不同殘膜量對春玉米生產(chǎn)性狀及土壤水分的影響

郭彥芬，李生勇，霍軼珍

(內(nèi)蒙古河套學(xué)院土木工程系，內(nèi)蒙古 巴彥淖爾 015000)

由于地膜覆蓋后的增溫、保墑和控鹽效果顯著[1]，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用。然而，普通農(nóng)用地膜主要成分為一種分子結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定的聚乙烯材料，自然條件下很難分解，收獲期后難以回收利用，在農(nóng)田大量殘留積累，殘留期可達(dá)200～400年[2]，長此以往必然會嚴(yán)重影響農(nóng)業(yè)的健康發(fā)展。有研究表明，隨土壤殘膜量的增加，土壤水分移動速度明顯減慢，且降低了肥料的利用率，嚴(yán)重影響到了作物的產(chǎn)量[3-5]。

國內(nèi)外對于農(nóng)膜殘留對作物生長及土壤特性的影響研究甚少，而針對殘膜問題，目前逐漸興起和發(fā)展的可降解生物地膜正在逐漸嘗試在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)用，但是由于生物地膜自身的一些缺點(diǎn)[6]，還主要是處在小范圍的試驗(yàn)應(yīng)用階段。

本文以河套灌區(qū)玉米產(chǎn)區(qū)為例，在調(diào)查殘留地膜數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，人為設(shè)置了不同殘膜地膜密度，研究隨地膜殘留量的增加玉米生產(chǎn)性狀和土壤狀況對其的響應(yīng)關(guān)系，旨在為河套灌區(qū)考慮和預(yù)測多年后殘留地膜對土壤和作物生長的影響以及防治殘膜污染提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

該試驗(yàn)在內(nèi)蒙古河套灌區(qū)磴口縣壩楞村試驗(yàn)站進(jìn)行，該地區(qū)屬典型的溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫7.6 ℃，年平均風(fēng)速2.75 m/s，年平均降雨量142.1 mm，蒸發(fā)量2 346.4 mm，全年日照時(shí)數(shù)為3 200 h左右。試驗(yàn)田耕作層土壤質(zhì)地為砂質(zhì)黏壤土，0～100 cm土壤平均容重為1.48 g/cm3；耕作層凋萎系數(shù)8%左右，田間持水量21.4%左右；田間灌溉水引自黃河水源，含泥沙量較大，平均礦化度0.320 g/L，pH值8.1。

1.2 研究方法

1.2.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)調(diào)查，該地區(qū)每年玉米的覆膜量大概為45 kg/hm2，每年的殘留系數(shù)的30%。為探究現(xiàn)有種植模式下若干年后地膜殘留對作物的影響趨勢，以調(diào)查結(jié)果為依據(jù)，預(yù)測5a、10a、20a后的殘留量對玉米產(chǎn)量的影響。試驗(yàn)設(shè)置4個(gè)殘膜量處理0、67.5、135和270 kg/hm2(分別用CK、A、B、C表示)，每個(gè)處理設(shè)3個(gè)重復(fù)，隨機(jī)排列組合，各小區(qū)面積為42 m2(6 m×7 m)。試驗(yàn)前將原土壤中殘膜撿拾干凈，將人工剪碎的殘膜碎片(小于2 cm2占30%、2～5 cm2占40%、大于5 cm2占30%)混合均勻后撒施于小區(qū)內(nèi)，用農(nóng)用拖拉機(jī)進(jìn)行翻耕掩埋，殘膜深度主要在0～20 cm內(nèi)。

整地后，按當(dāng)?shù)赜衩壮Ｒ?guī)栽培管理模式進(jìn)行種植管理，供試玉米品種為西蒙6號，播種時(shí)施足底肥450 kg/hm2(磷酸二銨、尿素)，灌第三水時(shí)施肥450 kg/hm2(尿素)，灌第四水時(shí)施肥300 kg/hm2(尿素)，玉米全生育期灌三次水。

1.2.2測定項(xiàng)目及方法

各生育期在玉米行間采用土鉆定點(diǎn)取土，取樣深度0～100 cm，每隔20 cm為一層，采用烘干稱重法測定土壤含水率，每個(gè)處理定點(diǎn)取3個(gè)重復(fù)；各生育期每隔7d用鋼尺定株(選典型的3株)測定玉米株高和葉面積；玉米成熟期，各處理選取具有代表性的15株測定其生產(chǎn)性狀指標(biāo)和產(chǎn)量。

1.2.3數(shù)據(jù)分析

采用MS-Excel 2003 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并繪制圖表，SPSS17.0 進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同殘膜量對玉米生育期株高的影響

由圖1不同處理?xiàng)l件下玉米株高變化可知，各處理全生育期內(nèi)變化規(guī)律較為一致，生育前期生長速率較快，而生育后期隨生育期結(jié)束植株生長緩慢且開始枯萎，植株高度有減小趨勢。玉米苗期和拔節(jié)期株高處理CK較A、B、C平均高14.72%、27.21%、36.30%和7.36%、16.23%、24.51%，差異達(dá)到顯著性水平(P<0.05)；抽雄吐絲期至成熟期處理A、B、C株高無顯著性水平或部分達(dá)到顯著性水平，但均顯著低于處理CK(P<0.05)。原因是玉米苗期和拔節(jié)期處于生長初期，植株較小，作物根系較弱，抗逆性及對殘膜的穿透能力較差[7,8]，進(jìn)而阻礙了根系的生長發(fā)育和伸長，而作物耕層根系的疏密直接影響其對土壤水分和養(yǎng)分的吸收利用，進(jìn)而影響到了植株地上部分枝葉的生長發(fā)育。而生育后期，隨植株的生長，作物根系更為強(qiáng)壯，對殘膜的穿透性及抗逆性增強(qiáng)，進(jìn)而對玉米生長的抑制作用減弱。

圖1 不同處理?xiàng)l件下玉米株高

2.2 不同殘膜量對玉米生育期葉面積指數(shù)的影響

葉面積指數(shù)是反映作物生長狀況的一個(gè)重要指標(biāo)，其大小直接與最終產(chǎn)量高低密切相關(guān)。由圖2不同處理?xiàng)l件下玉米葉面積指數(shù)變化可知，葉面積指數(shù)整體變化趨勢為玉米抽雄吐絲前生長旺盛、增速較快，生育中后期玉米由生殖生長轉(zhuǎn)為營養(yǎng)生長，至灌漿成熟期葉片開始由下至上枯黃變干，葉面積指數(shù)逐漸減小，且隨殘膜量增加，減小幅度越大，處理A、B、C平均較CK降幅大13.36%、15.24%和43.69%。全生育期來看，玉米苗期和拔節(jié)期，處理CK葉面積指數(shù)顯著高于A、B、C，平均大11.11%、28.57%、16.67%和16.92%、9.24%、15.72%，說明殘膜對生育前期葉面積影響較大。而生育后期，由于殘膜對玉米根系吸水及養(yǎng)分吸收的抑制作用使得殘膜量較大的玉米植株發(fā)育相對較差，玉米出現(xiàn)早衰現(xiàn)象嚴(yán)重；隨殘膜量增加各處理葉面積指數(shù)差異日趨顯著，且均顯著低于處理CK(P<0.05)。

圖2 不同處理?xiàng)l件下玉米葉面積指數(shù)

2.3 不同殘膜量對玉米產(chǎn)量的影響

由表1可知，隨殘膜量增加，玉米產(chǎn)量呈現(xiàn)下降趨勢，當(dāng)殘膜量達(dá)到一定量時(shí)會顯著影響產(chǎn)量的形成，處理CK分別較A、B、C產(chǎn)量高2.4%、11.84%和23.77%，通過顯著性檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)處理CK與A差異性不顯著(P>0.05)，但均顯著高于處理B、C；通過相關(guān)性分析，殘膜量與玉米產(chǎn)量呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)，相關(guān)系數(shù)(r=-0.987)。4個(gè)處理?xiàng)l件下玉米生產(chǎn)性狀指標(biāo)也均達(dá)到了顯著性水平，且表現(xiàn)為CK>A>B>C。分析原因，一方面是由于殘膜的影響，在不同程度上影響到了出苗率，出現(xiàn)缺苗斷壟現(xiàn)象影響到了玉米產(chǎn)量；另一方面殘膜在玉米生育前期對玉米根系及植株生長起到了不同程度的抑制作用影響到了玉米生長旺盛期對土壤水分和養(yǎng)分的吸收利用，進(jìn)而影響到了產(chǎn)量的形成。

表1 不同處理?xiàng)l件下玉米產(chǎn)量指標(biāo)對比

2.4 不同殘膜量對玉米生育期土壤水分的影響

由圖3不同處理?xiàng)l件下各生育期0～100 cm土壤剖面含水率變化可知，各處理剖面含水率變化較為一致，由表層至深層含水率依次增大，呈現(xiàn)出“S型”變化規(guī)律。隨殘膜量增加，土壤含水率呈現(xiàn)下降趨勢，原因是殘膜改變了土壤空隙的連續(xù)性，土壤孔隙減小，進(jìn)而使得土壤水分的下滲速率減慢[9]，對生育期土壤水分影響較大，玉米苗期0～40 cm土壤含水率處理CK分別較A、B、C高5.97%、11.28%和17.73%，差異性顯著，而下層40～100 cm土壤含水率差異性不顯著，玉米抽雄期吐絲期和灌漿期呈現(xiàn)同樣的變化規(guī)律。隨生育期的結(jié)束，玉米無灌溉及根系對土壤水分的吸收減弱，各處理在成熟收獲期各土層含水率差異不顯著(P>0.05)。

圖3 不同處理?xiàng)l件下土壤剖面含水率

3 結(jié) 論

(1) 殘膜對玉米的生長發(fā)育有著顯著的影響，玉米苗期和拔節(jié)期由于根系的抗逆性及對殘膜的穿透性較差，嚴(yán)重影響根系的生長發(fā)育和伸長進(jìn)而影響到了植物地上部的生長發(fā)育，處理CK 的株高、葉面積指數(shù)均顯著高于處理A、B、C(P<0.05)；而生育后期，隨植株根系穿透性及抗逆性增強(qiáng)，對玉米株高、葉面積的影響減弱。

(2) 殘膜在不同程度上影響到了玉米產(chǎn)量的形成，通過相關(guān)性分析，殘膜量與玉米產(chǎn)量呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)，相關(guān)系數(shù)(r=-0.987)；處理CK分別較A、B、C產(chǎn)量高2.4%、11.84%和23.77%。

(3) 由于殘膜改變了土壤空隙的連續(xù)性，使得土壤水分的下滲速率減慢，嚴(yán)重影響到了表層土壤含水率的運(yùn)移，玉米生育前期各處理0～40 cm土壤水分變化差異顯著(P<0.05)，而后期差異較小。

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