玉米‖馬鈴薯抗旱栽培土壤含水量及產(chǎn)量效益研究

安昕，陳夢麗，高連彰，陸 靖，周 鋒，吳伯志， 張連根

(1.云南農(nóng)業(yè)大學 農(nóng)學與生物技術(shù)學院， 云南 昆明 650201； 2.通?？h農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站， 云南 玉溪 652700；3.宣威市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心， 云南 曲靖 655400)

干旱是中國最主要的農(nóng)業(yè)自然災害之一，也是制約糧食生產(chǎn)和糧食安全的重要因素[1-3]。隨著人口增長和城市化進程加快，水資源高效利用及確保糧食產(chǎn)能安全成為頭等大事[4]。地膜覆蓋栽培技術(shù)是一項非常成功的農(nóng)業(yè)抗旱增產(chǎn)技術(shù)，長期以來，在中國獲得了較好的試驗效果[5]。截至21世紀初，該技術(shù)在中國推廣面積達到7.01萬hm2，經(jīng)濟和社會效益非常明顯[6]。根據(jù)多年研究，通過人為改變田間地表微地形如壟上覆膜[7]、窩塘式種植[8]等實現(xiàn)降水田間再分配，使有限降水分布到作物根際土壤中，減小田間蒸發(fā)，可以達到雨水高效利用的目的。而通過間作、套種來提高水分資源利用率的技術(shù)也被世界各國廣泛采用。近年來，杏樹間作綠肥沙打旺[9]，大麥間作蠶豆[10]、梨樹間作小麥[11]等措施均表現(xiàn)出間作體系水分利用率高于單作的效應(yīng)。

玉米與馬鈴薯間作是典型禾本科與薯類間作模式，也是云南省常用的種植方式，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有重要地位。但是，目前玉米間作馬鈴薯種植模式的土壤水分利用效率如何提高的問題尚未得到解決。本研究結(jié)合云南省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實際，將地膜覆蓋、開溝或打塘等抗旱技術(shù)集成使用，主要通過玉米開溝或打塘+地膜覆蓋種植方式，探究其土壤含水量及產(chǎn)量效益，應(yīng)對云南省糧食主產(chǎn)區(qū)突發(fā)性氣候干旱，提高作物間作系統(tǒng)抗旱能力，減少產(chǎn)量損失和穩(wěn)定農(nóng)業(yè)收益。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于云南省宣威市農(nóng)業(yè)局農(nóng)業(yè)技術(shù)示范基地，海拔1 904.2 m，26°18′N，104°3′E，土壤為沙性紅壤。多年平均氣溫13.4℃，最高年均溫14.6℃，最低年均溫12.7℃。多年平均日照2 018.5 h，日照百分率為47%。多年平均降水量為975.2 mm，降水時間分布不均勻，全年分為明顯的干、濕兩季。

1.2 試驗材料

玉米(ZeamaysL.)：宣黃單13號包衣種子，由宣威市農(nóng)業(yè)局選育；馬鈴薯(SolanumtuberosumL.)：宣薯2號，由宣威市農(nóng)業(yè)局選育。

1.3 試驗設(shè)計

試驗采用單因素隨機區(qū)組設(shè)計，共設(shè)置5個處理，每個處理3次重復，共15個小區(qū)，小區(qū)面積30 m2(5 m×6 m)。處理為：T1.玉米+開溝覆膜‖馬鈴薯；T2.玉米+打塘覆膜‖馬鈴薯；T3.玉米+平作覆膜‖馬鈴薯；T4.玉米平作覆膜單作；T5.馬鈴薯單作。

1.4 作物種植

種植規(guī)格：玉米‖馬鈴薯行比均為2∶2。玉米間作種植密度52 500 株·hm-2，寬窄行種植，規(guī)格為(150 cm+50 cm)×38 cm，雙株留苗；玉米單作種植密度59 250 株·hm-2，寬窄行種植，規(guī)格為(100 cm+50 cm)×45 cm，雙株留苗。間作馬鈴薯種植密度為28 500 株·hm-2，寬窄行種植，規(guī)格為(150 cm+50 cm)×35 cm；單作馬鈴薯種植密度為57 150 株·hm-2，等行距種植，規(guī)格為50 cm×35 cm。

種植方式：間作處理T1玉米采用溝播種植(溝深10 cm，溝寬30 cm)，T2采用打塘種植(塘深15 cm，塘直徑35 cm)，T3和T4均采用平作種植；各處理馬鈴薯均采用開溝播種。馬鈴薯生育期為2013年4月5日至8月20日，玉米生育期為2013年4月30日至9月20日。

1.5 試驗指標及測定方法

土壤含水量:采用英國制造的DELTD-TDEVICES-HH1水分測定儀，分別測定0～7.6 cm和0～20 cm兩個土層的平均含水量。方法：間作處理每個小區(qū)測定6個點(以V字型于玉米行下取3點，馬鈴薯行下取3點)，凈作處理以V字型測定3個點，每隔20 d測定一次。

土地當量比(land equivalent ratio, LER)：土地當量比的計算公式為：LER=玉米間作產(chǎn)量/玉米單作產(chǎn)量+馬鈴薯間作產(chǎn)量/馬鈴薯單作產(chǎn)量。若LER大于1，即表示間作具有產(chǎn)量優(yōu)勢。

1.6 試驗數(shù)據(jù)處理

用Excel 2007和SPSS18.0等應(yīng)用軟件對所得的數(shù)據(jù)進行計算、整理、統(tǒng)計分析，利用Duncan法對數(shù)據(jù)進行差異性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種植方式對作物耕層土壤含水量的影響

2.1.1 不同種植方式對玉米條帶土壤含水量的影響 由表1可知，各處理玉米條帶土壤表層含水量6月4日差異顯著(P<0.05)，處理T1、T2均顯著(P<0.05)高于處理T3、T4，處理T1和T2差異不顯著(P>0.05)，處理T1、T2平均土壤含水量比處理T3、T4分別增加28.27%和25.91%；除8月9日和8月29日外，其余各時期玉米條帶土壤含水量均表現(xiàn)為間作處理高于處理T4；各時期土壤含水量平均值各處理依次為處理T1>T2>T3>T4，T1處理各時期土壤含水量平均比處理T3、T4分別增加11.91%和21.24%，T2處理則分別增加8.97%和18.06%。各時期含水量T1處理最多比T4處理增加28.32%。結(jié)果表明，玉米開溝和打塘種植有利于土壤水分蓄積，比玉米平壟種植有較好的土壤水分效益，數(shù)據(jù)顯著性差異與每次土壤水分測定前降雨因素有關(guān)。

由表2可知，8月9日各處理玉米條帶土壤深層含水量差異極顯著(P<0.01)，處理T1、T2均顯著(P<0.05)高于處理T3、T4；9月20日各處理玉米條帶土壤深層含水量差異顯著(P<0.05)，處理T1和T2差異不顯著(P>0.05)，處理T1、T2均顯著(P<0.05)高于處理T4。這兩個時期處理T1、T2平均土壤含水量比處理T3、T4分別增加16.73%和19.21%；除8月9日和8月29日外，其余各時期玉米條帶土壤含水量各處理間差異均不顯著(P>0.05)，總體表現(xiàn)出間作處理T1、T2高于間作處理T3和單作處理T4。各次土壤含水量平均值各處理依次為處理T2>T1>T4>T3，T2處理比處理T3、T4分別增加15.88%和10.91%，T1處理分別增加15.42%和10.47%。各時期測定含水量T2處理最多比T4處理增加28.12%。結(jié)果也表明，玉米開溝和打塘間作馬鈴薯土壤水分蓄積效果最好。由表1和表2看出開溝和打塘種植比玉米平地種植都有較好的土壤水分效益，數(shù)值大小有所差異可能與土壤表層和深層水分穩(wěn)定性有關(guān)。

2.1.2 不同種植方式對馬鈴薯條帶土壤含水量的影響 由表3可知，6月4日、6月26日和8月9日各處理馬鈴薯條帶土壤表層水分含量差異不顯著(P>0.05)，其余各觀測時期差異均達顯著水平(P<0.05)。7月18日和9月20日處理T1與對照處理T5差異均顯著，6月26日和9月20日處理T1和T2差異均不顯著(P>0.05)，7月18日和9月20日，T1處理和T3處理差異也顯著(P<0.05)。各次觀測數(shù)據(jù)均表明，處理T1和處理T2土壤含水量均高于處理T5，除8月9日外，其余各時期T1、T2處理土壤含水量均高于處理T3，各處理土壤含水量平均值依次為：T1>T2>T3>T5，處理T1和T2土壤含水量平均值比處理T5分別增加25.16%和21.88%，比處理T3分別增加15.21%和12.19%。結(jié)果表明，玉米打塘種植處理T2和開溝種植處理T1的表層土壤含水量均高于玉米平壟間作馬鈴薯處理T3和馬鈴薯單作處理T5，馬鈴薯間作處理土壤含水量均高于馬鈴薯單作，所以玉米打塘和開溝間作也有益于馬鈴薯條帶土壤水分狀況的改善。在剛降雨以后或持續(xù)干旱時，由于土壤蓄水充足或嚴重消耗，可能導致部分處理土壤含水量差異不顯著。

表1 不同處理玉米條帶0～7.6 cm土壤水分含量方差分析/%

注：同一行不同小寫字母及*表示在P<0.05水平上差異顯著，不同大寫字母和**表示在P<0.01水平上差異極顯著，相同字母表示差異不顯著。下同。

Note: Different lowercase letters and * indicate significant difference atP<0.05, while capitals and ** indicate very significant atP<0.01. The same as bellow.

表2 不同處理玉米條帶0～20 cm土壤水分含量方差分析/%

表3 不同處理馬鈴薯條帶0～7.6 cm土壤水分含量方差分析/%

表4 不同處理馬鈴薯條帶0～20 cm土壤水分含量方差分析/%

由表4可知，7月18日馬鈴薯條帶深層土壤含水各處理差異極顯著(P<0.01)，其中處理T1與處理T5差異極顯著(P<0.01)，處理T1、T2與處理T3差異均顯著(P<0.05)，處理T1與T2差異也顯著(P<0.01)，處理T1土壤含水量比處理T5增加34.75%；除9月20日和8月9日外，其余各次土壤含水量T1、T2處理均高于T5處理，各時期平均土壤含水量依次為處理T1>T2>T3>T5，T1、T2處理比T5處理分別增加15.36%和10.20%。表3和表4結(jié)果均表明，玉米打塘和開溝種植的深層土壤含水量均高于玉米平壟間作馬鈴薯和馬鈴薯單作，玉米平壟間作馬鈴薯處理高于馬鈴薯單作，所以玉米打塘和開溝間作也有益于馬鈴薯條帶深層土壤水分狀況的改善?？傊?，在剛降雨以后或持續(xù)干旱時，由于土壤蓄水充足或消耗嚴重，可能導致部分處理土壤含水量差異不顯著或規(guī)律異常。

2.2 不同種植方式產(chǎn)量效益分析

由表5可知，不同種植方式之間玉米產(chǎn)量差異達到了顯著水平(P<0.05)，處理T1、T2、T3差異不顯著(P>0.05)，T2處理產(chǎn)量最高，比處理T3產(chǎn)量增加1.1 t·hm-2，增產(chǎn)10.53%。各處理馬鈴薯產(chǎn)量差異達極顯著水平(P<0.01)，間作處理馬鈴薯產(chǎn)量差異不顯著(P>0.05)，間作處理T1、T2馬鈴薯產(chǎn)量均高于T3處理，分別增產(chǎn)18.45%和10.48%。不同處理復合產(chǎn)量差異達到了極顯著(P<0.01)，除處理T4外，處理T2與其余處理差異均顯著(P<0.05)，處理T1與處理T5差異極顯著(P<0.01)，間作處理復合產(chǎn)量依次為處理T2>T1>T3，打塘覆膜處理T2復合產(chǎn)量比處理T3和T5分別增產(chǎn)13.74%和225.00%，比處理T1和T4分別增產(chǎn)9.52%和7.71%。不同處理產(chǎn)值差異達極顯著水平(P<0.01)，處理T2與其它處理差異極顯著(P<0.01)，處理T1與處理T4差異也顯著(P<0.05)，產(chǎn)值依次為處理T2>T1>T3>T5>T4，打塘覆膜T2處理產(chǎn)值比處理T3、T4、T5分別增加0.64 萬元·hm-2、1.03 萬元·hm-2、0.73 萬元·hm-2，分別提高19.61%、35.70%和22.91%，比T1處理也增收17.65%；不同間作處理土地當量比(LER)均大于1，且差異達到了極顯著水平(P<0.01)，3種種植方式土地當量比大小依次為：處理T2>T1>T3，打塘處理的土地當量比(LER)比平作處理T3增加10.52%。結(jié)果表明：集雨栽培種植措施處理T2(打塘覆膜播種)較常規(guī)種植措施有非常明顯的效果，能顯著提高玉米產(chǎn)量和復合產(chǎn)量和土地當量比，具有明顯的生產(chǎn)效益。

表5 玉米馬鈴薯間作處理產(chǎn)量效益方差分析

注：玉米和馬鈴薯的產(chǎn)值分別按市場價，玉米2.4 元·kg-1，馬鈴薯1.6 元·kg-1。復合產(chǎn)量為馬鈴薯產(chǎn)量按5∶1折算后與玉米產(chǎn)量之和。

Note: The output value of maize and potato was 2.4 yuan·kg-1and 1.6 yuan·kg-1respectively according to market price. Compound yield was the sum of the yield of potato after 5∶1 conversion and the yield of maize.

3 討 論

由于地膜不透氣，阻礙了水分蒸發(fā)，在干旱、半干旱地區(qū)實施地膜覆蓋技術(shù)，具有保墑作用，能有效保蓄水分、提高水分利用效率，促進了水分橫向運動，使水分在膜下循環(huán)，能較長時間儲蓄在土壤中。有研究表明，地膜覆蓋對改善春玉米、小麥、棉花土壤含水量、產(chǎn)量、品質(zhì)均有一定效果[12]。前人研究在西北半干旱雨養(yǎng)條件下，地膜覆蓋可顯著提高土壤表層(0～20 cm)墑情[13]，這與本研究結(jié)果一致。

本試驗中，降水時雨水通過壟面徑流匯集于溝中，并向地下和壟下入滲；而且土壤中水分蒸發(fā)后順塘膜內(nèi)側(cè)回流到塘心種苗處，確保有充足水分滿足出苗及玉米苗期生長需要，促進根系生長健壯；在玉米生長中后期，雨水分布不均，窩塘式栽培模式能最大限度把水分富集到玉米根系周圍塘內(nèi)，從時空上調(diào)節(jié)玉米生長后期供水不均問題[14]，促進根系生長，使玉米生長達到最佳經(jīng)濟性狀。通過玉米的起壟覆膜技術(shù)，減少地面蒸發(fā)，提高坡地地表徑流的利用率；進行馬鈴薯+地膜玉米間作是有效的增產(chǎn)途徑，而且通風透光良好，增加了玉米的邊際優(yōu)勢，有利于玉米增產(chǎn)[15]。本試驗采用的田間微集水技術(shù)，主要因為壟塘面覆膜集雨，溝塘內(nèi)種植作物，壟、溝相互結(jié)合實現(xiàn)雨水積蓄和保墑的功能，對增強作物的抗旱能力，促使作物穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)具有重要的意義。

研究表明，間作可以增加作物的水分利用效率，改善土壤根際水分狀況[16]，本試驗研究玉米溝塘間作土壤含水量比平作間作和單作均有所提高。已有研究表明，禾本科與豆科間作方式中，禾本科為須根系，豆科為直根系，因此二者互補可以最大限度地發(fā)揮間作優(yōu)勢，最終表現(xiàn)為增產(chǎn)效應(yīng)[17-18]。本試驗中，玉米打塘間作體系土地當量比和經(jīng)濟效益也有明顯的優(yōu)勢。但是，前人的研究結(jié)果主要集中在單項抗旱技術(shù)的生產(chǎn)效益方面，而本試驗是各種抗旱技術(shù)集成效果的綜合體現(xiàn)，至于不同技術(shù)對生產(chǎn)效益的貢獻率以及20 cm以下的深層土壤水分狀況尚不明確，有待進一步研究和驗證?？傊驹囼灱夹g(shù)集成措施除了能有效利用水分資源，應(yīng)對干旱，降災穩(wěn)產(chǎn)，還能獲得較好的產(chǎn)量效益，對解決目前的糧食安全問題和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展均有重要的意義。

4 結(jié) 論

研究表明，玉米開溝+地膜覆蓋間作馬鈴薯和玉米打塘+地膜覆蓋間作馬鈴薯復合技術(shù)都可以提高玉米和馬鈴薯的土壤含水量，兩種措施0～7.6 cm土層的土壤含水量增加幅度高于0～20 cm土層；打塘和開溝措施能顯著提高玉米產(chǎn)量、作物群體復合產(chǎn)量和土地當量比(LER)，打塘處理的間作效益更好，更有益于提高水分資源利用效率和作物系統(tǒng)抗旱能力。

[1] 肖 軍,趙景波.陜西省54a來農(nóng)業(yè)干旱災害特征研究[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2006,20(5):201-204.

[2] 李茂松,李章成,王道龍,等.50年來我國自然災害變化對糧食產(chǎn)量的影響[J].自然災害學報,2005,14(2):55-60.

[3] 何艷芬,張 柏,劉志明.農(nóng)業(yè)旱災及其指標系統(tǒng)研究[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2008,26(5):239-244.

[4] 康紹忠.水安全與糧食安全[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報,2014,22(8):880-885.

[5] Dong H Z, Li W J, Tang W, et al. Early plastic mulching increases stand establishment and lint yield of cotton in saline fields[J]. Field Crops Res, 2009,111(3):269-275.

[6] 梁馨文,任瑞麗,張麗清.馬鈴薯地膜覆蓋技術(shù)的應(yīng)用與推廣方式探討[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技,2009(23):143-144.

[7] 李鳳民,王 靜,趙松嶺.半干旱黃土高原集水高效旱地農(nóng)業(yè)的發(fā)展[J].生態(tài)學報,1999,19(2):259-264.

[8] 陳明昌,吳惠瓊.宣威市玉米少(免)耕“窩塘式”抗旱集雨節(jié)水栽培集成技術(shù)[J].云南農(nóng)業(yè)科技,2013(6):38-39.

[9] 杜社妮,白崗栓.黃土丘陵區(qū)仁用杏園不宜間作沙打旺[J].園藝學報,2007,34(5):1135-1140.

[10] 周紹松,周 敏,李永梅,等.大麥/蠶豆間作對土壤含水量的影響研究[J].云南農(nóng)業(yè)大學學報(自然科學版),2008,93(4):532-535.

[11] 孟 平,張勁松.梨麥間作系統(tǒng)水分效應(yīng)與土地利用效應(yīng)的研究[J].林業(yè)科學研究,2004,17(2):167-171.

[12] 姜凈衛(wèi),董寶娣,司福艷,等.地膜覆蓋對雜交谷子光合特性、產(chǎn)量及水分利用效率的影響[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2014,32(6):154-158，194.

[13] 張淑芳,柴守璽,藺艷春,等.冬小麥地膜覆蓋的水分效應(yīng)[J].甘肅農(nóng)業(yè)大學學報,2011,46(2):45-52.

[14] Liao W, Bi H, Zhao Y, et al. Distribution of soil moisture in malus pumila and glycine max intercropping system and its impact on the soybean growth[J]. Science of Soil & Water Conservation, 2014,12(1):24-28.

[15] 付克勤,孫 俊,齊旭峰.干旱區(qū)坡地馬鈴薯-地膜玉米間作栽培技術(shù)要點[J].農(nóng)業(yè)科技與信息，2009,(15):24-25.

[16] Garre S, Vanderborght J, Guenther T. Sensitivity and resolution of ert for soil moisture monitoring in contour hedgerow intercropping systems[J]. H51a, 2011,11(4)：1-14.

[17] 葉優(yōu)良,李 隆,孫建好.小麥/玉米間作和氮肥對水分利用的影響[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2007,25(4):176-182.

[18] Du S, Bai G, Yu J. Soil properties and apricot growth under intercropping and mulching with erect milk vetch in the loess hilly-gully region[J]. Plant & Soil, 2015,390(1-2):431-442.