不同覆蓋材料對西藏林芝土壤溫濕度及玉米生長發(fā)育的影響

邵榮華，劉翠花，王改花，趙艷艷

(1. 西藏農(nóng)牧學(xué)院植物科學(xué)學(xué)院, 西藏 林芝 860000；2. 西藏農(nóng)牧學(xué)院科研處, 西藏 林芝 860000)

玉米是喜溫作物,生育期需要的積溫在2000～2800 ℃之間,其中早熟種為2000～2200 ℃,中熟種為2300～2600 ℃,晚熟種為2500～2800 ℃[1]。地膜覆蓋具有顯著的增溫保水效果,可以極大提高作物產(chǎn)量[2],在我國，玉米主要分為6大產(chǎn)區(qū),作為青藏高原產(chǎn)區(qū)重要分布地的西藏也廣泛種植,因?yàn)樘鞖飧吆錄?限制西藏玉米種植的關(guān)鍵因素是≥10 ℃的積溫不足[1],對玉米出苗快慢、雄穗發(fā)育、子粒形成和灌漿等生長發(fā)育特性及產(chǎn)量造成了嚴(yán)重影響。近幾年來,隨著地膜覆蓋栽培技術(shù)的應(yīng)用和推廣,玉米種植中一系列問題得到了有效解決,產(chǎn)量也得到了極大提高。但長此以往,傳統(tǒng)地膜又因?yàn)槠洳灰捉到舛粩鄽埩敉寥?造成土壤板結(jié),影響了土壤局部的通透性和理化性質(zhì),降低了地力,并給土壤帶來了嚴(yán)重的“白色污染”,破壞了生態(tài)環(huán)境,因此如何提高玉米產(chǎn)量,又能保護(hù)環(huán)境,成為當(dāng)今玉米栽培種植中重要的研究內(nèi)容。本研究采用不同材料覆蓋栽培田間對比試驗(yàn),比較可降解地膜、草漿地膜等新型環(huán)保地膜與普通塑料地膜、黑白雙色地膜等傳統(tǒng)地膜的覆蓋效果,對篩選出適宜于西藏林芝玉米高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)環(huán)保的覆蓋材料有著重要意義,對西藏生態(tài)環(huán)境保護(hù)、農(nóng)牧民經(jīng)濟(jì)效益提高、農(nóng)牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展也具有一定的促進(jìn)作用。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地點(diǎn)選擇在西藏農(nóng)牧學(xué)院教學(xué)實(shí)習(xí)牧場(N 29o40′27 ", E 94o20′26",海拔2970 m)。林芝市氣象局?jǐn)?shù)據(jù)顯示:2016全年林芝市巴宜區(qū)平均氣溫為9.6 ℃,全年日均溫度≥10 ℃的日數(shù)為184 d,≥10 ℃以上有效積溫為1800～2200 ℃,全年無霜期 186 d,屬藏東南溫暖半濕潤氣候區(qū),年平均降雨量為876.3 mm,降水主要集中在4-9月,占全年降雨量的93.5 %;全年日照時(shí)數(shù)為1795.8 h。試驗(yàn)地原種植牧草,基本無遮陰,地塊平坦,土壤質(zhì)地為沙壤土,灌溉方便,肥力中等,具有代表性。

1.2 供試品種及材料

供試玉米品種由林芝市農(nóng)技公司提供,為林芝市玉米主栽雜交品種“酒單4號”，本研究以當(dāng)?shù)刂髟噪s交種為研究對象，主要為了便于研究結(jié)果的示范推廣。供試普通塑料地膜(PM)為昆明塑料廠制造的傳統(tǒng)白地膜,地膜厚度 0.008 mm,幅寬 100 cm;供試可降解地膜(KM)為臺灣瑞晉興業(yè)股份有限公司制造的淀粉膜,地膜厚0.03 mm,幅寬100 cm;供試黑白雙色地膜(HBM)為楊凌瑞豐環(huán)保有限公司制造的傳統(tǒng)黑白膜,地膜厚度0.008 mm,幅寬80 cm,地膜中間部分是黑色，兩邊均是白色；供試草漿地膜(CM)由西藏農(nóng)牧學(xué)院關(guān)法春[3]發(fā)明并提供。以上供試4個(gè)地膜采取全生育期蓋膜，以露地栽培為對照(CK)。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)地面積為772.5m2(長51.5 m,寬15 m),試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組排列,共設(shè)5個(gè)處理(PM、KM、HBM、CM、CK),3次重復(fù)(區(qū)組),各處理在1個(gè)區(qū)組中只設(shè)1個(gè)小區(qū)。每個(gè)小區(qū)種植3膜(共45膜),膜內(nèi)采用寬窄行種植2行玉米,寬行60 cm,窄行45 cm,株距25 cm,小區(qū)間距40 cm,走道寬30 cm。出苗5 d后進(jìn)行間苗,每穴留壯苗1 株,種植密度為60 000 株/hm2(每小區(qū)309株)。先播種后覆膜,待出苗時(shí)破膜,并將膜口處用土壤封嚴(yán),幼苗露出膜外生長。兩穴之間施磷酸二銨作種肥500 kg/hm2。在玉米拔節(jié)期結(jié)合鋤草挖穴追施尿素500 kg/hm2。玉米種植后每隔1個(gè)月使用農(nóng)用噴霧器,以1︰35的比例稀釋均勻噴灑450～500 ml的草漿地膜,每次噴灑時(shí)提前人工除草1次,其余小區(qū)除拔節(jié)期外不進(jìn)行除草工作。四周設(shè)1 m保護(hù)行,2016年4月26日開始播種,10月29日收獲,玉米整個(gè)生育期不進(jìn)行灌溉。

1.4 測定項(xiàng)目與方法

1.4.1 玉米各生育時(shí)期 在玉米播種以后按照其關(guān)鍵生育時(shí)期,對每個(gè)小區(qū)播種期、出苗期、拔節(jié)期、大喇叭口期、抽雄期、吐絲期、成熟期、收獲期所出現(xiàn)的時(shí)間分別進(jìn)行觀察和記載。

1.4.2 土壤溫濕度 從5月10日開始,采用進(jìn)口土壤溫濕度儀(SM200型)對不同覆蓋材料下每1膜耕作層5 cm處的溫濕度進(jìn)行測量,待指針穩(wěn)定后記錄數(shù)據(jù)。其測定時(shí)間為10 d 1次,每次下午18:00-19:00時(shí)測量,測量當(dāng)天的天氣狀況也一并記錄如下(表1)。

1.4.3 玉米產(chǎn)量 玉米成熟后,在每個(gè)小區(qū)中間膜隨機(jī)連續(xù)選取10株具有代表性植株,記錄雙穗和空桿情況,并用電子秤、分析天平測量記載玉米秸稈干重和百粒重。因玉米雙穗和空桿影響,玉米產(chǎn)量采用以下計(jì)算方法較為準(zhǔn)確:小區(qū)產(chǎn)量(kg)=平均株粒數(shù)×平均百粒重(g)×小區(qū)實(shí)際出苗株數(shù)/100 000,折合畝產(chǎn)(kg)=小區(qū)產(chǎn)量(kg)× 667m2/小區(qū)面積。

表1 數(shù)據(jù)測量當(dāng)天天氣狀況

1.4.4 薄膜殘留量 玉米收獲近半年后,于2017年3月30日,在每個(gè)小區(qū)普通塑料地膜、可降解地膜、黑白雙色地膜處理中采取S型挖3個(gè)2 m長×1 m寬×20 cm深的坑,揀出土壤中殘留薄膜,清數(shù)出殘留片數(shù),并洗凈、晾干，分析天平稱重。并按照以下方法計(jì)算地膜殘留率:

地膜殘留率(%)=

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用EXCEL2010、DPS7.05統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行處理、分析、制圖表,LSD法檢驗(yàn)處理間的差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同覆蓋材料對玉米地土壤溫度的影響

如圖1所示,不同覆蓋材料下耕作層土壤溫度在玉米主要生長發(fā)育期呈現(xiàn)“降低—升高—降低”的變化趨勢,PM、KM、HBM 3個(gè)處理耕作層溫度均在5月10日最高,隨后都出現(xiàn)大幅度下降趨勢,5月份整體溫度偏高。從7月下旬至8月中旬各處理耕作層溫度都進(jìn)一步升高,達(dá)到一個(gè)高點(diǎn),隨后又大幅度下降,不同處理間溫度差異不明顯?？傮w來說, 不同材料覆蓋均能提高土壤溫度,特別是在玉米生長發(fā)育前期(5-6月)非常明顯, PM、KM、HBM、CM、CK平均溫度分別達(dá)到25.45、24.74、21.95、20.8、20.63 ℃, PM、KM、HBM、CM相比CK,分別提高了4.82、4.11、1.32、0.17 ℃；在玉米中后期至收獲前(7-10月), PM、KM、HBM、CM與CK相比,只提高了0.34、0.32、0.08、0.05 ℃。在玉米整個(gè)生育期17次數(shù)據(jù)測量中,PM、KM、HBM、CM與CK相比,分別提高了1.92、1.65、0.52、0.09 ℃。

2.2 不同覆蓋材料對玉米地土壤濕度的影響

圖1 不同覆蓋材料土壤溫度變化動態(tài)Fig.1 Variation of soil temperature in different mulching materials

玉米出苗后5 cm處耕作層濕度變化如圖2,不同覆蓋材料均在5月30日和8月18日出現(xiàn)極值,達(dá)到最低。在天氣總體偏好的5月份及8月18日(表1),不同材料覆蓋總體上均能提高耕作層的濕度,PM、KM、HBM、CM、CK平均濕度分別達(dá)到23.17 %、21.83 %、22.85 %、18.63 %、17.85 %,相比CK, PM、KM、HM、CM分別提高了5.32 %、3.97 %、5 %、0.78 %,在其他天氣較差的時(shí)候不同材料覆蓋處理與露地相比濕度有所降低,PM、KM、HM、CM、CK平均濕度分別為25.84 %、27.28 %、28.38 %、28.34 %、29.13 %,相比CK,分別降低了3.29 %、1.85 %、0.75 %、0.79 %。

2.3 不同覆蓋材料對玉米生育進(jìn)程的影響

不同覆蓋處理明顯加快了玉米生育進(jìn)程,由表2可知,PM平均出苗期較CK提前了7 d,平均拔節(jié)期提前了9 d,平均大喇叭口期提前了9 d,平均抽雄期提前了8 d,平均吐絲期提前了9 d,平均成熟期提前了14 d,整個(gè)生育期縮短了14 d,平均出苗率提高了4 %。KM平均出苗期較CK提前了7 d,平均拔節(jié)期提前了9 d,平均大喇叭口期提前了9 d,平均抽雄期提前了6 d,平均吐絲期提前了7 d,平均成熟期提前了12 d,整個(gè)生育期縮短了12 d,平均出苗率提高了3 %。HBM平均出苗期較CK提前了6 d,平均拔節(jié)期提前了6 d,平均大喇叭口期提前了8 d,平均抽雄期提前了5 d,平均吐絲期提前了5 d,平均成熟期提前了7 d,整個(gè)生育期縮短了7 d,平均出苗率提高了2 %。CM平均出苗期較CK提前了1 d,平均拔節(jié)期提前了2 d,平均大喇叭口期提前了1 d,平均抽雄期提前了1 d,平均吐絲期提前了1 d,平均成熟期提前了2 d,整個(gè)生育期縮短了2 d,平均出苗率提高了1 %。分析表明覆蓋PM、KM、HBM、CM處理能明顯提前玉米各生育時(shí)期和縮短生育期,覆蓋PM、KM的效果尤為明顯。

2.4 不同覆蓋材料對玉米雙穗及空桿株數(shù)的影響

由表3可知,覆膜后對玉米平均雙穗株數(shù)、平均雙穗率、平均空桿株數(shù)、平均空桿率、平均有效穗數(shù)具有顯著影響,與露地相比,能夠顯著提高平均雙穗株數(shù)、平均雙穗率和平均有效穗數(shù),具體表現(xiàn)為PM≈KM >HBM >CM >CK;對空桿株數(shù)和空桿率能有效的降低,在玉米考種中發(fā)現(xiàn)只有CK玉米果穗存在空桿現(xiàn)象,平均10株樣株玉米空桿株數(shù)為0.33株,平均空桿率為3.33 %。

圖2 不同覆蓋材料土壤濕度變化動態(tài)Fig.2 Variation of soil humidity in different mulching materials

處理Treatments出苗率(%)Emergencerate播種期(M-D)Sowingdate出苗期(M-D)Emergencestage拔節(jié)期(M-D)Elongationstage大喇叭口期(M-D)Bell-mouthed抽雄期(M-D)Tasseling stage吐絲期(M-D)Silkingstage成熟期(M-D)Matureperiod生育期(d)Whole-lifePM994-265-36-257-37-227-279-15142KM984-265-36-257-37-247-299-17144HBM974-275-56-297-57-268-19-23149CM964-265-97-27-117-298-49-27154CK954-275-117-57-137-318-69-30156

表3 不同覆蓋材料玉米結(jié)穗情況

2.5 不同覆蓋材料對玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì),試驗(yàn)地面積為772.5m2(長51.5 m,寬15 m)，每個(gè)小區(qū)面積為51.5m2，種植密度為60 000 株/hm2，每個(gè)小區(qū)實(shí)際種植309株，因個(gè)別不能出苗,實(shí)際出苗株數(shù)不同。如表4所示，不同覆蓋材料因雙穗率不同,直接反映平均株粒數(shù)差異明顯,PM、KM、HBM、CM、CK平均株粒數(shù)分別為729.95、702.66、653.84、597.83、555.83，覆蓋 PM、KM、HBM、CM處理相比CK,分別提高了174.12、146.83、98.01、42,PM、KM與CK差異極顯著(P<0.01)。對平均百粒重影響不大，各處理之間無顯著性差異。小區(qū)產(chǎn)量直接反映折合平均畝產(chǎn)的大小，折合平均667m2產(chǎn)PM、KM、HBM、CM、CK分別為776.82、751.68、668.45、611.93、564.89 kg，覆蓋PM、KM、HBM、CM處理，相比CK分別提高了211.93、186.79、103.56、47.04 kg, PM、KM、HBM與CK差異極顯著(P<0.01)，CM與CK差異不顯著，PM與KM差異不顯著、與HBM差異顯著(P<0.05)、與CM差異極顯著(P<0.01)，KM與HBM差異不顯著、與CM差異極顯著(P<0.01)，HBM與CK差異顯著(P<0.05)。

2.6 不同材料覆蓋玉米經(jīng)濟(jì)效益分析

2.6.1 不同材料覆蓋玉米經(jīng)濟(jì)效益分析 如表5所示，各處理的產(chǎn)值以PM最高,覆蓋PM、KM、HBM、CM處理產(chǎn)值相比CK，分別增加了102.64、91.15、60.16、23.02元,相比提高了35.97 %、31.95 %、21.08 %、8.07 %；因CM為實(shí)驗(yàn)室制備及人工多次除草,投入成本CM最高,覆蓋PM、KM、HBM、CM處理的投入相比CK,分別增加了7.23、7.85、7.15、200元,相比提高了8.08 %、8.78 %、8 %、223.6 %；純收入相比CK,CM降低176.98元,PM、KM、HBM分別則增加了95.41、83.3、53.01元,相比提高了48.7 %、42.52 %、27.06 %。對各處理產(chǎn)投比計(jì)算表明，KM(3.87)僅次于PM(4.01)，HBM(3.58)第3，CM最差(1.07)。

表4 不同覆蓋材料對玉米產(chǎn)量及構(gòu)成因素的影響

注：表中各處理數(shù)據(jù)均以“平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤”表示,同列不同大寫字母表示差異極顯著(P<0.01),不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，重復(fù)數(shù)n=3。

Note：Each processed data in the table is expressed as ‘a(chǎn)verage ± standard error’. The different majuscules in the same column show highly significant difference(P< 0.01), and the different letters in the same column show significant difference(P< 0.05), and the repeating date isn=3.

表5 不同材料覆蓋玉米經(jīng)濟(jì)效益分析

注：2016年價(jià)格,干玉米2元/kg,干秸稈200元/t,肥料磷酸二銨、尿素、種子共計(jì)447.15元,PM7.23元、KM7.85元、HBM7.15元,CM材料費(fèi)及人工除草成本共計(jì)200元。

2.6.2 不同材料覆蓋玉米生態(tài)效益分析 在玉米成熟半年后,測量了不同處理的玉米地,薄膜殘留量見表6，PM、KM、HBM殘留薄膜平均片數(shù)分別為1.3、5.8、1.1，KM與PM、HBM差異明顯，9個(gè)采樣點(diǎn)殘留薄膜平均重量為16.12、15.56、9.32 g，地膜殘留率為98.98 %、20.52 %、98.42 %，KM殘留率非常低,絕大部分已被降解。

3 結(jié)論與討論

試驗(yàn)通過對不同覆蓋材料下土壤溫濕度和玉米生長發(fā)育的影響進(jìn)行研究,比較了可降解地膜、草漿地膜等新型環(huán)保地膜與普通塑料地膜、黑白雙色地膜等傳統(tǒng)地膜的覆蓋效果,對篩選出適宜于西藏林芝玉米高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的覆蓋材料有著重要意義，對西藏生態(tài)環(huán)境保護(hù)、農(nóng)牧民經(jīng)濟(jì)效益提高、農(nóng)牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展也具有一定的促進(jìn)作用。

3.1 不同覆蓋材料的土壤水溫狀況

表6 地膜殘留情況

3.1.1 不同覆蓋材料土壤溫度與天氣狀況有關(guān) 本研究發(fā)現(xiàn),在西藏林芝進(jìn)行玉米覆膜栽培可以有效提高土壤溫度,在玉米耕作層5 cm處不同材料覆蓋后土壤增溫效果明顯,特別是在玉米生長發(fā)育前期,有效提高了土壤環(huán)境的平均溫度和有效積溫,為玉米的生長發(fā)育提供了所需的熱量,相比CK, PM、KM、HBM、CM分別提高了4.82、4.11、1.32、0.17 ℃,其增溫效果為PM>KM>HBM>CM>CK。玉米生育中后期,由于玉米冠層的阻隔以及地膜破損,增溫效果不再明顯。目前,黑白雙色地膜在玉米栽培中對溫度的影響研究較少,特別是在青藏高原地區(qū),因此具體的增溫效應(yīng)還有待進(jìn)一步研究驗(yàn)證。對于玉米生育期溫度動態(tài)變化,本研究發(fā)現(xiàn)不同覆蓋處理土壤溫度在玉米生育期呈現(xiàn)“降低—升高—降低”的變化曲線,5月10日出現(xiàn)最高溫度,8月18日出現(xiàn)另一個(gè)高峰,可能因?yàn)榱种ヌ厥獾奶鞖鉅顩r、雜草生長、地膜破壞程度、數(shù)據(jù)測量天陽輻射和風(fēng)力等影響,導(dǎo)致與梁美英等[4]研究所認(rèn)為的“不同覆蓋處理日均土壤溫度在玉米生長期均呈現(xiàn)出‘升高—降低’的變化趨勢,都以7月份日均土壤溫度最高,且在玉米生育前期(5-7月份)不同覆蓋處理之間日均土壤溫度差異明顯。”存在不一致的地方。

3.1.2 不同覆蓋材料土壤增濕效果與天氣狀況有關(guān) 在降雨量較少的條件下,不同材料覆蓋能有效提高土壤濕度,如天氣總體偏好的5月份及8月18日,PM、KM、HBM、CM與CK相比,平均濕度分別提高了5.32 %、3.97 %、5 %、0.78 %;在降雨量較多的條件下,不同材料覆蓋土壤濕度低于露地,如在絕大多數(shù)降雨的天氣里PM、KM、HBM、CM與CK相比,分別降低了3.29 %、1.85 %、0.75 %、0.79 %,總的來說,覆膜增濕效果反而不如露地。本研究與研究地點(diǎn)處于陜西、山西、甘肅等地[4-16]研究者結(jié)果存在一定不一致的地方,主要原因是以上地區(qū)玉米生長季降雨量較少,都為干旱半干旱地區(qū),而林芝降雨量特別集中，4-9月份降雨量占全年降雨量的93.5 %，而且為了便于推廣采取大田試驗(yàn)種植固定時(shí)間測量的方式，因此造成結(jié)果有所不同。

3.2 不同覆蓋材料對玉米生長發(fā)育的影響

3.2.1 不同材料覆蓋能顯著影響營養(yǎng)生長期和生殖生長期 明顯提前了各生育時(shí)期和縮短整個(gè)生育期。不同材料覆蓋相比CK玉米生育期分別提前了14、12、7、2 d,出苗率分別提高了4 %、3 %、2 %、1 %。不同材料覆蓋相比CK能有效提高平均雙穗數(shù)、平均雙穗率和平均有效穗數(shù),總體上能有效的減少平均空桿數(shù)和平均空桿率。對于玉米生育進(jìn)程、出苗率等的影響與前人[4,6,11,17]研究結(jié)果一致。

3.2.2 地膜覆蓋能全面改善土壤耕作層土壤環(huán)境,促進(jìn)玉米生長發(fā)育[18-19]本研究不同地膜覆蓋相比CK對玉米百粒重影響不大,但因?yàn)殡p穗率顯著提高,能明顯增加株粒數(shù)和玉米產(chǎn)量,PM、KM、HBM、CM、CK平均畝產(chǎn)分別為776.82、751.68、668.45、611.93、564.89 kg,提高了211.93、186.79、103.56、47.04 kg,對玉米產(chǎn)量表現(xiàn)為PM≈KM>HBM>CM>CK。在本試驗(yàn)同一地點(diǎn)種植,統(tǒng)一播種、施肥等基礎(chǔ)上,可以發(fā)現(xiàn)決定玉米產(chǎn)量的主要構(gòu)成因素的是雙穗數(shù)、決定雙穗數(shù)的主要因素是土壤溫度,這與安新固[1]、于愛忠[20]等研究一致。

3.3 不同材料覆蓋對玉米栽培經(jīng)濟(jì)效益及生態(tài)效益的影響

經(jīng)過本試驗(yàn)研究分析,各處理產(chǎn)投比為PM4.01、KM3.87、HBM3.58、CM1.07、CK3.19,覆蓋PM、KM、HBM處理相比CK均能獲得比較好的經(jīng)濟(jì)效益,KM取得經(jīng)濟(jì)效益僅次于PM。在玉米成熟半年后,PM和HBM基本未分解、地膜殘留率非常高,KM已大部分分解完畢,PM、KM、HBM地膜殘留率分別為98.98 %、20.52 %、98.42 %。

綜合以上研究結(jié)果,從協(xié)調(diào)玉米種植經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益角度出發(fā),可降解地膜(KM)最符合目前我國、我區(qū)"既要金山銀山,又要青山綠水"的綠色發(fā)展理念,因此在玉米產(chǎn)業(yè)化種植中可降解地膜(KM)具有很好的推廣應(yīng)用價(jià)值。

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