全 文 ：华北农学报 · 2010, 25(1):126-130
收稿日期:2009-06-17
基金项目:国家 “ 863”节水农业项目(2006AA100215);河南省重大社会公益性科研项目(081100911500)
作者简介:武继承(1965-),男 ,河南通许人 ,研究员 ,博士 ,主要从事农业节水和土壤养分资源利用与管理等方面的研究工作。
不同水分条件对小麦 -玉米两熟制
作物生长和水分利用的影响
武继承 1 ,杨永辉 1 ,郑惠玲2 ,何 方1
(1.河南省农业科学院植物营养与资源环境研究所 ,河南郑州 450002;2.河南省土壤肥料站 ,河南郑州 450002)
摘要:为探明不同水分条件对小麦 -玉米两熟制水分利用的影响 , 通过秸秆覆盖和施用保水剂等水分调控措施 ,
进行了不同灌水量对小麦 、玉米生长发育和产量 、土壤水分及水分利用等方面的影响研究。结果表明:合理灌水有益
小麦群体发育 , 提高成穗数量 、株高 、穗粒数和千粒重 , 从而促进小麦增产 , 其中以补充灌水 1 200 m3 /hm2效果最佳 ,
增产 11.83%;但过多灌水反而影响小麦产量 ,补充灌水 2 400 m3 /hm2减产 1%,并影响玉米产量。小麦灌水处理的
玉米分别比对照增产 7.31% ～ 16.15%,其中补充灌水 1 800m3 /hm2增产效果最佳 ,增产 16.15%。夏秋两季作物产
量结果表明 , 河南省中产灌区在秸秆覆盖和施用保水剂的情况下 , 小麦 -玉米两熟制最佳补充灌溉量为 1 200 ～ 1 800
m3 /hm2。土壤含水量动态变化表明 , 秸秆覆盖与保水剂相结合 , 并进行适量补充灌水有利于改善和补偿土壤水分 ,而
且有影响全年作物生长的趋势。玉米收获后 , 土壤有效养分和有机质有所下降 , 表明种植夏玉米应追施适量磷 、钾
肥 , 同时加大夏季作物秸秆的还田量 , 以提高土壤有机质。
关键词:小麦;玉米;两熟制;土壤水分;水分利用;秸秆覆盖;保水剂
中图分类号:S152.7 文献标识码:A 文章编号:1000-7091(2010)01-0126-05
EfectofDifferentWaterConditionsonPlantGrowthandWater
UtilizationofWheat-cornTwoHarvestingSysteminHenanProvince
WUJi-cheng1 , YANGYong-hui1 , ZHENGHui-ling2 , HEFang1
(1.InstituteofPlantNutritionandResourceEnvironment, HenanAcademyofAgriculturalSciences,
Zhengzhou 450002, China;2.SoilandFertilizerStationofHenanProvince, Zhengzhou 450002, China)
Abstract:Toinvestigatetheefectofdiferentwaterconditiononwateruseofwheat-corn, applicationofthe
straw-mulching, nutritionwater-retainingagentanddiferentirigationwerecariedouttoresearchthewheat-corn
growth, yield, soilmoistureandwaterutilization.Theresultindicatedthatrationalirrigationplaysanactiveroleto
wheatpopulationdynamicsdevelopingandimprovewheatspikelength, plantheight, spikegrains, 1 000grainsweight
andyield.Thehighestwheatyieldwas1 200m3 /haofsupplementirrigation, itincreased11.83% comparingtoCK.
Theworstonewas2 400 m3 /haofsupplementirigation, itminus1.0%.Themoreimportantthingwastheirrigation
ofwheatcouldafectthecornyield, whichofthemimproves7.31% to16.15% comparingtoCK, andthebestone
was1 800m3 /haofsupplementirrigation.Theresultofwheat-cornyieldstatedthebestvolumeofcomplementiriga-
tionwas1 200m3 /hato1 800m3 /haundertheapplicationofstraw-mulchingandnutritionwater-retainingagentfor
wheat-corntwocropsharvestsysteminmid-productionirrigatedzoneinHenanprovince.Thechangesofsoilmoisture
statedprogresivelythatthestraw-mulchingandnutritionwater-retainingagentapplicationcouldimproveandcom-
pensatesoilmoistureandafectthetendencyofcropgrowthanddevelopmentinayear.Theresultofsoilnutrition
changesstateditsnecesarytoapplyphosphateandiumfertilizerandaddstrawrecessionvolumeforautumncrop.
Keywords:Wheat;Corn;Twocropsharvest;Soilmoisture;Waterutilization;Strawmulching;Water-retainingagent
保水剂的应用是旱作节水农业研究中的热点问 题之一[ 1-8] ,但对于不同水分条件下保水剂使用效
1期 武继承等:不同水分条件对小麦 -玉米两熟制作物生长和水分利用的影响 127
果的研究相对较少[ 9-12] ,对于作物节水灌溉指标的
研究也多限于单季作物 [ 13, 14] 。河南省是一个农业
大省 ,又是水资源十分缺乏的省份 ,全省水资源总量
约 413亿 m3 ,人均水资源占有量仅 412 m3 ,不足全
国人均水平的 1/5,常年缺水 30亿 ～ 50亿 m3 ,但水
分生产效率仅 0.8 ～ 1.1 kg/m3 ,是以色列 20世纪
90年代水平的 50%左右;降水利用率约 45%左右 ,
具有很大的潜力。因此 ,寻求新技术 、新产品与传统
节水技术的结合是提高水资源利用的有效途径 ,从而
实现高效用水和提高经济产量的目的。根据国家
863节水农业和省科技攻关项目的要求 , 2004-2006
年进行了秸秆覆盖和保水剂施用条件下 ,不同灌水量
对小麦玉米周年水分利用的影响研究 ,旨在探讨在复
合技术条件下小麦 、玉米高产稳产的最佳灌水量。
1 材料和方法
试验安排在许昌县蒋李集乡寇庄村基本农田
内 。土壤成土母质为河流冲积物 ,土壤类型为壤质
潮土 ,基础土壤肥力为有机质 2.19 g/kg、全氮 1.02
g/kg、速效氮 98.6 mg/kg、速效磷 8.26mg/kg、速效
钾 127.3 mg/kg。
试验采用秸秆覆盖 +保水剂与节水补灌相结
合 ,其中 ,试验用保水剂为营养型抗旱保水剂 ,用量
为 45kg/hm2 ,所有处理用量均相同 ,与小麦基肥一
起条施 。小麦试验:秸秆覆盖量均为 6 000kg/hm2 ,
覆盖时期为小麦定苗后;不同水分补灌量设置为:①
对照 (不进行补灌 ), ② 600 m3 /hm2 , ③ 1 200
m3 /hm2 , ④1 800m3 /hm2 , ⑤2 400m3 /hm2等 5个处
理 ,在不发生严重干旱的情况下 ,补充灌水时间为小
麦返青 —拔节 (3月 10日)、孕穗—扬花 (4月 26
日)两个时期 ,各灌小麦全生育期灌水量的 50%。
玉米试验:小麦秸秆直接还田后种植玉米 ,其生长期
内不进行灌溉。随机区组设计 , 3次重复。
供试小麦品种为周麦 18,播种量 120 kg/hm2。
基肥氮 、磷 、钾为纯 N180 kg/hm2 、P2O5 120 kg/hm2 、
K2O120kg/hm2。所用氮肥为尿素 ,含 N46%;磷肥
为一铵 , 含 N11%, P2O5 44%;钾肥为氯化钾 , 含
K2O60%。小麦追施氮肥一次 ,追施时期为拔节 —
孕穗 ,施用量为基肥用量的 40%,统一播种 、统一管
理 、统一化控和病虫害防治与管理 。供试玉米品种
为郑单 958,播种量 37.5kg/hm2 ,种植密度为 64 200
株 /hm2 , 大喇叭口期追施氮肥 , 追肥量为 300
kg/hm2。土壤耕层养分样品采集深度为 0 ～ 20 cm。
土壤水分测定采用重量法 ,样品采集时间分别为小
麦播种前 、小麦收获后和玉米收获后 3个时期 ,采集
深度为 0 ～ 20, 20 ～ 40 , 40 ～ 60, 60 ～ 80, 80 ～ 100cm。
土壤有机质采用 H2SO4 -K2Cr2O7外加热法[ 15] 、速效
氮 、速效磷 、速效钾分别采用土壤水解性氮测定法 、
碳酸氢钠法 、乙酸铵提前法[ 16] 。
2 结果与分析
2.1 不同水分处理对小麦群体动态变化的影响
在秸秆覆盖和施用保水剂的条件下 ,不同生育
期不同补充灌水量处理小麦的群体变化具有不同的
特征(表 1),在补充灌溉之前 ,小麦定苗以后各处理
之间的差异不显著 ,其中 12月 13日调查时表现为
各水分处理高于对照 ,但在 2月 19日小麦返青期调
查时 ,则表现为补灌 1 800 m3 /hm2处理最低;在进
行第一次补充灌溉以后 , 3月 21日调查小麦群体表
现为各水分处理均高于对照 , 并以补灌 1 200
m3 /hm2处理最高;4月 24日调查则表现为补灌
2 400m3 /hm2处理的小麦群体较对照有所降低 ,说
明过量灌水对群体发育并不十分有利。第二次灌水
后 , 5月 9日调查结果表明灌水有利于小麦群体发
育;成熟期各水分处理的成穗数均高于对照 。
表 1 不同生育期小麦群体动态变化特征
Tab.1 Characteristicsofpopulationdynamicschangesindifferentdevelopmentstages ×106 /hm2
处理Treatments
定苗(11-11)Establingstage
越冬(12-13)Winteringstage
返青(02-19)Returninggreenstage
拔节(03-21)Jointingstage
抽穗(04-24)Headingstage
灌浆(05-09)Grain-filingstage
收获(05-26)Harvest
处理 1(CK)Treatment1 4.30 6.50 14.80 14.30 7.50 5.75 5.60
处理 2 Treatment2 4.75 7.35 14.80 15.00 8.00 5.90 5.70
处理 3 Treatment3 4.00 6.60 15.00 15.15 8.25 5.90 5.80
处理 4 Treatment4 3.85 6.80 14.70 14.50 7.90 6.00 6.00
处理 5 Treatment5 4.00 9.80 16.00 14.50 7.45 5.75 5.70
2.2 不同水分处理对小麦生长发育的影响
从表 2可以看出 ,在秸秆覆盖和施用保水剂的
条件下 ,不同补充灌水量处理小麦成熟时的株高表
现为补充灌水 600, 1 200, 2 400m3 /hm2处理比对照
有所增高 ,分别增高 0.5 ～ 0.8cm不等 ,但补充灌水
1 800m3 /hm2处理却有所降低 ,降低 3.5 cm。穗长
则与株高呈相反的变化趋势 ,其中补充灌水 1 800
m3 /hm2处理与对照持平 ,其他水分处理则较对照缩
128 华 北 农 学 报 25卷
短 。各水分处理小麦穗粒数较对照均有所增加 ,分
别提高 0.60 ～ 2.95粒 ,并以补充灌水 1 800m3 /hm2
处理最高 。小麦千粒重则表现为补充灌水 1 800
m3 /hm2和 2 400 m3 /hm2处理降低 ,补充灌水 600
m3 /hm2和 1 200m3 /hm2处理升高 ,分别提高 0.5 g
和 0.8g。
2.3 不同水分处理对小麦产量的影响
从表 2可以看出 ,合理灌水对小麦增产具有积
极效果 ,其中以补充灌水 1 200m3 /hm2处理增产效
果最佳 , 增产 11.83%;其次为补充灌水 1 800
m3 /hm2处理。但过多的灌水反而影响小麦的产量 ,
补充灌水 2 400m3 /hm2的处理减产 1%。以上分析
表明 ,小麦生育期所需的水量是有规律可循的 ,这为
今后小麦节水灌溉提供了科学依据 。
表 2 不同水分处理对小麦成产要素和产量的影响
Tab.2 Effectofdifferentirrigationtreatmentson3 mainfactorsandyieldofwheat
处理Treatments 株高 /cmHeight
穂长 /cmPaniclelength
穂粒数 /粒Volumeofpaniclerains
千粒重 /gWeightof
1 000 grains
产量/(kg/hm2)Yield
较对照 ±ComparetoCK
处理 1(CK)Treatment1 73.2 8.0 32.05 40.8 7 138.0
处理 2 Treatment2 74.0 7.5 32.90 41.3 7 315.7 2.49
处理 3 Treatment3 74.0 7.4 32.65 41.6 7 982.4 11.83
处理 4 Treatment4 69.8 8.0 35.00 39.8 7 671.3 7.47
处理 5 Treatment5 73.7 7.8 33.05 40.6 7 066.8 -1.00
2.4 不同水分处理对后茬玉米生长发育和产量的
影响
从表 3可以看出 ,不同水分处理的夏玉米在不
进行补充灌溉情况下 ,其生长发育和产量有一定的
差异性。在同等条件下 ,夏季小麦灌水处理的玉米
分别比对照增产 7.31% ～ 16.15%,其中补灌 1 800
m3 /hm2增产效果最佳 ,增产 16.15%,其次为补灌
2 400m3 /hm2处理 ,增产 16.15%。
表 3 不同水分处理对后茬玉米生长发育和产量的影响
Tab.3 Effectofdifferentirrigationtreatmentsoncorndevelopmentandyield
处理Treatments 株高 /cmHeight
穗位 /cmPaniclelocation
穂长 /cmPaniclelength
玉米产量/(kg/hm2)Cornyield
较对照 ±ComparetoCK
小麦玉米总产/(kg/hm2)Totalyield
较对照 ±ComparetoCK
处理 1(CK)Treatment1 244.4 96.8 18.24 7 222.2 14 360.2
处理 2 Treatment2 249.4 108.7 16.36 7 750.0 7.31 15 065.7 4.91
处理 3 Treatment3 253.0 103.4 16.50 8 055.6 11.54 16 038.0 11.68
处理 4 Treatment4 208.8 92.0 17.00 8 388.9 16.15 16 060.2 11.84
处理 5 Treatment5 253.8 102.0 17.08 8 333.3 15.38 15 400.1 7.24
2.5 不同水分处理对小麦 、玉米夏秋作物产量的累
加效应
将小麦 、玉米夏秋两季粮食产量累加 ,结果表
明 ,在适量灌水的情况下 ,对全年粮食增产增收具有
明显的效果(表 3)。全年增产效果最好的是补充灌
水 1 200 m3 /hm2和 1 800 m3 /hm2 2个处理 ,分别增
产 11.84%和 11.68%。分析表明 ,河南省中产灌区
在秸秆覆盖和施用保水剂的条件下 ,小麦 -玉米两熟
制最佳补充灌水量为 1 200 ～ 1 800 m3 /hm2。
2.6 不同水分处理对土壤水分的影响
从图 1可以看出 ,不同水分处理的土壤水分含
量有显著的差异。对照各层次的土壤水分含量在小
麦和玉米收获后都低于其他不同处理层次的土壤水
分含量 ,因为仅靠自然降水对其补充水分是不够的。
同时 ,由于小麦产出量的不同 ,各处理并不因为补充
灌水量大 ,土壤含水量就大 ,但适量灌水对土壤含水
图 1 不同处理不同层次土壤水分的变化特征
Fig.1 Characteristicsofsoilmoistureofdiferentlayersindifferentirrigationtreatments
1期 武继承等:不同水分条件对小麦 -玉米两熟制作物生长和水分利用的影响 129
量的补偿效应十分显著 ,特别是在小麦收获后和玉
米收获后 , 1 200, 1 800, 2 400m3 /hm2 3个处理在 60
cm以下层次表现的比较明显。总之 ,不同时期不同
处理含水量的变化动态表明 ,适量补充灌水 、秸秆覆
盖与施用保水剂 3项技术相结合有利于改善和补偿
土壤水分 ,维持小麦 -玉米两熟制作物产量的稳定
与提高 。
从图 2可以看出 ,不同时期不同处理的土壤水
分含量一般以底层最高 , 20 ～ 60 cm深处水分相对
较低 ,这是作物生长水分需求较大 ,土壤水分短期匮
缺所致 ,与长期定位研究结果一致 [ 11] 。但小麦收获
后由于一场降水 ,导致表层最高 ,同时也说明由于小
麦生长发育的需要 ,灌水量小或不及时 ,作物生长吸
取土壤水分的量较大 ,导致土壤水分补偿滞后 ,并影
响夏季作物的生长。小麦收获后 ,表层和 20 ～ 40cm
两层各处理的土壤含水量均表现为 2 400 m3 /hm2 >
1 800m3 /hm2 >1 200 m3 /hm2 >600 m3 /hm2 >对照 ,
40 ～ 60cm各处理的土壤含水量表现为 1 200m3 /hm2
>1 800 m3 /hm2 >600 m3 /hm2 >2 400 m3 /hm2 >对
照 , 60 ～ 80cm各处理的土壤含水量均表现为 1 800
m3 /hm2 >600m3 /hm2 >2 400m3 /hm2 >1 200m3 /hm2
>对照 , 80 ～ 100 cm各处理的土壤含水量均表现为
1 800m3 /hm2 >2 400 m3 /hm2 >1 200 m3 /hm2 >600
m3 /hm2 >对照 , 100 ～ 120 cm各处理的土壤含水量
则表现为 1 800 m3 /hm2 >1 200 m3 /hm2 >2 400
m3 /hm2 >600 m3 /hm2 >对照。总之 ,小麦收获后 ,
由于补充灌水对土壤水分的补偿效应 ,各灌水处理
的土壤含水量明显高于对照。
图 2 不同处理不同时期土壤含水量的变化特征
Fig.2 Characteristicsofsoilmoistureofdifferentirrigationtreatmentindifferentstage
玉米收获后 ,表层各处理的土壤含水量表现为
1 200 m3 /hm2 >600 m3 /hm2 >1 800 m3 /hm2 >2 400
m3 /hm2 >对照 , 20 ～ 40 cm和 40 ～ 60 cm两层各处
理的土壤含水量均表现为 1 800 m3 /hm2 >1 200
m3 /hm2 >600 m3 /hm2 >2 400 m3 /hm2 >对照 , 60 ～
80 cm各处理的土壤含水量均表现为 2 400 m3 /hm2
>1 200m3 /hm2 >1 800 m3 /hm2 >600 m3 /hm2 >对
照 , 80 ～ 100 cm和 100 ～ 120 cm两层各处理的土壤
含水量均表现为 1 800 m3 /hm2 >2 400 m3 /hm2 >
1 200 m3 /hm2 >600 m3 /hm2 >对照 。总之 ,由于玉
米对水分的需求平衡 ,玉米收获后 ,各灌水处理的土
壤含水量仍然明显高于对照 ,说明小麦生长季节的
补充灌水对土壤水分的补偿效应有影响全年作物生
长的趋势。
2.7 不同水分处理对土壤养分的影响
从表 4可以看出 ,与播种前相比 ,一年后各处理
的有效态养分和有机质含量呈总体下降趋势。其中
速效氮表现为处理 3、处理 4、处理 5下降 ,处理 1、处
理 2持平;速效钾表现为处理 2、处理 3下降 ,处理
1、处理 4、处理 5上升;速效磷和有机质则为整体下
降。这一分析结果说明秋季种植玉米应适当追施或
底施少量磷肥 ,同时加大夏季作物秸秆的还田力度 ,
不断提高土壤有机质 ,增强耕地保持高产稳产的物
质基础。
3 结论与讨论
秸秆覆盖 、保水剂和补充灌水相结合对实现中
产灌区节水灌溉具有积极作用 ,本试验结果表明 ,适
度灌水有益小麦群体发育 , 而过度灌水 (2 400
m3 /hm2)群体反而降低 ,特别是拔节期补灌;成熟期
灌水处理的小麦成穗数高于对照。株高有所增高;
穗形表现为密而短 ,对照则稀而长;穗粒数分别提高
0.6 ～ 2.95粒;高灌水下千粒重降低 ,低灌水下则
提高 。
130 华 北 农 学 报 25卷
表 4 不同水分处理对土壤养分的影响
Tab.4 Effectofdifferenttreatmentsonsoilnutrients
时间Time 处理Treatments 速效氮 /(mg/kg)Avail-N 速效磷 /(mg/kg)Avail-P 速效钾 /(mg/kg)Avail-K 有机质 /(g/kg)O.M.
小麦播种前 处理 1 98.8 8.89 86.3 2.63
Beforewheatsowing 处理 2 86.5 8.81 84.7 2.28
处理 3 90.5 8.74 89.8 2.25
处理 4 86.5 8.80 84.9 2.38
处理 5 90.6 8.90 88.6 3.01
秋收后 处理 1 98.8 6.46 95.5 2.40
Afterautumn 处理 2 86.5 8.20 82.9 2.16
harvesting 处理 3 89.0 6.02 84.4 2.22
处理 4 80.0 8.61 89.8 2.23
处理 5 89.7 7.94 90.5 2.26
采用秸秆覆盖 +施用保水剂的调控措施 ,在合
理灌水情况下 ,对小麦增产具有积极作用 ,以处理 3
增产效果最佳 ,增产 11.83%。但过多灌水反而影
响小麦产量 ,处理 5减产 1%。并影响到玉米产量 ,
小麦灌水处理的玉米分别比对照增产 7.31% ～
16.15%,其中处理 4增产效果最佳 ,增产 16.15%。
本试验结果为小麦玉米两熟制周年节水灌溉提供了
科学依据。
通过对夏秋两季作物产量的分析表明 ,在河南
省中产灌区 ,在施用保水剂 +秸秆覆盖情况下 ,小麦
玉米两熟制最佳的灌溉量是 1 200 ～ 1 800 m3。
土壤含水量的变化动态表明 ,秸秆覆盖与保水剂
相结合适量补充灌水有利于改善和补偿土壤水分 ,而
且小麦季节补灌对土壤水分的补偿效应有影响全年
作物生长的趋势 。但还有待于进一步深化研究。
与播前比 ,小麦玉米周年收获后的有效态养分
和有机质含量呈总体下降趋势 ,特别是速效磷和有
机质整体下降。说明种植秋玉米应适当追施或底施
少量磷肥 ,同时加大夏季作物秸秆的还田力度 。
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