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Film-covering modes of drought prevention for dry land maize

旱地玉米抗旱覆膜方式研究



全 文 :文章编号 :100028551 (2009) 0120165205
旱地玉米抗旱覆膜方式研究
李尚中1  樊廷录2  王 勇1  唐小明1  王立明1
(1. 甘肃省农业科学院旱地农业研究所 ,甘肃 兰州 730070 ;2. 甘肃省农业科学院科管处 ,甘肃 兰州 730070)
摘  要 :针对陇东旱作农业区年降水量少、季节分布不均 ,特别是玉米生产中春旱严重等问题 ,研究了 6
种不同覆膜方式对旱作玉米水分利用效率、土壤水分变化、生育时期、出苗率、产量及经济效益的影响。
结果表明 ,双垄面全膜覆盖沟播种植技术能够把小于 5mm 的无效降水蓄积起来 ,最大限度地减少了玉
米棵间蒸发 ,提高自然降雨的利用效率 ,提高出苗率和出苗速度 ,提早成熟 ,增产效果明显 ,经济效益显
著 ,是陇东旱地玉米有效的抗旱覆膜方式。
关键词 :旱地玉米 ;抗旱 ;覆膜方式
A STUDY ON FILM2COVERING MODES OF DROUGHT PREVENTION FOR DRY LAND MAIZE
LI Shang2zhong  FAN Ting2lu  WANG Yong  TANG Xiao2ming  WANGLi2ming
(11 Institute of Dryland Agriculture , Gansu Academy of Agricultural Sciences , Lanzhou , Gansu  730070 ;
21Scientific Management Department , Gansu Academy of Agricultural Sciences , Lanzhou , Gansu  730070)
Abstract :In order to meet of water requirement of maize grouwth at the situation of limited and unevenly distributed rainfall in
Longdong dry farming area ,the problem of serious spring drought ,the effects of six different film2covering modes on emergence
rate , growth stages , water use efficiency , soil moisture variation , yield and economic benefit of dry land maize were studied.
The results showed that the mode of whole covering on double ridges and planting in catchment furrows was a most effective
film2covering mode for drought prevention. It is beneficial to collect fine rainfall less than 5mm , to decrease soil evaporation ,
to improve rainfall use efficiency , to improve rate and growth speed of seedling ,to advance maturity time , and to increase yield
and economic benefits significantly in Longdong dry farming area.
Key words :dry land maize ; drought prevention ; film2covering mode
收稿日期 :2008206202  接受日期 :2008207208
基金项目 :国家“十一五”科技支撑计划 (2006BAD29B07 和 2006BAD29B02) ,农业部甘肃镇原黄土旱塬生态环境重点野外科学观测站基金
作者简介 :李尚中 (19772) ,男 ,甘肃漳县人 ,助理研究员 ,主要从事土壤水分高效利用与作物逆境生理研究工作。E2mail :lisz7751 @163. com  干旱是制约旱地农业持续发展的主要因子 ,如何采取有效的耕作方法和蓄水保墒措施 ,增加土壤水库有效蓄水量 ,提高作物抗旱性和水分生产效率一直是旱作农业研究的重点内容[1~3 ] 。地膜覆盖在我国春玉米栽培中推广应用 20 多年来 ,对半干旱生态类型区旱作玉米稳产、高产起到了巨大推动作用[4 ] 。已有的研究较多集中在单一覆膜方式条件下的农田土壤环境及产量效应等方面[4~9 ] ,而对多种覆膜方式条件下水分产量效应和经济效益分析的报道较少 ,尤其是对双垄面全膜覆盖沟播种植技术的研究目前还处于起步阶段 ,缺乏系统性研究。甘肃省陇东地区属黄土高原沟 壑区 ,是我国西北地区典型的雨养农业区。玉米为本区的第二大作物 ,其产量对当年粮食作物的总产量有很大贡献[10 ] 。根据农业部甘肃镇原黄土旱塬生态环境重点野外科学观测站 2003 - 2007 年小于 5 mm 的无效降雨频数和小雨量统计 ,在玉米播种到拔节期 (4 月中旬 - 6 月中旬) ,无效降雨的频率达到 83 % ,雨量为43 mm ,占同期雨量的 5113 %。由于其强度小 ,降水往往未及渗入土壤就已蒸发散失 ,使宝贵的降水资源不能充分利用。如何提高无效降水的有效转化成为该地区旱作农业研究的现实课题。本文根据陇东地区的降雨特征和气候特点 ,借鉴其他地区的经验 ,对旱地玉米
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地膜覆盖方式进行综合研究 ,以为该地区玉米抗旱减
灾提供技术支撑。
1  材料与方法
111  试验地概况
试验于 2007 年在农业部甘肃镇原黄土旱塬生态
环境重点野外科学观测站 (35°30′N , 107°29′E) 进行 ,
该地区海拔 1254m ,年平均温度 813 ℃,年日照时数
244912h , ≥0 ℃积温 3435 ℃, ≥10 ℃积温 2722 ℃,无霜
期 165d ,属完全依靠自然降雨的西北半湿润偏旱区。
据 1950 - 2007 年降雨资料分析 ,该地区多年平均年降
水量 540mm ,降水主要分布在 7、8、9 三个月。土壤为
黑垆土 ,有机质含量 1113gΠkg ,全氮 0187 ,碱解氮 88mgΠ
kg ,速效磷 11mgΠkg ,速效钾 231mgΠkg ,肥力中等。春玉
米为当地的主要作物之一 ,一年一熟。
112  材料与设计
供试玉米品种为沈单 16 号 ,地膜为天水天宝塑业
有限责任公司生产的 01008mm 聚乙烯吹塑农用地膜。
试验采用随机区组设计 ,共设 7 个处理 :
露地平播 (CK) :播前整地后 ,不覆盖地膜 ,采用宽
窄行播种方式 ,宽行 80cm ,窄行 40cm ,株距 28cm ;双垄
面全膜覆盖沟播 ( T1) :带宽 120cm ,每带起底宽 40cm、
高 15~20cm 的小垄和底宽 80cm、高 10~15cm 的大垄 ,
两垄中间为播种沟。选用 140cm 宽的地膜 ,边起垄边
覆膜 ,膜与膜间不留空隙 ,相接处用土压住地膜 ,每隔
200cm 压土腰带。按株距为 28cm 在垄沟播种 ;双垄面
半膜覆盖沟播 ( T2) :同 T1 ,但膜与膜之间留 20cm 空
隙 ;宽膜覆盖平播 ( T3) :用 120cm 宽的地膜覆盖 ,每隔
200cm压土腰带 ,净膜 100cm ,膜间留 20cm 的空隙 ,采
用宽窄行播种方式 ,宽行 80cm ,窄行 40cm ,膜内播种 ,
株距 28cm ;窄膜覆盖平播 ( T4) :用 70cm 宽的地膜覆
盖 ,每隔 200cm 压土腰带 ,净膜 50cm ,膜间留 70cm 的
空隙 ,采用宽窄行播种方式 ,宽行 80cm ,窄行 40cm ,膜
内播种 ,株距 28cm ;全地面覆盖平播 (T5) :带宽 120cm ,
每带选用 140m 宽的地膜平铺覆膜 ,膜与膜间不留空
隙 ,相接处用土压住地膜 ,每隔 200cm 压土腰带。采用
宽窄行播种方式 ,膜内播种 ,宽行 80cm、窄行 40cm ,株
距 28cm ;膜侧播种 (T6) :起底宽 70cm ,高 10cm 的垄 ,用
80cm宽的地膜覆盖垄面 ,每隔 200cm 压土腰带 ,玉米
播种于膜侧 5cm 处 ,株距 28cm。
各处理 3 次重复 ,小区面积为 48m2 (6m ×8m) 。覆
膜前结合整地统一基施尿素 300kgΠhm2 , 普通过磷酸
钙 93715 kgΠhm2 。4 月 15 日整地覆膜 ,并沿玉米种植
区每隔 30cm 打小孔 (直径约为 3mm) ,播前测定 0~
20cm 土层平均含水量。于 4 月 22 日采用点浇抗旱法
点播 ,每穴浇水 015kg。玉米拔节期追施尿素 195kgΠ
hm2 , 其他栽培管理同大田。
113  土壤水分测定和水分利用效率计算方法
玉米播种前、关键生育期和收获时分别用土钻法
测定每个小区 2m 土层 (每 20cm 为一个层次) 的土壤
含水率 ,转换为以 mm 为单位的播前和收获时的土壤
贮水量。生育期降雨量通过 MM2950 自动气象站获
得。利用土壤水分平衡方程计算每小区作物耗水量
(ET) 。成熟后 ,按每小区实收计产 ,随机取样 20 株考
种 ,计算作物水分利用效率 (WUE) 。
耗水量 ET(mm) = 播前 2m 土壤贮水量 - 收获时
2m 土壤贮水量 + 生育期降水量。
作物水分利用效率 WUE(kgΠmm·hm2 ) = 玉米籽粒
产量Π耗水量。
114  数据处理
试验数据采用 SPSS1115 软件进行处理。
2  结果与分析
211  不同覆膜方式对玉米出苗率的影响
播种前测得 0 ~ 20cm 的土层平均含水量为
817 % ,采用点浇抗旱法种植 ,每穴浇水约 015kg ,玉米
出苗前一直未下雨。由表 1 可知 ,双垄面全膜覆盖沟
播和双垄面半膜覆盖沟播出苗率差异不显著 ,但与其
他处理间出苗率差异达到极显著水平。双垄面全膜覆
盖沟播和双垄面半膜覆盖沟播出苗率分别为 98167 %
和 98134 % ,比宽膜覆盖平播 (79177 %) 分别高出 1819
和 18175 个百分点 ;比窄膜覆盖平播 (72180 %) 分别高
出 25187 和 25154 个百分点 ; 比全地面覆盖平播
(87123 %) 分别高出 11144 和 11111 个百分点 ;比膜侧
播种 (65151 %) 分别高出 33116 和 32183 个百分点 ;比
露地平播 (59137 %)分别高出 3913 和 38197 个百分点。
由此可见 ,双垄面全膜覆盖沟播和双垄面半膜覆盖沟
播种植技术是有效的抗旱保苗种植方式。
212  不同覆膜方式对玉米生育进程的影响
由表 2 可以看出 ,不同覆膜处理对玉米的生育期
进程影响不同。双垄面全膜覆盖沟播和全地面覆盖平
播生育期分别为 132d 和 134d ,与其他处理相比 ,提前
4 - 17d 成熟 ,明显加快了玉米生育进程。其中 ,双垄
面全膜覆盖沟播比露地平播、双垄面半膜覆盖沟播、宽
膜覆盖平播、窄膜覆盖平播、膜侧播种玉米的生育期分
别缩短了 17、6、7、10 和 12d ;全地面覆盖平播比露地平
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播、双垄面半膜覆盖沟播、宽膜覆盖平播、窄膜覆盖平
播、膜侧播种玉米的生育期分别缩短了 15、4、5、8 和
10d。生育期缩短一方面有利于在当地种植晚熟丰产
玉米品种 ,另一方面能提前回茬冬小麦播种时间 ,在不
增加种植面积的情况下提高粮食产量。
表 1  不同覆膜处理的玉米出苗率
Table 1  Emergence rate of maize under different film2covering mode
处理 treatment CK T1 T2 T3 T4 T5 T6
出苗率 seedling emergence rate ( %) 59137fE 98167aA 98134aA 79177cC 72180dD 87123bB 65151eE
注 :表中数据后带有相同小写Π大写字母表示在 0105Π0101 水平差异不显著。处理 CK:露地平播 ; T1 :双垄面全膜覆盖沟播 ; T2 :双垄面半膜覆盖沟播 ;
T3 :宽膜覆盖平播 ;T4 :窄膜覆盖平播 ;T5 :全地面覆盖平播 ;T6 :膜侧播种。以下图表相同。
Note : Data followed by common small and capital letters indicated no significant at 0105 and 0101 levels , respectively. Treatment CK: flat planting of no film mulching ;
T1 (Treatment) :whole covering on double ridges and planting in catchment furrows ; T2 :half covering on double ridges and planting in catchment furrows ; T3 :flat planting
of wide film mulching ; T4 :flat planting of narrow film mulching ; T5 : flat planting of whole ground film mulching ; T6 :covering on ridge and planting in film2side. The
same as following tables and figures.
表 2  不同覆膜处理下玉米的生育时期
table 2  The growth stages of maize under different treatments (月Π日 ,mΠd)
处理
treatment
播种期
sowing
出苗期
emergence
拔节期
jointing
大喇叭口期
trumpet
抽雄期
teaseling
成熟期
mature
生育期
days of growth
period(d)
CK 4Π22 5Π10 6Π26 7Π19 7Π28 9Π18 149
T1 4Π22 5Π4 6Π8 7Π3 7Π9 9Π1 132
T2 4Π22 5Π4 6Π9 7Π5 7Π12 9Π7 138
T3 4Π22 5Π6 6Π13 7Π6 7Π12 9Π8 139
T4 4Π22 5Π7 6Π17 7Π11 7Π18 9Π11 142
T5 4Π22 5Π6 6Π10 7Π3 7Π11 9Π3 134
T6 4Π22 5Π8 6Π18 7Π14 7Π20 9Π13 144
213  0~200cm 土壤层含水量随玉米生育时期的动态
变化
图 1  0~200cm土壤水分含量随生育时期的变化
Fig. 1  The dynamics of soil water content in
0~200cm layer during the maize growing season
图 1 为不同覆膜方式下 0~200cm 土壤层水分的
动态变化。在 4 月 15 日覆膜到 4 月 22 日播种时 ,降
雨量为 314mm ,只有双垄面全膜覆盖沟播和双垄面半
膜覆盖沟播 2 个处理土壤含水量增加 ,其他处理则有
不同程度的下降 ,说明垄面覆膜沟播技术能把小于
5mm 的无效降水蓄积起来 ,转化为有效降水。
从播种 (4 月 22 日) 到拔节期 (6 月中旬) ,不同覆
膜方式下 0~200cm 土壤含水量急剧下降到全生育期
的最低点 ,主要原因是该时期玉米正处于苗期 ,在扎根
过程中需要大量水分 ,而降雨量为 3314mm ,且都为小
于 5mm 的无效降水 ,降雨量严重不足 ,同时该时期玉
米地表层土壤裸露 ,水分消耗以蒸发散失为主。据测
定 ,该时期 0~200cm 土壤含水量表现为双垄面全膜覆
盖沟播 > 双垄面半膜覆盖沟播 > 宽膜覆盖平播 > 膜侧
播种 > 全地面覆盖平播 > 窄膜覆盖平播 > 露地平播 ,
说明各种覆膜处理都可减少表层土壤水分的蒸发 ,但
垄面覆膜沟播处理表现更佳 ,该技术充分接纳了该时
段内小于 5mm 的降水 ,最大限度地保蓄了降水。
从拔节期 (6 月中旬)到灌浆期 (7 月下旬) ,不同覆
膜处理下 0~200cm 土壤含水量都呈现出增加的趋势 ,
主要是该地区降水量都集中在这段时间。这期间各处
理下的土壤含水量表现为 :宽膜覆盖平播 > 膜侧播种
> 窄膜覆盖平播 > 双垄面半膜覆盖沟播 > 双垄面全膜
覆盖沟播 > 全地面覆盖平播 > 露地平播。表明各种覆
膜处理都有利于提高土壤含水量 ,但全地膜覆盖效果
较差 ,原因是全地膜覆盖在阻止了膜内水分向大气散
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失的同时也阻止雨水向膜内渗透 ,造成田间径流较大。
可见 ,在降雨强度较大时 ,全膜覆盖一方面不利于接纳
降雨 ,另一方面也起到调节土壤含水量的作用。
进入 8 月份 (灌浆期)以后 ,降雨量相对减少 ,使这
一时期各处理 0~200cm 土壤含水量有所减少。
214  不同覆膜方式对玉米产量及主要农艺性状的影

方差分析结果表明 (表 3) ,不同覆膜方式下玉米
籽粒产量的差异极显著。以双垄面全膜覆盖沟播产量
最高 ,平均产量为 14335105kgΠhm2 ,窄膜覆盖平播最
低 ,平均产量为 10215100kgΠhm2 , 较对照分别增产 90197 %和 26152 % ;双垄面半膜覆盖沟播、宽膜覆盖平播、全地面覆盖平播和膜侧播种的平均产量分别为13105117、12540100、13495103 和 11809195 kgΠhm2 ,较对照分别增产 74160 %、67107 %、79179 %和 57134 %。考种结果表明 ,双垄面全膜覆盖沟播增产的主要原因是增加了百粒重和穗粒数。从表 3 得出 , 双垄面全膜覆盖沟播较露地平播处理的百粒重和穗粒数分别增加了814g和 179113 粒Π穗。从产量结果分析看 ,双垄面全膜覆盖沟播种植玉米的增产效果最佳 ,是进一步提高旱地玉米产量的有效途径。
表 3  不同覆膜处理的玉米产量及农艺性状表现
Table 3  Yield and agronomic properties of maize under different treatments
处理
treatment
百粒重
1002grain
weight (g)
穗粒数
(粒Π穗)
grain number
per spike
秃顶率
bald tip
rate ( %)
穗粗
spike
diameter (cm)
穗长
spike length
(cm)
株高
plant height
(cm)
产量
yield
(kgΠhm2)
CK 29135 eD 518129 eD 11137aA 5104 aA 20189aA 222177 cC 7506100fF
T1 37175 aA 697142 aA 5107 dC 5147 aA 23114 aA 246113 aA 14335105aA
T2 36121 abA 645102 bcB 8147 bcB 5143 aA 22156 aA 237167 abAB 13105117bcBC
T3 35131 bcAB 640183 bcBC 8156 bcB 5144 aA 22146 aA 234153 bB 12540100cCD
T4 32163 dC 633131 cdBC 9117bc AB 5138aA 22113 aA 232120 bBC 10215100eE
T5 36156 abA 655142 bB 7153 cBC 5145aA 22158 aA 239143 abAB 13495103bB
T6 33145 cdBC 618173 dC 9161 abAB 5136 aA 22188 aA 235120 bAB 11809195dD
215  不同覆膜方式对玉米水分利用效率的影响
由表 4 可知 ,不同覆膜方式下的土壤水分利用效
率不同 ,其高低顺序为 :双垄面全膜覆盖沟播、双垄面
半膜覆盖沟播、全地面覆盖平播、宽膜覆盖平播、膜侧
播种和窄膜覆盖平播 , 平均依次为 36190、34131、
33170、32194、32101 和 26182 kgΠmm·hm2 ,较对照分别
增加了 84124 %、72115 %、69109 %、65128 %、60161 %和
34157 %。说明双垄面全膜覆盖沟播栽培方式由于集
雨保墒效果显著 ,明显地提高了土壤水分的利用效率。
216  不同覆膜方式的经济效益分析
对不同覆膜方式的经济效益分析见表 5。表 5 表
明 ,双垄面全膜覆盖沟播产值为 20053137 元Πhm2 ,除投
入成本外 ,比双垄面半膜覆盖沟播、宽膜覆盖平播、窄
膜覆盖平播、全地面覆盖平播、膜侧播种和露地平播分
别增收 1201135、762147、3269127、308173、1293133 和
6180177 元Πhm2 。综合结果表明 ,双垄面全膜覆盖沟播
技术是既增产又增收的玉米覆膜方式。
表 4  不同覆膜处理玉米的水分利用效率
Table 4  Water use efficiency under different treatments by maize
处理
treatment
播前 0~2m 土层
贮水量
water storage in 0~2m soil
layers before planting(mm)
收获后 0~2m
土层贮水量
water storage in 0~2m soil
layers after harvest (mm)
生育期降雨量
precipitation in
growing period(mm)
耗水量
water consumption
(mm)
水分利用效率
water use efficiency
(kgΠmm·hm2)
CK 312161 279190 34410 376171 19193
T1 340190 296139 34410 388151 36190
T2 336190 298192 34410 381198 34131
T3 329184 293112 34410 380172 32194
T4 327184 290193 34410 380191 26182
T5 332184 276144 34410 400140 33170
T6 317172 292179 34410 368193 32101
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表 5  不同覆膜处理实施的经济效益分析表
Table 5  Comparison of economic efficiency of maize planting under different treatments (元Πhm2 ,YuanΠhm2 )
处理
treatment
产值 output value 投入 investment
主产品
main product
副产品
by2product 合计total 主产品main product 副产品by2product 合计total 纯收入net income
CK 9757180 882130 10640110 2925100 2415100 5340100 5300110
T1 18635157 1417180 20053137 4875100 3697150 8572150 11480187
T2 17036172 1290130 18327102 4575100 3472150 8047150 10279152
T3 16302100 1218190 17520190 3600100 3202150 6802150 10718140
T4 13279150 1127110 14406160 3375100 2820100 6195100 8211160
T5 17543154 1331110 18874164 4275100 3427150 7702150 11172114
T6 15352194 1254160 16607154 3600100 2820100 6420100 10187154
注 :玉米主产品单价 113 元Πkg ,玉米副产品单价 011 元Πkg ,地膜单价 15 元Πkg。
Note :The price of main products :113 yuanΠkg , the price of by2product :011 yuanΠkg , the price of plastic film :15 yuanΠkg.
3  结论与讨论
双垄面全膜覆盖沟播种植春玉米技术能够把小于
5mm 的无效降水蓄积起来 ,最大限度地减少了玉米棵
间蒸发 ,提高自然降雨的利用效率 ,在春旱严重的情况
下显著提高了玉米出苗率和出苗速度 ,是抗旱、提高旱
地玉米产量和提高农民收入的有效途径。双垄面全膜
覆盖沟播种植春玉米技术较露地平播 (CK) 出苗率提
高 3913 个百分点 ,产量增加 90198 % ,水分利用效率提
高 16197 kgΠmm·hm2 ,纯收入提高 6180177 元Πhm2 。此
外 ,该项技术可使玉米提前成熟 4 - 17d ,明显加快了
玉米生育进程 ,有利于在当地种植晚熟丰产玉米品种
和扩大玉米播种面积 ,有利于提早冬小麦播种时间 ,从
而较大幅度地提高粮食单产和总产量。但该技术依靠
人工覆膜种植 ,存在劳动强度大、覆膜效率低等不足。
国内虽然已经研制出了覆膜、起垄等农用机械 ,但没有
很好地组装配套。因此 ,研制适应于现代化农业生产
发展的集种植、开沟起垄、覆膜于一体的机械化设备显
得尤为必要。
当前对垄面覆膜沟播种植技术的研究主要集中在
集雨保墒和农作物增产的研究方面[8、9 ] ,很少涉及到将
该技术和北方不同生态类型区的生态环境的建设等工
程联系起来。北方干旱地区是我国土壤风蚀和水蚀比
较严重的地区 ,农业植被对该区的土壤风蚀和水蚀作
用的减缓具有很重要的作用 ,因此 ,在黄土高原水土流
失比较严重的地区 ,进行垄面覆膜沟播种植技术的集
水效应、水保效应和适宜的降水阀值等方面的基础性
研究 ,对确定该技术的推广区域具有重要的科学意义。
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