玉米‖马铃薯抗旱栽培土壤含水量及产量效益研究

安昕，陈梦丽，高连彰，陆 靖，周 锋，吴伯志， 张连根

(1.云南农业大学 农学与生物技术学院， 云南 昆明 650201； 2.通海县农业技术推广站， 云南 玉溪 652700；3.宣威市农业技术推广中心， 云南 曲靖 655400)

干旱是中国最主要的农业自然灾害之一，也是制约粮食生产和粮食安全的重要因素[1-3]。随着人口增长和城市化进程加快，水资源高效利用及确保粮食产能安全成为头等大事[4]。地膜覆盖栽培技术是一项非常成功的农业抗旱增产技术，长期以来，在中国获得了较好的试验效果[5]。截至21世纪初，该技术在中国推广面积达到7.01万hm2，经济和社会效益非常明显[6]。根据多年研究，通过人为改变田间地表微地形如垄上覆膜[7]、窝塘式种植[8]等实现降水田间再分配，使有限降水分布到作物根际土壤中，减小田间蒸发，可以达到雨水高效利用的目的。而通过间作、套种来提高水分资源利用率的技术也被世界各国广泛采用。近年来，杏树间作绿肥沙打旺[9]，大麦间作蚕豆[10]、梨树间作小麦[11]等措施均表现出间作体系水分利用率高于单作的效应。

玉米与马铃薯间作是典型禾本科与薯类间作模式，也是云南省常用的种植方式，在农业生产中具有重要地位。但是，目前玉米间作马铃薯种植模式的土壤水分利用效率如何提高的问题尚未得到解决。本研究结合云南省农业生产实际，将地膜覆盖、开沟或打塘等抗旱技术集成使用，主要通过玉米开沟或打塘+地膜覆盖种植方式，探究其土壤含水量及产量效益，应对云南省粮食主产区突发性气候干旱，提高作物间作系统抗旱能力，减少产量损失和稳定农业收益。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于云南省宣威市农业局农业技术示范基地，海拔1 904.2 m，26°18′N，104°3′E，土壤为沙性红壤。多年平均气温13.4℃，最高年均温14.6℃，最低年均温12.7℃。多年平均日照2 018.5 h，日照百分率为47%。多年平均降水量为975.2 mm，降水时间分布不均匀，全年分为明显的干、湿两季。

1.2 试验材料

玉米(ZeamaysL.)：宣黄单13号包衣种子，由宣威市农业局选育；马铃薯(SolanumtuberosumL.)：宣薯2号，由宣威市农业局选育。

1.3 试验设计

试验采用单因素随机区组设计，共设置5个处理，每个处理3次重复，共15个小区，小区面积30 m2(5 m×6 m)。处理为：T1.玉米+开沟覆膜‖马铃薯；T2.玉米+打塘覆膜‖马铃薯；T3.玉米+平作覆膜‖马铃薯；T4.玉米平作覆膜单作；T5.马铃薯单作。

1.4 作物种植

种植规格：玉米‖马铃薯行比均为2∶2。玉米间作种植密度52 500 株·hm-2，宽窄行种植，规格为(150 cm+50 cm)×38 cm，双株留苗；玉米单作种植密度59 250 株·hm-2，宽窄行种植，规格为(100 cm+50 cm)×45 cm，双株留苗。间作马铃薯种植密度为28 500 株·hm-2，宽窄行种植，规格为(150 cm+50 cm)×35 cm；单作马铃薯种植密度为57 150 株·hm-2，等行距种植，规格为50 cm×35 cm。

种植方式：间作处理T1玉米采用沟播种植(沟深10 cm，沟宽30 cm)，T2采用打塘种植(塘深15 cm，塘直径35 cm)，T3和T4均采用平作种植；各处理马铃薯均采用开沟播种。马铃薯生育期为2013年4月5日至8月20日，玉米生育期为2013年4月30日至9月20日。

1.5 试验指标及测定方法

土壤含水量:采用英国制造的DELTD-TDEVICES-HH1水分测定仪，分别测定0～7.6 cm和0～20 cm两个土层的平均含水量。方法：间作处理每个小区测定6个点(以V字型于玉米行下取3点，马铃薯行下取3点)，净作处理以V字型测定3个点，每隔20 d测定一次。

土地当量比(land equivalent ratio, LER)：土地当量比的计算公式为：LER=玉米间作产量/玉米单作产量+马铃薯间作产量/马铃薯单作产量。若LER大于1，即表示间作具有产量优势。

1.6 试验数据处理

用Excel 2007和SPSS18.0等应用软件对所得的数据进行计算、整理、统计分析，利用Duncan法对数据进行差异性检验。

2 结果与分析

2.1 不同种植方式对作物耕层土壤含水量的影响

2.1.1 不同种植方式对玉米条带土壤含水量的影响 由表1可知，各处理玉米条带土壤表层含水量6月4日差异显著(P<0.05)，处理T1、T2均显著(P<0.05)高于处理T3、T4，处理T1和T2差异不显著(P>0.05)，处理T1、T2平均土壤含水量比处理T3、T4分别增加28.27%和25.91%；除8月9日和8月29日外，其余各时期玉米条带土壤含水量均表现为间作处理高于处理T4；各时期土壤含水量平均值各处理依次为处理T1>T2>T3>T4，T1处理各时期土壤含水量平均比处理T3、T4分别增加11.91%和21.24%，T2处理则分别增加8.97%和18.06%。各时期含水量T1处理最多比T4处理增加28.32%。结果表明，玉米开沟和打塘种植有利于土壤水分蓄积，比玉米平垄种植有较好的土壤水分效益，数据显著性差异与每次土壤水分测定前降雨因素有关。

由表2可知，8月9日各处理玉米条带土壤深层含水量差异极显著(P<0.01)，处理T1、T2均显著(P<0.05)高于处理T3、T4；9月20日各处理玉米条带土壤深层含水量差异显著(P<0.05)，处理T1和T2差异不显著(P>0.05)，处理T1、T2均显著(P<0.05)高于处理T4。这两个时期处理T1、T2平均土壤含水量比处理T3、T4分别增加16.73%和19.21%；除8月9日和8月29日外，其余各时期玉米条带土壤含水量各处理间差异均不显著(P>0.05)，总体表现出间作处理T1、T2高于间作处理T3和单作处理T4。各次土壤含水量平均值各处理依次为处理T2>T1>T4>T3，T2处理比处理T3、T4分别增加15.88%和10.91%，T1处理分别增加15.42%和10.47%。各时期测定含水量T2处理最多比T4处理增加28.12%。结果也表明，玉米开沟和打塘间作马铃薯土壤水分蓄积效果最好。由表1和表2看出开沟和打塘种植比玉米平地种植都有较好的土壤水分效益，数值大小有所差异可能与土壤表层和深层水分稳定性有关。

2.1.2 不同种植方式对马铃薯条带土壤含水量的影响 由表3可知，6月4日、6月26日和8月9日各处理马铃薯条带土壤表层水分含量差异不显著(P>0.05)，其余各观测时期差异均达显著水平(P<0.05)。7月18日和9月20日处理T1与对照处理T5差异均显著，6月26日和9月20日处理T1和T2差异均不显著(P>0.05)，7月18日和9月20日，T1处理和T3处理差异也显著(P<0.05)。各次观测数据均表明，处理T1和处理T2土壤含水量均高于处理T5，除8月9日外，其余各时期T1、T2处理土壤含水量均高于处理T3，各处理土壤含水量平均值依次为：T1>T2>T3>T5，处理T1和T2土壤含水量平均值比处理T5分别增加25.16%和21.88%，比处理T3分别增加15.21%和12.19%。结果表明，玉米打塘种植处理T2和开沟种植处理T1的表层土壤含水量均高于玉米平垄间作马铃薯处理T3和马铃薯单作处理T5，马铃薯间作处理土壤含水量均高于马铃薯单作，所以玉米打塘和开沟间作也有益于马铃薯条带土壤水分状况的改善。在刚降雨以后或持续干旱时，由于土壤蓄水充足或严重消耗，可能导致部分处理土壤含水量差异不显著。

表1 不同处理玉米条带0～7.6 cm土壤水分含量方差分析/%

注：同一行不同小写字母及*表示在P<0.05水平上差异显著，不同大写字母和**表示在P<0.01水平上差异极显著，相同字母表示差异不显著。下同。

Note: Different lowercase letters and * indicate significant difference atP<0.05, while capitals and ** indicate very significant atP<0.01. The same as bellow.

表2 不同处理玉米条带0～20 cm土壤水分含量方差分析/%

表3 不同处理马铃薯条带0～7.6 cm土壤水分含量方差分析/%

表4 不同处理马铃薯条带0～20 cm土壤水分含量方差分析/%

由表4可知，7月18日马铃薯条带深层土壤含水各处理差异极显著(P<0.01)，其中处理T1与处理T5差异极显著(P<0.01)，处理T1、T2与处理T3差异均显著(P<0.05)，处理T1与T2差异也显著(P<0.01)，处理T1土壤含水量比处理T5增加34.75%；除9月20日和8月9日外，其余各次土壤含水量T1、T2处理均高于T5处理，各时期平均土壤含水量依次为处理T1>T2>T3>T5，T1、T2处理比T5处理分别增加15.36%和10.20%。表3和表4结果均表明，玉米打塘和开沟种植的深层土壤含水量均高于玉米平垄间作马铃薯和马铃薯单作，玉米平垄间作马铃薯处理高于马铃薯单作，所以玉米打塘和开沟间作也有益于马铃薯条带深层土壤水分状况的改善。总之，在刚降雨以后或持续干旱时，由于土壤蓄水充足或消耗严重，可能导致部分处理土壤含水量差异不显著或规律异常。

2.2 不同种植方式产量效益分析

由表5可知，不同种植方式之间玉米产量差异达到了显著水平(P<0.05)，处理T1、T2、T3差异不显著(P>0.05)，T2处理产量最高，比处理T3产量增加1.1 t·hm-2，增产10.53%。各处理马铃薯产量差异达极显著水平(P<0.01)，间作处理马铃薯产量差异不显著(P>0.05)，间作处理T1、T2马铃薯产量均高于T3处理，分别增产18.45%和10.48%。不同处理复合产量差异达到了极显著(P<0.01)，除处理T4外，处理T2与其余处理差异均显著(P<0.05)，处理T1与处理T5差异极显著(P<0.01)，间作处理复合产量依次为处理T2>T1>T3，打塘覆膜处理T2复合产量比处理T3和T5分别增产13.74%和225.00%，比处理T1和T4分别增产9.52%和7.71%。不同处理产值差异达极显著水平(P<0.01)，处理T2与其它处理差异极显著(P<0.01)，处理T1与处理T4差异也显著(P<0.05)，产值依次为处理T2>T1>T3>T5>T4，打塘覆膜T2处理产值比处理T3、T4、T5分别增加0.64 万元·hm-2、1.03 万元·hm-2、0.73 万元·hm-2，分别提高19.61%、35.70%和22.91%，比T1处理也增收17.65%；不同间作处理土地当量比(LER)均大于1，且差异达到了极显著水平(P<0.01)，3种种植方式土地当量比大小依次为：处理T2>T1>T3，打塘处理的土地当量比(LER)比平作处理T3增加10.52%。结果表明：集雨栽培种植措施处理T2(打塘覆膜播种)较常规种植措施有非常明显的效果，能显著提高玉米产量和复合产量和土地当量比，具有明显的生产效益。

表5 玉米马铃薯间作处理产量效益方差分析

注：玉米和马铃薯的产值分别按市场价，玉米2.4 元·kg-1，马铃薯1.6 元·kg-1。复合产量为马铃薯产量按5∶1折算后与玉米产量之和。

Note: The output value of maize and potato was 2.4 yuan·kg-1and 1.6 yuan·kg-1respectively according to market price. Compound yield was the sum of the yield of potato after 5∶1 conversion and the yield of maize.

3 讨 论

由于地膜不透气，阻碍了水分蒸发，在干旱、半干旱地区实施地膜覆盖技术，具有保墒作用，能有效保蓄水分、提高水分利用效率，促进了水分横向运动，使水分在膜下循环，能较长时间储蓄在土壤中。有研究表明，地膜覆盖对改善春玉米、小麦、棉花土壤含水量、产量、品质均有一定效果[12]。前人研究在西北半干旱雨养条件下，地膜覆盖可显著提高土壤表层(0～20 cm)墒情[13]，这与本研究结果一致。

本试验中，降水时雨水通过垄面径流汇集于沟中，并向地下和垄下入渗；而且土壤中水分蒸发后顺塘膜内侧回流到塘心种苗处，确保有充足水分满足出苗及玉米苗期生长需要，促进根系生长健壮；在玉米生长中后期，雨水分布不均，窝塘式栽培模式能最大限度把水分富集到玉米根系周围塘内，从时空上调节玉米生长后期供水不均问题[14]，促进根系生长，使玉米生长达到最佳经济性状。通过玉米的起垄覆膜技术，减少地面蒸发，提高坡地地表径流的利用率；进行马铃薯+地膜玉米间作是有效的增产途径，而且通风透光良好，增加了玉米的边际优势，有利于玉米增产[15]。本试验采用的田间微集水技术，主要因为垄塘面覆膜集雨，沟塘内种植作物，垄、沟相互结合实现雨水积蓄和保墒的功能，对增强作物的抗旱能力，促使作物稳产高产具有重要的意义。

研究表明，间作可以增加作物的水分利用效率，改善土壤根际水分状况[16]，本试验研究玉米沟塘间作土壤含水量比平作间作和单作均有所提高。已有研究表明，禾本科与豆科间作方式中，禾本科为须根系，豆科为直根系，因此二者互补可以最大限度地发挥间作优势，最终表现为增产效应[17-18]。本试验中，玉米打塘间作体系土地当量比和经济效益也有明显的优势。但是，前人的研究结果主要集中在单项抗旱技术的生产效益方面，而本试验是各种抗旱技术集成效果的综合体现，至于不同技术对生产效益的贡献率以及20 cm以下的深层土壤水分状况尚不明确，有待进一步研究和验证。总之本试验技术集成措施除了能有效利用水分资源，应对干旱，降灾稳产，还能获得较好的产量效益，对解决目前的粮食安全问题和农业可持续发展均有重要的意义。

4 结 论

研究表明，玉米开沟+地膜覆盖间作马铃薯和玉米打塘+地膜覆盖间作马铃薯复合技术都可以提高玉米和马铃薯的土壤含水量，两种措施0～7.6 cm土层的土壤含水量增加幅度高于0～20 cm土层；打塘和开沟措施能显著提高玉米产量、作物群体复合产量和土地当量比(LER)，打塘处理的间作效益更好，更有益于提高水分资源利用效率和作物系统抗旱能力。

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