劉 志, 肖繼兵, 崔麗華

(1.遼寧省水土保持研究所, 遼寧 朝陽 122000； 2.朝陽師范高等?？茖W校， 遼寧 朝陽 122000)

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壟膜溝種不同溝壟比對春玉米水分利用和產(chǎn)量的影響

劉 志1, 肖繼兵1, 崔麗華2

(1.遼寧省水土保持研究所, 遼寧 朝陽 122000； 2.朝陽師范高等?？茖W校， 遼寧 朝陽 122000)

為進一步提高半干旱區(qū)春玉米水分利用效率和產(chǎn)量，設計3種壟膜溝種不同溝壟比帶型，分別為60 cm∶60 cm，60 cm∶45 cm和60 cm∶30 cm，以傳統(tǒng)種植為對照，研究不同處理對土壤水分和玉米產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明：在2008—2009年的兩年試驗中，壟膜溝種不同帶型處理的平均土壤貯水量在玉米整個觀測期基本上比對照不同程度有所增加。由于兩年間降雨量不同且降雨分布不均，使2008—2009年度溝壟集雨種植玉米產(chǎn)量差異很大。但不同帶型增產(chǎn)趨勢基本一致，兩年間不同帶型壟膜溝種的產(chǎn)量比對照分別增加9.85%～14.52%和24.88%～27.20%，水分利用效率分別比對照增加12.57%～14.75%和7.42%～18.03%。通過回歸分析得出在遼西半干旱地區(qū)玉米壟膜溝種比較適宜的溝壟比為60 cm∶40.5 cm，此條件下可使玉米理論產(chǎn)量達到最高。壟膜溝種技術(shù)是適合于半干旱地區(qū)能較好提高水分利用效率和產(chǎn)量的一種種植方式。

壟膜溝種; 溝壟比; 春玉米; 土壤水分; 產(chǎn)量

遼西地區(qū)是典型的半干旱雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)，降水主要集中在夏季，春季降雨偏少，對春播保苗和幼苗生長極為不利，降水資源緊缺是限制本區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要因素。旱作區(qū)農(nóng)田產(chǎn)量的增加要從水分要素入手，通過集雨、蓄水等途徑，利用有限降水提高作物水分利用效率，這是該區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展的基本途徑[1-2]。壟溝種植有利于改善田間小氣候，有效提高土壤溫度，減小風速，攔截徑流，減少土壤流失，增加土壤蓄水，達到集水、保墑、增溫的效果。同時有利于作物通風透光，充分發(fā)揮邊行優(yōu)勢。在壟背上覆蓋地膜，不僅有增溫保墑和減輕風蝕的作用，而且使自然降雨特別是<10 mm的無效或微效降雨能很快形成徑流貯存到膜側(cè)作物根部，將有限的降水盡量保留和集中到溝內(nèi)種植區(qū)，使降雨在農(nóng)田內(nèi)就地實現(xiàn)空間再分配[3-4]，集水功能明顯提高，從而使降水入滲更深，蒸發(fā)損失越小[2,5-6]，使水分利用效率增加，從而達到提高降雨資源利用率和玉米產(chǎn)量的目的[7-12]。田間溝壟微型集雨系統(tǒng)溝壟比及溝寬和壟寬的不同，會對集水效果、土壤水分及作物產(chǎn)量產(chǎn)生一定的影響。關(guān)于溝壟微型集水種植幾何關(guān)系的確定前人分別做了關(guān)于馬鈴薯、紫花苜蓿、谷子、春小麥、冬小麥和燕麥等作物的試驗研究，分別確定了該作物在當?shù)販蠅盼⑿图N植中的最優(yōu)溝壟比[13-19]，王俊鵬[20]、Li[21]等研究認為玉米溝壟微集水種植最優(yōu)溝寬和壟寬均為60 cm效果較好。

玉米是遼西地區(qū)的主要作物，其整個生育期需水量較多。而遼西地區(qū)玉米生育期多年平均降雨量少且季節(jié)分布不均，難以滿足玉米高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)所需。要提高該區(qū)玉米產(chǎn)量，關(guān)鍵就是提高玉米對自然降雨的利用率。壟膜溝種方式可有效提高自然降雨利用率，然而該區(qū)玉米壟膜溝種最優(yōu)溝壟比的研究卻鮮有報道。為了進一步明確遼西地區(qū)(朝陽)玉米壟膜溝種微集水種植最優(yōu)溝壟比，本文研究2008—2009年壟膜溝種不同溝壟比條件下對土壤水分、玉米產(chǎn)量和水分利用效率的影響，以期為該區(qū)玉米壟膜溝種提供一定的理論依據(jù)。

1　試驗材料與方法

1.1試驗區(qū)概況

試驗于2008—2009年在遼寧省水土保持研究所示范基地(朝陽)進行，該區(qū)地處40°35′—42°20′N，118°50′—121°20′E，屬北溫帶大陸性季風氣候區(qū)，四季分明，溫差大，年平均氣溫約7.15℃，年平均日照時數(shù)約2 800 h，10℃以上積溫平均為3 220℃左右，無霜期約150 d，年平均降水量為438.9 mm，降水年際變化大，季節(jié)分布不均，70%～74%的降水集中在6—8月份，常以暴雨落下，水土流失嚴重。該區(qū)春季降水少，春風多，蒸發(fā)量大，以旱作農(nóng)業(yè)為主。供試土壤類型為褐土，土壤質(zhì)地為砂壤土，旱作平地，耕層土壤容重1.30 g/cm3，pH為7.82，有機質(zhì)含量為11.9 g/kg，全氮為0.69 g/kg，速效氮為58 mg/kg，速效磷為19.2 mg/kg，速效鉀為126 mg/kg。

1.2試驗設計

該試驗共設置3種溝壟比，溝寬60 cm為定值，壟寬分別設為30，45，60 cm，壟高均為15 cm左右，以傳統(tǒng)種植為對照。用犁起壟輔以人工修建成相間分布的溝和壟，壟上覆蓋地膜，地膜厚度0.008 mm，播種時在溝內(nèi)膜側(cè)種植兩行玉米。隨機區(qū)組排列，3次重復。每重復每處理10行區(qū)，行長10 m。供試作物為春玉米，品種為鐵研24號，各處理種植密度約為52 500株/hm2，傳統(tǒng)種植行距50 cm。每處理施肥量相同，種肥為磷酸二銨(375 kg/hm2，N 18%，P2O546%)，拔節(jié)初期追施尿素(375 kg/hm2，N 46%)。每年4月上中旬起壟覆膜，5月初播種，9月末收獲。

1.3測定項目與方法

1.3.1土壤含水量用烘干法測定，由于旱地玉米根系入土深度一般約1 m，0—50 cm 的土層中根量約占總根量的90%左右，因此播前和收獲后測1 m深土壤水分，計算玉米耗水量。在玉米主要生育期(苗期、拔節(jié)期、抽雄期和灌漿期)測0—60 cm深土壤水分，分6個層次，分別為0—10，10—20，20—30，30—40，40—50，50—60 cm。

1.3.2土壤貯水量及水分利用效率

W=h×p×b%×10

(1)

式中：W——土壤貯水量(mm)；h——土層深度(cm)；p——土壤容重(g/cm3)；b%——土壤水分質(zhì)量百分數(shù)。

ET=P+ΔW

(2)

WUE=Y/ET

(3)

式中：ET——作物耗水量(mm)；WUE——水分利用效率[kg/(mm·hm2)]；P——作物生育期間降雨量(mm)；Y——按溝壟總面積計算的玉米籽粒產(chǎn)量(kg/hm2)；ΔW——作物播前和收獲后測定的1 m土層土壤貯水量的變化(mm)。玉米生育期間未灌溉，試驗區(qū)地勢平坦，地下水埋藏很深，因此地表徑流和地下水補給量忽略不計。

1.3.3蓄墑增加率

蓄墑增加率=(ΔW處理-ΔWCK)/ΔWCK×100%

(4)

式中：ΔW——降水前后農(nóng)田某土層內(nèi)蓄水量增量(mm)。

1.3.4產(chǎn)量在玉米籽粒成熟期取樣測產(chǎn)，產(chǎn)量按籽粒含水量18%計。

1.4數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2003進行數(shù)據(jù)計算及繪圖，DPS 8.5軟件進行新復極差測驗。

2　結(jié)果與分析

2.1試驗區(qū)降雨特征分析

2008年玉米生育期間降雨量為461.1 mm，2009年試驗區(qū)遭遇嚴重的夏旱和秋旱，玉米生育期間降雨量僅為270.4 mm。該試驗區(qū)同期近20年平均降雨量為382 mm，同期近10年平均降雨量為366 mm。由此可見，2008年為豐水年，2009年為嚴重干旱年。由圖1可見，玉米生育期間降雨呈明顯的單峰式分布。6—8月份平均降雨占玉米生育期平均降雨總量的88.45%，以7月份降雨最多，9月份降雨最少。兩年間玉米生育期總計降雨70次，<5 mm的降雨次數(shù)占48.57%，<10 mm的降雨次數(shù)占72.86%，75.43%的降雨量來源于>10 mm的降雨，可見此區(qū)玉米生育期間降雨以小雨為主，降雨總量來源于次數(shù)不多的中到大雨。壟膜溝種微集雨種植可有效利用微小降雨，使有限的降雨集中使用，使降雨資源充分有效化，從降雨特征分析可以看出，此技術(shù)模式在該區(qū)具有廣闊的應用前景。

圖1玉米生育期間月降雨分布

2.2不同帶型壟膜溝種集雨增墑效果

在玉米生長期內(nèi)雨季增墑期，對不同帶型微集水種植降雨前后土壤水分進行了測定，比較不同帶型壟膜溝種集雨增墑效果(表1)。結(jié)果表明，各處理雨前(6月8日)在長時間無有效降雨情況下，不同處理雖然在個別層次土壤水分存在一定的差異，但不同處理60 cm范圍內(nèi)平均土壤含水量差異不顯著，微集水種植沒有表現(xiàn)出明顯的增墑效果。6月9日降雨量35 mm，一場有效降雨過后，壟膜溝種不同帶型60 cm范圍內(nèi)平均土壤含水量與對照相比差異顯著，3種帶型之間土壤含水量差異不顯著。隨著土層深度的增加，雨后不同處理土壤水分增加幅度逐漸降低。從降水入滲深度上分析，壟膜溝種3種處理降水入滲深度至少達到60 cm，而對照降水入滲深度只有40 cm深，降水入滲越深，蒸發(fā)損失越小，則集雨增墑效果就越好。觀測期間土壤水分測定深度只有60 cm深，如果測定深度更深一些，則對不同帶型壟膜溝種強化降雨入滲深度及下文玉米生育期間土壤水分的分析會更充分。雨后不同帶型壟膜溝種土壤水分增量在60 cm范圍內(nèi)分別高出雨前6.71%，5.87%，6.13%，對照雨后土壤含水量高出雨前3.85%?？梢?，壟膜溝種確有一定的集雨、蓄水、增墑效果。3種不同帶型60 cm∶60 cm，60 cm∶45 cm和60 cm∶30 cm較對照增蓄水量分別為24.02，16.97，19.15 mm，蓄墑增加率分別為74.29%，52.47%和59.22%。

表12009年不同處理雨前和雨后土壤含水量

降雨前后處理土壤層次0—10cm10—20cm20—40cm40—60cm平均值(0—60cm)60cm∶60cm6.85±1.12bA9.20±2.59aA12.61±0.89aA9.71±3.27aA10.11±0.71aA雨前土壤60cm∶45cm7.85±0.77abA11.04±1.03aA11.17±1.73abA12.46±4.71aA11.03±0.86aA水分/%60cm∶30cm9.09±1.49aA12.34±3.52aA10.18±1.16bA8.68±4.12aA9.86±0.69aACK7.36±0.59abA9.49±2.53aA11.23±0.73abA9.39±3.50aA9.68±1.06aA60cm∶60cm19.85±0.99aA19.32±1.50aA17.84±2.02aA13.05±3.37abA16.82±0.93aA雨后土壤60cm∶45cm19.42±1.38aA19.32±2.79aA16.48±1.59aA14.86±3.29aA16.90±1.99aA水分/%60cm∶30cm19.14±2.83aA20.28±0.83aA16.35±0.55aA11.92±3.94abA15.99±0.99aACK19.79±1.03aA17.66±1.96aA14.82±2.17aA7.06±1.56bA13.53±0.78bA60cm∶60cm13.0010.125.233.346.71土壤水分60cm∶45cm11.578.285.312.405.87增量/%60cm∶30cm10.057.946.173.246.13CK12.438.173.59-2.33 3.85

注：表中小寫字母為差異顯著，大寫字母為差異極顯著，下表同。

2.3不同帶型壟膜溝種對玉米生育期間土壤水分的影響

圖2中所測水分為種植區(qū)行間(溝間)和株間(膜側(cè))平均水分，不同處理土壤水分變化趨勢基本一致。從2008年所測結(jié)果分析，各處理從苗期到抽雄期土壤水分都較高，各時期土壤水分變化不大，這主要是2008年玉米生育期間降雨較多的緣故。苗期3種帶型60 cm∶60 cm，60 cm∶45 cm，60 cm∶30 cm土壤水分分別高出對照2.52，-2.52，7.05 mm，拔節(jié)期分別高出對照24.94，2.85，15.03 mm，抽雄期分別高出對照2.36，5.72，4.20 mm，灌漿期分別高出對照7.65，6.30，13.44 mm，3種帶型整個觀測期平均土壤水分分別高出對照9.37，3.09，9.93 mm；2009年試驗區(qū)發(fā)生嚴重的夏旱和秋旱，降雨量較2008年減少很多，除苗期和灌漿期土壤水分與2008年相近外，其余時期各處理土壤水分都明顯低于2008年。苗期3種帶型60 cm∶60 cm，60 cm∶45 cm，60 cm∶30 cm土壤水分分別高出對照9.75，15.29，7.56 mm，拔節(jié)期分別高出對照3.61，11.34，1.51 mm，抽雄期分別高出對照-4.45，7.06，-0.34 mm，灌漿期分別高出對照16.04，3.28，-12.18 mm，其中60 cm∶60 cm和60 cm∶45 cm兩種帶型整個觀測期平均土壤水分分別高出對照6.24，9.24 mm，60 cm∶30 cm帶型整個觀測期平均土壤水分低于對照0.86 mm。從兩年土壤水分調(diào)查結(jié)果分析，不同帶型集水種植整個觀測期平均土壤水分與對照相比增幅不是非常明顯，這是由于在多雨年份(2008年)水分不再是限制玉米生長的關(guān)鍵因子，而在嚴重干旱年份(2009年)可集雨水少，壟膜溝種集雨增墑功能受到抑制，即在豐水年或嚴重干旱年壟膜溝種集雨增墑效果會受到一定影響。

圖2不同處理生育期間0-60 cm土壤水分

2.4不同帶型壟膜溝種對玉米株高的影響

從圖3可以看出，不同處理各生育時期以60 cm∶60 cm處理株高最高。苗期—大喇叭口期階段，壟膜溝種不同帶型集雨種植株高與傳統(tǒng)種植差異極顯著，各帶型之間株高差異不明顯；在灌漿期，溝壟比為60 cm∶60 cm的帶型株高與傳統(tǒng)種植差異極顯著，60 cm∶45 cm帶型與傳統(tǒng)種植株高差異顯著，60 cm∶30 cm帶型與傳統(tǒng)種植株高差異不顯著。由于遼西半干旱區(qū)水分是限制該區(qū)玉米生產(chǎn)的主要障礙因子，壟膜溝種處理可有效匯集自然降水，具有一定的集雨、蓄水、保墑效果，可有效改善玉米種植區(qū)的土壤水分條件，從而促進了玉米的生長發(fā)育。

2.5不同帶型壟膜溝種對玉米產(chǎn)量的影響

從表2可以看出，不同年份由于降雨量及降雨分布的差異，兩年間玉米產(chǎn)量差異非常大，但不同帶型壟膜溝種玉米產(chǎn)量較對照的增產(chǎn)趨勢基本一致。兩年間不同帶型壟膜溝種玉米水分利用效率較對照都不同程度增加。這是由于壟膜溝種微集雨種植壟上

覆蓋地膜，不僅土壤蒸發(fā)面減少，而且使無效或微效降雨充分有效化，改變了降雨的空間分布，使有限降雨集中在溝內(nèi)種植區(qū)，通過強化降雨入滲深度，起到了蓄墑保墑的效果，使“集、蓄、?！?個技術(shù)環(huán)節(jié)緊密結(jié)合起來，最大限度滿足玉米對水分的需求，提高了降雨資源利用率，從而提高土壤水分，促進玉米生長，提高了產(chǎn)量和水分利用效率。在干旱年份壟膜溝種集雨種植增產(chǎn)幅度較大。

注:大小寫字母分別表示差異極顯著和差異顯著。

圖32009年不同處理株高變化

表2不同處理產(chǎn)量及水分利用效率

處理2008年產(chǎn)量/(kg·hm-2)比CK增產(chǎn)/%WUE/(kg·mm-1·hm-2)比CK增加/%2009年產(chǎn)量/(kg·hm-2)比CK增產(chǎn)/%WUE/(kg·mm-1·hm-2)比CK增加/%60cm∶60cm10464aA9.8520.3612.576716aA24.8821.7015.5660cm∶45cm10742aA12.7720.7614.756785aA26.1622.1718.0360cm∶30cm10909aA14.5220.7414.666841aA27.2020.177.42CK9526bA—18.09—5378bA—18.78—

為了確定在溝壟微型集水種植體系中的最佳溝壟比例，設對照和壟膜溝種集水處理單位面積的經(jīng)濟產(chǎn)量(壟膜溝種處理的經(jīng)濟產(chǎn)量計算包括壟面積和溝面積)為y，覆膜條件下壟寬為x(x分別為0，30，45，60 cm，0 cm指傳統(tǒng)種植)，如圖4所示，它們之間的關(guān)系可用一元二次回歸方程表達。

對回歸方程進行微分處理，發(fā)現(xiàn)當壟寬分別為38，43 cm時，經(jīng)濟產(chǎn)量最高，其期望值可以達到10 891，6 899 kg/hm2。取兩年壟寬平均值40.5 cm時，經(jīng)濟產(chǎn)量最高。在干旱年份壟膜溝種覆膜壟相對寬些。

圖4不同處理產(chǎn)量與壟寬的關(guān)系

3　討論與結(jié)論

3.1討 論

溝壟間的幾何關(guān)系指溝壟比值、寬窄及高度差等方面，溝壟比值和寬窄不同，對降雨的再分配能力也不同，進而影響作物的產(chǎn)量。連續(xù)兩年試驗表明，在朝陽地區(qū)溝壟微型集水種植玉米在溝寬∶壟寬=60 cm∶40.5 cm，此時經(jīng)濟產(chǎn)量理論最高。王俊鵬[20]和李小雁[22]等認為玉米壟膜溝種最適溝壟比為60 cm∶60 cm，壟高分別為40 cm和15 cm時，能更好地發(fā)揮農(nóng)田微集水技術(shù)的綜合增產(chǎn)效應及提高水分利用率的作用。曹玉琴等[23]在甘肅定西地區(qū)進行玉米溝壟覆蓋試驗，將溝壟比按3∶1比例起壟覆膜，壟高20 cm。本研究結(jié)果與上述前人的研究結(jié)果存在一定的差異，這可能與不同地區(qū)的降雨特征、耕作習慣和土壤性質(zhì)等有關(guān)。溝、壟寬度和溝壟比的設計即要保證有適宜的溝寬以保證溝內(nèi)作物適當?shù)姆N植密度和種植方式，又要有適宜的壟寬以確保集水、保墑效果。增加起壟覆膜寬度,固然提高了產(chǎn)流量和種植區(qū)水分，但產(chǎn)流區(qū)面積的增加必然引起種植區(qū)面積的相對減少[24]，產(chǎn)流區(qū)面積增加帶來的水分富集所引起的增產(chǎn)效果能否彌補因種植區(qū)面積減少而帶來的減產(chǎn)效果，還需綜合考慮。本文雖然理論分析在溝寬60 cm條件下，壟寬在38～43 cm時玉米產(chǎn)量最高，但從兩年試驗結(jié)果可知，壟膜溝種不同溝壟比處理產(chǎn)量差異并不顯著。同時已有研究[24]表明，年降水量400 mm以上的半干旱或半濕潤易旱區(qū)，一般要求起壟覆膜產(chǎn)流區(qū)寬度小于種植區(qū)寬度。遼西地區(qū)包括朝陽、阜新、葫蘆島和錦州部分區(qū)域，年降水量為300～500 mm，在這一降水量下如何科學構(gòu)建玉米壟膜溝種合理的溝壟寬窄及比值需重點結(jié)合當?shù)氐臍夂蛱卣鳌⒏髁晳T、機械水平、土壤和作物品種等因素因地制宜的確定。

3.2結(jié) 論

通過連續(xù)兩年試驗表明，壟膜溝種微集水種植具有一定的集雨蓄水保墑效果，無論在豐水年或嚴重干旱年玉米生育期平均土壤水分基本都不同程度高于傳統(tǒng)種植。不同帶型處理株高在玉米不同生育階段都不同程度高于傳統(tǒng)種植。2008—2009年不同帶型壟膜溝種處理較傳統(tǒng)種植增產(chǎn)幅度分別為9.85%～14.52%和24.88%～27.20%，水分利用效率較傳統(tǒng)種植分別增加12.57%～14.75%和7.42%～18.03%。通過連續(xù)兩年試驗表明，朝陽地區(qū)溝壟微型集水種植玉米比較適宜的溝壟比為1∶0.7左右，即溝寬∶壟寬=60 cm∶40.5 cm，此時經(jīng)濟產(chǎn)量理論最高。

本研究土壤水分測定深度只有60 cm，如果測定深度更深一些，土壤水分數(shù)據(jù)會更有說服力。同時本研究壟膜溝種只設置了3種溝壟比且溝寬60 cm為定值，如果多設置幾種溝壟比及溝寬多設置幾種寬度，則朝陽地區(qū)壟膜溝種最優(yōu)溝壟比的研究結(jié)果會更具說服力。

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Effects of Different Ratios of Furrow to Ridge Under Ridge Film Mulching and Furrow Seeding on Water Use and Yield of Spring Corn

LIU Zhi1, XIAO Jibing1, CUI Lihua2

(1.InstituteofSoilandWaterConservationofLiaoning,Chaoyang,Liaoning122000,China; 2.ChaoyangTeachersCollege,Chaoyang,Liaoning122000,China)

The purpose of this study was to make full use of the limited natural rainfall, improve water use efficiency in dry farming area and promote high and stable yield of spring corn. The experiment was designed as three strip shapes which were 60 cm∶60 cm, 60 cm∶45 cm and 60 cm∶30 cm, respectively, to study the impacts of different strip shapes on spring corn yield and soil water while conventional farming was set as CK during the period from 2008 to 2009. The results showed that soil water storage of different strip shapes increased compared separately to CK during growth period of corn. The output differences of spring cron were obvious because of the differences of rainfall and rainfall distribution during the period from 2008 to 2009. But the trend of increasing production of different stripshapes was same and the yield of different strip shapes increased by 9.85%～14.52% and 24.88%～27.20%, respectively, and water use efficiency increased by 12.57%～14.75% and 7.42%～18.03%, respectively, compared to CK through two years field experiments. By regression analysis, the optimum ratio of furrow to ridge for spring corn was about 60 cm∶40.5 cm, which made the theory corn production highest. This technology could improve water use efficiency and yield compared to CK in the semi-arid areas.

ridge film mulching and furrow seeding; ratio of furrow to ridge; spring corn; soil water; yield

2015-03-02

2015-03-13

科技部十一五國家科技支撐計劃(2006BAD29B06)

劉志(1963—),男,遼寧阜新人,研究員,本科,主要從事旱作農(nóng)業(yè)研究。E-mail:lncyliuzh@126.com

肖繼兵(1976—),男,遼寧朝陽人,副研究員,碩士,主要從事旱作農(nóng)業(yè)研究。E-mail:xiaojb2004@126.com

S513; S273.1

A

1005-3409(2016)01-0038-06