东北雨养区玉米种植密度对土壤棵间蒸发的影响.doc

东北雨养区玉米种植密度对土壤棵间蒸发的影响 孙仕军1迟道才1闫瀛1刘彦平1王铁良1尹光华2 中国科学院沈阳应用生态研究所0 引言 玉米种植密度是影响其产量的关键因素。国内外学者对玉米种植密度的研究由来已久，如，种植密度与耗水量之间的关系，种植密度对叶面积、光合作用的影响等。植物种群密度增加通常可以提高产量，直到达到一个每单位面积最优的种植密度（Lang et al., 1956; Holt and Timmons, 1968）。胡柯等[2]（2007）和孙锐等[3]（2008）指出：玉米单株的叶面积呈现出下降趋势；而群体的叶面积、叶面积系数呈现出增高趋势。而玉米产量随种植密度的增加呈现出向下抛物线趋势，即增加一段后出现下降趋势。陈传永等[4]（2010）和胡萌等[5]（2010）研究认为种植密度对玉米的光合特性有一定影响。有关玉米种植密度的研究报道很多, 大多是关于密度与产量及其产量构成因素的关系[1]。但对作物种植密度与土壤棵间蒸发的关系研究较少。在一定耕作条件下,作物应当有最为合理的种植密度，使得产量较高的前提下无效耗水最少。本研究采用微型蒸发器对雨养农业区不同种植密度条件下玉米土壤棵间蒸发进行测定，利用FAO推荐的模型对本地区的作物需水量进行计算,旨在为合理安排玉米种植密度，减少土壤棵间蒸发量，减少无效耗水提供依据。 收稿日期：2011-09-22 基金项目：辽宁省教育厅高校科研项目（2009A630）；辽宁省节水农业重点实验室基金项目(05KJT21002)。 作者简介：孙仕军(1969-)，男，博士，副教授。主要从事水资源开发利用和农业节水方面研究。E-mail: sunshijun2000@yeah.net 1 材料与方法 1.1 试验地概况 本试验2010年5月在沈阳农业大学水利学院试验基地完成。位于北纬41°44′，东经123°27′，海拔44.7，土质为棕壤土，耕作层平均土壤容重为1.55g/cm3，田间持水率为2%（质量含水率）。试验期平均地下水埋深为5m。试验场内设有自动气象观测系统，自动观测太阳辐射强度、空气温度与湿度、风速等相关气象。表1 玉米种植密度设计2964 3335 3706 4076 4447 1.3 观测项目及方法 1.3.1 土壤含水率的测定 本研究采用TDR测0~80cm深土层的土壤含水率；分别取0~10cm，10~20cm，20~30cm，30~40cm，40~60cm，60~80cm的土层，每个小区取3次重复。用烘干法和时域反射仪（TDR）同时进行。采集土样后，将留下的空洞，用细土回填密实，并与下次采集时与此点距离控制在50cm至100cm之间。TDR观测在预先布置好的观测点处定期。每天测一次，雨前雨后加测。.3.2 土壤棵间蒸发（E）的观测 ，。套筒材料为1mm厚镀锌铁皮，内筒内径为10cm，相应的外筒内径为12cm， （1） 其中，为玉米种植密度，ai是测得的玉米叶长，bi是叶宽。 气象资料：由试验场内的自动气象监测系统提供。包括风向、风速（S）、空气温度（T）、空气湿度（W）、日照（）和净辐射（Rn）； 本文采用参考作物法计算作物需水量，这种方法计算某一作物各生育阶段需水量的表达式： 式中：ET为实际作物蒸发蒸腾量，即作物需水量；c为作物系数，反映不同作物的区别分段单值平均法；ET0为参考作物需水量，反映气候条件对作物需水量的影响1992年FAO专家咨询会议推荐使用的Penman-Monteith公式。 图1 出苗拔节期不同种植密度下棵间蒸发的变化曲线 图2 拔节抽穗期不同种植密度下棵间蒸发的变化曲线 图 3 抽穗灌浆期不同种植密度下棵间蒸发的变化曲线 图4 灌浆成熟后期不同种植密度下棵间蒸发的变化曲线 图2、图3、图4是玉米从拔节至成熟不同生育期的蒸发量的变化。随着玉米的不断生长，作物冠层对于太阳辐射的阻隔作用逐渐明显，棵间蒸发总体呈现出递减趋势。同时，种植密度的影响也开始明显，同一时期不同密度之间的棵间蒸发量差值逐渐增大，种植密度越大，蒸发量越小。 种植密度对土壤棵间蒸发的影响可以从另一个角度来解释：不同的种植密度导致作物叶面积不同，而叶面积大小会影响太阳辐射向地面的传播。不同种植密度下的玉米叶面积和叶面积指数（LAI） 图5 玉米单株叶面积图 图6 玉米叶面积指数变化图 从图5可以看出随着密度的增加单株叶面积表现出下降的趋势，作物种植密度越大，对于水分和阳光等生长必须要素的竞争就越激烈，导致单个植株得到的营养受到限制。图3.6反映了不同种植密度条件下玉米叶面积指数(LAI)在不同生育阶段的发展动态。不同密度群体LAI的总体变化基本一致，LAI均呈单峰曲线变化