不同覆蓋方式對玉米生長發(fā)育及土壤水分利用效率的影響

郭彥芬+霍軼珍++韓翠蓮++李生勇

摘要：為研究秸稈覆蓋在內(nèi)蒙古河套灌區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的適用性，試驗設(shè)置不覆蓋、覆膜和秸稈覆蓋量5 t/hm2（M1）、10 t/hm2（M2）、15 t/hm2（M3）5個處理，研究不同處理對玉米株高、葉面積指數(shù)、產(chǎn)量、土壤水分的影響。研究結(jié)果表明，不同生育期內(nèi)，覆蓋條件較不覆蓋種植更有利于玉米的生長發(fā)育，在生育前期、中后期表現(xiàn)出不同的響應(yīng)關(guān)系；覆蓋主要影響0～60 cm土層含水率的變化，且M2處理的覆蓋量較適宜于土壤水分的利用、保墑，秸稈覆蓋量的多少與土壤水分的保蓄作用不呈正相關(guān)；覆蓋可顯著提高玉米產(chǎn)量、水分利用效率，覆膜、M1、M2、M3處理分別較不覆蓋處理產(chǎn)量提高26.67%、6.36%、26.48%、21.23%，水分利用效率分別提高29.79%、7.60%、28.54%、24.60%。表明秸稈覆蓋量為10 t/hm2的條件較適宜在灌區(qū)進(jìn)行玉米種植推廣。

關(guān)鍵詞：秸稈覆蓋量；株高；葉面積；土壤水分；產(chǎn)量；水分利用效率

中圖分類號：S152.7；S513.07文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1002-1302（2017）06-0072-03

在北方干旱寒冷地區(qū)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中覆蓋栽培技術(shù)已成為改善農(nóng)田小氣候、提高作物產(chǎn)量的一項重要的農(nóng)藝措施[1-3]，且覆蓋物以地膜為主。然而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，且收獲期后難以回收利用，長此以往必然會在農(nóng)田大量殘留積累，形成白色污染，進(jìn)而影響農(nóng)業(yè)的健康發(fā)展[4-5]。近年來，隨著秸稈覆蓋及在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不斷嘗試應(yīng)用，上述問題有待緩解，有研究表明，與普通地膜相比，秸稈覆蓋具有減小環(huán)境污染的優(yōu)點，同時在土壤增溫、保墑和作物增產(chǎn)方面也具有很好的效果[6-11]。

在前人相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，以不覆蓋、地膜覆蓋為對照，設(shè)置不同秸稈覆蓋量，對不同處理條件下的玉米生長性狀、土壤含水率、水分利用效率進(jìn)行系統(tǒng)分析，旨在揭示秸稈覆蓋的蓄水保墑機(jī)制及增產(chǎn)效應(yīng)，以探討其在河套灌區(qū)的適用性，為灌區(qū)綠色和節(jié)水農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。

1材料與方法

1.1試驗區(qū)概況

試驗區(qū)位于內(nèi)蒙古巴彥淖爾市臨河區(qū)雙河鎮(zhèn)。該地區(qū)多年平均降水量140 mm，蒸發(fā)量2 306.5 mm，平均氣溫6.8 ℃，平均日照時數(shù)3 229.9 h，無霜期130 d左右，屬典型的中溫帶干旱大陸性氣候。試驗區(qū)以沙質(zhì)壤土為主，0～100 cm土壤平均容重1.45 g/cm3，田間持水量20.53%，灌溉水源為黃河水，平均礦化度0.6～0.8 g/L。

1.2研究方法

1.2.1試驗設(shè)計試驗設(shè)置不覆蓋、覆膜和秸稈覆蓋量 5 t/hm2（M1）、10 t/hm2（M2）、15 t/hm2（M3）5個處理，試驗中所需秸稈于收獲后秋澆前，人工鋪設(shè)于試驗小區(qū)內(nèi)，并覆蓋2 cm左右虛土以防秋澆水流沖走使得覆蓋厚度不均勻；試驗小區(qū)采用隨機(jī)區(qū)組試驗設(shè)計，每個處理重復(fù)3次，小區(qū)長 15 m、寬10 m；為防止小區(qū)間水分串通，影響各小區(qū)實際含水率變化，在各小區(qū)間埋設(shè)1.5 m深塑料膜隔離。

按當(dāng)?shù)赜衩壮Ｒ?guī)栽培管理模式進(jìn)行種植管理，供試玉米品種為豫奧6號，播種時施底肥450 kg/hm2（磷酸二銨、尿素），灌第1次水時施尿素450 kg/hm2，灌第2次水時施尿素 300 kg/hm2，玉米全生育期灌3次水。

1.2.2測定項目及方法不同生育期在玉米行間采用土鉆取土，取樣深度0～100 cm，每隔20 cm為1層，采用烘干稱重法測定土壤含水率，每個處理取3個重復(fù)；各生育期每隔7 d用鋼尺定株，選典型玉米植株3株，測定玉米株高、葉面積；玉米成熟期，不同處理選取具有代表性玉米15株，測定其生育性狀及產(chǎn)量。

1.2.3玉米水分利用效率（WUE）計算

式中：Ya為玉米籽粒產(chǎn)量（kg/hm2）；ETa為玉米生育期總耗水量（mm）；ΔW為玉米生育期內(nèi)0～100 cm土壤貯水量變化（mm）；P為玉米生育期有效降雨量（mm）；I為灌溉量（mm）；U為地下水補(bǔ)給量（mm）；D為深層滲漏量（mm）；R為徑流量（mm），由于試驗區(qū)地勢平坦且未發(fā)生持續(xù)性降雨，地面徑流損失忽略不計。

1.2.4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不同覆蓋方式條件下玉米株高變化

從圖1可以看出，全生育期內(nèi)不同處理玉米株高變化趨勢一致，從苗期開始，生長速率較快，至灌漿期達(dá)到全生育期的峰值，而后植株開始枯萎，植株高度有減小趨勢。玉米苗期至拔節(jié)期，氣溫相對較低，地膜保溫保墑效果明顯優(yōu)于其他處理，玉米生長速率相對較快，地膜覆蓋苗期株高處理分別較不覆蓋、M1、M2處理高26.28%、14.19%、8.46%；拔節(jié)期分別高23.19%、18.35%、10.13%，差異顯著，苗期、拔節(jié)期較M3處理分別高6.14%、2.80%，差異不顯著，因M3處理覆蓋量相對較大，此時其水熱條件較適宜于玉米生長發(fā)育。隨生育期的延長，氣溫逐漸升高及枝葉的遮陰作用加強(qiáng)，覆蓋保溫作用逐漸減弱，同時覆蓋后過高的根層溫度不利于玉米的生長發(fā)育，調(diào)查發(fā)現(xiàn)，此時M2處理玉米株高明顯高于其他處理，平均較不覆蓋、覆膜、M1、M3處理高3.22%、0.72%、3.02%、2.03%，表明此時M2處理覆蓋量更有利于玉米的生長發(fā)育，此時玉米正處于營養(yǎng)生長向生殖生長過度階段，提供良好的土壤水肥熱條件更有利于植株生長和產(chǎn)量的形成；而隨覆蓋量的增加，會影響作物根系對土壤養(yǎng)分和水分的吸收利用，進(jìn)而影響玉米長勢。全生育期覆蓋條件下玉米株高均高于不覆蓋處理。

2.2不同覆蓋方式條件下玉米葉面積指數(shù)變化

葉面積指數(shù)的大小直接影響作物的蒸騰量及光合作用，最終影響產(chǎn)量的形成[11]。從圖2可以看出，不同處理葉面積指數(shù)整體變化規(guī)律為玉米抽雄吐絲前生長旺盛、增速較快，玉米生育中后期由營養(yǎng)生長轉(zhuǎn)為生殖生長，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。與株高呈現(xiàn)相似的變化規(guī)律，從全生育期來看，覆蓋處理玉米葉面積指數(shù)明顯高于不覆蓋處理，有效增加了對光照的截留能力，增加了光能的有效利用率，為覆蓋條件下玉米增產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。苗期覆膜處理葉面積指數(shù)顯著或極顯著高于不覆蓋、M1、M2、M3處理，苗期葉面積指數(shù)比不覆蓋、M1、M2、M3處理平均值分別高38.10%、26.09%、20.83%、11.54%；拔節(jié)期分別高24.34%、7.31%、8.84%、10.85%。進(jìn)入抽雄吐絲期后，M2處理葉面積指數(shù)明顯高于其他處理，分別較不覆蓋、覆膜、M1、M3處理高11.06%、3.23%、5.35%、3.43%，與不覆蓋處理差異顯著。進(jìn)入生育期后期，葉片枯萎變干，不同處理間葉

面積指數(shù)差異減小。

2.3不同覆蓋方式條件下玉米含水率變化

圖3顯示的是不同處理條件下玉米不同生育期內(nèi)0～100 cm土壤剖面的平均含水率變化。從全生育期來看，不同覆蓋處理條件下土壤剖面平均含水率差異主要表現(xiàn)在0～60 cm，60 cm以下土體差異相對較小。玉米苗期，覆膜處理 0～60 cm土壤含水率顯著或極顯著高于不覆蓋處理，各土層平均含水率提高24.03%、24.56%、14.72%；0～40 cm土壤含水率顯著高于M1、M2處理，平均含水率高16.46%、1899%和11.05%、11.52%，與M3處理各土層含水率均未達(dá)到顯著差異（圖3-A）。隨生育期延長，覆膜處理與各處理剖面含水率差異呈減小趨勢。通過分析發(fā)現(xiàn)，玉米進(jìn)入生殖生長后，覆膜處理與M2、M3處理剖面各土層含水率差異不顯著，但均顯著高于不覆蓋、M1處理；同時M2處理含水率要明顯大于M3處理，這主要是因為過多的覆蓋量在一定程度上阻礙了部分降雨及灌溉水量的下滲，增加了無效蒸發(fā)量，同時也說明不是秸稈覆蓋量越大對土壤水分的利用、保蓄作用越顯著。綜合來看，M2處理覆蓋量較適宜于土壤水分的利用和保蓄。

2.4不同覆蓋方式條件下玉米產(chǎn)量及水分利用效率

2.4.1玉米產(chǎn)量從表1可以看出，覆膜、不同秸稈覆蓋量處理均能顯著提高玉米產(chǎn)量，覆膜、M1、M2、M3處理分別較不覆蓋處理產(chǎn)量提高26.67%、6.36%、26.48%、21.23%，覆膜處理與M2處理間產(chǎn)量差異不顯著，表明M2處理覆蓋量有利于玉米產(chǎn)量的形成，具有很好的增產(chǎn)效應(yīng)；玉米產(chǎn)量與秸稈覆蓋量并不呈簡單的線性關(guān)系，因隨覆蓋量的增加，阻礙了根系對土壤水分和養(yǎng)分的吸收利用，不利于產(chǎn)量的形成。

2.4.2水分利用效率不同覆蓋處理對玉米水分利用效率的影響依次為覆膜>M2>M3>M1>不覆蓋，覆蓋處理均顯著高于不覆蓋處理（表2），覆膜、M1、M2、M3處理較不覆蓋處理水分利用效率分別提高29.79%、7.60%、28.54%、24.6%，因為覆蓋較大程度上抑制了玉米棵間蒸發(fā)量，使得這部分無效蒸發(fā)被作物有效利用，提高了水分利用效率。

3結(jié)論

覆蓋條件顯著影響玉米的生長發(fā)育，受環(huán)境因素影響，生育前期覆膜、M3處理條件下，玉米株高、葉面積顯著優(yōu)于其他處理，此時覆蓋量大為玉米生長提供了更適宜的土壤水熱環(huán)境；生育中后期過大的覆蓋量影響到了玉米根系對土壤水分和養(yǎng)分的吸收利用，影響玉米長勢，此時表現(xiàn)出覆膜、M2

處理玉米長勢優(yōu)于其他處理；從全生育期來看，各覆蓋處理均顯著優(yōu)于不覆蓋處理。

覆蓋主要影響0～60 cm土層含水率的變化，M2處理覆蓋量較適宜于土壤水分的利用、保墑，同時也說明不是秸稈覆蓋量越大對土壤水分的保蓄作用越顯著。

覆蓋可顯著提高玉米產(chǎn)量和水分利用效率，覆膜、M1、M2、M3處理分別較不覆蓋處理產(chǎn)量提高26.67%、6.36%、26.48%、21.23%，水分利用效率提高29.79%、7.60%、28.54%、24.6%，M2處理秸稈覆蓋量為10 t/hm2條件要優(yōu)于其他秸稈覆蓋量。

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doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2017.06.018