旱地春玉米不同寬窄行比例對降雨再分配特征及產(chǎn)量的影響

關(guān)鍵詞：旱地玉米;寬窄行;莖稈流;冠層截流;穿透雨

旱地春玉米生育期不進(jìn)行灌溉，生長所需水分豐要來自土壤水分和降雨量，而土壤水分則受地下水和冬季降雪的影響。即旱地春玉米穩(wěn)產(chǎn)的關(guān)鍵是提高生育期降雨利用程度。作物冠層能夠截留部分降雨，導(dǎo)致降雨進(jìn)行再分布，進(jìn)而對地下作物根系的分布產(chǎn)生影響。韓雪等研究表明，玉米的冠層對自然降雨的截留量較高，并且受到玉米的種植密度、降雨強(qiáng)度等因素影響;孫增慧等研究表明，玉米種植行距導(dǎo)致冠層差異，進(jìn)而影響自然降雨的分配。因此，玉米行距可以通過植株葉面積調(diào)整冠層，進(jìn)而影響自然降雨的分配。寬窄行種植是調(diào)整玉米行距的重要栽培技術(shù)。梁熠等、李王成等研究表明，玉米寬窄行種植可促進(jìn)生長發(fā)育，增加葉面積，提高上壤含水量，實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)。

本研究以玉米種植寬窄行為變量，研究玉米葉面積指數(shù)對自然降雨再分配，進(jìn)而導(dǎo)致的土壤耗水差異，以及最終對玉米產(chǎn)量的影響。為旱作春玉米的科學(xué)密植，自然降雨利用程度的提高，以及產(chǎn)量穩(wěn)定提供一定的理論依據(jù)。

1材料和方法

1.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2019年4月-2020年9月在山西省晉中市太谷縣山西農(nóng)業(yè)大學(xué)申奉村試驗(yàn)站進(jìn)行。該地區(qū)位于太谷縣城東北，汾河二級階地上，耕地屬石灰性褐土，耕作制度為一年一作。試驗(yàn)設(shè)置四種種植模式，分別是KZI（寬行80cm，窄行20cm）、K22（寬行70cm，窄行30cm）、K23（寬行60cm，窄行40cm）和對照CK（行距50cm）。試驗(yàn)采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，重復(fù)3次。供試小區(qū)面積為4mx5m=20m2。肥料施用量為氮素150kg·hm-2，磷素90kg·hm-2，于播前撒施到土壤表面，通過旋耕機(jī)混入0-20cm土層。種植密度為67500株·hm-2，播種方式為穴播。本試驗(yàn)采用玉米品種‘強(qiáng)盛388’。2019年生育期降水量為228.3mm，2020年生育期降水量為482.8mm。

1.2測定指標(biāo)及方法

1.2.1土壤含水量的測定及土壤耗水量的計(jì)算播前挖200cm土壤剖面，通過環(huán)刀法測定土壤容重。分別于播前和收后采用上鉆法采集0-200cm的土樣，其中0-100cm土層測定間隔為10cm，100cm以下的上層測定間隔為20cm，采集完裝入鋁盒中稱鮮土重，然后105℃烘干至恒重稱重，計(jì)算土壤質(zhì)量含水量并根據(jù)土壤容重計(jì)算體積含水量。

土壤耗水量=收獲后的含水量一播前含水量+生育期降水量

1.2.2葉面積指數(shù)的測定分別于玉米6葉期、拔節(jié)期、開花期、灌漿期和乳熟期，每小區(qū)隨機(jī)選定5株，用卷尺測量玉米葉片的長度（ai）和寬度（bi），根據(jù)單株葉面積和種植密度計(jì)算。計(jì)算公式如下：

1.2.3冠層截流量及穿透雨量的測定

于拔節(jié)期開始，每小區(qū)選5株具代表性植株，在植株下端安裝集水漏斗，漏斗下部連接導(dǎo)水管，將收集的莖稈流導(dǎo)人集水桶，然后通過量筒測定其體積;穿透雨則在測定莖稈流的植株四周鋪設(shè)寬度塑料盒，塑料盒覆蓋范圍等于2倍行距x2倍柱距;在試驗(yàn)地外圍空地出放置雨量筒記錄每次降雨量。

2結(jié)果與分析

2.1寬窄行對春玉米葉面積指數(shù)的影響

不同處理間春玉米葉面積指數(shù)在拔節(jié)期后出現(xiàn)差異（表1）。2019年和2020年6葉期處理間差異不顯著。2019年，撥節(jié)期、開花期、灌漿期和乳熟期的K23處理葉面積指數(shù)最高（Plt;0.05），其他處理間差異不顯著，其中乳熟期的CK和K23處理間差異不顯著。2020年，拔節(jié)期、開花期、灌漿期和乳熟期的K22處理葉面積指數(shù)最高（Plt;0.05），CK處理最低（Plt;0.05），其中乳熟期和CK與K23間差異不顯著，且處理KZI與K23發(fā)生于時(shí)期不同，差異性表現(xiàn)不同。可見，2019年和2020年葉面積指數(shù)最高的處理分別是K23和K22。

2.2寬窄行種植對農(nóng)田降水再分配的影響

2.2.1寬窄行對農(nóng)田降水再分配的影響

春玉米生育期降雨分配中，莖稈流比例最高，截留比例次之，穿透比例最低（圖1）。2019年和2020年的莖稈流比例均是K23最高（Plt;0.05），其中2019年的CK最低（Plt;0.05），2020年KZI和K22低于CK（Plt;0.05）;穿透比例均是KZI最高（Plt;0.05），2019年其他三個(gè)處理差異不顯著，2020年KZI和K22顯著于CK（Plt;0.05）;2019年截留比例CK最高（Plt;0.05），2020年則是K23最高（Plt;0.05），次之K22，KZI。可見，KZI處理穿透比例高，K23處理莖稈流比例高。

2.2.2莖稈流、穿透、截留比例間的關(guān)系

第一主成分（PI）的貢獻(xiàn)率最高，第二主成分（P2）次之，第三主成分（P3）最低（表2）。第一豐成分的特征值和貢獻(xiàn)率分別是1.77，59.15%，即對總體的貢獻(xiàn)最大;根據(jù)權(quán)重系數(shù)，第一主成分的權(quán)重較高的是莖稈流比例（X1）和穿透比例（X2），分別是-0.75，0.58。可見，莖稈流比例和穿透比例對總體的影響較大。

2.3寬窄行種植對農(nóng)田土壤水分消耗的影響

上壤水分消耗量最大的土層是100-200cm（表3）。2019年，處理CK與K23的0-50cm土層耗水為負(fù);0-50cm上層耗水最小，且處理間差異不顯著;處理K23的50-100Cm土層耗水最低（Plt;0.05），且其他三個(gè)處理間差異不顯著;處理CK和K23的100-200cm土層耗水最高（Plt;0.05），KZI和K22最低（Plt;0.05），且CK與K23、KZI與K22處理間差異不顯著;處理CK的0-200cm土層耗水最高（Plt;0.05），且與K22間差異不顯著。2020年，0-200cm、0-50cm和50-100cm土層耗水均為負(fù);0-50cm土層耗水最小，處理CK與K23最高（Plt;0.05）.且兩者間差異不顯著，K22最低（Plt;0.05）;處理KZI的50-100cm土層耗水最低（Plt;0.05），且其他三個(gè)處理間差異不顯著;處理K22的0-200cm土層耗水最低（Plt;0.05），且與K22間差異不顯著;處理CK和K23的0-200cm土層耗水最高（Plt;0.05），KZI和K22最低（Plt;0.05），且CK與K23、KZI與K22處理間差異不顯著。可見，處理CK土壤耗水較高，玉米100-200cm土層次耗水較高。

2.4寬窄行種植對春玉米產(chǎn)量和水分利用的影響

2019年處理K23的產(chǎn)量最高，2020年則是處理K22最高（表4）。2019年。處理K23產(chǎn)量最高（Plt;0.05），處理CK和KZI最低（Plt;0.05），其處理間差異不顯著;處理CK的耗水量最高（Plt;0.05），且與處理K22間差異性不顯著;處理K23水利利用率最高（Plt;0.05），處理CK最低（Plt;0.05）。2020年，處理KZI和K22最高（Plt;0.05），處理CK和K23最低（Plt;0.05），且KZI與K22、CK與K23處理間差異不顯著;處理CK耗水量最高，且與處理KZI間差異不顯著，處理K22最低;處理K22水分利用率最高，CK和K23最低，且處理間差異不顯著。可見，處理CK產(chǎn)量和水分利用率較低，耗水量較高;2019年的處理K23和2020年處理K22的產(chǎn)量和水分利用率較高，耗水量較低。

3結(jié)論與討論

玉米寬窄行的種植模式能夠影響植株的生長發(fā)育，導(dǎo)致葉面積的差異。本研究表明，各處理葉面積指數(shù)在拔節(jié)期出現(xiàn)差異。這可能是玉米生長初期，水分和養(yǎng)分供應(yīng)充足且2019年、2020年生育期降雨差異較大，分別是228.3，482.8mm，即2019年為少雨年份，2020年為多雨年份;拔節(jié)期、開花期、灌漿期和乳熟期的葉面積指數(shù)，少雨年份最高是處理K23（寬行60cm，窄行40cm），多雨年份最高處理是K22（寬行70cm，窄行30cm），其他處理差異較小。這與孫增慧等、劉武仁等、鄭金玉等研究結(jié)論一致，寬窄行能夠增加植株葉面積指數(shù);兩年處理表現(xiàn)差異可能是由于生育期降雨量差異較大所致。后續(xù)可對不同降雨量下不同寬窄行模式進(jìn)行進(jìn)一步研究。

寬窄行由于空間分布和葉面積差異，直接影響對降雨的截留，進(jìn)而影響降雨的莖稈流和穿透。本研究表明，春玉米生育期降雨分配中，莖稈流比例最高，截留比例次之，穿透比例最低。這可能是由于降雨過程中，玉米葉片多為致密截留降雨，并沿植株莖稈流向地面，莖稈流最大，而植株葉片面積較大，導(dǎo)致水從液態(tài)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)。處理KZI（寬行80cm，窄行20cm）穿透比例高，處理K23（寬行60cm，窄行40cm）莖稈流比例高。這可能是KZI處理的寬行、窄行差異較大、KZI處理寬行、窄行差異較小導(dǎo)致。進(jìn)一步將莖稈流、穿透、截留比例進(jìn)行主成分分析，表明莖稈流比例和穿透比例對總體影響較大。這可能是截留的降水主要用于蒸發(fā)，也可能是樣本量不夠?qū)е拢枰鲞M(jìn)一步研究。

寬窄行導(dǎo)致的行間距差異直接影響土壤水分的蒸散，間接導(dǎo)致植株生長發(fā)育差異的水分吸收。本研究表明，土壤水分消耗量最大的土層是100-200cm，這與孫占祥瑞等、王喜慶等研究結(jié)論一致，玉米根系較發(fā)達(dá)，能夠利用深層次土壤水分;處理CK（行距50cm）總耗水較高，即寬窄行降低了土壤水分的消耗，這與劉武仁等、王慶杰等研究結(jié)論一致，寬窄行通過根系影響土壤結(jié)構(gòu)，增加上壤蓄水保水能力，降低土壤水分消耗。

寬窄行能夠影響玉米產(chǎn)量。本研究表明，處理CK（行距50cm）產(chǎn)量和水分利用率較低，耗水量較高，即寬窄行提高了產(chǎn)量和水分利用率，降低了耗水量，這與王慶杰等研究結(jié)論一致，而與盧憲菊等在東北風(fēng)沙土研究結(jié)論不同，豐要原因可能是研究區(qū)域土質(zhì)差異不同，本文是石灰性褐土，其人滲性能與風(fēng)沙上有較大差異;少雨年份的處理K23和多雨年份處理K22的產(chǎn)量和水分利用率較高，耗水量較低，兩年處理表現(xiàn)差異可能是由于年際間生育期降雨量差異達(dá)254.5mm，這也表明不同寬窄行對降雨量響應(yīng)的不同，這還需要做進(jìn)一步研究。

綜上，寬窄行能夠影響拔節(jié)后的植株葉面積指數(shù)，改變降雨分配中的莖稈流比例和穿透比例，進(jìn)而減少土壤耗水、總耗水，增加籽粒產(chǎn)量和水分利用率。其中，少雨年份處理K23（寬行60cm，窄行40cm）葉面積指數(shù)、莖稈流比例高，耗水量低，產(chǎn)量和水分利用高，多雨年份則是處理K22（寬行70cm，窄行30cm）。