集雨补灌条件下不同玉米种植密度对产量及水分利用的影响

摘要

为进一步优化西北半旱区春玉米的种植模式，本研究于2016-2017年在宁南半干旱区设置了3个种植密度（L：5.25万株ha-1；M：7.50万株ha-1；H：9.75万株ha-1）和3种补充灌溉模式（RN：沟垄集雨不灌溉；RI：沟垄集雨补灌375 m3ha-1、CI：传统畦灌750 m3ha-1）。通过连续两年大田试验，分析了不同种植密度与补灌方式对农田土壤水分、玉米生长、产量及水分利用的影响，取得如下主要研究结果： （1）两年试验中RN和RI处理较CI在苗期显著提高了40-60 cm土层土壤含水量，在大喇叭口期显著提高了60-80 cm土层土壤含水量。由于2016年播前土壤墒情较好及4月份降水较多，在补灌前RN和RI处理较CI明显提高了苗期和大喇叭口期0-200 cm土层的土壤贮水量。2016年后期土壤水分的积累效应导致2017年玉米苗期和大喇叭口期 RI和CI 处理的土壤贮水量高于 RN。在大喇叭口期补灌后，RI 处理主要通过增加40-100 cm土层土壤含水量，从而较RN显著提高了抽雄期的土壤贮水量。由于CI处理的灌水量为RI的两倍，在抽雄期该处理下的土壤贮水量高于RI和RN，并且较RN也明显提高了下层（120-160 cm）土壤含水量。在灌浆期和成熟期，RI处理主要通过增加0-120 cm土层土壤含水量，从而提高土壤贮水量，尤其在8月份降水较多的2017年效果更加明显，因CI处理保蓄雨水的能力较差，在成熟期较RI土壤贮水量降低。玉米抽雄后在同一补灌方式下，土壤贮水量随种植密度的增加而降低，高密度处理较低密度下层（120-160 cm）土壤水分亏缺严重。 （2）RI和CI处理两年平均耗水量较RN在低密度下分别增加16.0%和20.8%，在中密度下分别增加10.1%和18.2%，在高密度下分别增加17.8%和21.7%。这说明补灌处理较不灌溉可明显提高耗水量，且在CI方式下的增幅高于RI。中、高密度处理两年平均耗水量较低密度在RN方式下分别增加8.0%和4.3%，在RI方式下分别增加2.6%和6.0%，在CI方式下分别增加5.7%和5.2%，这说明中、高密度种植较低密度增加了农田耗水量。 （3）两年试验结果表明，同一种植密度下，各补灌方式在玉米苗期和拔节期的株高、叶面积指数和干物质差异较小，在灌浆期RI和CI处理的株高、叶面积指数和干物质明显高于RN。在2016年玉米灌浆期，RI和CI处理的平均株高较RN分别增加了10.8%和3.0%，在2017年分别增加了31.1%和25.3%；在2016年RI和CI处理的平均叶面积指数较RN分别增加了19.8%和4.6%，在2017年分别增加了23.5%和11.1%。在2016年成熟期RI和CI处理的平均干物质较RN分别增加了17.4%和15.1%，在2017年分别增加了60.1%和50.0%， 由此表明RI较CI更有利于干物质的积累，且在土壤水分条件较差的2017年效果更加明显。 （4）在同一种植密度下，RI和CI较RN明显增加了百粒重和穗粒数，从而提高籽粒产量。在2016年RI和CI处理的平均籽粒产量较RN分别提高了16.2%和10.4%，在2017年分别提高了5.7和4.7倍，这表明RI较CI更有利于提高籽粒产量，且在播前墒情较差及7月份降水较少的2017年效果更加明显。两年在RI和CI方式下，中密度处理的籽粒产量高于低密度和高密度。两年低、中密度的平均籽粒产量较高密度分别提高了10.4%和16.2%；在所有处理中，中密度种植下传统畦灌（M-CI）处理获得了最高的籽粒产量（9503.5 kg ha-1），其次是中密度种植下集雨补灌（M-RI）处理（9438.1 kg ha-1）。 （5）两年在同一种植密度下，RI和CI处理较RN明显增加了降水利用效率，且RI较CI显著提高了灌水利用效率（IWUE）。然而，在不同种植密度下，各补灌方式的水分利用效率（WUE）表现有所差异。2016年在低密度和高密度下RN和RI处理的WUE高于CI，尤其在高密度下差异显著，而在中密度下RI和CI处理的WUE高于RN。2017年在同一种植密度下，RI和CI较RN显著提高了WUE。两年RI和CI处理的平均WUE较RN分别提高了70.6%和45.7%，RI处理的IWUE较CI提高了119.8%，这说明RI处理提高WUE和IWUE的效果明显优于CI。研究表明，中密度种植下的两年平均WUE和IWUE高于高密度，在所有处理中，M-RI获得了最高的WUE（30.7 kg ha-1 mm-1）和IWUE（25.2 kg ha-1m-3）。 综上所述，集雨补灌结合中密度种植可改善土壤水分状况，促进玉米生长，从而提高籽粒产量。在中密度种植下，虽然传统畦灌处理获得了最高的籽粒产量，但与集雨补灌差异不显著，且在集雨补灌下获得了最高的WUE和IWUE。两年平均净收入也表明，集雨补灌处理获得了最高的净收入（10689 元 ha-1）。因此，在中国西北半干旱地区，集雨补灌结合中密度种植是一种有效提升玉米产量和水分利用效率的适宜种植模式。

目录

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究概况

1.3 研究的目的和意义

1.4 研究内容和技术路线

第二章 试验设计和方法

2.1 试验区概况

2.2 试验区降水情况

2.3 试验设计与田间管理

2.4 测试项目与方法

2.5 数据处理处理与分析方法

第三章 集雨补灌与种植密度对农田土壤水分及耗水特征的影响

3.1春玉米不同生育阶段0-200 cm土层的土壤含水量

3.2春玉米各生育阶段0-200 cm土层土壤贮水量

3.3 农田耗水特征

第四章 集雨补灌与种植密度对春玉米生长及干物质积累的影响

4.1 株高

4.2 叶面积指数

4.3 干物质

第五章 集雨补灌与种植密度对春玉米产量及水分利用的影响

5.1 籽粒产量

5.2 产量构成因素

5.3 降水利用效率

5.4 水分利用效率

5.5 灌水利用效率

5.6 净收入

第六章 讨论

6.1 集雨补灌与种植密度对土壤水分的影响

6.2 集雨补灌与种植密度对农田耗水特性的影响

6.3 集雨补灌与种植密度对玉米生长及干物质积累的影响

6.4 集雨补灌与种植密度对玉米产量和水分利用效率的影响

第七章 结论与展望

7.1 主要结论

7.2 存在的问题及展望

参考文献

致谢

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