不同沟垄种植模式对土壤理化性状及水分利用效率的影响

胥凌霄，段喜明，刘瑞龙

(山西农业大学 林学院，山西 太谷 030801)

不同沟垄种植模式对土壤理化性状及水分利用效率的影响

胥凌霄，段喜明*，刘瑞龙

(山西农业大学 林学院，山西 太谷 030801)

[目的]为探究晋中半干旱地区不同沟垄种植模式对春玉米产量和水分利用效率的影响。[方法]以垄上覆膜为前提，设置以下种植模式：垄植等沟垄A、沟植等沟垄B、垄植大垄小沟C、沟植小垄大沟D，平地不覆膜种植CK为对照。研究不同处理对土壤理化性状、水分利用率的影响。[结果](1)不同处理对土壤理化性质的改善效果不同，与CK相比，C处理土壤平均含水量增加1.39%，土壤孔隙度增加4%，蓄水保墒效果最好且有机质增幅最大，对土壤理化性状改善效果最为明显。(2)通过分析春玉米的耗水量和产量，得出不同处理的水分利用效率的排序为C>A>B>D>CK，C处理的水分利用效率比CK提高了48.05%，且产量最高，比CK增产47.79%，得出春玉米最优的沟垄模式为垄植大垄小沟C。[结论]从春玉米产量、土壤理化性状和水分利用效率方面考虑，建议在晋中地区广泛采用垄植大垄小沟模式种植，沟宽50 cm，垄宽70 cm，行间距60 cm，株间距30 cm。

春玉米； 沟垄种植； 理化性状； 水分利用效率

沟垄种植在农业生产中应用广泛[1～3]，许多研究表明该技术既能有效保持水土，又能增加土壤水分[4]，减轻水分亏缺[5～6]，使土壤环境得到一定的改善并趋于稳定[7]。垄上覆膜常作为提高水分利用效率的措施[8，9]，能够使微小降雨很快形成径流，贮存和集中到膜侧和沟内，实现水分的空间再分配[10，11]，使其入渗更深[12，13]，避免土壤水分无效蒸发[14]，促进土壤水分良性循环，同时保证作物生长所需，达到增产增收的目的[15]。多数学者对土壤水分利用效率的研究集中于沟垄宽度相同的情况，对不同沟宽和垄宽的研究相对较少。然而沟宽和垄宽的不同，会对土壤含水量及作物产量产生一定的影响。刘志[16]的研究着眼于在垄的宽度不变的条件下改变沟的宽度来确定最优的沟垄宽度，本试验主要研究沟垄宽度均改变对土壤含水量、春玉米产量及水分利用效率的影响，意在分析沟垄种植、地膜覆盖和大小垄对春玉米种植的影响，得出最优的种植模式。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

本试验在山西农业大学林学院试验农场进行，试验区属暖温带大陆性气候，年均气温9.8 ℃，年均日照时数2 550 h，10 ℃以上平均积温3 141 ℃，无霜期180 d，年平均降水量458 mm，集中在7、8月份。供试土壤为重壤土，地下水埋深4 m以下。耕层土壤容重1.44 g·cm-3，田间持水量21.3%，播种前耕层土壤含水量13.10%、有机质0.83%，速效钾276.47 mg·kg-1、碱解氮53.24 mg·kg-1、速效磷29.40 mg·kg-1。

1.2 试验设计

试验小区采取随机区组设计， 重复3次，共15个小区，小区面积28.8 m2(6.0 m×4.8 m)，小区间距1 m。供试作物为农华101春玉米。试验处理见表1，布置见图1。起垄播种前各小区施底肥磷酸二铵850 g，硫酸钾500 g，P2O5600 g；大喇叭口期追施尿素600 g；在授粉结束后补施尿素450 g[17]。

1.3 指标测定

1.3.1 土壤理化性状测定

试验前后分别取耕层(0～40 cm)土壤测定：土壤容重、孔隙度、有机质、速效钾、碱解氮、速效磷等含量。

1.3.2 土壤含水量测定

从玉米播种开始，每隔15 d测量1次，每小区3个取样点，取样点为播种行两株玉米的中间位置，分层取土，深度为0～100 cm。本试验用烘干法测定土壤含水量。

表1 试验处理

注：A为垄植等沟垄、B为沟植等沟垄、C为垄植大垄小沟、D为沟植小垄大沟、CK为平地不覆膜种植

Note: A is ridge planting with ridge and furrow of equal size, B is furrow planting with ridge and furrow of equal size, C is ridge planting with the wide ridge and the narrow furrow, D is ridge planting with the narrow ridge and the wide furrow, CK is bare land which is not coated

图1 处理模式纵剖面图Fig.1 Processing mode of row and furrow

2 试验结果与分析

2.1 不同处理对土壤理化性状的影响

不同处理对土壤理化性状均有不同程度的改善，分析表2得出，与播种前相比，收获后的耕层土壤平均含水量的变化排序为：C>A>B>D>CK，与CK相比， C处理土壤含水量增加1.39%，土壤孔隙度提高4%，蓄水保墒效果最好且有机质增幅最大，对土壤理化性状改善效果最为明显。

2.2 不同处理对土壤水分的影响

2.2.1 土壤水分随时间的变化

图2～图5所测水分为垄上双行间和沟内双行间的土壤水分。从图2和图3可以看出，各处理的土壤含水量变化趋势基本相同，始终高于CK；从图4可以看出，各处理40～100 cm土层土壤含水量随时间的变化趋势变缓，这一土层剖面土壤含水量变化滞后于表层土壤。

表2 不同处理耕层土壤物理性状及肥力统计表

图2 不同处理对0～20 cm土层土壤含水量的影响Fig.2 The effect of different treatments on soil moisture in 0-20 cm depth of soil

图3 不同处理对20～40 cm土层土壤含水量的影响Fig.3 The effect of different treatments on soil moisture in 20-40 cm depth of soil

图4 不同处理对40～100 cm土层土壤含水量的影响Fig.4 The effect of different treatments on soil moisture in 40-100 cm depth of soil

综合得出0～100 cm土层中：CK的土壤含水量除在t6(7月23日)外，剩余时段始终低于其他处理，原因为：降雨后，雨水直接渗入地表，垄植雨水渗入相对比较滞后；

t5(7月7日)前后，土壤含水量均降至全生育期的最低值，原因为：t4～t5阶段，玉米进入拔节期，植株自身物质的积累，需要消耗大量的水分，而且持续的高温少雨天气使田间蒸发量增大；其余阶段，土层含水量变化不明显。

2.2.2 不同处理作物耗水量的确定

(1)

式中：ET：阶段耗水量/mm；P：阶段降水量/mm；I：阶段灌溉水量/mm；G：作物利用地下水量/

图5 不同处理对0～100 cm土层土壤含水量的影响Fig.5 The effect of different treatments on soil moisture in 0-100 cm depth of soil 注：t1～t9分别对应时间为5-5、5-20、6-8、6-24、7-7、7-23、8-7、8-23、9-7(月-日)，A为垄植等沟垄、B为沟植等沟垄、C为垄植大垄小沟、D为沟植小垄大沟、CK为平地不覆膜种植Note: t1-t9 corresponding time is 5-5, 5-20,6-8,6-24,7-7,7-23,8-7,8-23,9-7 (month-day). A is ridge planting with ridge and furrow of equal size, B is furrow planting with ridge and furrow of equal size, C is ridge planting with the wide ridge and the narrow furrow, D is ridge planting with the narrow ridge and the wide furrow, CK is bare land which is not coated

mm；△W：土壤贮水变化量/mm。

本试验无人工灌溉，因此取I=0；地下水埋深在4 m以下，因此取G=0。由(1)式确定不同处理春玉米的作物耗水量。

从表3可以得出，作物耗水量排序为D

2.3 不同处理对玉米产量及水分利用效率的影响

2.3.1 不同处理玉米产量比较

不同处理对作物植株特性的影响不同，作物产量也存在差异(表4)。

C处理产量为最高，按产量高低排序依次为C>A>B>D>CK，同时对产量进行方差分析(表5)，各处理间差异表现为极显著，与CK相比，A、B、C和D分别增产42.08%、27.92%、47.79%和20.51%， C处理同比增长最高，与上述方差分析结果一致，说明C处理的增产效果同比最优。

表3 不同处理春玉米全生育期内的作物耗水量

表4 不同处理春玉米产量及相关指标统计

表5 不同处理对春玉米产量的方差分析和显著性检验

注：区组间F(0.05)=3.49，F(0.01)=5.95；处理间F(0.05)=3.26，F(0.01)=5.41

Note: Area between groupsF(0.05)=3.49,F(0.01)=5.95; processing betweenF(0.05)=3.26,F(0.01)=5.41

2.3.2 不同处理水分利用效率比较

水分利用效率的计算公式：

WUE=Y/ET

(2)

式中：WUE：作物水分利用效率/kg·m-3；Y：作物子粒产量/kg·hm-2；ET：耗水量/mm。

根据不同处理春玉米全生育期的作物耗水量和产量，由(2)式确定不同处理春玉米水分利用效率。

由表6可以看出，不同处理水分利用效率的排序依次为：C>A>B>D>CK。C和CK处理耗水量最大，但C产量最高，CK产量最低，得出C的水分利用效率最高，为26.51 kg·(hm2·mm)-1，是CK的1.48倍，比CK提高48.05%，A、B和D分别提高42.40%、28.30%和21.02%。

表6 不同处理水分利用效率比

3 讨论与结论

3.1 讨论

本研究结果表明，A、B、C、D各处理对春玉米的增产效果均优于裸地平作，且C处理最好，同时该处理对土壤理化性状的改善效果最为明显，水分利用效率最高，因此晋中地区采用沟垄模式种植春玉米在沟宽50 cm，垄宽70 cm时，产量最高。刘志[16]等在朝阳地区进行沟垄微型集水种植玉米试验，得出沟垄宽度为60 cm和 40.5 cm时，产量最高。王俊鹏[18]等在宁南半旱区进行农田微集水种植技术效果研究，得出在沟垄宽度为60 cm时玉米产量最高。寇江涛[19]等研究表明，垄膜集雨种植与传统平作相比，能够明显改善土壤水分供应能力，同时沟垄宽度均为60 cm时，可显著提高苜蓿干草产量及水分利用效率。综合分析表明，合理的沟垄宽度与不同地区的作物类型、土壤条件和降水量等因素有关。

本试验结果与上述学者研究结果存在一定的差异，主要原因：本试验采取垄上双行种植和沟内双行种植而非单一的垄膜沟种，得出垄上种植优于沟内种植。同时沟垄宽度均改变的模式也区别于仅改变垄宽，固定沟宽的种植模式。沟垄宽度的同时改变，进一步影响土壤水分的再分配，更大程度的提高了作物的水分利用效率，达到作物增产的目的。

本研究主要从土壤理化性状的改善、水分利用效率的提高和增产效应三方面分析不同沟垄种植模式的适宜性，但是试验周期较短，降水情况、温度条件较为单一，没有说明不同干湿年份对不同沟垄模式种植春玉米的增产效果的影响。今后，应侧重长期的，连续的种植对春玉米增产和水分高效利用的研究，找出不同种植模式增产效果年际间的变化规律，更好地指导本地区的春玉米增产增收。

3.2 结论

沟垄的宽窄影响土壤水分的空间分布，同时影响作物的生长发育和产量性状。通过春玉米种植试验，各处理和对照均可不同程度的减小土壤容重，增加孔隙度，使土壤生态环境朝着更有利于作物生长的方向发展，其中垄植大垄小沟模式的蓄水保墒效果最好，对土壤理化性状的改善最明显，同时该模式下土壤水分利用效率最高，较裸地平作提高48.05%，增产47.79%。垄植等沟垄模式的效果次之，土壤水分利用效率和产量分别提高42.08%和42.40%。综合上述各指标分析沟垄种植、地膜覆盖和大小垄对春玉米种植过程和产量的影响，得出最优春玉米种植模式为垄植大垄小沟C，垄上双行种植，沟宽50 cm，垄宽70 cm，行间距60 cm，株间距30 cm。

[1]冯良山，孙占祥，肖继兵，等．辽西地区微集水不同覆盖方式对玉米生长发育的影响[J]．干旱地区农业研究，2011,29(3):118-121.

[2]高世铭，张绪成，王亚宏．旱地不同覆盖沟垄种植方式对马铃薯土壤水分和产量的影响[J]．水土保持学报，2010,24(1):249-256.

[3]肖继兵，孙占祥，蒋春光，等．辽西半干旱区垄膜沟种方式对春玉米水分利用和产量的影响[J]．中国农业科学，2014，47(10):1917-1928.

[4]王同朝，王燕，卫丽，等．作物垄作栽培法研究进展[J]．河南农业大学学报，2005,39(4):377-382.

[5]Zhou Limin, Li Fengmin, Jin Shengli, et al. How two ridges and the mulched with plastic film affect soil water, soil temperature and yield of maize on the semiarid Loess Plateau of China[J].Field Crops Research,2009,113:41-47.

[6]谢文，潘木军，翟均平．不同垄作覆盖栽培对土壤理化性状耗水特性和玉米产量的影响[J]．西南农业学报，2007,20(3):365-369.

[7]王旭清，王法宏，任德昌，等．作物垄作栽培增产机理及技术研究进展[J]．山东农业科学，2001(3):41-45.

[8]胡芬，陈尚谟．旱地玉米农田地膜覆盖的水分调控效应研究[J]．中国农业气象，2000,21(4),14-17.

[9]王彩绒，田霄鸿，李生秀．沟垄覆膜集雨栽培对冬小麦水分利用效率及产量的影响[J]．中国农业科学，2004,37(2):208-214.

[10]王俊鹏，蒋骏，韩清芳，等．宁南半干旱地区春小麦农田微集水种植技术研究[J]．干旱地区农业研究，1999,17(2):8-13.

[11]朱国庆，史学贵，李巧珍．定西半干旱地区春小麦农田微集水种植技术研究[J]．中国农业气象，2001,22(3):6-9.

[12]韩娟，贾志宽，任小龙，等．模拟降雨量下微集水种植对玉米光合速率及水分利用效率的影响[J]．干旱地区农业研究，2008,26(1):81-85,101.

[13]李凤民，王静，赵松岭．半干旱黄土高原集水高效旱地农业的发展[J]．生态学报，1999,19(2):259-264.

[14]马金虎，马步朝，陈世敏，等．旱地玉米全膜双垄集雨沟播技术的增产效益研究[J]．宁夏农林科技，2011,52(2):16-18.

[15]宋宝军，张雷，杨春雷，等．覆膜与不覆膜玉米氮磷钾化肥增产效果对比[J]．现代农业科技，2010(19):37.

[16]刘志，肖继兵，崔丽华．垄膜沟种不同沟垄比对春玉米水分利用和产量的影响[J]．水土保持研究，2016,23(1):37-43.

[17]王晓凌，陈明灿，易现峰，等．垄沟覆膜集雨系统垄宽和密度效应对玉米产量的影响[J]．农业工程学报，2009,25(8):40-46.

[18]王俊鹏，韩清芳，王龙昌，等．宁南半干旱区农田微集水种植技术效果研究[J]．西北农业大学学报，2000,28(4):16-20.

[19]寇江涛，师尚礼．旱地垄沟集雨种植紫花苜蓿最佳沟垄宽比的确定[J].草地学报，2011,19(2): 247-252.

(编辑：梁文俊)

The effect of different ridge and furrow planting pattern on the physical and chemical characteristics of soil and efficient utilization of water

Xu Lingxiao, Duan Ximing*, Liu Ruilong

(CollegeofForestry,ShanxiAgriculturalUniversity,Taigu030801，China)

[Objective]In order to explore the effect of different groove ridge planting patterns on spring corn yield and water use efficiency on Jinzhong semi-arid areas.[Methods]On the premise of covering film on the ridge, Set the following planting patterns: A was ridge planting with ridge and furrow of equal size, B was furrow planting with ridge and furrow of equal size, C was ridge planting with the wide ridge and the narrow furrow, D was ridge planting with the narrow ridge and the wide furrow, CK was bare land which was not coated as the control group, researching for the impacts of different treatments on soil physical and chemical properties, water use efficiency.[Results]The results showed that: The influence of different sets on soil properties were different especially, C treatment of soil moisture content was 1.39% higher than CK on average, soil porosity was 4% higher than CK, storage moisture effect was best and organic growth was the largest, improving the effect was most pronounced on soil physical and chemical properties. Through the analysis of crop water consumption and production, Water use efficiency of different sets order was C>A>B>D>CK, C treatment of water use efficiency was 48.05% higher than CK, and the highest yield which was 47.79% higher than CK. It was concluded that the optimal spring corn ridge and furrow planting pattern was C.[Conclusion]From spring maize yield and soil physical and chemical properties and water use efficiency into consideration, recommended in jinzhong area widely adopted ridge planting with the wide ridge and the narrow furrow, furrow width was 50 cm, ridge width was 70 cm, line spacing was 60cm, plant spacing was 30 cm.

Spring corn, Ridge and furrow planting, Physical and chemical properties, Water efficient application

2016-10-08

2016-11-17

胥凌霄(1991-)，女(汉)，山西长治人，硕士研究生，研究方向：农业水土资源的高效利用

*通信作者：段喜明，教授，硕士生导师，Tel:0354-6288329;E-mail:duanximing0208@sina.com

S152.5; S273.1

A

1671-8151(2017)02-0083-06