基于作物耗水特性的夾砂地膜下滴灌模式優選

周立峰 吳淑芳 齊智娟 張體彬

(1.西北農林科技大學水利與建筑工程學院， 陜西楊凌712100； 2.西北農林科技大學水土保持研究所， 陜西楊凌 712100)

基于作物耗水特性的夾砂地膜下滴灌模式優選

周立峰1吳淑芳1齊智娟2張體彬2

(1.西北農林科技大學水利與建筑工程學院， 陜西楊凌712100； 2.西北農林科技大學水土保持研究所， 陜西楊凌 712100)

在2個灌水水平下(I1：高水，I2：低水)以不同滴灌帶間距(A1：1 m，A2：0.5 m)與覆膜方式(M1：全膜覆蓋，M2：半膜覆蓋)進行2 a田間試驗，結合作物產量、作物水分利用效率(WUE)以及產投比篩選適宜的膜下滴灌模式，并利用產量水分敏感系數(ky)確定最優的膜下滴灌模式。結果表明：在低頻灌溉模式下，部分覆膜處理的蒸騰(ET)高于全覆膜處理，而產量和WUE低于全覆膜處理。盡管滴灌帶間距對ET的影響不明顯，然而在高水處理下，“一管單行”作物的產量與WUE高于“一管雙行”。高頻灌溉模式下，作物產量及WUE對灌溉量、覆膜方式、滴灌帶間距的響應呈現耦合性。低頻灌溉條件下，ky對灌溉量及滴灌帶間距的響應均不顯著，而部分覆蓋處理WUE低，ky高，對水分脅迫的響應敏感。高頻灌溉條件下，覆膜方式、灌溉量以及滴灌帶間距均對ky產生影響。高頻灌溉條件下，ky能對經WUE篩選出的膜下滴灌處理進行進一步的優選。基于ky的結果，結合產量、水分利用效率與產投比，建議在高頻灌溉條件下采取“全膜低水+一管雙行”模式或“半膜高水+一管單行”模式，在低頻灌溉條件下采取全膜高水模式。

耗水； 灌溉頻率； 滴灌帶間距； 水分利用效率； 作物水分生產函數； 膜下滴灌

引言

膜下滴灌研究目前大多圍繞滴灌帶間距、滴頭流量以及灌水頻率[1-3]對土壤濕潤體及作物根系水分的供給而展開[4-5]。然而，作物生長前期土壤水分的充分供給可能會造成作物冠根比過高，導致根冠水分供需矛盾[6]。因此，膜下滴灌方式下的作物耗水研究也應當引起關注。

作物水分利用效率(WUE)是評價作物耗水與產量關系常用的指標[7]。然而，大量試驗表明WUE 高值一般不是在供水充足、產量(Y)最高時獲得，蒸散量(ET)與產量乃至WUE的關系并非總是呈線性關系[2,8-9]。作物水分生產函數(CWPF)可以較充分揭示WUE-Y-ET間的內在聯系并對WUE-ET間的邊際效應關系進行描述[10]。CWPF有多種表達形式：作物產量可表示為經濟產量或干物質量，水量可以用作物蒸發蒸騰量、作物蒸騰量、灌溉水量及可利用水量等表達，目前研究多以Y-ET曲線為主[11]。Y-ET型CWPF可以分為2類: 一類是產量與全生育期騰發量的關系，如Steward函數[12]；一類是產量與全生育期各階段騰發量之間的關系，如Jensen函數[13]、Bras and Corodova 函數[14]。第一類函數主要描述農田供水狀況與作物產量的經驗關系，稱為最終產量型CWPF，適用于灌溉規劃優選；第二類函數著重分析作物生長與水分供應的關系，具有機理性及連續動態特征，稱為動態產量型CWPF，在農業用水管理過程中被廣泛運用[15]。

當前的CWPF研究多見于動態產量型CWPF，用于在非充分灌溉控制試驗中確定高效的農業水管理方案[16-17]，并且聯合各生育期水分虧缺敏感指數實現對作物產量的預測[18]。近年來，EL-HENDAWY等[2]使用最終產量型CWPF確定了砂地滴灌玉米最佳滴灌頻率與灌水量的組合，在一定程度上拓展了最終產量型CWPF的使用。本文在內蒙古河套地區設置了2種覆膜方式下的膜下滴灌模式(不同滴灌帶間距及灌水量)，研究不同膜下滴灌模式下的WUE以及CWPF的產量反應系數(ky，又稱產量水分敏感系數)，旨在通過比較不同膜下滴灌模式下產量對灌水量的響應敏感度，并結合產投比最終選擇出適合當地的膜下滴灌模式。

1 材料與方法

1.1 試驗地基本情況

試驗于2014—2015年在內蒙古河套灌區曙光試驗站進行(107°13′E、40°43′N, 海拔高度1 042 m)。該地區屬中溫帶干旱氣候，多年平均降水量135 mm，蒸發量超過2 306.5 mm，年均氣溫9.1℃。該地區降水集中在6—9月份，無霜期135～150 d，年日照時數3 100～3 300 h。2 a試驗期間春玉米全生育期平均溫度分別為19.91℃和20.22℃；總降水量分別為84 mm和14.62 mm。試驗地土壤基本理化性質見表1。

表1 試驗地土壤(0～120 cm)基本理化性質Tab.1 Physical and chemical properties of soil (0～120 cm) in experimental site

1.2 試驗設計及方法

試驗設置全膜(M1)與半膜(M2)2種覆膜方式。每種覆膜方式下設2個灌水水平(I1、I2)與2個滴灌帶間距(A1、A2)，共計8個處理，每個處理設3個重復。小區尺寸4 m×8 m，各小區隨機排列。I2的灌水量為I1的60%。A1 處理滴灌帶間距為1 m, A2 處理滴灌帶間距為0.5 m。A1處理采取寬窄行種植, 寬行70 cm，窄行30 cm，滴灌帶位于2行玉米中間，為“一管雙行”控制；A2處理采取等行距種植，行距0.5 m，為“一管單行”控制。“一管雙行”與“一管單行”的半膜處理覆蓋度(地膜覆蓋面積與試驗區之比)均為0.6，地膜寬度分別為60 cm與30 cm。各小區裝有水表、壓力計以控制灌水量及滴頭流量，試驗所用貼片式滴灌帶(φ=16 mm)滴頭間距為30 cm，設計滴頭流量1.4 L/h。

2014年采取低頻灌溉模式[19]，作物發生較嚴重的水分脅迫。基于此，本研究在2015年采取了高頻灌溉模式。播后灌水及施肥措施見表2。2014年為低頻節水灌溉模式：I1的灌水量為180 mm(當地畦灌灌水量的60%)，灌溉時間與當地畦灌灌溉時間保持一致；2015年為高頻充分灌溉：自拔節期開始依據20 cm 直徑蒸發皿(E20)日蒸發數據確定單次灌水量[20]，每3 d灌水一次，整個生育期灌水量為346.1 mm。2年的施肥水平均為N 300 kg/hm2和P2O5420 kg/hm2。P2O5(磷酸氫二銨)以底肥的形式全部施入土壤。N(尿素與磷酸氫二銨)按照N 150 kg/hm2的水平于播種前施入，其余N(150 kg/hm2)以尿素的形式于玉米6葉期后以滴灌施肥的形式多次施入。

表2 膜下滴灌各處理灌水量和施肥量Tab.2 Application amount of water and nitrogen of mulched drip irrigation

小區分別于2014年4月22日、2015年4月26日覆膜，覆膜2 d后播種。供試春玉米品種為“西蒙6號”。播種方式為人工點播，播種深度為5 cm，播種密度為66 600 株/hm2。作物生長期采取除草、噴藥等其他常規管理措施。

1.3 取樣及測定方法

1.3.1土壤含水率

采用烘干法測量土壤質量含水率。水平方向上，取樣點分別設置在滴頭處，相鄰滴頭間 1/4 處及1/2處；垂直取樣深度為 10、30、50 cm處。此外，為了判斷是否在灌水或降水后發生土壤水分的深層滲漏，在高水處理(I1)采用 ECH2O-5TE型(Decagon Devices, Inc., USA)土壤水熱監測系統進行土壤水分的實時監測，使用烘干法的土壤含水率數據對探頭進行校準。土壤含水率的監測貫穿春玉米整個生育期，數據采集時間步長為1 h。

1.3.2產量

蠟熟期后選取各小區中間2行玉米進行測產。玉米脫粒后數取粒數，放置室外曬4～5 d，稱取質量并換算成每公頃產量，產量依照稱取質量的15%扣除水分。

1.3.3玉米耗水量

采用水量平衡法計算玉米耗水量ET(mm)

ET=ΔW+P+I+G+R+D

(1)

式中 ΔW——播種期與收獲期根區土壤儲水量變化量，mm

P——生育期有效降水量，mm

I——玉米生育期灌水量，mm

R——生育期地表徑流量，mm

D——生育期根區深層滲漏量，mm

G——生育期地下水對作物根系補給量，mm

本研究砂層出現在60 cm 處，故根區土壤選取土表至 60 cm 深度處，運移至 60 cm 以下的水分視為深層滲漏。本試驗各處理均為膜下滴灌且試驗區地勢平坦，故無地表徑流產生。根據 FAO 56分冊中提供的方法計算，假定降水或灌溉補給根層土壤水分至田間持水量，多余的水分即為深層滲漏損失量[21]。當細沙的層位(砂層下表面高于地下水位的距離)大于 35 cm 后，毛管水會停留在砂層中無法上升從而阻斷沙層上下土層的水力聯系，本研究砂層的層位為 1 m,故忽略地下水補給。

1.3.4作物水分利用效率及水分生產函數

春玉米水分利用效率(Water use efficiency，WUE，kg/(hm2·mm))計算公式為

(2)

式中Y——單位面積玉米產量，kg/hm2

作物水分生產函數[2]表達式為

(3)

式中ETa——作物實際蒸發蒸騰量ETm——作物最大蒸發蒸騰量Ya——作物實際產量Ym——作物最高產量ky——作物產量反應系數

1.3.5經濟效益

本研究以產投比作為經濟效益評價指標。膜下滴灌春玉米的生產投入主要包括：貼片式滴灌帶、地膜、種子、化肥、農藥等農業生產資料費用以及水、電費和人工費等。農資及水電成本根據單價與使用量計算，人工成本主要包括播前整地、布置滴灌設備、覆膜、播種、噴施農藥、收獲及移除滴灌設備等。收入主要來源于玉米籽粒收入。單位面積籽粒銷售收入與生產投入之比即為產投比。

利用LSD法進行處理間多重比較，P<0.05 則視為存在明顯差異。分析工具采用 SPSS 15.0。

2 結果與分析

2.1 不同膜下滴灌方式對春玉米蒸騰量的影響

根據EM50連續監測的土壤含水率數據可知，砂層上的含水率未出現整體超過田間持水量的情況，可以認為2 a試驗過程中均未發生土壤水分向沙層下滲漏。各處理的ET見表3。2014年采用低頻灌溉模式，滴灌帶間距對ET影響不顯著，而灌溉量與覆膜方式是影響該年ET的主要因素。這主要是因為灌溉頻率低削弱了滴灌帶間距對土壤水分的影響。高水處理下，覆膜方式對ET無明顯影響。全膜覆蓋處理雖然減少了土面蒸發，然而其作物生長相比較半膜更加旺盛，造成其作物蒸騰強度更高[22]。此外，全膜覆蓋阻斷了降水對土壤水分的補給，而2014年玉米生育期降水量為84 mm，降水因素不可忽略。上述三者共同作用致使高水處理下覆膜方式對ET無明顯的影響。而在低水處理下，半膜覆蓋處理的ET高于全覆膜處理。本試驗中，半膜覆蓋土壤表層濕潤體半徑小于25 cm，無法到達膜外，土面蒸發占ET的比例不大。相反，全膜覆蓋春玉米葉面積在生殖生長期下降較快，從而使得作物蒸騰在該時期較弱[6]，最終導致ET低于半膜覆蓋處理。由表3還可看出在低頻灌溉條件下，全膜覆蓋下各處理玉米生育期土壤水分消耗差異不大，而半膜覆蓋低灌溉處理的土壤水分消耗顯著增大，這也佐證了上述分析。2015年采取了高頻灌溉模式，灌水量與滴灌帶間距對ET影響顯著，而覆膜方式對ET的影響不大。灌溉模式的改變增強了與其直接相關的灌水量與滴灌帶間距對ET的影響，而削弱了覆膜方式對ET的影響。灌溉量的減小與滴灌帶間距的縮小均會降低ET。縮小滴灌帶間距會使根區土壤橫向分布均勻[4]，從而更好地滿足作物耗水需求，最終導致ET較高。值得注意的是，滴灌帶間距小的處理土壤含水率變化量小，這表明較小的滴灌帶間距可以提高根層土壤水分用于蒸騰的利用效率。

表3 不同膜下滴灌方式下春玉米蒸騰量(ET)Tab.3 Maize evapotranspiration of various treatments in 2014 and 2015 mm

注：同列不同字母表示處理間差異顯著(P<0.05),下同。

2.2不同膜下滴灌方式對春玉米產量、水分利用效率及產投比的影響

各處理的產量、水分利用效率(WUE)及產投比見表4。在低頻灌溉模式下，高水處理能顯著提高作物產量與WUE，而全膜處理則能明顯提高WUE。全膜處理一方面增加了產量，另一方面減少了ET, 因此提高了WUE。滴灌帶間距在高水處理下顯著影響作物產量與WUE：“一管單行”作物的產量與WUE較高。值得注意的是，在高頻灌溉模式下，作物產量及WUE對灌溉量、覆膜方式、滴灌帶間距的響應呈現耦合性：M1I1A1處理產量最高，然而WUE較低；M1I2A2、M2I2A1處理產量最低，然而WUE較高。在所有的處理中，M1I2A1、M1I1A2、M2I1A2處理能同時獲得較高的作物產量與WUE。

由產投比可看出，2014年滴灌帶布置距離與覆膜方式對產投比影響不顯著，而低水處理產投比(1.3～1.9)明顯低于高水處理(2.1～2.7)(表 4)。這說明低頻灌溉模式下過低的灌溉量會明顯降低覆膜及滴灌設備的效益[23]。這主要因為與灌溉相關的水、電費在2014年占比較低(5%～12%，表5)，但其對產量的提高作用顯著。2015年，灌溉量與覆膜方式對產投比的影響不大，而較小的滴灌帶間距降低了產投比(表 4)。這主要是因為2015年各處理產量差異不大，但減小滴灌帶間距則加大了滴灌設備的投入(表5)。

表4 不同膜下滴灌方式下春玉米產量、水分利用效率及產投比Tab.4 Grain yield, water use efficiency and ratio of output to input under various mulched drip irrigation treatments

表5 不同處理下的成本支出(2014—2015)Tab.5 Cost of all treatments during 2014—2015 元/hm2

2.3 不同膜下滴灌方式下春玉米作物水分生產函數

作物產量、WUE以及產投比可以實現膜下滴灌模式初步篩選。然而，對篩選結果的分析以及最終的確定還需從作物需水的角度去闡述。作物需水的情況可以用作物水分生產函數的ky值進行描述(圖1)。

圖1 2014年和2015年春玉米產量對ET的反應系數Fig.1 Yield response factor (ky) of spring maize in 2014 and 2015 growing seasons

作物在關鍵需水期遭受水分脅迫會造成ky值變高[24]。由表6可知，低頻灌溉模式下(2014年)，ky值降低與WUE升高反映出一致的結果：半膜覆蓋處理的ky值(2.92～8.13)高于全膜覆蓋處理(1.62～2.38)，而WUE低于全膜覆蓋處理(表4)。這表明低頻灌溉條件下，半膜覆蓋的ky值對滴灌帶間距的響應不顯著，而全膜覆蓋的ky值對灌水量及滴灌帶間距的響應均不顯著。這表明相比半膜覆蓋，全膜覆蓋可以降低灌溉不足對玉米的水分脅迫。該年度灌水量的增加主要是通過提高單次灌水量實現，而過高的單次灌水量會造成在水沙界面(60 cm處)形成水分阻滯，造成該層土壤含水率高[25]，這對減少作物生育期的水分脅迫作用不大。滴灌帶間距對ky影響不顯著主要是因為灌溉頻率低造成滴灌帶間距對ET的影響較小(表3)。在2015年，與低頻灌溉條件下不同的是，本研究涉及到的3個因素均對ky值產生了影響。M2I1A1與M2I2A2處理ky值較高，分別為1.01與0.99，其他處理的ky值均較低。這說明在高頻灌溉條件下，半膜覆蓋處理要注意灌水量與滴灌帶間距的組合，不宜采用“高灌水量+一管雙行”或“低灌水量+一管單行”的模式。

表6 不同膜下滴灌方式下的ky值Tab.6 Yield response factor (ky) for various mulched irrigation methods

注：“/”表示最高ET及產量出現在該處理。

3 討論

國內外研究表明，減小滴灌帶間距能提高根區土壤的濕潤比，從而提高作物生育期的耗水量[1, 26]。本研究表明滴灌帶間距對作物耗水的提高作用受灌溉頻率和灌溉量組合的影響。過低的灌溉頻率和灌溉量會削弱滴灌帶間距對土壤水分的影響，從而弱化滴灌帶間距對作物ET的影響。在高頻灌溉模式下，滴灌帶間距對ET的影響顯著，而覆膜方式對ET的影響不大。之前的研究表明減小滴灌帶間距會使根區土壤水分橫向分布均勻[4]，從而更好地滿足作物耗水需求，最終導致ET較高。然而，本研究表明在高頻充分灌溉條件下，滴灌帶間距的減小反而會降低ET，這與之前的研究結果[1,25]不同。這主要是因為“一管單行”處理的根區土壤水分分布均勻度更高[26]，作物根系可以更高效地利用根區土壤水分，從而導致收獲前后土壤含水率變化量小，最終造成ET值較低。膜下滴灌條件下，覆膜對ET的影響是通過減少土面蒸發、改變降水入滲與影響作物蒸騰三者共同決定的。低頻灌溉模式下，高水處理半膜覆蓋與全膜覆蓋的ET雖然無顯著差異，這是土面蒸發抑制、降水截留與作物蒸騰加劇共同作用的結果。全膜覆蓋處理雖然減少了土面蒸發，然而其作物生長相比較半膜覆蓋更加旺盛，造成其作物蒸騰強度更高。此外，全膜覆蓋阻斷了降水對土壤水分的補給，而2014年玉米生育期降水量為84 mm，降水因素不可忽略。上述三者共同作用致使高水處理下覆膜方式對ET無明顯的影響。而在低水處理下，半膜覆蓋處理的ET高于全膜覆蓋處理。本試驗中，半膜覆蓋土壤表層濕潤體半徑小于25 cm，無法到達膜外，土面蒸發占ET的比例不大。相反，全膜覆蓋處理春玉米葉面積在生殖生長期下降較快，從而使得作物蒸騰在該時期較弱[6]，最終導致ET低于半膜覆蓋處理。同理，在高頻灌溉模式下，與灌溉量的差異相比，覆膜方式對土面蒸發、降雨截留與作物蒸騰的改變對ET的影響不大。

前期研究表明優化灌水量與灌水頻率的組合可以提高作物產量[2]。與作物生育期耗水結果類似，適宜的灌水量與灌水頻率組合能突出滴灌帶間距對作物產量的影響。這主要是因為灌水量、灌溉頻率以及滴灌帶間距對土壤濕潤比以及濕潤體內部的水氮分布具有耦合作用，而濕潤體內的水氮分布會進一步影響作物根冠生長及干物質轉移，最終影響作物產量[18]。

低頻灌溉模式下，全膜覆蓋ET低于半膜覆蓋，然而較高的產量導致了全膜覆蓋具有較高的WUE，這與前人[27]的結果相似。盡管滴灌帶間距對ET的影響不明顯，然而在高水處理下，“一管單行”作物的WUE高于“一管雙行”。低水處理雖然水分虧缺明顯(通過土壤含水率判斷)，但“一管雙行”處理灌水相對集中于滴灌帶兩側，從而能使更多水分分布于作物種植窄行，進而在作物根區形成“干濕區”，使作物根系產生大量的根毛來盡量滿足作物蒸騰需要[28]。相反，“一管單行”處理水平方向灌水均勻，在單次灌水量高時能較好地滿足作物根區土壤水分需求，體現出相對于“一管雙行”的優勢。然而在低水處理情況下“一管單行”濕潤深度過淺(小于30 cm)，反而不利于作物對土壤水分的吸收。

高頻灌溉模式下，作物產量及WUE對灌水量、覆膜方式、滴灌帶間距的響應呈現耦合性：M1I1A1處理產量最高，然而WUE較低；M1I2A2、M2I2A1處理產量最低，然而WUE較高。充足的水分供給帶來較高的產量，但是WUE卻不是最高的，這與之前的試驗結果類似[10]。在所有的處理中，M1I2A1、M1I1A2、M2I1A2處理能同時獲得較高的作物產量與WUE。雖然各因素設置的水平只有2個，但是因素相互間對產量及WUE的耦合效應還是明顯的。各處理的產投比主要受與灌溉相關的水、電費以及與滴灌帶間距相關的滴灌設備投入影響，高水處理與“一管單行”處理投入較高。綜合產量、WUE以及產投比，低頻灌溉條件下M1I1A2或M1I1A1處理較為合理；高頻灌溉下M1I2A1、M2I2A1與M2I1A2處理較為合理。

國內外研究表明ky值在不同地區、不同氣候以及不同水分管理方式下變幅很大(0.5～1.6)[24,29-31]，本研究2015年由于根據潛在蒸發量采取了充分灌溉，故ky值(0.14～1.01)明顯低于2014年(1.62～8.13)。這表明CWPF可以準確地反映各處理作物對ET及水分脅迫的響應并可用于膜下滴灌的優選。盡管提高單次灌水量可以降低ky值，然而，2014年高水處理的單次灌水量已經超過30 mm，再增加單次灌水量可能在夾砂地引起明顯的水分滲漏，因此在夾砂地應優先采用高頻灌溉的方式。此外，雖然從作物產量、WUE以及產投比的角度看，高頻灌溉下M1I2A1、M2I2A1與M2I1A2處理均較為合理，然而M1I2A1與M2I1A2 的ky值很低，分別為0.19和0.14，表明這2個處理具有較大的節水潛力, 可以進一步減少灌水量，提高灌水效率[24]。基于以上ky結果，結合產量、水分利用效率與產投比，建議在低頻灌溉條件下采取M1I1A1或M1I1A2模式，在高頻灌溉條件下采取M1I2A1或 M2I1A2模式。

低頻灌溉條件下，ky與WUE對作物耗水特性反應一致：ky值對灌水量及滴灌帶間距的響應均不顯著，而半膜覆蓋處理WUE低，ky值高，對水分脅迫的響應敏感。高頻灌溉條件下，ky值與WUE對作物耗水特性的反應不盡一致：覆膜方式、灌水量以及滴灌帶間距均對ky值產生影響。由于高頻灌溉各處理產量與水分利用效率差異不大，故ky值能發揮其優化的功能。基于ky的結果，結合產量、水分利用效率與產投比，建議在高頻灌溉條件下采取M1I2A1或 M2I1A2模式，當高頻灌溉條件不具備時，可在低頻灌溉條件下采取M1I1A1或M1I1A2模式。

4 結論

(1)灌溉量對ET的影響明顯，高灌溉量處理的ET高于低灌溉量處理。在低頻灌溉模式下，半膜覆蓋處理的ET高于全覆膜處理，而產量與WUE低于全覆膜處理。盡管滴灌帶間距對ET的影響不明顯，然而在高水處理下，“一管單行”作物的產量與WUE高于“一管雙行”。高頻灌溉模式下，作物產量及WUE對灌溉量、覆膜方式、滴灌帶間距的響應呈現耦合性。

(2)低頻灌溉條件下，ky值對灌溉量及滴灌帶間距的響應均不顯著，而部分覆蓋處理WUE低，ky值高，對水分脅迫的響應敏感。高頻灌溉條件下，覆膜方式、灌溉量以及滴灌帶間距均對ky值產生影響。基于ky的結果，結合產量、水分利用效率與滴灌設備成本，建議在高頻灌溉條件下采取M1I2A1或 M2I1A2模式，當高頻灌溉條件不具備時，可在低頻灌溉條件下采取M1I1A1或M1I1A2模式。

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OptimalModeSelectionofMulchedDripIrrigationinSandLayeredFieldBasedonWaterConsumptionCharacteristics

ZHOU Lifeng1WU Shufang1QI Zhijuan2ZHANG Tibin2

(1.CollegeofWaterResourcesandArchitecturalEngineering,NorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100,China2.InstituteofSoilandWaterConservation,NorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100,China)

Judgement of crop water requirement just by soil water content is not competent, which is closely related with crop yields and water use efficiency. Corn water consumption and yield in response to mulching method (M1: fully mulched and M2: partially mulched), and irrigation amounts (I1 and I2) under variable drip irrigation lateral spacings (A1: 1 m and A2: 0.5 m) were investigated over two growing seasons in the Hetao Irrigation District under arid growing conditions. Results showed that evapotranspiration (ET) in partially mulched treatments were higher than that in treatments with full mulch cover under low irrigation frequency. However, the yields and water use efficiency (WUE) were lower under partial mulched treatments compared with full mulch. Closer lateral spacing had no effect onETunder low irrigation frequency, but yield was increased with high irrigation amount under low irrigation frequency. The yield response factor (ky) of the crop water production function(CWPF) was sensitive to mulching method and it was lower in partially mulched treatments than in fully mulched treatments under low irrigation frequency. Under high irrigation frequency,kywas sensitive to irrigation amounts, mulching methods and lateral spacing. The CWPF along with WUE and crop yield can aid in the selection of optimal irrigation and mulching management. Consideringky, yield, WUE and costs, partial mulch with 1 m lateral spacing under high irrigation amount and full mulch with 0.5 m lateral spacing with low irrigation amount was optimal under high irrigation frequency while either 1 m or 0.5 m lateral spacing under partial mulch with low irrigation amount was optimal under low irrigation frequency, respectively. This study can guide irrigation application for maize in the Hetao Irrigation District.

water consumption; irrigation frequency; lateral spacing; water use efficiency; crop water production function; mulched drip irrigation

S275.6

A

1000-1298(2017)09-0183-08

10.6041/j.issn.1000-1298.2017.09.023

2017-01-13

2017-02-07

國家高技術研究發展計劃(863 計劃)項目(2013AA102904)、中國科學院重點部署項目(KFZD-SW-306-1)和高等學校學科創新引智計劃(111 計劃)項目(B12007)

周立峰(1986—)，男，博士生，主要從事水土資源高效利用研究，E-mail: lee86208@126.com

吳淑芳(1977—)，女，副研究員，博士生導師，主要從事水土資源高效利用研究，E-mail: wsfjs@163.com