覆膜和灌水量對農(nóng)田水熱動態(tài)和制種玉米生長的影響

趙 引 毛曉敏 段 萌

(中國農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院， 北京 100083)

0 引言

玉米是我國主要糧食作物之一，玉米播種面積和產(chǎn)量占糧食作物的比例由1980年的17.13%和19.53%增加到2016年的32.53%和35.63%[1]。因此，確保玉米產(chǎn)量對維護(hù)我國糧食安全具有重要意義。地處我國西北干旱區(qū)的石羊河流域是制種玉米的重要生產(chǎn)基地，而該地區(qū)水資源匱乏，嚴(yán)重制約了當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，農(nóng)業(yè)高效用水成為解決用水瓶頸、促進(jìn)水資源可持續(xù)利用的關(guān)鍵。大量研究表明，地膜覆蓋可以抑制土壤蒸發(fā)，增加土壤溫度，促進(jìn)作物生長、提高作物產(chǎn)量和水分利用效率[2-4]。農(nóng)作物的灌溉制度是為滿足作物生長需要且又獲得一定產(chǎn)量而制定的適時(shí)、適量的灌水方案。不同的灌溉制度與地膜覆蓋技術(shù)結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)既滿足作物生長需要、又達(dá)到節(jié)水和高產(chǎn)的目的[5-11]。研究表明，覆膜和調(diào)虧灌溉均可獲得較高的玉米產(chǎn)量和水分利用效率[6, 9]。姬景紅等[5]認(rèn)為覆膜虧水灌溉在保證較高的玉米產(chǎn)量的同時(shí)，比不覆膜虧水灌溉和覆膜充分灌溉分別提高灌溉水利用效率2.7倍和2.5倍。王嬋等[11]也得出相似的結(jié)論，認(rèn)為全膜覆蓋條件下適當(dāng)?shù)墓嗨靠商岣咧品N玉米產(chǎn)量并獲得較高的水分利用效率，產(chǎn)量除較全膜高灌水處理低7.4%外，較其他處理提高3.0%～68.7%，水分利用效率最高，提高8.9%～35.3%。于愛忠[7]提出相同覆膜方式下適當(dāng)減少灌水量是提高玉米水分利用效率的有效途徑。覆膜與灌溉制度耦合效應(yīng)的這些研究中多采用傳統(tǒng)大水漫灌的灌水方式，然而隨著地膜覆蓋技術(shù)的推廣，膜下滴灌技術(shù)在我國的干旱和半干旱地區(qū)大面積應(yīng)用。相關(guān)學(xué)者對膜下滴灌條件下的土壤水、鹽、熱動態(tài)[12]、土壤蒸發(fā)和作物蒸騰耗水及作物生長規(guī)律[13]等開展了一系列研究，但研究多集中于膜下滴灌條件下不同灌溉制度的對比，將不覆膜滴灌與膜下滴灌進(jìn)行定量對比研究的報(bào)道較少。因此有必要在滴灌方式下，對覆膜與灌水量的耦合效應(yīng)進(jìn)行深入研究。本研究以石羊河流域制種玉米為研究對象，采用滴灌的灌水方式，比較覆膜和不同灌水量對農(nóng)田水熱動態(tài)變化以及作物生長的耦合影響，探索覆膜與節(jié)水灌溉的綜合作用，以期為我國水資源高效利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2017年4—9月在甘肅省武威市中國農(nóng)業(yè)大學(xué)石羊河流域農(nóng)業(yè)與生態(tài)節(jié)水試驗(yàn)站(北緯37°52′，東經(jīng)102°52′，海拔1 581 m)進(jìn)行。該站位于騰格里沙漠邊緣，屬于典型的大陸性溫帶干旱沙漠氣候區(qū)。該地區(qū)多年平均降水量164 mm，多年平均蒸發(fā)量2 000 mm，多年平均氣溫8℃，全年無霜期150 d左右，日照時(shí)長3 000 h以上。該地區(qū)地下水埋深為40～50 m，試驗(yàn)地區(qū)0～100 cm土壤以粉砂壤土為主，土壤干容重1.53 g/cm3，田間持水率(體積)為32%。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)供試制種玉米品種為甘鑫630。試驗(yàn)設(shè)置覆膜與水分2個(gè)因素，覆膜分別為完全覆膜(M1)與不覆膜(M0)2個(gè)水平，水分設(shè)置W1、W2、W3、W4和W5 5個(gè)水平，分別為當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)灌溉定額的100%、85%、70%、55%和40%(當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)灌溉定額為作物騰發(fā)量(ETc)減去有效降雨量，ETc為參考作物騰發(fā)量(ET0)與作物系數(shù)(Kc)相乘計(jì)算得到，ET0利用Penman-Monteith[14]公式計(jì)算，Kc參照文獻(xiàn)[15])，共10個(gè)處理(小區(qū))，每個(gè)小區(qū)面積為137.2 m2(長為24.5 m、寬為5.6 m)。完全覆膜處理的小區(qū)采用100 cm寬的透明塑料薄膜覆蓋土壤，膜與膜間無縫隙并用土壓蓋。施肥按照當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)，即播前施375 kg/hm2的磷酸二銨和375 kg/hm2的氮磷鉀復(fù)合肥作為底肥，拔節(jié)期分3次施450 kg/hm2的尿素。父母本比例1∶6，母本于2017年4月24日播種，父本于2017年5月4日播種。播種方式為南北穴播，行距40 cm，株距25 cm。

為保證不覆膜小區(qū)玉米的出苗率，分別于4月26日和5月1日灌出苗水，而不覆膜小區(qū)在5月11日多灌一次出苗水。試驗(yàn)中采用滴灌的灌溉方式，滴灌帶按“一管兩行”布置，滴灌帶間距為80 cm，滴頭間距為30 cm，滴頭流量為2.5 L/h。

1.3 試驗(yàn)監(jiān)測指標(biāo)與方法

1.3.1土壤水分和溫度

土壤含水率：采用Trime-TDR時(shí)域反射儀測定土壤體積含水率，每個(gè)小區(qū)分別在行間各布置3個(gè)測點(diǎn)，測定深度1.6 m(本研究中僅采用了60 cm土層以上的土壤含水率)，測點(diǎn)垂向間距為20 cm，每隔7 d測定一次，灌水及降雨前后加測，并利用取土干燥法對測得值進(jìn)行校正。

土壤溫度：采用土壤溫度記錄儀(HZTJ1型)長期監(jiān)測土壤溫度。在M1W1、M0W1、M1W3、M0W3、M1M5和M0W5小區(qū)各布置一個(gè)測點(diǎn)，分別監(jiān)測各測點(diǎn)地面以下10、20、40、80、120 cm深度處的土壤溫度，每30 min自動記錄一次數(shù)據(jù)，定期下載存儲數(shù)據(jù)。

1.3.2作物生長發(fā)育進(jìn)程、生理指標(biāo)和產(chǎn)量

生長發(fā)育進(jìn)程：從制種玉米播種開始觀測玉米生長發(fā)育性狀，記錄各個(gè)生育階段的日期。

株高和葉面積指數(shù)：各試驗(yàn)小區(qū)隨機(jī)選定具有代表性的3株制種玉米植株(母本)，在生育期內(nèi)每隔7 d用卷尺測量其株高及完全展開葉片的長度和最大寬度，以此推求其葉面積指數(shù)。具體計(jì)算公式為

S=Lbβ

(1)

A=∑S

(2)

LAI=A/B

(3)

式中S——單片葉面積，cm2

L——葉片長度，cm

b——葉片最大寬度，cm

β——折減系數(shù)，參照文獻(xiàn)[16]，取0.74

A——單株葉面積，cm2

B——植株所占地表面積，cm2

LAI——葉面積指數(shù)，cm2/cm2

地上干物質(zhì)累積量和產(chǎn)量：作物成熟后，選3株具有代表性的植株，從莖基部切斷，獲得完整的地上部，將其葉片、莖稈、果等器官裝袋，置于105℃下殺青30 min，然后在85℃下干燥至恒質(zhì)量，以考察干物質(zhì)累積量。各試驗(yàn)小區(qū)隨機(jī)選取一行制種玉米，連續(xù)取樣10株，取樣重復(fù)3次，測定其產(chǎn)量。

1.4 作物耗水量和水分利用效率

作物耗水量的計(jì)算采用水量平衡的方法。由于采用了滴灌(覆膜情況下為膜下滴灌)的節(jié)水灌溉方式，可忽略灌溉損失，認(rèn)為灌溉入滲率為100%。對于降雨入滲，通過選取典型單次降雨前后土壤水的增加量與當(dāng)次降雨量的比值來計(jì)算覆膜與不覆膜對降雨入滲的影響[17]，即

i=λ/P100%

(4)

其中

λ=∑(wj1-wj0)d

(5)

式中i——降雨入滲率，%

P——降雨量，mm

λ——降雨入滲量，mm

wj1——降雨后第j層土壤體積含水率，cm3/cm3

wj0——降雨前第j層土壤體積含水率，cm3/cm3

d——土層厚度，mm

耗水量采用水量平衡公式計(jì)算，即

ET=Q+I+ΔW

(6)

其中

Q=Pi

(7)

式中ET——時(shí)段內(nèi)的耗水量，mm

Q——時(shí)段內(nèi)降雨入滲量，mm

I——時(shí)段內(nèi)灌溉量，mm

ΔW——時(shí)段初與時(shí)段末土壤貯水量變化，mm

水分利用效率(WUE)計(jì)算公式為

WUE=Y/ET

(8)

式中WUE——水分利用效率，kg/(hm2·mm)

Y——單位面積制種玉米產(chǎn)量，kg/hm2

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Office Excel 2016處理數(shù)據(jù)，制作圖表，SPSS 20.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并用Duncan新復(fù)極差檢驗(yàn)法進(jìn)行顯著性分析(P<0.05)。

2 結(jié)果與討論

2.1 土壤水分動態(tài)變化規(guī)律

2.1.1覆膜對土壤水分消耗的影響

圖1 不同處理0～60 cm土層貯水消耗量的變化 Fig.1 Changes of soil water storage consumption amounts in 0～60 cm soil layer under different treatments

圖1a～1e為相同灌水條件下覆膜與不覆膜處理對0～60 cm土層貯水消耗量的影響，其中縱坐標(biāo)60 cm土層貯水消耗量表示初始貯水量與當(dāng)天貯水量的差值。在W1灌水條件下，覆膜處理土壤貯水消耗量較不覆膜少，這可能是因?yàn)閃1充分灌水條件下，覆膜與不覆膜處理制種玉米生長狀況均較旺盛，蒸騰作用相同，根系吸水消耗土壤中的水量相同，但覆膜可明顯減少棵間蒸發(fā)，因此土壤貯水消耗量較不覆膜少。而在W2、W3、W4和W5灌水條件下，覆膜處理土壤貯水消耗量較不覆膜多，這可能是因?yàn)閃2、W3、W4和W5條件下，灌水量少，土壤蒸發(fā)少，覆膜與不覆膜土壤蒸發(fā)無差異，但覆膜可阻滯降水入滲，增加土壤貯水的消耗。以2017年7月26日、27日(總降雨量為32.4 mm)的連續(xù)降雨為例，當(dāng)降雨量為32.4 mm時(shí)，根據(jù)式(4)、(5)得到的覆膜處理降雨入滲百分比為37.7%、不覆膜達(dá)48.6%，覆膜較不覆膜降低22.4%，因此導(dǎo)致7月下旬不覆膜處理土壤貯水消耗量明顯降低。另外，在非充分灌水條件下覆膜促進(jìn)制種玉米生長，根系吸水較多，也會使覆膜貯水消耗量增加。這一研究結(jié)果與大多數(shù)的研究[18-19]類似，土壤貯水量在生育前期主要受土壤蒸發(fā)的影響[20]，覆膜抑制土壤與大氣之間的水分交換，減少土壤蒸發(fā)[21-23]。隨著作物植株冠層不斷壯大，蒸騰作用占主導(dǎo)地位，覆膜作物蒸騰作用較強(qiáng)，耗水較多。土壤貯水量還與降雨量有關(guān)，覆膜可減少降雨量下滲，降低土壤含水量[17, 24-25]。

2.1.2灌水量對土壤水分消耗的影響

圖1f表示不同灌水處理下初始與收獲期0～60 cm土層貯水量的差值。整體上看，土壤貯水消耗量隨著灌水量的減小而增多。當(dāng)灌水量較少，不能滿足作物生長需求時(shí)，會加大對土壤水分的消耗。在整個(gè)生育期內(nèi)，覆膜處理W2、W3、W4和W5分別較W1多消耗土壤水分67.5%、135.3%、191.9%和116.0%，不覆膜處理則分別多消耗1.5%、58.6%、35.6%和64.5%。從圖中還可以看出，除W4處理外，覆膜處理貯水消耗量較不覆膜少，這與圖1b～1e的結(jié)果似乎矛盾，主要原因是圖1b～1e顯示的是貯水量消耗的過程。盡管在過程中貯水量的消耗一般呈現(xiàn)出覆膜較不覆膜的多，但最后接近成熟期時(shí)，由于覆膜制種玉米提前成熟，所以后期耗水明顯減少，顯示在圖1f上反而表現(xiàn)出了覆膜較不覆膜少的特征。

2.2 土壤溫度動態(tài)變化規(guī)律

太陽輻射和地表覆蓋物是影響表層土壤溫度的主要因素。整體上看，土壤溫度隨著生育期的推進(jìn)呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢。從播種到7月下旬，氣溫升高，降雨少，土壤增溫快。7月下旬之后，氣溫降低，降雨多，土壤溫度降低。通過對土壤溫度動態(tài)變化的分析，發(fā)現(xiàn)不同灌水處理下的溫度變化趨勢基本一致。由于篇幅所限，此處以灌水量處于適中水平的W3處理為例，分析覆膜與不覆膜的日均溫差以及M1W3處理土層不同深度處的土壤溫度在整個(gè)生育期的變化規(guī)律。

2.2.1不同土層深度處覆膜與不覆膜溫差隨生育期的變化

圖2為不同土層深度覆膜與不覆膜之間每日日平均溫度的差值隨生育期的變化規(guī)律。可以看出，在7月初之前，由于植株矮小，作物葉面積指數(shù)小，遮陰作用較小，塑料薄膜的透光率很高，地膜覆蓋能把太陽能轉(zhuǎn)化的熱能匯集在土壤中，使覆膜處理的土壤溫度顯著高于不覆膜處理，10 cm深處提高了22.4%。許多研究者[26-28]得出了一致的結(jié)論，認(rèn)為在作物生長前期，塑料薄膜接收太陽輻射能量，會顯著增加土壤溫度。地膜對地溫的影響與土層深度有關(guān)，土層越深，覆膜與不覆膜處理之間的溫差越小，10、20、40、80、120 cm深度土層的平均溫差分別為1.6、2.0、1.3、1.1、0.3℃。到達(dá)7月，覆膜處理的玉米葉面積指數(shù)升高(達(dá)5.5 cm2/cm2左右)，冠層遮光作用大于不覆膜處理，且由于地膜遭到破損，覆膜與不覆膜處理的土壤溫度比較接近，兩者差異不顯著[25]，溫差在0℃波動，ZHANG等[28]也得出了類似的結(jié)論，認(rèn)為是由于較高的土壤水分降低了土壤溫度?？梢姷啬さ谋刈饔弥饕憩F(xiàn)在生育前期，生育后期保溫作用減弱，甚至出現(xiàn)了不覆膜處理的地溫高于覆膜處理的現(xiàn)象。但也有研究表明[24, 29]，地膜在整個(gè)生育期保溫效果都比較明顯。

圖2 不同土層深度覆膜與不覆膜日均溫差的變化 Fig.2 Changes of mean daily temperature for treatments with mulching and non-mulching in different soil layers

2.2.2不同土層深度處地溫隨生育期的變化

圖3為不同土層深度處地溫在整個(gè)生育期的變化情況。土壤溫度隨著土層深度的增加而減小，且這種差異隨著生育期的進(jìn)展逐漸減弱。可以看出，40 cm以上土層的土壤溫度較高，且溫差不大，而80 cm和120 cm深度土壤溫度較低，與40 cm以上土層相比溫差相差較為明顯，其中，10 cm深處的地溫曲線與20 cm深處的基本重合，這可能是因?yàn)闇\層土壤溫度受外界條件波動較大，產(chǎn)生監(jiān)測誤差導(dǎo)致。20 cm深處的平均地溫比40 cm增加了4.8%。而40 cm深處的平均地溫比80 cm增加了11.9%，80 cm深處的平均地溫比120 cm增加了12.1%。到達(dá)灌漿期，不同土層深度溫度差異又逐漸減弱。

圖3 M1W3處理不同土層深度處地溫的變化 Fig.3 Changes of soil temperature in different soil layers in M1W3

此外，土溫的波動幅度也隨深度的增加而減弱。這是由于土壤溫度的波動變化主要與大氣溫度、灌水和降雨有關(guān)，土層越深，受到大氣溫度、灌水和降雨的影響越小，波動幅度越小。

2.3 制種玉米發(fā)育進(jìn)程

耕層土壤溫度是影響制種玉米生育期長短和生育進(jìn)程的主要因素[9]。覆膜明顯增高生育前期土壤溫度，使制種玉米生育進(jìn)程加快，縮短生育期。表1表明，覆膜制種玉米出苗較不覆膜提前7 d，拔節(jié)早7 d，抽穗、灌漿和成熟分別早10、14、17 d。覆膜制種玉米生育期達(dá)137 d，較不覆膜縮短14 d。王罕博等[4]研究表明，覆膜可使玉米全生育期縮短11 d，各個(gè)生育階段平均提前7 d。申麗霞等[30]認(rèn)為，覆膜玉米出苗、拔節(jié)、抽穗和灌漿較不覆膜分別早4、6、10、10 d，全生育期縮短12 d。這與本研究結(jié)果相似。

表1 制種玉米生育期劃分 Tab.1 Partition of growth period of seed-maize

2.4 覆膜和灌水量對制種玉米株高的影響

圖4為各處理下制種玉米植株株高的變化?？梢钥闯?，制種玉米株高在覆膜與不覆膜處理下大體隨生育期的進(jìn)展呈現(xiàn)相同的變化趨勢，即從苗期開始，制種玉米株高增長迅速，到達(dá)抽穗期，株高趨于穩(wěn)定。覆膜制種玉米的株高在苗期增長速率為2.19～2.65 cm/d，拔節(jié)期為2.71～3.27 cm/d，而不覆膜處理制種玉米的株高在苗期增長速率為1.40～1.65 cm/d，拔節(jié)期為1.80～2.48 cm/d，因此覆膜處理植株株高普遍高于不覆膜，并且提前7～10 d達(dá)到最大株高。這是由于生育前期覆膜處理有較高的土壤溫度[2,31]。在W1和W3灌水條件下，覆膜與不覆膜的植株最大株高基本相同，而W2、W4和W5灌水條件下覆膜處理較不覆膜分別提高了6.5%、13.5%和10.0%。

圖4 覆膜和不覆膜處理不同灌水條件下制種玉米 株高的變化 Fig.4 Changes of seed-maize plant height for different irrigation treatments under mulching and non-mulching

拔節(jié)期之前，制種玉米植株較小，對水分的需求量也相對較小，各處理的株高長勢狀況基本沒有差異，水分對玉米植株株高基本沒有影響。隨著植株的生長，植株對水分的需求增加。到達(dá)抽穗期，營養(yǎng)生長基本停止而轉(zhuǎn)向生殖生長，作物株高趨于穩(wěn)定，不同灌水條件下株高有了明顯的差異，高水能夠及時(shí)滿足植株對水分的需求。灌水量越大，制種玉米株高越高[32-33]，覆膜處理W1、W2灌水條件下制種玉米的株高為161 cm左右，說明在覆膜條件下，W2灌水處理對制種玉米的株高并無明顯的影響，可以保證作物的良好生長；W3、W4和W5灌水條件下，制種玉米株高顯著降低，為147 cm左右，降低了8.6%，與W1、W2處理相差14 cm。而在不覆膜條件下， W1、W2、W3、W4和W5灌水條件下的株高分別為161、152、148、129、134 cm，W1、W2與W4、W5之間具有顯著性差異(P<0.05)，作物株高最大相差27 cm左右，比覆膜處理高13 cm。這說明高灌水條件下，覆膜不覆膜對作物株高沒有明顯影響，而在非充分灌水條件下，覆膜有利于達(dá)到較高的株高水平。這說明地膜減弱了灌水量對株高的影響。

2.5 覆膜和灌水量對制種玉米葉面積指數(shù)的影響

圖5 覆膜和不覆膜處理不同灌水條件下制種 玉米葉面積指數(shù)(LAI)的變化 Fig.5 Changes of seed-maize leaf area index for different irrigation treatments under mulching and non-mulching

圖5為各處理制種玉米葉面積指數(shù)的變化情況?？傮w來說，覆膜與不覆膜處理下制種玉米的葉面積指數(shù)隨生育期的變化趨勢一致，即在苗期植株矮小，植株間競爭小，各水分處理葉面積指數(shù)差異很小，葉面積指數(shù)緩慢增長。到達(dá)拔節(jié)期，制種玉米葉面積指數(shù)增長迅速，達(dá)到0.15 cm2/(cm2·d)左右，在抽穗期，由于植株迅速增長，植株間競爭性強(qiáng)，水分對葉片的干枯有較大影響，因此各水分處理?xiàng)l件下葉面積指數(shù)有了明顯的差異，除M1W1處理葉面積指數(shù)有所增加外，其余處理葉面積指數(shù)均有不同程度的降低。進(jìn)入灌漿期后，根部葉片干枯脫落，葉面積指數(shù)開始大幅度下降。

覆膜比不覆膜生育期提前，在苗期和拔節(jié)期，覆膜處理葉面積指數(shù)始終高于不覆膜。覆膜處理抽穗期干葉片數(shù)開始增多，葉面積指數(shù)下降，但不覆膜處理葉面積指數(shù)達(dá)最大，導(dǎo)致覆膜低于不覆膜處理，并且W2和W4灌水條件下，覆膜與不覆膜葉面積指數(shù)峰值基本相同，而W1、W3和W5灌水條件下，覆膜較不覆膜葉面積指數(shù)峰值高，分別高7.6%、3.8%和8.6%。W1、W2、W3、W4和W5灌水條件下，覆膜玉米葉面積指數(shù)平均值比不覆膜分別提高了28.3%、20.2%、40.6%、12.7%和42.8%。王罕博等[4]認(rèn)為葉面積指數(shù)在播種一個(gè)月后覆膜較露地處理高110.2%，李文彪等[34]認(rèn)為覆膜玉米的葉面積指數(shù)平均值比露地提高40%，這些結(jié)果與本文相似。

不同水分處理?xiàng)l件下，W1處理的葉面積指數(shù)明顯高于其他處理，在覆膜條件下，W2與W4處理葉面積指數(shù)比較接近，而W3與W5較接近，W3和W5的葉面積指數(shù)明顯高于W2和W4。不覆膜條件下則表現(xiàn)為W2和W4高于W3和W5?？梢姡謱χ品N玉米葉面積指數(shù)的影響較大[35]。

2.6 覆膜和灌水量對制種玉米最終干物質(zhì)累積量和產(chǎn)量的影響

由表2可知，相同灌水條件下，覆膜處理制種玉米的干物質(zhì)累積量和產(chǎn)量均高于不覆膜處理。W1、W2、W3、W4和W5處理覆膜比不覆膜最終干物質(zhì)累積量分別提高了46.5%、30.0%、31.0%、31.5%和20.4%，W1、W2處理下覆膜與不覆膜差異顯著(P<0.05)。這一結(jié)論與王罕博等[4]的結(jié)論相似，其研究結(jié)果表明，到8月后覆膜較不覆膜地上干物質(zhì)量高14.8%～20.7%。BU等[24]兩年的研究結(jié)果表明，與不覆膜處理的最終干物質(zhì)累積量相比，覆膜平均提高了25.8%。楊長剛等[36]則認(rèn)為覆膜可提高小麥干物質(zhì)累積量67.7%。

在W1和W3灌水條件下，覆膜比不覆膜顯著增產(chǎn)(P<0.05)，增產(chǎn)率分別達(dá)44.6%和33.1%。

表2 制種玉米最終干物質(zhì)累積量和產(chǎn)量 Tab.2 Total dry biomass and yield of seed-maize

注：表中同一列數(shù)字后的不同字母表示在0.05水平下差異顯著。

而在W2、W4和W5灌水條件下，覆膜與不覆膜產(chǎn)量增產(chǎn)不顯著，增產(chǎn)率分別為24.8%、24.5%和6.5%。覆膜可以提高作物產(chǎn)量，這一結(jié)果與前人的研究相似[4,24,37-39]。但也有研究表明覆膜會使作物減產(chǎn)，劉勝堯等[25]認(rèn)為覆膜不利于降水入滲而導(dǎo)致水漬，使玉米產(chǎn)量減少5.0%。

可以看出，在覆膜條件下，干物質(zhì)累積量和產(chǎn)量基本隨著灌水量的增加而增多。這與LI等[35]的研究結(jié)果類似。W1處理干物質(zhì)累積量和產(chǎn)量與W4和W5具有顯著性差異(P<0.05)，W1干物質(zhì)累積量和產(chǎn)量較W4和W5平均值分別提高了34.2%和28%。W3處理的產(chǎn)量高于W2，且與W1處理無顯著性差異。在不覆膜條件下，各灌水處理之間干物質(zhì)累積量和產(chǎn)量均無顯著性差異。M0W1處理的產(chǎn)量偏低，而M0W5處理偏高，這是因?yàn)樵谥品N玉米收獲季節(jié)，其他水分處理尚未完全成熟，只有M0W5處理籽粒已達(dá)最大。M0W1處理整個(gè)生育期內(nèi)土壤貯水消耗多，60 cm土層貯水量較低，導(dǎo)致產(chǎn)量較低。而肖俊夫等[40]認(rèn)為高水分處理減產(chǎn)的原因是高水分條件下存在奢侈性耗水，導(dǎo)致作物減產(chǎn)，降低水分生產(chǎn)效率。

2.7 覆膜和灌水量對生育期內(nèi)總耗水量的影響

如圖6所示，在相同的灌水條件下，覆膜耗水量低于不覆膜，W1、W2、W3、W4和W5灌水量下分別低3.9%、1.8%、4.6%、3.3%和8.9%。這與多數(shù)研究結(jié)果一致[4,41-43]，在小麥、馬鈴薯的研究[44]中也有相似的結(jié)論。但也有研究表明，覆膜可增加生育期內(nèi)作物耗水量，李尚中等[45]認(rèn)為覆膜對耗水量的增加不明顯，只增加了5.0%，謝軍紅等[46]認(rèn)為地膜覆蓋使耗水量增加10.0%～20.8%，楊長剛等[36]則認(rèn)為可增加34%左右。這可能與土壤初始含水率有關(guān)。

圖6 覆膜和不覆膜不同灌水條件下生育期內(nèi)的總耗水量 Fig.6 Total water consumption during growth period for different irrigation treatments under mulching and non-mulching

灌水量對作物耗水量的影響較大，耗水量隨著灌水量的增加而增加。覆膜條件下，W2、W3、W4和W5作物耗水量分別為377.9、345.8、308.2、245.0 mm，與W1的428.1 mm相比，分別減少了11.7%、19.2%、28.0%和42.8%。不覆膜條件下，W2、W3、W4和W5作物耗水量分別為384.9、362.6、318.9、369.1 mm，與W1的445.2 mm相比，作物耗水量分別減少了13.6%、18.5%、28.4%和39.6%。

2.8 覆膜和灌水量對水分利用效率的影響

水分利用效率是作物高效用水的重要指標(biāo)，節(jié)水灌溉的關(guān)鍵在于提高水分利用效率，保障作物常年可持續(xù)生產(chǎn)。覆膜提高了作物產(chǎn)量，降低了作物耗水，因此在相同灌水條件下，覆膜處理可提高水分利用效率，W1、W2、W3、W4和W5分別提高50.4%、27.1%、39.6%、28.8%和16.9%(圖7)。這與多數(shù)研究結(jié)果一致[4,24,36-37]。

圖7 各灌水處理不同覆膜方式下的水分利用效率 Fig.7 Water use efficiency under different irrigation treatments with different mulching patterns

可以看出灌水量對水分利用效率的影響較大。覆膜處理下，W5相比W1可提高38.0%，W3可提高17.6%，W2和W4與W1的水分利用效率基本無變化。在不覆膜處理下，W5比W1提高77.4%，W2、W3和W4處理的水分利用效率基本相同，相比W1提高了25.2%左右?？梢?，水分利用效率大體上隨著灌水量的增加而降低。

3 結(jié)論

(1)覆膜具有減少棵間蒸發(fā)、促進(jìn)作物生長和根系吸水以及減少降水入滲率的作用，因此覆膜對土壤貯水消耗量在不同作物生育階段、不同的灌水處理下可能表現(xiàn)出不同的影響。

(2)地膜的保溫作用主要表現(xiàn)在生育前期，生育后期保溫作用減弱，甚至出現(xiàn)了不覆膜處理的地溫高于覆膜處理的現(xiàn)象。地膜對地溫的影響與土層深度有關(guān)，土層越深，覆膜與不覆膜處理之間的溫差越小。土壤溫度隨著土層深度的增加而減小，且這種差異隨著生育期的進(jìn)展逐漸減弱。土溫的波動幅度也隨深度的增加而減弱。

(3)由于覆膜有助于增高制種玉米生育前期土壤溫度，從而使株高和葉面積指數(shù)增長速率高于不覆膜，且使生育進(jìn)程加快。另外，在相同灌水條件下覆膜處理可提高水分利用效率。而在相同覆膜情況下水分利用效率隨著灌水量的增加而降低。采用覆膜和適度虧水處理(如試驗(yàn)中的M1W3)可在提高水分利用效率的同時(shí)保證較高產(chǎn)量。