綠洲灌區(qū)一膜覆兩年玉米的節(jié)水潛力

張乃旭 趙 財 趙良霞 蔡莉娟 王一帆 柴 強(qiáng),*

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綠洲灌區(qū)一膜覆兩年玉米的節(jié)水潛力

張乃旭1,2趙 財2趙良霞2蔡莉娟2王一帆2柴 強(qiáng)2,*

1甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院, 甘肅蘭州 730070;2甘肅省干旱生境作物學(xué)重點實驗室/ 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院, 甘肅蘭州 730070

西北綠洲灌區(qū)以傳統(tǒng)覆膜方式為主的農(nóng)業(yè)節(jié)水措施受水資源不足和白色地膜污染的挑戰(zhàn)日益加劇, 地膜減量節(jié)水技術(shù)研究亟待開展。2014—2016年, 在河西綠洲灌區(qū)進(jìn)行田間試驗, 重點探討不同灌水水平下, 一膜覆兩年(RM)處理、少耕覆膜(RtM)和傳統(tǒng)覆膜(CM)對玉米農(nóng)田耗水特征和水分利用效率(WUE)的影響。結(jié)果表明, RM和RtM相對于CM均能顯著提高玉米播前土壤貯水量, 3年平均增加41.7 mm和31.6 mm (提高15.9%和12.1%)。玉米播種到拔節(jié)初期(全生育期前40 d), 灌水水平相同時, RM較RtM和CM降低了耗水量但增加了棵間蒸發(fā)量, 且棵間蒸發(fā)量/耗水量(E/ET)顯著增大, 相反從玉米拔節(jié)初期到收獲期, RM的E/ET較CM降低13.2%, 即RM有利于減少玉米生育后期的無效耗水量, RtM與CM則無顯著差異。灌水水平相同時, RtM水分利用效率最優(yōu), RM與CM之間無顯著差異。相同覆膜方式下, 中灌水水平玉米的WUE最高, RM與CM整個生育期內(nèi)的耗水量、棵間蒸發(fā)量及E/ET均無顯著差異, 表明一膜覆兩年具有傳統(tǒng)覆膜方式節(jié)水增效的優(yōu)點。因此, 在河西綠洲溉區(qū), 一膜覆兩年具有與每年翻耕覆新膜同等的水分利用效果, 是試驗區(qū)可推廣的節(jié)水、地膜減量生產(chǎn)技術(shù)。

覆膜方式; 灌水量; 耗水量; 棵間蒸發(fā)量; E/ET; 水分利用效率

短缺與浪費并存是中國農(nóng)業(yè)用水緊張的主要特征。發(fā)展以節(jié)水和提高水分利用效率為核心的節(jié)水型農(nóng)業(yè)已成為解決當(dāng)前農(nóng)業(yè)缺水問題的關(guān)鍵[1], 優(yōu)化各項農(nóng)藝措施無疑是促進(jìn)作物高效用水的直接手段。國內(nèi)外學(xué)者就灌溉制度[2]、田間覆蓋[3]、保護(hù)性耕作[4]以及干濕交替水分管理[5]等做了大量研究。地膜覆蓋是旱作農(nóng)業(yè)區(qū)常用的節(jié)水農(nóng)藝措施, 可減少50%水分蒸發(fā)[6]。相較于露地栽培, 地膜覆蓋提高農(nóng)田土壤含水率8%~20%, 增產(chǎn)幅度在30%以上[7], 其在地表形成的物理隔離層是有效減少土壤表層的水分蒸發(fā)、提高土壤含水率的重要原因[8]。但是塑料薄膜不宜降解, 在土壤中易形成阻隔層, 對土壤造成污染是目前面臨的重大問題[9-10]。

作物水分利用效率(WUE)常被用來衡量一個地區(qū)農(nóng)田水資源利用水平[11]。研究表明降低作物總耗水量可以提高水分利用效率, 在作物的總耗水中生理活動產(chǎn)生的蒸騰量和地表棵間蒸發(fā)量是最主要的部分, 由于蒸騰是作物新陳代謝的必要過程, 因此降低棵間蒸發(fā)量被認(rèn)為是提高水分利用效率的重要途徑[12]。張海林等研究發(fā)現(xiàn), 免耕可以有效減少土壤蒸發(fā)量, 增加作物蒸騰耗水, 從而提高水分利用效率[13]。地面覆蓋技術(shù)是降低土壤表面蒸發(fā)最有效且成本低的辦法, 但塑料薄膜覆蓋造成土壤污染使其應(yīng)用受到了限制, 而秸稈殘茬覆蓋、沙田覆蓋[14]等措施由于費時費力、節(jié)水效益差并不適宜大面積推廣。因此, 研發(fā)一膜兩年用覆蓋技術(shù)對農(nóng)田節(jié)水具有重要意義。

一膜覆兩年可循環(huán)再利用舊膜, 是將地膜覆蓋和少免耕有機(jī)結(jié)合的模式。研究表明, 該方式能減少地膜和田間作業(yè)投入, 增收效果顯著, 廢舊地膜污染問題可得到有效控制[15]。然而, 覆膜免耕對玉米苗期的土壤溫度和干物質(zhì)積累有顯著影響, 易造成生長受阻, 但拔節(jié)后快速恢復(fù)生長能彌補(bǔ)前期所受影響, 且能獲得與覆新膜相當(dāng)?shù)淖蚜．a(chǎn)量[16]。現(xiàn)有研究多針對一膜覆兩年節(jié)本增效和產(chǎn)量表現(xiàn), 并不了解該覆膜方式下土壤水分狀況、水分利用特征及如何優(yōu)化協(xié)調(diào)實現(xiàn)高效利用水分, 一膜覆兩年技術(shù)高效和穩(wěn)產(chǎn)機(jī)理尚不明晰。因此, 探究不同覆膜方式和不同灌溉水平下玉米生育期內(nèi)水分時空利用特征, 可為綠洲灌區(qū)玉米生產(chǎn)制定合理灌溉制度和節(jié)水高效提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

位于河西走廊東端的武威市涼州區(qū)黃羊鎮(zhèn), 屬寒溫帶干旱氣候區(qū), 海拔1506 m, 無霜期約155 d, 多年平均降雨156 mm、年蒸發(fā)量約2400 mm, 是典型的兩季不足、一季有余的自然生態(tài)區(qū)。玉米是該區(qū)主栽作物, 多采用地膜覆蓋, 以秋翻耕春覆膜的傳統(tǒng)耕作為主。

1.2 試驗設(shè)計

2013年進(jìn)行一膜覆兩年處理和少耕覆膜處理的預(yù)備試驗, 在玉米收獲后免耕, 保持地膜完整度70%以上, 傳統(tǒng)耕作處理在玉米收獲后回收殘膜并深翻耕。春季播種時, 少耕覆膜處理將舊膜揭去后進(jìn)行旋耕并覆新膜, 傳統(tǒng)覆膜處理進(jìn)行旋耕耙磨后覆新膜。

設(shè)傳統(tǒng)覆膜(CM), 少耕覆膜(RtM)以及一膜覆兩年(RM)(表1)及低(I1)、中(I2)、高(I3) 3個灌水水平, 共9個處理, 每處理3次重復(fù), 采用裂區(qū)設(shè)計, 各小區(qū)間具50 cm隔離帶。灌溉制度見表2, 各處理冬儲灌同為120 mm。播種密度9萬株 hm–2, 行距40 cm, 小區(qū)面積48 m2。參試玉米(L.)品種為先玉335; 地膜厚0.008 mm、寬1.2 m。播種時間分別為2014年4月20日、2015年4月17日、2016年4月20日, 收獲時間分別為2014年10月1日、2015年9月27日、2016年9月19日。

不同處理的總施氮水平一致, 為300 kg hm–2, 基肥施總氮量的10%; 追肥按照拔節(jié)期追施總量的20%、大喇叭口期追施總量的50%、開花后10 d追施剩余氮量。磷肥按照N∶P為1.00∶0.75的比例全部作為基肥施用。施基肥時對于傳統(tǒng)覆膜與少耕覆膜處理直接將肥料撒于地表隨后耙磨, 對一膜覆兩年處理用玉米點播器在距玉米播種15 cm處施肥, 保證基肥不受舊膜影響以及防范肥料對玉米根部的灼燒。追肥時直接將肥料溶于機(jī)井中。

表1 不同覆蓋處理設(shè)計和實施方法

表2 灌溉制度

1.3 測定指標(biāo)與方法

1.3.1 土壤含水量 用烘干法測定。在玉米苗期初次測定, 測定時間分別為2014年4月27日、2015年4月28日、2016年4月24日。其后每20 d測定1次, 播種前、收獲后和灌水前后加測, 取0~10 cm、10~20 cm、20~30 cm、30~60 cm、60~90 cm、90~120 cm 6個層次, 計算各土層含水量, 3個重復(fù)的平均值作為一個處理的土壤含水量。

1.3.2 棵間蒸發(fā)量 采用微型蒸滲儀(Micro- lysimeter, 簡稱MLS)測定[9]。微型蒸滲儀用PVC管做成, 內(nèi)徑10 cm、壁厚5 mm、高15 cm。每次取土?xí)r將其垂直壓入作物行間土壤內(nèi), 使其頂面與地面齊平, 取原狀土, 然后用尼龍網(wǎng)布封底, 另用直徑為12 cm的PVC管做成外套, 固定行間, 使其表面與附近土壤持平, 操作時不至破壞周圍土體結(jié)構(gòu)。于玉米出苗期每3 d測定一次, 微型蒸發(fā)器中土樣每減少1 g相當(dāng)于蒸發(fā)水分0.1051 mm, 稱重時間為當(dāng)天18:00, 降雨、灌水后立即換土。

1.3.3 土壤貯水量 SWS=10×××式中, SWS為土壤貯水量(mm); 10為單位換算系數(shù);代表土層深度(cm);代表土壤容重(g cm–3);代表土壤重量含水量。

1.3.4 耗水量ET=++SWS2-SWS1式中,為1至2時期的降雨量(mm),為1至2時期的灌溉量(mm), SWS1為1時期的土壤貯水量(mm), SWS2為2時期的土壤貯水量(mm)。本文分別研究了階段耗水量和生育期總耗水量。

1.3.5 耗水結(jié)構(gòu)(E/ET) 即棵間蒸發(fā)量與耗水量的比值。階段耗水結(jié)構(gòu)為測定階段內(nèi)的棵間蒸發(fā)量與耗水量的比值。

1.3.6 作物水分利用效率(WUE) WUE=Y/ET; 其中, Y為籽粒產(chǎn)量(kg hm–2)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

用Microsoft Excel 2010整理匯總數(shù)據(jù), 用SPSS 12.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行顯著性分析(Duncan’s multiple range tests<0.05)、主效應(yīng)檢驗及互作效應(yīng)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 一膜兩年覆蓋對農(nóng)田玉米播前土壤貯水量的影響

冬儲灌相同時, 一膜覆兩年(RM)和少耕覆膜(RtM)處理較傳統(tǒng)耕作覆膜(CM)處理可顯著提高播前土壤貯水量(圖1)。3年中, 播前土壤貯水量RM較CM增加34.5~46.9 mm提高14.3%~17.5%, RtM較CM增加27.4~35.0 mm提高10.7%~13.1%。說明一膜覆兩年和少耕覆膜在農(nóng)田休閑期可以有效抑制農(nóng)田水分蒸發(fā)的損失。

2.2 不同地膜利用方式和灌水水平對農(nóng)田玉米耗水量的影響

平均3年數(shù)據(jù), 覆膜方式顯著影響玉米播種至拔節(jié)初期(全生育期前40 d)耗水量, 對玉米拔節(jié)初期之后耗水量影響不顯著, 灌水水平對玉米不同生育時期耗水量影響顯著, 二者互作效應(yīng)不顯著(表3)。玉米播種至拔節(jié)初期, 低、中、高灌水水平下, CM處理耗水量較RM處理高9.5%, 較RtM處理高7.4%。相同覆膜方式下, 高、中灌水RM、RtM、CM處理較低灌水處理的耗水量分別高23.4%、24.2%、25.4%和15.0%、14.1%、14.3%。

圖1 不同覆膜方式下玉米播前的土壤貯水量

同一年度中, 各處理間存在顯著差異(< 0.05)用不同字母表示。處理代號見表1。

In each growing year, different letters superscripted on the bars indicate significant difference among treatments (< 0.05). Treatment abbreviations correspond with those given in Table 1.

表3 不同覆膜方式和灌水處理下玉米各生育階段的耗水量差異

同一年度中, 同一列數(shù)字后的不同小寫字母表示在 0.05 水平上差異顯著。處理代號見表1, 灌水水平代號見表2。

In each growing year, means followed by different letters within a column are significantly different at< 0.05. Treatment abbreviations correspond with those given in Table 1 and irrigation levels correspond with those given in Table 2.

覆膜方式對玉米全生育期總耗水量影響不顯著, 隨灌水水平增大玉米全生育期耗水顯著增大, 二者對玉米全生育時期耗水量的互作效應(yīng)不顯著(圖2)。相同覆膜方式下高、中灌水RM處理3年耗水量較低灌水處理高14.1%~18.3%和7.6%~9.6%, RtM處理高、中灌水較低灌水處理高16.3%~18.2%和9.1%~ 10.6%, CM處理高、中灌水較低灌水高15.9%~21.6%和8.9%~11.3%。

圖2 不同覆膜方式和灌水水平下玉米全生育期總耗水量

同一年度中, 各處理間存在顯著差異(< 0.05)用不同字母表示。處理代號見表1, 灌水水平代號見表2。

In each growing year, different letters superscripted on the bars indicate significant difference among treatments (< 0.05).Treatment abbreviations correspond with those given in Table 1 and irrigation levels correspond with those given in Table 2.

2.3 覆膜方式和灌水水平對玉米棵間蒸發(fā)量的影響

覆膜方式相同的情況下, 日棵間蒸發(fā)量的高灌水處理大于中、低灌水處理; 在相同灌水水平下RM處理棵間蒸發(fā)量大于RtM處理和CM 處理(圖3)。在玉米拔節(jié)期之前, 由于RM處理植株發(fā)育緩慢、地表裸露大、舊膜完整程度低, 在低、中、高灌水水平下RM處理棵間蒸發(fā)較CM處理高7.7%、10.7%和10.2%。RM與RtM處理間差異不顯著。玉米拔節(jié)期之后到收獲期, 低、中、高灌水水平下RM處理較CM處理降低無效蒸發(fā), 說明在玉米生育后期, 植株發(fā)育旺盛弱化了覆膜方式之間的差異。

圖3 覆蓋和灌水處理下玉米全生育期日棵間蒸發(fā)動態(tài)

處理代號見表1, 灌水水平代號見表2。

Treatment abbreviations correspond with those given in Table 1 and irrigation levels correspond with those given in Table 2.

覆膜方式對玉米總棵間蒸發(fā)量影響不顯著, 灌水水平對玉米總棵間蒸發(fā)量的影響顯著, 二者互作效應(yīng)不顯著(圖4)。3年玉米全生育期總棵間蒸發(fā)量隨灌水水平的提高而增加, RM、RtM、CM處理條件下, 高、中灌水水平的棵間蒸發(fā)量較低灌水水平分別高出20.1%~39.3%、24.9%~40.4%、23.3%~43.5%和13.0%~22.7%、13.4%~23.4%、14.6%~24.2%。在灌水水平相同的情況下, 一膜覆兩年較傳統(tǒng)覆膜未增大玉米全生育期無效蒸發(fā)量。

圖4 不同覆膜方式和灌水處理總棵間蒸發(fā)量

同一年度中, 各處理間存在顯著差異(< 0.05)用不同字母表示。處理代號見表1, 灌水水平代號見表2。

In each growing year, different letters superscripted on the bars indicate significant difference among treatments (< 0.05).Treatment abbreviations correspond with those given in Table 1 and irrigation levels correspond with those given in Table 2.

2.4 不同覆膜方式和灌水水平下的耗水結(jié)構(gòu)變化

平均3年測定數(shù)據(jù), 發(fā)現(xiàn)4月28日至6月10日地膜覆蓋方式和灌水水平顯著影響玉米耗水結(jié)構(gòu), 二者互作效應(yīng)顯著; 6月11日至9月22日雖影響顯著但互作效應(yīng)不顯著(表4)。對于總耗水結(jié)構(gòu), 灌水水平影響顯著, 地膜覆蓋方式影響不顯著, 二者互作效應(yīng)不顯著。4月28日至6月10日, 低灌水水平時RM處理耗水結(jié)構(gòu)較CM處理高11.7%, 說明在玉米生育前期RM處理植株發(fā)育弱小, 地表蒸發(fā)強(qiáng)烈。RtM較CM未顯著增加耗水結(jié)構(gòu)。中灌水水平時, RM和RtM處理較CM處理分別高12.4%和5.6%。高灌水水平時, RM和RtM處理較CM處理分別高17.1%和11.0%。覆膜方式相同時, RM、RtM、CM 3種覆膜方式下耗水結(jié)構(gòu)為: 高灌水水平>中灌水水平>低灌水水平。6月11日至9月22日的5個測定周期內(nèi)低、中、高灌水水平下RM處理較CM處理低12.7%、11.9%和14.9%。說明在玉米生育后期RM處理植株通過恢復(fù)效應(yīng), 使植株蒸騰量顯著大于CM處理植株。RtM處理與CM處理差異不顯著。

2.5 不同覆膜方式和灌水水平下玉米水分利用效率

覆膜方式和灌水水平顯著影響農(nóng)田玉米水分利用效率, 二者互作效應(yīng)顯著(圖5)。灌水水平相同時, 低灌水水平下RM、RtM的水分利用效率較CM處理平均高6.9%和10.5%。中、高灌水水平下RM、RtM、CM處理間水分利用效率差異并不顯著。在覆膜方式相同的情況下2014年灌水水平條件下的水分利用效率之間差異并不顯著。2015年至2016年RM處理中灌水水平的水分利用效率分別比高灌水水平和低灌水水平提高6.5%~9.4%和6.5%~23.2%。RtM處理中灌水水平下的水分利用效率分別比高灌水水平和低灌水水平提高9.7%~12.3%和12.3%~18.6%。CM處理中灌水水平下的水分利用效率分別比高灌水水平和低灌水水平提高2.4%~7.2%和15.3%~22.8%。

3 討論

3.1 一膜覆兩年顯著提高播前貯水量, 未增加全生育期耗水量

地膜覆蓋具有降低農(nóng)田耗水的效應(yīng)已被研究證實[17-18], 且玉米耗水量隨灌溉量的增加而增加[19]。本研究中, 玉米生育期內(nèi), 灌水水平相同時少耕覆膜處理和傳統(tǒng)覆膜處理在玉米播種至拔節(jié)期耗水量大于一膜覆兩年處理, 但拔節(jié)期后明顯降低, 探究原因發(fā)現(xiàn)是一膜覆兩年處理在播種到拔節(jié)期的增溫效果顯著低于新膜覆蓋, 導(dǎo)致作物生長緩慢、蒸騰耗水少, 但拔節(jié)后的增溫效應(yīng)則無明顯差異[20]。同時在本研究發(fā)現(xiàn)冬儲灌相同時2014年至2016年3年試驗中一膜覆兩年處理較傳統(tǒng)覆膜處理播前土壤貯水量提高14.3%~17.5%, 少耕覆膜處理較傳統(tǒng)覆膜處理播前土壤貯水量提高10.8%~13.1%, 其主要原因可能是因為前茬作物收獲后采用免耕可在干旱環(huán)境下既有效防止土壤水分散失, 又避免土壤結(jié)構(gòu)遭受破壞[21]。

表4 不同覆膜方式及灌水水平下玉米耗水結(jié)構(gòu)(E/ET)

NS、*和**分別表示無顯著差異及在0.05和0.01水平上差異顯著。同一列數(shù)字后的不同小寫字母表示在0.05水平上差異顯著。處理代號見表1。

NS, *, ** : non-significant or significant at< 0.05 or< 0.01, respectively. Means followed by different letters within a column are significantly different at< 0.05. Treatment abbreviations correspond with those given in Table 1

圖5 不同覆膜方式及灌水水平下水分利用效率

同一年度中, 各處理間存在顯著差異(< 0.05)用不同字母表示。處理代號見表1, 灌水水平代號見表2。

In each growing year, different letters superscripted on the bars indicate significant difference among treatments (< 0.05). Treatment abbreviations correspond with those given in Table 1 and irrigation levels correspond with those given in Table 2.

3.2 一膜覆兩年較傳統(tǒng)覆膜未顯著增加無效蒸發(fā)和E/ET

覆蓋免耕可以有效減少生育前期土壤棵間蒸發(fā),增大后期蒸散量[22]。但本研究發(fā)現(xiàn)在玉米生育前期(苗期至拔節(jié)), 一膜覆兩年處理的棵間蒸發(fā)量顯著大于少耕覆膜和傳統(tǒng)覆膜處理, 主要因為一膜覆兩年在播種到拔節(jié)期的增溫弱于傳統(tǒng)覆新膜處理, 導(dǎo)致作物生長緩慢、遮陰效果差[20], 這與上述結(jié)論有所不同。而拔節(jié)期之后, 一膜覆兩年處理的棵間蒸發(fā)開始降低并小于少耕覆膜和傳統(tǒng)覆膜處理, 這一過程使一膜覆兩年處理在拔節(jié)期后降低的棵間蒸發(fā)與拔節(jié)期前增大的棵間蒸發(fā)抵消, 故而全生育期內(nèi)相同灌水水平下一膜覆兩年與傳統(tǒng)覆膜棵間蒸發(fā)無顯著差異。灌水水平對棵間蒸發(fā)影響顯著, 且隨灌水水平增大棵間蒸發(fā)增強(qiáng), 這是因為棵間蒸發(fā)與淺層土壤含水量關(guān)系密切, 灌水造成淺層土壤含水量的增加會引起蒸發(fā)明顯增大[23]。

降低農(nóng)田土壤蒸發(fā)占總耗水的比例是土壤水分高效利用的重要途徑之一[12]。本研究中發(fā)現(xiàn)相同灌水水平下不同覆膜方式間的蒸散比并沒有顯著差異,一膜覆兩年處理和少耕覆膜較傳統(tǒng)覆蓋處理并未增加蒸散比, 但覆膜方式相同的情況下灌水水平越高蒸散比越高, 其原因是過大的灌水量會增加棵間蒸發(fā)量[4]。從各個生育階段來看, 以拔節(jié)期為界, 玉米生長前期E/ET顯著高于拔節(jié)期之后的各個生育期, 同時發(fā)現(xiàn)灌水水平相同時一膜覆兩年處理的E/ET大于少耕覆膜和傳統(tǒng)覆膜處理, 但是拔節(jié)期之后由于玉米葉面積指數(shù)增大[16], 蒸騰作用強(qiáng), 使棵間蒸發(fā)作用減弱, E/ET開始明顯下降, 且各處理間差異不顯著。

3.3 一膜覆兩年與翻耕覆新膜具有同等的水分利用效率

地膜覆蓋增加作物產(chǎn)量提高水分利用效率已被大量研究所證明[24], 不同覆膜栽培方式能使玉米水分利用效率提高19.6%~66.4%[25]。Barros等[26]發(fā)現(xiàn), 一定供水條件下, 不論留茬覆蓋與否, WUE 均隨灌水水平的提高而增加, 而灌溉定額提高到一定值后, 水分利用效率隨著灌溉量的增加而降低。本研究發(fā)現(xiàn), 覆膜方式相同時中灌水水平水分利用效率顯著高于低、高灌水水平。與Barros等的研究結(jié)果有一定的差別, 其原因主要是試區(qū)季節(jié)降雨小于200 mm屬于極干旱地區(qū)[27], 而Barros等的研究試區(qū)季節(jié)降雨達(dá)388 mm。本研究發(fā)現(xiàn)覆膜方式相同灌溉定額為495 mm時各處理水分利用效率最佳, 這與劉宇潔等研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)灌溉次數(shù)一定(5次)灌溉定額為5400 m3hm–2時比4500 m3hm–2和3600 m3hm–2產(chǎn)量分別提高15.7%和7.6%[19]相符, 且本研究進(jìn)一步細(xì)化了該結(jié)論。同時, 本研究中2014年各灌水水平間水分利用效率差異不顯著, 其原因主要是2014年較2015和2016年為豐水年, 玉米生育期內(nèi)降水達(dá)244 mm, 弱化了灌水處理間的差異。灌水水平相同時, 低灌水水平下一膜覆兩年水分利用效率較傳統(tǒng)覆膜高6.9%, 中、高灌水水平時無顯著差異。因此, 一膜覆兩年具有與每年翻耕覆新膜同等的水分利用效果, 是支撐該模式下產(chǎn)量穩(wěn)定[18]的重要理論基礎(chǔ)。

4 結(jié)論

一膜覆兩年和少耕覆膜均利于提高玉米播前土壤貯水量, 3年試驗中播前土壤貯水量較傳統(tǒng)覆膜處理平均增加41.7 mm和31.6 mm、提高了15.9%和12.1%。一膜覆兩年在拔節(jié)期前較傳統(tǒng)覆膜降低了耗水量但增加了無效蒸發(fā), 增大了E/ET, 拔節(jié)期后則降低了E/ET。灌水水平相同時, 各覆膜方式間全生育期耗水量、棵間蒸發(fā)量、E/ET均無顯著差異, WUE以少耕覆膜最優(yōu), 一膜覆兩年與傳統(tǒng)覆膜之間則無顯著差異。相同覆膜方式下, 中灌水水平玉米的WUE最高, 一膜覆兩年與傳統(tǒng)覆膜整個生育期內(nèi)的耗水量、棵間蒸發(fā)量及E/ET無顯著差異, 表明一膜覆兩年具有傳統(tǒng)覆膜方式節(jié)水增效的優(yōu)點。因此, 中灌水水平下一膜覆兩年可以成為綠洲灌溉區(qū)節(jié)水高效生產(chǎn)方式之一。

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Water-saving Potential for Biennial Mulched Corn with Same Plastic Film in Oasis Irrigation Area

ZHANG Nai-Xu1,2, ZHAO Cai2, ZHAO Liang-Xia2, CAI Li-Juan2, WANG Yi-Fan2, and CHAI Qiang2,*

1College of Resources and Environmental Science, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, Gansu, China;2Gansu Provincial Key Laboratory of Arid Land Crop Science / College of Resources and Environmental Science, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, Gansu, China

The agricultural water-saving measures in Northwest oasis irrigation areas are mainly mulching with traditional plastic film. This process is increasingly challenged by lack of water resources and increasing environment pollution from the white plastic film. Therefore, reducing the plastic film use and identifying innovative water-saving technologies need to be carried out urgently. The experiment was conducted to explore the effects of conventional plastic film mulching (CM), plastic film mulching with reduced tillage (RtM) and plastic film re-mulching for two years (RM) under different irrigation levels on water consumption characteristics and water use efficiency (WUE) in the Hexi corridor oasis zone in 2014-2016. Both RM and RtM relative to CM could significantly increase soil water storage before sowing, respectively increasing 41.7 mm and 31.6 mm (15.9% and 12.1%) on average in three years. From corn seeding to early jointing stages (the first 40 days of the plants’ life cycle), under the same irrigation level, the water consumption of RM decreased, compared with that of RtM and CM, but the ground evaporation between plants increased. Also, there was a significant increase for soil evaporation/water consumption (E/ET). On the contrary, from early stage of corn jointing to harvesting stage, RM decreased E/ET by 13.2%, compared with CM, showing that RM is beneficial to reduce the useless water consumption in the later stage of corn production. There was no significant difference on E/ET between RtM and CM. When the water level was the same, the water use efficiency was the best in RtM and no significant difference between RM and CM. Under the same film mulching mode, the WUE of the middle water level irrigated maize was the highest, and there was no significant difference in water consumption, evaporation and E/ET between RM and CM during the whole growth period, indicating that RM is just like CM having the advantage of water saving and increasing efficiency. The research indicate that the biennial mulching shares the same water use outcome with the traditional annual mulching in Hexi oasis irrigation area, which could be adopted in the trial areas to save water and reduce the application of plastic film.

film mulching; irrigation quota; water consumption; soil evaporation; E/ET; water use efficiency

2017-11-19;

2018-03-26;

2018-04-16.

10.3724/SP.J.1006.2018.00876

柴強(qiáng), E-mail:chaiq@gsau.edu.cn

E-mail: zhangnx1991@163.com

本研究由國家公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(201503125-3)和國家科技支撐計劃項目(2015BAD22B04-03)資助。

This study was supported by the China Special Fund for Agro-scientific Research in the Public Interest (201503125-3) and the National Key Technology R&D Program of China (2015BAD22B04-03).

URL: http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20180416.0910.008.html