滲水地膜對(duì)玉米水分利用效率的影響

單智超, 馮良山, 田建全, 徐明陽(yáng), 董振起, 馮定超, 俞廣江

(1.丹東市農(nóng)業(yè)科學(xué)院, 遼寧 鳳城 118109; 2.遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院,沈陽(yáng) 110161; 3.寧河區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心, 天津 寧河 301500)

滲水地膜對(duì)玉米水分利用效率的影響

單智超1, 馮良山2, 田建全3, 徐明陽(yáng)3, 董振起3, 馮定超3, 俞廣江3

(1.丹東市農(nóng)業(yè)科學(xué)院, 遼寧 鳳城 118109; 2.遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院,沈陽(yáng) 110161; 3.寧河區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心, 天津 寧河 301500)

為了研究不同覆蓋材料對(duì)土壤水熱和作物水分利用效率的影響，對(duì)覆蓋滲水地膜、普通地膜和秸稈相對(duì)于裸地不覆蓋的效果進(jìn)行了研究。研究發(fā)現(xiàn)覆蓋滲水地膜在作物生育期具有明顯的增溫和保水作用，耕層土壤平均溫度較裸地和覆蓋秸稈提高1.09℃和2.59℃，但較覆蓋普通地膜降低1.55℃。覆蓋滲水地膜耗水量較覆蓋普通地膜低26.7 mm，并在后期干旱季節(jié)使土壤水分分布均勻。覆蓋滲水地膜作物水分利用效率較不覆蓋、覆蓋秸稈和覆蓋普通地膜分別提高8.17 kg/(hm2·mm)，4.50 kg/(hm2·mm)，3.71 kg/(hm2·mm)。

滲水地膜; 水分利用效率; 玉米; 土壤水熱

干旱地區(qū)占世界陸地面積的45%，使旱作農(nóng)業(yè)成為了世界最大的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，并成為世界糧食的重要來(lái)源[1-2]。旱作農(nóng)業(yè)生產(chǎn)一直受到水資源短缺的限制，尤其是在播種階段作物生長(zhǎng)受到干旱和低溫的雙重影響[3]。覆蓋保墑是干旱半干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中提高降水利用效率、增加作物產(chǎn)量的有效措施[4]。自20世紀(jì)60年代地膜引入中國(guó)以來(lái)，已在干旱半干旱地區(qū)農(nóng)田覆蓋保墑中得到廣泛應(yīng)用，目前中國(guó)是世界地膜覆蓋面積最大的國(guó)家[5]。有研究發(fā)現(xiàn)，覆膜較裸地栽培可增加土壤貯水量30%、降低蒸散量50%、減少水分虧缺15%以上，尤其在春旱時(shí)保墑作用明顯[6]。也有研究表明地膜覆蓋會(huì)影響土壤入滲，造成土壤深層干燥[7]，作物生育后期溫度過(guò)高，加劇土壤水分和養(yǎng)分耗竭，不但后期容易出現(xiàn)脫水脫肥而導(dǎo)致減產(chǎn)，也不利于下茬作物的持續(xù)生產(chǎn)[8]。針對(duì)地膜覆蓋中存在的問(wèn)題，山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院研發(fā)出了滲水地膜[9]，并經(jīng)10余年的完善，形成了相對(duì)完善的技術(shù)和制備工藝，本項(xiàng)研究便是在此基礎(chǔ)上，研究覆蓋滲水地膜材料對(duì)玉米田土壤水熱變化的影響，為該種覆蓋材料的大面積應(yīng)用和推廣提供更多技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2012年在遼寧省阜新蒙古族自治縣阜新鎮(zhèn)進(jìn)行，供試玉米品種為“丹玉39”。試驗(yàn)采用的滲水地膜覆蓋材料是制造過(guò)程中在低密度聚乙烯材料中加入了一定比例的滲水助劑，吹制出了具有單向滲水特性的滲水地膜產(chǎn)品，孔徑大小為5～10 μm，滲水速率≥12 mm/(cm2·5 cm·23℃·h·101.3 kPa)，覆蓋自由水面的保水量≥40%(100℃·30 min·101.3 kPa)。普通地膜(普通聚乙烯膜)與滲水地膜厚度均為0.08 mm，寬度均為1 200 mm。試驗(yàn)區(qū)的氣象指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)區(qū)氣象指標(biāo)數(shù)據(jù)

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)4個(gè)處理，分別為：裸地不覆蓋、覆蓋普通地膜、覆蓋滲水地膜、覆蓋秸稈，每個(gè)處理重復(fù)3次。小區(qū)面積48 m2。每小區(qū)種植8行，行距50 cm,株距30 cm。各處理播種之前翻耕整地，底肥施入磷酸二銨(含N18%，P2O546%)和硫酸鉀(含K2O46%)各225 kg/hm2。4月29日播種，播種后覆蓋地膜或覆蓋秸稈，地膜覆蓋處理玉米出苗后人工放苗。6月13日，追施尿素(含N46%)450 kg/hm2。

1.3 調(diào)查內(nèi)容與方法

(1) 土壤溫度。從苗期開(kāi)始采用HC-06微型溫度記錄儀監(jiān)測(cè)各處理地溫，監(jiān)測(cè)深度為土壤層10 cm和20 cm。

(2) 土壤含水量。在播種后每15 d采用烘干法測(cè)定0—100 cm土層土壤含水量，每10 cm為一層，3次重復(fù)取平均值。降雨后加測(cè)。

(3) 土壤耗水量。本項(xiàng)研究中我們采用傳統(tǒng)的土壤水分平衡法進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式為：

ETa=I+P-RO-DP+CR±ΔSF±ΔSW

(1)

式中：ETa為農(nóng)田實(shí)際蒸散量(mm)；I和P分別為該時(shí)段內(nèi)的灌水量和降雨量(mm)；RO為降雨和灌溉時(shí)土壤的表面徑流量(mm)(本試驗(yàn)由于田間設(shè)有田埂，因此忽略)；DP為深層土壤滲漏量(mm)；CR為地下水由毛管上升到根區(qū)的水量(mm)(由于試驗(yàn)田地下水位較低，因此忽略)；ΔSF為土壤水側(cè)向滲漏量(mm)，包括側(cè)向流入量SFin和側(cè)向留出量SFout兩項(xiàng)(本試驗(yàn)忽略)；ΔSW為土壤含水量變化量(mm)。

(4) 水分利用效率。水分利用效率(WUE)指單位體積水(包括灌溉水和有效降雨量)生產(chǎn)的作物產(chǎn)量，公式為：

WUE=Y/ETa

(2)

式中：WUE為水分利用效率[kg/(hm2·mm)]；Y為作物單位面積產(chǎn)量(kg/hm2)；ETa農(nóng)田實(shí)際蒸散量(mm)。

2 結(jié)果與分析

2.1 覆蓋滲水地膜材料對(duì)土壤溫度的影響

在玉米整個(gè)生育期內(nèi)，不同覆蓋材料土壤溫度見(jiàn)表2，相對(duì)于裸地不覆蓋，覆蓋普通地膜和滲水地膜能夠明顯增加土壤溫度，尤其5月相對(duì)氣溫較低的情況下，能夠使耕層(0—20 cm)土壤溫度增加3.66℃和2.10℃，能夠在抵御區(qū)域春寒方面具有一定作用。而覆蓋秸稈則會(huì)降低土壤溫度，5月耕層土壤溫度降低1.29℃，會(huì)在一定程度上影響玉米幼苗生長(zhǎng)。全生育期覆蓋滲水地膜耕層土壤平均溫度較覆蓋普通地膜降低1.55℃，較裸地和覆蓋秸稈提高1.09℃和2.59℃。

2.2 覆蓋滲水地膜材料對(duì)土壤水分的影響

覆蓋滲水地膜和其他材料土壤水分的變化情況見(jiàn)圖1，整體上覆蓋滲水地膜和秸稈的土壤含水量大于覆蓋普通地膜，裸地種植土壤含水量最低。由于降水、溫度、蒸散作用的影響，各處理土壤水分變化又有其各自的特點(diǎn)。在播種后0～60 d，不同處理土壤含水量均呈上少下多的趨勢(shì)，覆蓋滲水地膜和秸稈的土壤含水量大于覆蓋普通地膜，裸地種植土壤含水量最低。播種后70～100 d處于雨季，各處理呈現(xiàn)上多下少趨勢(shì)，其中滲水地膜0—60 cm土壤含水量要高于其他處理。播種100 d之后，區(qū)域遇到旱季，覆蓋普通地膜由于地膜具有提墑作用，土壤含水量呈現(xiàn)上多下少現(xiàn)象，裸地和覆蓋秸稈土壤則依然為上少下多，滲水地膜土壤中水分分布較為均勻。

表2 不同覆蓋材料對(duì)土壤溫度的影響 ℃

注：每列數(shù)值后小寫(xiě)字母不同表示0.05水平下LSD差異顯著；每列數(shù)值后大寫(xiě)字母不同表示0.01水平下LSD差異顯著，下表同。

圖1覆蓋多孔滲水地膜及其他覆蓋材料對(duì)土壤水分的影響

2.3 覆蓋滲水地膜材料對(duì)作物水分利用效率的影響

不同覆蓋處理玉米耗水量、產(chǎn)量和水分利用效率見(jiàn)表3。覆蓋滲水地膜和秸稈玉米耗水量最少，比覆蓋普通地膜分別減少26.7 mm和33.9 mm，比裸地分別減少67.3 mm和74.5 mm。但是覆蓋秸稈由于其前期地溫較低，影響作物生長(zhǎng)，所以產(chǎn)量不高，而滲水地膜由于其溫度和水分條件均較好，所以產(chǎn)量增加明顯，較不覆蓋、覆蓋秸稈和覆蓋普通地膜分別提高16.76%，19.72%和6.64%。覆蓋滲水地膜水分利用效率較不覆蓋、覆蓋秸稈和覆蓋普通地膜分別提高8.17，4.50，3.71 kg/(hm2·mm)。

3 討 論

在干旱半干旱地區(qū)降水較少，尤其在干旱季節(jié)一次降水多小于10 mm，很少能被作物利用[9]。覆蓋滲水地膜后水分可借助重力作用通過(guò)小孔穿過(guò)地膜進(jìn)入膜下土壤中[9-11]，由于通道面積與非通道面積比值足夠小，則土壤水分再?gòu)倪@個(gè)通道散發(fā)回大氣中的機(jī)會(huì)非常少，水分的入滲與散失具有明顯的不平衡性[9,12]。

表3 不同覆蓋處理對(duì)春玉米產(chǎn)量及水分利用效率的影響

同時(shí)滲水地膜的主要原料為聚乙烯塑料，具有一定的彈力[9,13]，當(dāng)狹窄的水分通道受到水的重力作用時(shí)，通道變大，膜面雨水順利入滲，當(dāng)膜面雨水入滲完畢時(shí)，狹窄的水分通道受膜的彈力作用會(huì)閉合，能阻止膜下水分蒸發(fā)[10]。由于彈力的可恢復(fù)特性，賦予了滲水地膜有單向滲水的自調(diào)節(jié)能力。因此，覆蓋滲水地膜后土壤含水量較高[11-12]。徐瀾等[14]研究了滲水地膜、普通地膜、秸稈和裸地對(duì)玉米生長(zhǎng)發(fā)育的影響，研究發(fā)現(xiàn)覆蓋滲水地膜玉米植株含水量、葉片葉綠素含量、光合速率、玉米產(chǎn)量和干物質(zhì)積累量顯著高于其他處理，但是作者沒(méi)有對(duì)這種現(xiàn)象的原因進(jìn)行解釋。曹晉軍等[15]研究表明覆蓋滲水地膜能夠抑制土壤水分蒸發(fā)，減少農(nóng)田水消耗，提高水分利用效率。但他的研究結(jié)果并沒(méi)有說(shuō)明土壤水分在農(nóng)田中的分布和玉米生育期內(nèi)土壤溫度的變化情況。此外，地膜在防止農(nóng)田雜草方面具有重要作用，而滲水地膜是否具有同樣功效，還值得我們未來(lái)進(jìn)行深入研究[16-19]。

4 結(jié) 論

在本研究中，玉米整個(gè)生育期覆蓋滲水地膜0—20 cm土壤平均溫度較覆蓋普通地膜降低1.55℃，較裸地和覆蓋秸稈提高1.09℃和2.59℃。其原因主要是滲水地膜在氣溫較低時(shí)，孔徑會(huì)縮小，會(huì)減少土壤熱量散失，具有保溫效果；當(dāng)氣溫過(guò)高時(shí)，膜下形成較高的蒸汽壓，加之孔徑的變大，利于散熱和內(nèi)外氣體交換，土壤中水分分布也較為均勻，不會(huì)像覆蓋普通地膜在干旱季節(jié)產(chǎn)生土壤水分表聚現(xiàn)象[9]。由此覆蓋滲水地膜可為作物生長(zhǎng)發(fā)育創(chuàng)造較好的條件，因此產(chǎn)量和水分利用效率均明顯提高，覆蓋滲水地膜水分利用效率較不覆蓋、覆蓋秸稈和覆蓋普通地膜分別提高8.17，4.50，3.71 kg/(hm2·mm)。因此，在干旱半干旱地區(qū)滲水地膜具有較好的應(yīng)用前景。

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EffectofSoilSurfaceCoveredbyWater-PermeabilityFilmonWaterUseEfficiencyofCorn

SHAN Zhichao1, FENG Liangshan2, TIAN Jianquan3, XU Mingyang3,DONG Zhenqi3, FENG Dingchao3, YU Guangjiang3

(1.DandongAcademyofAgriculturalSciences,Fengcheng,Liaoning118109,China; 2.LiaoningAcademyofAgriculturalSciences,Shenyang110161,China; 3.NingheDisseminationCentreforAgriculturalTechniques,Ninghe,Tianjin301500,China)

The film covering the soil surface increases the soil water content, but sometimes it also hinders the runoff into soil. We have carried out this research in order to study the effect on distribution of soil water and heat for different materials. Results show that water-permeability film has the efficient to increase the soil moisture and temperature during the corn growth period, but that was less than the ordinary film, the soil temperature were 1.09℃ and 2.59℃ more than that of bare land and straw mulch, respectively, but it was 1.55℃ less than ordinary film mulch. The water consumption of water-permeability film mulch was 26.7 mm less than ordinary film mulch. And the moisture of soil covered with water-permeability film was uniformly distributed during the dry season. Corn water use efficiency of the soil covered water-permeability film increased by 8.17 kg/(hm2·mm), 4.50 kg/(hm2·mm), and 3.71 kg/(hm2·mm) than those of the bare land, straw mulch, and ordinary film mulch, respectively.

water-permeability film； water use efficiency； corn, soil moisture and temperature.

2016-06-02

：2016-06-16

遼寧省百千萬(wàn)人才資助項(xiàng)目(2013921058);遼寧省農(nóng)業(yè)領(lǐng)域青年創(chuàng)新人才項(xiàng)目(2014017); 中央財(cái)政農(nóng)業(yè)科技推廣示范項(xiàng)目(GCNT-LN-15-2016)

單智超(1979—),男,遼寧凌海人,助理研究員,碩士,主要從事玉米高產(chǎn)栽培技術(shù)研究與推廣工作。E-mail:shanzhichao@163.com

馮良山(1980—),男,遼寧莊河人,副研究員,博士,主要從事旱地作物高效栽培技術(shù)研究。E-mail:fenglsh@163.com

S318

：A

：1005-3409(2017)03-0194-04