不同种植方式对土壤水分含量和夏玉米产量的影响

李 磊，朱灿灿，王同朝，姜玉梅，张慧琴，黄晓书

(河南农业大学，河南 郑 州450002)

种植方式是影响夏玉米产量的诸多因素之一．垄作和沟播通过改变地表形状，改善土壤水、肥、气、热状况［1～3］，促进玉米生长，进而提高玉米产量［4，5］，已被国内外广泛应用［6］．目前美国约有50%的耕地采用以起垄、覆盖、少 (免)耕为特点的“保持耕作法”［7］，墨西哥50%的小麦产区实行垄作栽培［8］．中国很早就有垄作甘薯等作物的习惯，20世纪80年代以来陆续开展了小麦、水稻、玉米、棉花等作物垄作栽培技术研究，均取得了良好的效果［9～13］．黄庆裕等［14］认为，垄作栽培可使土壤的通透性加强，还原性有毒物质减少，同时土壤的热容量、导热率都比淹田低，从而使土温、水温提高，水稻生长发育正常，植株健壮．王法宏等［9］研究认为，垄作栽培可明显改善小麦根际土壤的理化性状，提高土壤的生产力．刘武仁等［15］研究表明，采用玉米宽窄行种植，建立了“土壤水库”，可有效蓄积夏秋降雨．但是，沟播、垄作、宽窄行平作和等行距平作哪种种植模式对夏玉米的生长更加有利，目前还没有系统的研究．本试验设计垄作、沟播、宽窄行以及等行距4种植模式，探究其对土壤水分含量及夏玉米生长等方面的影响，以期为旱作节水农业提供理论依据和技术支持．

1 材料与方法

1．1 试验设计

试验于2010－06—10在河南农业大学科教园区进行．试验地土质为沙壤，土壤20，40，和60 cm容重分别为1．16，1．39 和1．48 g·cm－3，土壤含水量 23．25%，pH 值 7．33，土壤有机质含量 9．55 g·kg－1，土壤速效氮 119．75 mg·kg－1，速效磷 62．92 mg·kg－1，速效钾 200 mg·kg－1．测池子上口面积6．6 m2(3 m ×2．2 m)，池深 2 m，土壤原有耕层结构未破坏．

供试玉米品种为郑单958，2010－06－10播种．试验设4种种植模式:垄种(P1)、沟播(P2)、宽窄行平作(P3)和等行距平作(P4)．垄底宽40 cm，垄高18 cm，垄面宽30 cm，沟宽30 cm．垄种(P1)处理的垄上种植1行夏玉米，行距为55 cm，株距为22．2 cm;沟播(P2)处理的沟内种植1行夏玉米，株行距同P1;宽窄行平作(P3)窄行距为40 cm、宽行距为70 cm，平均行距为55 cm，株距为22．2 cm;等行距平作(P4)处理行距55 cm，株距为22．2 cm．每个处理玉米种植密度均为81 945株·hm－2．2010－06－13进行灌水，使各池子土壤0～100 cm水分保持一样，均达到田间持水量的70%．2010－09－29收获，其他管理同一般大田．

1．2 测定项目及方法

1．2．1 土壤水分含量测定 于播种前、收获后及5个生育时期(出苗期、拔节期、抽雄期、灌浆期、成熟期)，用土钻法每隔20 cm分层测定0～100 cm土壤含水量，用烘干法算出土壤含水量/%．计算出整个生育期作物分层消耗水分总量/mm．

1．2．2 光合速率测定 用美国产LI－6400光合测定系统(Licor company，Nebraska，USA)进行测定．采用开放式气路，于晴天10:00～12:00时测定，测定时光合有效辐射 1 500 μmol·m－2·s－1和叶温25～30℃，仪器在使用前按照使用说明书进行标定．

1．2．3 干物质的测定 分别在夏玉米吐丝期和成熟期，每处理挑选3株代表性的植株，取其地上部分，105℃杀青30 min，80℃烘干至质量恒定，称其质量并粉碎保留，重复3次．转运率/%=(吐丝期物质积累量－成熟期物质积累量)/吐丝期物质积累量×100%．

1．2．4 水分利用率的测定 作物水分利用率是指作物经济产量与耗水量之比，其计算公式为:WUE=Yd/ET，式中，WUE 为水分利用率/(kg·hm－2·m－3);Yd为作物经济产量/(kg·hm－2)，即玉米子粒产量;ET为作物耗水量(m3)，即作物从种到收的整个生育期消耗的水量．作物的耗水量(ET)=0．1× ∑hidi(wi－ w0)+P+I．其中，ET 为全生育期内实际蒸散量/mm;hi为第i层土厚/cm;di为第i层土层容重/(g·cm－3);wi，w0分别为各生育时期开始和结束时第i层土壤湿度/%;P为相应时期有效降雨量/mm;I为相应时期的灌水量．试验池子封底，因此，地下水补给、渗漏和地表径流忽略不计．

1．2．5 测产及考种 玉米成熟期，每池子选取中间2行玉米，子粒脱粒后晒干(含水量为13%)用于测定产量．另外每池子取10个单穗进行考种(穗长、穗粗、穗行数、穗粒数、出子率、百粒重)．

2 结果与分析

2．1 不同种植方式对土壤含水量的影响

玉米的主根系主要分布在0～40 cm的土层，不同种植方式对不同土层的水分分布有很大的影响．由图1可以看出，苗期至拔节期等行距平作的土壤含水量较高，抽雄期等行距平作的土壤含水量最低，灌浆期土壤水分含量表现为沟播＞垄种＞等行距平作＞宽窄行平作．在苗期和拔节期由于降雨量充足，抽雄期降雨量偏少，尽管夏玉米生长前期不同种植方式间，土壤水分有一定差异，但是水分差异对夏玉米生长并没有太大影响．夏玉米生长后期需水量较大，此时水分不足会降低穗粒数和千粒重．

图1 不同种植方式对各时期0～100 cm土壤含水量的影响Fig．1 Effects of soil moisture during different growth stages under different planting patterns

2．2 不同种植方式对夏玉米水分利用率的影响

在一定范围内，玉米的需水量随着子粒产量水平的提高逐渐增多．从表1可以看出，不同种植方式的作物水分利用率有明显的差异，垄种、沟播分别比等行距平作处理的作物水分利用率提高了6%和8%，而宽窄行平作比等行距平作的作物水分利用率降低9%．

表1 不同处理对夏玉米耗水量与水分利用率的影响Table 1 Effect of different planting patterns on water consumption and WUE

2．3 不同种植方式对夏玉米单叶光合速率的影响

叶片光合作用的高低与植株物质合成有密切的关系．由图2可以看出，在整个生育期内，由于垄种、沟播种植方式改善了作物生长水分环境，在拔节期和灌浆关键期单叶光合速率明显提高，整个生育期的单叶光合速率均值比等行距种植分别提高了2% 和3%，宽窄行平作的单叶光合速率比等行距平作的降低了5%．

图2 不同种植方式对夏玉米叶片光合速率的影响Fig．2 Effects of different planting patterns on photosynthesis rate

2．4 不同种植方式对夏玉米植株干物质积累的影响

干物质积累是形成产量的基础，不同种植方式对夏玉米地上部分干物质有很大影响．由图3可以看出，不同处理玉米干物质积累均表现为随生育期的推进而不断增加，拔节期干物质积累总量相对较少．从出苗期到抽雄期沟播处理的干物质积累增加最快，干物质积累总量高于其他3种种植方式;抽雄之后垄种处理的干物质积累加快;成熟期4种种植方式的干物质积累差异达显著水平，垄种、沟播、宽窄行平作的干物质分别比等行距平作增加了39%，24%和9%．

图3 不同种植方式下夏玉米干物质积累动态Fig．3 Dynamic change of material accumulation of summer maize in different planting patterns

2．5 不同种植方式对夏玉米产量的影响

由表2可知，不同种植方式对夏玉米株高、穗位高、穗长、穗粗、穗粒数、百粒重、产量有较大的影响，垄种、沟播、宽窄行平作能够降低株高、穗位高;垄种和沟播比2种平作处理能够提高穗长、穗粗、穗粒数、百粒重．垄种、沟播的产量比等行距平作分别增加了11%和11．1%，宽窄行平作的产量比等行距平作降低了7%．

表2 不同种植方式对夏玉米产量及其构成因素的影响Table 2 Effects of different planting patterns on maize yield and its components

3 讨论

不同种植方式对土壤的水分和作物生长发育及产量有显著的影响．试验结果表明，当降雨量减少时，垄种和沟播有明显的保持土壤水分含量的作用．在雨养条件下，尤其沟播种植方式调节土壤水分蓄存和作物用水同步化作用显著．李全起［16］研究结果表明，沟播处理对土壤水分含量具有“上高下低”的作用，而垄作处理对土壤水分含量具有“上低下高”的作用，在低水分条件下沟播小麦产量优势高于垄作，而在灌水条件下，结果相反．本试验结果佐证沟播和垄种方式适合非灌溉区域夏玉米的生长．从初步研究结果看，夏玉米灌浆期沟播、垄种处理的土壤水分含量高于等行距平作和宽窄行平作，垄种、沟播的作物水分利用率也分别比等行距平作处理提高了6%和8%．从玉米植株生理指标来看，垄种、沟种与平作相比，玉米叶片单叶光合速率明显提高，干物质积累量和速率增加，说明垄种、沟播灌浆期能够降低叶片的衰老速率，有利于提高全生育期光能利用率，增加干物质积累总量．垄种和沟播能够显著提高穗长、穗粗、穗粒数、百粒重，产量增加7% ～9%．综合分析本试验结果，以垄种、沟播种植方式通过协调作物群体冠层结构、生长发育和土壤水分关系，在非灌溉条件下，沟播种植方式比垄种、宽窄行和等行距种植方式具有明显的优势，在相似的生态条件下，具有一定的推广应用前景．

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