柳斌辉，王溪森，王变银，张文英

（河北省农林科学院旱作农业研究所，河北省农作物抗旱研究重点实验室，河北衡水053000）

秸秆覆盖与种植密度对黑龙港平原区夏玉米产量和水分利用效率的影响

柳斌辉，王溪森，王变银，张文英*

（河北省农林科学院旱作农业研究所，河北省农作物抗旱研究重点实验室，河北衡水053000）

在黑龙港平原区夏玉米产区，通过优化秸秆覆盖量与种植密度组合，可进一步提高该区夏玉米的产量和水分利用效率（WUE）。以夏玉米品种京单28为试材，采用二因素三水平裂区试验设计，其中，秸秆覆盖量（M）设无覆盖（0 kg/hm2，M1）、中度覆盖（2 625 kg/hm2，M2）和重度覆盖（5 250 kg/hm2，M3），种植密度（P）设低密度（52 500株/hm2，P1）、中密度（60 000株/hm2，P2）和高密度（67500株/hm2，P3），研究了不同秸秆覆盖量与种植密度组合对夏玉米产量和水分利用效率的影响。结果表明：玉米产量和水分利用效率均随秸秆覆盖量和种植密度的增加而提高，且受2个因素的影响程度均达到了显著水平，其中受种植密度的影响程度更大，覆盖处理产量和水分利用效率的最大提升幅度分别为4.08%和13.28%，种植密度处理产量和水分利用效率的最大提升幅度分别为7.06%和17.63%。所有处理中，M3P3处理的产量和WUE最大，分别达到了10 814.99 kg/hm2和27.85 kg/（mm·hm2），该处理实现了产量与WUE的最佳组合。在黑龙港平原区，通过秸秆覆盖与适宜种植密度相结合的方法，可以实现夏玉米节水高产的目的。

夏玉米；秸秆覆盖；种植密度；产量；水分利用效率

黑龙港平原小麦、玉米播种面积分别占其河北省播种总面积的45.0%和38.4%，产量分别占其河北省总产量的47.1%和43.5%，粮食生产地位举足轻重。而黑龙港平原区为华北平原的干旱中心，气候干旱少雨，水资源严重匮乏，缺水一直是限制该区农业生产的最主要因素[1]。该区人均和单位面积平均水资源量分别为191 m3/人和1 710 m3/hm2，不及全国平均水平的1/12和1/16，水资源数量与人口和耕地数量组合极不平衡，为我国最缺水的区域。因此，充分提高水分利用效率是该地区实现农业发展的必经之路。

夏玉米是该区重要的粮食作物，秸秆覆盖在玉米种植中应用广泛。许多学者就秸秆覆盖对作物产量和水分利用效率的影响进行了大量研究。张喜英等[2]研究指出，秸秆覆盖不仅能显著减少棵间蒸发，而且还能改善土壤质地，提高土壤养分含量。蔡太义等[3]研究了不同秸秆覆盖量对渭北旱原春玉米田蓄水保墒及节水效益的影响，认为渭北旱原及同类生态区春玉米秸秆覆盖量以9 000 kg/hm2为宜。合理密植是玉米利用光热资源构建良好群体结构、优化群体生理指标的基础[4]，玉米群体对光热资源的利用效率是影响产量的重要因素之一[5]。优化秸秆覆盖量与种植密度组合，可使玉米群体内在生理机制得以综合调优，实现水、光、热资源的综合利用，充分发挥品种的增产潜势。但是，截至目前，有关黑龙港地区秸秆覆盖与种植密度相结合条件下的玉米产量和水分利用效率研究成果鲜有报道。作者通过不同覆盖条件和不同密度处理，探讨了通过覆盖与密度优化组合进一步提高黑龙港地区夏玉米的产量和水分利用效率，以期为黑龙港地区节水农业研究的发展提供理论依据和技术支持。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验在河北省农林科学院旱作节水农业试验站（河北深州市，北纬37°54′、东经115°42′，海拔20 m）进行。该区全年平均降水量为497.1 mm，其中70%的降水集中在7～8月，2011年玉米生育期降水量为367.8 mm；年平均气温13.3℃，其中，最热月平均气温为27.1℃，最冷月平均气温为-2.1℃；无霜期202 d，年有效积温（≥10℃）4 603.7℃。试验地0～30 cm耕层土壤基础养分含量为有机质15.62 g/kg、全氮1.15 g/kg、速效氮84.03 mg/kg、速效磷14.38 mg/kg、速效钾182.23 mg/kg。

1.2 试验材料

供试玉米材料为国审品种京单28。

1.3 试验方法

1.3.1 试验设计试验地前茬作物为冬小麦，机收后灭茬，秸秆全部移出农田，待玉米播种（6月15日）出苗后进行覆盖。采用二因素三水平裂区试验设计（表1），其中，主区为秸秆覆盖量（M），1～3水平依次为无覆盖（M1）、中度覆盖（M2）和重度覆盖（M3）；副区为种植密度（P），1～3水平依次为低密度（P1）、中密度（P2）和高密度（P3）。小区面积30 m2，随机区组排列，3次重复。其他田间管理同大田常规。

表1 试验设计的因素及其水平Table1 Factors and levels of experimental design

1.3.2 测定项目与方法

1.3.2.1 籽粒产量。收获时，去除边行，整区收获测产，并折算为含水量为14%的产量。

1.3.2.2 土壤含水量。采用取土烘干称重法测定。分别在播种和收获时用取土钻钻取土样，每20 cm一个梯度，测定深度为160 cm。

1.3.2.3 农田蒸散量（ET）。用农田蒸散量表示玉米农田耗水量，由于试验地的地下水较深，故地下水对夏玉米农田蒸散量的影响可以忽略不计。各小区起垄超出地面20 cm，因此，降雨产生的地表径流也可以忽略不计。根据农田水量平衡方程，计算农田蒸散量：

式中，ET—蒸散量；ΔS—土壤蓄存水变化量；P—生育期有效降雨量（由河北省农林科学院旱作节水试验站气象站提供）。

土壤蓄存水变化量[6]计算公式为：

式中，Δθi—土壤某一层次体积含水量（m3）；Zi—土壤层次厚度（mm）；i—土壤层次。

1.3.2.4 水分利用效率（WUE）。采用产量水平上的水分利用效率，计算公式[7]为：

式中，Y—夏玉米的经济产量（籽粒重）；ET—夏玉米农田的总蒸散量。

1.3.3 数据统计分析利用Microsoft Excel 2007和DPS 15.10统计软件[8]进行数据处理和统计分析，采用LSD法进行差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 不同秸秆覆盖量和播种密度对夏玉米产量及产量构成因素的影响

方差分析结果（表2）显示，不同覆盖量处理的玉米产量差异达到了显著水平，其中，重度覆盖处理产量最高，中等覆盖处理次之，二者差异不显著，但均显著＞无覆盖处理；不同密度处理的玉米产量差异达到了极显著水平，且产量随着密度的增大而显著提高。表明秸秆覆盖量和种植密度均对玉米产量具有显著影响，其中，种植密度对产量的影响更大。

进一步对产量构成因素进行分析发现，重度覆盖处理的单位面积穗数显著＞中度覆盖和无覆盖处理，而中度覆盖与无覆盖处理间差异不显著；中度覆盖处理的百粒重最高，重度覆盖处理次之，二者差异不显著，但均显著＞无覆盖处理；而不同覆盖量处理的穗行数和行粒数差异均不显著。可以看出，不同覆盖量处理下玉米产量主要受单位面积穗数和百粒重的影响。随着密度增大，单位面积穗数逐渐升高，但是百粒重却逐渐降低，且不同水平处理的指标值差异均达到了极显著水平；而穗行数和行粒数差异均不显著。表明不同密度处理下玉米产量主要受单位面积穗数和百粒重的影响，其中，单位面积穗数起决定性作用。

表2 不同秸秆覆盖量和播种密度下夏玉米的产量及产量构成因素Table2 Yield and yield components of summer maize under different straw mulching and planting density

在无覆盖条件下，密度越大，产量越高，其中，M1P3较M1P1处理差异达到了极显著水平（表3），增产率为7.09%，但M1P3处理的百粒重极显著＜M1P1处理，因此认为，密度增大引起的单位面积穗数极显著增加是M1P3处理高产的主要原因。在中等覆盖条件下，产量随着密度的增大而逐渐增加，但不同密度水平的产量差异并不显著，主要原因是密度增大引起的单位面积穗数增加与百粒重降低对产量的影响相互抵消。在重度覆盖条件下，产量随着密度的增大而逐渐增加，其中，M3P3和M3P2处理分别较M3P1处理增产11.90%和8.11%，二者产量差异不显著，但均极显著＞M1P1处理，而M3P3处理的百粒重极显著＜M3P1处理，因此认为，密度增大引起的单位面积穗数极显著增加是M3P3处理高产的主要原因。

在低密度条件下，M2P1处理的产量显著＞M1P1处理，增产率为4.99%，主要原因是M2P1处理的百粒重显著增加（表3）；在中密度条件下，M3P2处理的产量显著＞M1P2处理，增产率为5.93%，主要原因是M3P2处

理的单位面积穗数极显著增加；在高密度条件下，M3P3处理的产量显著＞M2P3和M1P3处理，分别较M2P3和M1P3处理增产4.95%、5.34%，主要原因是M3P3处理的单位面积穗数显著增加。

表3 不同处理下夏玉米的产量及产量构成因素Table3 Yield and its components of summer maize under different treatment

2.2 不同秸秆覆盖量和播种密度对夏玉米耗水量及水分利用效率的影响

2.2.1 不同秸秆覆盖量和播种密度对夏玉米耗水量的影响水分利用效率是作物产量与耗水量（蒸腾耗水和地表蒸发）之间相互消长关系的具体表现[9]。

方差分析结果显示，不同覆盖量和密度处理的玉米耗水量差异均达到了极显著水平（图1），表明秸秆覆盖量和种植密度均对玉米耗水量具有极显著的影响。

在无覆盖条件下，不同密度处理的耗水量顺序为M1P3处理＜M1P2处理＜M1P1处理，其中，M1P1处理与其他2个处理差异达到了显著水平，而M1P2与M1P3处理差异不显著，可以看出，在无覆盖时，中、高密度播种均显著降低玉米的田间耗水量，这可能与玉米生育前期增大密度后减少了田间地表蒸散有关，与刘泉汝等[10]的研究结果一致。在中等和重度覆盖条件下，不同密度处理的耗水量差异均不显著，且均以M2P3处理耗水量最低。

在低密度条件下，M1P1处理的耗水量显著＞其他2个处理，而M2P1与M3P1处理差异不显著，表明在低密度条件下，秸秆覆盖能明显降低玉米田间的耗水量；在中、高密度条件下，不同覆盖处理的田间耗水量差异均不显著。

在所有处理中，M3P3处理的田间耗水量最低，仅为388.32 mm。

图1 不同秸秆覆盖量和播种密度下夏玉米的耗水量Fig.1 Water consumption of summer maize under different straw mulching and planting density

2.2.2 不同秸秆覆盖量和播种密度对夏玉米水分利用效率的影响随着覆盖量的增加，玉米的WUE总体呈升高趋势（图2），方差分析结果显示，重度覆盖处理与无覆盖处理差异达到了显著水平；不同密度处理的WUE差异达到了极显著水平。表明秸秆覆盖量和种植密度均对玉米WUE具有显著影响，其中，种植密度对WUE的影响更大。

在无覆盖条件下，不同密度处理的WUE顺序为M1P3处理＞M1P2处理＞M1P1处理，其中，M1P1处理与其他2个处理的差异达到了显著水平，而M1P2与M1P3处理差异不显著，与刘泉汝等[10]的研究结果不同，可能与试验设定的密度梯度或气候因素有关。在中等覆盖条件下，不同密度处理的WUE差异均不显著，其中，M2P3处理的WUE最高。在重度覆盖条件下，M3P3处理的WUE极显著＞M3P1处理，但与M3P2处理差异不显著。

在低密度条件下，不同覆盖量处理的WUE差异均不显著；在中密度条件下，M3P2处理的WUE显著＞M1P2处理；在高密度条件下，不同覆盖量处理的WUE差异均不显著。

在所有处理中，M3P3处理的WUE最高，达到了27.85 kg/（mm·hm2）。

图2 不同秸秆覆盖量和播种密度下夏玉米的水分利用效率Fig.2 WUE of summer maize under different straw mulching and planting density

3 结论与讨论

秸秆还田是提高土壤储水保水能力、作物产量和水分利用效率的有效措施[11，12]。研究表明，秸秆还田可以减少田间水分蒸发[13～17]，提高作物叶片相对含水量、净光合速率、蒸腾速率和茎秆伤流量[12，18]，促进植株干物质积累，进而提高作物籽粒产量和水分利用效率。张吉祥等[19]研究了不同麦秆覆盖量对玉米生长发育的影响，指出秸秆覆盖能显著减少夏玉米生育期的耗水量，明显增加玉米株高和叶面积，其中秸秆覆盖量为9 000 kg/hm2时效果最佳；夏玉米的光合速率和蒸腾速率均随秸秆覆盖量的增大而提高。本研究结果显示，在黑龙港地区夏玉米出苗后进行小麦秸秆覆盖可为夏玉米生长发育和产量形成创造良好的水分条

件，提高夏玉米产量和水分利用效率，产量和水分利用效率提高的最高幅度可分别达到4.08%和13.28%。中重度覆盖处理为田间等面积获取的最大秸秆量，本研究结果对黑龙港地区实施秸秆覆盖技术、达到节水增产的目的具有实际指导意义。

陈素英等[20]研究指出，秸秆覆盖可有效抑制土壤水分蒸发，整个生育期内覆盖与不覆盖相比，土壤蒸发量平均降低56.5%；覆盖可改善土壤的水分状况，促进夏玉米的生长发育和产量形成，叶面积、株高、生物量、产量和水分利用率均明显高于不覆盖处理。本研究结果显示，随着播种密度的增大，玉米产量和水分利用效率显著提高，提升幅度分别达到7.06%和17.63%。在所有处理中，M3P3处理的产量和WUE最大，分别达到了10 814.99 kg/hm2和27.85 kg/（mm·hm2），该处理真正实现了产量与水分利用效率的最佳化，秸秆覆盖与合理调整种植密度是实现夏玉米节水高产的有效途径。合理调控种植密度可以改善玉米对光热资源的利用效率与库源的平衡过程[21]，关于种植密度调控下的水分利用与库源之间的关系还有待于进一步研究。

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Effects of Straw Mulching and Plant Density on Yield and Water Use Efficiency of Summer Maize in Heilonggang Plain

LIU Bin-hui，WANG Xi-sen，WANG Bian-yin，ZHANG Wen-ying*
（Institute of Dryland Farming，Hebei Academy of Agriculture and Forestry Sciences，Key Laboratory of Crops Drought Resistance Research of Hebei Province，Hengshui 053000，China）

By optimizing the amount of straw mulching and planting density combination，further improve the summer maize yield and water use efficiency（WUE）in Heilonggang Plain.With summer maize Jingdan 28 as tested material，the use of two factors and three levels split plot design，in which the amount of coverage provided no straw cover（0 kg/hm2，M1），moderate cover（2 625 kg/hm2，M2）and severe cover（5 250 kg/hm2，M3），planting density provided low density（52 500 plants/hm2，P1），medium density（60 000 plants/hm2，P2）and high density（67 500 plants/hm2，P3），to study the effects of different amount of straw mulching and planting density combination on yield and WUE of summer maize.The results showed that the corn yield and WUE are along with the increase of amount of straw mulching and planting density increased，and is subject to the influence of two factors have reached the significant level. Straw mulching improves yield and WUE by 4.08% and 13.28%，respectively.The highest plant density improves yield and WUE by 7.06%and 17.63%，respectively.The yield and WUE of M3P3treatment are 10 814.99 kg/hm2and 27.85 kg/（mm·hm2），the process to achieve the best combination of yield and WUE.Suitable combination of straw mulching and planting density can achieve the purpose of

Summer maize；Straw mulching；Plant density；Yield；Water use efficiency

S513

A

1008-1631（2016）04-0001-05

2016-03-24

河北省财政专项（F15C005）；河北省科技计划项目（15226412D）；河北省财政专项（F16C14001）

柳斌辉（1981-），男，河北元氏人，助理研究员，硕士，主要从事作物栽培生理及抗旱节水性鉴定研究。E-mail：hzslbh@163.com。

张文英（1975-），女，河北衡水人，研究员，博士，主要从事农作物抗旱性鉴定及遗传规律研究。E-mail：zxm. 0223@163.com。

high-yield and water-saving of summer maize in Heilonggang Plain.