晉西北覆膜玉米田土壤水分初探

王 玲，牛俊杰

（太原師范學(xué)院 汾河流域科學(xué)發(fā)展研究中心，山西 晉中030619）

1 引言

我國北方主要栽培作物之一是玉米。干旱是造成玉米減產(chǎn)的一個重要因素，在生長發(fā)育過程中，水分不足對其發(fā)育的影響有較大差異。氣候的變化會影響玉米作物的生長及產(chǎn)量［1］。以干旱為主要特征的氣候變化使玉米生長水分適宜性受到威脅。隨著全球氣候的暖干化，玉米生長及產(chǎn)量受水分限制的現(xiàn)象已經(jīng)引起人們的關(guān)注。在干旱半干旱地區(qū)，自然降水作為唯一的水分來源，其降水時空分布不均導(dǎo)致作物根系的吸水能力下降，將引起玉米田土壤水庫中有效水分含量持續(xù)下降。已有研究表明［2，3］，玉米苗期的需水量較少，但在玉米旺盛生長時期，水分適宜度較低是影響玉米產(chǎn)量的主要因素之一［4］。土壤水分和溫度會影響玉米出苗率和出苗速度［5］，春玉米出苗速度和出苗率在一定程度上決定了玉米的生長狀況和產(chǎn)量的豐欠。晉西北嵐縣嵐城鎮(zhèn)東河村屬偏寒偏旱、風(fēng)多少雨的氣候，對該地區(qū)玉米田各土壤層水分含水量的多寡與土壤溫度和水分對覆膜處理的響應(yīng)的研究十分必要，可為玉米抗旱節(jié)水生理研究提供參考依據(jù)，對維持糧食作物穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)有十分重要的意義。

2 研究區(qū)概況與研究方法

2.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于山西省嵐縣嵐城鎮(zhèn)東河村，海拔1 287 m ，東經(jīng)111°1′15″，北緯38°58′1.3″，屬溫帶大陸性氣候，1月氣溫達(dá)到最低，平均為－9.7℃，7月溫度最高，達(dá)到21℃，最冷月與最熱月平均氣溫相差31.1℃。年均降雨量400mm，霜凍期為9月下旬至次年5月上旬，無霜期130d。地勢大體呈西北高東南低，北、西、南三面有石山環(huán)繞，東為黃土丘陵，地形破碎。境內(nèi)主要的土壤類型以褐土類型為主。

2.2 材料與方法

于2014年4月在研究區(qū)的覆膜玉米田和露地分別進行采樣，土壤樣品用輕型人力鉆采取，采樣深度為0～600cm，土壤樣品間距為10cm，共采4個鉆孔，采集樣品合計240個。將土樣裝在已知空盒重的小鋁盒中，并用膠帶密封鋁盒，以防止水分揮發(fā)。立即將鋁盒帶回實驗室稱取濕土重，然后將鋁盒放于105℃的烘箱中烘干水分至恒重，烘干時間為24h以上。含水量計算公式為：W＝（W1－W2）/W2×100%，其中W為所測樣品的土壤含水量，W1為烘干前樣地土壤樣品重量，W2為烘干后土壤樣品重量。

2.3 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析方法

數(shù)據(jù)采用Excel制圖，采用SPSS17.0進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 玉米地土壤水分含量的垂直剖面變化

旱作玉米春季土壤水分含量分別為圖1中三個剖面a、b、c。由圖可知，隨著土層深度的變化，玉米地土壤含水量呈現(xiàn)出先增大后降低又增加的變化趨勢。土壤含水量垂向變化可大致分為三層：易變層、相對穩(wěn)定層、緩變層。0～200cm土層含水量變化明顯，含水量在11.6%～16.9%之間，為易變層，該層主要受地表蒸散和天然降水的補給影響。其中0～40cm為耕層，含水量在11.6%～13.6%之間，41～100cm為中層，含水量在13.2%～15.0%之間，100～200cm為耕作深層，含水量在12.9%～16.9%之間，因此，在發(fā)苗期土壤含水量從表層到耕作深層有增大趨勢；200～300cm土層內(nèi)土壤水分平均含量最高（15.8%），這是因為玉米根系主要集中在耕作表層和中層，200cm以下根系量極少，同時蒸散作用較弱；300～400cm土層，含水量變化幅度較小，僅在13.3%～14.9%之間變化，為相對穩(wěn)定層；400～600 cm為緩變層，土層變化程度位于表層和中間層之間，含水量在11.1%～15.7%之間變化。從總體來看，玉米田覆膜處理保持了較高的土壤水分，土壤水分隨深度加大的響應(yīng)程度較低［6］，土壤保持較高的土壤水分值，有利于春玉米的生長發(fā)育。

3.2 土壤水分和溫度對地膜覆蓋的響應(yīng)

研究區(qū)位于高寒的干旱半干旱地區(qū)，早春低溫且有效積溫少。因此，地膜覆蓋是旱作玉米增產(chǎn)的必要措施之一。采用新型地膜覆蓋播種機可一次性完成玉米的起壟、鋪膜、精量播種、鎮(zhèn)壓等多道工序，極大地提高了作業(yè)效率和經(jīng)濟效益［7］。地膜覆蓋后玉米增產(chǎn)的主要外在原因是改善水分狀況、提高土壤溫度。土壤水熱條件的改善，促進了玉米根系的生長，提高了根系吸收水分與礦質(zhì)營養(yǎng)元素的能力。

3.2.1 地膜覆蓋對土壤溫度的影響

增溫保墑是作物增產(chǎn)的主要原因之一。地膜覆蓋在春季苗期具有明顯增溫效應(yīng)［8］。通過降低土壤水汽的蒸發(fā)，地膜有效減少了汽化熱的損失。此外，地膜導(dǎo)熱性較差，且具有不透氣性，使得大氣難以和土壤中氣體進行交換。膜下的水汽、二氧化碳等可以吸收土壤向外釋放的長波輻射熱，有效防止了土壤熱量的散失。白天氣溫較高時，地膜吸收的太陽輻射能可使土壤表面增溫，熱量由上向土壤下層傳導(dǎo)［9］。夜間地面冷卻時，熱量在膜下相對封閉的空間里向上傳導(dǎo)補償，使得覆膜玉米田的溫差變化減小。但從土壤的絕對溫度來看，土壤溫度隨著土層深度的加深而有所降低［10］。由此說明，地膜覆蓋可使土壤溫度在一定范圍內(nèi)有所增加，苗期保溫性能良好（圖1）。

3.2.2 地膜覆蓋對土壤水分的影響

地膜覆蓋對土層水分含量的影響比較復(fù)雜［11］，這主要與土壤水資源補給情況有關(guān)，包括降水補給、凝結(jié)水補給、潛水蒸發(fā)補給等。很多研究提出［12，13］，地膜覆蓋處理抑制土壤水分蒸發(fā)，與大氣的直接交換受到阻隔。同時，深層水分通過毛管上升，并蒸發(fā)到膜下凝結(jié)集聚，提高了土壤表層的含水量。由圖2可知，春覆膜0～200cm土壤水分含量明顯高于露地，覆膜玉米田0～200cm的平均土壤水分含量為15.1%，露地的平均土壤水分含量為10.2%，平均高出4.9%。其中，40～60cm土層的土壤水分含量增加最為明顯，高達(dá)6.8%。此外，覆膜玉米田0～200cm土層的土壤水分含量總體呈現(xiàn)前高后低的持續(xù)下降趨勢。苗期氣溫較低，且覆膜處理后水分蒸騰較少，使玉米田的土壤水分含量總體處于較充足的供水狀態(tài)。由此說明，覆膜能有效增加表層至耕作深層的含水量。

4 結(jié)論與討論

（1）覆膜玉米田苗期的土壤水分含量平均值為14.1%，露地為13.2%，高于露地0.9%。

（2）覆膜處理對土壤表層至耕作深層的保水效果較為明顯，覆膜玉米田0～200cm土壤水分含量明顯高于露地。

（3）覆膜處理后的玉米田深層（200cm以下）土壤水分含量充足，為玉米苗期的生長提供保障。

地膜覆蓋在干旱半干旱地區(qū)可以有效提高作物的產(chǎn)量，但因為地膜覆蓋阻擋了土壤與大氣的物質(zhì)交換，其增產(chǎn)作用在一定程度是以消耗土壤中儲存的養(yǎng)分和有機物質(zhì)為代價的，當(dāng)土壤養(yǎng)分和水分在作物生長前期被大量消耗后，作物后期生長會有脫水、脫肥現(xiàn)象。因此，地膜覆蓋技術(shù)應(yīng)用不當(dāng)，可能會導(dǎo)致減產(chǎn)。除此之外，大量的覆膜會造成嚴(yán)重的土壤污染現(xiàn)象。正確而有效地利用地膜覆蓋技術(shù)是干旱區(qū)未來農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要措施之一。

［1］白向歷，孫世賢，楊國航，等.不同生育時期水分脅迫對玉米產(chǎn)量及生長發(fā)育的影響［J］.玉米科學(xué)，2009，17（2）：60～63.

［2］于文穎，紀(jì)瑞鵬，馮 銳，等.不同生育期玉米葉片光合特性及水分利用效率對水分脅迫的響應(yīng)［J］.生態(tài)學(xué)報，2015，35（9）：2 902～2 909.

［3］姚小英，蒲金涌，姚茹莘，等.甘肅省黃土高原旱作玉米水分適宜性評估［J］.生態(tài)學(xué)報，2010，30（22）：6 242～6 248.

［4］王金平，孫雪峰.作物水分與產(chǎn)量關(guān)系的綜合模型［J］.灌溉排水，2001，20（2）：76～81.

［5］石元亮，秦裕波，孫 毅，等.土壤水分與玉米種植密度及產(chǎn)量的相關(guān)性研究［J］.土壤通報，2008，39（4）：792～797.

［6］魯向暉，高 鵬，王 飛，等.寧夏南部山區(qū)秸稈覆蓋對春玉米水分利用及產(chǎn)量的影響［J］.土壤通報，2008，42（6）：64～70.

［7］李 軍，邵明安，張興昌，等.黃土高原旱塬區(qū)高產(chǎn)玉米田土壤干燥化與產(chǎn)量波動趨勢模擬研究［J］.中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報，2007，15（2）：54～59.

［8］馬樹慶，王 琪，呂厚荃，等.水分和溫度對春玉米出苗速度和出苗率的影響［J］.生態(tài)學(xué)報，2012，32（11）：3 378～3 385.

［9］張淑芳.小麥地膜覆蓋對土壤水分和溫度的影響［D］.蘭州：甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)，2010.

［10］陳素英，張喜英，裴 冬，等.秸稈覆蓋對夏玉米田棵間蒸發(fā)和土壤溫度的影響［J］.灌溉排水學(xué)報，2004，23（4）：32～36.

［11］潘 渝，郭 謹(jǐn)，李 毅.地膜覆蓋條件下的土壤增溫特性［J］.水土保持研究，2002，9（2）：130～134.

［12］Basic F.Kisic I，Mesic M，et al.Tillage and crop management effects on soil erosion in central Croatia［J］.Soil Tillage Re－search，2004（78）：197～206.

［13］崔琳琳.覆膜對土壤水分和玉米產(chǎn)量的影響［J］.水利科技與經(jīng)濟，2014，20（6）：104～106.