（1）研究背景及意义

元谋干热河谷光热资源充足，降雨少且集中，蒸发量大，是我国西南地区典型的冬早蔬菜生产基地，也是典型的无灌溉就无农业的干旱区。旱季土壤水分亏缺严重，土壤温度却超过作物活动温度（何毓蓉等，1995）。节水高效农业是农业可持续发展的必由之路，膜下滴灌技术节水40%～50%以上，增产20%左右（胡晓棠等，2003），成为该区域的主要灌溉模式。甜玉米乳熟期籽粒含糖量高，营养丰富，风味好，集蔬菜、水果、粮食等食用价值为一体，广受青睐。目前种植甜玉米经济效益显著，种植面积不断扩大，已在我国农业产业结构调整中发挥重要作用（赵福成等，2013）。近年来，甜玉米成为元谋干热河谷旱季主要经济作物之一。农田土壤水分和水分利用效率是近年来灌溉调控和水分管理研究的热点。本研究采用大田试验法，开展膜下滴灌甜玉米农田定位土壤水分连续监测，分析大田作物水分利用效率，为优化干热河谷农田灌溉制度提供科学依据。

（2）材料与方法

在云南省农业科学院热区生态农业研究所试验基地开展大田灌溉试验，采用定位土壤水分连续监测法，对甜玉米田块土壤水分进行监测。2016年1月5日起垅移栽玉米（正甜68）苗，每垅两行，垅宽60cm，垅距50cm，行距40cm，株距为30cm。2016年1月16日开始灌溉处理，处理1（I1～6d）：按照农民传统灌溉模式，无降雨条件下，灌水周期6d，单次灌水量25.23m3/亩；处理2（I1～10d）；灌水周期9d，单次灌水量25.23m3/亩；处理3（I2～6d）：灌水周期6d，单次灌水量14.45m3/亩。每个处理3个重复，小区长12m，宽5m，面积60m2，每个小区均装一只水表，水表读数精确度为0.0001m3，记录灌前、灌后水表读数。大田施肥、农药等日常管理依据当地农民常规管理。

测定方法：采用土壤墒情监测仪定位连续监测0～60cm土层土壤含水量，每隔1h自动采集一次数据，早上8：00至次日8：00为一天，采用24h土壤含水量的平均值作为当天的土壤含水量。乳熟期测定甜玉米鲜果穗产量，每个小区随机均匀选择15株测产。

试验期间试验场无降雨，无地表径流，无地下水补充，故耗水量=灌溉量-土壤含水量变化值；水分利用效率=经济产量/耗水量。

（3）结果与分析

农田土壤水分是作物需水的主要来源，是影响作物生长和产量的重要因素，是农田水分管理的重要参考指标，也是近年来灌溉调控研究的热点。对不同灌溉处理甜玉米农田土壤水分分析结果显示（图5-5），I1～6d处理土壤水分含量随土壤深度增加明显增加，0～10cm土层土壤含水量略低于田间持水量，为田间持水量的95%，20～60cm土层土壤水分均超过田间持水量，分别为田间持水量的105%、102%、103%、112%和114%。田间持水量是土壤有效水的上限（黄昌勇，2000），当土壤水分超过田间持水量时，水分就向土壤深层渗漏。可见，I1～6d处理灌溉水存在深层渗漏现象。I1～10d处理土壤水分含量随土壤深度增加明显增加，60cm土层土壤含水量超过田间持水量，为田间持水量的104%，0～50cm土层土壤水分均低于田间持水量，分别为田间持水量的52%、82%、92%、95%和98%。I2～6d处理土壤水分含量随土壤深度增加，呈现先增加后降低的趋势，0～60cm土层土壤水分均低于田间持水量，各层土壤含水量分别为田间持水量的65%、92%、99%、83%、84%和82%。在无降雨条件下，灌溉水是土壤水分的主要来源。在灌水量相同条件下，与I1～6d处理相比，I1～10d处理土壤含水量较低，这主要由于灌水周期延长，作物充分消耗土壤水分，土壤中保持的水分较少，导致土壤水分含量较低。在灌水周期相同条件下，与I1～6d处理相比较，I2～6d处理土壤含水量较低，这是由于灌水量减少，灌溉对土壤水分的补给较少，导致土壤水分含量较低。从土壤水分分布角度分析，当灌水量为25.23m3/亩时，适宜灌水周期为10d，当灌水周期为6d时，适宜灌水量14.45m3/亩。

图5-5　土壤水分分布

随着作物生长灌水周期内土壤水分变化幅度增大（图5-6）。甜玉米苗期土壤水分变化幅度较小，这主要是由于苗期植株较小，消耗土壤水分较少，土壤中保持的水分较多，导致灌溉前后土壤水分基本不变。甜玉米生长进入拔节期以后，土壤水分变化幅度明显增大，这与植株长大，叶面积增大，耗水量增加，导致土壤中保持的水分较少有关。这说明，玉米耗水高峰出现在拔节—灌浆期（谷岩等，2016；刘战东等，2014），玉米生长前期耗水较少，后期耗水较多，这与郑荣等研究结果一致（郑荣等，2015）。I1～6d处理在甜玉米拔节期后0～40cm土层土壤水分变化幅度较大，40～60cm土层土壤含水量变化不明显。农田土壤水分变化层主要分为包含根系的根区和无根系的储水区（朱新国等，2012），玉米根系主要分布在0～40cm土层内（赵延明，2003）。I1～6d处理灌水量多，灌水周期较短，玉米主要吸收0～40cm根区土壤水分，没有来得及充分消耗储水区的土壤水分，导致深层土壤水分变化幅度不明显。I1～10d处理在甜玉米拔节期后0～60cm土层土壤水分变化幅度均较大。这是由于灌水周期较长，玉米充分消耗储水层土壤水分，导致0～60cm土层土壤水分明显变化。I2～6d处理在甜玉米拔节期后0～60cm土层土壤水分变化幅度均较大。这是由于灌水量较少，灌溉对土壤水分补给不足，加之玉米消耗土壤水分，导致0～60cm土层土壤水分明显变化。从土壤水分动态变化角度分析，灌水量为25.23m3/亩时，适宜灌水周期为10d，灌水周期为6d时，适宜灌水量14.45m3/亩。(www.daowen.com)

图5-6　土壤水分变化

在干旱缺水条件下，不能片面追求单位土地面积作物产量最高，还应以不影响产量条件下灌溉水分利用效率最高为目标，确定作物适宜的灌溉制度。由表5-2可知，不同灌溉处理间耗水量存在显著差异，随耗水量减少，玉米产量也随之减少，水分利用效率却显著增加，但是不同灌溉处理间玉米产量差异不显著。I1～6d处理甜玉米耗水量最高，产量也最高，但是水分利用效率最低。I1～10d灌溉处理下，耗水量最低，比I1～6d处理节水45.58%，每亩农田玉米产量比I1～6d处理少56.55kg，对产量没有影响，水分利用效率是I1～6d处理的1.77倍。I2～6d处理耗水量次之，比I1～6d处理节水29.83%，玉米产量最低，每亩产量比I2～6d处理的少62.55kg，对产量也没有明显影响，水分利用效率高是I2～6d处理的1.36倍。可见，产量越高，耗水量越多，作物水分利用效率越低（表5-2）。这说明，过量灌溉无明显的增产效应，而且水资源浪费严重，少量高频率灌溉的灌溉模式也不可取，这与刘梅先等对棉花灌溉研究结果一致（刘梅先等，2012），合理控制灌水定额，适当延长灌水周期更有利于节水高效农业发展。

表5-2　不同灌溉处理甜玉米产量及水分利用效率

注：同一列不同小写字母表示处理间差异显著（P＜0.05）

3个处理间甜玉米产量没有显著差异，但是水分利用效率差异显著，这主要是由不同灌溉方式间耗水量存在差异导致水分利用效率差异显著。灌溉方式对作物耗水量有一定的影响，在无降雨条件下，作物耗水量主要取决于供水数量，灌溉量越大，作物消耗的水量就越多。也有研究表明，在无降雨条件下，灌水量决定了农田作物水分利用效率（罗照霞，2008；于善伟，2012）。这说明，在干热河谷地区，旱季作物灌水量决定了作物耗水量，也决定了作物水分利用效率，研究科学灌水定额对该区域农业可持续发展具有重要意义。可见，合理灌溉方式能实现不减产又提高水分利用效率的双重目标。综合分析甜玉米土壤水分分布、土壤水分动态变化特征以及水分利用效率，I1～10d灌溉效益较好，用水较经济，达到高产目的，符合生产要求，是元谋干热河谷甜玉米较合理的灌溉方式。

（4）结论

在干热河谷地区，旱季作物灌水量决定了作物耗水量，也决定了作物水分利用效率，研究灌水定额对该区域农业可持续发展具有重要意义。

在元谋干热河谷种植甜玉米，灌水量为25.23m3/亩时，适宜灌水周期为10d，当灌水周期控制为6d时，适宜灌水量为14.45m3/亩。

当地甜玉米适宜灌水量为25.23m3/亩，灌水周期为6d，灌溉定额为208.44m3/亩，比当地传统灌溉方式节水45.58%，每亩农田甜玉米鲜果穗产量为1399.15kg，单方水玉米产量为6.71kg，是当地传统灌溉方式的1.77倍。