玉米需水量和灌溉系统
如何设计玉米的灌溉计划，有哪些灌溉系统可供选择？
为避免作物受胁迫影响，农民需要设计合理的灌溉计划，并且可以考虑各个季节不同发育阶段的玉米需水量的变化。要知道持续的水分胁迫会影响作物的生长和健壮程度，并且植株对其他非生物和生物胁迫的抵抗力也会最终降低作物产量。
旱季时期灌溉作物每公顷需要5至7吨水。而在整个生长季节，作物需水总量在每公顷6至9吨水之间波动。
玉米灌溉的时间安排
通过灌溉输送给植物的水量取决于以下因素：
- 土壤类型（土壤持水能力、土壤含水量）
计算作物需水量时，不应忽视作物种植的土壤类型。例如，沙质土壤可能需要比其他土壤类型多8倍的水(1)
- 环境条件和降雨量（将影响蒸发强度，并将平衡灌溉水量的输入）
- 品种和产量目标和期望
- 种植日期（较早播种的作物通过灌溉需要的水较少）
- 灌溉效率。一般来说，每次用水量为少到中量，特别是在质地较轻的土壤中，效果更好。具体来说，如澳大利亚政府在玉米种植者指南中所说，施水25毫米比33毫米以上的大量灌溉更有效。(2)
在温度高、降雨少或无降雨的月份，生长良好的玉米植株每周需水量可达60毫米（大约每天2-3升）。农民可以考量自然和人工灌溉平衡方法，找到需要人工添加灌溉的正确水量，从而形成每块田最合适的灌溉时间安排（在此阅读更多内容）(2)。
为了精细衡量用上述方法得到的灌溉计算结果，农民可以使用土壤水分传感器。土壤湿度计是最便宜但却最值得信赖的选择（成本为几百美元）。但是我们还应该记住，这种传感器的安装和维护费用每年可能高达110美元（3）。
玉米的生长阶段和需水量
农民了解作物在生长季节的需水量波动情况，以及哪些时期是作物必须充分满足需水量的关键阶段十分重要。根据灌溉水的供应情况，农民在玉米生长季节可进行3-9次（轻质土壤可进行11次）灌溉。第一次灌溉需要在播种前或播种后立即进行，以提高土壤含水量，以帮助种子发芽。在其他情况下，例如在植物生长季节结束和开花时，再进行1-3次灌溉，以满足植物的需要且使土壤水分达到60%。一般来说，玉米开花阶段后会停止供水。对于玉米种植者来说关键是要记住，任何灌溉安排计划如果不能完全满足作物在每个生长阶段的需要，就一定会导致作物产量的损失(1)。
植物的需水量在整个生长季节都在不停发生变化。随着植物叶面增大，需水量也随之增加，当树冠完全生长开后（播种后40-60天），这时接近作物的最大用水量。玉米在开花期和早期的籽粒饱满期（播种后60-95天）达到其需水高峰，对缺水也高度敏感。这意味着如果在该阶段出现严重缺水现象，将对施肥、每穗粒数以及玉米的最终产量产生负面影响（4）。更具体地说，如果这一时期的土壤水分在作物枯萎点停留1-2天或6-8天，最终产量可能会分别导致减少20%和50%以上。与此相反，玉米在早期植物生长阶段（播种后40天以前）、晚期籽粒填充以及成熟阶段（播种后110天以后）对土壤缺水的耐受性较强。
浇水过多（水涝）也会对玉米的最终产量产生负面影响。特别是在开花期时出现水捞的现象可使植物的产量减少50%以上（4）。
玉米一般使用的灌溉方法
- 沟灌和池灌
这两种方法适用于水资源充足的地区，但仅限于坡度低于0.5%的田地。如果当地存在土壤退化和水土流失的问题，应避免使用这两种方法。对于排水不良的厚重土壤和含盐量高的田地，需要更为时刻关注灌溉效果（玉米非常敏感）。尤其是在一年中最温暖的几个月里，由于蒸发较快，灌溉水的损失会很大。
- 用洒水器灌溉（雨水喷淋枪灌溉）。
这是玉米中使用最广泛的灌溉方法之一，特别是在大田中。这种灌溉方法需要有可以在相当高的压力（超过8巴）下运行的管道。洒水器通常以每小时18至30立方米（每小时30，000升）的流量送水到田地。使用洒水器的灌溉方法可以改变植物冠层周围的微气候条件，并可能会减少叶片蒸腾和温度（Cavero，2016）。根据实验结果显示，夜间使用喷头灌溉可使植物的最终产量增加10%（Cavero，2018）。
但这种技术有三个主要问题。首先，由于风对洒出来的水份的漂移和蒸发，会造成大量的水损失。其次，随着玉米植株的生长，如果洒水器没有正确安装在田地表面，其设备就很难在保证不损坏作物的前提下在田地里移动。在这一点上，我们应该注意的是，这种永久性安装的成本相当高，农民在决定使用此灌溉方法之前就应该考虑。最后，这种方法增加了玉米植物冠层中的水分和湿度，却也为真菌的感染创造了有利条件。
此外，如果在作物开花期（水需求量最大的关键时期）进行喷洒灌溉，会对玉米植物的授粉和施肥带来一些问题。为了克服这一困难，农民可以选择将这种方法与池灌相结合，可以在植株还很矮小的早期阶段使用喷头喷洒灌溉，在后期阶段改用池灌。
- 滴灌
越来越多的农民选择使用地面滴灌技术浇灌玉米田，因为这种方法的节水率十分高（25-55%）。当玉米用水效率提高时，产量也会相应提高（增产 10-50%）（Lamm 和 Trooien，2003）（5，2）。与喷洒灌溉相比，滴灌有一个额外的优势，即不打湿植物的叶片，这一特点可以减少真菌病感染的风险。该系统已经在不同的气候条件下（温带和半湿润气候地区）成功测试和使用了十多年。
此外，滴灌的使用还为农民提供了施肥（通过灌溉系统施肥）的机会。通常情况下，使用滴灌技术的滴管的流量为每小时1升。灌溉管道通常每隔一排放置在玉米植株上，滴管与滴管之间相隔1.4-1.6米。在意大利的一些地区，农民成功地使用了传统滴灌系统的一个版本，称为LPS（低压系统）。该版本技术可以对较大的田地（30公顷）进行灌溉，且LPS系统中滴管的流速可达每小时0.6升(6)。
农民应考虑各个不同灌溉系统的灌溉效率、可持续性和成本，以做出最佳的决定。在任何情况下，咨询当地持证农艺师并记录每年灌溉措施的灌溉效率都是对选择最佳灌溉方法有帮助的。还有重要的是要记住，没有适合所有田地的黄金法则或固定的成功秘诀，农民需要针对不同的田地进行试验，以找到最适合其田地和作物的灌溉方法。
参考文献
- https://www.nature.com/articles/s41598-019-41447-z
- https://industry.nt.gov.au/data/assets/pdf_file/0016/233413/tb326.pdf
- https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/frwa.2021.627551/full
- https://www.fao.org/land-water/databases-and-software/crop-information/maize/en/
- https://reader.elsevier.com/reader/sd/pii/S2095311917618331?token=F1966E1077C2EA9878013C02E8B0280162EA4494CDD736C3EFC81D008A7849E2B728BB0B3E1D7248B1109B9614770EC2&originRegion=eu-west-1&originCreation=20220405075809
- https://irrigazette.com/en/news/drip-irrigation-maize-corn-france-and-italy
Lamm F R, Trooien T P. 2003. Subsurface drip irrigation for corn production: A review of 10 years of research in Kansas. Irrigation Science, 22, 195–200
Cavero Campo, J., Faci González, J. M., & Martínez-Cob, A. (2016). Relevance of sprinkler irrigation time of the day on alfalfa forage production.
Cavero, J., Medina, E. T., & Montoya, F. (2018). Sprinkler irrigation frequency affects maize yield depending on irrigation time. Agronomy Journal, 110(5), 1862-1873.
玉米需水量和灌溉系统
