楊永輝, 武繼承, 趙世偉, 潘曉瑩,張潔梅, 高翠民, 王 越, 何 方

(1.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 植物營(yíng)養(yǎng)與資源環(huán)境研究所, 鄭州 450002; 2.農(nóng)業(yè)部作物高效用水原陽(yáng)科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站,河南 原陽(yáng) 453514; 3.西北農(nóng)林科技大學(xué) 水土保持研究所, 陜西 楊凌 712100)

隨著全球氣候變暖，干旱程度進(jìn)一步加劇，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)受水分條件的限制逐步加重。而施用有機(jī)肥可增加土壤有機(jī)質(zhì)，改善土壤結(jié)構(gòu)，促進(jìn)土壤蓄水保墑等功能，且有利于作物產(chǎn)量和水分利用率的提高[1-2]。同時(shí)，農(nóng)用保水劑也具有改善土壤結(jié)構(gòu)與孔隙狀況[3]，減少土壤無(wú)效蒸發(fā)，改善作物生理特征，提高作物抗旱能力等作用[4-5]。

作物棵間蒸發(fā)是作物生長(zhǎng)過(guò)程中水分無(wú)效損耗的重要途徑[6]，而采用地面覆蓋能有效減少作物棵間蒸發(fā)量，提高水分的有效利用，因?yàn)榈乇砀采w改變了表層土壤的理化性質(zhì)，改善了土壤孔隙狀況，促進(jìn)了水分入滲，提高了土壤儲(chǔ)水量，且能夠抑制土壤蒸發(fā)，減少土壤無(wú)效水分損耗[7]，從而間接影響土壤水分的再分布過(guò)程[8]。相關(guān)研究表明[9-11]，覆蓋玉米秸稈較傳統(tǒng)耕作更利于水分利用效率的提高，而免耕覆蓋玉米的蒸騰量與蒸發(fā)量比值遠(yuǎn)大于常規(guī)耕作[12]，從而促進(jìn)了水分的有效利用。麥田秸稈覆蓋后，能促進(jìn)降雨的入滲，抑制土壤水分蒸發(fā)，提高深層土壤的水分蓄存，有利于植物根系下扎和利用深層土壤水分[13]。而地膜覆蓋后切斷了土壤水分與大氣之間的交換，且地膜覆蓋有利于田間微集雨，促進(jìn)水分匯集到作物根部，同時(shí)地膜的反射作用減少了地表對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收，使土壤水分和溫度相對(duì)穩(wěn)定，有利于作物生長(zhǎng)。相關(guān)研究[14-16]表明，旱作小麥、玉米農(nóng)田使用地膜覆蓋有較好的保墑增產(chǎn)效果。但在降雨較為充足的地區(qū)，在小麥、玉米輪作過(guò)程中地膜覆蓋的作用效果如何，及秸稈覆蓋、有機(jī)肥、保水劑對(duì)小麥的生長(zhǎng)過(guò)程、光合生理特征及對(duì)玉米的后效作用如何，對(duì)小麥、玉米周年水分利用特征以及對(duì)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)、土壤有機(jī)碳的影響和其相互關(guān)系如何，卻鮮見(jiàn)報(bào)道，需要深入研究。

因此，對(duì)地膜覆蓋、秸稈覆蓋、保水劑和有機(jī)肥條件下的小麥—玉米周年水分利用進(jìn)行比較研究，旨在探明不同措施條件下小麥與玉米增產(chǎn)及水分利用的機(jī)理，為同類型區(qū)小麥玉米輪作過(guò)程中，節(jié)水增效的措施應(yīng)用提供依據(jù)。

1　材料與方法

1.1　研究區(qū)概況

本研究在通許現(xiàn)代農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)基地進(jìn)行，東經(jīng)114.450°，北緯34.429°，海拔62 m。研究區(qū)多年年均降雨量為657.9 mm，降雨量主要分布在6—9月份，地表徑流年份間差異較大，且旱澇并發(fā)，而旱災(zāi)多于澇災(zāi)。該地區(qū)土壤為壤質(zhì)潮土，地勢(shì)平坦且肥力均勻。耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量為11.4 g/kg，全氮含量為0.81 g/kg，堿解氮含量為74.31 mg/kg，速效磷含量為19.8 mg/kg，速效鉀含量為90.3 mg/kg。

1.2　試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本研究共設(shè)置5個(gè)處理，包括：普通耕作(耕作深度為15 cm)、秸稈覆蓋(玉米秸稈粉碎為1 cm，用量為4 500 kg/hm2)、保水劑(45 kg/hm2)、有機(jī)肥(干雞糞，750 kg/hm2)、地膜覆蓋(小麥和玉米出苗后進(jìn)行地膜鋪設(shè))。每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列。根據(jù)當(dāng)年降雨和土壤水分狀況，分別在小麥拔節(jié)期和玉米播種前灌水各1次，每次45 mm，小麥、玉米周年共灌水90 mm。小麥氮肥用量180 kg/hm2，玉米氮肥用量270 kg/hm2。磷肥為135 kg/hm2，鉀肥為150 kg/hm2。小麥?zhǔn)┓史绞骄鶠椴シN前進(jìn)行撒施翻耕后播種，保水劑也為撒施后翻耕播種耕作方式同對(duì)照。待小麥出苗后進(jìn)行地膜覆蓋。小麥?zhǔn)斋@后，在原有小麥小區(qū)中進(jìn)行玉米免耕播種，玉米出苗后覆膜處理重新進(jìn)行地膜鋪設(shè)，田間統(tǒng)一管理。玉米播種時(shí)，種肥同播。除地膜處理外，其他處理均為小麥播種時(shí)實(shí)施。小麥品種為矮抗58，玉米品種為鄭單958。本試驗(yàn)開(kāi)始于2012年10月22日，為長(zhǎng)期定位試驗(yàn)。本研究時(shí)間為2014年10月—2015年10月。

1.3　測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1光合參數(shù)測(cè)定 采用Li-6400 RT型光合儀進(jìn)行光合測(cè)定。分別在小麥拔節(jié)期(2015年3月15日)、抽穗期(2015年4月24日)、灌漿期(2015年5月15日)和玉米小喇叭口期(2015年7月19日)、大喇叭口期(2015年8月7日)、灌漿期(2015年8月28)，在晴朗且無(wú)風(fēng)時(shí)(9：30—11：00)進(jìn)行的測(cè)定。

在小麥拔節(jié)期時(shí)測(cè)定小麥的最新全展葉，在小麥抽穗期和灌漿期測(cè)定小麥的旗葉。在玉米小喇叭口與大喇叭期測(cè)定玉米的最新全展葉，到灌漿期測(cè)定玉米的穗位葉。

主要測(cè)定的光合參數(shù)包括：凈光合速率Pn[μmol/(m2·s)]、蒸騰速率Tr[mmol/(m2·s)]。葉片的水分利用效率WUE(μmol/mmol)采用計(jì)算公式[17-18]：

WUE=Pn/Tr

(1)

1.3.2土壤水分的測(cè)定在小麥和玉米不同生育期采用土鉆取土烘干法測(cè)定0—100 cm土層土壤平均含水率。

1.3.3株高、葉面積及生物量測(cè)定在小麥、玉米不同生育期進(jìn)行株高、葉面積及生物量的測(cè)定。其中株高采用精確度為1 mm的卷尺在相應(yīng)小區(qū)隨機(jī)采樣5株進(jìn)行測(cè)定，葉面積采用手持式葉面積儀進(jìn)行測(cè)定，生物量為量得株高和葉面積后的樣品進(jìn)行殺青(105℃)、烘干(80℃)至恒重時(shí)進(jìn)行稱量。

1.3.4小麥、玉米產(chǎn)量測(cè)定于小麥?zhǔn)斋@時(shí)，在每小區(qū)收割4 m2的小麥產(chǎn)量進(jìn)行記產(chǎn)。玉米采用每小區(qū)收取3行進(jìn)行記產(chǎn)。

1.3.5小麥、玉米水分生產(chǎn)效率計(jì)算

作物水分生產(chǎn)效率[kg/(mm·hm2)]=作物籽粒產(chǎn)量(kg/hm2)/作物生育期耗水量(mm)

(2)

作物生育期耗水量(mm)=作物播種前0—100 cm土層的土壤儲(chǔ)水量(mm)+作物生育期內(nèi)的降雨量(mm)+作物生育期內(nèi)的灌水量(mm)-作物收獲時(shí)0—100 cm土層土壤的儲(chǔ)水量(mm)

(3)

1.3.6團(tuán)聚體分級(jí)及土壤有機(jī)碳測(cè)定水穩(wěn)性團(tuán)聚體采用維諾夫法[19](濕篩法)分級(jí)測(cè)定，土壤有機(jī)碳采用改進(jìn)的外加熱重鉻酸鉀氧化法[20]。

1.4　數(shù)據(jù)處理

光合數(shù)據(jù)為9次重復(fù)的算術(shù)平均值，其他數(shù)據(jù)結(jié)果為3次重復(fù)的算術(shù)平均值，所得數(shù)據(jù)應(yīng)用SPSS軟件進(jìn)行處理與分析。

2　結(jié)果與分析

2.1　小麥、玉米生長(zhǎng)期內(nèi)降雨量分布特征

小麥、玉米不同生育期內(nèi)的降雨量見(jiàn)圖1?？梢钥闯觯谛←湻痔Y到越冬期間無(wú)有效降雨，越冬期后降雨逐漸增多，且到孕穗期時(shí)降雨量明顯增多，之后又逐漸減小，到小麥?zhǔn)斋@玉米播種時(shí)降雨最少，玉米播種后降雨量明顯增多，且玉米生育期內(nèi)降雨量均較高。小麥生育期內(nèi)總降雨量為264.5 mm，玉米生育期內(nèi)降雨量為439.5 mm，小麥玉米生育期內(nèi)總降雨量為704.0 mm，較往年降雨量增加了40多mm，主要集中在玉米生育中后期。

2.2　對(duì)小麥的影響

2.2.1不同措施對(duì)土壤水分的影響小麥不同生育階段的土壤水分見(jiàn)表1。在小麥生長(zhǎng)過(guò)程中，地膜覆蓋處理和秸稈覆蓋處理的土壤含水量均高于其他處理，其次為有機(jī)肥處理和保水劑處理，普通耕作處理全生育期的土壤含水量均較低。在小麥?zhǔn)斋@時(shí)，土壤含水率以地膜覆蓋處理最高，其次為秸稈覆蓋處理，有機(jī)肥處理及保水劑處理，普通耕作處理最低。

圖1小麥玉米生育期內(nèi)降雨分布特征

表1　不同措施小麥不同生育階段土壤含水量 %

注：同列中不同字母表示不同處理間差異顯著(p<0.05)，下表同。

2.2.2不同措施下小麥光合生理特征分析由圖2可知，不同生育期的光合速率表現(xiàn)為抽穗期>灌漿期>拔節(jié)期。不同措施的小麥光合速率明顯高于普通耕作。在拔節(jié)期，以秸稈覆蓋處理的光合速率最高；在抽穗期，以地膜覆蓋處理的光合速率較高，其次為秸稈覆蓋處理，其他處理居中；到灌漿期，仍以秸稈覆蓋處理的光合速率最高，保水劑處理次之，有機(jī)肥處理與地膜覆蓋處理居中。而對(duì)蒸騰速率而言，在小麥拔節(jié)期，各處理的蒸騰速率差異較小。在抽穗期，以有機(jī)肥處理和地膜覆蓋處理的蒸騰速率較低，而以普通耕作處理明顯高于其他處理。而到灌漿期，仍以普通耕作處理的蒸騰速率較高，以保水劑處理最低。

由圖3可知，在小麥拔節(jié)期，秸稈覆蓋處理的葉片水分利用效率明顯高于其他處理；在抽穗期，有機(jī)肥處理較其他處理高，地膜覆蓋處理次之。到灌漿期，保水劑處理>秸稈覆蓋處理>有機(jī)肥處理>地膜覆蓋處理>普通耕作處理。說(shuō)明，在小麥生育后期，保水劑處理更利于降低葉片蒸騰，提高葉片的水分利用效率。

2.2.3不同措施對(duì)小麥不同生育期株高和葉面積的影響由表2可知，隨小麥生育期的推進(jìn)，小麥的株高逐漸增大，而葉面積表現(xiàn)為先增加后減小，抽穗期各處理葉面積最高。在拔節(jié)期以地膜覆蓋處理株高最高，其次為有機(jī)肥處理，而葉面積仍以地膜覆蓋最大，其次為有機(jī)肥處理。在抽穗期，以有機(jī)肥處理的株高最高，其次為地膜覆蓋和保水劑處理。而葉面積以地膜覆蓋最高。到灌漿期，各處理中以地膜覆蓋處理和秸稈覆蓋處理的株高明顯高于其他處理。而葉面積則表現(xiàn)為以保水劑、秸稈覆蓋和地膜覆蓋處理明顯高于其他處理，普通耕作處理最低。

注：不同小寫字母表示處理間差異顯著(p<0.05)，下圖同。

圖2不同措施下小麥光合速率和蒸騰速率分析

圖3　不同措施下小麥葉片水分利用效率分析

2.2.4不同措施對(duì)小麥不同生育期生物量的影響由表3可知，與普通耕作相比，不同措施均提高了小麥不同生育期生物量，且抽穗期和灌漿期的莖、葉、穗等生物量均較高。分蘗期和返青期均以有機(jī)肥和地膜覆蓋處理小麥生物量較其他處理高。越冬期以后均以地膜覆蓋處理生物量最高。且在抽穗期和灌漿期均以地膜覆蓋處理的莖、葉和穗的生物量最高，其次為有機(jī)肥處理。

表2　不同措施下小麥不同生育期株高、葉面積分析

表3　不同措施下小麥不同生育期生物量分析

2.2.5不同措施對(duì)小麥成產(chǎn)要素及產(chǎn)量的影響由表4可知，不同措施提高了小麥的株高、穗長(zhǎng)、小穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重，減少了小麥的不孕穗。地膜覆蓋較其他措施更利于小麥產(chǎn)量的提高，其較普通耕作增產(chǎn)14.7%。而水分生產(chǎn)效率以秸稈覆蓋處理最高，地膜覆蓋等處理次之，普通耕作處理仍最低。

表4　不同措施下小麥成產(chǎn)要素及產(chǎn)量分析

2.3　對(duì)玉米的影響

2.3.1對(duì)玉米光合生理特征的影響從圖4中可知，在小喇叭口期，秸稈覆蓋處理的光合速率最高，有機(jī)肥處理次之，再者為保水劑處理，而普通耕作處理大于地膜覆蓋處理。在大喇叭口期，保水劑處理>秸稈覆蓋處理>地膜覆蓋處理>有機(jī)肥處理>普通耕作處理。到灌漿期，地膜覆蓋處理>秸稈覆蓋處理>保水劑處理>有機(jī)肥處理>普通耕作處理。對(duì)蒸騰速率而言，在小喇叭口期，除了秸稈覆蓋處理的蒸騰速率最高外，其他處理均低于普通耕作處理。在大喇叭口期，以地膜覆蓋處理最高，保水劑處理、普通耕作處理和有機(jī)肥處理次之，秸稈覆蓋處理最低。而到灌漿期，保水劑處理>地膜覆蓋處理>有機(jī)肥處理>秸稈覆蓋處理>普通耕作處理。

圖4　不同措施下玉米光合速率和玉米蒸騰速率分析

從圖5中可知，隨玉米生育期的推進(jìn)，其葉片水分利用效率基本呈下降趨勢(shì)。在小喇叭口期，保水劑處理>地膜覆蓋處理>有機(jī)肥處理>普通耕作處理>秸稈覆蓋處理較低。在大喇叭口期，以秸稈覆蓋處理最高，而地膜覆蓋處理最低。而到灌漿期，仍以秸稈覆蓋處理的水分利用效率最高，其次為普通耕作處理、有機(jī)肥處理及地膜覆蓋處理，保水劑處理最低。

2.3.2對(duì)玉米不同生育期株高、莖粗及葉面積的影響從表5中可知，不同措施提高了玉米不同生育期的株高、莖粗及葉面積。地膜覆蓋對(duì)于玉米中后期的葉片數(shù)的提高有顯著作用。各處理中，在玉米大喇叭口期以后，秸稈覆蓋處理更利于提高玉米莖粗和葉面積，其次為地膜覆蓋處理。

圖5　不同措施下玉米葉片水分利用效率分析

處理小喇叭口期株高/cm葉片數(shù)/片莖粗/cm大喇叭口期株高/cm葉片數(shù)/片莖粗/cm葉面積/cm2灌漿期株高/cm葉片數(shù)/片莖粗/cm葉面積/cm2普通耕作85．0d8b2．0a211．013d2．8b530．6d220．0b14c3．5b552．9e秸稈覆蓋98．3b9a2．4a217．514c3．4a669．1a228．8a14c4．4a680．4a保水劑101．3a8b2．1a210．015b2．9b629．6b218．4b15b3．5b630．6d有機(jī)肥93．0c9a2．1a215．013d2．7b583．2c219．5b13d3．3b644．8c地膜覆蓋99．0b9a2．0a222．516a2．9b634．0b228．7a16a3．6b675．8b

2.3.3對(duì)玉米成產(chǎn)要素及產(chǎn)量的影響從表6中可知，不同措施提高了玉米的株高、穗位、行數(shù)、行粒數(shù)、穗粗、有效穗長(zhǎng)及產(chǎn)量。各處理中，秸稈覆蓋和地膜覆蓋處理增產(chǎn)效果較其他處理更顯著，其次為有機(jī)肥和保水劑處理，分別較普通耕作增產(chǎn)10.4%，10.3%，5.7%，2.4%。而對(duì)于玉米水分生產(chǎn)效率而言，地膜覆蓋處理明顯高于其他處理，有機(jī)肥處理次之，再者為保水劑處理與秸稈覆蓋處理，分別較普通耕作處理提高43.9%，37.1%，33.7%，14.8%。

2.3.4小麥—玉米復(fù)合效應(yīng)對(duì)小麥—玉米周年效應(yīng)而言(表7)，地膜覆蓋的總產(chǎn)量最高，其次為秸稈覆蓋處理、有機(jī)肥處理和保水劑處理，分別較普通耕作增產(chǎn)12.5%，11.7%，5.4%和4.2%?？偤乃恳云胀ǜ魈幚碜罡撸浯螢榻斩捀采w處理、地膜覆蓋處理、有機(jī)肥處理和保水劑處理。而小麥—玉米總水分生產(chǎn)效率表現(xiàn)為：地膜覆蓋處理>秸稈覆蓋處理>保水劑處理>有機(jī)肥處理>普通耕作，分別較普通耕作處理提高了17.0%，14.4%，13.9%，12.4%。

表6　不同措施下玉米成產(chǎn)要素及產(chǎn)量分析

表7　不同措施下小麥-玉米周年產(chǎn)量及水分利用分析

2.3.5不同措施對(duì)土壤結(jié)構(gòu)和有機(jī)碳含量的影響從圖6中可知，隨粒級(jí)的減小，土壤團(tuán)聚體含量表現(xiàn)為先降低再增加的趨勢(shì)。保水劑更利于>2 mm粒級(jí)團(tuán)聚體含量的提高，其次為秸稈覆蓋處理；而在2～1 mm粒級(jí)，秸稈覆蓋處理最高；在1～0.5 mm和0.5～0.25 mm粒級(jí)，秸稈覆蓋和地膜覆蓋處理的團(tuán)聚體含量明顯高于其他處理；>0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量表征了土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性大小，各處理中以秸稈覆蓋處理的>0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量較高，其次為地膜覆蓋處理，這可能與秸稈和地膜很好地防止了雨滴的打擊而使團(tuán)粒結(jié)構(gòu)不易分散所致。其次為保水劑和有機(jī)肥處理，普通耕作處理最低。

土壤結(jié)構(gòu)的改善與其有機(jī)碳含量有關(guān)。各處理中，以地膜覆蓋處理的有機(jī)碳含量最高，其次為秸稈覆蓋、保水劑和有機(jī)肥處理，普通耕作處理最低。說(shuō)明，進(jìn)行表土覆蓋、施用農(nóng)用保水劑與增施有機(jī)肥均有利于土壤有機(jī)碳含量的提高，促進(jìn)大團(tuán)粒(>0.25 mm)結(jié)構(gòu)的形成，提高土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

2.3.6小麥玉米周年產(chǎn)量、水分生產(chǎn)效率與小麥、玉米不同生育期生理、形態(tài)指標(biāo)、土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)及有機(jī)碳的相關(guān)性通過(guò)對(duì)小麥、玉米周年產(chǎn)量及周年水分生產(chǎn)效率與小麥、玉米不同生育階段的各指標(biāo)及土壤物理性質(zhì)等進(jìn)行相關(guān)分析，與總產(chǎn)量和總水分生產(chǎn)效率的相關(guān)性均不顯著的指標(biāo)未在表8中列出。

圖6　不同措施對(duì)土壤結(jié)構(gòu)和土壤有機(jī)碳的影響

可以看出，小麥、玉米總產(chǎn)量與小麥灌漿期株高、返青期、拔節(jié)期和收獲期土壤水分、收獲時(shí)株高、小麥單產(chǎn)、玉米小喇叭口葉片數(shù)、大喇叭口(灌漿期)株高、大喇叭口(灌漿期)葉面積、玉米單產(chǎn)、0.5～0.25 mm及>0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量、土壤有機(jī)碳呈顯著或極顯著正相關(guān)，而與<0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體呈極顯著負(fù)相關(guān)。

小麥、玉米總水分生產(chǎn)效率與小麥灌漿期株高、葉面積、抽穗期光合速率、返青期水分、關(guān)鍵期水分、收獲期水分、小麥?zhǔn)斋@期穗長(zhǎng)、小穗數(shù)、產(chǎn)量、玉米小喇叭口期株高、大喇叭口期葉面積、灌漿期期葉面積、玉米行粒數(shù)、水分生產(chǎn)效率、灌漿期期光合速率、有機(jī)碳含量等呈顯著或極顯著正相關(guān)。

表8　小麥玉米總產(chǎn)量與總水分生產(chǎn)效率與小麥、玉米不同生育期生理及形態(tài)指標(biāo)、土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)及有機(jī)碳的相關(guān)性分析

注：*代表p<0.05，**代表p<0.01。

3　討 論

地膜覆蓋、秸稈覆蓋是旱地蓄水保墑，提高作物產(chǎn)量的有效措施[21-23]。地面覆蓋可有效降低土體的無(wú)效蒸發(fā)[24]，秸稈覆蓋能夠增加對(duì)降雨的攔蓄，促進(jìn)水分就地入滲[25]，地膜覆蓋能夠促進(jìn)下層水分向上移動(dòng)，提高土壤水分的利用率。秸稈覆蓋可穩(wěn)定土壤溫度，使土壤微生物數(shù)量及活性提高，從而提高養(yǎng)分的有效性，并能有效改善土壤理化性狀，促進(jìn)作物對(duì)水分養(yǎng)分的吸收與利用[26-27]。有機(jī)肥和保水劑均具有改善土壤結(jié)構(gòu)，減少土壤無(wú)效蒸發(fā)，蓄水保墑等作用[2-3]。本研究發(fā)現(xiàn)，在降雨較為充沛的豫東地區(qū)，采用地膜覆蓋、秸稈覆蓋、保水劑及有機(jī)肥等措施均改善了土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，提高了土壤的有機(jī)碳含量，有利于蓄水保墑，而地膜覆蓋和秸稈覆蓋處理效果更為顯著。

土壤含水率與葉片的凈光合速率呈顯著正相關(guān)[28-29]，而合理的技術(shù)措施能夠緩解作物的受旱程度，促進(jìn)作物光合能力的提高[30]，減少水分的無(wú)效損失，促進(jìn)作物的水分利用。本研究發(fā)現(xiàn)，不同保墑與土壤結(jié)構(gòu)改良措施均提高了小麥生長(zhǎng)過(guò)程的土壤含水率，且地膜覆蓋和秸稈覆蓋處理效果更佳。不同措施的小麥和玉米的光合速率和葉片水分利用效率也均明顯高于普通耕作。隨小麥生育期的推進(jìn)，其葉片水分利用效率表現(xiàn)為先增加再降低的趨勢(shì)，而玉米的葉片水分利用效率隨其生育期的推進(jìn)，表現(xiàn)為逐漸減低的趨勢(shì)。這可能與小麥、玉米的不同生育期生理特點(diǎn)及土壤含水率之間的相互關(guān)系有關(guān)，有待進(jìn)一步研究。

長(zhǎng)期連續(xù)覆蓋或在作物生長(zhǎng)過(guò)程均進(jìn)行覆膜會(huì)導(dǎo)致作物水分利用率降低，甚至減產(chǎn)[31]。而增施有機(jī)肥可促進(jìn)作物根系活力增強(qiáng)，延緩根系衰老[32]，且地膜覆蓋結(jié)合有機(jī)肥能減緩或緩解作物早衰[33]。本研究發(fā)現(xiàn)，不同保墑與土壤結(jié)構(gòu)改良措施改善了小麥、玉米不同生育期的形態(tài)指標(biāo)，且以地膜覆蓋處理效果較佳，而秸稈覆蓋處理在小麥抽穗期后效果較為顯著。與其他處理相比，地膜覆蓋更利于小麥產(chǎn)量的提高。這是因?yàn)殡m然地膜覆蓋會(huì)導(dǎo)致小麥生長(zhǎng)過(guò)旺而消耗水分過(guò)快，但其具有較強(qiáng)的減少地面無(wú)效蒸發(fā)的作用，加之小麥生育中后期降水較多，不會(huì)因后期降雨不足而導(dǎo)致嚴(yán)重缺水，因此增產(chǎn)效果顯著。這與陳玉華等[33]研究結(jié)果一致。而玉米的增產(chǎn)效果以秸稈覆蓋處理和地膜覆蓋處理為佳，且水分生產(chǎn)效率仍以地膜覆蓋處理最高，可能是因?yàn)榈啬じ采w減少了水分無(wú)效蒸發(fā)，而促進(jìn)了植株蒸騰，使有效耗水比率提高[10]。

不同保墑與土壤結(jié)構(gòu)改良措施通過(guò)改善土壤水分環(huán)境與生理特性，從而促進(jìn)小麥、玉米周年產(chǎn)量及水分利用能力的提高。本研究發(fā)現(xiàn)，不同處理中，地膜覆蓋處理更利于小麥、玉米周年總產(chǎn)量和總水分生產(chǎn)效率的提高。說(shuō)明，在降雨量較為豐富的豫東地區(qū)，地膜覆蓋的增產(chǎn)和節(jié)水效果仍十分顯著。這與張保軍[34]和王有寧[35]等研究結(jié)果一致，而與薛少平[31]和張冬梅[36]等研究結(jié)果相反，這可能與土壤類型或降雨量有關(guān)，有待進(jìn)一步深入研究。

4　結(jié) 論

不同耕作與土壤結(jié)構(gòu)改良措施提高了小麥不同生育期的土壤含水率。在小麥不同生育時(shí)期，地膜覆蓋和秸稈覆蓋均更利于提高土壤的含水率。同時(shí)，不同措施改善了作物不同生育時(shí)期的生理特征。在小麥拔節(jié)期和灌漿期，秸稈覆蓋更利于小麥光合速率的提高，而在抽穗期，地膜覆蓋處理明顯高于其他處理。對(duì)小麥的葉片水分利用效率而言，在拔節(jié)期，以秸稈覆蓋處理最高；在抽穗期，有機(jī)肥和地膜覆蓋處理較其他處理高。但到灌漿期，以保水劑處理最高，其次為秸稈覆蓋、有機(jī)肥和地膜覆蓋處理，普通耕作最低。對(duì)后茬玉米而言，在小喇叭口期、大喇叭口期和灌漿期，分別以秸稈覆蓋處理、保水劑處理和地膜覆蓋處理在相應(yīng)生育期的光合速率較其他處理高。對(duì)玉米葉片水分利用效率而言，在小喇叭口期，以保水劑處理的最高，說(shuō)明保水劑在玉米生長(zhǎng)前期的后效作用較為顯著，其次為地膜覆蓋和有機(jī)肥處理。在大喇叭口期和灌漿期，均以秸稈覆蓋處理葉片水分利用效率最高。

此外，地膜覆蓋處理更利于增加玉米中后期的葉片數(shù)，這有助于作物對(duì)光能的利用而合成更多的有機(jī)物質(zhì)。在玉米大喇叭口期以后，秸稈覆蓋處理更利于提高玉米莖粗和葉面積，其次為地膜覆蓋處理。最終，地膜覆蓋更利于提高小麥的產(chǎn)量，較普通耕作增產(chǎn)14.7%。而玉米的增產(chǎn)和水分生產(chǎn)效率均以地膜覆蓋處理為佳，其水分生產(chǎn)效率較普通耕作處理提高了43.9%，對(duì)于小麥、玉米周年效應(yīng)而言，地膜覆蓋處理的周年總產(chǎn)量和總水分生產(chǎn)效率明顯高于其他處理，分別較普通耕作提高了12.5%和17.1%。

相關(guān)分析表明，小麥不同生育期的土壤水分、灌漿期葉面積、小麥單產(chǎn)、玉米大喇叭口期的葉面積以及土壤有機(jī)碳含量均對(duì)小麥、玉米周年總產(chǎn)量和總水分生產(chǎn)效率的提高具有積極作用。而地膜覆蓋和秸稈覆蓋對(duì)于以上相關(guān)指標(biāo)的改善優(yōu)于其他措施，因此利于了小麥、玉米周年增產(chǎn)和增效。但地膜覆蓋或秸稈覆蓋與有機(jī)肥或保水劑相結(jié)合的效果如何，有待下一步研究。

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