不同集雨導(dǎo)流方式對(duì)玉米集水效率?水分利用效率的影響

王建新 王攀磊 段宗顏 潘艷華 陳拾華 魯耀

摘要 在云南干旱區(qū)設(shè)置原狀土溝（T1）、坡地夯實(shí)（T2）、夯實(shí)后蓋石棉瓦（T3）和夯實(shí)后蓋塑料薄膜（T4）4種集雨導(dǎo)流模式，以坡地玉米為試材，研究不同導(dǎo)流模式對(duì)降雨的集水效率、水分利用率和玉米產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明，4種導(dǎo)流模式的集水效率、水分利用率和玉米產(chǎn)量的大小順序均表現(xiàn)為T4>T3>T2>T1。總體來(lái)看，四種導(dǎo)流模式的集水效率在41.7%～58.7%之間；相比于T1，T2、T3、T4的水分利用率分別提高了34.9%、53.5%和92.5%，產(chǎn)量分別提高了1 767、1 981.5和2 385 kg/hm2。

關(guān)鍵詞 云南干旱區(qū)；玉米；導(dǎo)流方式；集水效率；水分利用效率

中圖分類號(hào) S27 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2015）34-191-02

由于受西南季風(fēng)控制，加之地理位置和地形的作用，云南大部分地區(qū)呈現(xiàn)四季不分明、干濕季明顯的氣候特征。干旱造成的影響十分顯著，造成巨大的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)損失[1-2]。自20世紀(jì)90年代以來(lái)，特別是2000年以后，云南旱災(zāi)頻次增加，范圍擴(kuò)大，持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng)，災(zāi)害損失加重[3-4]。此外，由于云南特殊的干濕季氣候，年降雨量的80%集中在濕季，干季降水量較少[5]。在云南干旱區(qū)建立有效的農(nóng)田集雨導(dǎo)流體系，是提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的關(guān)鍵技術(shù)研究。

目前，國(guó)內(nèi)田間集蓄雨水主要集中在利用田間土壤水庫(kù)集蓄保存水分和利用集雨設(shè)施工程集蓄液態(tài)水。前者著重研究增加田間雨水儲(chǔ)存，降低水分損失，主要運(yùn)用的方法有壟上覆膜集雨保墑和溝內(nèi)種植栽培方法、梯田集雨等；后者著重研究耕地外的集雨，利用屋頂、路面和水泥等集水面進(jìn)行雨水收集，集流到不同形式水窖，供作物灌溉使用[6]。該研究集雨導(dǎo)流研究屬于前者范疇中的田間微型集水，種植區(qū)為溝，集水區(qū)為壟，即壟溝種植[7]。在田間耕地范圍內(nèi)利用不同導(dǎo)流方式提高降雨的集水效率和作物水分利用率，是在云南農(nóng)業(yè)持續(xù)干旱大背景下提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的關(guān)鍵技術(shù)。農(nóng)田微集水種植技術(shù)通過(guò)農(nóng)田微地型的改變與覆蓋保墑措施的有效結(jié)合，具有集雨和蓄水保墑的作用。主要方式有田間修筑溝壟、壟或溝覆膜、壟或溝覆秸稈。研究表明，農(nóng)田不同集雨導(dǎo)流技術(shù)都能夠有效提高降水保蓄率、水分利用率和作物產(chǎn)量[8-10]。

通過(guò)在玉米坡地設(shè)置不同集雨導(dǎo)流模式，筆者研究了不同模式對(duì)降雨的集水效率、水分利用率和玉米產(chǎn)量的影響，為云南干旱區(qū)域通過(guò)集雨技術(shù)提高作物產(chǎn)量提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)與時(shí)間

試驗(yàn)地點(diǎn)設(shè)在云南省大理州洱源縣鄧川鎮(zhèn)蓮河村。該流域地形復(fù)雜，海拔懸殊，地勢(shì)西北高東南低，季風(fēng)氣候明顯，干濕季分明，流域內(nèi)多年平均降水量為1 183.1 mm。由于該地形抬升處于迎風(fēng)坡，西南氣流和偏東氣流在這里極易形成云雨，故降水較多。此外，洱海流域汛期（5～10月）降雨量占多年平均降水量的88.7%，主汛期（6～9月）降雨量甚至占多年平均降水量的72.4%，形成干濕分明的特點(diǎn)。試驗(yàn)時(shí)間為2013年1月1日～12月31日。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

設(shè)4種導(dǎo)流方式，依次為TI、T2、T3和T4，其中T1（CK）為原狀土溝，T2為坡地夯實(shí)，T3為夯實(shí)后蓋石棉瓦，T4為夯實(shí)后蓋塑料薄膜。每個(gè)處理設(shè)3個(gè)重復(fù)，共12個(gè)導(dǎo)流小區(qū)。采用隨機(jī)區(qū)組排列。所有小區(qū)設(shè)在同一坡面上。每個(gè)小區(qū)長(zhǎng)8 m，寬6 m。小區(qū)四周用40 cm高的空心磚分隔，插入土中20 cm，以以外露20 cm，以防止降雨泥沙濺出和小區(qū)外圍水分進(jìn)入小區(qū)。在降雨后6～10 h內(nèi)，對(duì)集流收集池內(nèi)的集流進(jìn)行混勻采樣和測(cè)量。

供試玉米品種為當(dāng)?shù)爻Ｓ闷贩N會(huì)單4號(hào)。在種植前起壟開溝，壟上播種雙行玉米，種植密度為60 000株/hm2。各處理均施純N 300 kg/hm2和P2O5 225 kg/hm2，在種植前撒施40%的化肥，在出苗后10 d以及小喇叭口期結(jié)合降雨各追肥30%，其余管理措施同常規(guī)高產(chǎn)大田。

1.3 數(shù)據(jù)收集與分析

降雨量來(lái)源于氣象站，集流量數(shù)據(jù)均來(lái)源于實(shí)地測(cè)定。對(duì)每次降雨產(chǎn)生的集流的水深進(jìn)行測(cè)量、記錄，并且計(jì)算所產(chǎn)生的產(chǎn)流量和集流效率。

集流效率（%）=總產(chǎn)流量（mm）/全年降雨量（mm）

田間耗水量（mm）=有效降雨量-集流量

作物水分利用效率（kg/m3）=作物產(chǎn)量（kg/hm2）/田間耗水量（mm）/10

試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基本計(jì)算采用Excel2010軟件。方差分析采用SAS 9.2軟件。多重比較方法為StudentNewmanKeuls test。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同導(dǎo)流方式技術(shù)特性、經(jīng)濟(jì)特性 由表1可知，原狀土溝、坡地夯實(shí)、夯實(shí)后蓋石棉瓦和夯實(shí)后蓋塑料薄膜4種導(dǎo)流方式的經(jīng)濟(jì)投入分別為0、10 425、52 095和45 855元/hm2，其中以夯實(shí)后覆蓋石棉瓦費(fèi)用最高，其次是夯實(shí)后覆蓋塑料薄膜，差別主要由材料費(fèi)造成。

2.2 不同導(dǎo)流方式集水效率

由表2可知，原狀土溝、坡地夯實(shí)、夯實(shí)后蓋石棉瓦和夯實(shí)后蓋塑料薄膜4種導(dǎo)流方式的集流量間差異在0.05水平顯著，其中T4的集流量最高，達(dá)424.0 mm，其次為T2，集流量為373.8 mm，T2和T1集流量最低，分別為340.5和300.9 mm。T1、T2、T3和T4的集水效率分別為41.7%、47.1%、51.7%和58.7%，以夯實(shí)后覆蓋塑料薄膜集水效率最高，其次是夯實(shí)后鋪設(shè)石棉瓦，原狀土溝集水效率最低。

2.3 不同導(dǎo)流方式下玉米產(chǎn)量和水分利用率

由表3可知，原狀土溝、坡地夯實(shí)、夯實(shí)后蓋石棉瓦和夯實(shí)后蓋塑料薄膜4種導(dǎo)流方式的玉米產(chǎn)量分別為8 731.5、10 498.5、10 713.0和11 116.5 kg/hm2，后3種導(dǎo)流方式的玉米產(chǎn)量均在0.05水平顯著高于原狀土溝，相比于原狀土溝方式，產(chǎn)量分別增加了1 767.0、1 981.5和2 385.0 kg/hm2。從作物水分利用效率來(lái)看，以夯實(shí)后覆蓋蓋膜方式的水分利用率最高，在0.05水平顯著高于其他3種導(dǎo)流方式，比原狀土溝的水分利用率提高了92.5%；其次是夯實(shí)后覆蓋石棉瓦和坡地夯實(shí)，在0.05水平顯著高于原狀土溝，分別比原狀土溝水分利用率提高了53.5%和34.9%。

3 結(jié)論與討論

在壟面上測(cè)定的結(jié)果表明，土壟的平均集水效率為7%，夯實(shí)后的集水效率為24.6%[11]，而壟上覆膜后集水效率為87%[12]。多數(shù)研究表明，膜壟能明顯提升作物的水分利用效率[13-15]，且能提高壟下土壤溫度，保持壟下土壤濕度[16]。

該研究表明，田間壟溝和覆蓋模式能夠有效地提高降雨的集水效率。這是因?yàn)閴艤夏軌蚴菇邓ㄟ^(guò)壟面產(chǎn)生的徑流首先抵達(dá)溝側(cè)，然后通過(guò)側(cè)滲逐漸向溝中央?yún)R集，并且同時(shí)向壟下擴(kuò)滲，通過(guò)重力作用向深層土壤下滲，使得降雨得到有效蓄存[17-18]。由于溝內(nèi)的含水量略大于壟上部分和平地，利于局部調(diào)節(jié)徑流，并且促進(jìn)作物生長(zhǎng)[19]，因此能夠提高作物產(chǎn)量。另外，覆蓋石棉瓦、薄膜能夠有效抑制土壤水分蒸發(fā)[20]。

通過(guò)4種集雨導(dǎo)流的種植和起壟方式的試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)在試驗(yàn)條件下，夯實(shí)后蓋塑料薄膜方式的集流效果最好，集水效率達(dá)58.7%，其次是夯實(shí)后鋪設(shè)石棉瓦、坡地夯實(shí)和原狀土溝。

不同導(dǎo)流方式均能提高作物水分利用率，其中夯實(shí)后蓋塑料薄膜方式的效果最佳，作物水分利用率達(dá)4.64 kg/m3，比原狀土坡提高92.5%；其次為坡地夯實(shí)、夯實(shí)后蓋石棉瓦的導(dǎo)流方式，水分利用率分別比原狀土坡提高了34.9%和53.5%。

相比于原狀坡地，壟溝和覆蓋措施均能夠提高玉米產(chǎn)量，其中夯實(shí)后蓋塑料薄膜方式增產(chǎn)效果最佳，其次為坡地夯實(shí)、夯實(shí)后蓋石棉瓦的導(dǎo)流方式。從經(jīng)濟(jì)效益來(lái)看，雖然夯實(shí)后蓋塑料薄膜方式下的集水效率、作物水分利用率和玉米產(chǎn)量均能達(dá)到最佳，但該方式耗用材料費(fèi)和人工費(fèi)較多，實(shí)際生產(chǎn)有待考慮。

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