不同秸稈覆蓋保水劑處理對夏玉米產(chǎn)量和水分利用效率的影響

張 艷，王民乾，湯其寧，郭書亞，尙 賞，盧廣遠(yuǎn)

(商丘市農(nóng)林科學(xué)院，河南 商丘 476000)

中國是一個(gè)嚴(yán)重缺水的國家，水資源是制約中國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要因素[1]。不同的栽培措施對作物產(chǎn)量和水分利用效率有顯著的影響。秸稈覆蓋一方面能夠減少太陽對土壤的熱照射，減少水分損失[2-3]，提高土壤含水量；另一方面能夠增加土壤有機(jī)質(zhì)[4-5]，增強(qiáng)土壤蓄水能力，減少水分下滲,進(jìn)而增加土壤含水量,從而影響作物生長發(fā)育, 增加作物產(chǎn)量、提高水分利用效率[6-7]。保水劑是一種無毒無害、吸水能力強(qiáng)的功能高分子材料，施用在土壤中具有改善土壤結(jié)構(gòu)，保水、保肥的功效，對提高作物產(chǎn)量和水分利用效率具有重要作用[1,8-9]。

目前，秸稈覆蓋和保水劑的應(yīng)用研究主要集中在西部和豫西的旱作區(qū)，而季節(jié)性干旱經(jīng)常發(fā)生，以商丘地區(qū)為代表的豫東地區(qū)研究較少，尤其是秸稈覆蓋和保水劑相結(jié)合的應(yīng)用研究更少。因此，本試驗(yàn)通過秸稈覆蓋和保水劑處理, 研究了秸稈覆蓋保水劑對夏玉米田土壤含水量、耗水量、產(chǎn)量和水分利用效率的影響，為實(shí)際玉米生產(chǎn)中存在的季節(jié)干旱問題提供理論和實(shí)踐依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2013年在商丘市農(nóng)林科學(xué)院試驗(yàn)示范中心(N 34°31′，E 115°42′)進(jìn)行。商丘位于河南、山東、江蘇、安徽4省交界處，屬于暖溫帶亞濕潤季風(fēng)氣候，四季分明，年平均氣溫在14 ℃左右，年平均日照時(shí)數(shù)為2200～2400 h，年降水量700 mm左右，無霜期207～214 d之間。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試玉米品種為鄭單958，由北京德農(nóng)種業(yè)有限公司提供。試驗(yàn)設(shè)2個(gè)因素，3個(gè)處理，2個(gè)因素為秸稈覆蓋和保水劑，4個(gè)處理為：對照(CK)不施用保水劑不覆蓋、秸稈覆蓋不保水劑即秸稈覆蓋、秸稈不蓋保水劑即保水劑、秸稈覆蓋保水劑。2013年6月2日播種，9月25日收獲。小區(qū)面積為28.8 m2，重復(fù)3次。底施復(fù)合肥(N∶P∶K=15∶15∶15)750 kg/hm2，大喇叭口追施尿素(N≥46%)300 kg/hm2，其他管理同當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)大田，整個(gè)生育期不灌水。

表1 播種期試驗(yàn)地不同土層的土壤容重和含水量

1.3 測定項(xiàng)目與方法

1.3.1 土壤容重、含水量、儲(chǔ)水量的測定 土壤容重采用環(huán)刀法測定，播種和收獲期測定土壤容重。土壤含水量采用烘干法測定，播種前、拔節(jié)、開花期、花后30 d、收獲期測定各區(qū)0～20、20～40、40～60、60～80、80～100、60～80 cm土層含水量。

W=0.1×r×V×h。

式中W為不同深度土壤貯水量(mm)；r為土壤含水量(%)，V為土壤平均容重(g/cm3)；h為土層深度(cm)；0.1為換算系數(shù)。

1.3.2 土壤耗水量和水分利用效率的計(jì)算

ET=P+I+△W

WUE=Y/ET

其中ET為作物的耗水量；P為降雨量，可以通過氣象數(shù)據(jù)得到降雨量：播種-拔節(jié)期的20.5 mm、拔節(jié)期-開花期164.3 mm、開花期-花后30 d 47.8 mm、花后30 d-收獲期28.6 mm，生育期沒有暴雨出現(xiàn)；I為灌水量，本試驗(yàn)沒有灌水為0 mm；△W(0～100 cm)為前一個(gè)生育期與后一個(gè)生育期的土壤貯水量的變化量。Y為作物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量。

1.3.3 干物質(zhì)積累量與產(chǎn)量及構(gòu)成因素 干物質(zhì)積累量采用烘干法測定。收獲期，每小區(qū)收取中間2行果穗進(jìn)行測產(chǎn)，并從中取有代表性的10 穗進(jìn)行室內(nèi)考種。

2 結(jié)果與分析

2.1 對土壤含水量的影響

由圖1可知，不同措施在各生育期的土壤含水量均高于對照, 從拔節(jié)期0～100 cm土層的土壤剖面水分含量來看，隨著土層的加深，土壤含水量逐漸升高，并趨向一致。其中秸稈覆蓋保水劑處理下土壤含水量最高，保水劑次之。開花期，由于降水較多在降雨后取樣，各處理的土壤含水量差異不大，尤其是0～20 cm土層的差異不大，并且隨著土層的加深而減少。不同處理之間表現(xiàn)為：覆蓋保水劑>保水劑>秸稈覆蓋>CK?；ê?0 d，受降雨和玉米耗水的影響，在0～20 cm和20～40 cm土層含水量差異加大，隨著土層的加深而呈先升高后下降趨勢，覆蓋保水劑、保水劑在20～40cm土層達(dá)到最大值，秸稈覆蓋和CK在40～60 cm土層達(dá)到最大值。除80～100 cm土層外，不同處理之間表現(xiàn)為：覆蓋保水劑>保水劑>秸稈覆蓋>CK。收獲期，由于降水較少，土壤含量繼續(xù)下降，但經(jīng)過整個(gè)生育期，覆蓋保水劑仍有較好的保水性能，尤其是0～20 cm和20～40 cm土層大于其他處理，各處理差異較大，隨著土層的加深而呈先升高后下降趨勢，并且趨向一致，覆蓋保水劑、保水劑在20～40 cm土層達(dá)到最大值，秸稈覆蓋和CK在40～60 cm土層達(dá)到最大值。除80～100 cm土層外，不同處理之間表現(xiàn)為覆蓋保水劑>保水劑>秸稈覆蓋>CK。

圖1 不同處理各生育期的土壤含水量比較

綜上所述，不同處理均提高了土壤剖面的含水量，以覆蓋保水劑處理最好，保水劑次之。而且越干旱，在0～20 cm、20～40 cm土層的效果越明顯(拔節(jié)期、花后30 d、收獲期)，而在降雨較多時(shí)效果不明顯(開花期)。

2.2 對土壤儲(chǔ)水量的影響

從圖2可以看出，不同生育時(shí)期土壤儲(chǔ)水量表現(xiàn)為：開花期>花后30 d>收獲期>拔節(jié)期。不同處理之間不同程度地提高了土壤儲(chǔ)水量，具體表現(xiàn)為：覆蓋保水劑>保水劑>秸稈覆蓋>CK。在拔節(jié)期和開花期覆蓋保水劑的土壤儲(chǔ)水量顯著高于CK，在花后30 d和收獲期各處理之間差異不顯著。

同一時(shí)期不同字母代表0.05水平上差異顯著，下同。

2.3 對夏玉米干物質(zhì)積累的影響

從圖3可以看出，不同生育階段的干物質(zhì)積累量的大小表現(xiàn)為：開花-花后30 d>拔節(jié)-開花>花后30 d-收獲>播種-拔節(jié)，不同處理在不同生育階段的干物質(zhì)積累量均大于CK。不同處理之間表現(xiàn)為：覆蓋保水劑>保水劑>秸稈覆蓋>CK。在播種-拔節(jié)和拔節(jié)-開花期，覆蓋保水劑處理干物質(zhì)積累量顯著大于其他處理，而在開花-花后30 d、花后30 d-收獲，覆蓋保水劑顯著大于秸稈覆蓋和CK，與保水劑處理差異不顯著。說明保水劑處理在生育后期也能保持較高的含水量，有利于作物的生長和干物質(zhì)積累。

圖3 不同生育階段內(nèi)夏玉米的干物質(zhì)積累量

2.4 對作物耗水量的影響

從圖4可以看出，CK的耗水量在每個(gè)生育階段均最高，不同生育階段的耗水量變現(xiàn)為：拔節(jié)-開花>開花-花后30 d>播種-拔節(jié)>花后30 d-收獲，不同處理之間表現(xiàn)為：CK>秸稈覆蓋>保水劑>覆蓋保水劑。由于玉米葉面積小，土壤水分蒸發(fā)量大，造成對照的耗水量大，秸稈覆蓋保水劑能夠有效減少土壤蒸發(fā)，降低耗水量，播種-拔節(jié)期對照耗水量顯著高于其他處理。隨著降雨的增多，玉米的快速生長，拔節(jié)-開花期各處理差異不顯著。開花-花后30 d，CK顯著高于保水劑和覆蓋保水劑，說明在玉米灌漿的重要時(shí)期保水劑能夠降低作物耗水量?；ê?0 d-收獲，由于玉米逐漸衰老，耗水量逐漸較少，各處理之間差異不顯著。

圖4 不同生育階段內(nèi)夏玉米的耗水量

2.5 對水分利用效率的影響

從圖5可以看出，開花-花后30 d的水分利用效率最高，其次為拔節(jié)-開花期，花后30 d-收獲居中，播種-拔節(jié)期的水分利用效率最低，不同處理之間水分利用效率表現(xiàn)為：覆蓋保水劑>保水劑>秸稈覆蓋>CK。播種-拔節(jié)期各處理差異顯著。在拔節(jié)-開花、開花-花后30 d、花后30 d-收獲期，覆蓋保水劑顯著高于秸稈覆蓋和CK，但與保水劑差異不顯著。

圖5 玉米生育階段水分利用效率

2.6 對玉米產(chǎn)量因素及籽粒水分利用效率的影響

從表2可以看出，與CK相比，秸稈覆蓋保水劑、保水劑、秸稈覆蓋處理下穗行數(shù)、行粒數(shù)、千粒重均比CK高，穗行數(shù)差異不顯著；覆蓋保水劑處理行粒數(shù)顯著高于其他處理，分別比保水劑、秸稈覆蓋、CK高4.77%、5.08%、13.50%；覆蓋保水劑處理千粒重分別比保水劑、秸稈覆蓋、CK高2.58%、4.13%、6.04%；覆蓋保水劑處理總耗水量分別比保水劑、秸稈覆蓋、CK低0.72%、3.61%、6.01%。各處理產(chǎn)量顯著高于CK，較CK提高11.02%～23.34%。不同處理水分利用效率顯著高于CK，各處理之間差異顯著，覆蓋保水劑處理分別比保水劑、秸稈覆蓋、CK高8.92%、15.10%、30.72%。

表2 秸稈覆蓋保水劑對玉米成產(chǎn)因素及水分利用效率的影響

3 結(jié)論與討論

前人研究表明[10-11]：施用保水劑能夠改善土壤結(jié)構(gòu)、吸收和保存降水，提高土壤含水量。李中陽[12]和楊永輝[10]等研究發(fā)現(xiàn)施用保水劑可顯著提高小麥田土壤含水量。白文波[13]和馮耀祖[14]等研究表明：在新疆地區(qū)，施用保水劑在棉花上效果較好，并且越干旱效果越明顯。吳陽生等[15]在吉林省西部半干旱地區(qū)鹽漬化研究發(fā)現(xiàn)，施用保水劑顯著提高玉米不同生育期不同土層含水量。秸稈覆蓋不僅能夠減少地表蒸發(fā)，而且能夠增加土壤有機(jī)質(zhì)，提高土壤保水持水的能力，從而增加土壤含水量、儲(chǔ)水量。本試驗(yàn)研究表明，在季節(jié)性干旱經(jīng)常發(fā)生的豫東地區(qū)，秸稈覆蓋保水劑相結(jié)合處理能夠明顯提高不同層次土壤含水量。這與前人研究的施用保水劑、秸稈覆蓋能夠增加土壤含水量的結(jié)論基本一致。

研究表明，保水劑在不同作物上均有良好的效果，不同程度地提高了作物的干物質(zhì)量及水分利用效率[8,11-17]。也有研究表明秸稈覆蓋能提高玉米的干物質(zhì)量和水分利用效率[2-3,6-7]。本試驗(yàn)研究表明，秸稈覆蓋和保水劑相結(jié)合顯著提高了不同生育階段的干物質(zhì)量和水分利用效率。劉殿紅[16]和張揚(yáng)[17]等研究表明：保水劑能顯著增加馬鈴薯產(chǎn)量和水分利用效率。武繼承等[18]研究表明：秸稈覆蓋+保水劑能夠使小麥增產(chǎn)20.1%，水分利用效率顯著提高的結(jié)果相似。說明在季節(jié)性干旱較為嚴(yán)重的豫東地區(qū)，秸稈覆蓋和保水劑相結(jié)合能夠明顯提高土壤含水量和儲(chǔ)水量，最終提高產(chǎn)量和水分利用效率，由于2013年商丘地區(qū)整個(gè)玉米生育期，降雨較往年少，本試驗(yàn)的玉米增產(chǎn)效果十分顯著，使用保水劑的處理效果較好。但在降水正?；蛘哌^多的年份，試驗(yàn)效果有待進(jìn)一步研究。