不同集雨導流方式對玉米集水效率?水分利用效率的影響

王建新 王攀磊 段宗顏 潘艷華 陳拾華 魯耀

摘要 在云南干旱區(qū)設置原狀土溝（T1）、坡地夯實（T2）、夯實后蓋石棉瓦（T3）和夯實后蓋塑料薄膜（T4）4種集雨導流模式，以坡地玉米為試材，研究不同導流模式對降雨的集水效率、水分利用率和玉米產量的影響。結果表明，4種導流模式的集水效率、水分利用率和玉米產量的大小順序均表現為T4>T3>T2>T1?？傮w來看，四種導流模式的集水效率在41.7%～58.7%之間；相比于T1，T2、T3、T4的水分利用率分別提高了34.9%、53.5%和92.5%，產量分別提高了1 767、1 981.5和2 385 kg/hm2。

關鍵詞 云南干旱區(qū)；玉米；導流方式；集水效率；水分利用效率

中圖分類號 S27 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2015）34-191-02

由于受西南季風控制，加之地理位置和地形的作用，云南大部分地區(qū)呈現四季不分明、干濕季明顯的氣候特征。干旱造成的影響十分顯著，造成巨大的農業(yè)經濟損失[1-2]。自20世紀90年代以來，特別是2000年以后，云南旱災頻次增加，范圍擴大，持續(xù)時間延長，災害損失加重[3-4]。此外，由于云南特殊的干濕季氣候，年降雨量的80%集中在濕季，干季降水量較少[5]。在云南干旱區(qū)建立有效的農田集雨導流體系，是提高農業(yè)生產力的關鍵技術研究。

目前，國內田間集蓄雨水主要集中在利用田間土壤水庫集蓄保存水分和利用集雨設施工程集蓄液態(tài)水。前者著重研究增加田間雨水儲存，降低水分損失，主要運用的方法有壟上覆膜集雨保墑和溝內種植栽培方法、梯田集雨等；后者著重研究耕地外的集雨，利用屋頂、路面和水泥等集水面進行雨水收集，集流到不同形式水窖，供作物灌溉使用[6]。該研究集雨導流研究屬于前者范疇中的田間微型集水，種植區(qū)為溝，集水區(qū)為壟，即壟溝種植[7]。在田間耕地范圍內利用不同導流方式提高降雨的集水效率和作物水分利用率，是在云南農業(yè)持續(xù)干旱大背景下提高農業(yè)生產力的關鍵技術。農田微集水種植技術通過農田微地型的改變與覆蓋保墑措施的有效結合，具有集雨和蓄水保墑的作用。主要方式有田間修筑溝壟、壟或溝覆膜、壟或溝覆秸稈。研究表明，農田不同集雨導流技術都能夠有效提高降水保蓄率、水分利用率和作物產量[8-10]。

通過在玉米坡地設置不同集雨導流模式，筆者研究了不同模式對降雨的集水效率、水分利用率和玉米產量的影響，為云南干旱區(qū)域通過集雨技術提高作物產量提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與時間

試驗地點設在云南省大理州洱源縣鄧川鎮(zhèn)蓮河村。該流域地形復雜，海拔懸殊，地勢西北高東南低，季風氣候明顯，干濕季分明，流域內多年平均降水量為1 183.1 mm。由于該地形抬升處于迎風坡，西南氣流和偏東氣流在這里極易形成云雨，故降水較多。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%，形成干濕分明的特點。試驗時間為2013年1月1日～12月31日。

1.2 試驗設計

設4種導流方式，依次為TI、T2、T3和T4，其中T1（CK）為原狀土溝，T2為坡地夯實，T3為夯實后蓋石棉瓦，T4為夯實后蓋塑料薄膜。每個處理設3個重復，共12個導流小區(qū)。采用隨機區(qū)組排列。所有小區(qū)設在同一坡面上。每個小區(qū)長8 m，寬6 m。小區(qū)四周用40 cm高的空心磚分隔，插入土中20 cm，以以外露20 cm，以防止降雨泥沙濺出和小區(qū)外圍水分進入小區(qū)。在降雨后6～10 h內，對集流收集池內的集流進行混勻采樣和測量。

供試玉米品種為當地常用品種會單4號。在種植前起壟開溝，壟上播種雙行玉米，種植密度為60 000株/hm2。各處理均施純N 300 kg/hm2和P2O5 225 kg/hm2，在種植前撒施40%的化肥，在出苗后10 d以及小喇叭口期結合降雨各追肥30%，其余管理措施同常規(guī)高產大田。

1.3 數據收集與分析

降雨量來源于氣象站，集流量數據均來源于實地測定。對每次降雨產生的集流的水深進行測量、記錄，并且計算所產生的產流量和集流效率。

集流效率（%）=總產流量（mm）/全年降雨量（mm）

田間耗水量（mm）=有效降雨量-集流量

作物水分利用效率（kg/m3）=作物產量（kg/hm2）/田間耗水量（mm）/10

試驗數據的基本計算采用Excel2010軟件。方差分析采用SAS 9.2軟件。多重比較方法為StudentNewmanKeuls test。

2 結果與分析

2.1 不同導流方式技術特性、經濟特性 由表1可知，原狀土溝、坡地夯實、夯實后蓋石棉瓦和夯實后蓋塑料薄膜4種導流方式的經濟投入分別為0、10 425、52 095和45 855元/hm2，其中以夯實后覆蓋石棉瓦費用最高，其次是夯實后覆蓋塑料薄膜，差別主要由材料費造成。

2.2 不同導流方式集水效率

由表2可知，原狀土溝、坡地夯實、夯實后蓋石棉瓦和夯實后蓋塑料薄膜4種導流方式的集流量間差異在0.05水平顯著，其中T4的集流量最高，達424.0 mm，其次為T2，集流量為373.8 mm，T2和T1集流量最低，分別為340.5和300.9 mm。T1、T2、T3和T4的集水效率分別為41.7%、47.1%、51.7%和58.7%，以夯實后覆蓋塑料薄膜集水效率最高，其次是夯實后鋪設石棉瓦，原狀土溝集水效率最低。

2.3 不同導流方式下玉米產量和水分利用率

由表3可知，原狀土溝、坡地夯實、夯實后蓋石棉瓦和夯實后蓋塑料薄膜4種導流方式的玉米產量分別為8 731.5、10 498.5、10 713.0和11 116.5 kg/hm2，后3種導流方式的玉米產量均在0.05水平顯著高于原狀土溝，相比于原狀土溝方式，產量分別增加了1 767.0、1 981.5和2 385.0 kg/hm2。從作物水分利用效率來看，以夯實后覆蓋蓋膜方式的水分利用率最高，在0.05水平顯著高于其他3種導流方式，比原狀土溝的水分利用率提高了92.5%；其次是夯實后覆蓋石棉瓦和坡地夯實，在0.05水平顯著高于原狀土溝，分別比原狀土溝水分利用率提高了53.5%和34.9%。

3 結論與討論

在壟面上測定的結果表明，土壟的平均集水效率為7%，夯實后的集水效率為24.6%[11]，而壟上覆膜后集水效率為87%[12]。多數研究表明，膜壟能明顯提升作物的水分利用效率[13-15]，且能提高壟下土壤溫度，保持壟下土壤濕度[16]。

該研究表明，田間壟溝和覆蓋模式能夠有效地提高降雨的集水效率。這是因為壟溝能夠使降水通過壟面產生的徑流首先抵達溝側，然后通過側滲逐漸向溝中央匯集，并且同時向壟下擴滲，通過重力作用向深層土壤下滲，使得降雨得到有效蓄存[17-18]。由于溝內的含水量略大于壟上部分和平地，利于局部調節(jié)徑流，并且促進作物生長[19]，因此能夠提高作物產量。另外，覆蓋石棉瓦、薄膜能夠有效抑制土壤水分蒸發(fā)[20]。

通過4種集雨導流的種植和起壟方式的試驗研究，發(fā)現在試驗條件下，夯實后蓋塑料薄膜方式的集流效果最好，集水效率達58.7%，其次是夯實后鋪設石棉瓦、坡地夯實和原狀土溝。

不同導流方式均能提高作物水分利用率，其中夯實后蓋塑料薄膜方式的效果最佳，作物水分利用率達4.64 kg/m3，比原狀土坡提高92.5%；其次為坡地夯實、夯實后蓋石棉瓦的導流方式，水分利用率分別比原狀土坡提高了34.9%和53.5%。

相比于原狀坡地，壟溝和覆蓋措施均能夠提高玉米產量，其中夯實后蓋塑料薄膜方式增產效果最佳，其次為坡地夯實、夯實后蓋石棉瓦的導流方式。從經濟效益來看，雖然夯實后蓋塑料薄膜方式下的集水效率、作物水分利用率和玉米產量均能達到最佳，但該方式耗用材料費和人工費較多，實際生產有待考慮。

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