本研究以山西省大同市阳高县为研究区,以玉米为供试作物,设计灌水次数和种植密度两个试验变量。通过试验分别探讨了灌水次数、种植密度及施肥量对膜下滴灌玉米形态、产量和土壤水分变化动态的影响,分析了不同深度含水率与0-80cm含水率的相关性,测试分析了下界面水分通量,比较分析了种植密度和灌水次数对作物耗水量的影响,建立了作物产量与灌水和施肥的关系,以效益最大为目标,分析提出了全省分区膜下滴灌玉米灌溉制度。主要研究结论如下:(1)玉米作物采用膜下滴灌比覆膜畦灌具有明显的增产优势,其产量和水分生产效率均有明显提高,在相同灌水量(灌溉定额分别为675m3/hm2、900m3/hm2、1125m3/hm2)的情况下,膜下滴灌较覆膜畦灌产量分别提高32.9%,18.0%,42.5%,水分生产效率分别提高34.9%,6.0%,33.3%。(2)玉米在外型上的生长变化,是作物内在生理代谢与外部环境制约的联合反应,影响作物的质量与产量。利用本研究的资料(叶长叶宽、叶面积、株高),分析玉米在各个生育阶段生长状况,结果显示:叶长叶宽、株高在玉米生育期内的变化趋势为抽雄期前(7月29日左右)增长速度很快,但是到了抽穗期植株的生长由营养生长转到生殖生长,增长速度开始减慢,到了灌浆期(8月9日左右)之后不再变化。灌水次数对叶长叶宽、株高、叶面积影响较大,种植密度、施肥量对其影响较小。(3)相同灌水次数条件下,单株籽粒干物质重以6000株/亩种植密度最小,5000株/亩次之,5500株/亩种植密度最大。综合灌水次数及种植密度这两种因素,灌水3次,种植密度为5500株/亩的产量最大,为8426.4kg/hm2,为适宜山西玉米膜下滴灌的种植模式,与干物质分析的结果一致。对于要考虑施肥的情况,给定种植密度为5500株/亩,灌水4次时,以施肥量作为变量,当施肥量为450kg/hm2时,产量最大,可达9162kg/hm2。(4)土壤水分监测能够反映作物对水的需要情况,对农业生产有很重要的指导意义。选择适宜土壤水分测孔位置能够较好地进行土壤墒情实时监测。采用一个测点时,种植密度为5500株/亩,以40cm膜下测点与0-80cm平均含水率相关性最好,其相关系数可以达到0.7971;采用两个测点时,以40cm垄间和膜下测试点的含水率与0-80cm平均含水率相关性最好,其相关系数可达到0.7892。(5)本研究采用PS123模型模拟作物生长动态变化过程。由此构建了作物产量与灌水施肥关系,据此模拟的叶重、茎重和籽粒重与实测值较为接近,其相关系数平均值分别为0.48,0.51,0.94,变化范围为0.31~0.71,0.33~0.67,0.87~0.996。其中以籽粒重模拟值与实测值相关关系最好,因而该模型用于作物产量的模拟具有较高精度。(6)本研究的灌溉制度确定是针对某一灌溉供水量进行灌溉制度优化,确定最优灌水时间,优化的目标是单位面积效益最大。由于作物需水量、产量计算的复杂性,灌溉制度的优化属于非线性规划问题,通过优化得出结果为不同水文年的灌水量差异较大,随着频率的增大,灌水次数增加,95%水文年的灌水次数最多,其灌溉定额变化范围为900~1800 m3/hm2。全省分区玉米膜下滴灌灌溉制度有明显差别,以95%水文年为例,以榆社、太原区灌水次数最多,达到8次灌水,以右玉、大同区灌水次数最少,仅灌水4次。此外,考虑了玉米膜下滴灌施肥量对于产量及效益的影响,通过优化方法计算,随水追肥的时间定在最后三次灌水时间时产量和效益最大。