不同覆蓋方式下春玉米田水量平衡及產量特征分析

張燕青, 劉文兆, 王鈞強, 賈筱文, 李官民

(1.寶雞市農業技術推廣服務中心, 陜西 寶雞 721001; 2.中國科學院 水利部 水土保持研究所, 陜西 楊凌 712100)

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不同覆蓋方式下春玉米田水量平衡及產量特征分析

張燕青1, 劉文兆2, 王鈞強1, 賈筱文1, 李官民1

(1.寶雞市農業技術推廣服務中心, 陜西 寶雞 721001; 2.中國科學院 水利部 水土保持研究所, 陜西 楊凌 712100)

秸稈覆蓋和地膜覆蓋處理對旱作玉米都具有明顯的蓄水效果，但對產量和水分利用效率的影響效應不同。春玉米田連續三年(2009—2011年)的定位覆蓋試驗表明，隨覆蓋時間的增加，秸稈覆蓋和地膜覆蓋處理的保墑效果逐漸明顯，且與不覆蓋處理的差異幅度不斷增大，影響土層深度也下滲至400 cm以下。地膜覆蓋處理能夠顯著提高玉米產量和水分利用效率，農田耗水量較無覆蓋處理增加31.75 mm，玉米產量和水分利用效率較不覆蓋處理平均提高了20.8%和11.8%。但秸稈覆蓋處理的效果并不理想。

春玉米; 秸稈覆蓋; 地膜覆蓋; 產量; 水分利用效率

黃土塬區是典型的雨養農業區，春玉米種植在當地農業生產中占據著重要地位[1]，而玉米需要大量水分才能滿足其正常生長發育，水分是影響春玉米產量提高的主要限制因子[2]，降雨量的多少直接影響著玉米水分利用效率和產量高低，所以當務之急就是在雨養條件下如何有效利用有限的降水資源，提高春玉米產量和水分利用效率。諸多研究表明地膜覆蓋與秸稈覆蓋處理均能促進根系生長，提高干物質積累量[3-5]，增加玉米產量，提高水分利用效率[6-7]，而卜玉山[8]等研究認為地膜與秸稈覆蓋的增產作用主要表現在玉米生長前期，對后期籽粒形成影響不明顯。宋淑亞[9]等已對該定位覆蓋試驗2009年度春玉米的水分利用特征和產量構成進行了分析研究，本研究針對2009—2011年連續3 a的定位覆蓋試驗數據，對春玉米田水量平衡特征進行深入的比較分析，進一步研究地膜覆蓋和秸稈覆蓋分別對旱地春玉米產量和水分利用效率的影響，為實現旱塬地區玉米高產提供科學依據和方法。

1　材料與方法

1.1試驗區概況

試驗布設于中國科學院長武黃土高原農業生態試驗站十里鋪輪作與肥料長期定位試驗場(107°44.703′E，35°12.787′N)。位于黃土高原中南部的長武塬區，屬溫帶半濕潤大陸型季風氣候，農業生產全部依賴天然降水，屬于典型的旱作農業區。該區海拔1 214 m，年均降雨578.5 mm，>10℃積溫3 029℃，年均氣溫9.1℃，無霜期171 d，塬面平坦寬闊，黃土堆積深厚，土壤為黃蓋粘黑壚土，肥力中等，田間持水量為22.4%，凋萎濕度為9%。

1.2試驗設計

試驗為長年連續進行的定位覆蓋試驗，于2008年10月開始布設，從2008年10月至2009年4月播種玉米前，試驗地休閑。供試春玉米品種為金穗9號。試驗包括3個處理：玉米秸稈(整稈)全程覆蓋(GM)、地膜覆蓋(SM)和無覆蓋對照(CK)處理。每個處理有3次重復，共9個小區，區組采用隨機排列，小區面積66.7 m2(10.3 m×6.5 m)，區間距0.5 m，區組距1 m，四周保護帶寬1 m。各小區采用人工分收、測產，室內考種。本研究僅采用2009—2011年連續三年的試驗數據進行分析。

1.3測定指標與方法

1.3.1土壤貯水量和土壤累積貯水量的測定記錄2009—2011年度的降水量，采用中子儀法測定土層0—600 cm的土壤含水量,0—100 cm土層間隔10 cm測定，100—600 cm土層間隔20 cm進行測定。土壤貯水量的計算公式為：

SWS=Σ(Δθi×Zi)式中：SWS——土壤貯水量；Δθi——土壤某一層次體積含水量；Zi——土壤層次厚度(mm)；i——土壤層次。

由于試驗區無地表徑流，在不考慮地下水補給和深層滲漏的情況下,分析時段內作物最大根系影響層內的土壤累積貯水量的計算公式為：

SW=SWSbegi.+P

式中：SW——土壤累積貯水量；SWSbegi——分析時段之初土層的土壤貯水量；P——作物生育期大氣降水量。

1.3.2作物產量及構成因子的測定測定項目為收獲后玉米穗長、穗粗、行粒數等穗部性狀以及百粒重和玉米產量。

2　結果與分析

2.10-600 cm土壤剖面的水分分布

連續3 a的春玉米定位覆蓋試驗的土壤水分變化規律很大。圖1顯示了2009年，2010年及2011年連續三茬春玉米收獲期在不同覆蓋條件下0—600 cm土壤剖面水分變化。隨著覆蓋時間的累積，不同處理之間在土壤各層次的差異逐漸加大，尤其是秸稈覆蓋處理表現出良好的蓄水保墑效果，其土壤含水量明顯高于其它處理。與不覆蓋相比，在試驗第一年，秸稈覆蓋和地膜覆蓋對200 cm以下土壤水分分布均沒有顯著影響；2010年度的秸稈覆蓋處理在土層深度250—450 cm處的土壤含水量明顯高于CK處理；在2011年度，玉米收獲期各種處理的土壤水分垂直變化比較明顯，較2010年度相比，土壤深度150 cm以下的土壤含水量均明顯高于CK處理，而PM雖然有良好的保墑效果，但是由于在玉米生育期生長旺盛，耗水量較大，所以在200—400 cm土壤層次的含水量變化不明顯，而GM與PM處理在400 cm土層以下的土壤含水量明顯高于CK處理。

圖1　2009-2011年度不同覆蓋方式對春玉米收獲期土壤水分分布的影響

連續3 a的春玉米定位覆蓋試驗表明，各處理在0—600 cm的土壤含水量的規律變化較大。隨覆蓋時間的增加，秸稈覆蓋和地膜覆蓋處理的保墑效果逐漸明顯，且與CK處理的差異幅度不斷增大，影響土層深度也不斷下滲至400 cm以下。

2.2農田水量平衡及水分利用效率

表1顯示了連續3 a玉米定位覆蓋試驗的農田水量平衡及水分利用效率。在各年度，從玉米全生育期的耗水特性來看，秸稈覆蓋處理的耗水量均低于CK處理，而地膜覆蓋處理的農田耗水量明顯高于CK處理。在2009年度，玉米整個生育期內降雨量少，CK處理的土壤水分虧損量為12.15 mm，而秸稈覆蓋處理的保墑作用減少了玉米生育前期地表蒸發，使玉米整個生育期土壤水分盈余量為14.55 mm，但是卻阻礙了玉米苗期的正常生長，所以產量和水分利用效率低于CK處理；地膜覆蓋處理的土壤虧損量和農田耗水量明顯高于CK處理，這是由于地膜覆蓋覆蓋不僅具有良好的蓄水保墑效果，而且地膜覆蓋能夠促進植株的根系生長，加強根系深層吸水能力，使其生長狀況優于其他處理，所以地膜覆蓋耗水量較大，產量和水分利用效率較CK處理分別提高14%和7.8%。在2010年度，生育期內降雨量大，秸稈覆蓋處理的耗水量較CK減少23.26 mm，產量較CK處理降低5.8%，但水分利用效率沒有明顯差異；地膜覆蓋處理的農田耗水量較CK處理增加2.7%，但是其產量和水分利用效率較CK處理提高17.7%和14.6%。2011年度，降雨量充足，全生育期秸稈覆蓋處理農田耗水量與CK處理無明顯變化，但是其產量和水分利用效率較CK處理分別降低8.2%和7.7%；地膜覆蓋處理的耗水量明顯高于CK處理，但是其產量和水分利用效率較CK處理分別提高30.7%和13%。

表1　2009-2011年不同覆蓋方式對春玉米農田水量平衡及水分利用效率的影響

注：數據后不同小寫字母表示在0.05水平上差異顯著(p<0.05)，下表同。

結果說明，地膜覆蓋處理具有良好的蓄水保墑效果，能夠顯著增強玉米植株的生長發育，并加強其根系吸水能力，極大的提高玉米產量和水分利用效率，連續3 a的產量和水分利用效率較不覆蓋處理平均提高20.8%和11.8%，而全生育期秸稈覆蓋處理阻礙了玉米的前期生長，進而造成玉米產量和水分利用效率的降低。

2.3春玉米產量構成

收獲后對產量的測定結果表明(表2)，在不同年度，玉米的產量均表現為SM>CK>GM，且在2009—2011年度，SM處理的產量較CK處理分別提高14%，17.7%和30.7%。但不同覆蓋處理對穗部性狀的影響不同。在2009年度，穗長表現為GM>CK>SM,2010年度為CK>SM>GM,而2011年度的穗長表現為SM>CK>GM。穗粗和穗行數的表現規律與穗長不一致，三年的穗粗大小和穗行數均為SM處理最大。行粒數在不同年度的表現不一致，但是2009—2011年度的百粒重分別較CK處理提高11.4%，6.8%和7.5%。

表2　2009-2011年不同覆蓋方式下春玉米產量及構成因子的差異

3　結 論

通過連續3 a的春玉米定位覆蓋試驗表明，各處理在0—600 cm的土壤含水量的規律變化較大。隨覆蓋時間的增加，秸稈覆蓋和地膜覆蓋處理的保墑效果逐漸明顯，且與CK處理的差異幅度不斷增大，影響土層深度也不斷下滲至400 cm以下。

地膜覆蓋處理具有良好的蓄水保墑效果，能夠顯著提高玉米產量和水分利用效率。連續3 a的產量和水分利用效率較不覆蓋處理平均提高20.8%和11.8%，而秸稈覆蓋處理阻礙了玉米的前期生長，影響了玉米植株在整個生育期的正常生長，進而造成玉米產量和水分利用效率的降低。

[1]康紹忠.立足國情,積極發展節水農業[J].科技導報,1999(7):17-21.

[2]宋孝玉,劉賢趙,沈冰,等.陜西渭北旱塬種植業結構調整的水資源問題及對策[J].干旱區地理,2004，27(2):199-201.

[3]Tolk J A, Howell T A, Evett S R. Effect of mulch, irrigation, and soil type on water use and yield of maize[J].Soil & Tillage Research,1999,(50):137-147.

[4]王暉,劉泉汝,張圣勇,等.秸稈覆蓋下超高產夏玉米農田產量和土壤水分的動態變化[J].水土保持學報,2011,25(5):261-264.

[5]王喜慶,李生秀.地膜覆蓋對旱地春玉米生理生態和產量的影響[J].作物學報,1998,24(3):348-353.

[6]張俊鵬,孫景生,劉祖貴,等.不同水分條件和覆蓋處理對夏玉米籽粒灌漿特性和產量的影響[J].中國生態農業學報,2010,18(3):501-506.

[7]雷金銀,吳發啟,王健,等.保護性耕作對土壤物理特性及玉米產量的影響[J].農業工程學報,2008,24(10):40-45.

[8]卜玉山,苗果園,邵海林,等.對地膜和秸稈覆蓋玉米生長發育與產量的分析[J].作物學報,2006,32(7):1090-1093.

[9]宋淑亞,劉文兆,王俊,等.覆蓋方式對玉米農田土壤水分、作物產量及水分利用效率的影響[J].水土保持研究,2012,19(2):210-212.

Analysis of Water Balance and Yield Characteristics of Spring Maize under Different Mulching Patterns

ZHANG Yanqing1, LIU Wenzhao2, WANG Junqiang1, JIA Xiaowen1, LI Guanmin1

(1.Baoji Agriculture Technology Extension and Service Center, Baoji, Shaanxi 721001, China; 2.Institute of Soil andWaterConservation,ChineseAcademyofSciencesandMinistryofWaterResources,Yangling,Shaanxi712100,China)

Both straw mulching and plastic film mulching had significant effects on moisture conservation, but had different influences on yield and WUE. Straw mulching and plastic film mulching experiment was carried out in the maize field in the period of 2009-2011. The results showed that with the increase of the covering duration, not only the effects on moisture conservation of straw mulching and plastic film mulching were increasingly obvious, but also the differences of amplitude were increasing compared with no mulching treatment, and the soil infiltration depth was influenced below 400 cm. Plastic film mulching could improve the yield and WUE significantly, and the water consumption increased by 31.75 mm compared with no mulching treatment, while yield and WUE were raised by 20.8% and 11.8%, respectively. Straw mulching treatment had no significant effect on increase of the yield and WUE under the similar conditions.

spring maize; straw mulching; plastic film mulching; yield; water use efficiency

2013-12-12

2013-12-19

國家自然科學資助項目(41171033)

張燕青(1986—),男,河南民權人,碩士,助理農藝師,主要從事農業技術研究和推廣工作。E-mail:zhangyanqing1986@126.com

劉文兆(1960—),男,陜西乾縣人,研究員,博士生導師,主要從事水文生態與流域管理研究。E-mail:wzliu@ms.iswc.ac.cn

S513

A

1005-3409(2015)04-0118-04