玉米鮮秸稈覆蓋旱地冬小麥拔節(jié)前土壤溫度效應(yīng)

李巖華，閆金龍，霍成斌，馮麗云

（山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院谷子研究所，山西長(zhǎng)治046011）

覆蓋栽培是旱地冬小麥一項(xiàng)重要的抗旱增產(chǎn)措施[1]。溫度脅迫是重要的非生物脅迫之一，影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育、生產(chǎn)量和地理分布范圍[2]。有研究表明，農(nóng)田秸稈覆蓋后，改變了土壤與大氣的界面狀況，秸稈覆蓋對(duì)土壤溫度變化有明顯的調(diào)節(jié)作用[3-8]。大多數(shù)研究結(jié)果表明，秸稈覆蓋具有增產(chǎn)效應(yīng)[9-13]，但也有少數(shù)試驗(yàn)表現(xiàn)出減產(chǎn)效應(yīng)[14-17]，一般認(rèn)為，這與土壤溫度有關(guān)。秸稈覆蓋所采用的材料多數(shù)為農(nóng)作物成熟收獲后的小麥秸稈或玉米秸稈，但以活體的玉米鮮秸稈作為材料對(duì)農(nóng)作物實(shí)行覆蓋栽培的研究尚未見報(bào)道。

本試驗(yàn)通過(guò)田間覆蓋不同量的活體玉米鮮秸稈研究旱地冬小麥的土壤溫度變化，以闡明覆蓋玉米鮮秸稈對(duì)旱作麥田拔節(jié)前3 個(gè)生育時(shí)期土壤溫度的影響，旨在為豐富覆蓋栽培學(xué)和農(nóng)田秸稈覆蓋有機(jī)旱作生產(chǎn)技術(shù)提供理論參考依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)于2017 年9 月至2018 年7 月在山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院谷子研究所試驗(yàn)地進(jìn)行。該試驗(yàn)地土壤為褐土，土壤基礎(chǔ)肥力為有機(jī)質(zhì)含量30.4 g/kg，全氮含量0.129%，堿解氮含量83.2 mg/kg，硝態(tài)氮含量22.5 mg/kg，有效磷含量4.76 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)材料

供試冬小麥品種為長(zhǎng)6878。供試玉米秸稈為生長(zhǎng)1.1～1.3 m 高的玉米活體植株，含水量67%～70%，秸稈直徑≤2 cm，秸稈粉碎長(zhǎng)度5～10 cm。

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，以不同秸稈覆蓋量為處理，設(shè)4 個(gè)水平，分別為9 000（HM），6 000（MM），3 000（LM），0 kg/hm2（CK，不覆蓋）。小區(qū)面積21 m2，3 次重復(fù)。2017 年9 月25 日播種，播種前將鍘好的玉米短節(jié)鮮秸稈均勻撒覆在地表，用3 條腿耬人工播種，播種量187.5 kg/hm2，行距20 cm，每小區(qū)播15 行。于6 月25 日收獲。整個(gè)生育期未澆水。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目及方法

0～30 cm 土層土壤溫度采用扦插式數(shù)顯溫度計(jì)進(jìn)行測(cè)定，記錄層次為0，5，10，15，20，25，30 cm（地表溫度測(cè)定時(shí)將溫度計(jì)傾斜成70°，測(cè)其他土層溫度時(shí)則需將溫度計(jì)插入土壤，7～8 min 開始讀數(shù)記錄）；每10 d 記錄一次各土層的土壤溫度，測(cè)定時(shí)刻為一天中的3：00，8：00，14：00，18：00，22：00。統(tǒng)計(jì)各生育期溫度平均值，同時(shí)記錄相應(yīng)的氣溫?cái)?shù)據(jù)。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同玉米鮮秸稈覆蓋量下土壤溫度垂直傳遞效應(yīng)分析

2.1.1 分蘗期土壤溫度特征 由表1 可知，與CK相比，秸稈覆蓋具有增溫作用，覆蓋量越大，增溫幅度越大，秸稈覆蓋的土壤溫度始終高于無(wú)覆蓋處理。在同一土層深度，土壤溫度表現(xiàn)為HM＞MM＞LM＞CK。從不同深度土層看，0～30 cm 土層增溫幅度最高點(diǎn)出現(xiàn)在5 cm 處，HM，MM，LM處理分別比CK 增溫1.32，0.92，0.70 ℃；增溫幅度最低點(diǎn)出現(xiàn)在25 cm 處，HM，MM，LM 處理分別 比CK 增 溫0.16，0.16，0.10 ℃。無(wú)論覆蓋與否，地溫均隨著土層深度的遞增而升高，土壤溫度均表現(xiàn)為0 cm＜5 cm＜10 cm＜15 cm＜20 cm＜25 cm＜30 cm，在30 cm 深處土壤溫度達(dá)到最高；不同玉米鮮秸稈覆蓋量增溫強(qiáng)弱特征表現(xiàn)為HM＞MM＞LM＞CK。HM，MM，LM，CK 各處理在土壤中垂直傳遞的平均溫度分別是3.06，2.88，2.76，2.29 ℃，HM，MM，LM 處理分別比CK 增溫0.77，0.59，0.47 ℃。

表1 各處理在不同土層深度土壤平均溫度 ℃

2.1.2 越冬期土壤溫度特征 在冬小麥越冬期，秸稈覆蓋同樣表現(xiàn)為覆蓋量越多，增溫作用越大，秸稈覆蓋的土壤溫度始終高于無(wú)覆蓋處理（表1）。在同一土層深度，土壤溫度表現(xiàn)為HM＞MM＞LM＞CK。從不同土層看，HM，MM 處理增溫幅度最高點(diǎn)出現(xiàn)在5 cm 處，分別比CK增溫1.05，0.89 ℃，LM處理增溫最高點(diǎn)出現(xiàn)在10 cm 處，較CK 增溫0.79 ℃；覆蓋處理增溫幅度最低點(diǎn)出現(xiàn)在30 cm 處，HM，MM，LM處理分別比CK 增溫0.61，0.48，0.34 ℃；各處理土壤溫度均表現(xiàn)為0 cm＜5 cm＜10 cm＜15 cm＜20 cm＜25 cm＜30 cm，在30 cm 深處土壤溫度達(dá)到最高；不同玉米鮮秸稈覆蓋量下土壤處理的增溫強(qiáng)弱特征表現(xiàn)為HM＞MM＞LM＞CK。HM，MM，LM，CK 在土壤中垂直傳遞的平均溫度分別是-1.00，-1.09，-1.23，-1.78 ℃，HM，MM，LM 處 理 分 別 比CK 增溫0.78，0.69，0.55 ℃。

2.1.3 返青期土壤溫度特征 冬小麥進(jìn)入返青期后，由于大氣溫度逐漸升高及作物生育進(jìn)程加快，植物生長(zhǎng)吸收養(yǎng)分激活了土壤微生物活性，與分蘗期、越冬期相比，土壤溫度有明顯提升。而秸稈覆蓋處理卻表現(xiàn)出顯著的減溫作用，且覆蓋量越多減溫作用越明顯，秸稈覆蓋處理的土壤溫度始終低于無(wú)覆蓋處理（表1）。在同一土層深度，土壤溫度表現(xiàn)為HM＜MM＜LM＜CK。從不同深度土層看，減溫幅度最高點(diǎn)出現(xiàn)在5 cm 處，HM，MM，LM 處理分別比CK 減溫2.27，1.84，0.89 ℃；減溫幅度最低點(diǎn)出現(xiàn)在30 cm 處，HM，MM，LM 處理分別比CK 減溫0.79，0.67，0.03 ℃；無(wú)論覆蓋與否，土壤溫度均表現(xiàn)為0 cm＞5 cm＞10 cm＞15 cm＞20 cm＞25 cm＞30 cm，土壤淺表層溫度均高于土壤深層溫度，地表0 cm 處土壤溫度最高，30 cm 處深度地溫最低；不同量玉米鮮秸覆蓋減溫強(qiáng)弱特征表現(xiàn)為HM＞MM＞LM＞CK。HM，MM，LM，CK 處理在土壤中垂直傳遞的平均溫度分別是5.78，6.14，6.98，7.46 ℃，HM，MM，LM處理分別比CK 減溫1.68，1.32，0.48 ℃。

2.2 不同玉米鮮秸稈覆蓋量下土壤溫度的日變化特征

2.2.1 分蘗期土壤溫度日變化 從表2 可以看出，每個(gè)處理白天（8：00，14：00，18：00）土壤平均溫度均高于夜晚（3：00，22：00）土壤平均溫度，玉米鮮秸覆蓋量越多，土壤溫度越高，白天和夜晚均表現(xiàn)為HM＞MM＞LM＞CK。HM，MM，LM，CK 處理白天土壤平均溫度分別為3.18，3.16，3.14，3.02 ℃，夜晚土壤平均溫度分別為2.58，2.41，2.18，1.5 ℃；各處理最高、最低溫度分別出現(xiàn)在14：00 和8：00；秸稈覆蓋在3：00，8：00，22：00 主要以增溫為主，在14：00，18：00 主要以減溫為主；增減溫度大小與覆蓋量成正比。不同玉米鮮稈秸覆蓋量土壤溫度日變化特征為HM＞MM＞LM＞CK。HM，MM，LM，CK 處理土壤日平均溫度分別為2.94，2.86，2.76，2.41 ℃，HM，MM，LM處理分別比CK 增溫0.53，0.45，0.35 ℃。

表2 各處理不同生育期土壤日平均溫度 ℃

2.2.2 越冬期土壤溫度日變化 由表2 可知，越冬期每個(gè)處理白天土壤平均溫度高于夜晚土壤平均溫度，白天和夜晚土壤平均溫度均表現(xiàn)為HM＞MM＞LM＞CK。HM，MM，LM，CK 處理白天土壤平均溫度分別為-0.72，-0.99，-1.19，-1.53 ℃，夜晚土壤平均溫度分別為-1.24，-1.43，-1.60，-2.09 ℃；各處理最高、最低土壤溫度分別出現(xiàn)在14：00 和8：00；越冬期秸稈覆蓋處理在5 個(gè)時(shí)刻土壤溫度均比CK增高，增溫大小與覆蓋量成正比。不同玉米鮮秸稈覆蓋量土壤溫度日變化特征表現(xiàn)為HM＞MM＞LM＞CK。HM，MM，LM，CK 處理土壤日平均溫度分別為-0.93，-1.16，-1.35，-1.75 ℃，HM，MM，LM 處理分別比CK 提高0.82，0.59，0.40 ℃。

2.2.3 返青期土壤溫度日變化 由表2 可知，返青期每個(gè)處理白天土壤平均溫度均高于夜晚土壤平均溫度，白天和夜晚均表現(xiàn)為HM＜MM＜LM＜CK。HM，MM，LM，CK 處理白天土壤平均溫度分別為6.44，6.88，7.62，8.39 ℃，夜晚土壤平均溫度分別為4.97，5.09，5.77，6.07 ℃；各處理最高、最低溫度分別出現(xiàn)在14：00 和8：00；返青期秸稈覆蓋處理在5 個(gè)時(shí)刻土壤溫度均比CK 降低，降溫大小與覆蓋量成正比。不同玉米鮮秸稈覆蓋量下土壤溫度的時(shí)空效應(yīng)表現(xiàn)為HM＜MM＜LM＜CK。HM，MM，LM，CK 處理土壤日平均溫度分別為5.85，6.16，6.88，7.47 ℃，HM，MM，LM處理分別比CK 降低1.62，1.31，0.59 ℃。

3 結(jié)論與討論

土壤溫度影響著植物的生長(zhǎng)、發(fā)育和土壤的形成，土壤中各種生物化學(xué)過(guò)程如微生物活動(dòng)所引起的生物化學(xué)過(guò)程和非生命化學(xué)過(guò)程也都受土壤溫度的影響。閆秋艷等[3]研究表明，提高土壤溫度可為黃瓜安全高效生產(chǎn)提供保障，同時(shí)可提高植株對(duì)養(yǎng)分的吸收利用；孟自力等[18]研究表明，適度增溫對(duì)提高小麥單產(chǎn)有積極作用；楊芳等[19]研究表明，低溫下升溫會(huì)促進(jìn)土壤有機(jī)碳的礦化。在小麥拔節(jié)期前，采取玉米鮮秸稈覆蓋技術(shù)，能夠改變和調(diào)節(jié)土壤溫度，而作物生長(zhǎng)環(huán)境的變化，會(huì)影響小麥的生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量[18]。

本研究通過(guò)對(duì)小麥拔節(jié)期前3 個(gè)生育時(shí)期的地溫觀測(cè)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，0～10 cm 土層為敏感層，10～30 cm 為影響較小的不敏感層，這與于曉蕾等[20]的研究結(jié)果稍有差別。

玉米鮮秸稈覆蓋對(duì)旱地冬小麥土壤溫度的影響表現(xiàn)為：越冬期主要以增溫為主，秸稈覆蓋處理的土壤溫度始終高于無(wú)覆蓋處理；返青期主要以減溫為主，秸稈覆蓋處理的土壤溫度始終低于無(wú)覆蓋處理；分蘗期秸稈覆蓋處理在3：00，8：00，22：00 主要以增溫為主，土壤平均溫度垂直傳遞效應(yīng)總體表現(xiàn)為增溫；而在14：00，18：00 秸稈覆蓋處理土壤溫度又低于不覆蓋處理，土壤日變化特征則表現(xiàn)出低溫高溫、高溫低溫。土壤溫度的增減程度與秸稈覆蓋量成正比。

在分蘗期、越冬期、返青期，玉米鮮秸稈覆蓋下白天的土壤平均溫度高于夜晚土壤平均溫度。分蘗期、越冬期各處理白天和夜晚土壤溫度均表現(xiàn)為HM＞MM＞LM＞CK；返青期白天和夜晚土壤溫度均表現(xiàn)為HM＜MM＜LM＜CK。