秸稈覆蓋與種植密度對黑龍港平原區(qū)夏玉米產(chǎn)量和水分利用效率的影響

柳斌輝，王溪森，王變銀，張文英

（河北省農(nóng)林科學(xué)院旱作農(nóng)業(yè)研究所，河北省農(nóng)作物抗旱研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北衡水053000）

秸稈覆蓋與種植密度對黑龍港平原區(qū)夏玉米產(chǎn)量和水分利用效率的影響

柳斌輝，王溪森，王變銀，張文英*

（河北省農(nóng)林科學(xué)院旱作農(nóng)業(yè)研究所，河北省農(nóng)作物抗旱研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北衡水053000）

在黑龍港平原區(qū)夏玉米產(chǎn)區(qū)，通過優(yōu)化秸稈覆蓋量與種植密度組合，可進(jìn)一步提高該區(qū)夏玉米的產(chǎn)量和水分利用效率（WUE）。以夏玉米品種京單28為試材，采用二因素三水平裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，其中，秸稈覆蓋量（M）設(shè)無覆蓋（0 kg/hm2，M1）、中度覆蓋（2 625 kg/hm2，M2）和重度覆蓋（5 250 kg/hm2，M3），種植密度（P）設(shè)低密度（52 500株/hm2，P1）、中密度（60 000株/hm2，P2）和高密度（67500株/hm2，P3），研究了不同秸稈覆蓋量與種植密度組合對夏玉米產(chǎn)量和水分利用效率的影響。結(jié)果表明：玉米產(chǎn)量和水分利用效率均隨秸稈覆蓋量和種植密度的增加而提高，且受2個(gè)因素的影響程度均達(dá)到了顯著水平，其中受種植密度的影響程度更大，覆蓋處理產(chǎn)量和水分利用效率的最大提升幅度分別為4.08%和13.28%，種植密度處理產(chǎn)量和水分利用效率的最大提升幅度分別為7.06%和17.63%。所有處理中，M3P3處理的產(chǎn)量和WUE最大，分別達(dá)到了10 814.99 kg/hm2和27.85 kg/（mm·hm2），該處理實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)量與WUE的最佳組合。在黑龍港平原區(qū)，通過秸稈覆蓋與適宜種植密度相結(jié)合的方法，可以實(shí)現(xiàn)夏玉米節(jié)水高產(chǎn)的目的。

夏玉米；秸稈覆蓋；種植密度；產(chǎn)量；水分利用效率

黑龍港平原小麥、玉米播種面積分別占其河北省播種總面積的45.0%和38.4%，產(chǎn)量分別占其河北省總產(chǎn)量的47.1%和43.5%，糧食生產(chǎn)地位舉足輕重。而黑龍港平原區(qū)為華北平原的干旱中心，氣候干旱少雨，水資源嚴(yán)重匱乏，缺水一直是限制該區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的最主要因素[1]。該區(qū)人均和單位面積平均水資源量分別為191 m3/人和1 710 m3/hm2，不及全國平均水平的1/12和1/16，水資源數(shù)量與人口和耕地?cái)?shù)量組合極不平衡，為我國最缺水的區(qū)域。因此，充分提高水分利用效率是該地區(qū)實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)發(fā)展的必經(jīng)之路。

夏玉米是該區(qū)重要的糧食作物，秸稈覆蓋在玉米種植中應(yīng)用廣泛。許多學(xué)者就秸稈覆蓋對作物產(chǎn)量和水分利用效率的影響進(jìn)行了大量研究。張喜英等[2]研究指出，秸稈覆蓋不僅能顯著減少棵間蒸發(fā)，而且還能改善土壤質(zhì)地，提高土壤養(yǎng)分含量。蔡太義等[3]研究了不同秸稈覆蓋量對渭北旱原春玉米田蓄水保墑及節(jié)水效益的影響，認(rèn)為渭北旱原及同類生態(tài)區(qū)春玉米秸稈覆蓋量以9 000 kg/hm2為宜。合理密植是玉米利用光熱資源構(gòu)建良好群體結(jié)構(gòu)、優(yōu)化群體生理指標(biāo)的基礎(chǔ)[4]，玉米群體對光熱資源的利用效率是影響產(chǎn)量的重要因素之一[5]。優(yōu)化秸稈覆蓋量與種植密度組合，可使玉米群體內(nèi)在生理機(jī)制得以綜合調(diào)優(yōu)，實(shí)現(xiàn)水、光、熱資源的綜合利用，充分發(fā)揮品種的增產(chǎn)潛勢。但是，截至目前，有關(guān)黑龍港地區(qū)秸稈覆蓋與種植密度相結(jié)合條件下的玉米產(chǎn)量和水分利用效率研究成果鮮有報(bào)道。作者通過不同覆蓋條件和不同密度處理，探討了通過覆蓋與密度優(yōu)化組合進(jìn)一步提高黑龍港地區(qū)夏玉米的產(chǎn)量和水分利用效率，以期為黑龍港地區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)研究的發(fā)展提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)在河北省農(nóng)林科學(xué)院旱作節(jié)水農(nóng)業(yè)試驗(yàn)站（河北深州市，北緯37°54′、東經(jīng)115°42′，海拔20 m）進(jìn)行。該區(qū)全年平均降水量為497.1 mm，其中70%的降水集中在7～8月，2011年玉米生育期降水量為367.8 mm；年平均氣溫13.3℃，其中，最熱月平均氣溫為27.1℃，最冷月平均氣溫為-2.1℃；無霜期202 d，年有效積溫（≥10℃）4 603.7℃。試驗(yàn)地0～30 cm耕層土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分含量為有機(jī)質(zhì)15.62 g/kg、全氮1.15 g/kg、速效氮84.03 mg/kg、速效磷14.38 mg/kg、速效鉀182.23 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)材料

供試玉米材料為國審品種京單28。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)地前茬作物為冬小麥，機(jī)收后滅茬，秸稈全部移出農(nóng)田，待玉米播種（6月15日）出苗后進(jìn)行覆蓋。采用二因素三水平裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)（表1），其中，主區(qū)為秸稈覆蓋量（M），1～3水平依次為無覆蓋（M1）、中度覆蓋（M2）和重度覆蓋（M3）；副區(qū)為種植密度（P），1～3水平依次為低密度（P1）、中密度（P2）和高密度（P3）。小區(qū)面積30 m2，隨機(jī)區(qū)組排列，3次重復(fù)。其他田間管理同大田常規(guī)。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)的因素及其水平Table1 Factors and levels of experimental design

1.3.2 測定項(xiàng)目與方法

1.3.2.1 籽粒產(chǎn)量。收獲時(shí)，去除邊行，整區(qū)收獲測產(chǎn)，并折算為含水量為14%的產(chǎn)量。

1.3.2.2 土壤含水量。采用取土烘干稱重法測定。分別在播種和收獲時(shí)用取土鉆鉆取土樣，每20 cm一個(gè)梯度，測定深度為160 cm。

1.3.2.3 農(nóng)田蒸散量（ET）。用農(nóng)田蒸散量表示玉米農(nóng)田耗水量，由于試驗(yàn)地的地下水較深，故地下水對夏玉米農(nóng)田蒸散量的影響可以忽略不計(jì)。各小區(qū)起壟超出地面20 cm，因此，降雨產(chǎn)生的地表徑流也可以忽略不計(jì)。根據(jù)農(nóng)田水量平衡方程，計(jì)算農(nóng)田蒸散量：

式中，ET—蒸散量；ΔS—土壤蓄存水變化量；P—生育期有效降雨量（由河北省農(nóng)林科學(xué)院旱作節(jié)水試驗(yàn)站氣象站提供）。

土壤蓄存水變化量[6]計(jì)算公式為：

式中，Δθi—土壤某一層次體積含水量（m3）；Zi—土壤層次厚度（mm）；i—土壤層次。

1.3.2.4 水分利用效率（WUE）。采用產(chǎn)量水平上的水分利用效率，計(jì)算公式[7]為：

式中，Y—夏玉米的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量（籽粒重）；ET—夏玉米農(nóng)田的總蒸散量。

1.3.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析利用Microsoft Excel 2007和DPS 15.10統(tǒng)計(jì)軟件[8]進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析，采用LSD法進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同秸稈覆蓋量和播種密度對夏玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

方差分析結(jié)果（表2）顯示，不同覆蓋量處理的玉米產(chǎn)量差異達(dá)到了顯著水平，其中，重度覆蓋處理產(chǎn)量最高，中等覆蓋處理次之，二者差異不顯著，但均顯著＞無覆蓋處理；不同密度處理的玉米產(chǎn)量差異達(dá)到了極顯著水平，且產(chǎn)量隨著密度的增大而顯著提高。表明秸稈覆蓋量和種植密度均對玉米產(chǎn)量具有顯著影響，其中，種植密度對產(chǎn)量的影響更大。

進(jìn)一步對產(chǎn)量構(gòu)成因素進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，重度覆蓋處理的單位面積穗數(shù)顯著＞中度覆蓋和無覆蓋處理，而中度覆蓋與無覆蓋處理間差異不顯著；中度覆蓋處理的百粒重最高，重度覆蓋處理次之，二者差異不顯著，但均顯著＞無覆蓋處理；而不同覆蓋量處理的穗行數(shù)和行粒數(shù)差異均不顯著?？梢钥闯?，不同覆蓋量處理下玉米產(chǎn)量主要受單位面積穗數(shù)和百粒重的影響。隨著密度增大，單位面積穗數(shù)逐漸升高，但是百粒重卻逐漸降低，且不同水平處理的指標(biāo)值差異均達(dá)到了極顯著水平；而穗行數(shù)和行粒數(shù)差異均不顯著。表明不同密度處理下玉米產(chǎn)量主要受單位面積穗數(shù)和百粒重的影響，其中，單位面積穗數(shù)起決定性作用。

表2 不同秸稈覆蓋量和播種密度下夏玉米的產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素Table2 Yield and yield components of summer maize under different straw mulching and planting density

在無覆蓋條件下，密度越大，產(chǎn)量越高，其中，M1P3較M1P1處理差異達(dá)到了極顯著水平（表3），增產(chǎn)率為7.09%，但M1P3處理的百粒重極顯著＜M1P1處理，因此認(rèn)為，密度增大引起的單位面積穗數(shù)極顯著增加是M1P3處理高產(chǎn)的主要原因。在中等覆蓋條件下，產(chǎn)量隨著密度的增大而逐漸增加，但不同密度水平的產(chǎn)量差異并不顯著，主要原因是密度增大引起的單位面積穗數(shù)增加與百粒重降低對產(chǎn)量的影響相互抵消。在重度覆蓋條件下，產(chǎn)量隨著密度的增大而逐漸增加，其中，M3P3和M3P2處理分別較M3P1處理增產(chǎn)11.90%和8.11%，二者產(chǎn)量差異不顯著，但均極顯著＞M1P1處理，而M3P3處理的百粒重極顯著＜M3P1處理，因此認(rèn)為，密度增大引起的單位面積穗數(shù)極顯著增加是M3P3處理高產(chǎn)的主要原因。

在低密度條件下，M2P1處理的產(chǎn)量顯著＞M1P1處理，增產(chǎn)率為4.99%，主要原因是M2P1處理的百粒重顯著增加（表3）；在中密度條件下，M3P2處理的產(chǎn)量顯著＞M1P2處理，增產(chǎn)率為5.93%，主要原因是M3P2處

理的單位面積穗數(shù)極顯著增加；在高密度條件下，M3P3處理的產(chǎn)量顯著＞M2P3和M1P3處理，分別較M2P3和M1P3處理增產(chǎn)4.95%、5.34%，主要原因是M3P3處理的單位面積穗數(shù)顯著增加。

表3 不同處理下夏玉米的產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素Table3 Yield and its components of summer maize under different treatment

2.2 不同秸稈覆蓋量和播種密度對夏玉米耗水量及水分利用效率的影響

2.2.1 不同秸稈覆蓋量和播種密度對夏玉米耗水量的影響水分利用效率是作物產(chǎn)量與耗水量（蒸騰耗水和地表蒸發(fā)）之間相互消長關(guān)系的具體表現(xiàn)[9]。

方差分析結(jié)果顯示，不同覆蓋量和密度處理的玉米耗水量差異均達(dá)到了極顯著水平（圖1），表明秸稈覆蓋量和種植密度均對玉米耗水量具有極顯著的影響。

在無覆蓋條件下，不同密度處理的耗水量順序?yàn)镸1P3處理＜M1P2處理＜M1P1處理，其中，M1P1處理與其他2個(gè)處理差異達(dá)到了顯著水平，而M1P2與M1P3處理差異不顯著，可以看出，在無覆蓋時(shí)，中、高密度播種均顯著降低玉米的田間耗水量，這可能與玉米生育前期增大密度后減少了田間地表蒸散有關(guān)，與劉泉汝等[10]的研究結(jié)果一致。在中等和重度覆蓋條件下，不同密度處理的耗水量差異均不顯著，且均以M2P3處理耗水量最低。

在低密度條件下，M1P1處理的耗水量顯著＞其他2個(gè)處理，而M2P1與M3P1處理差異不顯著，表明在低密度條件下，秸稈覆蓋能明顯降低玉米田間的耗水量；在中、高密度條件下，不同覆蓋處理的田間耗水量差異均不顯著。

在所有處理中，M3P3處理的田間耗水量最低，僅為388.32 mm。

圖1 不同秸稈覆蓋量和播種密度下夏玉米的耗水量Fig.1 Water consumption of summer maize under different straw mulching and planting density

2.2.2 不同秸稈覆蓋量和播種密度對夏玉米水分利用效率的影響隨著覆蓋量的增加，玉米的WUE總體呈升高趨勢（圖2），方差分析結(jié)果顯示，重度覆蓋處理與無覆蓋處理差異達(dá)到了顯著水平；不同密度處理的WUE差異達(dá)到了極顯著水平。表明秸稈覆蓋量和種植密度均對玉米WUE具有顯著影響，其中，種植密度對WUE的影響更大。

在無覆蓋條件下，不同密度處理的WUE順序?yàn)镸1P3處理＞M1P2處理＞M1P1處理，其中，M1P1處理與其他2個(gè)處理的差異達(dá)到了顯著水平，而M1P2與M1P3處理差異不顯著，與劉泉汝等[10]的研究結(jié)果不同，可能與試驗(yàn)設(shè)定的密度梯度或氣候因素有關(guān)。在中等覆蓋條件下，不同密度處理的WUE差異均不顯著，其中，M2P3處理的WUE最高。在重度覆蓋條件下，M3P3處理的WUE極顯著＞M3P1處理，但與M3P2處理差異不顯著。

在低密度條件下，不同覆蓋量處理的WUE差異均不顯著；在中密度條件下，M3P2處理的WUE顯著＞M1P2處理；在高密度條件下，不同覆蓋量處理的WUE差異均不顯著。

在所有處理中，M3P3處理的WUE最高，達(dá)到了27.85 kg/（mm·hm2）。

圖2 不同秸稈覆蓋量和播種密度下夏玉米的水分利用效率Fig.2 WUE of summer maize under different straw mulching and planting density

3 結(jié)論與討論

秸稈還田是提高土壤儲(chǔ)水保水能力、作物產(chǎn)量和水分利用效率的有效措施[11，12]。研究表明，秸稈還田可以減少田間水分蒸發(fā)[13～17]，提高作物葉片相對含水量、凈光合速率、蒸騰速率和莖稈傷流量[12，18]，促進(jìn)植株干物質(zhì)積累，進(jìn)而提高作物籽粒產(chǎn)量和水分利用效率。張吉祥等[19]研究了不同麥稈覆蓋量對玉米生長發(fā)育的影響，指出秸稈覆蓋能顯著減少夏玉米生育期的耗水量，明顯增加玉米株高和葉面積，其中秸稈覆蓋量為9 000 kg/hm2時(shí)效果最佳；夏玉米的光合速率和蒸騰速率均隨秸稈覆蓋量的增大而提高。本研究結(jié)果顯示，在黑龍港地區(qū)夏玉米出苗后進(jìn)行小麥秸稈覆蓋可為夏玉米生長發(fā)育和產(chǎn)量形成創(chuàng)造良好的水分條

件，提高夏玉米產(chǎn)量和水分利用效率，產(chǎn)量和水分利用效率提高的最高幅度可分別達(dá)到4.08%和13.28%。中重度覆蓋處理為田間等面積獲取的最大秸稈量，本研究結(jié)果對黑龍港地區(qū)實(shí)施秸稈覆蓋技術(shù)、達(dá)到節(jié)水增產(chǎn)的目的具有實(shí)際指導(dǎo)意義。

陳素英等[20]研究指出，秸稈覆蓋可有效抑制土壤水分蒸發(fā)，整個(gè)生育期內(nèi)覆蓋與不覆蓋相比，土壤蒸發(fā)量平均降低56.5%；覆蓋可改善土壤的水分狀況，促進(jìn)夏玉米的生長發(fā)育和產(chǎn)量形成，葉面積、株高、生物量、產(chǎn)量和水分利用率均明顯高于不覆蓋處理。本研究結(jié)果顯示，隨著播種密度的增大，玉米產(chǎn)量和水分利用效率顯著提高，提升幅度分別達(dá)到7.06%和17.63%。在所有處理中，M3P3處理的產(chǎn)量和WUE最大，分別達(dá)到了10 814.99 kg/hm2和27.85 kg/（mm·hm2），該處理真正實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)量與水分利用效率的最佳化，秸稈覆蓋與合理調(diào)整種植密度是實(shí)現(xiàn)夏玉米節(jié)水高產(chǎn)的有效途徑。合理調(diào)控種植密度可以改善玉米對光熱資源的利用效率與庫源的平衡過程[21]，關(guān)于種植密度調(diào)控下的水分利用與庫源之間的關(guān)系還有待于進(jìn)一步研究。

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Effects of Straw Mulching and Plant Density on Yield and Water Use Efficiency of Summer Maize in Heilonggang Plain

LIU Bin-hui，WANG Xi-sen，WANG Bian-yin，ZHANG Wen-ying*
（Institute of Dryland Farming，Hebei Academy of Agriculture and Forestry Sciences，Key Laboratory of Crops Drought Resistance Research of Hebei Province，Hengshui 053000，China）

By optimizing the amount of straw mulching and planting density combination，further improve the summer maize yield and water use efficiency（WUE）in Heilonggang Plain.With summer maize Jingdan 28 as tested material，the use of two factors and three levels split plot design，in which the amount of coverage provided no straw cover（0 kg/hm2，M1），moderate cover（2 625 kg/hm2，M2）and severe cover（5 250 kg/hm2，M3），planting density provided low density（52 500 plants/hm2，P1），medium density（60 000 plants/hm2，P2）and high density（67 500 plants/hm2，P3），to study the effects of different amount of straw mulching and planting density combination on yield and WUE of summer maize.The results showed that the corn yield and WUE are along with the increase of amount of straw mulching and planting density increased，and is subject to the influence of two factors have reached the significant level. Straw mulching improves yield and WUE by 4.08% and 13.28%，respectively.The highest plant density improves yield and WUE by 7.06%and 17.63%，respectively.The yield and WUE of M3P3treatment are 10 814.99 kg/hm2and 27.85 kg/（mm·hm2），the process to achieve the best combination of yield and WUE.Suitable combination of straw mulching and planting density can achieve the purpose of

Summer maize；Straw mulching；Plant density；Yield；Water use efficiency

S513

A

1008-1631（2016）04-0001-05

2016-03-24

河北省財(cái)政專項(xiàng)（F15C005）；河北省科技計(jì)劃項(xiàng)目（15226412D）；河北省財(cái)政專項(xiàng)（F16C14001）

柳斌輝（1981-），男，河北元氏人，助理研究員，碩士，主要從事作物栽培生理及抗旱節(jié)水性鑒定研究。E-mail：hzslbh@163.com。

張文英（1975-），女，河北衡水人，研究員，博士，主要從事農(nóng)作物抗旱性鑒定及遺傳規(guī)律研究。E-mail：zxm. 0223@163.com。

high-yield and water-saving of summer maize in Heilonggang Plain.