不同微集水方式对玉米田耗水规律的影响

冯良山 ，孙占祥 ，肖继兵 ，刘 洋 ，侯志研 ，田建全 ，尹晓丽

(1.沈阳农业大学，沈阳110161;2.辽宁省农业科学院，沈阳110161;3.辽宁省旱作节水工程技术研究中心，沈阳110161;4.辽宁省水土保持研究所，辽宁朝阳122000;5.宁河县农业技术推广中心，天津宁河301500)

农业水资源的供给能力制约着区域农业的发展，维系着农业生态系统及粮食安全，水资源短缺是半干旱地区农业生产的重要限制因素[1-2]。农田微集水技术是通过农田微地型的改变与覆盖保墒措施的有效结合，以提高降水保蓄率、水分利用率和利用效率。该技术将传统技术、保护性耕作技术和集雨技术有机结合，改善了农田生态用水环境，实现了降水资源的区域富集及储存，满足农作物的生长用水需求，抑制水土流失，是现代旱作农业发展的很好途径[3-6]。本试验通过对不同微集水方式耗水规律进行研究，以期能够全面地了解微集水蓄水保墒和提高水分利用效率的作用效果，为旱作农业发展提供理论和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验于2008年在辽宁省农业科学院阜新旱农实验区(阜新市阜新蒙古族自治县阜新镇，东经121°46′，北纬 42°09′)进行 ，供试玉米品种为辽单565号，供试土壤耕层理化性质如表1。

1.2 试验设计

试验采用随机区组设计，设4个处理，分别为:T1垄上覆膜沟内种植(沟宽65 cm，垄宽35 cm，垄上覆膜，沟内种植玉米两行，行距40 cm，株距35 cm，见图1);T2垄上覆膜沟内覆膜种植(在垄上覆膜的基础上，沟内也覆盖地膜，见图2);T3垄上覆膜沟内覆盖秸秆种植(在垄上覆膜的基础上，沟内覆盖玉米秸秆，如图3所示)。CK传统种植(行距50 cm，株距35 cm)。每个处理重复3次，小区面积为100 m2，每个小区四周埋设1 m深防水板并设置1 m隔离带，以防止田间径流和土壤水侧向渗漏。

玉米播种时间为4月26日，播种时施磷酸二铵(含N18%，P2O446%)和三元复合肥(含 N15%，P2O415%，K2O15%)各 150 kg/hm2作为种肥，播种后覆膜或秸秆，秸秆覆盖量为6 000 kg/hm2，覆膜栽培出苗后人工放苗，拔节期打孔追施尿素(含N46%)450 kg/hm2，其它管理正常。

表1 供试土壤基本理化性质

图1 垄上覆膜沟内种植

图2 垄上覆膜沟内覆膜

图3 垄上覆膜沟内覆秸秆

1.3 调查方法

1.3.1 土壤含水量 2007年每个小区内埋设1根TDR时域反射仪特制塑料管，2008年土壤稳定后，自玉米出苗起，每隔7 d用德国产TRIME-FM土壤剖面水分速测仪定点测定0-160 cm土壤含水量，每个深度梯度为20 cm，每个梯度读数3次，降雨后24 h后加测一次。

1.3.2 气象数据 试验田内设有自动气象观测站(T RM-ZS2型)，分别观测每天太阳辐射、日照时数、最高气温、最低气温、平均气温、平均风速、实际水汽压、相对湿度、气压、降雨量、蒸发量、土壤温度等气象要素。

1.3.3 玉米产量 收获前每个小区取30 m2单打单收测产，每个小区选取有代表性的10穗考种。

1.4 计算方法

1.4.1 参考作物蒸散量(ET0) 采用FAO Penman-Monteith公式进行计算，公式如(1)所示。

1.4.2 农田实际蒸散量(ETa) 采用土壤水分平衡法(2)进行计算。

式中:I——该时段内的灌水量(mm);P——该时段内的灌水量和降雨量(mm);RO——降雨和灌溉时土壤的表面径流量(mm)(本试验由于田间设有田埂，因此忽略);DP——深层土壤渗漏量(mm);CR——地下水由毛管上升到根区的水量(mm)(由于试验田地下水位较低，因此忽略);ΔSF——土壤水侧向渗漏量(mm)，包括侧向流入量SFin和侧向留出量SFout两项(本试验忽略);Δ SW——土壤含水量变化量(mm)。

1.4.3 作物需水量(ETc) 指生长在大面积农田上的无病虫害作物，在土壤水分和肥力适宜时，在给定的生长环境中能够取得高产潜力的条件下，为满足植株蒸腾、棵间蒸发、组成植株体的水量之和，可用公式(3)求得。

式中:Ks——土壤水分胁迫系数，在雨养条件下则采用公式(4)计算。

式中:s——耕层土壤实际含水量;sw——根系土壤凋萎系数;s*——耕层土壤田间持水量。

1.4.4 作物系数(Kc) 指不同发育期中需水量与参考作物蒸散量之比值，是农业节水灌溉的重要参考指标，近年来也将其应用到旱作农业研究领域，其公式为如下:

1.4.5 水分利用效率(WUE) 指单位体积水生产的作物产量，公式如(5)所示。

式中:Y——玉米单位面积产量(kg/hm2)。

2 结果与分析

2.1 不同处理对玉米田实际蒸散量的影响

从图4可以看出，几种处理中玉米田的日耗水量大小为CK＞T1＞T3≈T2。经计算，相对于对照，生育期 T2少耗水 49.87 mm，T3少耗水 43.06 mm ，T1少耗水29.39 mm。由此说明，微集水种植可有效增加农田覆盖度，减少土壤水分蒸发量。

图4 不同处理玉米田耗水量变化情况

2.2 不同处理对玉米田需水量的影响

参考作物蒸散量是由多种相关的气象数据计算得来，如图5所示，在玉米生育前期，多为晴朗天气，净辐射量较大、风速较大、空气湿度低，所以参考蒸散量不断升高并在5月中上旬达到最大值，为6.85 mm/d;玉米生育中期，阴雨天气增多，某段时间净辐射量有所减弱、风速变小、空气湿度高，致使参考作物蒸散量有所下降;玉米生育后期尽管晴朗天气增多，但随着净辐射量逐渐减少，参考作物蒸散量相对不高，这与以往的研究基本一致[7-9]。

在一定条件下作物需水量可以理解为作物达到水分潜力产量时某时段内蒸腾蒸发量[10]，作物需水量的大小与气象条件(辐射、温度、日照、湿度、风速)、土壤理化性状、作物种类及其生长发育阶段、农业技术措施、灌溉排水措施等有关，本试验条件下的不同处理作物需水量的差异主要与不同种植模式有关。玉米整个生育期内CK的作物需水量最大，其次为T1，再次为 T3，最少的为 T2。经计算，相对于对照，T2、T3和 T1生育期内需水量分别减少 81.66，69.20，48.45 mm 。

图5 不同处理玉米需水量和参考作物蒸散量变化情况(2008年)

2.3 不同处理对玉米作物系数的影响

从图6可以看出，玉米生长发育中前期，随着玉米的生长发育不断提高，8月中前期达到最大值，生育后期随着玉米新陈代谢不断衰老，作物系数不断降低。经计算，几种种植方式中CK的作物系数最大，平均作物系数为1.05;其次为 T1，平均作物系数为0.96(较CK减少0.09);再次为T2，平均作物系数为0.93(较CK减少0.12);最小的为T3，平均作物系数为0.89(较CK减少0.16)。

图6 不同处理玉米作物系数变化情况

2.4 不同处理对玉米产量和水分利用效率的影响

不同处理玉米产量及水分利用效率如表2所示。微集水种植各种种植方式与传统种植相比都不同程度地增加玉米产量，尤以T3和T2增产幅度大，同时微集水模式耗水量也较传统模式小，使水分利用效率有所提高，T3、T2和 T1分别比对照提高28.53%、22.86%和14.96%。

表2 不同处理产量及水分利用效率

3 结论

作为集水农业的一种新形式，农田微集水种植技术因其良好的农田水分调控效果及显著的增产效应倍受关注。近年来，有关农田微集水种植技术的研究形式日渐丰富，内容渐趋完善[11-14]。在半干旱区农田土壤水主要以土面蒸发的形式损失，蒸发量很大，农田微集水技术能够在对降水进行有效蓄集和调控的基础上，利用覆盖抑蒸理论，通过有效覆盖形成一个隔离层，阻断土壤中气体与大气的交换通道，减少土壤水的蒸发损失，而将水保蓄在土壤中，供作物利用，达到高效用水的目的[15]。

本试验条件下T2的保水效果最好，玉米生育期农田实际耗水量较传统模式减少49.87 mm，其次为T3，农田耗水量较传统模式减少43.06 mm，再次为T1，农田耗水量较传统模式减少29.39 mm。与此同时，微集水模式可以降低作物的需水量，T2、T3和T1分别较对照生育期内需水量减少 81.66，69.20，48.45 mm，生育期平均作物系数分别较传统模式降低0.12，0.16，0.09。集水种植各种种植方式与传统种植相比都不同程度的增加玉米产量和水分利用效率，T3、T2和 T1分别比对照提高 28.53%、22.86%和14.96%。

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