李尚中，樊廷錄，趙剛，王磊，黨翼，張建軍，唐小明，王淑英

(甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院旱地農(nóng)業(yè)研究所，甘肅 蘭州 730070)

品種、密度與覆膜方式對旱地春玉米產(chǎn)量和水分利用效率的影響

李尚中，樊廷錄，趙剛，王磊，黨翼，張建軍，唐小明，王淑英

(甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院旱地農(nóng)業(yè)研究所，甘肅 蘭州 730070)

探求品種、密度和覆膜方式對旱地地膜玉米群體特征、耗水量、產(chǎn)量及水分利用效率的影響，以期高效利用和開發(fā)有限的自然降水資源。試驗采用裂區(qū)設(shè)計，主區(qū)為全膜雙壟溝覆蓋(FFDRF)和窄膜覆蓋(NF)2個處理，裂區(qū)為緊湊型中晚熟先玉335和緊湊型中熟吉祥1號及平展型早熟酒單4號3個雜交種，裂裂區(qū)為低密度(4.5萬株/hm2)、中密度(6.75萬株/hm2)和高密度(9.0萬株/hm2)3個處理。測定不同處理玉米的株高、葉面積指數(shù)、干物質(zhì)積累量、0～2 m土層土壤貯水量，結(jié)合作物產(chǎn)量分析農(nóng)田水分利用效率。結(jié)果表明，全膜雙壟溝覆蓋可以有效地保蓄小量降水(小于10.7 mm)，改善玉米生長條件，能快速提高苗期玉米株高和葉面積指數(shù)，干物質(zhì)積累量、產(chǎn)量和水分利用效率較窄膜覆蓋增加15.6%、14.3%和8.8%。隨著密度的增加，百粒重、穗粒數(shù)表現(xiàn)為下降趨勢，但增加種植密度的群體優(yōu)勢大于單株植株性狀的綜合劣勢，玉米群體干物質(zhì)積累量、產(chǎn)量和水分利用效率隨著種植密度的增加而增加，9.0萬株/hm2條件下，玉米干物質(zhì)積累量、產(chǎn)量和水分利用效率較6.75和4.5萬株/hm2依次增加8.3%、5.2%、3.4%和27.7%、32.9%、28.1%。不同品種適應(yīng)密度改變的能力也不同，緊湊型的先玉335和吉祥1號適應(yīng)密度改變能力強，耐密植，平展型酒單4號較弱，其中，先玉335產(chǎn)量和水分利用效率最高，較吉祥1號和酒單4號分別增加3.7%、1.7%和43.8%、37.1%。隨著種植密度的增加，玉米耗水量呈增加趨勢。不同品種間耗水量呈現(xiàn)出顯著的差異，表現(xiàn)為先玉335>吉祥1號>酒單4號。可見，品種、密度、覆膜方式對旱地玉米群體結(jié)構(gòu)、耗水量、籽粒產(chǎn)量和水分利用效率均有一定的調(diào)控作用，表現(xiàn)為品種>密度>覆膜方式。在實際生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)玉米種植區(qū)域降水特征，選擇適宜的品種及其播種密度和覆蓋方式，充分釋放玉米增產(chǎn)潛力。降水量為530 mm左右的旱作區(qū)，“先玉335+9.0萬株/hm2+全膜雙壟溝覆蓋”組合可以顯著提高玉米產(chǎn)量和水分利用效率。

旱地玉米；品種；種植密度；覆膜方式；產(chǎn)量；水分利用效率

玉米(Zeamays)是我國種植面積最大且總產(chǎn)最高的第一大作物，發(fā)展玉米生產(chǎn)對保障我國糧食安全占有舉足輕重的地位[1]。北方春玉米區(qū)玉米播種面積為0.11億hm2，占全國玉米總面積的43.1%，區(qū)內(nèi)玉米生產(chǎn)基本處于雨養(yǎng)狀態(tài)，干旱少雨對玉米生產(chǎn)的威脅很大[2]。旱作玉米生產(chǎn)實踐表明，挖掘玉米生物學(xué)潛力和提高土壤生產(chǎn)力是提高玉米產(chǎn)量的有效措施[3-4]。進一步提高玉米產(chǎn)量的潛力在于提高品種的耐密性和抗逆性，任憲國[5]研究表明，不同株型玉米雜交種產(chǎn)量差異達顯著水平，緊湊型玉米雜交種產(chǎn)量居首位。2005-2008年我國57塊玉米高產(chǎn)田采用的品種共20個，以鄭單958和先玉335等緊湊、耐密、中穗型品種為代表[4]。當(dāng)前玉米單產(chǎn)提升部分歸因于種植密度的提高[6-8]。穩(wěn)定單穗粒重或稍有減輕的條件下增加種植密度是今后提高玉米單產(chǎn)的發(fā)展趨勢[9]。但玉米增加種植密度的同時也會加劇植株間對光、水、肥等資源的競爭，致使單株生長速率降低，增加減產(chǎn)風(fēng)險[10]。這就需要進一步優(yōu)化玉米生長環(huán)境來緩解這種負面影響。旱地秸稈和地膜覆蓋均能明顯改善農(nóng)田土壤生態(tài)條件，促進玉米生長發(fā)育，提高產(chǎn)量及水分利用效率，尤其是近年甘肅省大面積應(yīng)用的玉米全膜雙壟溝播技術(shù)抗旱增產(chǎn)效果十分顯著[11-12]。隨著旱地玉米生產(chǎn)條件的改善，如何合理地選擇品種、增加密度，進一步提高玉米生產(chǎn)力成為亟待解決的問題。前人的研究多集中在單一玉米品種、密度或覆膜方式的產(chǎn)量效應(yīng)方面，而關(guān)于不同品種、種植密度和覆膜方式的集成優(yōu)化研究還鮮有報道。為了進一步探索旱地玉米高產(chǎn)潛力和增產(chǎn)途徑，指導(dǎo)生產(chǎn)實踐，本研究采用玉米品種、種植密度、覆膜方式三因素試驗，對旱地春玉米群體特征、產(chǎn)量及水分利用效率進行研究，為建立旱地春玉米合理的群體結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2012、2013年在農(nóng)業(yè)部西北旱作營養(yǎng)與施肥科學(xué)觀測實驗站(35°30′ N,107°29′ E)實施，該地區(qū)海拔1254 m，年平均溫度8.3 ℃，年日照時數(shù)2449.2 h，≥0 ℃年積溫3435 ℃，≥10℃年積溫2722 ℃，無霜期165 d，屬完全依靠自然降水的西北半濕潤偏旱區(qū)。據(jù)1950-2013年降水資料分析，該地區(qū)多年平均年降水量532 mm，降水主要分布在7、8、9三個月。土壤為黑壚土，有機質(zhì)含量10.9 g/kg，全氮0.81 g/kg，堿解氮91.4 mg/kg，速效磷10.9 mg/kg，速效鉀203.4 mg/kg，肥力中等。春玉米為當(dāng)?shù)氐闹饕魑镏?，種植制度為一年一熟。

試驗?zāi)甓冉邓治霰砻?表1)，2012和2013年度玉米生育期總降水量分別為417.3和577.1 mm，為同期多年平均降水量的114.1%和157.8%，降水年型分別屬于平水年和豐水年，玉米生長旺盛的7、8月降水量分別為多年同期平均降水量的73.6%和95.6%、189.8%和62.7%。2012和2013年玉米播前(1-4月中旬)降水量分別為49.6和10.0 mm，為多年同期平均的153.1%和30.9%。可見，不管是平水年還是豐水年，此區(qū)季節(jié)降水分布不均和年際間降水變率較大限制了玉米生產(chǎn)。

表1 2012-2013年玉米播前及生育期降水量Table 1 Precipitation before sowing and maize growth period in 2012-2013

1.2 材料與設(shè)計

供試玉米品種為酒單4號(平展型早熟品種)，吉祥1號(緊湊型中熟品種)和先玉335(緊湊型中晚熟品種)。地膜為甘肅濟洋塑料有限公司生產(chǎn)的0.01 mm聚乙烯吹塑農(nóng)用地面覆蓋薄膜。

試驗采用三因素裂區(qū)設(shè)計，主區(qū)為覆膜方式A[A1：全膜雙壟溝覆蓋(帶寬110 cm，每帶起底寬40 cm、高15～20 cm的小壟和底寬70 cm、高10～15 cm的大壟，兩壟中間為播種溝。選用120 cm寬的地膜，邊起壟邊覆膜，膜與膜間不留空隙，相接處用土壓住地膜，每隔200 cm壓土腰帶)；A2：窄膜覆蓋(用70 cm寬的地膜覆蓋，凈膜50 cm，膜間留60 cm的空隙，采用寬窄行播種方式，寬行70 cm，窄行40 cm，膜內(nèi)播種，每隔200 cm壓土腰帶)]；裂區(qū)為品種B(B1：吉祥1號；B2：酒單4號；B3：先玉335)；裂裂區(qū)為種植密度C[C1：4.5萬株/hm2(低密度)；C2：6.75萬株/hm2(中密度)；C3：9.0萬株/hm2(高密度)]。3次重復(fù)，小區(qū)面積為44 m2(5.5 m×8.0 m=44 m2)。2012年4月13日覆膜，4月15日播種，2013年3月29日覆膜，4月19日播種。按試驗設(shè)計密度拉繩人工穴播，每穴2～3粒，播種深度4～5 cm。采用普通大田高產(chǎn)施肥管理：覆膜前結(jié)合整地基施尿素300 kg/hm2、普通過磷酸鈣938 kg/hm2，玉米拔節(jié)期追施尿素195 kg/hm2，其他栽培管理同大田生產(chǎn)。2個年度試驗在同一地塊同一位置進行。

1.3 測定項目與方法

1.3.1群體質(zhì)量性狀的測定 2012和2013年度，每小區(qū)選10株有代表性、長勢一致植株進行掛牌標記，出苗后每隔30 d測定一次株高并同步測定展開綠葉面積，葉面積測定方法采用系數(shù)法，按葉片中脈長度(cm)×葉片最大寬度(cm)×系數(shù)(0.75)求出每株單葉面積后，累加得單株總?cè)~面積。葉面積指數(shù)(leaf area index)=單位土地面積內(nèi)玉米株數(shù)×單株總?cè)~面積/單位土地面積。

2012和2013年度，每小區(qū)選5株有代表性、長勢一致的植株，出苗后每隔30 d取樣，105 ℃殺青30 min，然后在80 ℃條件下烘干至恒重后稱重。

1.3.2土壤水分測定和水分利用效率計算方法[11]玉米播種前和收獲時分別用土鉆法測定沿玉米種植行任意兩株之間每個小區(qū)2 m土層(每20 cm為一個層次)的土壤含水率，轉(zhuǎn)換為以mm為單位的播前和收獲時的土壤貯水量。生育期降水量通過MM-950自動氣象站獲得。利用土壤水分平衡方程計算每小區(qū)作物耗水量(water consumption)。成熟后，隨機取樣20株考種，按每小區(qū)實收計產(chǎn)，計算水分利用效率(water use efficiency，WUE)。

耗水量 (mm)=播前2 m土壤貯水量-收獲時2 m土壤貯水量+生育期降水量水分利用效率[kg/(hm2·mm)]=玉米籽粒產(chǎn)量/耗水量

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 11.5軟件進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同覆膜方式對玉米播前土壤水分的影響

2種不同覆蓋方式0～200 cm土層土壤水分2年定位監(jiān)測表明(圖1)，2012年試驗于4月13日覆膜，并沿玉米種植行每隔30 cm打滲水小孔(直徑約為3 mm)，到4月22日播種時，降水量為1.62 mm，全膜雙壟溝覆蓋0～20 cm土壤水分含量為19.3%，較窄膜覆蓋提高1.4個百分點；2013年試驗于3月29日揭掉舊膜，施肥、翻耕、定位覆膜，到4月26日播種時，期間有3次降水，分別為4.8、10.7、3.7 mm，全膜雙壟溝覆蓋0～200 cm土層土壤平均含水量為16.4%，較窄膜覆蓋提高2.4個百分點，0～20 cm土壤含水量為16.4%，較窄膜覆蓋提高9.6個百分點?？梢?，窄膜覆蓋方式阻止了降水入滲，在小于10.7 mm降水的條件下，覆膜后不能提高土壤含水量，而全膜雙壟溝覆蓋可以提高土壤含水量。因此，窄膜覆蓋方式耕層土壤水分應(yīng)達到玉米出苗的最低水分要求才能鋪膜，全膜雙壟溝覆膜對底墑沒有要求，是較好抗旱播種方式。

圖1 玉米播種時不同覆膜方式0～2 m土壤剖面水分分布Fig.1 Soil water distribution along 0-2 m soil profile at maize planting under different mulching modes FFDRF：全膜雙壟溝覆蓋； NF：窄膜覆蓋。FFDRF: Full plastic film mulching on double ridges and planting in catchment furrows; NF: Flat planting of narrow plastic film mulching; 下同The same below.

2.2 品種、密度和覆膜方式對玉米主要群體性狀的影響

2.2.1株高 由表2可知，不同覆蓋方式對玉米株高有顯著的影響(P<0.01)，但隨著生育進程的推進，對株高的影響逐漸減小，覆膜后30、60、90、120 d，全膜雙壟溝覆蓋株高平均依次為58.9、194.7、255.5和258.0 cm，較窄膜覆蓋分別增加93.8%、36.7%、4.1%和3.8%，說明全膜雙壟溝覆蓋能促進玉米生育前期快速生長。玉米播種后30 d植株生長量小，不同種植密度間株高差異不明顯，無明顯變化規(guī)律。播種后60 d，隨著密度的增加，各品種株高呈增加趨勢，但株高在密度間差異未達到顯著水平。不同品種間株高存在差異，播種后30 d，差異達顯著水平(P<0.05)，播后60 d，差異達極顯著水平(P<0.01)，在播種60 d以前，酒單4號株高最高，播后30和60 d株高平均分別為47.5和178.4 cm，較先玉335和吉祥1號增加26.4%和3.2%，15.4%和8.5%，在播種90 d后，先玉335株高最高，播后90和120 d，株高依次為255.8和259.2 cm，較吉祥1號和酒單4號增加6.3%和4.6%，6.5%和4.5%。覆膜方式和密度、品種和密度互作差異不顯著，播后60 d，覆膜方式和品種兩兩互作，覆蓋方式、品種和密度三因素互作差異達顯著水平。

表2 不同處理下玉米株高變化Table 2 Effects of different treatments on plant height of maize cm

*表示α=0.05 水平上差異顯著，**表示α=0.01 水平上差異顯著，NS 表示差異不顯著，A為覆膜方式，B為品種，C為種植密度(萬株/hm2)，數(shù)據(jù)為2012和2013年的平均值，表中數(shù)字后的不同字母表示同一品種不同種植密度處理間在0.05 水平差異顯著,下同?！?” means significant difference at the 0.05 probability level， “**” means significant difference at the 0.01 probability level，NS means not significance at the 0.05 probability level, A means plastic film mulching modes, B means corn hybrids, C means plant density (×104plants/hm2)，the data are average for 2012 and 2013, letters after number indicate the significance at 0.05 level among different density of the same cultivar; The same below.

2.2.2葉面積指數(shù) 由表3可知，播種90 d前，不同覆蓋方式LAI差異達顯著水平(P<0.05)，播后30、60、90 d全膜雙壟溝覆蓋LAI分別為1.29、3.59和3.93，較窄膜覆蓋提高167.0%、49.1%和11.0%，而在播后120 d，全膜雙壟溝覆蓋LAI為2.12，較窄膜覆蓋降低8.6%，但LAI差異未達顯著水平?？梢?，全膜雙壟溝覆蓋能快速增加玉米生育前期葉面積指數(shù)，為積累更多干物質(zhì)奠定基礎(chǔ)。除播后30 d外，3個品種LAI差異達顯著水平(P<0.01)，大小順序為吉祥1號>先玉335>酒單4號。不同種植密度LAI 的總體變化基本一致,均呈單峰曲線變化，即隨生育進程呈先增大后下降趨勢，各測定時期均隨種植密度的增加而增大，播后90 d前，不同種植密度下LAI差異達極顯著水平(P<0.01)，播后120 d，LAI差異達顯著水平(P<0.05)。在各測定時間點上，4.5、6.75和9.0萬株/hm2種植密度下吉祥1號平均葉面積指數(shù)均大于先玉335和酒單4號。播后90 d前，品種、密度、種植方式兩兩互作和三因素互作均差異顯著。

表3 不同處理下葉面積指數(shù)的變化Table 3 Leaf area index of maize under different treatments

2.2.3干物質(zhì)積累量 由表4可知，不同覆蓋方式之間玉米干物質(zhì)積累量差異達顯著水平(P<0.05)，播后30、60、90、120 d，全膜雙壟溝覆蓋處理玉米干物質(zhì)積累量分別為39.4、4131.3、15060.7、21629.2 kg/hm2，較窄膜覆蓋增加96.0%、143.8%、20.1%、15.6%。不同品種之間生物產(chǎn)量積累量也存在差異，播后120 d，品種之間差異達極顯著水平(P<0.01)，生物產(chǎn)量由大到小依次為：先玉335>吉祥1號>酒單4號。干物質(zhì)積累量隨密度的增加呈顯著上升趨勢(P<0.05)。覆膜方式與品種、密度兩兩互作和三因素互作均對干物質(zhì)積累存在顯著的影響。播種90 d后，品種和密度互作差異達顯著水平。

表4 不同處理下干物質(zhì)積累量的變化Table 4 Dry matter plant of maize under different treatments kg/hm2

2.3 品種、密度和覆膜方式對玉米主要農(nóng)藝性狀的影響

對玉米主要農(nóng)藝性狀分析表明(表5)，3個品種的百粒重、穗粒數(shù)、穗粗、穗長、徑粗隨著密度的增加逐漸下降，禿尖長、穗位高則呈現(xiàn)上升的趨勢，其中穗位高差異未達顯著水平，2個年度變化趨勢基本一致。2012年度，不同覆膜方式之間百粒重、穗粒數(shù)、禿尖長、穗粗、穗長、徑粗差異達顯著水平(P<0.05)，穗位高差異不顯著。全膜雙壟溝覆蓋分別為31.2 g、590.6粒、1.6 cm、5.2 cm、19.6 cm、2.6 cm、111.3 cm，較窄膜覆蓋提高4.2%、19.5%、-27.5%、4.2%、8.1%、13.3%和12.6%。2013年度，全膜雙壟溝覆蓋百粒重、穗粒數(shù)、禿尖長、穗粗、穗長、徑粗、穗位高分別為34.7 g、552.5粒、1.8 cm、5.2 cm、18.7 cm、2.7 cm、96.7 cm，較窄膜覆蓋提高16.3%、13.2%、-17.8%、6.1%、13.2%、13.0%、4.4%，其中穗位高差異未達顯著水平。3個品種間百粒重、穗粒數(shù)、禿尖長、穗粗、穗長、 穗位高、徑粗差異達顯著水平(P<0.05)。 2012年度， 百粒重表現(xiàn)為先玉335>吉祥1號>酒單4號，2013年度為吉祥1號>先玉335>酒單4號，穗粒數(shù)2個年度表現(xiàn)均為先玉335>吉祥1號>酒單4號，穗位高和徑粗2個年度表現(xiàn)也一致，穗位高為先玉335<吉祥1號<酒單4號，徑粗表現(xiàn)為先玉335>吉祥1號>酒單4號。覆膜方式、品種、密度兩兩互作和三因素互作均對百粒重、穗粒數(shù)、穗長、莖粗存在顯著的影響，對禿尖長和穗位高影響差異不顯著。覆膜方式、品種、密度三因素互作對穗粗有顯著的影響。可見，覆膜方式、品種、密度均對玉米農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量構(gòu)成因子有調(diào)控作用。但穗位高與品種有關(guān)，覆膜方式和密度對其影響較小。

2.4 品種、密度和覆膜方式對玉米耗水量、產(chǎn)量及水分利用效率的影響

表6 不同處理的玉米產(chǎn)量、耗水量和水分利用效率Table 6 Water consumption, grain yield and water use efficiency of maize under different treatments

從表6可以看出，2012年不同覆膜方式之間玉米耗水量差異不顯著，全膜雙壟溝覆蓋平均耗水量為388.5 mm，較窄膜覆蓋少耗水11.1 mm，2013年度不同覆膜方式之間玉米耗水量差異達極顯著水平(P<0.01)，全膜雙壟溝覆蓋平均耗水量為456.0 mm， 較窄膜覆蓋多耗水52.3 mm。 可見， 不同覆膜方式耗水量受降水影響較大。2個年度不同覆膜方式產(chǎn)量和水分利用效率差異達顯著水平(P<0.05)，全膜雙壟溝覆蓋產(chǎn)量和水分利用效率分別為11524.7 kg/hm2和27.26 kg/(hm2·mm)，較窄膜覆蓋增加14.3%和8.8%。隨種植密度的增加， 玉米耗水量呈增加趨勢。2012年，9.0 萬株/hm2平均耗水量為405.0 mm，較4.5萬株/hm2增加6.0%，2013年9.0萬株/hm2平均耗水量為433.2 mm，較4.5萬株/hm2增加1.6%。產(chǎn)量和水分利用效率隨密度的增加呈增加趨勢，但從密度4.5萬株/hm2增加到6.75萬株/hm2時增產(chǎn)幅度較大，從6.75萬株/hm2增加到9.0萬株/hm2時增加幅度變小。2012年，9.0萬株/hm2條件下平均產(chǎn)量為11276.3 kg/hm2，較4.5和6.75萬株/hm2增加28.5%和2.7%，6.75和9.0萬株/hm2條件下水分利用效率均為27.85 kg/(hm2·mm)，較4.5萬株/hm2提高21.1%。2013年9.0萬株/hm2條件下平均產(chǎn)量為12698.8 kg/hm2，較4.5和6.75萬株/hm2增加37.1%和7.4%，9.0萬株/hm2條件下平均水分利用效率為29.28 kg/(hm2·mm)，較4.5和6.75萬株/hm2增加35.4%和6.9%。不同品種間產(chǎn)量差異達顯著水平(P<0.01)，表現(xiàn)為先玉335>吉祥1號>酒單4號。先玉335產(chǎn)量和水分利用效率依次為12185.3 kg/hm2和28.94 kg/(hm2·mm)，較吉祥1號和酒單4號分別增加3.7%、1.7%和43.8%、37.1%。供試品種之間耗水量差異也達極顯著水平(P<0.01)，表現(xiàn)為先玉335>吉祥1號>酒單4號。覆膜方式、品種、密度三因素互作對耗水量、籽粒產(chǎn)量和水分利用效率存在顯著的影響(P<0.05)。可見，覆膜方式、品種、密度均對耗水量、籽粒產(chǎn)量和水分利用效率有調(diào)控作用，表現(xiàn)為品種>密度>覆膜方式。2個年份“先玉335+9.0萬株/hm2+全膜雙壟溝覆蓋”組合產(chǎn)量和水分利用效率最高。

3 討論

3.1 不同覆膜方式對玉米播前土壤水分的影響

地膜覆蓋改變了農(nóng)田的土壤水分運移方式，阻斷了土壤水分的垂直蒸發(fā)和水汽的亂流交換，增大了水分蒸發(fā)的阻力，提高了土壤保墑性能。王進鑫等[13]研究表明，在持續(xù)干旱時段，覆蓋不僅改善了覆蓋區(qū)土壤水分狀況，而且強化了覆蓋區(qū)與相鄰非覆蓋區(qū)下層土壤液態(tài)水的運移與再分布，有利于減輕持續(xù)干旱的威脅。覆膜的保墑作用已被大量的研究所證實[11-14]，但不同覆蓋方式對降水入滲研究較少，對小于10 mm的降水保蓄研究更少。本研究表明，不同的覆蓋方式，同樣的降水對土壤水的補充效果明顯不一。2012年0～20 cm土層墑情較好(土壤含水量為18.1%)的條件下覆膜后，有1.62 mm的一次降水，播前全膜雙壟溝覆蓋0～20 cm土壤水分含量為19.3%，較窄膜覆蓋提高1.4個百分點；2013年在0～20 cm墑情很差(土壤含水量為7.0%)的條件下覆膜后，分別有4.8、10.7、3.7 mm的3次降水，播前全膜雙壟溝覆蓋0～20 cm土壤含水量為16.4%，較窄膜覆蓋提高9.6個百分點?？梢?，窄膜覆蓋方式阻止了小量降水(小于10.7 mm)入滲，覆膜后不能提高土壤含水量，全膜雙壟溝覆膜后可以有效地提高土壤含水量。而胡亞瑾等[14]研究了大量降水(一次30.5 mm)的入滲情況表明，地膜平鋪也可以提高降水的保蓄率，但顯著低于壟覆地膜溝覆秸稈處理。因此，壟膜集雨種植是較好的抗旱減災(zāi)種植方式。

3.2 品種、密度和覆膜方式對玉米群體性狀的影響

玉米群體質(zhì)量指標是指群體結(jié)構(gòu)中與產(chǎn)量具有密切聯(lián)系的性狀指標。通過高產(chǎn)栽培技術(shù)調(diào)節(jié)使群體的各項質(zhì)量指標，不斷接近優(yōu)化目標，實現(xiàn)物質(zhì)生產(chǎn)因素與產(chǎn)量構(gòu)成因素間的高效協(xié)調(diào)，是獲得玉米高產(chǎn)的重要方法[15-17]。本研究表明，覆膜方式、品種、密度均對玉米群體質(zhì)量性狀有一定調(diào)控作用。全膜雙壟溝覆蓋可有效地改善玉米生長條件，提高玉米株高、葉面積指數(shù)、干物質(zhì)積累、百粒重、穗粒數(shù)等。覆膜后30、60、90、120 d，全膜雙壟溝覆蓋株高分別平均為58.9、194.7、255.5和258.0 cm，較窄膜覆蓋分別增加93.8%、36.7%、4.1%和3.8%，LAI分別為1.29、3.59、3.93和2.12，較窄膜覆蓋提高167.0%、49.1%、11.0%和-8.6%，干物質(zhì)積累量分別為39.4、4131.3、15060.7、21629.2 kg/hm2，較窄膜覆蓋增加96.0%、143.8%、20.1%、15.6%，百粒重和穗粒數(shù)平均為32.9 g和571.5粒，較窄膜覆蓋增加10.2%和6.8%?？梢?，全膜雙壟溝覆蓋能促進玉米生育前期快速生長，使株高和葉面積快速增加，為改善產(chǎn)量構(gòu)成因子、積累更多干物質(zhì)奠定基礎(chǔ)。隨著密度的增加，玉米株高、葉面積指數(shù)、干物質(zhì)積累量、禿尖長、穗位高則呈增加的趨勢，百粒重、穗粒數(shù)、穗粗、穗長、徑粗表現(xiàn)為下降趨勢。這與范繼征等[18]研究結(jié)果一致?？梢?，增加種植密度各植株性狀的發(fā)展趨勢均不利于單株產(chǎn)量形成。陳立軍等[19]研究發(fā)現(xiàn)玉米產(chǎn)量提高的主導(dǎo)因素是群體總粒數(shù)，其次是千粒重。即增加種植密度的群體優(yōu)勢大于單株植株性狀的綜合劣勢。在供試三因素中，品種對群體質(zhì)量性狀起重要的調(diào)控作用，差異達顯著水平，這與梁素明等[15]研究結(jié)果基本一致。不同品種間LAI大小順序為吉祥1號>先玉335>酒單4號，生物產(chǎn)量為先玉335>吉祥1號>酒單4號，穗位高表現(xiàn)為先玉335<吉祥1號<酒單4號，徑粗表現(xiàn)為先玉335>吉祥1號>酒單4號，百粒重和穗粒數(shù)均表現(xiàn)為先玉335>吉祥1號>酒單4號?？梢?，先玉335具有較好的綜合群體質(zhì)量性狀，吉祥1號次之，酒單4號最差。且不同品種適應(yīng)密度改變能力也不同，緊湊型的先玉335和吉祥1號適應(yīng)密度改變能力強，耐密植，平展型酒單4號弱。故實際生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)具體品種選擇適宜種植密度，協(xié)調(diào)好群體和個體矛盾關(guān)系，充分釋放玉米增產(chǎn)潛力。

3.3 品種、密度和覆膜方式對玉米產(chǎn)量、耗水量及水分利用效率的影響

隨著玉米種植密度的增加，加劇了植株間對光、水、肥等資源的競爭，致使單株生長速率降低，增加減產(chǎn)風(fēng)險[10]。本研究表明，隨種植密度的增加，玉米耗水量呈增加趨勢，這與劉戰(zhàn)東等[20]研究一致。供試品種之間耗水量差異達極顯著水平(P<0.01)，表現(xiàn)為先玉335>吉祥1號>酒單4號。不同覆膜方式耗水量也有一定的差異，平水年份(2012年)，窄膜覆蓋耗水量大于全膜雙壟溝播，豐水年份(2013年)剛好相反。因此，旱地地膜玉米應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)亟邓砍休d力選擇適宜的種植方式。為了減緩旱地玉米增密帶來土壤水分匱缺問題，需要進一步優(yōu)化玉米生長環(huán)境來緩解這種負面影響。旱地秸稈和壟膜溝種均能明顯改善農(nóng)田土壤生態(tài)條件，促進玉米生長發(fā)育，提高產(chǎn)量及水分利用效率[11-12,20-21]。本研究表明，全膜雙壟溝覆蓋產(chǎn)量和水分利用效率分別為11524.7 kg/hm2和27.26 kg/(hm2·mm)，較窄膜覆蓋增加14.3%和8.8%。密度和品種對玉米產(chǎn)量和水分利用效率也有重要的調(diào)節(jié)作用，這與文獻[15-22]研究結(jié)果一致。隨著密度的增加，產(chǎn)量和水分利用效率呈增加趨勢，9.0萬株/hm2播種密度下，產(chǎn)量和水分利用效率分別為11987.5 kg/hm2和28.57 kg/(hm2·mm)，較6.75和4.5萬株/hm2依次增加5.2%、3.4%和32.9%、28.1%。3個參試品種中先玉335產(chǎn)量和水分利用效率最高，依次為12185.3 kg/hm2和28.94 kg/(hm2·mm)，較吉祥1號和酒單4號分別增加3.7%、1.7%和43.8%、37.1%，這與任憲國[5]研究結(jié)論基本一致?？梢?，根據(jù)玉米種植區(qū)域降水特征，選擇適宜的品種及其播種密度和覆蓋方式是旱地玉米高產(chǎn)的關(guān)鍵。

4 結(jié)論

品種、密度、覆膜方式對旱地玉米群體結(jié)構(gòu)、產(chǎn)量構(gòu)成因子、耗水量、籽粒產(chǎn)量和水分利用效率均有一定的調(diào)控作用，表現(xiàn)為品種>密度>覆膜方式。在實際生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)玉米種植區(qū)域降水特征，選擇適宜的品種及其播種密度和覆蓋方式，充分釋放玉米增產(chǎn)潛力。降水量為530 mm左右的旱作區(qū)，“先玉335+9.0萬株/hm2+全膜雙壟溝覆蓋”組合可以顯著提高玉米產(chǎn)量和水分利用效率。

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Effectsofhybrid,plantdensityandplasticfilmmulchingonyieldandwateruseefficiencyofdrylandmaize

LI Shang-Zhong, FAN Ting-Lu, ZHAO Gang, WANG Lei, DANG Yi, ZHANG Jian-Jun, TANG Xiao-Ming,WANG Shu-Ying

InstituteofDrylandAgriculture,GansuAcademyofAgriculturalSciences,Lanzhou730070,China

The objective of this experiment was to study the effects of hybrids, plant density and plastic film mulching on plant traits, water consumption, grain yield and water use efficiency of dryland maize to help identify opportunities to more effectively utilize limited water resources. A split-split plot designed field experiment was established; the main plot treatments were full plastic film mulching on double ridges and planting in catchment furrows (FFDRF) and flat planting with narrow plastic film mulching (NF). The split-plot treatment was hybrid; Xianyu335, Jixiang1hao and Jiudan4hao and the split-split-plot treatment was plant density; 4.5×104(Low), 6.75×104(Middle) and 9.0×104(High) plants/ha. Plant height, leaf area index (LAI), dry matter, soil moisture at 0-2 m depth, grain yield and water use efficiency were assessed. The results showed that FFDRF increased height, LAI, grain yield and water use efficiency because it more allowed more effective utilization of limited precipitation compared with NF. Increased plant density reduced 100-grain weight and grain number per spike however, increased density resulted in increased dry matter, grain yield and water use efficiency. The 9.0×104plants/ha density increased dry matter, grain yield and water use efficiency by 8.3%, 5.2%, 3.4% and 27.7%, 32.9%, 28.1% compared with the 6.75×104and 4.5×104treatments, respectively. Xianyu335 and Jixiang1hao performed better than Jiudan4hao at high plant densities; grain yield and water use efficiency were highest in Xianyu335; 3.7%,1.7% and 43.8%,37.1% higher than Jixiang1hao and Jiudan4hao, respectively. Water consumption increased with increasing plant density and differed among hybrids; Xianyu335>Jixiang1hao>Jiudan4hao. Hybrids, plant density and plastic film mulching influenced the optimum plant population, water consumption, grain yield and water use efficiency of dryland maize, varieties had the greatest effect followed by plant density and mulch. Selection of appropriate hybrids and plant densities when using and plastic film mulch modes should be undertaken to maximize potential yields.

dryland spring maize; varieties; plant density; plastic film mulching modes; yield; water use efficiency

10.11686/cyxb2017250http//cyxb.lzu.edu.cn

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2017-05-24；改回日期：2017-09-04

國家自然科學(xué)基金(31660364)，甘肅省農(nóng)科院基金(2015GAAS19)，國家公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(201303104)，甘肅省重大科技專項(1502NKDA003)和國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃項目(2013AA102902)資助。

李尚中(1977-)，男，甘肅漳縣人，副研究員，碩士。E-mail：lisz7751@163.com