全 文 ：第 12卷 第 1期
2 0 0 4年 1月
中 国 生 态 农 业 学 报
Chinese J ournal of Eco—Agriculture
Vo1．12 No l
Jan ， 2004
太行山山前平原夏玉米优化灌溉制度研究
裴 冬 陈素英 张喜英
(中国科学院石家庄农业现代化研究所 石家庄 050021)
高延军 王玉坤
(中国科学院研究生 院 北 京 100039)(河北省 水利科学研究 院 石家庄 050051)
摘 要 5年 田间试验研 究不 同气候年 型下灌 水次数 、灌溉 时间对 夏玉米 生育 、产量和水分利用效率 的影响结果 表
明，随生育期总耗水量的增加 ，夏玉米 产量逐 步提 高，当耗 水量 增至 一定程度 时产量 反而递减 ；而水分 利用效率 随
耗水量 的增加呈逐步递减趋势 。并确定 了夏玉 米最 优耗 水量，建立 了不 同降水年 型下夏玉米优 化灌 溉制度。
关键 词 夏玉米 水分亏缺 优化灌溉制度 水分敏感指 数
Optimized irrigation scheduling for maize in the piedmont of M t．Taihang of the North China Plain．PEI Dong
， CHEN
Su—Ying，ZHANG Xi—Ying(Institute of Agricultural Modernization，Chinese Academy of Sciences，Shijiazhuang
050021)，GAO Yan—Jun(Graduate School of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100039)．WANG Yu—Kun(Hebei
Academy of Water Resource，Shijiazhuang 050051)，CJEA，2004，12(1)：144～147
Abstract Results from five years’field experiment sho-v that the water consumption of maize with grain yield is not li—
nearly correlated．The increase in water use is not always resulted in the increase of production and the water USe efficiencv
is reduced with the increase in total water use．The sensitivity to water stress at different growing periods of maize and the
lower limit of sOil moisture can be used as the indicators to irrigate efficiently．Based on the results．irrigation scheduling
under different types of years is set up for maize
Key words Maize，Water deficit，Optimized irrigation scheduling，Sensitivity index to water
河北省水资源严重短缺 ，农业生产供需矛盾十分突出。研究太行山山前平原夏玉米优化灌溉制度对提
高农田水分利用效率，减少灌溉水用量，实现该区农业持续发展有重要意义。优化高效节水灌溉制度是根据
作物需水规律 卜 ，把有限灌水量在作物生育期内进行最优分配 ，达到高产高效的目的。根据研究对象生
长发育规律以及生产的实际需要，有目的的不充分供给水分，使作物经受水分胁迫‘ 。。 ，在特定时期限制作
物某些方面生长，达到既节水又增产的目标。本试验研究了不同降水年型下灌水次数、灌溉时间、灌水量对
夏玉米生育 、产量和水分利用效率的影响 ，为发展节水农业提供理论依据 。
1 试验材料与方法
试验于 1997～1999年和 2001～2002年在中国科学院栾城农业生态系统试验站进行 ，该站位于太行山
山前平原中部，东经 114。40 ，北纬 37。58 ，海拔高度 50．1m，属暖温带半湿润半干旱季风气候，年均降水量为
400～500mm，且 60％以上降水集中在7、8月份，冬小麦生长期间降水量为 130m左右，一般生长期间需灌溉
3～5水 ，大量灌溉用水导致地下水位年下降速度 >lm。供试土壤 0～20cm土层 为砂壤土 ，田间持水量为
25．78％(干土重 )，土 壤容重为1．41g／cm ；20～35cm 土层 为砂 壤土，田间持水 量为 23．09％，土壤容重为
1．51g／cm ；35～65cm土层为轻壤土，田间持水量为 22．62％，土壤 容重为 1．47g／cm ；65～90cm土层为中壤
土 ，田间持水量为 22．70％，土壤容重为 1．51g／cm ；90～145cm土层 为轻黏土，田间持水量为 22．31％，土壤
容重为 1．54g／cm 。0～10cm土层 土壤有 机质为 13．6g／kg、碱解氮 57mg／kg、速 效磷 10．5mg／kg和速效钾
92mg／kg，10～20cm 土层土壤有 机质为 14．2g／kg、碱解氮 60mg／kg、速效磷 8．7mg／kg和速效钾 88mg／kg，
20～40cm土层土壤有机质为8g／kg、碱解氮 3Img／kg、速效磷3．5mg／kg和速效钾 78mg／kg。实行冬小麦和夏玉
米 1年两熟耕作制。5年试验灌水次数由灌 1水到5水不等，由于冬小麦收获时土壤非常干燥，而6月上旬降水很
*中国科学院知识创新方向性项 目(KZCX—SW一317—02)及河北省科技攻关项 目(01220703D)共同资助
收稿 日期：2003—04—06 改回日期：2003—05—09
第 1期 裴 冬等：太行山山前平原夏玉米优化灌溉制度研究
少，故各处理均灌溉夏玉米出苗水，每处理 4次重复，小
区面积 5m×8m，随机排列 ，小区中间设 2m保护行 ，灌水
用软管计量灌溉，每次灌水 60～75ram，用 IH一Ⅱ型中子仪
每 7d分层测定土壤含水量。1997～1999年 、2001～2002
年 降 水 量 分 别 为 165．2ram、184．2ram、273．0ram、
215．6mm和284．8ram，与多年平均相比(见表 1)5个年型
均为干旱年型。供试玉米品种为“掖丹 24”，6月初套种
小麦田中，6月 10日左右用联合收割机收获小麦 ，麦秸均
表 1 典型年份夏玉米生长期降水量与降雨分布频率
Tab l Statistical analysis of the seamnal rainfal during maize
growing period based on the historical rainfal data
匀抛洒玉米 田中，覆盖量为 8250kg／hm ，并立即浇出苗水 ，7月份施 N肥 140kg／hm 。玉米 四叶期定苗，保持
种植密度 7．5株 m ，9月 22～24日按小区收获并测产和考种。
2 结果与分析
2．1 不同灌水对夏玉米水分利用效率与产量的影响
表 2 不同灌水对夏玉米产量、耗水量与水分利 用效率 的影响(1997～2002)
Tab．2 Yield，water consumption and water use efficiency of summer maize in different years from 1997 to 2002
量
k
锝
较
匪
求
*
200 250 300 350 400 450
总耗水量／mm
图 1 夏玉米产量、水分利用效率与总耗水量的关系(1999。2001)
Fig 1 The relationships of yield，water use efficiency
and total water consumption from 1999 to 2001
5年试验中 1997和 1998年为最干旱年份，由表
2可知此 2年灌 3水处理夏玉米产量最高。1998年
夏玉米生育期内降雨量 184．4mm，其中播种～拔节
期有效降雨量 87．3ram，拔节～抽穗期为 4 lmm，抽
穗 ～灌浆期为 91．8ram，灌浆 ～成熟期为 1 2ram，有
效雨量占降雨量的 98％，该年度属特别干旱降雨年
型，尤其是拔节～抽穗关键期降水量极少，故灌溉增产
效应与 1997年试验结果相似，灌 3水处理夏玉米产量
和水分利用效率均居最高 ，比灌 l水和 2水处理产量
分别增加 36．01％和 6．90％，说明干旱降雨年型夏玉
米灌溉 3水 处理增 产效果明显。尔后 3年 (1999～
l46 中 国 生 态 农 业 学 报 第 l：卷
2002年)试验结果表明灌溉增产效应并非是无限的，当灌水量达到一定程度时再增加灌溉量反而导致产量
降低c 1999年灌水 5次试验结果表明，灌溉显著提高玉米产量，与前 2年结果一致 ，2001年生长季降水仅有
常年降水 l／2左 右，其最低和最高产量相差达 35％，而 1999年生长季降水较多 ，其最低和最高产量相差<
16％，表明干旱年份比湿润年份增加灌溉次数增产更明显。该 2年麦秸覆盖夏玉米总蒸散量为 390n m时其
产量最高，若再增加蒸散量其产量反而降低，表明当农田耗水量达一定程度时其产量最高，再增加蒸散量其
产量不增，存在产量和蒸散量最优关系(见图 1)。总蒸散量( 丁)和产量(Y)关系式 1999年为：
Y =一0．1932丁 丁 +159．73 7E丁 一2430．2 (尺 = 0．9478) (1)
2001年为 ：
Y =一0．0127TEr， +20．78丁’E丁 + 1635．1 (R ： 0．9782) (2)
水分利用效率(WUE)与耗水量关系式 1999年为 ：
W UE ⋯ 2E 0．5TW U +0．0152TWU 一0．3097 (R = 0．8532)
2001年为：
(3)
WUE ⋯ 4E 0．5TWU +0．0228TWU 一0．5590 (R = 0．9088) (4)
2002年夏玉米生长季降水量大于其他 4个年份 ，且降水分配较均匀 ，各灌溉处理产量和水分利用效率
土壤重量含水量／％ 无明显差异，鉴于该年生长季节 阴天多 ，玉米未套种 ，而实行小麦收
1。 1 5 20 25 30 获后贴茬播种，其生长期缩短，产量和水分利用效率均低。故夏玉米
0
40
E 8O
噬
120
160
200
图2 不同年份夏玉米播种时0～200tin土层
土壤含水量变化
除水分影响外 ，延长生育期和保证生长期 间充足光照是获取高产的
重要 条件 。太 行 山山前 平 原 夏 玉 米 生长 季 节 多 年 平 均 降水 量
334mm左右，本试验结果表明达到最优 产量时农 田蒸散量为
390mm，两者相差 60mm左右。正常年份夏 玉米仅需灌溉 l水即保
证最高产量。降水较多年份 当降水 >400mm时可不灌水。干旱季
节由于降水分配不均匀 ，玉米播种和 出苗期降水稀少 ，播种玉米时
1m土层含水量接近凋萎湿度(见图 2)，未灌溉玉米会推迟其出苗时
间直至降水或出苗不齐，最终影响产量，故必须灌溉夏玉米出苗水：
2．2 夏玉米不同生育期对水分亏缺的敏感指数
夏玉米不同生育期对水分亏缺及亏缺程度的反应不同 ，用 Jens—
Fig 2 The soiI moisture profile in 0～200cm en模 型分析夏玉米不同生育时期对水分亏缺的反应结果表明，夏 玉
miI layer at sowing of maize in diferent years 米播种 ～拔节期 、拔节 ～抽穗期 、抽穗 ～灌浆期 、灌浆 ～收获期对 水
分亏缺的敏感指数 值分别为 0．1496、0．2061、0．3645和 0．1116，说明夏玉米缺水减产敏感 阶段为抽穗 ～
灌浆期 ，其次为拔节 ～抽穗期 ，最低值为灌浆～成熟期 ，这符合夏玉米生长发育实际情况 ，若抽穗时缺水则 出
现“卡脖旱”，严重影响夏玉米产量；其次若拔节～抽穗关键生长期缺水，对后期产量形成影响很大；而苗期若
不缺水只有灌好造墒水 ，才能保证苗全苗壮 ，在苗全苗壮基础上夏玉米可适 当蹲苗，此期 值小于后 2个生
育期 ，适量缺水 尚不会对夏玉米造成严重减产 ；灌浆后夏玉米产量 已基本形成 ，对水分亏缺不如前几 个生育
阶段敏感 ， 值也较小 。故在夏玉米苗全苗壮基础上应首先保证夏玉米抽穗前期不缺水，才能保证夏玉米不
严重减产。上述 值变化规律与夏玉米缺水生理反应相一致 ，与该类型区夏玉米灌溉生产 实践相吻合，证
明采用 Jensen模型指导该区夏玉米灌溉切实可行 。
2．3 夏玉米不同生育期适宜土壤水分下限指标
根据作物各生育阶段对水分亏缺的敏感程度，确定作物对土壤水分亏缺的下限指标，是提高自然降水和
灌溉水利用效率的重要措施。 由于降水年际和季节性分配的不均，灌溉时间对夏玉米产量和水分利用效率
有较大影响 ，1999年灌 l水和灌 2水处理夏玉米产量差异较小 ，而 2001年两者相差 >20％，其原因是 1999
年第 2次灌水后紧接有 1次强降水过程，降水量 >54ram，减弱了该次灌水对玉米产量 的影响。因此夏玉米
灌溉制度既依赖于总降水量和作物不同生育时期对水分亏缺的敏感指数 ，也依赖于其生长季节 的降水分布。
定量化灌溉一般通过作物监测、土壤含水量测定和根据水量平衡计算3种方式实现，其中根据土壤水分测定
决定灌水时间为较常用方法 ，因此适宜的土壤水分灌溉指标非常重要。不同灌水处理 0～100cm土层平均
体积含水量变化见图 3，图 3表 明夏玉米苗期较耐旱 ，0～60cm土层土壤含水量可维持较低含水量 ，但不应
低于田间持水量的 55％；拔节期对水分较敏感 ，0～60cm土层土壤含水量应高于 田问持水量的 65％；抽雄 吐
第 1期 裴 冬等：太行山山前平原夏玉米优化灌溉制度研究
丝期是夏玉米对水分最敏感时期，0～80era土层土壤
含水量应高于 田间持水量 的 70％～75％；灌浆前期
0～100cm 土层 土 壤 含水 量 应 高于 田间持 水 量 的
65％～70％，灌浆后期 0～100cm土层土壤含水量可
降至田间持水量的 60％。
2．4 建立夏玉米优化灌溉制度
建立作物高效节水灌溉制度是加强农 田水分管
理 ，实现节水农业的重要手段 ，而优化灌 溉制度 的建
立实质是要解决最佳灌溉时间、灌溉次数以及适宜灌
水量问题。根据太行山山前平原降水条件及夏玉米
生长期 间对水分 的需求规律 ，建立优化灌溉制度。夏
玉米生长期为降水量最集 中时期 ，而夏玉米平均生长
期耗水量为 400mm 以上，太行山山前平原农 田实施
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图 3 不同灌水 0～lOOcm土层土壤体积含水量变化 (2001)
Fig．3 Variation of average water content in the top l m sOl
profile for different irrigation treatments in 2001
冬小麦秸秆覆盖夏玉米可减少棵问蒸发40～50ram，故夏玉米生长期总蒸散量为350～400mm。多雨年份降
水量可满足其生长需水要求 ，常年降水条件也基本能满足夏玉米生长需水要求。但大多年份小麦收获后土
壤干旱 ，且 6月份降水又少 ，夏玉米出苗时必须灌溉 ，多雨年份夏玉米苗期也应灌溉。而少雨年份除苗期灌
水外，还需选择夏玉米对水分最敏感的抽穗 ～吐丝期或根据土壤水分条件灌 1～2水。由表 2可知夏玉米水
分利用效率较高 ，多数年份均达 1．8kg／m 以上 ，随灌溉次数的增加 ，夏玉米水分利用效率有所降低。试验年
份灌 2～3水处理均水分利用效率最高，考虑到该 区严重缺水现状 ，在制定灌溉制度时应更多考虑水分利用
效率 ，而不单是产量。
3 小 结
夏玉米不同生育时期对土壤水分亏缺的敏感程度和允许亏缺的最大程度不同，因此制定作物节水灌溉
制度要依赖于作物生理生态特征对土壤水分亏缺的反应，根据适宜于作物生长的土壤湿度下 限以及达到不
同产量水平所允许的土壤湿度变化范围指标，结合麦秸覆盖所减少土壤棵问蒸发量和控制上层土壤较低含
水量等因素 ，确定不同作物不同供水条件下最优灌溉模式 ，达到节 水增产的双重 目标。
参 考 文 献
1 张喜英．裴 冬，胡春胜 太行山山前平原冬小麦和夏玉米灌溉指标研究 农业 [程学报，2002．18(6)：36～41
2 盂兆江 ．刘安能 ，庞鸿宾等 夏玉米 凋亏灌溉的生理机制 与指标研究 农业工程学报 ，1998，14(4)：88～92
3 张英普 ，何武全 ．韩 健 玉米不 同生育期水分胁迫指标 灌溉排水 ，2001，20(4)：18～20
4 张喜英 、裴 冬 ，由懋正 太行山 山前平原农 田高效用水模式研究 生态农业研究 ，1999，7(3)：22～26
5 张喜英 叶水势反 映冬小麦 、夏玉米水分亏缺程度的试验 植物生理学通讯 ，1997，33(4)：249～253
6 Tumer N C PIant water relations and irrigation management Agri W ater Mana，1 990，1 7：59～73