孙仕军, 朱振闯, 陈志君, 杨丹, 张旭东沈阳农业大学水利学院,沈阳110866

Effects of Different Colored Plastic Film Mulching and Planting Density on Soil Temperature, Evapotranspiration and Yield of Spring Maize

SUN ShiJun, ZHU ZhenChuang, CHEN ZhiJun, YANG Dan, ZHANG XuDongCollege of Water Conservancy, Shenyang Agricultural University, Shenyang 110866

责任编辑: 杨鑫浩
收稿日期:2019-04-9接受日期:2019-07-25网络出版日期:2019-10-01

基金资助:

国家重点研发计划重点专项.2018YFD0300301 辽宁省自然科学基金项目.20180550617 国家公益性行业农业科研专项.201303125

Received:2019-04-9Accepted:2019-07-25Online:2019-10-01
作者简介 About authors
作者简介：孙仕军,E-mail：sunshijun2000@yeah.net







摘要
【目的】 探求不同颜色地膜和种植密度对东北雨养区春玉米田间地温、耗水量、产量和降水利用效率的影响,进一步挖掘旱作雨养玉米水分生产潜力。【方法】 2016—2018年开展了3种覆盖处理（裸地、透明地膜覆盖和黑色地膜覆盖）和3种种植密度（60 000、75 000和90 000株/hm ²）的栽培试验,定位监测0—25 cm土壤耕层温度和0—120 cm土壤水分动态变化,结合作物产量分析农田水分利用效率。【结果】 在生育前期,透明地膜覆盖处理土壤耕层积温显著高于黑色地膜覆盖处理,黑色地膜覆盖处理土壤耕层积温显著高于裸地处理;种植密度的增加使得玉米拔节期以后的土壤耕层积温下降;从全生育期耗水量看,黑色地膜和透明地膜覆盖处理间无显著差异,但均显著低于裸地处理;无论在平水年还是枯水年,玉米耗水量均随种植密度的增加而增加;黑色地膜覆盖玉米产量和水分利用效率显著提高,平均较透明地膜分别高4.3%和4.6%,较裸地分别高9.2%和13.3%;在相同覆盖处理下,产量和水分利用效率随着种植密度的增加而增加;在高密度处理下,地膜覆盖明显提高经济效益,黑色地膜覆盖平均比透明地膜覆盖获得的利润多807.82元/hm ²。【结论】 黑色地膜覆盖结合高密度（90 000株/hm ²）栽培模式,在保证玉米高产的基础上,水分利用效率达到最高,本研究可为东北雨养旱作玉米进一步挖掘降水生产潜力及增产增效提供参考。
关键词： 玉米;地膜颜色;耕层积温;耗水;产量;水分利用效率;经济效益

Abstract
【Objective】 Field experiments were conducted to explore the effects of different colored plastic film mulching and planting density on the topsoil temperature, evapotranspiration, grain yield of spring maize and precipitation utilization efficiency in the rain-fed area of Northeast China, in order to further tap the water production potential of dryland and rain-fed maize. 【Method】 Complete combination field, including three types of mulching ( non-mulching, transparent plastic film mulching and black plastic film mulching ) and three planting densities ( 60 000, 75 000 and 90 000 plants/hm ²) , were conducted to monitor the topsoil temperature dynamics in 0-25 cm depths and the soil moisture dynamics in 0-120 cm depths, and to analyze the water use efficiency combined with grain yield of maize in 2016-2018.【Result】 The results showed that the accumulated temperature of the plough layer in the transparent mulching film treatment was significantly higher than that in the black mulching film, and the accumulated temperature of the plough layer in the black mulching film treatment was significantly higher than that in the non-mulching treatment in the early growth stages of maize. The increase of planting density reduced the accumulated temperature of the plough layer after jointing stage of maize. For the evapotranspiration of the growing season, there was no significant difference between the black plastic film mulching treatment and the transparent plastic film mulching treatment, but they were significantly lower than the non-mulching treatment. The evapotranspiration increased with the increasing of the planting density whether in the normal precipitation year or the dry year. Maize grain yields and water use efficiency were significantly improved in the black plastic film mulching treatment, with an average of 4.3% and 4.6% higher than that of the transparent plastic film mulching treatment, respectively, and 9.2% and 13.3% higher than that of the non-mulching treatment, respectively. Yield and water use efficiency increased in tandem with planting density under the same mulching treatment. The plastic film mulching significantly improved the economic benefits under high-density treatment, and the profit of the black plastic film mulching was 807.82 yuan/hm ² more than that of the transparent plastic film mulching.【Conclusion】 The cultivation mode of black plastic film mulching and high density (90 000 plants/hm ²) combined treatment could improve the utilization rate of natural precipitation and achieve the highest water use efficiency on the basis of ensuring high grain yields. This paper provided a scientific and effective way to further tap the water and crop production potential in the dryland and rain-fed regions of China
Keywords：maize;different colored plastic film;accumulated temperature of the plough layer;evapotranspiration;yield;water use efficiency;economic benefit.


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孙仕军, 朱振闯, 陈志君, 杨丹, 张旭东. 不同颜色地膜和种植密度对春玉米田间地温、耗水及产量的影响[J]. 中国农业科学, 2019, 52(19): 3323-3336 doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.19.004
SUN ShiJun, ZHU ZhenChuang, CHEN ZhiJun, YANG Dan, ZHANG XuDong. Effects of Different Colored Plastic Film Mulching and Planting Density on Soil Temperature, Evapotranspiration and Yield of Spring Maize[J]. Scientia Acricultura Sinica, 2019, 52(19): 3323-3336 doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.19.004

0 引言

【研究意义】玉米是全球也是中国的第一大农作物,东北雨养区作为我国重要的玉米生产基地,其产量对保障我国粮食安全具有十分重要的作用^[1,2]。然而春季干旱少雨和低温冷害对东北春玉米的稳产构成了巨大挑战^[3,4,5]。因此,采取有效的栽培措施,提高水分利用效率和土壤温度,对保证东北雨养区玉米持续稳定增产具有重要意义。【前人研究进展】通过增加种植密度提高玉米单产,是当前玉米品种改良和栽培耕作技术创新的重要方向^[6]。适宜增加种植密度,有利于增加群体叶面积指数、干物质积累量,提高玉米产量和水分利用效率^[7,8]。然而种植密度过高会使单株玉米的生长空间受限,植株之间对水分、养分的竞争加剧,导致玉米产量下降^[9]。合理密植可使玉米群体与个体协调发展,是获得玉米高产的重要途径。大量研究表明,最佳种植密度取决于气候条件、土壤质量、品种特性、种植模式等多个因素^[10,11,12]。有研究指出,覆盖地膜具有抑制棵间蒸发、降低潜热消耗、改善土壤水热状况的作用^[13,14,15],在一定程度上缓解高密度种植时植株之间对于水、热的竞争压力,提高玉米的最佳种植密度^[16]。然而,覆盖不同颜色的地膜会对土壤水热状况产生不同的影响,从而影响作物的生长和产量。LIU等^[17]对比分析不同颜色地膜覆盖处理对土壤水分的影响发现,第1年,黑色地膜覆盖处理的土壤含水量高于透明地膜覆盖处理,而第2年则相反。路海东等^[18]研究表明,与透明地膜覆盖相比,黑色地膜降低了土壤温度日变化,显著提高了玉米产量和水分利用效率。FILIPOVI?等^[19]研究表明,与透明地膜覆盖相比,黑色地膜覆盖能形成较高的土壤温度,加快作物生长和提高作物产量。【本研究切入点】至今为止尚未充分阐明不同颜色地膜覆盖对土壤水热状况和作物生长的影响,不同颜色地膜覆盖条件下种植密度对作物产量和水分利用效率的影响研究更是鲜有报道,需进一步开展研究,挖掘旱作雨养玉米水分生产潜力。【拟解决的关键问题】通过设置3种覆盖处理和3种种植密度,研究不同颜色地膜和种植密度对土壤温度、耗水及产量的影响,旨在为东北雨养区大幅提高玉米产量和经济效益提供理论和应用基础。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2016—2018年在辽宁省沈阳市沈阳农业大学水利综合试验场进行（41°44′N,123°27′E,海拔44.7 m）,属于温带大陆性季风气候。多年平均气温8.0℃,无霜期155—180 d,年平均日照时数2 743 h,年平均降水量702.9 mm,春玉米生长季节（5月至9月）占总降雨量的79%。试验区土质为潮棕壤土,平均土壤容重为1.41g·cm^-3,田间持水率为0.38 cm³·cm^-3,凋萎系数为0.18 cm³·cm^-3。土质分布均匀,在该地区具有典型代表意义。试验期间,试验区平均地下水位埋深4.5 m,其中最小地下水埋深4.1 m,最大地下水埋深5.0 m,水位变幅不大。2016年玉米生育期间降水789.6 mm,属丰水年;2017年生育期间降水301.5 mm,属枯水年;2018年生育期间降水557.5 mm,属平水年。3年试验期间试验站月平均降水量和近40年的月平均降雨量（1979—2018）如图1所示;玉米生育期内日平均气温如图2所示。

图1

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图12016—2018年和近40年玉米生育期内平均月降雨量分布

Fig. 1Monthly rainfall distribution in 2016-2018 and annual monthly rainfall in the recent 40 years during the growing season

图2

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图22016—2018年玉米生育期内日平均气温

Fig. 2Air temperature during the growing season in 2016-2018

1.2 试验设计

试验采用大垄双行种植方式^[20]（垄上行距为40 cm,大垄间行距为80 cm,垄高为15 cm）（图3）,供试品种为良玉99。采用裂区试验设计,主区为覆盖处理,分别为裸地（M0）、透明塑料地膜覆盖（M1）和黑色塑料地膜覆盖（M2）,地膜规格为120 cm×0.008 mm;副区为种植密度,分别为60 000株/hm²（D1）、75 000株/hm²（D2）和 90 000株/hm²（D3）。试验共有9个处理（表1）,每个处理重复3次,总共27个试验小区,每个试验小区面积为21.6 m²（3.6 m×6 m）。3个试验年份玉米播种时间分别为2016年5月1日、2017年5月3日和2018年4月28日,收获时间分别为2016年9月27日、2017年9月23日和2018年9月19日。机械整地,人工覆膜（垄上覆膜,垄沟不覆膜,如图3）,通过株距来控制种植密度,3种密度对应的株距分别为28、22、19 cm。播种时一次性施入243 kg N·hm^-2、135 kg P₂O₅·hm^-2和117 kg K₂O·hm^-2作为底肥,生育期内不追肥。除覆盖和密度不同外,其他田间管理措施均与农户种植相同。试验期内不灌溉,降雨为唯一补充水源。

图3

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图3大垄双行种植模式图

Fig. 3Schematic diagram of large-ridge-double-lines planting method



Table 1
表1
表1试验设计
Table 1Field experimental design

覆盖处理 Mulching	种植密度 Planting density (plants/hm2)	处理编号 Treatment
裸地 Non-mulching	60000	M0D1
	75000	M0D2
	90000	M0D3
透明地膜覆盖 Transparent plastic film mulching	60000	M1D1
	75000	M1D2
	90000	M1D3
黑色地膜覆盖 Black plastic film mulching	60000	M2D1
	75000	M2D2
	90000	M2D3

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1.3 测定项目与方法

1.3.1 耕层积温 采用套组曲管地温计测定5、10、15、20和25 cm土壤温度,于玉米出苗后每天的 6：00、14：00和18：00进行观测。使用公式（1）计算耕层积温：

（1）T_a=∑(T_i-8)
式中,T_a为耕层积温（℃）;T_i为第i天0—25 cm土壤平均温度（℃）。

1.3.2 玉米耗水量 2017和2018年在播种前至收获期间使用TDR测定 0—120 cm土层的土壤水分,每7 d测定1次,生育时期始末和降水后加测。作物耗水量采用水量平衡公式（2）计算^[21]：

（2）ET=P+I-D+W_g-R+SWD
式中,ET为耗水量（mm）;P为生育期降水量（mm）;I为灌溉量（mm）;D为土壤排水量（mm）;W_g为作物通过毛细管上升利用的地下水量（mm）;R为表面径流（mm）;SWD为玉米全生育期 0—120 cm土壤水分消耗量（mm）。本试验地区为雨养区,不进行灌溉、地下水埋深大于4.0 m且试验期间很少有极端降水,所以I、W_g、D和R为0。

由于2016年土壤含水率测定土层较浅,本文只讨论了2017年和2018年作物耗水量和水分利用效率。

1.3.3 产量和水分利用效率 在收获时,每个小区随机选取10 m²的植株进行测产,并按14%籽粒含水量计算籽粒产量（kg·hm^-2）。水分利用效率使用方程式（3）计算^[21]：

（3）WUE=Y/ET
式中,WUE为水分利用效率（kg·hm^-2·mm^-1）,Y为玉米籽粒产量（kg·hm^-2）,ET为整个生育期内的耗水量（mm）。

1.4 统计分析

本试验数据采用 Origin 2016 和DPS进行数据处理与统计分析,处理间的显著性检验采用LSD最小显著差异法（α=0.05）。

2 结果

2.1 不同处理对耕层积温的影响

将2016—2018年不同处理对玉米田间耕层积温的影响进行回归分析,结果如图4所示。不同覆盖处理土壤耕层积温表现为M1>M2>M0,表明地膜覆盖可以提高土壤耕层积温,且透明地膜的增温效果优于黑色地膜。在同一覆盖处理下,耕层积温随着种植密度的增加呈下降趋势。2016—2018年不同处理对玉米各生育时期耕层积温影响见图5,地膜覆盖主要增加了玉米生育前期的土壤温度,在苗期,与M0处理相比,M1和M2处理的耕层积温在不同年份分别增加了20.7%、9.7%（2016）,23.1%、8.7%（2017）和25%、8.8%（2018）。随着生育进程,地膜覆盖效果减弱,在拔节期,M1处理和M2处理的耕层积温在3个试验年份分别增加了7.1%、3.2%（2016）,7.8%、3.9%（2017）和10.5%、4.3%（2018）。2018年灌浆期出现连续高温无雨极端天气,使覆膜处理耕层积温显著高于裸地处理,然而,在正常年玉米抽穗期和灌浆期,覆膜处理和裸地处理对耕层积温的影响差异不显著;在成熟期,不同覆盖处理间耕层积温差异性变大。从种植密度来看,在苗期阶段,不同种植密度对耕层积温的影响差异不显著。随着地面遮阴度的增加,从拔节期到成熟期,不同处理对耕层积温的影响均达到显著水平,各生育时期一致表现为,耕层积温随着种植密度的增加而下降。

图4

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图42016—2018不同处理对玉米田间耕层积温的影响

Fig. 4Effects of different treatments on the accumulated temperature of the plough layer of maize in 2016-2018

图5

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图52016—2018不同处理对玉米各生育时期耕层积温的影响

S：苗期（2016.05.01-2016.06.12,2017.05.03-2017.06.15,2018.04.28-2018.06.11）;J：拔节期（2016.06.13-2016.07.09,2017.06.16-2017.07.11,2018.06.12-2018.07.07）;H：抽穗期（2016.07.10-2016.07.23,2017.07.12-2017.07.24,2018.07.08-2018.07.19）;G：灌浆期（2016.07.24-2016.08.16,2017.07.25-2017.08.15,2018.07.20-2018.08.12）;M：成熟期（2016.08.17-2016.08.27,2017.08.16-2017.09.23,2018.08.13-2018.09.19）。不同小写字母表示处理间差异显著（P<0.05）。下同
Fig. 5Effects of different treatments on the accumulated temperature of the plough layer of maize in different growth stages in 2016-2018

S: Seeding stage (2016.05.01-2016.06.12, 2017.05.03-2017.06.15, 2018.04.28-2018.06.11); J: Jointing stage (2016.06.13-2016.07.09, 2017.06.16-2017.07.11, 2018.06.12-2018.07.07); H: Heading stage (2016.07.10-2016.07.23, 2017.07.12-2017.07.24, 2018.07.08-2018.07.19); G: Filling stage (2016.07.24-2016.08.16, 2017.07.25-2017.08.15, 2018.07.20-2018.08.12); M: Mature stage (2016.08.17-2016.08.27, 2017.08.16-2017.09.23, 2018.08.13-2018.09.19). Different lowercase letters indicated significant differences under different treatments (P<0.05). The same as below

2.2 不同处理对玉米耗水量的影响

2017—2018年不同处理对玉米耗水量回归分析如图6所示。从图中可以看出,M2处理耗水量略高于M1处理,2个处理间差异不显著,但均显著低于M0处理。在种植密度方面,无论枯水年（2017）还是平水年（2018）,同一覆盖处理下玉米耗水量均随着种植密度的增加而增加。图7为2017—2018年不同处理对玉米各生育时期耗水量的影响。结果表明,在苗期,不同覆盖处理玉米耗水量表现为M0>M1>M2,覆膜处理玉米耗水量显著低于裸地处理,然而2种地膜处理间差异不显著;在拔节期,不同降水年型得到了不同的结果,在2017年降雨量较少的情况下（39 mm）,不同处理耗水量表现为M1>M2>M0,最大相差9.5 mm,差异显著;2018年降水量相对较高时（93 mm）,不同处理耗水量表现为M0>M1>M2,最大相差3.2 mm,差异不显著。在抽穗期,M2处理耗水量显著高于M0和M1处理;在灌浆期和成熟期,均是M0处理耗水量最高。从种植密度来看,在2017年,苗期—拔节期玉米耗水量随着种植密度的增加而增加,灌浆期—成熟期耗水量随着种植密度的增加而下降;而2018年,玉米苗期—抽穗期耗水量随着种植密度的增加而增加,成熟期耗水量随着种植密度的增加而下降。

图6

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图62017—2018不同处理对玉米耗水量的影响

Fig. 6Effects of different treatments on evapotranspiration of maize in 2017-2018

图7

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图72017—2018不同处理对玉米各生育时期耗水量的影响

Fig. 7Effects of different treatments on evapotranspiration of maize in different growth stages in 2017-2018

2.3 不同处理对玉米产量的影响

不同颜色地膜和种植密度对玉米产量均有显著影响（表2）。从表中可以看出,与M0处理相比,M1和M2处理玉米产量在不同年份分别增加了4.0%、6.8%（2016）,4.1%、9.1%（2017）和6.0%、11.7%（2018）。在透明地膜和黑色地膜覆盖处理下,玉米产量随种植密度增加而增加,均在高密度（90 000株/hm²）时达到最大产量。从数值上看,M2D3处理产量 比M1D3处理在不同年份分别高577.3、384.7和833.9 kg·hm^-2。黑色地膜增产效果优于透明地膜,黑色地膜覆盖结合高密度（90 000株/hm²）（M2D3）处理产量最高。在年际之间,2016年玉米产量最高,不同处理产量同比2017年高1.3%—3.9%,同比2018年高8.2%—13.2%。

Table 2
表2
表22016-2018不同处理对玉米产量的影响
Table 2Effects of different treatments on maize grain yields in 2016-2018

处理 Treatment	2016	2017	2018
M0D1	10516.0±369.6b	10540.1±351.9b	9708.3±422.4b
M0D2	13086.0±511.7a	12124.1±565.3a	11032.8±307.8a
M0D3	12885.7±120.1a	12576.1±173.0a	11504.8±699.5a
均值Mean	12162.6±1277.6B	11746.7±987.7C	10748.7±917.2C
M1D1	11426.6±126.4c	11024.6±254.1c	10346.8±428.3b
M1D2	12839.9±334.6b	12244.3±470.8b	11500.1±604.2a
M1D3	13687.2±743.2a	13419.8±265.9a	12306.4±246.9a
均值Mean	12651.2±1071.6AB	12229.6±1079.4B	11384.4±938.0B
M2D1	11503.5±549.1c	11350.1±495.0b	10773.0±488.0c
M2D2	13201.7±621.4b	13300.7±267.4a	12101.8±326.9b
M2D3	14264.6±315.3a	13804.5±546.2a	13140.3±86.0a
均值Mean	12989.9±1285.1A	12818.5±1189.1A	12005.0±1069.6A
M	*	**	*
D	**	**	**
M×D	*	ns	ns

Different lowercase letters indicate significant differences in planting density (P<0.05, n=3); Different uppercase letters indicate significant differences between mulching treatments (P<0.05, n=9); * and ** represent significant differences at 0.05 and 0.01 levels, ns indicate no significance. The same as below
不同小写字母表示种植密度间差异显著（P<0.05,n=3）;不同大写字母表示覆盖处理间差异显著（P<0.05,n=9）;*,**分别表示在0.05、0.01水平上显著相关,ns表示不显著。下同

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2.4 耕层积温、玉米耗水量与产量的关系

同一覆盖处理下,田间耕层积温和玉米产量呈现线性相关关系（图8）。获得较高玉米产量的耕层积温较低,这主要受种植密度的影响。不同覆盖处理土壤耕层积温表现为M1>M2>M0,然而玉米产量表现为M2>M1>M0。表3为不同生育时期耕层积温对产量的通径分析,结果表明玉米苗期、拔节期和成熟期耕层积温对产量的贡献率较大。苗期耕层积温对玉米产量具有正向作用,拔节期和成熟期耕层积温与玉米产量的相关性分别表现为显著和极显著的负效应。结合图5分析发现,与透明地膜覆盖和裸地相比,黑色地膜覆盖处理可以较好地提供适宜各生育期玉米生长的土壤温度,从而提高了玉米产量。

图8

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图82016-2018不同处理田间耕层积温和玉米产量的回归关系

Fig. 8Regression equation of different treatments between the accumulated temperature of the plough layer and grain yield of maize in 2016-2018



Table 3
表3
表3不同生育时期耕层积温对产量的通径分析
Table 3Path analysis of yield and accumulated temperature of maize in different growth stages

因子 Factor	相关系数 Correlation coefficient	直接通径系数 Direct path coefficient	间接通径系数 Indirect path coefficient					R2贡献率Contribution rate R2
			X1	X2	X3	X4	X5
X1	0.23	0.9133		-0.4942	-0.093	-0.0296	-0.0686	0.2101
X2	-0.38*	-0.8244	0.5474		-0.0162	0.0228	-0.1107	0.3133
X3	0.31	-0.1982	0.4284	-0.0676		-0.0158	0.1597	-0.0614
X4	-0.22	-0.1632	0.1658	0.1154	-0.0191		-0.3209	0.0359
X5	-0.54**	-0.4220	0.1486	-0.2163	0.075	-0.1241		0.2279

X₁, X₂, X₃, X₄, X₅ indicate the accumulated temperature of the plough layer at the seedling stage, jointing stage, heading stage, filling stage and maturity stage, respectively
X₁、X₂、X₃、X₄、X₅分别表示苗期、拔节期、抽穗期、灌浆期、成熟期耕层积温

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2017—2018年不同处理耗水量和玉米产量的回归关系如图9所示。随着耗水量的增加,3种覆盖处理下的玉米产量均逐渐增加,在2017年,3种覆盖处理的增幅表现为M2>M0>M1,在2018年,3种覆盖处理的增幅表现为M2>M1>M0。不同生育期玉米耗水量对产量的通径分析见表4。据表4可见,对玉米产量贡献率最大的是抽穗期耗水量,其对玉米产量表现为极显著正相关。该时期,M2处理下耗水量显著高于M0和M1处理（图7）,这说明黑色地膜覆盖增加了玉米抽穗期耗水量,达到了玉米增产的效果。此外,拔节期耗水量对玉米产量具有显著的正效应,成熟期耗水量对玉米产量具有显著的负效应。结合图7分析发现,地膜覆盖实现玉米增产的部分原因是增加了玉米拔节期耗水量,减少了成熟期耗水量。

图9

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图92017-2018不同处理耗水量和玉米产量的回归关系

Fig. 9Regression equation of different treatments between evapotranspiration and grain yield of maize in 2017-2018



Table 4
表4
表4不同生育时期玉米耗水量对产量的通径分析
Table 4Path analysis of yield and evapotranspiration of maize in different growth stages

因子Factor	相关系数 Correlation coefficient	直接通径系数 Direct path coefficient	间接通径系数 Indirect path coefficient					R2贡献率Contribution rate R2
			X1	X2	X3	X4	X5
X1	0.33	0.4398		0.0328	-0.0611	-0.0655	-0.0162	0.1451
X2	0.72*	0.1175	0.1227		0.1051	0.1787	0.1937	0.0846
X3	0.74**	0.4075	-0.0659	0.0303		0.2213	0.1488	0.3016
X4	-0.41	0.2944	0.0897	-0.1983	-0.3724		-0.2254	-0.1207
X5	-0.70*	-0.2406	0.1988	-0.0894	-0.3064	-0.2641		0.1684

X₁、X₂、X₃、X₄、X₅ indicate the evapotranspiration at the seedling stage, jointing stage, heading stage, filling stage and maturity stage, respectively
X₁、X₂、X₃、X₄、X₅分别表示苗期、拔节期、抽穗期、灌浆期、成熟期耗水量

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2.5 不同处理对水分利用效率的影响

3种覆盖方式下,水分利用效率均随种植密度增加而增加（图10）。种植密度每增加1×10⁴株/hm²,M0、M1和M2处理的水分利用效率分别提高了1.66、1.99、2.00 kg·hm^-2·mm^-1（2017）和1.04、1.25、1.44 kg·hm^-2·mm^-1（2018）,枯水年直线上升的斜率分别为平水年的1.6、1.6和1.4倍。2017—2018年不同处理对水分利用效率的影响如表5所示。从表中可知,覆膜处理水分利用效率显著高于裸地处理,2种覆膜处理分别以M1D3和M2D3水分利用效率最高,且M2D3处理的水分利用效率比M1D3处理在不同年份分别高0.7和1.4 kg·hm^-2·mm^-1。结果表明,覆盖地膜可以显著提高水分利用效率,且黑色地膜提高水分利用效率的效果优于透明地膜。

图10

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图102017-2018不同处理对水分利用效率的影响

Fig. 10Effects of different treatments on water use efficiency of maize in 2017-2018



Table 5
表5
表52017-2018不同处理对玉米全生育期耗水量和水分利用效率的影响
Table 5Effects of different treatments on evapotranspiration and water use efficiency of maize in 2017-2018

处理 Treatment	2017		2018
	耗水量 ET (mm)	水分利用效率 WUE (kg·hm-2·mm-1)	耗水量 ET (mm)	水分利用效率 WUE (kg·hm-2·mm-1)
M0D1	366.0±7.5b	28.7±1.0b	493.8±12.7c	19.7±0.9b
M0D2	372.9±4.4a	32.5±1.5a	499.8±8.1b	22.1±0.6a
M0D3	373.2±10.5a	33.7±0.5a	504.8±14.0a	22.8±1.4a
均值Mean	371.0±8.2A	31.6±2.4C	499.4±12.4A	21.5±1.7B
M1D1	355.3±7.4b	31.0±0.7c	482.7±11.4b	21.4±0.9c
M1D2	357.1±12.7b	34.3±1.3b	485.6±15.3ab	23.7±1.2b
M1D3	362.8±7.9a	37.0±0.7a	488.5±12.9a	25.2±0.5a
均值Mean	358.4±10.5B	34.1±2.7B	485.6±13.1B	23.4±1.8A
M2D1	357.6±11.3b	31.7±1.4b	482.7±10.4c	22.3±1.0c
M2D2	358.8±6.4b	37.1±0.7a	487.5±12.5b	24.8±0.7b
M2D3	365.8±8.4a	37.7±1.5a	493.2±9.7a	26.6±0.2a
均值Mean	360.7±8.9B	35.5±3.0A	487.8±11.7B	24.6±2.0A
M	**	**	**	**
D	*	**	**	**
M×D	ns	ns	ns	ns

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2.6 经济效益分析

表6给出了2016—2018年不同处理的经济效益。与裸地种植相比,地膜覆盖处理虽然增加了材料的投入和残膜回收的费用,但也增加了玉米产量收益。在覆膜处理下,利润随着种植密度的增加而增加,与D1和D2处理相比,D3处理在透明地膜覆盖下,不同年份分别增加了3 316.97元和1 205.75元（2016）,3 532.32元和1 730.92元（2017）,2 835.27元和1 140.08元（2018）;在黑色地膜覆盖下,不同年份分别增加了4 117.73元和1 550.50元（2016）,3 627.03元和656.12元（2017）,3 487.68元和 1 511.58元（2018）。结果表明,黑色地膜覆盖比透明地膜覆盖增收效应更明显,黑色地膜覆盖和90 000株/hm²组合处理净收入最高。

Table 6
表6
表62016—2018不同处理经济效益分析
Table 6Economic benefits under different treatments in 2016-2018 (yuan/hm²)

年份 Year	处理 Treatment	毛收入 Gross income	种子 Seeds input	地膜 Film input	肥料/农药 Fertilizer/Pesticide input	人工/机械 Labor/Mechanical input	净收入 Net income
2016	M0D1	16825.63	600	0	3075	1900	11250.63
	M0D2	20937.64	750	0	3075	1900	15212.64
	M0D3	20617.07	900	0	3075	1900	14742.07
	M1D1	18282.58	600	975	3075	2125	11507.58
	M1D2	20543.80	750	975	3075	2125	13618.80
	M1D3	21899.56	900	975	3075	2125	14824.56
	M2D1	18405.56	600	1125	3075	2125	11480.56
	M2D2	21122.79	750	1125	3075	2125	14047.79
	M2D3	22823.29	900	1125	3075	2125	15598.29
2017	M0D1	16864.16	600	0	3075	1900	11289.16
	M0D2	19398.50	750	0	3075	1900	13673.50
	M0D3	20121.71	900	0	3075	1900	14246.71
	M1D1	17639.44	600	975	3075	2125	10864.44
	M1D2	19590.83	750	975	3075	2125	12665.83
	M1D3	21471.76	900	975	3075	2125	14396.76
	M2D1	18160.22	600	1125	3075	2125	11235.22
	M2D2	21281.13	750	1125	3075	2125	14206.13
	M2D3	22087.25	900	1125	3075	2125	14862.25
2018	M0D1	15533.34	600	0	3075	1900	9958.34
	M0D2	17652.53	750	0	3075	1900	11927.53
	M0D3	18407.74	900	0	3075	1900	12532.74
	M1D1	16554.95	600	975	3075	2125	9779.95
	M1D2	18400.15	750	975	3075	2125	11475.15
	M1D3	19690.23	900	975	3075	2125	12615.23
	M2D1	17236.78	600	1125	3075	2125	10311.78
	M2D2	19362.88	750	1125	3075	2125	12287.88
	M2D3	21024.46	900	1125	3075	2125	13799.46

所有价格均根据当地市场价格确定 All prices are based on the local market

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3 讨论

3.1 不同颜色地膜和种植密度对土壤温度的影响

春季低温冷害是东北雨养区作物生产的一个重要限制因素^[4]。RAMAKRISHNA等^[22]研究认为,覆盖地膜可以提高土壤温度,促进作物生长,是一种增产增收的重要农艺措施。在本研究中,与裸地处理相比,覆膜处理显著提高了玉米苗期、拔节期以及成熟期的土壤耕层积温,且在玉米出苗—拔节期,透明地膜覆盖土壤耕层积温显著高于黑色地膜,这一结果与张琴^[23]的研究结果一致。这一发现是因为在生长前期玉米植株冠层覆盖度小,地面能直接接收太阳辐射,而且与黑色地膜相比,透明地膜可以透过阳光,吸收更多的太阳辐射^[17,24],从而使得透明地膜处理的土壤耕层积温显著高于黑色地膜处理。而在玉米生育中期,植株枝叶茂盛,强大的冠层结构阻碍了地面直接接受阳光的辐射,从而使得地膜的增温效果不明显。到了成熟收获期,植株叶片逐渐枯黄凋萎,群体透光度增加,覆膜增温效果显著。研究还发现,种植密度对土壤耕层积温有显著影响,从玉米拔节期开始,土壤耕层积温随着种植密度的增加而降低。这是因为对种植密度而言,地面遮荫度是影响土壤温度的主要因素,在苗期,植株相对矮小,各密度处理间地面遮荫相差不大;到拔节期以后,高密度处理形成较大的冠层结构,致使地面遮荫度上升,从而土壤温度下降。

3.2 不同颜色地膜和种植密度对玉米耗水的影响

在雨养旱作地区,地膜覆盖能够降低土壤表面蒸发,改善土壤水分状况,有效提高玉米生育期土壤蓄水保水能力^[25,26]。本研究发现,覆膜处理的玉米耗水量显著低于裸地处理。这是因为地膜覆盖阻断了土壤水分的垂直蒸发和乱流,迫使膜下水分横向迁移,增大了水分蒸发的阻力,从而达到了蓄水保墒的目的^[27]。本研究中,玉米拔节期的耗水量在不同降水年型间表现存在差异,这一发现是因为覆膜的增温保墒效果在促进玉米生长的同时,加强了植株蒸腾作用,在2017年降雨量较少的情况下,作物耗水以蒸腾为主,从而导致耗水量高于裸地处理;而2018年降水较为充足时,土壤蒸发明显,覆膜的保水效果使其耗水量低于裸地处理。在玉米出苗—拔节期,透明地膜较强的增温效果使其玉米生长速度快于黑色地膜处理,剧烈的蒸腾作用使得透明地膜处理耗水量始终高于黑色地膜处理。张琳琳等^[2]研究认为,在玉米拔节—抽穗期,黑色地膜处理玉米生长会逐渐超过透明地膜处理,从而获得最大的干物质积累,这也解释了黑色地膜覆盖处理在抽穗期耗水量最大的原因。在生育后期,覆膜种植的玉米提前衰老,使得此时玉米耗水量低于裸地处理,这与王罕博等^[28]的研究结果一致。本研究发现,无论在枯水年还是平水年,玉米全生育期耗水量均随种植密度的增加而增加,该结果与张冬梅等^[29]的研究结果不同,这可能与玉米的品种和种植密度的设定范围有关。刘战东等^[30]研究认为,增加种植密度后作物耗水量的增加主要是由出苗—拔节期耗水量的增加所致,本研究得出相同的结论。这主要与该时期土壤水分供应充足,群体内植株间尚未形成水分的竞争有关。在成熟期,玉米植株蒸腾作用变小,同时高密度处理的植株覆盖和遮荫效果,减少了表层土壤水分的蒸发,从而使得耗水量随着种植密度的增加而下降。

3.3 不同颜色地膜和种植密度对玉米产量和水分利用效率的影响

地膜和种植密度是影响玉米产量和水分利用效率的重要因素^[8,13]。张琴^[23]研究发现,黑色地膜覆盖玉米产量和水分利用效率较透明地膜分别高5.99%和4.76%,较裸地分别高25.60%和34.24%。本研究也表明黑色地膜覆盖提高玉米产量和水分利用效率的效果优于透明地膜。主要是因为覆膜处理下玉米出苗—拔节期较高的土壤温度可为种子发芽出苗创造良好的环境,一定程度上增加出苗率并防止春季低温冷害对幼苗的影响,然而透明地膜覆盖过高的土壤温度往往容易造成玉米生长过快,使得玉米体内营养出现逆差,生育期缩短,导致植株早衰而降低产量。黑色地膜覆盖较透明地膜覆盖能够降低土壤温度,延缓玉米根系和植株的衰老,使得玉米生殖生长时间延长,进一步促进玉米籽粒灌浆期光合物质的生产,从而提高了玉米百粒重和产量^[18]。并且,黑色地膜覆盖和透明地膜覆盖具有同样的保水保墒效果,并增加了玉米需水关键期耗水量,防止了高温和干旱对玉米生长的影响,从而获得最高的产量和水分利用效率。ANTONIETTA等^[31]研究发现,玉米产量和水分利用效率随种植密度的增加而增加,本研究得出类似的结论。这是因为适当增加种植密度,能够形成更为强大的冠层结构,从而可以截获更多的光合有效辐射,进而增加玉米产量^[5],高密度种植增加了作物耗水量并降低了蒸发与蒸腾的比例,实现作物水分的高效利用。然而REN等^[10]研究认为随着植物密度的增加,玉米产量和水分利用效率呈先上升后下降的趋势。原因是高密度种植加剧了根系对养分、水分的竞争,减少了土壤水分储存,密度过大会导致玉米产量下降^[2]。

在东北雨养地区,降水年际变异和季节分布差异大,生育期降水量对不同处理玉米产量和水分利用效率有很大影响^[32]。3年研究中,2016年（丰水年）,降水较为充足,较高的土壤蓄水使得玉米产量最高。2017年（枯水年）降水量最少,但降水分布比较均匀,未对玉米生长造成较大水分胁迫,因此未造成玉米较大减产。而在2018年（平水年）,降水量虽然高于2017年,但玉米产量却比2017年降低6.8%—9.3%,主要原因有两个方面：一是2017年干旱导致2018年土壤底墒较差;二是在灌浆期出现高温无雨极端天气,对玉米灌浆过程造成影响,致使玉米减产。

此外,需要指出的是,农用地膜新国标（GB13735—2017）于2017年10月14日发布,2018年5月1日正式实施,替换原国家标准GB13735—1992。新标规定,地膜厚度不得小于0.010 mm。本试验开始于2016年,采用当时的国家标准,地膜厚度为0.008 mm,为保证试验连续性,2017和2018年也采用此标准。

4 结论

在东北雨养区,黑色地膜和透明地膜覆盖均能提高土壤耕层积温,且透明地膜增温效果优于黑色地膜;从全生育期耗水量来看,黑色地膜和透明地膜覆盖处理均显著低于裸地处理,2种覆膜处理间无显著差异,同样具有较好的保水保墒效果;与透明地膜相比,黑色地膜覆盖较好地提供适宜各生育期玉米生长的土壤温度,从而获得最高的产量和水分利用效率,提高了经济效益。本研究中,种植密度的增加使得玉米拔节期以后的土壤耕层积温下降;玉米产量、全生育期耗水量、水分利用效率与种植密度同步增加,高密度处理获得最高的经济效益。综合研究表明,黑色地膜覆盖结合高密度（90 000株/hm²）栽培模式,可以更好地改善土壤水热状况,提高玉米产量和水分利用效率,具有蓄雨保水增产和提高经济效益的效果,是适宜雨养旱作地区春玉米高产栽培的模式。

参考文献 View Option 原文顺序
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[1] 李少昆, 赵久然, 董树亭, 赵明, 李潮海, 崔彦宏, 刘永红, 高聚林, 薛吉全, 王立春, 王璞, 陆卫平, 王俊河, 杨祁峰, 王子明 . 中国玉米栽培研究进展与展望
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DOI:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.11.001Magsci [本文引用: 1]
玉米是全球也是中国第一大作物,在保障国家粮食安全中占有重要地位。当前,面对经济社会的快速发展和人增地减、资源紧缺、生态环境恶化等一系列突出问题,玉米栽培学科正面临着严峻挑战和新的历史发展机遇,在此重要历史关头,回顾中国玉米栽培研究历程和科技进展,探索未来发展方向具有重要的意义。分析表明,经过60年不懈努力,玉米栽培研究的目标已由产量为主向高产、优质、高效、生态、安全等多目标协同发展,研究内容不断拓宽与深入,形成了具有显著中国特色的玉米栽培科学与技术体系。进入21世纪以来,玉米栽培研究进入黄金发展期,在栽培理论、关键技术创新与应用方面取得一系列重要突破,在保障国家粮食安全中发挥了重要的作用。围绕未来玉米生产对科技的需求,依据现代科技的发展趋势,笔者认为高产、优质、高效、生态、安全仍将是未来玉米栽培研究的主要目标,并提出今后20年重点研究的方向与任务：一是继续探索不同生态区玉米产量潜力及突破技术途径,努力提高单产水平；二是转变生产方式,围绕籽粒生产效率,以提高资源利用效率和劳动生产效率为目标,降低生产成本,提高商品质量,增强玉米市场竞争力；适度发展青贮玉米和鲜食玉米等,促进玉米生产向多元化方向发展；三是应对全球气候变化,开展抗逆、减灾、稳产理论和技术研究,实施保护性耕作,实现玉米可持续生产；四是依托现代信息技术,开展智能化栽培技术研究,实现玉米精准生产与管理；五是强化栽培学科基础研究,玉米设计栽培,夯实玉米科技研究和生产发展基础。
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利用GISS、GFDL和UKMO 3种国际上通用的平衡大气环流模型(GCM)的有关输出值, 结合东北3大农业生态区19个样点近40年(1961—2000)的逐日气候资料(Baseline)以及未来气候变率变化(ΔCV)的3种假设, 并利用天气发生器(WGEN), 生成每个样点9种兼顾气候及其变率变化的(CC+ΔCV)情景; 选用DSSAT中的SOYGRO、CERES-Maize、CERES-Wheat和CERES-Rice作为效应模型, 并利用各样点的Baseline, 同期大豆、玉米、小麦和水稻的产量统计资料以及典型土壤资料, 对上述模型进行参数调试、可靠性检验和灵敏度分析; 将各效应模型分别在CC+ΔCV情景及Baseline下运行, 通过比较模拟结果, 就CO2有效倍增时气候及其变率变化对不同生态区粮食作物的影响做出定量评价。结果表明, 4种效应模型在研究区域均有较好的适应性, 其作为气候变化影响评价工具具有合理性; 气候变暖对东北大豆和水稻生产总体上有利, 尤其是在北部高寒区与东部湿润区, 模拟产量均明显提高, 但CC对玉米和小麦生产的影响以负面为主, 特别是玉米在各生态区不同情景下均表现为剧烈减产; 随着ΔCV增大, 雨育大豆、玉米和春小麦不仅模拟产量下降, 而且稳产性变差, 但对灌溉水稻影响不大。
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为了探讨北方农牧交错带不同保墒措施下旱地玉米的土壤水分特征及其对产量的影响，以甘农118为试验材料，监测了单膜（SFP）、双膜（DFP）、柠条秸秆沟埋（CPDP）和裸地（CK）4种不同处理下0～100 cm土壤水分季节变化、垂直变化及年际变化，测定了玉米产量和水分利用效率。结果表明：SFP和DFP处理明显改善0～40 cm土层土壤体积含水率，较CK处理保墒效果提高35.65%～47.91%，但随着玉米生育期的推进，由于玉米生长耗水和土壤蒸发作用，建植后土壤体积含水率均接近或低于萎蔫系数（7.20%）。连续2 a种植玉米4种处理土壤贮水量均有不同程度的减少，CPDP和CK处理土壤贮水量分别减少了68.42和68.07 mm，其次为SFP（53.49 mm），DFP减少最小（48.98 mm），说明研究区内玉米生长需要消耗大量土壤水分。SFP和DFP能够增加玉米对降雨和土壤水的利用，不同年份产量水分利用效率较CK处理分别提高12.55%～35.71%和25.11%～54.70%。SFP和DFP耗水量、产量和水分利用效率均无显著差异（P＞0.05），因此建议在研究区种植玉米时可以采取SFP措施，而CPDP耗水量较高、产量和水分利用效率相对较低，不宜采取此种保墒措施。
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Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2015,31(2):108-116. (in Chinese)
Magsci [本文引用: 2]
为了探讨北方农牧交错带不同保墒措施下旱地玉米的土壤水分特征及其对产量的影响，以甘农118为试验材料，监测了单膜（SFP）、双膜（DFP）、柠条秸秆沟埋（CPDP）和裸地（CK）4种不同处理下0～100 cm土壤水分季节变化、垂直变化及年际变化，测定了玉米产量和水分利用效率。结果表明：SFP和DFP处理明显改善0～40 cm土层土壤体积含水率，较CK处理保墒效果提高35.65%～47.91%，但随着玉米生育期的推进，由于玉米生长耗水和土壤蒸发作用，建植后土壤体积含水率均接近或低于萎蔫系数（7.20%）。连续2 a种植玉米4种处理土壤贮水量均有不同程度的减少，CPDP和CK处理土壤贮水量分别减少了68.42和68.07 mm，其次为SFP（53.49 mm），DFP减少最小（48.98 mm），说明研究区内玉米生长需要消耗大量土壤水分。SFP和DFP能够增加玉米对降雨和土壤水的利用，不同年份产量水分利用效率较CK处理分别提高12.55%～35.71%和25.11%～54.70%。SFP和DFP耗水量、产量和水分利用效率均无显著差异（P＞0.05），因此建议在研究区种植玉米时可以采取SFP措施，而CPDP耗水量较高、产量和水分利用效率相对较低，不宜采取此种保墒措施。

[5] 宋振伟, 郭金瑞, 邓艾兴, 寇太记, 任军, 张卫建 . 耕作方式对东北春玉米农田土壤水热特征的影响
农业工程学报, 2012,28(16):108-114.
Magsci [本文引用: 2]
针对东北春玉米农田春季低温冷害和季节性干旱发生频率高的问题，于2009年－2010年设置3种耕作处理，即传统垄作（LL）、平作播种中耕起垄（PL）和全生育期平作（PP），研究大田条件下耕作方式对土壤水分、土壤温度和玉米产量的影响。2 a试验结果表明，耕作方式对0～40 cm土层储水量有显著影响，其中PL和PP处理播种时的初始储水量比LL处理高8.7和6.0 mm，而苗期则分别高4.1和3.4 mm；玉米生育中后期PL和LL处理储水量则呈高于PP处理的趋势。3种耕作方式下土壤温度的差异以苗期为主，即5 cm土层的平均温度PL和PP处理显著低于LL处理，但最低温度则以PL和PP处理显著高于LL处理，分别高1.6和1.2℃。总体来看，PL处理不仅可提高玉米苗期土壤的最低温度和耕层土壤储水量，而且可增加中后期土壤积蓄雨水量，促进作物生长发育，因而籽粒产量比LL和PP处理分别高7.6%和6.4%。
SONG Z W, GUO J R, DENG A X, KOU T J, REN J, ZHANG W J . Effects of surface tillage regimes on soil moisture and temperature of spring corn farmland in Northeast China
Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2012,28(16):108-114. (in Chinese)
Magsci [本文引用: 2]
针对东北春玉米农田春季低温冷害和季节性干旱发生频率高的问题，于2009年－2010年设置3种耕作处理，即传统垄作（LL）、平作播种中耕起垄（PL）和全生育期平作（PP），研究大田条件下耕作方式对土壤水分、土壤温度和玉米产量的影响。2 a试验结果表明，耕作方式对0～40 cm土层储水量有显著影响，其中PL和PP处理播种时的初始储水量比LL处理高8.7和6.0 mm，而苗期则分别高4.1和3.4 mm；玉米生育中后期PL和LL处理储水量则呈高于PP处理的趋势。3种耕作方式下土壤温度的差异以苗期为主，即5 cm土层的平均温度PL和PP处理显著低于LL处理，但最低温度则以PL和PP处理显著高于LL处理，分别高1.6和1.2℃。总体来看，PL处理不仅可提高玉米苗期土壤的最低温度和耕层土壤储水量，而且可增加中后期土壤积蓄雨水量，促进作物生长发育，因而籽粒产量比LL和PP处理分别高7.6%和6.4%。

[6] 徐宗贵, 孙磊, 王浩, 王淑兰, 王小利, 李军 . 种植密度对旱地不同株型春玉米品种光合特性与产量的影响
中国农业科学, 2017,50(13):2463-2475.
DOI:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.13.006Magsci [本文引用: 1]
【目的】研究种植密度对渭北旱塬不同株型春玉米品种光合特性与产量差异的影响,旨在揭示旱地不同株型玉米品种对种植密度的响应规律,确定与降水资源相适应的适宜种植密度。【方法】于2015&mdash;2016年以豫玉22、郑单958和先玉335为供试品种,设置D1（5.25万株/hm²）、D2（6.75万株/hm²）、D3（8.25万株/hm²）和D4（9.75万株/hm²）4个种植密度处理,研究玉米各生育时期光合特性、叶面积指数（LAI）、干物质量和产量相关性状的变化规律。【结果】（1）随着种植密度增加,光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）均降低,而LAI增加,密度每增加1万株/hm²,Pn降低1.32 &mu;mol CO₂&middot;m^-2&middot;s^-1,Tr降低0.297 mmol&middot;m^-2&middot;s^-1,LAI增加0.181。（2）有效穗数随种植密度增加而显著增加,但穗粒数和千粒重显著降低（<em>P</em>&lt;0.05）,密度每增加1万株/hm²,穗粒数平均减少45粒,千粒重平均减小12 g。3个品种籽粒产量均以D2密度最高,2015年豫玉22、郑单958、先玉335产量分别为10.52、9.59、9.14 t&middot;hm^-2,2016年分别为11.37、9.73、9.77 t&middot;hm^-2。密度从5.25万株/hm2增加到6.75万株/hm2,两年内平均籽粒产量分别提高了21.9%、19.5%和7.5%；密度从6.75万株/hm²增加加到9.75万株/hm²,籽粒产量分别降低了19.8%、15.4%和7.7%。（3）春玉米基部茎粗、穗长随种植密度增加而逐渐减小。密度每增加1万株/hm2,穗长平均降低0.86 cm,基部茎粗平均减小0.09 cm,豫玉22和郑单958倒伏率随之增高,但先玉335各密度下均未出现倒伏。（4）收获指数在两年间差异较大,平均表现为2015年高于2016年,品种间表现为先玉335&gt;郑单958&gt;豫玉22。水分利用效率和光能利用率均随着种植密度增加而先增大后降低。【结论】渭北旱塬旱地豫玉22、郑单958和先玉335最适种植密度分别为7.25、7.40、7.32万株/hm²,其中豫玉22稳产性和丰产性较高,不同类型玉米品种最适种植密度范围为7.26&mdash;7.40万株/hm²,稀植型品种宜采用较低密度,密植型品种宜采用较高密度。
XU Z G, SUN L, WANG H, WANG S L, WANG X L, LI J . Effects of different planting densities on photosynthetic characteristics and yield of different variety types of spring maize on dryland
Scientia Agricultura Sinica, 2017,50(13):2463-2475. (in Chinese)
DOI:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.13.006Magsci [本文引用: 1]
【目的】研究种植密度对渭北旱塬不同株型春玉米品种光合特性与产量差异的影响,旨在揭示旱地不同株型玉米品种对种植密度的响应规律,确定与降水资源相适应的适宜种植密度。【方法】于2015&mdash;2016年以豫玉22、郑单958和先玉335为供试品种,设置D1（5.25万株/hm²）、D2（6.75万株/hm²）、D3（8.25万株/hm²）和D4（9.75万株/hm²）4个种植密度处理,研究玉米各生育时期光合特性、叶面积指数（LAI）、干物质量和产量相关性状的变化规律。【结果】（1）随着种植密度增加,光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）均降低,而LAI增加,密度每增加1万株/hm²,Pn降低1.32 &mu;mol CO₂&middot;m^-2&middot;s^-1,Tr降低0.297 mmol&middot;m^-2&middot;s^-1,LAI增加0.181。（2）有效穗数随种植密度增加而显著增加,但穗粒数和千粒重显著降低（<em>P</em>&lt;0.05）,密度每增加1万株/hm²,穗粒数平均减少45粒,千粒重平均减小12 g。3个品种籽粒产量均以D2密度最高,2015年豫玉22、郑单958、先玉335产量分别为10.52、9.59、9.14 t&middot;hm^-2,2016年分别为11.37、9.73、9.77 t&middot;hm^-2。密度从5.25万株/hm2增加到6.75万株/hm2,两年内平均籽粒产量分别提高了21.9%、19.5%和7.5%；密度从6.75万株/hm²增加加到9.75万株/hm²,籽粒产量分别降低了19.8%、15.4%和7.7%。（3）春玉米基部茎粗、穗长随种植密度增加而逐渐减小。密度每增加1万株/hm2,穗长平均降低0.86 cm,基部茎粗平均减小0.09 cm,豫玉22和郑单958倒伏率随之增高,但先玉335各密度下均未出现倒伏。（4）收获指数在两年间差异较大,平均表现为2015年高于2016年,品种间表现为先玉335&gt;郑单958&gt;豫玉22。水分利用效率和光能利用率均随着种植密度增加而先增大后降低。【结论】渭北旱塬旱地豫玉22、郑单958和先玉335最适种植密度分别为7.25、7.40、7.32万株/hm²,其中豫玉22稳产性和丰产性较高,不同类型玉米品种最适种植密度范围为7.26&mdash;7.40万株/hm²,稀植型品种宜采用较低密度,密植型品种宜采用较高密度。

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农业工程学报, 2010,26(6):14-19.
Magsci [本文引用: 2]
为了提高旱作农区降雨利用效率，并解决地膜覆盖造成的环境污染问题，在渭北旱塬进行了普通地膜、生物降解膜和液态膜玉米集雨种植栽培试验。结果表明：普通地膜和生物降解膜覆盖处理在玉米不同生育阶段较对照0～60 cm土层土壤贮水量均有所提高，与液态膜及不覆盖处理（CK）相比呈显著性差异（p＜0.05）；不同材料覆盖处理的土壤水分空间变化规律相同，普通地膜和生物降解膜覆盖处理可有效提高土壤含水率，并能增强0～200 cm土层土壤含水率的稳定性；普通地膜和生物降解膜处理的玉米籽粒产量比对照（CK）分别提高了19.96%和19.67%，水分利用效率分别比对照提高32.08%和31.81%，均与对照（CK）呈显著性差异，液态膜处理的籽粒产量及水分利用效率与对照无显著性差异。可见，生物降解膜与普通地膜在土壤保水及对玉米产量的影响方面均具有显著效果，且相互间没有明显差异，生物降解膜可以替代普通地膜应用于农业生产。
ZHANG J, REN X L, LUO S F, HAI J B, JIA Z K . Influences of different covering materials mulching on soil moisture and corn yield
Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2010,26(6):14-19. (in Chinese)
Magsci [本文引用: 2]
为了提高旱作农区降雨利用效率，并解决地膜覆盖造成的环境污染问题，在渭北旱塬进行了普通地膜、生物降解膜和液态膜玉米集雨种植栽培试验。结果表明：普通地膜和生物降解膜覆盖处理在玉米不同生育阶段较对照0～60 cm土层土壤贮水量均有所提高，与液态膜及不覆盖处理（CK）相比呈显著性差异（p＜0.05）；不同材料覆盖处理的土壤水分空间变化规律相同，普通地膜和生物降解膜覆盖处理可有效提高土壤含水率，并能增强0～200 cm土层土壤含水率的稳定性；普通地膜和生物降解膜处理的玉米籽粒产量比对照（CK）分别提高了19.96%和19.67%，水分利用效率分别比对照提高32.08%和31.81%，均与对照（CK）呈显著性差异，液态膜处理的籽粒产量及水分利用效率与对照无显著性差异。可见，生物降解膜与普通地膜在土壤保水及对玉米产量的影响方面均具有显著效果，且相互间没有明显差异，生物降解膜可以替代普通地膜应用于农业生产。

[14] WU Y, HUANG F Y, JIA Z K, REN X L, CAI T . Response of soil water, temperature, and maize (Zea may L.) production to different plastic film mulching patterns in semi-arid areas of northwest China
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[18] 路海东, 薛吉全, 郝引川, 高杰 . 黑色地膜覆盖对旱地玉米土壤环境和植株生长的影响
生态学报, 2016,36(7):1997-2004.
DOI:10.5846/stxb201409301936Magsci [本文引用: 2]
针对渭北旱塬地区使用普通白色地膜导致玉米生长出现的早衰、减产等问题,2012-2013年开展了黑色地膜覆盖、白色地膜覆盖和裸地玉米栽培试验,系统分析了黑色地膜对土壤温度、水分和玉米生长的影响。结果表明,黑色地膜与白色地膜的土壤保水效果相同,均使0-120cm土壤水分含量显著(<i>P</i>< 0.05)高于裸地对照。与白色地膜覆盖相比,黑色地膜覆盖能够有效降低0-15 cm土壤白天温度,可以使白天0-15cm土壤日地温平均降低0.8℃。黑色地膜覆盖后,玉米的籽粒灌浆期延长,吐丝后单株干物质积累量快速增加。玉米生殖生长期较裸地栽培延长2-3 d,成熟期单株干物质积累量增加18.11%;较普通白色地膜覆盖玉米生殖生长期延长2 d,成熟期单株干物质积累量提高7.31%。黑色地膜覆盖玉米产量和水分利用效率显著提高(<i>P</i>< 0.05),较白色地膜分别提高10.36%和10.40%,较裸地对照分别提高22.11%和25.28%。在旱地春玉米区,用黑色地膜代替普通白色地膜,对促进玉米增产具有一定的可行性。
LU H D, XUE J Q, HAO Y C, GAO J . Effects of black film mulching on soil environment and maize growth in dry land
Acta Ecologica Sinica, 2016,36(7):1997-2004. (in Chinese)
DOI:10.5846/stxb201409301936Magsci [本文引用: 2]
针对渭北旱塬地区使用普通白色地膜导致玉米生长出现的早衰、减产等问题,2012-2013年开展了黑色地膜覆盖、白色地膜覆盖和裸地玉米栽培试验,系统分析了黑色地膜对土壤温度、水分和玉米生长的影响。结果表明,黑色地膜与白色地膜的土壤保水效果相同,均使0-120cm土壤水分含量显著(<i>P</i>< 0.05)高于裸地对照。与白色地膜覆盖相比,黑色地膜覆盖能够有效降低0-15 cm土壤白天温度,可以使白天0-15cm土壤日地温平均降低0.8℃。黑色地膜覆盖后,玉米的籽粒灌浆期延长,吐丝后单株干物质积累量快速增加。玉米生殖生长期较裸地栽培延长2-3 d,成熟期单株干物质积累量增加18.11%;较普通白色地膜覆盖玉米生殖生长期延长2 d,成熟期单株干物质积累量提高7.31%。黑色地膜覆盖玉米产量和水分利用效率显著提高(<i>P</i>< 0.05),较白色地膜分别提高10.36%和10.40%,较裸地对照分别提高22.11%和25.28%。在旱地春玉米区,用黑色地膜代替普通白色地膜,对促进玉米增产具有一定的可行性。

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农业工程学报, 2012,28(22):88-94.
Magsci [本文引用: 1]
利用土壤水分传感器、微型蒸渗仪与涡度相关系统，连续监测覆膜和露地春玉米田土壤水分、蒸发和农田蒸散，分析春玉米田蒸散与土壤蒸发变化规律，探讨了覆膜玉米高产节水增效的机理。结果表明：与露地相比，覆膜的表层土壤温度和体积含水率分别提高4.9%和19.5%。覆膜、露地处理玉米出苗率分别为99.0%和80.0%，其差异为显著水平，覆膜提早春玉米各生育阶段平均为7 d，全生育期缩短11 d。生育前期、中期，覆膜的叶面积指数、株高和地上、地下干物质均显著高于露地的，播种一个月后差异最大，分别高110.2%、13.5%、42.9%和12.7%。玉米拔节期前（6月前）和8月后至玉米成熟，覆膜的农田蒸散量分别比露地的低6.8%和0.4%，但6－8月覆膜的比露地的高5.1%。全生育期覆膜的农田蒸散量为376.2 mm，降低了6.0%，且土壤蒸发降低了57.7%。最终单株平均果穗质量、生物量差异不显著。但是，由于覆膜显著提高了出苗率从而增加了单位面积生物产量和经济产量，增幅分别为23.7%和15.3%。同时，覆膜作物水分利用效率提高了22.6%，达到31.3 kg/(hm2·mm)。可见，覆膜能显著降低土壤蒸发和农田总蒸散量；保水增温促出苗，提前玉米各生育期；生育中期日蒸散量和干物质积累速率较高；最终显著提高单位面积生物产量和经济产量以及作物水分利用效率。
WANG H B, GONG D Z, MEI X R, HAO W P . Dynamics comparison of rain-fed spring maize growth and evapotranspiration in plastic mulching and un-mulching fields
Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2012,28(22):88-94. (in Chinese)
Magsci [本文引用: 1]
利用土壤水分传感器、微型蒸渗仪与涡度相关系统，连续监测覆膜和露地春玉米田土壤水分、蒸发和农田蒸散，分析春玉米田蒸散与土壤蒸发变化规律，探讨了覆膜玉米高产节水增效的机理。结果表明：与露地相比，覆膜的表层土壤温度和体积含水率分别提高4.9%和19.5%。覆膜、露地处理玉米出苗率分别为99.0%和80.0%，其差异为显著水平，覆膜提早春玉米各生育阶段平均为7 d，全生育期缩短11 d。生育前期、中期，覆膜的叶面积指数、株高和地上、地下干物质均显著高于露地的，播种一个月后差异最大，分别高110.2%、13.5%、42.9%和12.7%。玉米拔节期前（6月前）和8月后至玉米成熟，覆膜的农田蒸散量分别比露地的低6.8%和0.4%，但6－8月覆膜的比露地的高5.1%。全生育期覆膜的农田蒸散量为376.2 mm，降低了6.0%，且土壤蒸发降低了57.7%。最终单株平均果穗质量、生物量差异不显著。但是，由于覆膜显著提高了出苗率从而增加了单位面积生物产量和经济产量，增幅分别为23.7%和15.3%。同时，覆膜作物水分利用效率提高了22.6%，达到31.3 kg/(hm2·mm)。可见，覆膜能显著降低土壤蒸发和农田总蒸散量；保水增温促出苗，提前玉米各生育期；生育中期日蒸散量和干物质积累速率较高；最终显著提高单位面积生物产量和经济产量以及作物水分利用效率。

[29] 张冬梅, 张伟, 陈琼, 黄学芳, 姜春霞, 韩彦龙, 刘恩科, 池宝亮 . 种植密度对旱地玉米植株性状及耗水特性的影响
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[30] 刘战东, 肖俊夫, 于景春, 刘祖贵, 南纪琴 . 春玉米品种和种植密度对植株性状和耗水特性的影响
农业工程学报, 2012,28(11):125-131.
Magsci [本文引用: 1]
品种和种植密度是辽西地区春玉米节水高产栽培的参考依据。以稀植型品种丹玉12（DY12）和密植型品种中地77（ZD77）为试验材料，各设4个种植密度处理，研究了种植密度对玉米植株性状、耗水量、产量性状、水分利用效率（WUE）的影响，同时比较两类型品种之间的差异。结果表明：随着种植密度增加，两品种茎粗、单株叶面积均逐渐降低，株高、群体叶面积指数（Leaf area index, LAI）逐渐增加，DY12茎粗和ZD77株高差异分别达到显著水平（P<0.05）；同一种植密度条件下，DY12的茎粗、株高均大于ZD77，而ZD77的LAI大于DY12表现出较强的耐密性。玉米全生育期耗水量随种植密度的增加而增加，同一种植密度条件下，ZD77小于DY12。产量随着种植密度的增加先增加后减少。除穗粗、穗行数及百粒质量外，种植密度对DY12其余产量性状的影响达到显著水平（P<0.05）；而种植密度对ZD77各产量性状的影响均不显著。在WUE方面，DY12随种植密度的增加先增大后减小，当种植密度为45?000株/hm2时，WUE达到最大值（2.48 kg/m3）；ZD77则随种植密度的增加而减少。该地区生产上应选择密植型春玉米品种进行合理密植，可以达到明显的节水增产效果。
LIU Z D, XIAO J F, YU J C, LIU Z G, NAN J Q . Effects of varieties and planting density on plant traits and water consumption characteristics of spring maize
Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2012,28(11):125-131. (in Chinese)
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品种和种植密度是辽西地区春玉米节水高产栽培的参考依据。以稀植型品种丹玉12（DY12）和密植型品种中地77（ZD77）为试验材料，各设4个种植密度处理，研究了种植密度对玉米植株性状、耗水量、产量性状、水分利用效率（WUE）的影响，同时比较两类型品种之间的差异。结果表明：随着种植密度增加，两品种茎粗、单株叶面积均逐渐降低，株高、群体叶面积指数（Leaf area index, LAI）逐渐增加，DY12茎粗和ZD77株高差异分别达到显著水平（P<0.05）；同一种植密度条件下，DY12的茎粗、株高均大于ZD77，而ZD77的LAI大于DY12表现出较强的耐密性。玉米全生育期耗水量随种植密度的增加而增加，同一种植密度条件下，ZD77小于DY12。产量随着种植密度的增加先增加后减少。除穗粗、穗行数及百粒质量外，种植密度对DY12其余产量性状的影响达到显著水平（P<0.05）；而种植密度对ZD77各产量性状的影响均不显著。在WUE方面，DY12随种植密度的增加先增大后减小，当种植密度为45?000株/hm2时，WUE达到最大值（2.48 kg/m3）；ZD77则随种植密度的增加而减少。该地区生产上应选择密植型春玉米品种进行合理密植，可以达到明显的节水增产效果。

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