基于加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)模型的干旱區(qū)玉米覆膜耕作方式評價(jià)

趙少軍

(新疆塔里木河流域管理局， 新疆 庫爾勒 841000)

基于加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)模型的干旱區(qū)玉米覆膜耕作方式評價(jià)

趙少軍

(新疆塔里木河流域管理局， 新疆 庫爾勒 841000)

通過設(shè)置壟作全膜、壟作半膜、平作全膜以及平作半膜4個(gè)覆膜耕作處理，采用加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)模型評價(jià)不同覆膜耕作方式的優(yōu)劣。結(jié)果表明：壟作全膜處理保水保溫效果明顯；干旱條件下，耕作措施較覆膜方式對地溫的影響更為明顯；而在水量充沛條件下，覆膜方式則表現(xiàn)出對地溫更顯著的影響。田間起壟耕作結(jié)合全膜覆蓋的種植方式，有利于干物質(zhì)的積累，促進(jìn)滴灌條件下玉米產(chǎn)量的形成，同時(shí)提高水分利用效率，為干旱區(qū)農(nóng)業(yè)節(jié)水和玉米高產(chǎn)提供了技術(shù)依據(jù)。

滴灌； 耕作方式； 覆膜； 玉米； 評價(jià)

引 言

塔里木盆地是新疆重要的糧油生產(chǎn)基地，該區(qū)域光熱資源豐富，氣候干旱少雨，夏季高溫干熱，蒸發(fā)強(qiáng)烈，氣溫變化幅度大，極易造成作物減產(chǎn)，因而探索適宜灌區(qū)作物生長的良好水熱環(huán)境成為一項(xiàng)重要的研究課題。膜下滴灌是將滴灌與覆膜技術(shù)相結(jié)合的一種灌溉方式[1]。研究表明，覆蓋地膜能夠改善土壤水熱條件，降低土壤水分的無效蒸發(fā)和熱量散失，提高作物產(chǎn)量[2-3]。壟作和地膜覆蓋相結(jié)合，具有促進(jìn)作物生長、增溫保墑、提高作物水分利用率的作用[4-5]。馬樹慶等[6]研究表明，通過地膜覆蓋，可以提高田間土壤溫度，將玉米生育期提前，提高光合產(chǎn)物積累。張俊鵬等[7]基于大田對比試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)秸稈和地膜覆蓋增加了夏玉米干物質(zhì)量，提高了水分利用效率。馬忠明等[8]對旱地砂田不同覆膜栽培模式的土壤水熱效果和增產(chǎn)效果進(jìn)行研究，結(jié)果表明，起壟覆膜較無膜對照處理0～25cm土層土壤日平均溫度提高2.0℃，起壟覆膜具有明顯的集雨保墑效果，是旱田優(yōu)選的覆膜方式。

本文在前人研究基礎(chǔ)上[9-10]，擬采用變異系數(shù)法，以客觀賦權(quán)的方法確定各指標(biāo)的權(quán)重，使其具有保序性，在此基礎(chǔ)上建立加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)評價(jià)模型，對春玉米不同覆膜耕作方式進(jìn)行評價(jià)，以期為加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)模型在節(jié)水灌溉研究中的應(yīng)用提供參考。

1 灰色關(guān)聯(lián)模型

灰色關(guān)聯(lián)分析是灰色系統(tǒng)理論的重要組成部分，其基本思想是一種相對性的排序分析，通常對原始數(shù)據(jù)采用歸一化的方法來進(jìn)行變換，之后來計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)和關(guān)聯(lián)度。

設(shè)參考數(shù)據(jù)序列Xi={xi(k),k=1,2,…,m；i=1,2,…,n}為評價(jià)數(shù)據(jù)序列。即共有n個(gè)評價(jià)數(shù)據(jù)序列，每個(gè)序列共有m個(gè)指標(biāo)，則關(guān)聯(lián)系數(shù)表示為ξ0i(k):

(1)

式中ξ0i(k)——第i個(gè)評價(jià)數(shù)據(jù)序列的第k項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)的關(guān)聯(lián)系數(shù)；

|x0(k)-xi(k)|——參考數(shù)據(jù)序列與第i項(xiàng)評價(jià)數(shù)據(jù)序列對應(yīng)的第k個(gè)指標(biāo)的絕對差值；

δ為分辨系數(shù)一般取0.5。

采用客觀賦權(quán)的變異系數(shù)法確定各評價(jià)指標(biāo)權(quán)重。由于各項(xiàng)指標(biāo)量綱不同，難以直接比較其差別程度，需用各項(xiàng)指標(biāo)的變異系數(shù)來衡量各項(xiàng)指標(biāo)取值的差異程度。

(2)

(3)

式中δj——第j個(gè)評價(jià)指標(biāo)的變異系數(shù)；

D——第j個(gè)評價(jià)指標(biāo)特征值的均方差；

Wj——第j個(gè)評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。

根據(jù)指標(biāo)權(quán)重及關(guān)聯(lián)系數(shù)，計(jì)算加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)度：

(4)

式中Ri——第i個(gè)比較序列的灰色關(guān)聯(lián)度，值越大，則與參考序列接近度越高，方案越優(yōu)。

2 模型應(yīng)用

2.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

根據(jù)文獻(xiàn)[11]數(shù)據(jù)，在膜下滴灌條件下，設(shè)置2種地膜覆蓋方式(半膜、全膜)和2種耕作措施(平作、壟作)，共4個(gè)處理，分別為壟作全膜(LQ)、壟作半膜(LB)、平作全膜(PQ)和平作半膜(PB)。土壤含水率和溫度測定采用土壤水分、溫度動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測。監(jiān)測從播種前開始到收獲后結(jié)束，每1h測定1次。在收獲期對各處理進(jìn)行測產(chǎn)，記錄穗數(shù)，收獲后隨機(jī)選擇20個(gè)果穗記錄每穗行數(shù)、每行粒數(shù)，脫粒后稱量籽粒鮮質(zhì)量，50℃烘干至恒質(zhì)量，計(jì)算千粒質(zhì)量。采用水量平衡法計(jì)算春玉米耗水量，并根據(jù)產(chǎn)量數(shù)據(jù)，計(jì)算其水分利用效率。各處理評價(jià)指標(biāo)實(shí)測值見表1。

表1 各處理評價(jià)指標(biāo)實(shí)測值

2.2 模型計(jì)算

a.將表1中數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理。利用式(1)計(jì)算得到灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣,見表2。

表2 灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣

b.根據(jù)式(2)和式(3)計(jì)算得到各評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，即：Wj=(0.109，0.146，0.132，0.086，0.101，0.142，0.086，0.090，0.107)。

c.利用式(4)計(jì)算得到各評價(jià)方案的加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)度及排序,見表3。

表3 加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)度及排序

由表3可知，LQ處理的加權(quán)關(guān)聯(lián)度值最大，為0.94，是最優(yōu)方案；PB處理的關(guān)聯(lián)度值最小，為0.391，為最劣方案。不同評價(jià)方案的優(yōu)劣排序結(jié)果為：LQ>PQ>LB>PB(“>”表示“優(yōu)于”)。

3 討 論

壟作覆膜可以抑蒸保墑，改善作物水分狀況。壟作處理增厚土壤疏松土層，有效促進(jìn)土壤水分入滲；同時(shí)，壟作可以增加土壤表面積，接收太陽輻射能力增強(qiáng)，致使表層土壤溫度更易提高，利于熱量向深層土壤傳遞。覆蓋地膜后，陽光中的長波輻射反射到近地面的空氣中轉(zhuǎn)化為熱能，提高作物周圍空氣溫度，而短波輻射部分被地表反射，轉(zhuǎn)化為熱能提高膜內(nèi)溫度，另一部分以熱傳導(dǎo)的方式傳遞至深層，與半膜覆蓋相比，全膜覆蓋防止熱量從膜間裸地?cái)U(kuò)散，能有效提高土壤溫度。

壟作全膜處理在不同生育期耕層土壤溫度、水分都是最佳的，為玉米生長提供了適宜的耕層土壤水熱環(huán)境。在玉米生長前期，壟作全膜的抑蒸保墑作用起到較好的保水效果，提高了土壤含水率，加速玉米的生育進(jìn)程，作物生長旺盛，長勢明顯優(yōu)于其他處理；同時(shí)，壟作全膜促進(jìn)熱量傳遞和積聚，避免熱量散失，提高了土壤溫度，且地表晝夜溫差較大，有益于干物質(zhì)的積累和轉(zhuǎn)移，促進(jìn)作物生長發(fā)育和產(chǎn)量的形成，增產(chǎn)效果最明顯。

4 結(jié) 論

a.壟作全膜覆蓋方式大幅提高了土壤含水率，同時(shí)對耕層土壤保溫效果明顯，干旱條件下，耕作措施較覆膜方式對地溫的影響更為明顯；而在水量充沛條件下，覆膜方式則表現(xiàn)出對地溫更顯著的影響。

b.壟作全膜處理提高了玉米產(chǎn)量和水分利用效率，水分利用效率為40.21kg/(hm2·mm)，一定程度上解決了干旱區(qū)玉米耗水量大、水分利用效率低的問題。

綜上所述，壟作全膜覆蓋方式可以優(yōu)化耕層土壤水熱環(huán)境，提高玉米穗行數(shù)和穗粒數(shù)，利于干物質(zhì)的積累，促進(jìn)滴灌條件下的玉米產(chǎn)量形成，同時(shí)提高水分利用效率，是適宜于干旱區(qū)的一種高效種植模式。

[1] 張振華.微源入滲特性規(guī)律與膜下滴灌作物需水量研究[D].楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué),2002.

[2] 李明思,康紹忠,楊海梅.地膜覆蓋對滴灌土壤濕潤區(qū)及棉花耗水與生長的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2007,23(6)：49-54.

[3] 畢繼業(yè),王秀芬,朱道林.地膜覆蓋對農(nóng)作物產(chǎn)量的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2008,24(11)：172-175.

[4] Zhou Limin, Li Fengmin, Jin Shengli. How two ridges and the furrow mulched with plastic film affects soil water temperature and yield of maize on the semiarid Loess Plateau of China[J]. Field Crops Research,2009, 113(2):41-47.

[5] Zhang Zhi, Tian Fuqiang, Zhong Ruisen. Spatial and Temporal pattern of soil temperature in cotton field under mulched drip irrigation condition in Xinjiang[J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering,2011,27(1):44-51.

[6] 馬樹慶,王琪,郭建平.東北地區(qū)玉米地膜覆蓋增溫增產(chǎn)效應(yīng)的地域變化規(guī)律[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2007,23(8)：66-71.

[7] 張俊鵬,劉祖貴,孫景生.不同水分和覆蓋處理對土壤水熱和夏玉米生長的影響[J].灌溉排水學(xué)報(bào),2015,34(2)：25-28.

[8] 馬忠明,杜少平,薛亮.不同覆膜方式對旱砂田土壤水熱效應(yīng)及西瓜生長的影響[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2011,31(5)：1295-1302.

[9] 劉年平,胡慧慧.基于可拓理論的水電站安全標(biāo)準(zhǔn)化評價(jià)模型[J].中國水能及電氣化,2015(12):46-51.

[10] 吳新新.基于改進(jìn)投影尋蹤模型的地表覆蓋對作物水分利用的影響評價(jià)[J].水資源開發(fā)與管理,2016(2):75-78.

[11] 齊智娟,馮浩,張?bào)w彬.覆膜耕作方式對河套灌區(qū)土壤水熱效應(yīng)及玉米產(chǎn)量的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2016,32(20):108-113.

Evaluation on corn film-mulching farming mode in arid area based on weighted grey correlation model

ZHAO Shaojun

(XinjiangTarimRiverBasinAdministration,Korla841000,China)

Four film-mulching farming treatments are set, including ridge tillage whole membrane, ridge tillage half membrane, flat whole membrane and flat half membrane. Weighted grey correlation model is adopted to evaluate the advantages and disadvantages of different film-mulching farming modes. The results show that ridge tillage whole membrane treatment has prominent effect of water conservation and heat insulation. Farming measure has more prominent influence on ground temperature compared with film-mulching mode under dried condition. Film-mulching farming modes show more prominent influence on ground temperature under the condition of sufficient water content. Field ridge farming combined with full-film coverage planting mode is beneficial for accumulating dry materials, promoting formation of corn yield under drip irrigation condition, improving water utilization efficiency at the same time, and providing technical basis for agricultural water-saving and high yield of corn in arid area.

drip irrigation; farming mode; film-mulching; corn; evaluation

10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2017.01.022

TV213.9

A

2096-0131(2017)01- 0077- 03