)tb的變化如圖1所示。由圖1可以看出，生長(zhǎng)前期地下水位埋深對(duì)玉米株高影響較小，而生長(zhǎng)中、后期，不同地下水埋深處理間株高差異變大，到了抽雄吐絲期，各處理高基本不再變化，此時(shí)，不同地下水埋深株高大小依次為DGW－04，DGW－02，DGW－06，DGW－08，DGW－10，DGW－12，但方差分析（LSD法，下同）表明各處理之間夏玉米株高的差異不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，說(shuō)明不同地下水埋深對(duì)夏玉米株高的影響不大．不同地下水埋深條件下夏玉米葉面積指數(shù)a隨播種后天數(shù)tb的變化如圖2所示．由圖2可以看出，不同地下水位埋深處理對(duì)玉米葉面積指數(shù)的影響較大．在生長(zhǎng)前期，地下水埋深較淺的DGW－02和DGW－04處理的葉面積指數(shù)增長(zhǎng)較快．在拔節(jié)后期（播種后70d左右），各處理葉面積指數(shù)均達(dá)到最高值，此時(shí)，不同地下水埋深葉面積指數(shù)大小依次為DGW－04，DGW－06，DGW－02，DGW－08，DGW－10，DGW－12，方差分析表明，各處理之間夏玉米葉面積指數(shù)的差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜005）．夏玉米生長(zhǎng)后期，地下水埋深較淺的DGW－02和DGW－04處理葉面積指數(shù)衰減較快，減少幅度分別達(dá)到603％和487％；其他處理的葉面積指數(shù)變化幅度較平緩，減少幅度在379％～412％．不同地下水埋深夏玉米莖粗b隨播種后天數(shù)tb的變化如圖3所示．由圖3可以看出，在生長(zhǎng)前期，地下水埋深對(duì)莖粗增長(zhǎng)影響不明顯，在拔節(jié)后期（播種后70d左右），各處理莖粗基本定型，達(dá)到最高值，此時(shí)，不同地下水埋深莖粗大小順序依次為DGW－04，DGW－06，DGW－02，DGW－08，DGW－10，DGW－12，方差分析表明，DGW－04處理與DGW－08，DGW－10，DGW－12之間差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜005），其他處理間差異不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義．上述表明，地下水埋深過(guò)淺或過(guò)深均會(huì)抑制植株葉面積指數(shù)和莖粗的增長(zhǎng)．

1.2地下水埋深對(duì)玉米植株根系的影響

根系在作物吸水過(guò)程中起著非常重要的作用，是決定作物產(chǎn)量高低的重要因素，根系的生物量是植物吸收的物質(zhì)基礎(chǔ)，較大的根系可獲得較高的產(chǎn)量，夏玉米不同地下水位埋深處理單株植株根量及根數(shù)測(cè)定結(jié)果見(jiàn)圖4－5，其中tp為各生育階段．從圖中可以看出，苗期，夏玉米根系剛開(kāi)始發(fā)育，地下水埋深越淺，水分向上傳輸越容易，土壤水分充足，其根系數(shù)量和根系干質(zhì)量就越大，此階段各處理的單株主根系數(shù)量除DGW－06，DGW－08和DGW－10差異不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義外，其他處理間差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜005）；地下水埋深各處理的單株根系干質(zhì)量DGW－02與DGW－12處理差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜005），其他處理間差異不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義．拔節(jié)期，夏玉米根系進(jìn)入快速生長(zhǎng)階段，土壤水分的影響也非常明顯，表面上地下水埋深越淺，其根系數(shù)量和根系干質(zhì)量就越大，但實(shí)質(zhì)上根系生長(zhǎng)已受到抑制，其增長(zhǎng)幅度明顯降低，此階段地下水埋深各處理的單株主根系數(shù)量DGW－12與DGW－02，DGW－04處理間差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜005），其他處理間差異不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；地下水埋深從小到大與相同處理苗期主根系數(shù)量相比增加了1212％，968％，1034％，1071％，1481％和2500％．地下水埋深各處理的單株根系干質(zhì)量DGW－02，DGW－04，DGW－06，DGW－08分別與DGW－10和DGW－12處理差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜005），其他處理間差異不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，即地下水埋深超過(guò)08m后，對(duì)根系干質(zhì)量影響較大；地下水埋深從小到大與相同處理苗期根系干質(zhì)量相比，地下水埋深從小到大各處理分別增加了19898％，23333％，26049％，26835％，21507％和23875％．抽雄吐絲期，夏玉米根系發(fā)育完成，其根量到達(dá)最大，隨著地下水埋深增大，根系發(fā)育漸趨良好，根系深扎加大，根系數(shù)量和根系干質(zhì)量增大．此階段地下水埋深各處理的單株主根系數(shù)量除DGW－06，DGW－08和DGW－10差異不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義外，其他處理間差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜005）；地下水埋深各處理的單株根系干質(zhì)量DGW－02，DGW－04，DGW－06，DGW－08分別與DGW－12處理差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜005），其他處理間差異不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義．由此可以看出，不同生育期地下水埋深影響了作物根系的發(fā)育及其在土壤剖面上的分布，并導(dǎo)致主根下扎深度和土壤不同層次根系分布密度存在較大的差異．這主要是由于土壤水分對(duì)根系生長(zhǎng)作用和根系對(duì)土壤水分狀況適應(yīng)性反應(yīng)的綜合體現(xiàn)．根系傷流強(qiáng)度可以反映出植株自身的水分狀態(tài)，傷流強(qiáng)度量越大，根系活力越強(qiáng)，根系主動(dòng)吸收能力越強(qiáng)，對(duì)地上抗旱支持功能就越強(qiáng)，對(duì)延緩葉片衰老和最終產(chǎn)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單株植株傷流量測(cè)定結(jié)果如圖6所示．從圖中可以看出，不同地下水埋深處理下夏玉米單株根系傷流量隨生育進(jìn)程變化趨勢(shì)基本一致，均呈單峰曲線變化，即苗期和拔節(jié)期先增大，抽雄吐絲期達(dá)到高峰值，進(jìn)入灌漿成熟期之后急劇減小．這表明玉米根系活動(dòng)能力在抽雄吐絲期最旺盛．同一個(gè)生育期內(nèi)根系傷流量受地下水埋深程度影響而變化．在苗期至抽雄吐絲期，地下水埋深越深，單株根系傷流量就越大，各處理間差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜005），從苗期到抽雄吐絲期3個(gè)生育階段，DGW－12處理單株傷流強(qiáng)度分別為DGW－02處理的226，184和215倍；到了灌漿成熟期，根系功能減退，單株根系傷流量急劇減小，5個(gè)處理平均僅343mg／h，各處理間差異不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義．這表明，夏玉米生長(zhǎng)前和中期，地下水埋深對(duì)其根系傷流量影響較大，而后期無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義．

1.3地下水埋深對(duì)玉米穗部性狀及產(chǎn)量的影響

表1為不同地下水埋深處理下玉米穗部性狀、產(chǎn)量及構(gòu)成因素，其中l(wèi)s為穗長(zhǎng)，bs為穗粗，bt為禿尖長(zhǎng)，ns為穗粒數(shù)，m100為百粒質(zhì)量，pc為生物產(chǎn)量，pe為經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量．通過(guò)對(duì)不同地下水位埋深處理下的玉米穗部性狀及產(chǎn)量構(gòu)成因素進(jìn)行方差分析，結(jié)果表明：果穗粗和生物產(chǎn)量各處理間有一定的差異，但表現(xiàn)并不明顯．不同地下水埋深處理的穗長(zhǎng)、禿尖長(zhǎng)、穗粒數(shù)、百粒質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量處理間的差異表現(xiàn)具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義．這說(shuō)明夏玉米在生長(zhǎng)過(guò)程中，地下水位埋深對(duì)產(chǎn)量性狀及經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的影響較大［11］．地下水位埋深較大（＞60cm）或地下水位埋深較淺（＜40cm），將影響穗長(zhǎng)、禿尖長(zhǎng)、穗粒數(shù)及百粒質(zhì)量，從而導(dǎo)致減產(chǎn)．根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，近似地可以得到地下水位埋深（x，m）和夏玉米經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量（y，kg／hm2）之間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系：y＝634714＋376988x－357039x2，R2＝07120．進(jìn)一步分析得到當(dāng)x＝053m時(shí)，y值最大．由此，在無(wú)外界補(bǔ)水的前提下，理論上可以認(rèn)為053m就是當(dāng)?shù)叵挠衩鬃顑?yōu)地下水埋深．DGW－04和DGW－0．6處理的各項(xiàng)穗部性狀均好于其他處理．直接驗(yàn)證了最優(yōu)地下水埋深。

1.4地下水埋深對(duì)土壤水分變化的影響

地下水埋深對(duì)土壤水分分布有很大的影響．地下水埋深越大，地下水向上運(yùn)動(dòng)到達(dá)根區(qū)的路徑越長(zhǎng)，地下水對(duì)土壤水的補(bǔ)給量越少．表2為不同地下水埋深夏玉米包氣帶土壤含水量隨生育期的動(dòng)態(tài)變化．從表中可知，地下水埋深愈淺，包氣帶土層土壤含水量愈高．當(dāng)?shù)叵滤裆钶^大時(shí)，表層受地下水補(bǔ)給的水量大大減小．同一地下水埋深處理在夏玉米不同生育期土壤含水量變化幅度相對(duì)較小，地下水埋深從小到大各處理的變異系數(shù)分別為002，005，002，005，010和016．根據(jù)試驗(yàn)資料，對(duì)地下水位埋深（x，m）和0～80cm土層全生育期包氣帶土層平均土壤含水量（y，占田間持水量％）進(jìn)行回歸分析，兩者呈二次曲線，即y＝1857x2－6175x＋10250，R2＝09998，回歸方程在P＜0．01水平下具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義．這說(shuō)明夏玉米生長(zhǎng)期的土壤含水量隨著水位埋深加大而降低，反之則高。

1.5不同地下水埋深對(duì)夏玉米耗水特征的影響

同樣的作物和土壤條件，唯一不同的是作物各生育階段地下水埋深處理，卻反映出植株耗水量不同，這說(shuō)明地下水埋深是影響作物耗水的一個(gè)重要因素［12－15］．表3給出了不同地下水位埋深夏玉米各生育階段及全生育期耗水量、耗水模系數(shù)及耗水強(qiáng)度．其中，σ1為耗水強(qiáng)度，I1為耗水量，λ為耗水模系數(shù)．從表中可知，隨著地下水位埋深的增大，夏玉米全生育期耗水量、階段耗水量及耗水強(qiáng)度減少．通過(guò)對(duì)夏玉米各生育階段地下水位埋深（x，m）和夏玉米耗水量（y，mm）進(jìn)行回歸分析，結(jié)果表明，兩者呈線性負(fù)相關(guān)，回歸方程在P＜001水平下具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；苗期，y＝－6960x＋16362，R2＝09610；拔節(jié)期，y＝－4275x＋10626，R2＝09030；抽雄期，y＝－5267x＋14258，R2＝09530；灌漿期，y＝－4825x＋9163，R2＝08420；全生育期，y＝－21328x＋50412，R2＝09550然后，通過(guò)對(duì)夏玉米各生育階段地下水位埋深（x，m）和耗水強(qiáng)度（y，mm）進(jìn)行回歸分析表明，兩者同樣呈線性負(fù)相關(guān)，回歸方程在P＜001水平下也具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；苗期，y＝－174x＋409，R2＝09610；拔節(jié)期，y＝－204x＋506，R2＝09030；抽雄期，y＝－211x＋570，R2＝09530；灌漿期，y＝－230x＋436，R2＝08420；全生育期，y＝－199x＋471，R2＝09550．上述表明，夏玉米耗水量、耗水強(qiáng)度隨著水位埋深加大而直線降低，反之則高；而在相同地下水埋深條件下，夏玉米耗水量前期隨著根系加深而增大，到抽雄吐絲期達(dá)到最高峰，后期隨著玉米灌漿成熟耗水量逐漸減小．不同地下水埋深處理各階段耗水模系數(shù)基本一致，這主要是由夏玉米生育期耗水特征決定的．

1.6地下水埋深對(duì)夏玉米地下水利用量的影響

當(dāng)?shù)叵滤裆钶^淺時(shí)，地下水通過(guò)毛管作用上升補(bǔ)給夏玉米根區(qū)土壤，供作物植株體蒸騰消耗和表土棵間蒸發(fā)，地下水補(bǔ)給量也較大，甚至地下水補(bǔ)給量與耗水量差為負(fù)值（如DGW－02），地下水消耗起到主導(dǎo)作用．當(dāng)?shù)叵滤裆钶^深時(shí)，土壤水與地下水轉(zhuǎn)化量較小，地下水直接提供夏玉米生長(zhǎng)所需的水分減小．表4為不同地下水埋深處理夏玉米地下水利用量，其中σ2為補(bǔ)水強(qiáng)度，I2為補(bǔ)水量，η為占耗水比例．由表4可知，隨著地下水埋深的增大，地下水補(bǔ)給量逐步減小，即地下水補(bǔ)給土壤水量隨地下水埋深的增大而減小，地下水對(duì)夏玉米耗水的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)作用依次減弱．在夏玉米各生育期，隨著地下水埋深的增大，地下水補(bǔ)給量和補(bǔ)水強(qiáng)度均減小，地下水補(bǔ)給量占耗水量的比重逐步降低，為此，對(duì)夏玉米各生育階段地下水位埋深（x，m）和地下水補(bǔ)水量（y，mm）進(jìn)行回歸分析，結(jié)果表明，兩者呈線性負(fù)相關(guān)，回歸方程在P＜001水平下具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；苗期，y＝－12791x＋17131，R2＝09920；拔節(jié)期，y＝－8869x＋11746，R2＝09850；抽雄期，y＝－7851x＋11021，R2＝09950；灌漿期，y＝－7200x＋9520，R2＝09890；全生育期，y＝－36711x＋49418R2＝09950．然后，通過(guò)對(duì)夏玉米各生育階段地下水位埋深（x，m）和地下水補(bǔ)給強(qiáng)度（y，mm）進(jìn)行回歸分析表明，兩者同樣呈線性負(fù)相關(guān)，回歸方程在P＜001水平下具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；苗期，y＝－320x＋407，R2＝09420；拔節(jié)期，y＝－320x＋428，R2＝09910；抽雄期，y＝－422x＋560，R2＝09850；灌漿期，y＝－314x＋441，R2＝09950；全生育期，y＝－343x＋453，R2＝09890．這說(shuō)明夏玉米生長(zhǎng)期各階段地下水補(bǔ)給量均隨著地下水埋深增大而直線降低，反之則高；在相同地下水埋深條件下，整個(gè)生育期夏玉米地下水補(bǔ)給量呈拋物線變化趨勢(shì)，即生長(zhǎng)前期先增大，抽雄吐絲期達(dá)到最高峰，后期隨玉米灌漿成熟，日耗水量減小，地下水補(bǔ)給量逐漸減小，與耗水特征基本一致．27地下水埋深對(duì)夏玉米水分利用率的影響水分利用率系指作物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量與作物全生育期耗水量的比值，即WUE＝Y(jié)／ET，（1）式中：WUE為水分利用率，kg／m3；Y為作物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量，kg／hm2；ET為玉米耗水量，m3／hm2．不同地下水埋深條件下玉米水分利用率存在差異．整體上，隨著地下水埋深增大，水分利用率增大，但增大幅度略有差異．地下水埋深在02m時(shí)的水分利用率最低，僅為145，說(shuō)明過(guò)淺的地下水埋深會(huì)導(dǎo)致作物受漬，引起根系缺氧，制約作物生長(zhǎng)發(fā)育，降低了作物的水分利用率；地下水埋深04～10m處理，水分利用率變化幅度較小；而當(dāng)?shù)叵滤裆畹竭_(dá)12m時(shí)，水分利用率急劇增大，比地下水埋深02m時(shí)增大了851％，這表明地下水埋深處于適宜條件下，可以營(yíng)造良好的作物根系吸水環(huán)境，促進(jìn)作物生長(zhǎng)發(fā)育，有利于增產(chǎn)和提高水分利用率．

2結(jié)論

1）地下水埋深對(duì)夏玉米株高的影響不大，而對(duì)葉面積指數(shù)、莖粗的影響較顯著，地下水埋深過(guò)淺或較深均會(huì)抑制植株葉面積指數(shù)和莖粗的增長(zhǎng)．不同生育期地下水埋深對(duì)作物根系的發(fā)育影響存在差異，在夏玉米生長(zhǎng)前期（即苗期和拔節(jié)期），根系數(shù)量和根系干質(zhì)量隨地下水埋深增大而減小，但到了抽雄吐絲期，根系數(shù)量和根系干質(zhì)量則隨地下水埋深增大而增大．不同地下水埋深處理夏玉米單株根系傷流量隨時(shí)間推移均呈單峰曲線變化，即生育前期先增大，抽雄吐絲期達(dá)到高峰值，以后急劇減小．夏玉米在灌漿期以前，地下水埋深對(duì)其植株根系傷流量影響明顯，即單株根系傷流量隨地下水埋深增大而增大，而后期無(wú)顯著影響．地下水位埋深較大（＞60cm）或地下水位埋深過(guò)淺（＜40cm），將影響夏玉米穗長(zhǎng)、禿尖長(zhǎng)、穗粒數(shù)及百粒質(zhì)量，從而導(dǎo)致減產(chǎn)．統(tǒng)計(jì)分析表明，053m是試驗(yàn)區(qū)夏玉米產(chǎn)量最優(yōu)地下水位埋深．2）夏玉米生長(zhǎng)期內(nèi)0～80cm土層土壤含水量隨著地下水埋深增大而降低，同一地下水埋深條件下不同生育期土壤含水量變化幅度不大．夏玉米全生育期耗水量、階段耗水量及耗水強(qiáng)度隨地下水位埋深的增大而直線減少，回歸方程在P＜001水平下具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；同樣，夏玉米全生育期地下水補(bǔ)給量、階段地下水補(bǔ)給量及地下水補(bǔ)給強(qiáng)度隨地下水位埋深的增大而直線減少，回歸方程在P＜001水平下也具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義．從試驗(yàn)結(jié)果還可以看出，地下水埋深越淺，地下水對(duì)作物耗水的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)作用越明顯，隨著地下水埋深的增大，地下水的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)作用減小，而土壤水對(duì)作物耗水的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)作用相對(duì)明顯．夏玉米在地下水位埋深低于04m時(shí)，其補(bǔ)水量已基本滿足耗水量，生產(chǎn)中無(wú)須灌溉．夏玉米水分利用率隨地下水埋深增大而增大，即試驗(yàn)中地下水埋深12m時(shí)（DGW－12），夏玉米水分利用率最高．由此可見(jiàn)，產(chǎn)量最高和水分利用率最高并非同一地下水埋深條件；在生產(chǎn)實(shí)踐中，發(fā)展節(jié)水高產(chǎn)農(nóng)業(yè)，需要尋求兩者的最佳結(jié)合點(diǎn)，綜合運(yùn)用各種措施調(diào)控地下水土壤水時(shí)空分布和運(yùn)移，在滿足玉米正常需水的同時(shí)，達(dá)到合理高效利用水資源的目標(biāo)．3）在夏玉米生長(zhǎng)期，若地下水埋深過(guò)淺，且地下水礦化度較高時(shí)，地下水補(bǔ)給的同時(shí)還會(huì)將易溶鹽帶到包氣帶，如不采取合理的土壤水鹽動(dòng)態(tài)調(diào)控措施，將會(huì)產(chǎn)生土壤次生鹽堿化等農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，這也是下一步亟待研究的問(wèn)題。

作者：劉戰(zhàn)東劉祖貴俞建河南紀(jì)琴秦安振肖俊夫單位：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)田灌溉研究所農(nóng)業(yè)部作物需水與調(diào)控重點(diǎn)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室安徽省天長(zhǎng)市二峰電力灌溉總站