砾石覆盖量对夏玉米作物系数及水分利用效率的影响

刘晓青，左亿球，冯　浩，3，李　毅

(1.西北农林科技大学水利与建筑工程学院， 陕西 杨凌 712100；

2.西北农林科技大学中国旱区节水农业研究院， 陕西 杨凌 712100；

3.中国科学院水利部水土保持研究所， 陕西 杨凌 712100)



砾石覆盖量对夏玉米作物系数及水分利用效率的影响

刘晓青1，2，左亿球1，2，冯浩1，2，3，李毅1，2

(1.西北农林科技大学水利与建筑工程学院， 陕西 杨凌 712100；

2.西北农林科技大学中国旱区节水农业研究院， 陕西 杨凌 712100；

3.中国科学院水利部水土保持研究所， 陕西 杨凌 712100)

摘要：为评价半湿润易旱地区砾石覆盖对土壤贮水量、作物生长与产量及水分利用效率的影响，利用杨凌地区夏玉米2014年实测数据及气象数据，基于Penman-Monteith公式计算了砾石不同覆盖量下全生育期内参考作物蒸发蒸腾量，并根据FAO推荐的分段单值平均法，计算夏玉米各生育期作物系数，以及砾石不同覆盖量下作物水分利用效率。结果表明：砾石覆盖的保水效果主要体现在作物生长初期，拔节期最大砾石覆盖处理0～200 cm土壤贮水量较对照增大12.8%，后期由于冠层覆盖影响其效果减弱；夏玉米全生育期作物系数与覆盖量呈线性关系；覆盖量越大，不同生育阶段的作物系数也相应增加；叶面积和株高与作物系数有着较好的回归关系，可以对生育期内的玉米蒸散量进行预报；砾石覆盖可以缩短夏玉米生育期的天数，最大可缩短19 d；砾石覆盖能促进作物生长，提高作物产量，且在该试验覆盖量范围内，覆盖量越大，增产增效越明显，随覆盖量增加，各处理分别较对照提高4.65%～38.17%；作物水分利用效率随覆盖量的增大分别较对照提高2.94%～32.99%。

关键词：夏玉米；砾石覆盖；参考作物腾发量；作物系数；水分利用效率

农田砾石覆盖是我国一种传统的抗旱栽培方式，至今已有300多年的历史[1]。近年来，由于全球气候变化和水资源匮乏，水分已经成为限制旱区农业发展的主要因素。国内外学者对砂砾石覆盖的增温效应[2-3]、水分入渗与蒸散[3-6]、补灌增产效果[7-8]等进行了大量研究，结果表明砾石覆盖可以保持土壤水分，减少土壤水分蒸发，增加土壤温度，提高作物产量和水分利用效率[9]。因此，研究砂砾石覆盖对夏玉米生长发育和耗水特性的影响，对砂砾石覆盖在旱区农业推广应用具有重要的意义。

作物系数(Kc)是作物的实际蒸发蒸腾量(ETc)与参考作物蒸发蒸腾量(ET0)的比值[10]。Kc反映了作物种类、作物本身的生物学特性、产量水平、田间管理水平及土壤水肥状况对农田ETc的影响[11]。目前，国内外众多学者对农田作物系数给予了关注。Allen，Pereira，Smith[12-13]和Abolfazl等[14]对作物系数与土壤蒸发的关系进行了较为细致的研究；雷志栋和刘钰等根据田间实测资料，对FAO-56推荐的作物系数计算方法及相关参数在我国适用性进行了验证并适当修正[15-16]。利用联合国粮农组织(FAO)推荐的标准状态下(白天平均最低相对湿度45%，平均风速2 m·s-1，半湿润气候)的作物系数来估算作物ETc，是普遍使用的手段[17]。由于作物本身和外界条件不同，Kc有很大差异，因此有必要针对不同作物、不同的发育时期，确定适宜的作物系数。前人对不同作物系数和水分利用效率的研究较多[18-20]，但对砾石不同覆盖量对于夏玉米作物系数和水分利用效率的影响鲜见报道，需要进一步研究。

本研究基于杨凌地区砾石不同覆盖量条件下夏玉米生长发育过程、土壤水分以及气象观测数据，计算夏玉米作物系数以及作物水分利用效率，研究不同砾石覆盖量对夏玉米不同生育阶段作物系数和水分利用效率的影响，为制定合理的砾石覆盖措施，提高作物水分利用效率提供依据。

1材料与方法

1.1试验区概况

试验于2014年布设在陕西杨凌西北农林科技大学教育部农业水土工程重点实验室的灌溉试验站，杨凌地理位置处于东经108°24′，北纬34°20′，海拔521 m，属大陆暖温带湿润季风气候。全年无霜期221 d，地形平整，土层深厚，土壤质地为中壤土，1 m土层的平均田间持水量为24%，凋萎含水量为8.5%(均为质量含水率)，平均干容重为1.44 g·cm-3。多年月平均气温为12.9℃，日照时数2 163.8 h，多年平均降雨量为635.1 mm(多集中在7—10月)，且降水变化率比较大，平均蒸发量为993.2 mm。地下水埋藏较深，其向上补给量可以忽略不计。站内设有国家一般气象观测站，按照国家气象局的地面气象观测规范可获得每日的气象资料(气温、湿度、降水、日照、水面蒸发、风速、气压和地温)。

1.2试验设计

供试作物为夏玉米(品种为秦龙11)。试验设裸地和砾石覆盖，其中砾石覆盖量设4个梯度：2、4、6、8 kg·m-2，共5个处理，分别用CK、S2、S4、S6、S8表示，区组内各处理随机排列，每个处理设置3个重复，小区面积为3 m×5 m，在各小区边缘0～1 m土层竖直铺一层塑料薄膜，避免各个小区土壤水分的侧向渗漏。夏玉米种植行距为60 cm，株距为40 cm。打穴播种，播种深度为5 cm，按照试验设计的覆盖量均匀地把砾石铺开，其砾石粒径范围为1～3 cm。每个处理除地表覆盖量不同外，其他管理方式均一致，灌溉方式采用地表漫灌，在拔节期灌水50 mm。全生育期N、P2O5的施入量分别为150、100 kg·hm-2。播种前将基肥一次性施入到土壤中，生育期内不追肥。

作物生育期内部分气象数据见图1。由图1可知，夏玉米整个生育期降水量为380.2 mm，主要集中在8—9月，其他数据较往年无较大差异，具有一定的代表性。

1.3测定项目和方法

土壤水分测定采用管式土壤水分测定系统Trime-IPH(TDR)，测量深度为200 cm，距地面0～40 cm深度,每隔10 cm测定一次，40 cm以下每隔20 cm测量一次。从播种到收获期，测定时间间隔为10 d，灌溉后或雨后加测一次。有研究表明，当土壤含水率高于田间持水率的60%时，土壤水分适宜，作物生长将不受水分胁迫[21]，本试验中，由测得的数据了解到在夏玉米整个生育期土壤的含水率均高于田间持水率的60%，尤其是在抽穗-灌浆期间，因此，本试验条件下作物生长不考虑水分胁迫的影响，测量的农田蒸散量能够代表无水分胁迫条件下作物的蒸散量水平。

图1夏玉米生育期气象数据

Fig.1Meteorological data during the growth period of summer corn

作物出苗后，记录作物发育期(以50%为标准)，每隔15 d进行作物农艺性状测定，包括植株密度、株高、叶面积和各器官的干物质重等。在每个小区随机选取具有代表性的2株，利用钢尺测定每片叶子长和宽的最大值及植株高度，然后根据经验公式(1)计算叶面积指数，取其平均值。

LAI=ρ·∑a·b·0.75/10000

(1)

式中，ρ为每公顷株数，根据播种的株行距确定；a为叶片的长度，m；b为叶片的宽度，m。

根据播种的株行距及出苗率，计算单位面积内的株数。在玉米生理成熟时，每个小区选取10株具有代表性的玉米进行考种，按单株考种，单穗脱粒，籽粒均脱水至恒质量后称重，然后根据每公顷的株数计算每公顷的产量。

1.4指标计算方法

1.4.1按生育阶段计算作物系数(Kc)按照夏玉米整个生育期进行阶段划分可分为播种～出苗、出苗～拔节、拔节～抽雄、抽雄～灌浆、灌浆～成熟5个阶段，各阶段历时天数见表1，利用单作物系数法计算每个生育阶段的作物系数。

1) 实际作物蒸发蒸腾量(ETc)的计算。

实际作物蒸发蒸腾量[22]采用农田水量平衡方程计算：

ETc=P+I-R-D-ΔW

(2)

式中，P为时段内降水量(mm)；I为时段内灌溉量(mm)；R为地表径流量(mm)，在平原地区可以忽略不计(mm)；D深层渗漏量(mm)，远大于计划湿润层，可以计为0；ΔW为相邻两次取土测定土壤水分时间间隔内根层土壤贮水量的变化(mm)，其中土壤贮水深度(mm)的换算见式(3)。

(3)

式中，h为土层厚度(cm)；d为土壤容重；θ为土壤重量含水量。本试验在平原地区进行，且土壤水分测定下边界为200cm，远大于计划湿润层，因此地表径流和深层渗漏可以忽略不计。

2) 参考作物蒸发蒸腾量(ET0)的计算。

大量研究表明，用Penman-Monteith公式计算的ET0与实测结果最为接近[23-24]，因此，本文的ET0采用FAO推荐的修订后的Penman-Monteith公式计算：

(4)

式中，Rn为作物冠层的净辐射(MJ·m-2·d-1)；G为土壤热通量(MJ·m-1·d-1)，在逐日计算中G=0；T为平均气温(℃)；u2为2m高处的平均风速(m·s-1)；es为饱和水汽压(kPa)；ea为实际水汽压(kPa)；Δ为饱和水汽压与温度曲线的斜率(kPa·℃-1)；γ为干湿表常数。

利用气象站逐日气象资料计算ET0(mm·d-1)，生育期内逐日累加可求出时段ET0。

3) 作物系数(Kc)的计算。

作物系数Kc描述了实际作物在农田下垫面反射率、作物冠层特性及空气动力学阻力等方面(地表覆盖均匀，土壤水分充足，生长旺盛，株高为12cm，具有下垫面反射率0.23和冠层阻力70s·m-1)与参考作物的不同[16]。Kc的计算公式为：

(5)

1.4.2分段单值平均法计算作物系数(Kc)为简化计算，根据FAO推荐将作物的生育期划分为初期、快速发育期、生育中期及后期4个阶段[10]。初期作物系数记为Kcini；生育中期作物系数记为Kcmid；后期物系数记为Kcend。四个生育期的3个作物系数形成了一个折线图，表示作物系数的变化过程。首先从FAO出版的《作物腾发量-作物需水量指南》查出夏玉米在特定标准条件下(即最小相对湿度约45%、2m高处日平均风速约2m·s-1、供水充足、管理良好)各生育阶段作物系数标准值分别为：Kcini(FAO)=0.50，Kcmid(FAO)=1.20，Kcend(FAO)=0.60[3]。然后根据试验区的气象条件和作物的实际生长状况，观察并记录各处理的各生育阶段的起止时间，利用相关公式[16]计算4个阶段的3个典型作物系数值。

1.4.3水分利用效率(WUE)的确定作物水分利用效率为作物消耗单位水量生产出的经济产量或生物产量，本文利用经济产量进行计算，其表达式为：

(6)

式中，Y为单位面积的经济产量(kg·hm-2)；WUE为作物水分利用效率(kg·mm-1·hm-2)；E为作物耗水量(mm)，本试验中E可以用作物蒸发蒸腾量来代替，因此可以利用公式(2)计算。

1.5统计分析

试验数据采用Sigmaplot11.0和Excel处理和作图，用DPS7.05软件统计分析，并用LSD法检验差异显著性，显著水平设定为α=0.05。

2结果与分析

2.1不同处理各土壤层贮水量的变化

根据测定水分的方法，将土壤土层分为0～40、40～100、100～200 cm三个层次，基于实测土壤水分数据，结合式(2)分别计算各处理不同土层的贮水量变化，不同处理土壤储水量的时间变化如图2所示。

注(Note): *LSD, least significant difference at 5% level based on 0～200 cm soil layer.

图2不同处理土壤各层贮水量变化

Fig.2Changes in soil water storage capacities by different treatments

土壤贮水量的变化与夏玉米的生长发育特点及研究区的降水条件相关，同时灌溉、温度、土壤蒸发等的不同也会引起贮水量的变化。由于本试验中覆盖量不同导致温度、蒸发、玉米生长状况等的不同，所以各处理不同阶段的贮水量有着明显的差异。由图2中可以看出：① 对比不同土层，整个生育期内，各处理表层0～40 cm贮水量变化最为明显，受降雨、温度、蒸发等的影响比较大，尤其是灌浆期、成熟期降水量较多，所以0～40 cm贮水量明显高于其他生育期；而深层100～200 cm贮水量变化较小，不易受降雨等的影响。② 对比不同覆盖量处理，各层贮水量基本都随着覆盖量的增加而增大，拔节期最为明显，0～200 cm贮水量S8较CK处理增大12.8%，由于灌浆期、成熟期降水量较多，使得各处理之间贮水量相差较小，灌浆期S8较CK处理只增大6.82%。S4、S6、S8较CK、S2处理间差异显著，S4、S6、S8处理之间差异不显著，说明覆盖量的增加能够提高土壤贮水量，且贮水量的变化主要发生在0～40、40～100 cm。分析结果表明砾石覆盖具有较好的保持土壤水分的作用，且覆盖量越大，作物效果越显著。③ 对比不同生育期，出苗～拔节期，随着覆盖量的增加，0～200 cm贮水量呈增加趋势，且S4、S6、S8较CK、S2处理间差异显著，这可能是由于在夏玉米生长初期(出苗～拔节期)，作物冠层覆盖度较小，日照强度较大，砾石覆盖阻碍了土壤水分向大气逸散的通道，降低了土壤的无效蒸发；抽雄～成熟期，降雨较多，0～200 cm贮水量明显增加，但其随覆盖量增加变化规律一致，增幅较对照减小，S4、S6、S8之间差异性不显著。这可能是由于玉米快速生长，作物耗水量和冠层覆盖度明显增加，加之初期覆盖量大的处理水分供应充足，其玉米长势较对照好，因此冠层覆盖对贮水量影响较砾石覆盖大，各处理之间差异不明显。由此可知，砾石覆盖的保水效果主要体现在作物生长初期，后期由于冠层覆盖影响，其效果减弱。

2.2夏玉米作物系数

2.2.1各生育阶段作物系数(Kc)基于实测土壤水分数据和气象资料，分别计算夏玉米各生育期不同砂石覆盖量下的ET0、ETc和Kc值，结果如表1所示。

由表1可以看出夏玉米参考作物蒸发蒸腾量表现以下特点：① 夏玉米试验期间8—9月的降雨量占了整个生育期的75%，因此，受温度和阴雨天气偏多的影响，全生育期内的ET0比较小，主要在267.73～291.44 mm之间。② 整个生育期各处理ET0均呈先增大后减小的变化趋势，在出苗～拔节期达到峰值，分别占了全生育期比例的32.63%、33.31%、32.60%、31.72%、31.47%；日均ET0同样在出苗～拔节期达到峰值，然后随生育期逐渐减小。③ 同一生育期ET0随覆盖量的增加基本呈减小趋势，全生育期，S8较CK最大减小8.14%，其原因可能是覆盖量的增加促进了玉米生长，缩短了生育期，使得ET0随覆盖量的增加而减小。

由表2可以看出夏玉米实际蒸发蒸腾量具有以下特点：① 受温度和阴雨天气偏多的影响，夏玉米全生育期内的ETc主要在244.81～254.34 mm之间；② 各处理ETc在整个生育期内的变化规律与ET0基本一致，在拔节～抽雄期达到峰值，分别占了全生育期比例的27.38%、26.61%、26.64%、25.19%、27.87%；日均ET0同样在拔节～抽穗期达到峰值；③ 全生育期ETc随覆盖量增加而增加，分析原因可能是冠层覆盖度增加，使得作物蒸腾所占比例增大，而覆盖量越大，作物长势越好，因此作物蒸腾较CK增加，即ETc增大。

由表3可以看到：各个生育期Kc随覆盖量增加逐渐增大，CK最小，S8最大；其在整个生育期内的变化规律均先增大后减小，在抽雄～灌浆期达到一个最大值，可见，此时期为夏玉米的水分敏感期，这个结论与其他人关于其他作物的作物系数研究结构一致[25]。这可能是由于生长初期，作物系数比较小，随着玉米出苗并开始生长，蒸腾开始占日耗水量的很大部分，作物系数也随玉米植株冠层的发育逐渐增大上升。当冠层得到充分发育时，作物系数也达到最大值，以后随玉米逐渐成熟及叶片的衰老，呼吸作用不断减弱，作物系数又开始下降。

表2　夏玉米不同处理各生育阶段实际蒸发蒸腾量

表3　夏玉米不同处理各生育阶段作物系数

用多项式对不同生育期的作物系数Y与覆盖量x(kg·m-2)进行拟合，发现二者可用线性方程表达：

Y=Ax+B

式中的A，B分别为线性回归分析参数。将得出的回归参数结果列于表4中。

表4　不同生育期作物系数与覆盖量的回归方程系数

由表4可以看出，出苗期拟合度R2较小，之后生育期R2均达到了0.94以上，说明作物系数与砾石覆盖量拟合结果较好，拟合方程系数A代表了作物系数与覆盖量变化之间的关系。地表覆盖砾石在出苗期会影响出苗率，而且覆盖量越大，对出苗需要的天数及出苗率的影响更明显，因此播种～出苗期，作物系数与覆盖量成反比。后期作物生长过程中，拟合系数大于零，说明覆盖量越大，作物系数越大；而且，覆盖量对作物生长的影响在出苗～灌浆期比较明显，这与ET0，ETc和Kc的变化规律一致。因此可以在相似的气象条件下，应用表4中建立的不同生育期作物系数与砾石覆盖量的回归方程，粗略计算夏玉米不同覆盖量条件下的作物系数。

2.2.2分段单值平均法计算作物系数(Kc)根据试验气象数据及作物生长记录情况，将夏玉米初始生长期的数据资料及生育中期和后期的实际气象资料和作物株高代入相关公式[16]，可求得本试验各处理初期作物系数，范围为0.61～0.80，经计算并四舍五入得到各处理情况下夏玉米中后期作物系数，即Kcmid≈1.10，Kcend≈0.51。根据作物生长记录情况及四个生育期的作物系数绘制折线图3。

与FAO-56指南中提供的夏玉米在标准状况下的三个典型值(Kcini(FAO)=0.50，Kcmid(FAO)=1.20，Kcend(FAO)=0.60)相比，本试验中所求得的值与典型值都较接近。再与单作物系数法求得的Kc比较，各个生育期的Kc值基本上都在折线周围，两种方法求得的作物系数是比较接近的。由图3生长天数可以看出，砾石覆盖可以缩短夏玉米生育期的天数，且覆盖量越大，生育期提前的越多，本试验S8较CK整个生育期提前了19 d。但由于受年份的影响，具体情况还需要利用当地多年试验资料验证。

图3分阶段作物系数折线图

Fig.3The crop coefficient with phased line chart

2.3夏玉米作物系数(Kc)与叶面积(LAI)和株高(H)的关系

由表3可以看到，作物生长的初期，Kc是小于1.0的，表明ETc要小于ET0，这主要是由于初期玉米的叶面积指数较小，依靠作物蒸腾的水分较少；随着叶面积指数的增大，农田蒸散主要是作物的蒸腾耗水，因此ETc逐渐增大，并超过ET0，这时Kc大于1.0。前人对于冬小麦作物系数与叶面积和株高的关系已有研究，并建立了作物系数(Kc)与叶面积指数(LAI/LAImax)和株高(H/Hmax)的关系[26]。本文利用2014年实测数据建立作物系数(Kc)与叶面积指数(LAI/LAImax)和株高(H/Hmax)的关系(图4)。

图4作物系数(Kc)和叶面积指数(LAI/LAImax)以及株高(H/Hmax)的关系

Fig.4Relationships beween crop coefficient (Kc), and leaf area index (LAI/LAImax) and plant height (H/Hmax)

作物叶面积指数一般根据平均单株叶面积和平均单位面积上作物株数来确定。在夏玉米拔节～灌浆期，农田蒸散量的增加主要是由于叶面积指数的增加，作物蒸腾量增大所致。从图4a可以看出，Kc随着LAI的增加而增加，而且随着LAI/LAImax的增大Kc增加的越快。当LAI达到最大值时，Kc也达到最大值。

叶面积增加的同时株高也在增加，二者有着很好的相关性。相对于叶面积的测量和叶面积指数的计算，作物的株高则非常容易测量，固定具有代表性的植株，直接用钢尺测定即可，既不破坏植株体，且具有较好的连续性。因此建立株高和作物系数的回归关系，如图4b，作物系数与叶面积和株高有着相似的回归关系。随着株高的增加，Kc逐渐增大。

作物的蒸散量ETc可根据式(5)计算得到，本文可以利用叶面积指数和株高与作物系数的回归方程，结合ET0对生育期内的玉米蒸散量进行预报，而且相关研究计算得到的农田蒸散量差别不大，说明此方法是可行的[26]。但以叶面积指数计算作物系数主要考虑作物蒸腾在总蒸散量中的比例，因此以此建立的关系可能会低估实际的蒸散量。同时由于株高和叶面积密切相关，因此以株高建立的关系也会遇到同样的问题。

2.4夏玉米各处理对作物产量和水分利用效率的影响

根据前人的研究可以知道， 砾石覆盖可以减少土壤水分蒸发， 保持作物关键时期的需水， 为作物生长发育提供了有利的水分条件。 而且， 有关研究结果还表明， 砾石覆盖还具有协调养分供应， 提高作物产量， 进而提高水分利用效率的作用[1，9]。表5列出了本实验各处理的产量、耗水量及水分利用效率。

表5　砾石覆盖量对作物水分利用效率的影响

注：同列不同字母表示处理间差异显著(P<0.05)。

Note: Different letters in same column indicate significant difference among treatments at 0.05 level.

由表5数据可以得到，S2、S4、S6、S8较CK产量分别提高了4.65%、13.96%、27.63%、38.17%，本文中耗水量用ETc代替，由表中数据计算得到，S2、S4、S6、S8耗水量较CK分别增加了1.65%，3.61%，4.42%，3.89%，各处理较CK具有显著性差异，说明作物获得较高产量需要消耗的水分也会相应增加。由式(6)可以看出，作物水分利用效率与产量成正比，产量越高，作物水分利用效率越高。从表5可以看出，水分利用效率随着覆盖量的增加而增大，S2、S4、S6、S8较CK水分利用效率分别提高了2.94%、9.98%、22.23%、32.99%。因此，覆盖量的增加，有效提高了水分利用效率，而且覆盖量越大，WUE增加越明显，说明砾石覆盖量的增加可以促进作物的生长，提高作物产量，进而提高作物水分利用效率。

3讨论

在干旱半干旱地区，作物增产主要依赖于生育期间的有效降水、土壤的蓄水和土壤蒸发[27-28]，因此，保持土壤水分，减少土壤无效蒸发，为后期作物生长提供充足的水分供应是增加作物产量的首要任务。特别是在干旱年份，由于气候干燥，降雨后，地表蒸发强烈，土壤含水率下降很快，难以满足作物生长需要，因此对农田采用保护性耕作措施，有利于将降雨贮存在深层土壤，以供作物生长需要[29]。砾石覆盖措施对土壤水分的影响较大，其与作物生育期降水量及土壤蒸发关系密切，而且其密切程度与砾石覆盖量又紧紧相关。有研究证明，砾石覆盖可以保持土壤水分、减少土壤水分蒸发、提高作物产量和水分利用效率[9]，并在干旱地区得到了广泛应用[1]。

本试验通过田间试验，观察记录整个生育期内生长状况，分析了砾石不同覆盖量对土壤储水量、作物生长、产量及耗水的影响，表明砾石覆盖能够较好的保持土壤水分，降低农田蒸散量，而且其在作物生长初期表现较明显，后期由于受冠层覆盖增加的影响效果减弱；砾石覆盖的保水抑蒸作用与覆盖量密切相关，覆盖量增加，其对土壤的保水抑蒸作用更明显，特别是有降雨发生的时期。因此砾石覆盖促进了作物生长，缩短了作物生育期天数，提高作物产量，进而提高作物水分利用效率，且在本试验范围内，随覆盖量的增加效果越明显。

本试验就砾石覆盖量对土壤贮水量、作物生长与产量及水分利用效率的影响展开研究，目的在于有效地蓄积降雨以增加土壤贮水量，提高作物水分利用效率，进而达到增产的效果，并根据覆盖量对研究指标的影响程度，制定合理的砾石覆盖量，为提高作物水分利用效率和增产提供依据。此研究结果对于干旱半干旱区域的玉米节水高产栽培具有一定的意义，并加以验证可推广应用于干旱半干旱地区，根据不同地区的降雨程度，采取不同覆盖量措施，达到作物增产效果。

4结论

1) 各处理表层0～40 cm贮水量变化最为明显，100～200 cm贮水量变化很小；各层贮水量基本都随着覆盖量的增加而增大，拔节期最为明显，0～200 cm贮水量S8较CK处理增大12.8%。在作物生长后期，各处理0～200 cm贮水量均明显增加，但与CK差异不显著。砾石覆盖能较好的保持土壤水分，且在作物生长初期效果明显，在作物生长后期作用效果不明显。

2) 各生育阶段作物系数与覆盖量有着较好的线性关系，覆盖量越大，作物系数越大；各处理整个生育期内，Kc先增大后减小，在抽雄～灌浆期达到最大；分阶段计算得到的夏玉米作物系数Kcini、Kcmid、Kcend与FAO-56指南中提供三个典型值都较接近，且两种方法计算得到的Kc在各生育阶段是一致的。

3) 叶面积和株高与作物系数有着较好的回归关系，可以对生育期内的玉米蒸散量进行预报。

4) 砾石覆盖措施较对照能有效提高作物产量和水分利用效率，且随着覆盖量的增加，作用效果越明显。其中，S8处理作用效果最为显著，其夏玉米产量和水分利用效率为5 548.62 kg·hm-2和21.82，分别较CK提高了38.1%和32.99%。

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Effects of gravel mulching level on crop coefficients and water use efficiency of summer corn

LIU Xiao-qing1,2, ZUO Yi-qiu1,2, FENG Hao1,2,3, LI Yi1,2

(1.CollegeofWaterResourcesandArchitecturalEngineering,NorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100,China;2.ChineseNationalAcademyofWater-savingAgricultureinAridRegion,NorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100,China;3.InstituteofWaterandSoilConservation,ChineseAcademyofSciencesandMinistryofWaterResources,Yangling,Shaanxi712100,China)

Abstract：In order to evaluate the effects of gravel mulching in arid and semi-humid regions of China on soil water storage, crop growth, crop yield and water use efficiency, based on the measured data of summer corn grown at Yangling in 2014 and the meteorological data, evapotranspiration of the reference crop was calculated at various growth stages by adopting the formula of Penman-Monteith. The actual crop evapotranspiration was calculated by adopting the formula of field water balance equation, then the variation of the crop coefficient of different growing periods was analyzed, as well as the water use efficiency under different mulching levels. The results showed that gravel mulching could maintain water at the beginning of crop growth by 12.8%, reaching the maximum at the jointing stage, and then became decreased because of canopy. A linear relationship between gravel degree and crop coefficient was found. The larger the amount of coverage, the higher the increases of the corresponding crop coefficients at different growing stages. Leaf area and plant height had good regression relationships with crop coefficient, and thus corn evapotranspiration can be forecasted during the growth period. Gravel mulching made the growing period shortened, reaching a the maximum of nineteen days. Gravel mulching also preserved soil moisture better, and reduced soil evaporation, increased soil water storage and water retention capacity, thereby increasing crop water use efficiency and yield by 4.65%～38.17% and 2.94%～32.00%, respectively. The effects became enhanced when the mulching coverage was increased extensively within the extent of this research.

Keywords:summer corn；gravel mulching；reference crop evapotranspiration；crop coefficient；water use efficiency

中图分类号：S152.7

文献标志码：A

作者简介：刘晓青(1989—)，女，河北石家庄人，硕士研究生，研究方向为水资源利用与保护。 E-mail:601654829@qq.com。通信作者：冯浩(1970—)，男，陕西延安人，研究员，博导，研究方向为水土资源高效利用。 E-mail: nercwsi@vip.sina.com。

基金项目：国家高技术研究发展‘863’计划(SS2013AA100904)；西北农林科技大学基本科研业务费专项资金(QN2009087)

收稿日期：2015-04-22

doi:10.7606/j.issn.1000-7601.2016.02.03

文章编号：1000-7601(2016)02-0015-09