CN113099983A - 一种玉米花生间作作物种间水分优化分配评价方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种玉米花生间作作物种间水分优化分配评价方法，具体包括：S1、测定间作群体中，冠层降水截获量；S2、记录每次降水玉米茎秆径流雨量；S3、采用土钻取土烘干称重法测定玉米与花生两种作物根部土壤含水量，并通过分层采样比较所述玉米和花生根系分别获得土壤水分的情况。S4、作物收获后，测定处理不同边行作物产量，并对间作种植资源利用效率进行评价。该方法科学准确，能够精准评估不同玉米花生间作模式作物种间水分优化分配情况，为玉米花生间作作物合理配置提供准确的方法。

Description

一种玉米花生间作作物种间水分优化分配评价方法
技术领域
本发明涉及玉米花生间作作物种间水分优化分配评价领域，特别是涉及一种玉米花生间作作物种间水分优化分配评价方法。
背景技术
北方旱地农业区少雨频旱，作物产量年际间波动较大，相对于其他地区通过作物间作种植实现了作物高产高效，区域对抗旱稳产提出了更多需求。旱灾给农业生产和农民收入带来了严重的损失，人们更期望构建具有干旱逆境适应“弹性”的种植模式，以保障农业稳产和农村经济稳定。区域正常年份玉米单作农田水分不足，而花生单作则可盈余。因此，适宜的玉米花生间作模式可以通过把花生多余的水分供玉米利用来增强系统的抗旱稳产性。但目前尚无关于玉米花生间作冠层对降水的截获和种间分配与利用研究，影响了玉米花生间作作物合理配置，降低了玉米花生间作的抗旱稳产效果。针对这一问题，通过大量试验研究，提出了测定冠层降水截获、茎秆流和土壤水分变化来评价玉米花生间作作物种间水分优化分配效应的方法，为玉米花生间作作物合理配置提供准确的方法。
发明内容
本发明通过测定冠层降水截获、茎秆流和土壤水分变化来评价玉米花生间作作物种间水分优化分配效应，能够精准评估不同玉米花生间作模式作物种间水分优化分配情况，为玉米花生间作作物合理配置提供准确的方法。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种玉米花生间作作物种间水分优化分配评价方法，包括以下步骤：
S1、测定间作群体中，冠层降水截获量；
S2、记录每次降水玉米茎秆径流雨量；
S3、采用土钻取土烘干称重法测定玉米与花生两种作物根部土壤含水量，并通过分层采样比较所述玉米和花生根系分别获得土壤水分的情况；
S4、作物收获后，测定处理不同边行作物产量，并对间作种植资源利用效率进行评价。
优选地，所述步骤S1中，主要针对玉米进行测定，当玉米到达某一特定生长期后，在单作和间作群体不同边行垄和沟位置放置漏斗，并记录每次降水不同位置获取的降水情况。
优选地，所述漏斗顶部高于花生冠层，漏斗下方连接有盛雨器一。
优选地，所述步骤S1中冠层降水截获量为每次降水量与田间不同位置穿透雨量平均值之差。
优选地，所述步骤S2，通过导水管收集所述茎秆流量；沿玉米茎秆安装若干根导水管，所述导水管垂直于茎秆方向，导水管上端固定在玉米茎秆上，并对导水管与玉米茎秆间的空隙进行密封，下端连接盛雨器二，记录每次降水玉米茎秆径流量。
优选地，所述步骤S3中，作物播种后每隔一段时间，采集不同边行土壤样品，测定样品中的土壤含水量。
优选地，当处于水肥需求关键期时需增加测定频率，并采用烘干法测定土壤含水量。
优选地，所述步骤S4中，在作物收获后，测定各处理不同边行作物产量，进行室内考种。
优选地，所述步骤S4中，通过计算土地当量比LER评价间作种植资源利用效率。
优选地，所述土地当量比LER的计算公式为：
Figure BDA0003017210260000031
其中，Yint,A和Yint,B是作物A和B间作时的产量，Ymono,A和Ymono,B是作物A和B单作时的产量，LERA和LERB是作物A和B的偏土地当量比；土地当量比是指同一农田中两种或两种以上作物间混作时的收益与各个作物单作时的收益之比率，是表示获得相同产量单作种植需要的土地与间作的比值，若LER大于1，即表示间作比单作资源利用效率高。
本发明的有益效果为：
本发明通过观测降水穿透间作复合群体的过程和路径，发现了两种作物在降水截获和分配过程中的作用，提出了科学测定和评价方法，并在实践中进行了科学验证。实践表明该方法科学准确，能够精准评估不同玉米花生间作模式作物种间水分优化分配情况，解决了玉米花生间作降水分配评估的问题，为玉米花生间作作物合理配置提供准确的方法，促进了复合种植系统智慧化管理技术发展，具有显著的价值和十分广阔的应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明提供一种玉米花生间作作物种间水分优化分配评价方法，具体包括以下步骤：
S1、测定间作群体中，冠层降水截获量；
因为玉米花生间作系统中影响降水分配的关键因素是玉米，所以主要针对玉米进行测定。玉米大喇叭口期以后，在单作和间作群体不同边行垄和沟位置放置边长为50cm的方形漏斗，漏斗顶部高于花生冠层，漏斗下方连接盛雨器一，记录每次降水不同位置获取的降水情况，每次降水量(mm)与田间不同位置穿透雨的平均值(mm)之差，为冠层降水截获量。
S2、记录每次降水玉米茎秆径流雨量；
沿玉米茎秆安装数根口径0.3-0.8cm的导水管，导水管垂直于茎秆方向，管上端用树脂等材料固定在玉米茎秆上，树脂等材料内端低于外端，以便接收降水。用胶密封聚乙烯管和茎秆间的空隙，以防漏水，下端连接盛雨器二收集降雨，记录每次降水玉米茎秆径流量。
S3、采用土钻取土烘干称重法测定玉米与花生两种作物根部土壤含水量，并通过分层采样比较所述玉米和花生根系分别获得土壤水分的情况。
作物播种后每30d(作物水肥需求关键期根据研究需要增加测定频率)采用土钻法采集每个小区不同边行土壤样品(降水后进行加测)，采样深度为100cm，每个采样层次为10cm，采用烘干法测定不同位置和土壤层次土壤含水量。
S4、作物收获后，测定处理不同边行作物产量，并对间作种植资源利用效率进行评价。
作物收获后，测定各处理不同边行作物产量，并各取20穗玉米和1m2花生风干后进行室内考种。
土地当量比是用来评价间作种植资源利用效率的。
Figure BDA0003017210260000061
式中Yint,A和Yint,B是作物A和B间作时的产量，Ymono,A和Ymono,B是作物A和B单作时的产量，LERA和LERB是作物A和B的偏土地当量比。土地当量比是指同一农田中两种或两种以上作物间混作时的收益与各个作物单作时的收益之比率，是表示获得相同产量单作种植需要的土地与间作的比值，若LER大于1，即表示间作比单作资源利用效率高。
作物地上部互作贡献率的计算以土地当量比为基础进行计算，计算公式为：
Rc(％)＝(Y间作花生/Y单作花生+Y间作玉米/Y单作玉米-1)×100％
式中，Rc为作物地上部互作贡献率，Y间作花生、Y单作花生、Y间作玉米、Y单作玉米分别指间作花生、单作花生、间作玉米和单作玉米产量。
各边行的贡献率则为各边行单位面积产量相对单作的增幅(含负值)。
本实施例采用裂区试验设计，主区为种植模式，分别为玉米单作(M)、花生单作(P)、玉米花生2垄:4垄间作(M2P4)、玉米花生4垄:4垄间作(M4P4)、玉米花生8垄:8垄间作(M8P8)，副区为种间根系隔离方式，即种间根系隔离与不隔离。种间根系隔离方法为在作物种间交接行间埋设1.0m深的隔离板。每个处理重复3次，每个小区面积160m2。玉米和花生种植密度分别为6×104株/hm2和30×104株/hm2(花生每穴双株)，行距均为50cm。
不同处理对作物产量的影响，结果表明(如表1)，在种间根系未隔离的情况下，间作群体土地当量比均大于1，其中M4P4土地当量比最高为1.16，说明间作能够提高群体生产力，但种间根系隔离后土地当量比除M8P8处理外，均小于1，说明间作群体生产力的增加是地上部和地下部共同作用的结果。表1为2017年玉米花生间作不同配置群体生产力特征。
表1
Figure BDA0003017210260000071
2018年的研究结果与2017年相似(表2为玉米花生间作不同配置群体生产力特征)，在种间根系未隔离的情况下，间作群体土地当量比均大于1，其中M4P4土地当量比最高为1.13，说明间作能够提高群体生产力，但种间根系隔离后土地当量比除M8P8处理外，均小于1，说明间作群体生产力的增加是地上部和地下部共同作用的结果。
表2
Figure BDA0003017210260000081
(2)不同处理及边行对作物生产力提升的贡献率
对不同间作模式各行对群体生产力的贡献率，间作群体玉米各边行贡献率均为正效应，未隔离条件下变化范围为16.03％～80.08％，种间隔离后(地上部贡献率)变化范围为16.09％～61.78％，地下部贡献率变化范围为-0.06～18.30％。未隔离条件下花生不同边行间作贡献率变化范围为-60.72～1.62％，种间隔离后(地上部贡献率)变化范围为-71.36％～1.13％，地下部贡献率变化范围为-0.67％～17.21％。说明花生间作地上部贡献率主要表现为负效应，地下部贡献率主要表现为正效应，综合贡献率为负效应。玉米和花生地上部和地下部的影响因素边行要大于内部行。
2018年的研究结果与2017年一致，表3为2017年玉米花生间作不同配置群体贡献率特征，表4为2018年，玉米花生间作不同配置群体贡献率特征。间作群体玉米各边行贡献率均为正效应，未隔离条件下变化范围为5.74％～60.19％，种间隔离后(地上部贡献率)变化范围为6.21％～47.73％，贡献率均较2017年有所降低(可能由于2018年8月降水较少，降水优化效应不明显有关)；地下部贡献率变化范围为-0.48％～20.44％，与2017年变化幅度相近。未隔离条件下花生不同边行间作贡献率变化范围为-54.88％～-0.73％，种间隔离后(地上部贡献率)变化范围为-73.18％～-2.07％，地下部贡献率变化范围为-0.58％～18.96％，与2017年结果接近。说明花生间作地上部贡献率主要表现为负效应，地下部贡献率主要表现为正效应，综合贡献率为负效应。玉米和花生地上部和地下部的影响因素边行要大于内部行。
表3
Figure BDA0003017210260000101
表4
Figure BDA0003017210260000111
综合两年的研究结果，间作系统中地上部因素对玉米边1行的贡献率可达到39％～62％，对间作花生负效应为-28％～-71％；地下部对间作玉米边1行贡献率为5％～20％，对间作花生的贡献率为7％～19％。
(3)间作冠层对降水分配效应评价
对一次降水(34.5mm)不同种植模式冠层下的穿透雨进行测定，间作玉米获得的穿透雨量明显大于单作玉米，尤其边1行增加量更明显，其中M2P4获得的穿透雨量最多，但间作花生较单作花生获得的穿透雨量则明显减少，尤其边1行获得的穿透雨量最小。不同种植模式玉米获得的茎秆流和地膜获得总雨量如表3-5，单作玉米地面获得总量达4.25L/株，其中茎秆流达到3.10L/株，占地面获得总量的71.39％。间作玉米的茎秆流量和地面获得总量明显高于单作玉米，但间作条件下茎秆流占地面获得量的比例相对单作有所下降，主要原因为间作玉米相对获得更多的冠层穿透雨。经计算，间作玉米地面获得总量较单作玉米增加36.55％～52.64％。如下表5为玉米花生间作不同配置群体降水分布特征。
表5
Figure BDA0003017210260000121
目前关于降水在作物群体中的截获、分配与利用仅围绕单作作物开展，缺少间作复合系统的降水水分分配与利用的评价方法。本发明通过观测降水穿透间作复合群体的过程和路径，发现了两种作物在降水截获和分配过程中的作用，提出了科学测定和评价方法，并在实践中进行了科学验证。实践表明该方法科学准确，能够精准评估不同玉米花生间作模式作物种间水分优化分配情况，解决了玉米花生间作降水分配评估的问题，为玉米花生间作作物合理配置提供准确的方法，促进了复合种植系统智慧化管理技术发展，具有显著的价值和十分广阔的应用前景。
以上所述的实施例仅是对本发明优选方式进行的描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种玉米花生间作作物种间水分优化分配评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、测定间作群体中，冠层降水截获量；
S2、记录每次降水玉米茎秆径流雨量；
S3、采用土钻取土烘干称重法测定玉米与花生两种作物根部土壤含水量，并通过分层采样比较所述玉米和花生根系分别获得土壤水分的情况；
S4、作物收获后，测定处理不同边行作物产量，并对间作种植资源利用效率进行评价。
2.根据权利要求1所述的玉米花生间作作物种间水分优化分配评价方法，其特征在于，所述步骤S1中，主要针对玉米进行测定，当玉米到达某一特定生长期后，在单作和间作群体不同边行垄和沟位置放置漏斗，并记录每次降水不同位置获取的降水情况。
3.根据权利要求2所述的玉米花生间作作物种间水分优化分配评价方法，其特征在于，所述漏斗顶部高于花生冠层，漏斗下方连接有盛雨器一。
4.根据权利要求1所述的玉米花生间作作物种间水分优化分配评价方法，其特征在于，所述步骤S1中冠层降水截获量为每次降水量与田间不同位置穿透雨量平均值之差。
5.根据权利要求1所述的玉米花生间作作物种间水分优化分配评价方法，其特征在于，所述步骤S2，通过导水管收集所述茎秆流量；沿玉米茎秆安装若干根导水管，所述导水管垂直于茎秆方向，导水管上端固定在玉米茎秆上，并对导水管与玉米茎秆间的空隙进行密封，下端连接盛雨器二，记录每次降水玉米茎秆径流量。
6.根据权利要求1所述的玉米花生间作作物种间水分优化分配评价方法，其特征在于，所述步骤S3中，作物播种后每隔一段时间，采集不同边行土壤样品，测定样品中的土壤含水量。
7.根据权利要求6所述的玉米花生间作作物种间水分优化分配评价方法，其特征在于，当处于水肥需求关键期时需增加测定频率，并采用烘干法测定土壤含水量。
8.根据权利要求1所述的玉米花生间作作物种间水分优化分配评价方法，其特征在于，所述步骤S4中，在作物收获后，测定各处理不同边行作物产量，进行室内考种。
9.根据权利要求1所述的玉米花生间作作物种间水分优化分配评价方法，其特征在于，所述步骤S4中，通过计算土地当量比LER评价间作种植资源利用效率。
10.根据权利要求9所述的玉米花生间作作物种间水分优化分配评价方法，其特征在于，所述土地当量比LER的计算公式为：
Figure FDA0003017210250000021
其中，Yint,A和Yint,B是作物A和B间作时的产量，Ymono,A和Ymono,B是作物A和B单作时的产量，LERA和LERB是作物A和B的偏土地当量比；土地当量比是指同一农田中两种或两种以上作物间混作时的收益与各个作物单作时的收益之比率，是表示获得相同产量单作种植需要的土地与间作的比值，若LER大于1，即表示间作比单作资源利用效率高。
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