不同秸稈覆蓋保水劑處理對夏玉米產量和水分利用效率的影響

張 艷，王民乾，湯其寧，郭書亞，尙 賞，盧廣遠

(商丘市農林科學院，河南 商丘 476000)

中國是一個嚴重缺水的國家，水資源是制約中國農業可持續發展的重要因素[1]。不同的栽培措施對作物產量和水分利用效率有顯著的影響。秸稈覆蓋一方面能夠減少太陽對土壤的熱照射，減少水分損失[2-3]，提高土壤含水量；另一方面能夠增加土壤有機質[4-5]，增強土壤蓄水能力，減少水分下滲,進而增加土壤含水量,從而影響作物生長發育, 增加作物產量、提高水分利用效率[6-7]。保水劑是一種無毒無害、吸水能力強的功能高分子材料，施用在土壤中具有改善土壤結構，保水、保肥的功效，對提高作物產量和水分利用效率具有重要作用[1,8-9]。

目前，秸稈覆蓋和保水劑的應用研究主要集中在西部和豫西的旱作區，而季節性干旱經常發生，以商丘地區為代表的豫東地區研究較少，尤其是秸稈覆蓋和保水劑相結合的應用研究更少。因此，本試驗通過秸稈覆蓋和保水劑處理, 研究了秸稈覆蓋保水劑對夏玉米田土壤含水量、耗水量、產量和水分利用效率的影響，為實際玉米生產中存在的季節干旱問題提供理論和實踐依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2013年在商丘市農林科學院試驗示范中心(N 34°31′，E 115°42′)進行。商丘位于河南、山東、江蘇、安徽4省交界處，屬于暖溫帶亞濕潤季風氣候，四季分明，年平均氣溫在14 ℃左右，年平均日照時數為2200～2400 h，年降水量700 mm左右，無霜期207～214 d之間。

1.2 試驗設計

供試玉米品種為鄭單958，由北京德農種業有限公司提供。試驗設2個因素，3個處理，2個因素為秸稈覆蓋和保水劑，4個處理為：對照(CK)不施用保水劑不覆蓋、秸稈覆蓋不保水劑即秸稈覆蓋、秸稈不蓋保水劑即保水劑、秸稈覆蓋保水劑。2013年6月2日播種，9月25日收獲。小區面積為28.8 m2，重復3次。底施復合肥(N∶P∶K=15∶15∶15)750 kg/hm2，大喇叭口追施尿素(N≥46%)300 kg/hm2，其他管理同當地高產大田，整個生育期不灌水。

表1 播種期試驗地不同土層的土壤容重和含水量

1.3 測定項目與方法

1.3.1 土壤容重、含水量、儲水量的測定 土壤容重采用環刀法測定，播種和收獲期測定土壤容重。土壤含水量采用烘干法測定，播種前、拔節、開花期、花后30 d、收獲期測定各區0～20、20～40、40～60、60～80、80～100、60～80 cm土層含水量。

W=0.1×r×V×h。

式中W為不同深度土壤貯水量(mm)；r為土壤含水量(%)，V為土壤平均容重(g/cm3)；h為土層深度(cm)；0.1為換算系數。

1.3.2 土壤耗水量和水分利用效率的計算

ET=P+I+△W

WUE=Y/ET

其中ET為作物的耗水量；P為降雨量，可以通過氣象數據得到降雨量：播種-拔節期的20.5 mm、拔節期-開花期164.3 mm、開花期-花后30 d 47.8 mm、花后30 d-收獲期28.6 mm，生育期沒有暴雨出現；I為灌水量，本試驗沒有灌水為0 mm；△W(0～100 cm)為前一個生育期與后一個生育期的土壤貯水量的變化量。Y為作物經濟產量。

1.3.3 干物質積累量與產量及構成因素 干物質積累量采用烘干法測定。收獲期，每小區收取中間2行果穗進行測產，并從中取有代表性的10 穗進行室內考種。

2 結果與分析

2.1 對土壤含水量的影響

由圖1可知，不同措施在各生育期的土壤含水量均高于對照, 從拔節期0～100 cm土層的土壤剖面水分含量來看，隨著土層的加深，土壤含水量逐漸升高，并趨向一致。其中秸稈覆蓋保水劑處理下土壤含水量最高，保水劑次之。開花期，由于降水較多在降雨后取樣，各處理的土壤含水量差異不大，尤其是0～20 cm土層的差異不大，并且隨著土層的加深而減少。不同處理之間表現為：覆蓋保水劑>保水劑>秸稈覆蓋>CK。花后30 d，受降雨和玉米耗水的影響，在0～20 cm和20～40 cm土層含水量差異加大，隨著土層的加深而呈先升高后下降趨勢，覆蓋保水劑、保水劑在20～40cm土層達到最大值，秸稈覆蓋和CK在40～60 cm土層達到最大值。除80～100 cm土層外，不同處理之間表現為：覆蓋保水劑>保水劑>秸稈覆蓋>CK。收獲期，由于降水較少，土壤含量繼續下降，但經過整個生育期，覆蓋保水劑仍有較好的保水性能，尤其是0～20 cm和20～40 cm土層大于其他處理，各處理差異較大，隨著土層的加深而呈先升高后下降趨勢，并且趨向一致，覆蓋保水劑、保水劑在20～40 cm土層達到最大值，秸稈覆蓋和CK在40～60 cm土層達到最大值。除80～100 cm土層外，不同處理之間表現為覆蓋保水劑>保水劑>秸稈覆蓋>CK。

圖1 不同處理各生育期的土壤含水量比較

綜上所述，不同處理均提高了土壤剖面的含水量，以覆蓋保水劑處理最好，保水劑次之。而且越干旱，在0～20 cm、20～40 cm土層的效果越明顯(拔節期、花后30 d、收獲期)，而在降雨較多時效果不明顯(開花期)。

2.2 對土壤儲水量的影響

從圖2可以看出，不同生育時期土壤儲水量表現為：開花期>花后30 d>收獲期>拔節期。不同處理之間不同程度地提高了土壤儲水量，具體表現為：覆蓋保水劑>保水劑>秸稈覆蓋>CK。在拔節期和開花期覆蓋保水劑的土壤儲水量顯著高于CK，在花后30 d和收獲期各處理之間差異不顯著。

同一時期不同字母代表0.05水平上差異顯著，下同。

2.3 對夏玉米干物質積累的影響

從圖3可以看出，不同生育階段的干物質積累量的大小表現為：開花-花后30 d>拔節-開花>花后30 d-收獲>播種-拔節，不同處理在不同生育階段的干物質積累量均大于CK。不同處理之間表現為：覆蓋保水劑>保水劑>秸稈覆蓋>CK。在播種-拔節和拔節-開花期，覆蓋保水劑處理干物質積累量顯著大于其他處理，而在開花-花后30 d、花后30 d-收獲，覆蓋保水劑顯著大于秸稈覆蓋和CK，與保水劑處理差異不顯著。說明保水劑處理在生育后期也能保持較高的含水量，有利于作物的生長和干物質積累。

圖3 不同生育階段內夏玉米的干物質積累量

2.4 對作物耗水量的影響

從圖4可以看出，CK的耗水量在每個生育階段均最高，不同生育階段的耗水量變現為：拔節-開花>開花-花后30 d>播種-拔節>花后30 d-收獲，不同處理之間表現為：CK>秸稈覆蓋>保水劑>覆蓋保水劑。由于玉米葉面積小，土壤水分蒸發量大，造成對照的耗水量大，秸稈覆蓋保水劑能夠有效減少土壤蒸發，降低耗水量，播種-拔節期對照耗水量顯著高于其他處理。隨著降雨的增多，玉米的快速生長，拔節-開花期各處理差異不顯著。開花-花后30 d，CK顯著高于保水劑和覆蓋保水劑，說明在玉米灌漿的重要時期保水劑能夠降低作物耗水量。花后30 d-收獲，由于玉米逐漸衰老，耗水量逐漸較少，各處理之間差異不顯著。

圖4 不同生育階段內夏玉米的耗水量

2.5 對水分利用效率的影響

從圖5可以看出，開花-花后30 d的水分利用效率最高，其次為拔節-開花期，花后30 d-收獲居中，播種-拔節期的水分利用效率最低，不同處理之間水分利用效率表現為：覆蓋保水劑>保水劑>秸稈覆蓋>CK。播種-拔節期各處理差異顯著。在拔節-開花、開花-花后30 d、花后30 d-收獲期，覆蓋保水劑顯著高于秸稈覆蓋和CK，但與保水劑差異不顯著。

圖5 玉米生育階段水分利用效率

2.6 對玉米產量因素及籽粒水分利用效率的影響

從表2可以看出，與CK相比，秸稈覆蓋保水劑、保水劑、秸稈覆蓋處理下穗行數、行粒數、千粒重均比CK高，穗行數差異不顯著；覆蓋保水劑處理行粒數顯著高于其他處理，分別比保水劑、秸稈覆蓋、CK高4.77%、5.08%、13.50%；覆蓋保水劑處理千粒重分別比保水劑、秸稈覆蓋、CK高2.58%、4.13%、6.04%；覆蓋保水劑處理總耗水量分別比保水劑、秸稈覆蓋、CK低0.72%、3.61%、6.01%。各處理產量顯著高于CK，較CK提高11.02%～23.34%。不同處理水分利用效率顯著高于CK，各處理之間差異顯著，覆蓋保水劑處理分別比保水劑、秸稈覆蓋、CK高8.92%、15.10%、30.72%。

表2 秸稈覆蓋保水劑對玉米成產因素及水分利用效率的影響

3 結論與討論

前人研究表明[10-11]：施用保水劑能夠改善土壤結構、吸收和保存降水，提高土壤含水量。李中陽[12]和楊永輝[10]等研究發現施用保水劑可顯著提高小麥田土壤含水量。白文波[13]和馮耀祖[14]等研究表明：在新疆地區，施用保水劑在棉花上效果較好，并且越干旱效果越明顯。吳陽生等[15]在吉林省西部半干旱地區鹽漬化研究發現，施用保水劑顯著提高玉米不同生育期不同土層含水量。秸稈覆蓋不僅能夠減少地表蒸發，而且能夠增加土壤有機質，提高土壤保水持水的能力，從而增加土壤含水量、儲水量。本試驗研究表明，在季節性干旱經常發生的豫東地區，秸稈覆蓋保水劑相結合處理能夠明顯提高不同層次土壤含水量。這與前人研究的施用保水劑、秸稈覆蓋能夠增加土壤含水量的結論基本一致。

研究表明，保水劑在不同作物上均有良好的效果，不同程度地提高了作物的干物質量及水分利用效率[8,11-17]。也有研究表明秸稈覆蓋能提高玉米的干物質量和水分利用效率[2-3,6-7]。本試驗研究表明，秸稈覆蓋和保水劑相結合顯著提高了不同生育階段的干物質量和水分利用效率。劉殿紅[16]和張揚[17]等研究表明：保水劑能顯著增加馬鈴薯產量和水分利用效率。武繼承等[18]研究表明：秸稈覆蓋+保水劑能夠使小麥增產20.1%，水分利用效率顯著提高的結果相似。說明在季節性干旱較為嚴重的豫東地區，秸稈覆蓋和保水劑相結合能夠明顯提高土壤含水量和儲水量，最終提高產量和水分利用效率，由于2013年商丘地區整個玉米生育期，降雨較往年少，本試驗的玉米增產效果十分顯著，使用保水劑的處理效果較好。但在降水正常或者過多的年份，試驗效果有待進一步研究。