不同微集水方式對玉米田耗水規(guī)律的影響

馮良山 ，孫占祥 ，肖繼兵 ，劉 洋 ，侯志研 ，田建全 ，尹曉麗

(1.沈陽農(nóng)業(yè)大學，沈陽110161;2.遼寧省農(nóng)業(yè)科學院，沈陽110161;3.遼寧省旱作節(jié)水工程技術(shù)研究中心，沈陽110161;4.遼寧省水土保持研究所，遼寧朝陽122000;5.寧河縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，天津?qū)幒?01500)

農(nóng)業(yè)水資源的供給能力制約著區(qū)域農(nóng)業(yè)的發(fā)展，維系著農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)及糧食安全，水資源短缺是半干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要限制因素[1-2]。農(nóng)田微集水技術(shù)是通過農(nóng)田微地型的改變與覆蓋保墑措施的有效結(jié)合，以提高降水保蓄率、水分利用率和利用效率。該技術(shù)將傳統(tǒng)技術(shù)、保護性耕作技術(shù)和集雨技術(shù)有機結(jié)合，改善了農(nóng)田生態(tài)用水環(huán)境，實現(xiàn)了降水資源的區(qū)域富集及儲存，滿足農(nóng)作物的生長用水需求，抑制水土流失，是現(xiàn)代旱作農(nóng)業(yè)發(fā)展的很好途徑[3-6]。本試驗通過對不同微集水方式耗水規(guī)律進行研究，以期能夠全面地了解微集水蓄水保墑和提高水分利用效率的作用效果，為旱作農(nóng)業(yè)發(fā)展提供理論和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗于2008年在遼寧省農(nóng)業(yè)科學院阜新旱農(nóng)實驗區(qū)(阜新市阜新蒙古族自治縣阜新鎮(zhèn)，東經(jīng)121°46′，北緯 42°09′)進行 ，供試玉米品種為遼單565號，供試土壤耕層理化性質(zhì)如表1。

1.2 試驗設(shè)計

試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計，設(shè)4個處理，分別為:T1壟上覆膜溝內(nèi)種植(溝寬65 cm，壟寬35 cm，壟上覆膜，溝內(nèi)種植玉米兩行，行距40 cm，株距35 cm，見圖1);T2壟上覆膜溝內(nèi)覆膜種植(在壟上覆膜的基礎(chǔ)上，溝內(nèi)也覆蓋地膜，見圖2);T3壟上覆膜溝內(nèi)覆蓋秸稈種植(在壟上覆膜的基礎(chǔ)上，溝內(nèi)覆蓋玉米秸稈，如圖3所示)。CK傳統(tǒng)種植(行距50 cm，株距35 cm)。每個處理重復3次，小區(qū)面積為100 m2，每個小區(qū)四周埋設(shè)1 m深防水板并設(shè)置1 m隔離帶，以防止田間徑流和土壤水側(cè)向滲漏。

玉米播種時間為4月26日，播種時施磷酸二銨(含N18%，P2O446%)和三元復合肥(含 N15%，P2O415%，K2O15%)各 150 kg/hm2作為種肥，播種后覆膜或秸稈，秸稈覆蓋量為6 000 kg/hm2，覆膜栽培出苗后人工放苗，拔節(jié)期打孔追施尿素(含N46%)450 kg/hm2，其它管理正常。

表1 供試土壤基本理化性質(zhì)

圖1 壟上覆膜溝內(nèi)種植

圖2 壟上覆膜溝內(nèi)覆膜

圖3 壟上覆膜溝內(nèi)覆秸稈

1.3 調(diào)查方法

1.3.1 土壤含水量 2007年每個小區(qū)內(nèi)埋設(shè)1根TDR時域反射儀特制塑料管，2008年土壤穩(wěn)定后，自玉米出苗起，每隔7 d用德國產(chǎn)TRIME-FM土壤剖面水分速測儀定點測定0-160 cm土壤含水量，每個深度梯度為20 cm，每個梯度讀數(shù)3次，降雨后24 h后加測一次。

1.3.2 氣象數(shù)據(jù) 試驗田內(nèi)設(shè)有自動氣象觀測站(T RM-ZS2型)，分別觀測每天太陽輻射、日照時數(shù)、最高氣溫、最低氣溫、平均氣溫、平均風速、實際水汽壓、相對濕度、氣壓、降雨量、蒸發(fā)量、土壤溫度等氣象要素。

1.3.3 玉米產(chǎn)量 收獲前每個小區(qū)取30 m2單打單收測產(chǎn)，每個小區(qū)選取有代表性的10穗考種。

1.4 計算方法

1.4.1 參考作物蒸散量(ET0) 采用FAO Penman-Monteith公式進行計算，公式如(1)所示。

1.4.2 農(nóng)田實際蒸散量(ETa) 采用土壤水分平衡法(2)進行計算。

式中:I——該時段內(nèi)的灌水量(mm);P——該時段內(nèi)的灌水量和降雨量(mm);RO——降雨和灌溉時土壤的表面徑流量(mm)(本試驗由于田間設(shè)有田埂，因此忽略);DP——深層土壤滲漏量(mm);CR——地下水由毛管上升到根區(qū)的水量(mm)(由于試驗田地下水位較低，因此忽略);ΔSF——土壤水側(cè)向滲漏量(mm)，包括側(cè)向流入量SFin和側(cè)向留出量SFout兩項(本試驗忽略);Δ SW——土壤含水量變化量(mm)。

1.4.3 作物需水量(ETc) 指生長在大面積農(nóng)田上的無病蟲害作物，在土壤水分和肥力適宜時，在給定的生長環(huán)境中能夠取得高產(chǎn)潛力的條件下，為滿足植株蒸騰、棵間蒸發(fā)、組成植株體的水量之和，可用公式(3)求得。

式中:Ks——土壤水分脅迫系數(shù)，在雨養(yǎng)條件下則采用公式(4)計算。

式中:s——耕層土壤實際含水量;sw——根系土壤凋萎系數(shù);s*——耕層土壤田間持水量。

1.4.4 作物系數(shù)(Kc) 指不同發(fā)育期中需水量與參考作物蒸散量之比值，是農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉的重要參考指標，近年來也將其應(yīng)用到旱作農(nóng)業(yè)研究領(lǐng)域，其公式為如下:

1.4.5 水分利用效率(WUE) 指單位體積水生產(chǎn)的作物產(chǎn)量，公式如(5)所示。

式中:Y——玉米單位面積產(chǎn)量(kg/hm2)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對玉米田實際蒸散量的影響

從圖4可以看出，幾種處理中玉米田的日耗水量大小為CK＞T1＞T3≈T2。經(jīng)計算，相對于對照，生育期 T2少耗水 49.87 mm，T3少耗水 43.06 mm ，T1少耗水29.39 mm。由此說明，微集水種植可有效增加農(nóng)田覆蓋度，減少土壤水分蒸發(fā)量。

圖4 不同處理玉米田耗水量變化情況

2.2 不同處理對玉米田需水量的影響

參考作物蒸散量是由多種相關(guān)的氣象數(shù)據(jù)計算得來，如圖5所示，在玉米生育前期，多為晴朗天氣，凈輻射量較大、風速較大、空氣濕度低，所以參考蒸散量不斷升高并在5月中上旬達到最大值，為6.85 mm/d;玉米生育中期，陰雨天氣增多，某段時間凈輻射量有所減弱、風速變小、空氣濕度高，致使參考作物蒸散量有所下降;玉米生育后期盡管晴朗天氣增多，但隨著凈輻射量逐漸減少，參考作物蒸散量相對不高，這與以往的研究基本一致[7-9]。

在一定條件下作物需水量可以理解為作物達到水分潛力產(chǎn)量時某時段內(nèi)蒸騰蒸發(fā)量[10]，作物需水量的大小與氣象條件(輻射、溫度、日照、濕度、風速)、土壤理化性狀、作物種類及其生長發(fā)育階段、農(nóng)業(yè)技術(shù)措施、灌溉排水措施等有關(guān)，本試驗條件下的不同處理作物需水量的差異主要與不同種植模式有關(guān)。玉米整個生育期內(nèi)CK的作物需水量最大，其次為T1，再次為 T3，最少的為 T2。經(jīng)計算，相對于對照，T2、T3和 T1生育期內(nèi)需水量分別減少 81.66，69.20，48.45 mm 。

圖5 不同處理玉米需水量和參考作物蒸散量變化情況(2008年)

2.3 不同處理對玉米作物系數(shù)的影響

從圖6可以看出，玉米生長發(fā)育中前期，隨著玉米的生長發(fā)育不斷提高，8月中前期達到最大值，生育后期隨著玉米新陳代謝不斷衰老，作物系數(shù)不斷降低。經(jīng)計算，幾種種植方式中CK的作物系數(shù)最大，平均作物系數(shù)為1.05;其次為 T1，平均作物系數(shù)為0.96(較CK減少0.09);再次為T2，平均作物系數(shù)為0.93(較CK減少0.12);最小的為T3，平均作物系數(shù)為0.89(較CK減少0.16)。

圖6 不同處理玉米作物系數(shù)變化情況

2.4 不同處理對玉米產(chǎn)量和水分利用效率的影響

不同處理玉米產(chǎn)量及水分利用效率如表2所示。微集水種植各種種植方式與傳統(tǒng)種植相比都不同程度地增加玉米產(chǎn)量，尤以T3和T2增產(chǎn)幅度大，同時微集水模式耗水量也較傳統(tǒng)模式小，使水分利用效率有所提高，T3、T2和 T1分別比對照提高28.53%、22.86%和14.96%。

表2 不同處理產(chǎn)量及水分利用效率

3 結(jié)論

作為集水農(nóng)業(yè)的一種新形式，農(nóng)田微集水種植技術(shù)因其良好的農(nóng)田水分調(diào)控效果及顯著的增產(chǎn)效應(yīng)倍受關(guān)注。近年來，有關(guān)農(nóng)田微集水種植技術(shù)的研究形式日漸豐富，內(nèi)容漸趨完善[11-14]。在半干旱區(qū)農(nóng)田土壤水主要以土面蒸發(fā)的形式損失，蒸發(fā)量很大，農(nóng)田微集水技術(shù)能夠在對降水進行有效蓄集和調(diào)控的基礎(chǔ)上，利用覆蓋抑蒸理論，通過有效覆蓋形成一個隔離層，阻斷土壤中氣體與大氣的交換通道，減少土壤水的蒸發(fā)損失，而將水保蓄在土壤中，供作物利用，達到高效用水的目的[15]。

本試驗條件下T2的保水效果最好，玉米生育期農(nóng)田實際耗水量較傳統(tǒng)模式減少49.87 mm，其次為T3，農(nóng)田耗水量較傳統(tǒng)模式減少43.06 mm，再次為T1，農(nóng)田耗水量較傳統(tǒng)模式減少29.39 mm。與此同時，微集水模式可以降低作物的需水量，T2、T3和T1分別較對照生育期內(nèi)需水量減少 81.66，69.20，48.45 mm，生育期平均作物系數(shù)分別較傳統(tǒng)模式降低0.12，0.16，0.09。集水種植各種種植方式與傳統(tǒng)種植相比都不同程度的增加玉米產(chǎn)量和水分利用效率，T3、T2和 T1分別比對照提高 28.53%、22.86%和14.96%。

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