不同類型地膜覆蓋對土壤水熱及春玉米產量的影響①

胡 敏，苗慶豐，史海濱，于慶峰

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不同類型地膜覆蓋對土壤水熱及春玉米產量的影響①

胡 敏1，苗慶豐2*，史海濱2，于慶峰1

(1內蒙古農業(yè)大學職業(yè)技術學院，內蒙古包頭 014109；2 內蒙古農業(yè)大學水利與土木建筑工程學院，呼和浩特 010018)

由于傳統(tǒng)普通農用地膜覆蓋造成的農田殘留污染問題日益加重，因此發(fā)展使用可降解新型地膜勢在必行。為進一步驗證和篩選出適宜河套灌區(qū)玉米種植的地膜覆蓋類型，試驗設置普通地膜、生物地膜、液態(tài)地膜和不覆膜4個處理，對比研究了不同地膜覆蓋類型對土壤水熱狀況以及春玉米產量和水分利用效率的影響。結果表明：春玉米生育前期，生物地膜與普通地膜覆蓋處理的土壤溫度無顯著性差異，但5 ~ 15 cm深度土壤溫度顯著高于液態(tài)地膜和不覆膜處理，起到了良好的增溫、保溫效果。生育中后期，生物地膜出現(xiàn)破損，保溫效果減弱，但一定的降溫效應避免了春玉米遭受高溫的危害。整個生育期內，生物地膜與普通地膜覆蓋處理的土壤水分含量無顯著性差異，但0 ~ 40 cm土層土壤水分含量顯著高于液態(tài)地膜和不覆膜處理，為春玉米的生長提供了良好的水分條件。生物地膜和普通地膜覆蓋處理顯著提高了春玉米的產量和水分利用效率，且兩者差異性不顯著，但均顯著高于液態(tài)地膜和不覆膜處理。綜合分析，在河套灌區(qū)玉米種植過程中較適宜采用生物地膜來逐步替代普通地膜覆蓋。

地膜覆蓋；土壤溫度；土壤水分；產量；水分利用效率；春玉米

內蒙古河套灌區(qū)屬于干旱半干旱地區(qū)，春季干旱寒冷，夏季高溫少雨，這樣特殊的氣候條件也影響了當地農業(yè)的發(fā)展。因此，改變傳統(tǒng)的種植管理模式已然迫在眉睫。適宜的土壤狀況是決定作物生長和產量的關鍵因素，有研究表明，地膜覆蓋后能夠很好地起到增溫、保墑和控鹽的作用[1-3]，作物增產顯著[4-5]，且在農業(yè)生產中得到了很好的驗證。然而，由于普通農用地膜主要是聚乙烯材料，在自然條件下難以分解，長期應用使其在農田大量殘留積累，造成白色污染問題嚴重，影響了農業(yè)的健康發(fā)展。

近些年，隨著生物地膜和液態(tài)地膜等新型地膜的出現(xiàn)，學者們開始不斷嘗試在農業(yè)生產中進行應用研究，并且取得了較好的成效。研究發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)普通農用地膜相比，生物地膜覆蓋在作物生育后期降解消失，避免了白色污染，同時改善了土壤結構，且保溫、保墑效果相當，加快了作物的生長進程，增產效果顯著[6-8]。噴施液膜后，抑制了土壤的蒸發(fā)，且與普通地膜覆蓋相比，改善了土壤肥力，提升了作物的出苗率和生長發(fā)育，有效提高了作物產量和水分利用效率[9-12]。

可見，對于生物地膜和液態(tài)地膜在農業(yè)生產中的應用效果，大量學者已經進行了一定的探索和研究，并且得到了較好的效果，但缺乏兩者之間應用效果的對比研究，因此不足以說明兩者的優(yōu)劣，在一定程度上不具有指導意義。同時，針對河套灌區(qū)在春玉米種植過程中的應用還鮮有報道，而春玉米又是灌區(qū)主要的經濟作物，面臨傳統(tǒng)的裸地種植作物產量過低，普通地膜覆蓋造成的農膜殘留問題日益嚴重的現(xiàn)狀，鑒于前人的研究成果，有望通過采用生物地膜和液態(tài)地膜覆蓋解決上述問題。本研究通過設置普通地膜、生物地膜、液態(tài)地膜和不覆膜處理，并對不同處理條件下的土壤水熱狀況、春玉米產量及水分利用效率進行對比研究，以期篩選出更適宜于灌區(qū)玉米種植的地膜覆蓋類型，對灌區(qū)綠色節(jié)水農業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2015年4月至10月在內蒙古河套灌區(qū)磴口縣補隆淖鎮(zhèn)夾道村進行，該地區(qū)多年平均降雨量139.8 mm，蒸發(fā)量2 374.6 mm；多年平均氣溫為7.6℃，平均日照時數3 183 h，平均無霜期130 d左右。試驗區(qū)0 ~ 20 cm為粉砂壤土，20 ~ 100 cm為粉砂質黏壤土，土壤平均容重為1.47 g/cm3；耕作層凋萎系數9.3%，田間持水量21.2%。該地區(qū)農業(yè)灌溉水源為黃河水，水質平均礦化度為 0.32 g/L，平均pH 8.1。試驗區(qū)玉米全生育期降雨量為40.8 mm，地下水埋深平均為1.48 m。

1.2 試驗設計

試驗所選用普通地膜為0.008 mm厚聚乙烯農用地膜，膜寬70 cm；生物地膜為0.008 mm厚可降解生物地膜，膜寬90 cm；液態(tài)地膜為浙江博龍生態(tài)科技有限公司生產。設置普通地膜、生物地膜、液態(tài)地膜和不覆膜4個處理，3次重復，小區(qū)面積50 m2(5 m × 10 m)，各處理隨機排列組合。地膜均在整地后進行機械鋪設，液態(tài)地膜于春玉米播種后進行噴施。春玉米品種選用豫奧6號，人工點播，種植行距50 cm，株距28 cm。參照當地田間管理方法，春玉米播種時施入磷酸二銨450 kg/hm2。春玉米灌第一水時灌溉定額為975 m3/hm2，施尿素450kg/hm2；灌第二水時灌溉定額為975 m3/hm2，施尿素300 kg/hm2；灌第三水時灌溉定額為975 m3/hm2，不施肥。

1.3 測定項目及方法

利用田間微氣象站采集全生育期內氣象數據；每隔5 d對試驗區(qū)地下水位觀測井進行觀測記錄，灌水和降雨前后加測；春玉米播種期開始，每隔7 d在各處理玉米行間取土，取樣深度為0 ~ 100 cm，每20 cm為一層，3次重復，采用烘干稱重法測定土壤含水率；采用直角地溫計監(jiān)測土壤溫度，埋設深度為5、10、15、20和25 cm，每日自8:00至20:00，每隔2 h讀取一次，各生育期內連續(xù)3 d進行監(jiān)測，求取其平均值；分別于各處理玉米行間土壤垂向深度80 cm和120 cm處埋設兩根負壓計，選定距地表為100 cm處為作物根系層下邊界，測定土壤負壓值；玉米成熟期，各處理選取具有代表性的10株測定其產量指標。

1.4 水分利用效率計算

WUEa/ETa(1)

ETaΔ(2)

式中：a為產量(kg/hm2)；ETa為耗水量(mm)；Δ為0 ~ 100 cm土層土壤貯水量變化(mm)；為有效降雨量(mm)；為灌溉量(mm)；為地下水補給量(mm)；為深層滲漏量(mm)。其中、根據負壓值和作物根系層水力學參數，采用達西定律進行計算。

1.5 數據處理

采用Mircrosoft-Excel2003進行數據的處理并進行圖表的繪制，利用SPSS17.0進行試驗數據的方差檢驗。

2 結果與分析

2.1 不同類型地膜覆蓋對春玉米各生育期土壤溫度的影響

由表1可知，春玉米苗期至拔節(jié)期，普通地膜和生物地膜處理保溫效果相當，各土壤深度溫度差異性不顯著，但均明顯高于液態(tài)地膜和不覆膜處理，且5 ~ 15 cm深度土壤溫度差異性著性，說明與普通地膜相比，春玉米生育前期生物地膜同樣達到了增溫保溫效果，為春玉米的蹲苗和前期生長提供了良好的土壤溫度條件，這一研究結論與張永明[14]和楊玉姣等[15]的研究結果相同。生物地膜具有降解性，且有研究表明，其誘導期通常為1 ~ 2個月[8]。春玉米進入抽雄吐絲期以后，在風力、光照以及雜草等的作用下生物地膜開始破裂，保溫效果減弱，抽雄吐絲期和灌漿期生物地膜5 ~ 25 cm深度土壤溫度分別較普通地膜處理低0.09 ~ 1.19℃和0.26 ~ 1.87℃，且在5 ~ 15 cm深度差異達到了顯著性水平。但對比4個處理發(fā)現(xiàn)，此階段普通地膜和生物地膜處理5 ~ 25 cm深度土壤溫度明顯低于液態(tài)地膜和不覆膜處理，這主要是由于普通地膜和生物地膜覆蓋更好地調節(jié)了春玉米生育前期土壤條件，玉米生長茂盛，遮陰效應增強；該階段氣溫達到全年峰值，一定的降溫效應可使玉米免遭高溫的危害，有利于作物根系的發(fā)育和對養(yǎng)分的吸收利用。玉米灌漿期，普通地膜和生物地膜處理5 ~ 25 cm深度土壤溫度略高于液態(tài)地膜和不覆膜處理，但差異不顯著，這也說明，普通地膜和生物地膜處理在玉米生育前期具有較好的增溫保溫效果，而生育后期這種效應逐漸消失。

2.2 不同類型地膜覆蓋對春玉米各生育期土壤水分的影響

地表覆蓋后，形成了“隔膜效應”，不同程度阻斷了土壤水分的蒸發(fā)通徑，有效保蓄了土壤水分。由表2可知，春玉米苗期至拔節(jié)期，普通地膜和生物地膜處理0 ~ 100 cm土層土壤水分含量差異性不顯著，但均明顯高于液態(tài)地膜和不覆膜處理，且0 ~ 40 cm土層差異性顯著，而液態(tài)地膜與不覆膜處理間差異性不顯著。抽雄吐絲期以后，土壤水分消耗強烈，同時生物地膜開始破裂，土壤保墑效果減弱。研究發(fā)現(xiàn)，此階段至灌漿期普通地膜處理0 ~ 100 cm土層土壤水分略高于生物地膜，差異性不顯著，未對玉米生長正常的水分供應產生脅迫；但兩處理0 ~ 40 cm土層土壤含水率顯著高于液態(tài)地膜和不覆膜處理，這也說明不同覆蓋材料主要影響表層0 ~ 40 cm的土壤水分狀況，與蘭印超等[13]和王鑫等[16]的研究結果相同。玉米成熟期以后，作物生長接近尾聲，耗水量大幅減弱，此時各處理土壤水分狀況相近。

表1 不同類型地膜覆蓋下玉米各生育期土壤溫度對比(℃)

注：同列不同小寫字母表示同一土壤深度不同處理間差異在<0.05水平顯著。

表2 不同類型地膜覆蓋下玉米各生育期土壤含水率對比(%)

注：同列不同小寫字母表示同一土層深度不同處理間差異在<0.05水平顯著。

2.3 不同類型地膜覆蓋對春玉米產量及水分利用效率的影響

地表覆蓋顯著改善了春玉米各生育期土壤的水熱條件，為春玉米的高產和水分利用效率的提高奠定了基礎。由表3可知，不同覆蓋材料條件下春玉米產量指標和水分利用效率均表現(xiàn)為普通地膜＞生物地膜＞液態(tài)地膜＞不覆膜處理。普通地膜與生物地膜處理間產量指標差異性不顯著，但均顯著高于液態(tài)地膜和不覆膜處理，說明與普通地膜覆蓋處理相比，生物地膜覆蓋處理同樣具有較好的增產增收效果且與之效果相當，這一結果與康虎等[17]和張杰等[18]的研究結果相同。水分利用效率是綜合反映作物水分利用程度的量化指標，研究發(fā)現(xiàn)，普通地膜處理平均較生物地膜、液態(tài)地膜和不覆膜處理高1.52%、15.28% 和22.31%，且生物地膜與普通地膜間差異性不顯著，但兩者均顯著高于液態(tài)地膜和不覆膜處理。

表3 不同類型地膜覆蓋下春玉米產量及水分利用效率對比

注：同列不同小寫字母表示不同處理間差異在<0.05水平顯著。

3 結論

1) 春玉米生育前期，生物地膜與普通地膜覆蓋處理的土壤溫度無顯著性差異，但5 ~ 15 cm深度土壤溫度顯著高于液態(tài)地膜和不覆膜處理，起到了良好的增溫、保溫效果。生育中后期，生物地膜出現(xiàn)破損，保溫效果減弱，但一定的降溫效應避免了春玉米遭受高溫的危害。

2) 整個生育期內，生物地膜與普通地膜覆蓋處理的土壤水分含量無顯著性差異，但0 ~ 40 cm土層土壤水分含量顯著高于液態(tài)地膜和不覆膜處理，為春玉米的生長提供了良好的土壤水分條件。

3) 生物地膜和普通地膜覆蓋處理顯著提高了春玉米的產量和水分利用效率，且兩者差異性不顯著，但均顯著高于液態(tài)地膜和不覆膜處理。綜合考慮，河套灌區(qū)春玉米種植過程中采用生物地膜覆蓋具有較好的應用效果和前景。

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Mulching Effects of Different Films on Soil Water, Heat and Yield of Spring Maize

HU Min1, MIAO Qingfeng2*, SHI Haibin2, YU Qingfeng1

(1 College of Vocational and Technical, Inner Mongolia Agricultural University, Baotou, Inner Mongolia 014109, China; 2 Water Conservancy and Civil Engineering College, Inner Mongolia Agricultural University, Hohhot 010018, China)

It is imperative to develop new degradable plastic film to prevent and reduce the pollution of farmland residual caused by traditional mulching films. In order to further validate and screen suitable mulch films for spring maize planting in Hetao Irrigation District of Inner Mongolia, four treatments including conventional film, biodegradable film, liquid film and non-film were designed to compare their effects on soil water and heat conditions, yields and water use efficiencies of spring maize. The results showed that no significant difference occurred in soil temperatures between biodegradable and conventional films in early growth stage of spring maize, but 5–15 cm soil temperatures under the two films were significantly higher than those under liquid film and non-film, indicating a good effect of warming and thermal insulation. The insulation effect was reduced due to the damage of biodegradable film in middle and late growth stages of spring maize, but it still kept cooling effect which reduced the harm of high temperature on spring maize. In the whole growth period of spring maize, there was no significant difference in soil moistures between biodegradable and conventional films, but 0–40 cm soil moistures under the two films were significantly higher than those under liquid film and non-film, providing good water conditions for the growth and development of spring maize. Biodegradable and conventional films significantly improved the yields and water use efficiencies of spring maize with no significant difference, but significantly higher than those under liquid film and non-film. In general, it is more appropriate to replace conventional film by biodegradable film in spring maize planting in Hetao irrigation area.

Film mulching; Soil temperature; Soil water content; Yield; Water use efficiency; Spring maize

國家自然科學基金項目(51209114)、內蒙古農業(yè)大學青年骨干人才項目(2017XQG-4)、內蒙古農業(yè)大學高層次人才引進項目(NDYB2016-23)、內蒙古自治區(qū)自然科學基金項目(2012MS0303)、內蒙古自治區(qū)高等學?？茖W研究項目(NJZY12088)和 “十三五”國家重點研發(fā)計劃項目(2016YFC0400205)資助。

(15049121836@126.com)

胡敏(1977—)，女，內蒙古呼和浩特人，博士，副教授，主要從事農業(yè)水土工程的研究工作。E-mail：66970501@qq.com

10.13758/j.cnki.tr.2018.03.026

S513；S152.8

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