旱区集雨种植方式对土壤水分、温度的时空变化及春玉米产量的影响

【目的】探索不同集雨种植方式春玉米旱作田土壤水分转运、分配、土壤温度的时空变化特征及其对玉米产量和水分利用效率的影响,为试区玉米高产、水分高效持续利用型种植模式提供理论依据。【方法】2013—2014年在宁夏彭阳区设置传统露地平作(CK)为对照,分析4种不同集雨覆膜种植方式下春玉米各生育期的土壤水分、土壤温度、水分利用效率及产量变化。4种集雨覆膜种植方式分别为双垄沟全覆膜种植(D)、半膜平铺种植(F)、沟播垄膜双行种植(R1)、沟播垄膜单行种植(R2)。沟播垄膜双行处理和半膜平铺处理覆膜宽度均为60 cm,沟播垄膜单行处理垄宽50 cm、沟宽10 cm,双垄沟全覆膜大垄宽70 cm,垄高15 cm、小垄宽50 cm,垄高10 cm。播种密度均为75 000株/hm2。播前基施化肥102 kg N·hm-2和90 kg P2O5·hm-2,拔节期追施153 kg N·hm-2,试验为随机区组设计,3次重复。【结果】各覆膜处理较CK可明显改善土壤水温条件,在玉米苗期(0—30 d),D、F、R1、R2处理0—200 cm土层的贮水量比CK分别增加了10%、8.9%、10.9%和14.4%。在玉米生长中后期(90—120 d),受降雨量与不同覆膜种植方式下玉米耗水量不同,各覆膜处理0—200 cm土层贮水量表现出差异,2013年(前期降水为309.4 mm)各覆膜处理显著低于CK,覆膜处理间无显著差异,2014年(前期降水为104.9 mm)R1、R2处理贮水量均显著高于其他覆膜处理。2年试验中,R1处理0—40 cm土层贮水量显著高于其他处理,平均增加了5%;D、F、R1、R2处理0—25 cm土层土壤温度在玉米苗期较CK分别增加了3.5、2.3、0.9和1.1℃;玉米全生育期总干物质积累量呈"S"型曲线,在0—60 d,积累量较小,各处理仅占整个生育期的4.3%-15.4%,各处理大小顺序为:D>R2>F>R1>CK;在60—120 d(大喇叭口期至灌浆期),积累了玉米干物质的74.5%,此期D、R2的干物质积累速率达309.3和324.1kg·hm-2·d-1;2013年(玉米全生育期降雨量为594.1 mm)D、F、R2的水分利用效率和玉米产量较CK分别提高13.4%、21.2%、13.3%和18.0%、11.2%、20.3%;2014年D、R1、R2(玉米全生育期降雨量为341.9 mm)的水分利用效率和玉米产量比CK分别显著提高了31.1%、33.8%、35.1%和42.5%、39.9%、40.8%,D、R1、R2处理间产量无明显差异。各覆膜处理在降水较少的年份水分利用效率和产量增加幅度较大,且R1效果明显。【结论】沟垄集雨种植方式可明显改善宁南半干旱地区土壤浅层水分状况,提高土壤温度,增加物质积累量;沟播垄膜种植在降水较少的年份集雨优势明显,双垄沟全覆膜、沟播垄膜单行种植的水分利用效率和产量最佳。该项研究丰富了宁南半干旱地区旱作集水种植模式,对进一步完善和筛选适合半干旱地区玉米高产稳产的可持续发展种植模式提供了理论依据。