不同溝壟種植模式對土壤理化性狀及水分利用效率的影響

胥凌霄，段喜明，劉瑞龍

(山西農業(yè)大學 林學院，山西 太谷 030801)

不同溝壟種植模式對土壤理化性狀及水分利用效率的影響

胥凌霄，段喜明*，劉瑞龍

(山西農業(yè)大學 林學院，山西 太谷 030801)

[目的]為探究晉中半干旱地區(qū)不同溝壟種植模式對春玉米產量和水分利用效率的影響。[方法]以壟上覆膜為前提，設置以下種植模式：壟植等溝壟A、溝植等溝壟B、壟植大壟小溝C、溝植小壟大溝D，平地不覆膜種植CK為對照。研究不同處理對土壤理化性狀、水分利用率的影響。[結果](1)不同處理對土壤理化性質的改善效果不同，與CK相比，C處理土壤平均含水量增加1.39%，土壤孔隙度增加4%，蓄水保墑效果最好且有機質增幅最大，對土壤理化性狀改善效果最為明顯。(2)通過分析春玉米的耗水量和產量，得出不同處理的水分利用效率的排序為C>A>B>D>CK，C處理的水分利用效率比CK提高了48.05%，且產量最高，比CK增產47.79%，得出春玉米最優(yōu)的溝壟模式為壟植大壟小溝C。[結論]從春玉米產量、土壤理化性狀和水分利用效率方面考慮，建議在晉中地區(qū)廣泛采用壟植大壟小溝模式種植，溝寬50 cm，壟寬70 cm，行間距60 cm，株間距30 cm。

春玉米； 溝壟種植； 理化性狀； 水分利用效率

溝壟種植在農業(yè)生產中應用廣泛[1～3]，許多研究表明該技術既能有效保持水土，又能增加土壤水分[4]，減輕水分虧缺[5～6]，使土壤環(huán)境得到一定的改善并趨于穩(wěn)定[7]。壟上覆膜常作為提高水分利用效率的措施[8，9]，能夠使微小降雨很快形成徑流，貯存和集中到膜側和溝內，實現(xiàn)水分的空間再分配[10，11]，使其入滲更深[12，13]，避免土壤水分無效蒸發(fā)[14]，促進土壤水分良性循環(huán)，同時保證作物生長所需，達到增產增收的目的[15]。多數(shù)學者對土壤水分利用效率的研究集中于溝壟寬度相同的情況，對不同溝寬和壟寬的研究相對較少。然而溝寬和壟寬的不同，會對土壤含水量及作物產量產生一定的影響。劉志[16]的研究著眼于在壟的寬度不變的條件下改變溝的寬度來確定最優(yōu)的溝壟寬度，本試驗主要研究溝壟寬度均改變對土壤含水量、春玉米產量及水分利用效率的影響，意在分析溝壟種植、地膜覆蓋和大小壟對春玉米種植的影響，得出最優(yōu)的種植模式。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

本試驗在山西農業(yè)大學林學院試驗農場進行，試驗區(qū)屬暖溫帶大陸性氣候，年均氣溫9.8 ℃，年均日照時數(shù)2 550 h，10 ℃以上平均積溫3 141 ℃，無霜期180 d，年平均降水量458 mm，集中在7、8月份。供試土壤為重壤土，地下水埋深4 m以下。耕層土壤容重1.44 g·cm-3，田間持水量21.3%，播種前耕層土壤含水量13.10%、有機質0.83%，速效鉀276.47 mg·kg-1、堿解氮53.24 mg·kg-1、速效磷29.40 mg·kg-1。

1.2 試驗設計

試驗小區(qū)采取隨機區(qū)組設計， 重復3次，共15個小區(qū)，小區(qū)面積28.8 m2(6.0 m×4.8 m)，小區(qū)間距1 m。供試作物為農華101春玉米。試驗處理見表1，布置見圖1。起壟播種前各小區(qū)施底肥磷酸二銨850 g，硫酸鉀500 g，P2O5600 g；大喇叭口期追施尿素600 g；在授粉結束后補施尿素450 g[17]。

1.3 指標測定

1.3.1 土壤理化性狀測定

試驗前后分別取耕層(0～40 cm)土壤測定：土壤容重、孔隙度、有機質、速效鉀、堿解氮、速效磷等含量。

1.3.2 土壤含水量測定

從玉米播種開始，每隔15 d測量1次，每小區(qū)3個取樣點，取樣點為播種行兩株玉米的中間位置，分層取土，深度為0～100 cm。本試驗用烘干法測定土壤含水量。

表1 試驗處理

注：A為壟植等溝壟、B為溝植等溝壟、C為壟植大壟小溝、D為溝植小壟大溝、CK為平地不覆膜種植

Note: A is ridge planting with ridge and furrow of equal size, B is furrow planting with ridge and furrow of equal size, C is ridge planting with the wide ridge and the narrow furrow, D is ridge planting with the narrow ridge and the wide furrow, CK is bare land which is not coated

圖1 處理模式縱剖面圖Fig.1 Processing mode of row and furrow

2 試驗結果與分析

2.1 不同處理對土壤理化性狀的影響

不同處理對土壤理化性狀均有不同程度的改善，分析表2得出，與播種前相比，收獲后的耕層土壤平均含水量的變化排序為：C>A>B>D>CK，與CK相比， C處理土壤含水量增加1.39%，土壤孔隙度提高4%，蓄水保墑效果最好且有機質增幅最大，對土壤理化性狀改善效果最為明顯。

2.2 不同處理對土壤水分的影響

2.2.1 土壤水分隨時間的變化

圖2～圖5所測水分為壟上雙行間和溝內雙行間的土壤水分。從圖2和圖3可以看出，各處理的土壤含水量變化趨勢基本相同，始終高于CK；從圖4可以看出，各處理40～100 cm土層土壤含水量隨時間的變化趨勢變緩，這一土層剖面土壤含水量變化滯后于表層土壤。

表2 不同處理耕層土壤物理性狀及肥力統(tǒng)計表

圖2 不同處理對0～20 cm土層土壤含水量的影響Fig.2 The effect of different treatments on soil moisture in 0-20 cm depth of soil

圖3 不同處理對20～40 cm土層土壤含水量的影響Fig.3 The effect of different treatments on soil moisture in 20-40 cm depth of soil

圖4 不同處理對40～100 cm土層土壤含水量的影響Fig.4 The effect of different treatments on soil moisture in 40-100 cm depth of soil

綜合得出0～100 cm土層中：CK的土壤含水量除在t6(7月23日)外，剩余時段始終低于其他處理，原因為：降雨后，雨水直接滲入地表，壟植雨水滲入相對比較滯后；

t5(7月7日)前后，土壤含水量均降至全生育期的最低值，原因為：t4～t5階段，玉米進入拔節(jié)期，植株自身物質的積累，需要消耗大量的水分，而且持續(xù)的高溫少雨天氣使田間蒸發(fā)量增大；其余階段，土層含水量變化不明顯。

2.2.2 不同處理作物耗水量的確定

(1)

式中：ET：階段耗水量/mm；P：階段降水量/mm；I：階段灌溉水量/mm；G：作物利用地下水量/

圖5 不同處理對0～100 cm土層土壤含水量的影響Fig.5 The effect of different treatments on soil moisture in 0-100 cm depth of soil 注：t1～t9分別對應時間為5-5、5-20、6-8、6-24、7-7、7-23、8-7、8-23、9-7(月-日)，A為壟植等溝壟、B為溝植等溝壟、C為壟植大壟小溝、D為溝植小壟大溝、CK為平地不覆膜種植Note: t1-t9 corresponding time is 5-5, 5-20,6-8,6-24,7-7,7-23,8-7,8-23,9-7 (month-day). A is ridge planting with ridge and furrow of equal size, B is furrow planting with ridge and furrow of equal size, C is ridge planting with the wide ridge and the narrow furrow, D is ridge planting with the narrow ridge and the wide furrow, CK is bare land which is not coated

mm；△W：土壤貯水變化量/mm。

本試驗無人工灌溉，因此取I=0；地下水埋深在4 m以下，因此取G=0。由(1)式確定不同處理春玉米的作物耗水量。

從表3可以得出，作物耗水量排序為D

2.3 不同處理對玉米產量及水分利用效率的影響

2.3.1 不同處理玉米產量比較

不同處理對作物植株特性的影響不同，作物產量也存在差異(表4)。

C處理產量為最高，按產量高低排序依次為C>A>B>D>CK，同時對產量進行方差分析(表5)，各處理間差異表現(xiàn)為極顯著，與CK相比，A、B、C和D分別增產42.08%、27.92%、47.79%和20.51%， C處理同比增長最高，與上述方差分析結果一致，說明C處理的增產效果同比最優(yōu)。

表3 不同處理春玉米全生育期內的作物耗水量

表4 不同處理春玉米產量及相關指標統(tǒng)計

表5 不同處理對春玉米產量的方差分析和顯著性檢驗

注：區(qū)組間F(0.05)=3.49，F(xiàn)(0.01)=5.95；處理間F(0.05)=3.26，F(xiàn)(0.01)=5.41

Note: Area between groupsF(0.05)=3.49,F(0.01)=5.95; processing betweenF(0.05)=3.26,F(0.01)=5.41

2.3.2 不同處理水分利用效率比較

水分利用效率的計算公式：

WUE=Y/ET

(2)

式中：WUE：作物水分利用效率/kg·m-3；Y：作物子粒產量/kg·hm-2；ET：耗水量/mm。

根據(jù)不同處理春玉米全生育期的作物耗水量和產量，由(2)式確定不同處理春玉米水分利用效率。

由表6可以看出，不同處理水分利用效率的排序依次為：C>A>B>D>CK。C和CK處理耗水量最大，但C產量最高，CK產量最低，得出C的水分利用效率最高，為26.51 kg·(hm2·mm)-1，是CK的1.48倍，比CK提高48.05%，A、B和D分別提高42.40%、28.30%和21.02%。

表6 不同處理水分利用效率比

3 討論與結論

3.1 討論

本研究結果表明，A、B、C、D各處理對春玉米的增產效果均優(yōu)于裸地平作，且C處理最好，同時該處理對土壤理化性狀的改善效果最為明顯，水分利用效率最高，因此晉中地區(qū)采用溝壟模式種植春玉米在溝寬50 cm，壟寬70 cm時，產量最高。劉志[16]等在朝陽地區(qū)進行溝壟微型集水種植玉米試驗，得出溝壟寬度為60 cm和 40.5 cm時，產量最高。王俊鵬[18]等在寧南半旱區(qū)進行農田微集水種植技術效果研究，得出在溝壟寬度為60 cm時玉米產量最高?？芙瓭齕19]等研究表明，壟膜集雨種植與傳統(tǒng)平作相比，能夠明顯改善土壤水分供應能力，同時溝壟寬度均為60 cm時，可顯著提高苜蓿干草產量及水分利用效率。綜合分析表明，合理的溝壟寬度與不同地區(qū)的作物類型、土壤條件和降水量等因素有關。

本試驗結果與上述學者研究結果存在一定的差異，主要原因：本試驗采取壟上雙行種植和溝內雙行種植而非單一的壟膜溝種，得出壟上種植優(yōu)于溝內種植。同時溝壟寬度均改變的模式也區(qū)別于僅改變壟寬，固定溝寬的種植模式。溝壟寬度的同時改變，進一步影響土壤水分的再分配，更大程度的提高了作物的水分利用效率，達到作物增產的目的。

本研究主要從土壤理化性狀的改善、水分利用效率的提高和增產效應三方面分析不同溝壟種植模式的適宜性，但是試驗周期較短，降水情況、溫度條件較為單一，沒有說明不同干濕年份對不同溝壟模式種植春玉米的增產效果的影響。今后，應側重長期的，連續(xù)的種植對春玉米增產和水分高效利用的研究，找出不同種植模式增產效果年際間的變化規(guī)律，更好地指導本地區(qū)的春玉米增產增收。

3.2 結論

溝壟的寬窄影響土壤水分的空間分布，同時影響作物的生長發(fā)育和產量性狀。通過春玉米種植試驗，各處理和對照均可不同程度的減小土壤容重，增加孔隙度，使土壤生態(tài)環(huán)境朝著更有利于作物生長的方向發(fā)展，其中壟植大壟小溝模式的蓄水保墑效果最好，對土壤理化性狀的改善最明顯，同時該模式下土壤水分利用效率最高，較裸地平作提高48.05%，增產47.79%。壟植等溝壟模式的效果次之，土壤水分利用效率和產量分別提高42.08%和42.40%。綜合上述各指標分析溝壟種植、地膜覆蓋和大小壟對春玉米種植過程和產量的影響，得出最優(yōu)春玉米種植模式為壟植大壟小溝C，壟上雙行種植，溝寬50 cm，壟寬70 cm，行間距60 cm，株間距30 cm。

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(編輯：梁文俊)

The effect of different ridge and furrow planting pattern on the physical and chemical characteristics of soil and efficient utilization of water

Xu Lingxiao, Duan Ximing*, Liu Ruilong

(CollegeofForestry,ShanxiAgriculturalUniversity,Taigu030801，China)

[Objective]In order to explore the effect of different groove ridge planting patterns on spring corn yield and water use efficiency on Jinzhong semi-arid areas.[Methods]On the premise of covering film on the ridge, Set the following planting patterns: A was ridge planting with ridge and furrow of equal size, B was furrow planting with ridge and furrow of equal size, C was ridge planting with the wide ridge and the narrow furrow, D was ridge planting with the narrow ridge and the wide furrow, CK was bare land which was not coated as the control group, researching for the impacts of different treatments on soil physical and chemical properties, water use efficiency.[Results]The results showed that: The influence of different sets on soil properties were different especially, C treatment of soil moisture content was 1.39% higher than CK on average, soil porosity was 4% higher than CK, storage moisture effect was best and organic growth was the largest, improving the effect was most pronounced on soil physical and chemical properties. Through the analysis of crop water consumption and production, Water use efficiency of different sets order was C>A>B>D>CK, C treatment of water use efficiency was 48.05% higher than CK, and the highest yield which was 47.79% higher than CK. It was concluded that the optimal spring corn ridge and furrow planting pattern was C.[Conclusion]From spring maize yield and soil physical and chemical properties and water use efficiency into consideration, recommended in jinzhong area widely adopted ridge planting with the wide ridge and the narrow furrow, furrow width was 50 cm, ridge width was 70 cm, line spacing was 60cm, plant spacing was 30 cm.

Spring corn, Ridge and furrow planting, Physical and chemical properties, Water efficient application

2016-10-08

2016-11-17

胥凌霄(1991-)，女(漢)，山西長治人，碩士研究生，研究方向：農業(yè)水土資源的高效利用

*通信作者：段喜明，教授，碩士生導師，Tel:0354-6288329;E-mail:duanximing0208@sina.com

S152.5; S273.1

A

1671-8151(2017)02-0083-06