覆膜與不覆膜滴灌對土壤溫度和玉米產(chǎn)量影響研究
——以遼西為例

張 丹，龔時宏

(1.中國水利水電科學研究院，北京 100038；2.遼寧省水利水電科學研究院，沈陽 110003)

0 引 言

覆膜處理可以改變地溫，影響土壤熱量[1]，土壤熱量作為土壤系統(tǒng)中能量的一種表現(xiàn)形式，通過與外部環(huán)境的交換而影響和改變土壤水的能量狀態(tài)，從而影響土壤內(nèi)部物理、化學過程。土壤溫度是表征土壤熱量狀況的指標之一，它的變化極大地影響土壤性質(zhì)和農(nóng)作物生長狀況[2-5]。春季地溫過低不利于播種，持續(xù)低溫會降低出苗率；作物生長期地溫過高則會抑制根系吸水，這些都直接或間接影響作物產(chǎn)量[6,7]。

遼西地區(qū)光照強，年蒸發(fā)量大，降水少，地膜覆蓋可用于調(diào)節(jié)農(nóng)田土壤溫度和其他物理化學性質(zhì)。隨著近幾年遼西地區(qū)節(jié)水增糧行動的推進，膜下滴灌技術(shù)的推廣和應用逐漸普及，地膜覆蓋對于農(nóng)田增溫保水保墑重要作用得以顯現(xiàn)。因此，研究覆膜滴灌與不覆膜滴灌條件下地溫變化規(guī)律，掌握作物生育期地溫動態(tài)，對于研究作物播種出苗、生長發(fā)育以及以水調(diào)溫等都有重要意義[8-11]。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗在遼寧省朝陽市建平灌溉試驗站進行。建平灌溉試驗站位于建平縣西部，老哈河東岸，地理位置東經(jīng)119°18′，北緯41°47′，地面海拔高度512 m，屬于半濕潤半干旱季風型大陸性氣候。年均積溫3 200 ℃，多年平均降水量410 mm左右，年蒸散發(fā)量1 800 mm，作物生育期日照時數(shù)1 384 h，無霜期125～133 d，土壤質(zhì)地為沙壤土，土壤田間最大持水率21%，容重1.4 g/cm3。

1.2 試驗設計

試驗于2014年4-9月在建平灌溉試驗站的露天試驗小區(qū)進行。供試玉米品種遼丹565(密植品種，67 500株/hm2)，種植模式為密植大壟雙行，壟距為1.0 m。試驗為裂區(qū)設計，以覆膜與不覆膜滴灌為主區(qū)，灌水控制為副區(qū)。灌水控制采用3個梯度，當20 cm土層土水勢低于-15、-25和-40 kPa時，就進行灌水，每次灌水上限為田間持水量的90%。試驗共6個處理，每個處理3次重復，各處理隨機排列，中間各留1行保護行，每個處理均有單獨閥門和水表控制，以當?shù)亟?jīng)驗滴灌方式為對照。

春播前翻地，平整土地，4月18日播種，施肥及其他農(nóng)業(yè)措施一致，底肥磷酸二銨225 kg/hm2，玉米復合肥225 kg/hm2，后期不追肥。播后鋪設直徑16 mm滴灌管，覆蓋地膜，噴施除草劑。出苗后三葉期定苗。拔節(jié)期用施肥罐追施尿素450 kg/hm2，噴施農(nóng)藥甲胺磷一次，防治蟲害。

1.3 測定項目和方法

1.3.1土壤水勢

玉米出苗定苗后，在小區(qū)內(nèi)埋設土壤負壓計，每個處理埋設三支，預埋深度20 cm，逐日觀測土壤水勢。

1.3.2地溫

播種后，分別在覆膜、不覆膜2個不同處理距地表5、10、15、20、25 cm，5個深度安置地溫計，橫向排列。從播種后開始，至玉米成熟期，對覆膜和不覆膜滴灌兩種條件下每日8∶00和14∶00地溫進行觀測。

1.3.3氣象

采用建灌溉試驗站的自動觀測氣象站數(shù)據(jù)，主要觀測氣象數(shù)據(jù)包括：風速、降水、溫度等。

1.3.4玉米植株生長性狀

在玉米的每個生育期定期用直尺測定每株的株高、葉面積，用游標卡尺測量每株莖粗。按長×寬×折算系數(shù)(展開葉為0.75，未展葉為0.5)法調(diào)查單株葉面積，每次均在各處理定株標記5株相同樣本，取其平均數(shù)。葉面積指數(shù)(LAI)=單株葉面積×單位土地面積內(nèi)株數(shù)/單位土地面積。

1.3.5玉米產(chǎn)量

成熟后，按各處理小區(qū)進行單打單收，用籽粒干質(zhì)量法測玉米產(chǎn)量。

2 試驗結(jié)果分析

2.1 覆膜與不覆膜滴灌對地溫影響差異

玉米在4月18日播種，從播種后開始，至玉米成熟期，分別對覆膜、不覆膜2個不同處理5、10、15、20、25 cm 5個深度，每日8∶00和14∶00地溫進行觀測。作物生育期內(nèi)每日8∶00覆膜滴灌和不覆膜滴灌地溫對比詳見圖1。

從圖1可看出，在7月下旬之前，覆膜處理不同土層的地溫普遍高于不覆膜處理。對各生育期不同土層地溫進行了對比和顯著性分析，結(jié)果見圖2和圖3。在出苗前期、苗期，覆膜處理5個土層地溫均高于不覆膜處理的處理，且差異顯著(P<0.05)。以出苗前期為例，覆膜滴灌處理5、10、15、20和25 cm深度地溫平均為18.0、16.8、14.4、12.8和11.9 ℃，不覆膜處理各土層溫度分別為15.1、12.5、12.4、11.9和10.0 ℃，覆膜比不覆膜處理地溫高2.9、4.3、2.0、0.9和1.9 ℃。到了拔節(jié)期，覆膜處理5、15和25 cm處地溫仍高于不覆膜處理，且存在顯著差異(P<0.05)，覆膜與不覆膜處理10、20 cm的地溫雖差異不顯著(P>0.05)，但覆膜仍高于不覆膜處理。

圖1 覆膜滴灌與不覆膜滴灌每日14∶00地溫對比Fig.1 Soil moisture at 14∶00 of mulch-drip irrigation and no-mulch drip irrigation

從圖1可以看出，在玉米抽雄期之前，當氣溫越高，覆膜與不覆膜導致的地溫差異就越顯著，但是，進入抽雄期后，氣溫升到了年內(nèi)最高階段，覆膜與不覆膜導致的地溫差異反而不顯著了。分析產(chǎn)生此現(xiàn)象的原因，主要由兩個：第一，玉米進入抽雄期后，大部分地膜都已破裂，導致覆膜與不覆膜處理的地溫差異不顯著；第二，抽雄期后，玉米葉面積增大到全生育期內(nèi)的最大值，葉片已封壟，將地面全部覆蓋，因此，減小了覆膜滴灌與不覆膜滴灌的地溫差異。

對覆膜和不覆膜滴灌的玉米全生育期的積溫進行對比，在玉米灌漿期后覆膜與不覆膜滴灌對地溫的影響差異不顯著，因此，這兩個生育期的地溫不做統(tǒng)計。經(jīng)分析，覆膜處理在玉米的出苗前期可以提高土層積溫92.8 ℃，苗期可提高積溫140.7 ℃，拔節(jié)期可提高積溫20.9 ℃，全生育期可以提高積溫254.5 ℃。根據(jù)試驗觀測結(jié)果，由于覆膜有效提高了地溫，也使玉米各生育期提前，覆膜滴灌出苗提前了3 d，拔節(jié)期提前了6 d，抽雄提前6 d，灌漿提前5 d，成熟期提前2 d。因此，地膜覆蓋有利于提高玉米生育期內(nèi)的地溫，促進玉米早出苗，早成熟，有利于玉米生長，縮短農(nóng)時。

圖2 覆膜與不覆膜滴灌5～25 cm不同深度土層地溫對比Fig.2 Soil moisture of different depth from 5～25 cm of mulch-drip irrigation and no-mulch drip irrigation

圖3 覆膜與不覆膜滴灌對地溫影響顯著性分析Fig.3 Soil moisture significance test of mulch-drip irrigation and no-mulch drip irrigation

2.2 覆膜與不覆膜滴灌對玉米生長性狀影響差異

對覆膜與不覆膜條件下的玉米在各生育期的生長性狀進行了顯著性分析，詳見圖4。在苗期，覆膜處理玉米長勢均優(yōu)于不覆膜處理，且存在顯著差異(P<0.05)，覆膜處理玉米株高、莖粗和葉面積平均高出不覆膜處理10.6，0.29和0.18 cm；在玉米拔節(jié)期，覆膜處理株高明顯優(yōu)于不覆膜處理，對于莖粗和LAI也存在差異，其中：覆膜處理株高均高于不覆膜處理，且差異顯著(P<0.05)。在抽雄期，由于地膜的破裂，覆膜與不覆膜滴灌對玉米生長性狀的影響逐漸減弱，從對比結(jié)果來看，覆膜與不覆膜滴灌對莖粗和LAI的影響差異顯著(P<0.05)，但對于株高的影響不顯著。到了玉米灌漿期，覆膜與不覆膜滴灌對玉米的株高和莖粗影響均不顯著，但覆膜滴灌玉米株高、莖粗和LAI均高于不覆膜滴灌的玉米。

綜上所述，在苗期和拔節(jié)期，覆膜滴灌有利于玉米生長，株高、莖粗和LAI顯著優(yōu)于不覆膜處理，到了抽雄期，隨著地膜的破裂，溫度的升高，覆膜處理對玉米的生長影響逐漸減弱，雖然玉米的部分生長性狀仍存在差異，但是差異普遍不顯著。

2.3 覆膜與不覆膜滴灌對玉米產(chǎn)量影響差異

對覆膜與不覆膜滴灌的玉米產(chǎn)量性進行了顯著性分析，結(jié)果見表1。

表1 不同處理玉米產(chǎn)量與水分利用效率對比Tab.1 Maize yield and water use efficiency comparisonof different experimental treatment

圖4 覆膜與不覆膜滴灌玉米各生育期植株生長性狀顯著性分析Fig.4 Growth traits significance test of mulch-drip irrigation and no-mulch drip irrigation

由表3可知，覆膜與不覆膜滴灌的灌溉產(chǎn)量差異顯著(P<0.05)，覆膜條件下，水分控制下限為-25和-40 kPa的玉米產(chǎn)量較高，分別為14 400和14 056.5 kg/hm2，-15 kPa對應的玉米產(chǎn)量最低，為13 525.5 kg/hm2。在不覆膜條件下，水分控制下限為25 kPa的處理產(chǎn)量最高，為866.8 kPa，且與其他兩個水分處理的玉米產(chǎn)量存在顯著差異(P<0.05)，-15和-40 kPa水分控制下的玉米在不覆膜滴灌條件下的產(chǎn)量差異不顯著，分別為13 002和13 048.5 kg/hm2，但不同水分處理產(chǎn)量均高于常規(guī)百姓經(jīng)驗膜下滴灌，且差異顯著。

對水分利用效率，覆膜滴灌條件下，-25和-40 kPa的WUE分別為3.22和3.19 kg/m3，顯著高于-15 kPa處理；在不覆膜條件下，-25和-40 kPa的WUE分別為2.91和2.82 kg/m3，同樣顯著高于-15 kPa處理；因此，當水勢控制在-25和-40 kPa時，玉米水分利用效率最高，且明顯優(yōu)于傳統(tǒng)經(jīng)驗滴灌。綜合考慮產(chǎn)量和WUE，在覆膜滴灌條件下，當灌水控制灌溉下限在-25 kPa將獲得較高的產(chǎn)量，且水分利用效率最高。

3 結(jié) 論

2014年分別對覆膜與不覆膜、灌水控制下限-15、-25、-40 kPa的玉米地溫、植株生長性狀和產(chǎn)量等進行了觀測，通過試驗得出如下結(jié)論：

(1)在玉米生育期內(nèi)，覆膜滴灌較不覆膜滴灌可提高積溫254.5 ℃，覆膜滴灌有利于促進玉米提前出苗，早成熟；

(2)在苗期和拔節(jié)期，覆膜滴灌玉米株高、莖粗和LAI顯著優(yōu)于不覆膜處理，到了抽雄期，隨著地膜的破裂，溫度的升高，覆膜與不覆膜處理對玉米植株生長性狀影響差異不顯著；

(3)綜合考慮產(chǎn)量和WUE，在覆膜滴灌條件下，當灌水控制灌溉下限在-25 kPa將獲得較高的產(chǎn)量，且水分利用效率最高。

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[1] 李久生，滴灌施肥灌溉原理與應用[M]. 北京:中國農(nóng)業(yè)科學技術(shù)出版社，2003.

[2] 王炳英，李援農(nóng)，謝建波.覆膜種植夏玉米需水規(guī)律的試驗研究[J].水利與建筑工程學報，2007,5(3):16-18.

[3] 程治芬，趙元忠，景 明，等.秸稈和地膜覆蓋下春玉米農(nóng)田蒸散特征研究[J].山東農(nóng)業(yè)大學學報，2010,41(2)：209-215.

[4] 劉一龍， 張忠學， 郭亞芬，等.膜下滴灌條件下不同灌溉制度的玉米產(chǎn)量與水分利用效應[J].東北農(nóng)業(yè)大學學報，2010,41(10)：53-56.

[5] 魏永華，陳麗君.膜下滴灌條件下不同灌溉制度對玉米生長狀況的影響[J].東北農(nóng)業(yè)大學學報，2011,42(1)：55-60.

[6] 李全起, 陳雨海, 于舜章, 等. 灌溉與秸稈覆蓋條件下冬小麥農(nóng)田小氣候特征[J]. 作物學報, 2006, 32(2): 306-309.

[7] 劉戰(zhàn)東，肖俊夫，于景春,等. 春玉米品種和種植密度對植株性狀和耗水特性的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學報, 2012,28(11): 125-130.

[8] 郭元裕.農(nóng)田水利學[M]. 北京:中國水利水電出版社，1997.

[9] 汪志農(nóng).灌溉排水工程學[M]. 北京:中國農(nóng)業(yè)出版社，2000.

[10] Echarte L, DellaMaggiora A, Cerrudo D, et al. Yield response to plant density of maize and sunflower intercropped with soybean[J]. Field Crops Research, 2011,121(3):423-429.

[11] Tokatlidis I S, Has V, Melidis V, et al. Maize hybrids less dependent on high plant densities improve resource-use efficiency in rainfed and irrigated conditions[J]. Field Crops Research, 2011,120(3):45-351.