不同覆膜和滴灌方式對(duì)玉米生長(zhǎng)環(huán)境與生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)的影響

何富博，呂國(guó)梁

(1.黑龍江農(nóng)墾現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程設(shè)計(jì)有限公司，哈爾濱150090;2.黑龍江農(nóng)墾綏化管理局水務(wù)局，黑龍江綏化152054)

玉米生產(chǎn)中，環(huán)境條件不同，玉米生長(zhǎng)狀況不一，就其原因，都是空間因子和土壤因子共同作用的結(jié)果。(空間因子包括光照、CO2和氣溫，土壤因子包括礦物質(zhì)營(yíng)養(yǎng)、水分、通氣和地溫)而不同的種植條件下作物生長(zhǎng)的環(huán)境也有一定的差別。

滴灌作為一種節(jié)水技術(shù)已廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，它能夠適時(shí)、適量地提供作物生長(zhǎng)所需要的水和養(yǎng)分，為作物生長(zhǎng)創(chuàng)造良好的水、肥、氣、熱環(huán)境，達(dá)到降低成本、提高產(chǎn)量、改善品質(zhì)的目的。地膜覆蓋是干旱半干旱地區(qū)大力推廣的一種農(nóng)田覆蓋技術(shù)。地膜通過(guò)其透射率直接影響覆蓋層下土壤表面對(duì)熱量的攝取及轉(zhuǎn)換，同時(shí)具有保墑、增溫功能。行間覆膜技術(shù)是隔行覆膜于壟臺(tái)，并將種子精播于壟溝的耕作方式，此種方法可將降水集中到壟溝，最大限度的提高土壤含水率，并對(duì)于前期土壤增溫也有很好的效果;壟向區(qū)田技術(shù)是坡耕地保水的一項(xiàng)重要措施，對(duì)于順壟坡，通過(guò)沿壟向修筑土擋，最大限度的攔蓄徑流，增加土壤含水量，以達(dá)到保水、保土、保肥的作用［1］。土壤溫度是作物生長(zhǎng)環(huán)境因子優(yōu)劣的重要綜合表征指標(biāo)，而作物的葉面發(fā)育狀況是衡量作物長(zhǎng)勢(shì)的重要指標(biāo)。王喜慶等的研究結(jié)果表明，旱地玉米地膜覆蓋土壤貯水量增加，而且深層貯水向表層富集，加快了水分在土壤—植物—大氣見(jiàn)的轉(zhuǎn)運(yùn)，有效的改善了玉米生長(zhǎng)環(huán)境;劉建國(guó)、呂新等(2005)通過(guò)田間試驗(yàn)研究了膜下滴灌對(duì)棉田生態(tài)環(huán)境狀況及棉花生長(zhǎng)發(fā)育形成的影響。研究表明，膜下滴灌與常規(guī)灌溉相比，覆膜滴灌改變了棉花田間水分環(huán)境，為棉花的生長(zhǎng)創(chuàng)造了良好的水、肥、氣、熱條件，有利于棉花生長(zhǎng)發(fā)育;同時(shí)可以減少地面蒸發(fā)，減少灌溉水的深層滲漏，保持土壤肥力，提高水分利用率，增加作物產(chǎn)量，具有良好的經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和社會(huì)效益。大量研究都是基于覆膜和不覆膜對(duì)作物生長(zhǎng)環(huán)境的研究，但對(duì)不同覆膜和滴灌方式對(duì)作物生長(zhǎng)環(huán)境的研究較少。而本文基于以上研究，通過(guò)對(duì)不同覆膜和滴灌方式條件下玉米各生育期的葉面積指數(shù)等生理指標(biāo)、土壤溫度及土壤含水率等環(huán)境因子的對(duì)比，探討哪種覆膜和滴灌方式引起的環(huán)境因子變化更有利于玉米生長(zhǎng)，以便在干旱半干旱地區(qū)大面積推廣。

1 材料與方法

1.1 項(xiàng)目區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)選在黑龍江省杜蒙縣一心鄉(xiāng)，該區(qū)位于黑龍江省西南部，地處松嫩平原腹地，平均海拔152 m。地處中緯度，屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候。氣候基本特點(diǎn):冬長(zhǎng)雪少，天氣寒冷;夏短濕熱，降水集中;春季風(fēng)大，氣候干燥;秋涼氣爽，時(shí)有早霜。年平均氣溫3.6℃ ～4.4℃，南北相差1℃。1月份最冷，平均氣溫－19.5℃，7月份最熱，平均氣溫23.4℃。月平均氣溫穩(wěn)定在0℃以上的日數(shù)210 d。平均≥10℃的日數(shù)148 d。2 601℃～2 750℃的積溫保證率在91%以上，是黑龍江省積溫較高的縣份之一。試驗(yàn)區(qū)內(nèi)土壤以風(fēng)沙土為主，地形坡度5°～6°。

1.2 供試品種

供試玉米作物品種為先玉335。

2 試驗(yàn)條件與方法

2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在滴灌條件下采用不同的覆膜方式與壟向區(qū)田技術(shù)有機(jī)結(jié)合，分別為“大壟雙行覆膜+壟向區(qū)田”和“行間覆膜+壟向區(qū)田”，設(shè)置了2個(gè)試驗(yàn)處理，3次重復(fù)，共6個(gè)試驗(yàn)小區(qū)。其中每小區(qū)長(zhǎng)均為20 m，寬5.2 m，面積約為104 m2。

對(duì)于大壟雙行覆膜與壟向區(qū)田組合處理，覆膜、播種與壟向區(qū)田筑擋同期同期;對(duì)于行間覆膜與壟向區(qū)田組合處理，覆膜與播種同期，壟向區(qū)田筑擋時(shí)期為雨季來(lái)臨之前結(jié)合最后一次中耕進(jìn)行。

2.2 測(cè)試項(xiàng)目

按照播種、苗期、拔節(jié)、抽穗、灌漿、乳熟、收獲期6個(gè)生育期進(jìn)行玉米生育生育指標(biāo)觀測(cè)，并對(duì)土壤地溫及0～10、10～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm共計(jì)6個(gè)土層土壤含水量的測(cè)定。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同覆膜方式對(duì)土壤溫度的影響

大壟雙行及行面覆膜處理對(duì)地溫變化的影響見(jiàn)圖1，圖2。

圖1 大壟雙行覆膜處理地溫變化

圖2 行間覆膜處理地溫變化Fig.2 Ground temperature of different treatments

3.1.1 地溫隨深度的變化

由于熱傳導(dǎo)效應(yīng)，地溫會(huì)隨著土壤深度的加深而有所下降，兩種處理都具有相同的特征。土壤淺層溫度變化急劇且隨著土層深度的增加變化趨于平緩，以15 cm為分界線。早上8:00溫度較低，因此兩種處理的地溫隨深度變化不大;溫度較高的下午14:00，各層土地溫變化不一，5～15 cm變化較大，但由于覆膜的作用，可以較少地溫進(jìn)一步升高。溫度較低的晚上20:00，由于覆膜的作用，減緩了表層土壤溫度快速下降，大體高于8:00時(shí)段的溫度。因此，8:00地溫代表1 d內(nèi)的表土最低溫度，14:00地溫可代表1 d內(nèi)表土最高溫度，而20:00地溫可代表1 d內(nèi)表土處于迅速降溫階段的特征地溫。

3.1.2 全生育期內(nèi)不同處理對(duì)地溫影響是不同的

由于地溫變化隨深度增加而有所下降，大致以15cm為界限，所以取土層分別是5 cm、10 cm的土層作為代表。行間覆膜在拔節(jié)期之前在8:00、14:00、20:00共3個(gè)時(shí)段與大壟覆膜都顯現(xiàn)出相同的特征，有效的保持了土壤溫度平緩變化;拔節(jié)期后，行間覆膜處理揭膜。

8:00時(shí)段的行間覆膜處理5 cm土層的溫度明顯低于大壟覆膜，地膜的覆蓋有效的提高了表層土壤的溫度。

14:00時(shí)段的行間覆膜處理5 cm土層的溫度高于大壟覆膜，行間覆膜處理由于揭膜使得土壤直接吸收輻射的熱量而其散熱則較吸熱小，而表層地溫明顯高于大壟雙行覆膜處理。

20:00時(shí)段的行間覆膜處理5 cm的土層的溫度略低于大壟覆膜，夜間土壤散失的熱量大于吸收的熱量，而覆膜又有效的減緩了土壤溫度的降低。

3.2 不同覆膜方式對(duì)土壤水分含量的影響

不同覆膜方式對(duì)土壤水分含量的影響見(jiàn)圖3、圖4。

圖3 全生育期0～100 cm儲(chǔ)水量Fig.3 Water storage of 0～100cm in the whole growing stage

圖4 生育期降水量Fig.4 Rainfall in whole growing stage

土壤水分狀況是作物生長(zhǎng)的關(guān)鍵因素，對(duì)作物的生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量具有決定性做作用。大量研究［1－9］表明，地膜覆蓋阻礙了土壤與大氣之間的水分和能量交換，不僅有效地抑制了土壤水分蒸發(fā)，而且還具有提高降水保蓄率等優(yōu)點(diǎn)。

不同覆膜方式0～100 cm土層土壤儲(chǔ)水量動(dòng)態(tài)變化見(jiàn)圖3、圖4，2009年降雨量分布如圖5?？梢钥闯?伴隨著降雨和蒸發(fā)的過(guò)程，不同處理土壤儲(chǔ)水量總體上處于上升趨勢(shì)，土壤儲(chǔ)水量的動(dòng)態(tài)變化與降雨量的動(dòng)態(tài)變化具有良好的一致性。為了分析方便，將整個(gè)觀測(cè)期按照壟向區(qū)田筑擋的大致時(shí)間分為了2個(gè)階段:播種—拔節(jié)期、拔節(jié)期到收獲。由圖3、圖4可以看出，在拔節(jié)期之前，大壟雙行覆膜處理的土壤儲(chǔ)水量高于行間覆膜處理，這是由于大壟雙行覆膜處理在播種的同時(shí)筑擋了壟向區(qū)田，在此拔節(jié)期之前的期間的降雨量很好的被壟向區(qū)田攔蓄。在拔節(jié)期之后，行間覆膜處理在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候揭膜和筑擋壟向區(qū)田，而這個(gè)時(shí)段的土壤儲(chǔ)水量與大壟行間覆膜處理相差不多，這說(shuō)明了壟向區(qū)田有效地起到了減少?gòu)搅鳎钏?，提高土壤深層含水量，以便為后期的作物生長(zhǎng)提供必要的水分儲(chǔ)備的作用。

圖5所示，將整個(gè)生育期以中耕為分界線，分成兩部分進(jìn)行分析:中耕前，行間覆膜處邊坡上、中、下的含水量表現(xiàn)為逐漸升高的，并且含水量整體要高于大壟雙行覆膜處理，而大壟雙行覆膜處邊坡上、中、下的含水量表現(xiàn)平穩(wěn)，變化不大。其原因是因?yàn)樵诿缙谥林懈A段，為保證出苗在苗前期、苗期都灌了大量的水，行間覆膜處理布置在大壟雙行覆膜處理的坡的下方，并且沒(méi)有修筑壟向區(qū)田，含水量自然坡下的比坡上的高，而大壟雙行覆膜處理在覆膜的同時(shí)就已經(jīng)修筑了壟向區(qū)田，壟向區(qū)田有效地?cái)r蓄了水分，保證了大壟雙行覆膜處理的土壤含水量不受耕地坡度的影響;中耕后，行間覆膜處理進(jìn)行了壟向區(qū)田的修筑，在以后的生長(zhǎng)過(guò)程中，該處理的土壤含水量變化趨于平緩，與大壟雙行覆膜處理的土壤含水的變化趨勢(shì)相同，這說(shuō)明了壟向區(qū)田有效的攔蓄水量，使其有效的供給玉米生長(zhǎng)發(fā)育的需要。降低了坡耕地自然因素對(duì)玉米生長(zhǎng)所帶來(lái)的地理局限性，即土壤的含水量隨坡度的增加而減少，而導(dǎo)致的玉米需水情況的不同，進(jìn)而影響產(chǎn)量。

圖5 壟向區(qū)田措施中耕前后坡上、中、下兩種處理土壤含水量變化Fig.5 Variation of soil water of two treatments with ridge tillage method in the slope land

圖6為不同處理在不同深度各生育期內(nèi)土壤含水量隨時(shí)間變化的曲線，結(jié)果可以看出:土壤含水量在全生育期內(nèi)苗期變化幅度最大，即土壤水分消耗較小，因?yàn)槊缙诟材そ档土丝瞄g蒸發(fā)，而苗期作物需水量較小。但隨著時(shí)間的推移，大壟雙行覆膜處理表現(xiàn)出了其保水性能的優(yōu)越性。由于大壟雙行覆膜處理的植物種植在膜下，故而形成了膜下獨(dú)立水循環(huán)系統(tǒng)，改變了土壤水循環(huán)。當(dāng)土壤蒸發(fā)后在膜下凝結(jié)成水滴又返回土壤中，使地表20 cm土層在長(zhǎng)期無(wú)降水補(bǔ)給時(shí)仍能維持較高的含水量;而行間覆膜處理的作物種在壟溝中，覆膜的壟臺(tái)只是減少了一部分土壤水分的蒸發(fā)流失，但大壟雙行覆膜更有效。

圖6 生育期內(nèi)土壤深度與含水量關(guān)系曲線Fig.6 Relation between depth and soil water in the whole growing stage

圖7 不同處理生育期葉面積指數(shù)變化Fig.7 LAI of different treatments in the whole growing stage

3.3 不同覆膜方式下的玉米葉面積指數(shù)變化

葉片是玉米形成同化產(chǎn)物的關(guān)鍵庫(kù)，葉面積大小直接影響生物學(xué)和籽粒產(chǎn)量的高低。在玉米生長(zhǎng)期葉面積大小不斷發(fā)生變化，在分析葉面積時(shí)，應(yīng)該重點(diǎn)研究其動(dòng)態(tài)變化規(guī)律。［10］

正是由于葉面積大小意味著作物的健康程度，所以它作為作物生長(zhǎng)發(fā)育水平的一個(gè)重要的指標(biāo)，各生長(zhǎng)因素(如水、肥、光、熱等)對(duì)作物的影響都可以通過(guò)葉面積的大小反映出來(lái)，葉面積指數(shù)(LAI)來(lái)衡量。作為生物生長(zhǎng)狀況的另一重要指標(biāo)，葉面積指數(shù)(LAI)和作物產(chǎn)量存在相應(yīng)的內(nèi)在聯(lián)系，葉面積指標(biāo)的發(fā)育水平將影響作物產(chǎn)量水平。

試驗(yàn)表明:兩種處理玉米葉面積變化大體上分為迅速增長(zhǎng)期(苗期—拔節(jié)期—抽穗)、緩慢增長(zhǎng)期(抽穗期—灌漿期)、相對(duì)平穩(wěn)期(灌漿期—乳熟期)和衰退期(乳熟期以后) 4個(gè)階段:前一個(gè)階段葉面積增長(zhǎng)迅速，在抽穗期達(dá)到最大值;在第三階段生長(zhǎng)平穩(wěn);而后期由于籽粒趨于成熟，光合作用減弱，葉面積下降較快。

兩種處理對(duì)比分析:大壟雙行覆膜處理全生育期的葉面積指數(shù)從數(shù)值上均高于行間覆膜處理，大壟雙行覆膜處理有效的保證土壤溫度，促進(jìn)植株出苗和生長(zhǎng)。在相同處理中，灌水量越多的葉面積生長(zhǎng)較快。大壟雙行覆膜處理的葉面積指數(shù)LAI在抽穗期達(dá)到最大，然后迅速下降;而行間覆膜處理的葉面積指數(shù)LAI在灌漿期才達(dá)到最大值而且葉面積下降的指數(shù)也要快，比大壟雙行覆膜處理的要晚，這說(shuō)明大壟雙行覆膜處理的玉米生長(zhǎng)較行間覆膜處理的要快，而且先成熟，其影響作物生長(zhǎng)環(huán)境更有利于作物生長(zhǎng)。由葉面積指數(shù)的變化，可知:從整體上看，玉米生育期內(nèi)葉面積指數(shù)的變化趨勢(shì)先升后降。

4 結(jié)論

結(jié)論主要有5個(gè):

1)地膜覆蓋有效地提高土壤溫度、改善土壤物理性質(zhì)。由于大壟雙行覆膜處理將作物種子在膜下，較作物種植在壟溝的行間覆膜處理更能使膜內(nèi)在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)維持穩(wěn)定。地膜覆蓋的土壤，因受到增溫和降溫過(guò)程的影響，使水汽膨縮運(yùn)動(dòng)加劇。如此反復(fù)膨脹收縮，必然有利于土壤松弛，孔隙度增大。

2)覆膜以后將向上蒸發(fā)的水分阻擋在膜內(nèi)，夜間地膜表面由于有效輻射溫度下降，使膜內(nèi)水汽凝結(jié)成小的水珠，逐步返回到土壤之中。這樣，由“蒸發(fā)—凝結(jié)—下滲—蒸發(fā)”形成了薄膜與土壤之間的水分液態(tài)、氣態(tài)循環(huán)，使土壤儲(chǔ)水量增加，而且深層儲(chǔ)水想表層富集，加快了水分在“土壤—植物—大氣”間的轉(zhuǎn)換。試驗(yàn)表明:大壟雙行覆膜處理保水性更優(yōu)越。

3)壟向區(qū)田措施有效地?cái)r截了水分，減少了土壤徑流的形成，為玉米的生長(zhǎng)提供了水分，并且減輕了坡地給玉米生長(zhǎng)所帶來(lái)的地理局限性。

4)整個(gè)生育期中大壟雙行覆膜處理的葉面積指數(shù)均好于行間覆膜處理。

5)大壟雙行覆膜處理在改善玉米生長(zhǎng)環(huán)境因子，抑制棵間蒸發(fā)，提高土壤水分含量，較行間覆膜處理更有利于作物生長(zhǎng)，可以在干旱半干旱地區(qū)推廣。

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