不同集雨导流方式对玉米集水效率?水分利用效率的影响

王建新 王攀磊 段宗颜 潘艳华 陈拾华 鲁耀

摘要 在云南干旱区设置原状土沟（T1）、坡地夯实（T2）、夯实后盖石棉瓦（T3）和夯实后盖塑料薄膜（T4）4种集雨导流模式，以坡地玉米为试材，研究不同导流模式对降雨的集水效率、水分利用率和玉米产量的影响。结果表明，4种导流模式的集水效率、水分利用率和玉米产量的大小顺序均表现为T4>T3>T2>T1。总体来看，四种导流模式的集水效率在41.7%～58.7%之间；相比于T1，T2、T3、T4的水分利用率分别提高了34.9%、53.5%和92.5%，产量分别提高了1 767、1 981.5和2 385 kg/hm2。

关键词 云南干旱区；玉米；导流方式；集水效率；水分利用效率

中图分类号 S27 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2015）34-191-02

由于受西南季风控制，加之地理位置和地形的作用，云南大部分地区呈现四季不分明、干湿季明显的气候特征。干旱造成的影响十分显著，造成巨大的农业经济损失[1-2]。自20世纪90年代以来，特别是2000年以后，云南旱灾频次增加，范围扩大，持续时间延长，灾害损失加重[3-4]。此外，由于云南特殊的干湿季气候，年降雨量的80%集中在湿季，干季降水量较少[5]。在云南干旱区建立有效的农田集雨导流体系，是提高农业生产力的关键技术研究。

目前，国内田间集蓄雨水主要集中在利用田间土壤水库集蓄保存水分和利用集雨设施工程集蓄液态水。前者着重研究增加田间雨水储存，降低水分损失，主要运用的方法有垄上覆膜集雨保墒和沟内种植栽培方法、梯田集雨等；后者着重研究耕地外的集雨，利用屋顶、路面和水泥等集水面进行雨水收集，集流到不同形式水窖，供作物灌溉使用[6]。该研究集雨导流研究属于前者范畴中的田间微型集水，种植区为沟，集水区为垄，即垄沟种植[7]。在田间耕地范围内利用不同导流方式提高降雨的集水效率和作物水分利用率，是在云南农业持续干旱大背景下提高农业生产力的关键技术。农田微集水种植技术通过农田微地型的改变与覆盖保墒措施的有效结合，具有集雨和蓄水保墒的作用。主要方式有田间修筑沟垄、垄或沟覆膜、垄或沟覆秸秆。研究表明，农田不同集雨导流技术都能够有效提高降水保蓄率、水分利用率和作物产量[8-10]。

通过在玉米坡地设置不同集雨导流模式，笔者研究了不同模式对降雨的集水效率、水分利用率和玉米产量的影响，为云南干旱区域通过集雨技术提高作物产量提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地点与时间

试验地点设在云南省大理州洱源县邓川镇莲河村。该流域地形复杂，海拔悬殊，地势西北高东南低，季风气候明显，干湿季分明，流域内多年平均降水量为1 183.1 mm。由于该地形抬升处于迎风坡，西南气流和偏东气流在这里极易形成云雨，故降水较多。此外，洱海流域汛期（5～10月）降雨量占多年平均降水量的88.7%，主汛期（6～9月）降雨量甚至占多年平均降水量的72.4%，形成干湿分明的特点。试验时间为2013年1月1日～12月31日。

1.2 试验设计

设4种导流方式，依次为TI、T2、T3和T4，其中T1（CK）为原状土沟，T2为坡地夯实，T3为夯实后盖石棉瓦，T4为夯实后盖塑料薄膜。每个处理设3个重复，共12个导流小区。采用随机区组排列。所有小区设在同一坡面上。每个小区长8 m，宽6 m。小区四周用40 cm高的空心砖分隔，插入土中20 cm，以以外露20 cm，以防止降雨泥沙溅出和小区外围水分进入小区。在降雨后6～10 h内，对集流收集池内的集流进行混匀采样和测量。

供试玉米品种为当地常用品种会单4号。在种植前起垄开沟，垄上播种双行玉米，种植密度为60 000株/hm2。各处理均施纯N 300 kg/hm2和P2O5 225 kg/hm2，在种植前撒施40%的化肥，在出苗后10 d以及小喇叭口期结合降雨各追肥30%，其余管理措施同常规高产大田。

1.3 数据收集与分析

降雨量来源于气象站，集流量数据均来源于实地测定。对每次降雨产生的集流的水深进行测量、记录，并且计算所产生的产流量和集流效率。

集流效率（%）=總产流量（mm）/全年降雨量（mm）

田间耗水量（mm）=有效降雨量-集流量

作物水分利用效率（kg/m3）=作物产量（kg/hm2）/田间耗水量（mm）/10

试验数据的基本计算采用Excel2010软件。方差分析采用SAS 9.2软件。多重比较方法为StudentNewmanKeuls test。

2 结果与分析

2.1 不同导流方式技术特性、经济特性 由表1可知，原状土沟、坡地夯实、夯实后盖石棉瓦和夯实后盖塑料薄膜4种导流方式的经济投入分别为0、10 425、52 095和45 855元/hm2，其中以夯实后覆盖石棉瓦费用最高，其次是夯实后覆盖塑料薄膜，差别主要由材料费造成。

2.2 不同导流方式集水效率

由表2可知，原状土沟、坡地夯实、夯实后盖石棉瓦和夯实后盖塑料薄膜4种导流方式的集流量间差异在0.05水平显著，其中T4的集流量最高，达424.0 mm，其次为T2，集流量为373.8 mm，T2和T1集流量最低，分别为340.5和300.9 mm。T1、T2、T3和T4的集水效率分别为41.7%、47.1%、51.7%和58.7%，以夯实后覆盖塑料薄膜集水效率最高，其次是夯实后铺设石棉瓦，原状土沟集水效率最低。

2.3 不同导流方式下玉米产量和水分利用率

由表3可知，原状土沟、坡地夯实、夯实后盖石棉瓦和夯实后盖塑料薄膜4种导流方式的玉米产量分别为8 731.5、10 498.5、10 713.0和11 116.5 kg/hm2，后3种导流方式的玉米产量均在0.05水平显著高于原状土沟，相比于原状土沟方式，产量分别增加了1 767.0、1 981.5和2 385.0 kg/hm2。从作物水分利用效率来看，以夯实后覆盖盖膜方式的水分利用率最高，在0.05水平显著高于其他3种导流方式，比原状土沟的水分利用率提高了92.5%；其次是夯实后覆盖石棉瓦和坡地夯实，在0.05水平显著高于原状土沟，分别比原状土沟水分利用率提高了53.5%和34.9%。

3 结论与讨论

在垄面上测定的结果表明，土垄的平均集水效率为7%，夯实后的集水效率为24.6%[11]，而垄上覆膜后集水效率为87%[12]。多数研究表明，膜垄能明显提升作物的水分利用效率[13-15]，且能提高垄下土壤温度，保持垄下土壤湿度[16]。

该研究表明，田间垄沟和覆盖模式能够有效地提高降雨的集水效率。这是因为垄沟能够使降水通过垄面产生的径流首先抵达沟侧，然后通过侧渗逐渐向沟中央汇集，并且同时向垄下扩渗，通过重力作用向深层土壤下渗，使得降雨得到有效蓄存[17-18]。由于沟内的含水量略大于垄上部分和平地，利于局部调节径流，并且促进作物生长[19]，因此能够提高作物产量。另外，覆盖石棉瓦、薄膜能够有效抑制土壤水分蒸发[20]。

通过4种集雨导流的种植和起垄方式的试验研究，发现在试验条件下，夯实后盖塑料薄膜方式的集流效果最好，集水效率達58.7%，其次是夯实后铺设石棉瓦、坡地夯实和原状土沟。

不同导流方式均能提高作物水分利用率，其中夯实后盖塑料薄膜方式的效果最佳，作物水分利用率达4.64 kg/m3，比原状土坡提高92.5%；其次为坡地夯实、夯实后盖石棉瓦的导流方式，水分利用率分别比原状土坡提高了34.9%和53.5%。

相比于原状坡地，垄沟和覆盖措施均能够提高玉米产量，其中夯实后盖塑料薄膜方式增产效果最佳，其次为坡地夯实、夯实后盖石棉瓦的导流方式。从经济效益来看，虽然夯实后盖塑料薄膜方式下的集水效率、作物水分利用率和玉米产量均能达到最佳，但该方式耗用材料费和人工费较多，实际生产有待考虑。

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