不同秸秆覆盖保水剂处理对夏玉米产量和水分利用效率的影响

张 艳，王民乾，汤其宁，郭书亚，尙 赏，卢广远

(商丘市农林科学院，河南 商丘 476000)

中国是一个严重缺水的国家，水资源是制约中国农业可持续发展的重要因素[1]。不同的栽培措施对作物产量和水分利用效率有显著的影响。秸秆覆盖一方面能够减少太阳对土壤的热照射，减少水分损失[2-3]，提高土壤含水量；另一方面能够增加土壤有机质[4-5]，增强土壤蓄水能力，减少水分下渗,进而增加土壤含水量,从而影响作物生长发育, 增加作物产量、提高水分利用效率[6-7]。保水剂是一种无毒无害、吸水能力强的功能高分子材料，施用在土壤中具有改善土壤结构，保水、保肥的功效，对提高作物产量和水分利用效率具有重要作用[1,8-9]。

目前，秸秆覆盖和保水剂的应用研究主要集中在西部和豫西的旱作区，而季节性干旱经常发生，以商丘地区为代表的豫东地区研究较少，尤其是秸秆覆盖和保水剂相结合的应用研究更少。因此，本试验通过秸秆覆盖和保水剂处理, 研究了秸秆覆盖保水剂对夏玉米田土壤含水量、耗水量、产量和水分利用效率的影响，为实际玉米生产中存在的季节干旱问题提供理论和实践依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2013年在商丘市农林科学院试验示范中心(N 34°31′，E 115°42′)进行。商丘位于河南、山东、江苏、安徽4省交界处，属于暖温带亚湿润季风气候，四季分明，年平均气温在14 ℃左右，年平均日照时数为2200～2400 h，年降水量700 mm左右，无霜期207～214 d之间。

1.2 试验设计

供试玉米品种为郑单958，由北京德农种业有限公司提供。试验设2个因素，3个处理，2个因素为秸秆覆盖和保水剂，4个处理为：对照(CK)不施用保水剂不覆盖、秸秆覆盖不保水剂即秸秆覆盖、秸秆不盖保水剂即保水剂、秸秆覆盖保水剂。2013年6月2日播种，9月25日收获。小区面积为28.8 m2，重复3次。底施复合肥(N∶P∶K=15∶15∶15)750 kg/hm2，大喇叭口追施尿素(N≥46%)300 kg/hm2，其他管理同当地高产大田，整个生育期不灌水。

表1 播种期试验地不同土层的土壤容重和含水量

1.3 测定项目与方法

1.3.1 土壤容重、含水量、储水量的测定 土壤容重采用环刀法测定，播种和收获期测定土壤容重。土壤含水量采用烘干法测定，播种前、拔节、开花期、花后30 d、收获期测定各区0～20、20～40、40～60、60～80、80～100、60～80 cm土层含水量。

W=0.1×r×V×h。

式中W为不同深度土壤贮水量(mm)；r为土壤含水量(%)，V为土壤平均容重(g/cm3)；h为土层深度(cm)；0.1为换算系数。

1.3.2 土壤耗水量和水分利用效率的计算

ET=P+I+△W

WUE=Y/ET

其中ET为作物的耗水量；P为降雨量，可以通过气象数据得到降雨量：播种-拔节期的20.5 mm、拔节期-开花期164.3 mm、开花期-花后30 d 47.8 mm、花后30 d-收获期28.6 mm，生育期没有暴雨出现；I为灌水量，本试验没有灌水为0 mm；△W(0～100 cm)为前一个生育期与后一个生育期的土壤贮水量的变化量。Y为作物经济产量。

1.3.3 干物质积累量与产量及构成因素 干物质积累量采用烘干法测定。收获期，每小区收取中间2行果穗进行测产，并从中取有代表性的10 穗进行室内考种。

2 结果与分析

2.1 对土壤含水量的影响

由图1可知，不同措施在各生育期的土壤含水量均高于对照, 从拔节期0～100 cm土层的土壤剖面水分含量来看，随着土层的加深，土壤含水量逐渐升高，并趋向一致。其中秸秆覆盖保水剂处理下土壤含水量最高，保水剂次之。开花期，由于降水较多在降雨后取样，各处理的土壤含水量差异不大，尤其是0～20 cm土层的差异不大，并且随着土层的加深而减少。不同处理之间表现为：覆盖保水剂>保水剂>秸秆覆盖>CK。花后30 d，受降雨和玉米耗水的影响，在0～20 cm和20～40 cm土层含水量差异加大，随着土层的加深而呈先升高后下降趋势，覆盖保水剂、保水剂在20～40cm土层达到最大值，秸秆覆盖和CK在40～60 cm土层达到最大值。除80～100 cm土层外，不同处理之间表现为：覆盖保水剂>保水剂>秸秆覆盖>CK。收获期，由于降水较少，土壤含量继续下降，但经过整个生育期，覆盖保水剂仍有较好的保水性能，尤其是0～20 cm和20～40 cm土层大于其他处理，各处理差异较大，随着土层的加深而呈先升高后下降趋势，并且趋向一致，覆盖保水剂、保水剂在20～40 cm土层达到最大值，秸秆覆盖和CK在40～60 cm土层达到最大值。除80～100 cm土层外，不同处理之间表现为覆盖保水剂>保水剂>秸秆覆盖>CK。

图1 不同处理各生育期的土壤含水量比较

综上所述，不同处理均提高了土壤剖面的含水量，以覆盖保水剂处理最好，保水剂次之。而且越干旱，在0～20 cm、20～40 cm土层的效果越明显(拔节期、花后30 d、收获期)，而在降雨较多时效果不明显(开花期)。

2.2 对土壤储水量的影响

从图2可以看出，不同生育时期土壤储水量表现为：开花期>花后30 d>收获期>拔节期。不同处理之间不同程度地提高了土壤储水量，具体表现为：覆盖保水剂>保水剂>秸秆覆盖>CK。在拔节期和开花期覆盖保水剂的土壤储水量显著高于CK，在花后30 d和收获期各处理之间差异不显著。

同一时期不同字母代表0.05水平上差异显著，下同。

2.3 对夏玉米干物质积累的影响

从图3可以看出，不同生育阶段的干物质积累量的大小表现为：开花-花后30 d>拔节-开花>花后30 d-收获>播种-拔节，不同处理在不同生育阶段的干物质积累量均大于CK。不同处理之间表现为：覆盖保水剂>保水剂>秸秆覆盖>CK。在播种-拔节和拔节-开花期，覆盖保水剂处理干物质积累量显著大于其他处理，而在开花-花后30 d、花后30 d-收获，覆盖保水剂显著大于秸秆覆盖和CK，与保水剂处理差异不显著。说明保水剂处理在生育后期也能保持较高的含水量，有利于作物的生长和干物质积累。

图3 不同生育阶段内夏玉米的干物质积累量

2.4 对作物耗水量的影响

从图4可以看出，CK的耗水量在每个生育阶段均最高，不同生育阶段的耗水量变现为：拔节-开花>开花-花后30 d>播种-拔节>花后30 d-收获，不同处理之间表现为：CK>秸秆覆盖>保水剂>覆盖保水剂。由于玉米叶面积小，土壤水分蒸发量大，造成对照的耗水量大，秸秆覆盖保水剂能够有效减少土壤蒸发，降低耗水量，播种-拔节期对照耗水量显著高于其他处理。随着降雨的增多，玉米的快速生长，拔节-开花期各处理差异不显著。开花-花后30 d，CK显著高于保水剂和覆盖保水剂，说明在玉米灌浆的重要时期保水剂能够降低作物耗水量。花后30 d-收获，由于玉米逐渐衰老，耗水量逐渐较少，各处理之间差异不显著。

图4 不同生育阶段内夏玉米的耗水量

2.5 对水分利用效率的影响

从图5可以看出，开花-花后30 d的水分利用效率最高，其次为拔节-开花期，花后30 d-收获居中，播种-拔节期的水分利用效率最低，不同处理之间水分利用效率表现为：覆盖保水剂>保水剂>秸秆覆盖>CK。播种-拔节期各处理差异显著。在拔节-开花、开花-花后30 d、花后30 d-收获期，覆盖保水剂显著高于秸秆覆盖和CK，但与保水剂差异不显著。

图5 玉米生育阶段水分利用效率

2.6 对玉米产量因素及籽粒水分利用效率的影响

从表2可以看出，与CK相比，秸秆覆盖保水剂、保水剂、秸秆覆盖处理下穗行数、行粒数、千粒重均比CK高，穗行数差异不显著；覆盖保水剂处理行粒数显著高于其他处理，分别比保水剂、秸秆覆盖、CK高4.77%、5.08%、13.50%；覆盖保水剂处理千粒重分别比保水剂、秸秆覆盖、CK高2.58%、4.13%、6.04%；覆盖保水剂处理总耗水量分别比保水剂、秸秆覆盖、CK低0.72%、3.61%、6.01%。各处理产量显著高于CK，较CK提高11.02%～23.34%。不同处理水分利用效率显著高于CK，各处理之间差异显著，覆盖保水剂处理分别比保水剂、秸秆覆盖、CK高8.92%、15.10%、30.72%。

表2 秸秆覆盖保水剂对玉米成产因素及水分利用效率的影响

3 结论与讨论

前人研究表明[10-11]：施用保水剂能够改善土壤结构、吸收和保存降水，提高土壤含水量。李中阳[12]和杨永辉[10]等研究发现施用保水剂可显著提高小麦田土壤含水量。白文波[13]和冯耀祖[14]等研究表明：在新疆地区，施用保水剂在棉花上效果较好，并且越干旱效果越明显。吴阳生等[15]在吉林省西部半干旱地区盐渍化研究发现，施用保水剂显著提高玉米不同生育期不同土层含水量。秸秆覆盖不仅能够减少地表蒸发，而且能够增加土壤有机质，提高土壤保水持水的能力，从而增加土壤含水量、储水量。本试验研究表明，在季节性干旱经常发生的豫东地区，秸秆覆盖保水剂相结合处理能够明显提高不同层次土壤含水量。这与前人研究的施用保水剂、秸秆覆盖能够增加土壤含水量的结论基本一致。

研究表明，保水剂在不同作物上均有良好的效果，不同程度地提高了作物的干物质量及水分利用效率[8,11-17]。也有研究表明秸秆覆盖能提高玉米的干物质量和水分利用效率[2-3,6-7]。本试验研究表明，秸秆覆盖和保水剂相结合显著提高了不同生育阶段的干物质量和水分利用效率。刘殿红[16]和张扬[17]等研究表明：保水剂能显著增加马铃薯产量和水分利用效率。武继承等[18]研究表明：秸秆覆盖+保水剂能够使小麦增产20.1%，水分利用效率显著提高的结果相似。说明在季节性干旱较为严重的豫东地区，秸秆覆盖和保水剂相结合能够明显提高土壤含水量和储水量，最终提高产量和水分利用效率，由于2013年商丘地区整个玉米生育期，降雨较往年少，本试验的玉米增产效果十分显著，使用保水剂的处理效果较好。但在降水正常或者过多的年份，试验效果有待进一步研究。