不同地膜覆蓋對(duì)不同時(shí)間尺度地溫與玉米產(chǎn)量的影響

李仙岳 郭 宇 丁宗江 冷 旭 田 彤 胡 琦

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木建筑工程學(xué)院， 呼和浩特 010018)

0 引言

因地膜覆蓋具有增溫、增產(chǎn)、控鹽等功能[1]，在減少土壤水分蒸發(fā)、提高農(nóng)田作物水分利用效率、防止土壤鹽漬化等方面發(fā)揮著重要作用[2-3]。自1978年我國(guó)引入地膜覆蓋以來(lái)，得到了大規(guī)模推廣應(yīng)用，僅在內(nèi)蒙古河套灌區(qū)近10年地膜使用量和覆膜面積分別增長(zhǎng)了125.81%和147.62%[4]，且在干旱寒冷地區(qū)，地膜覆蓋的保溫保水優(yōu)勢(shì)更為明顯。然而目前農(nóng)用地膜主要以透明的白色塑料為主[5]，經(jīng)過(guò)大量學(xué)者研究，得出白色地膜覆蓋下由于作物生長(zhǎng)前期水肥消耗大，容易出現(xiàn)脫水、脫肥現(xiàn)象[6-7]，特別是在作物生長(zhǎng)后期隨著氣溫升高會(huì)伴隨著地溫過(guò)高現(xiàn)象出現(xiàn)，從而導(dǎo)致抽雄前后的重伏旱[8]，甚至出現(xiàn)作物減產(chǎn)等負(fù)面效應(yīng)[8-9]。因此探索既能實(shí)現(xiàn)作物生長(zhǎng)前期保溫又能在作物生長(zhǎng)后期有效控制土壤溫度的最佳覆膜技術(shù)對(duì)于作物增產(chǎn)具有重要意義。黑色地膜透光率低，輻射熱透過(guò)少，覆膜后地溫比白色地膜略低[10]，大量研究表明黑色地膜覆蓋比白色地膜覆蓋增產(chǎn)效應(yīng)更明顯[11-12]，且較白色地膜更能改善玉米根區(qū)土壤溫度，可見(jiàn)篩選適合的地膜，對(duì)當(dāng)?shù)刈魑锷L(zhǎng)及農(nóng)業(yè)高產(chǎn)具有重要意義[12]。

隨著國(guó)家綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的推進(jìn)，對(duì)于主要由聚乙烯塑料制成白色地膜產(chǎn)生的“白色污染”受到越來(lái)越多學(xué)者的關(guān)注[13-15]。研究表明，隨著農(nóng)膜殘留增加，會(huì)明顯影響土壤入滲和作物根系發(fā)育，使土壤理化性質(zhì)惡化，影響土壤微生物的多樣性，最終影響作物生長(zhǎng)并導(dǎo)致作物減產(chǎn)[16-18]。目前主要解決措施是推廣生物可降解地膜覆蓋技術(shù)[19]，已有研究表明生物可降解地膜在自然狀況下會(huì)自降解成CO2和H2O，如覆膜200 d后可降解地膜的降解殘留物已經(jīng)非常少，對(duì)環(huán)境影響很小[20]，同時(shí)降解地膜的保水、保溫、增產(chǎn)效應(yīng)與塑料地膜相近[21-22]。與塑料地膜相比生物降解地膜甚至提高了土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)，降低了土壤硝態(tài)氮累積量[23]，還有效降低油菜籽粒中對(duì)人體健康不利的芥酸和硫苷含量[24]。可降解地膜的降解快慢是影響土壤水熱效應(yīng)、作物產(chǎn)量以及感官接受度的重要因素，降解過(guò)快會(huì)導(dǎo)致地膜破損嚴(yán)重，致使生長(zhǎng)后期保水效果減弱；而降解過(guò)慢，除了制造成本增加外也會(huì)導(dǎo)致農(nóng)民認(rèn)為與塑料地膜一樣是不可降解的，故針對(duì)干旱區(qū)篩選出適合當(dāng)?shù)氐慕到饽ぜ敖到馑俾适强山到獾啬ね茝V的關(guān)鍵技術(shù)。其中不同降解速率的降解膜之間最重要和明顯的差異是代表地膜降解快慢的破損占比以及對(duì)地表溫度和土壤溫度的影響程度。研究顯示0.005 mm厚可降解地膜的降解速率及強(qiáng)度均優(yōu)于0.008 mm厚地膜，但0.008 mm 厚膜覆蓋玉米的保溫效果、出苗率及生長(zhǎng)性狀等均稍優(yōu)于前者[25]。一般地膜越薄或降解速率越快保溫效果相對(duì)越差，比如0.010 mm和0.012 mm厚完全生物可降解地膜處理下棉花苗期土壤0～25 cm平均溫度較對(duì)照處理分別低0.94℃和1.34℃(P<0.05)，但隨著作物的生長(zhǎng)兩者差異逐漸減小[26]。目前地膜覆蓋對(duì)地溫的影響，主要采用曲管水銀地溫計(jì)測(cè)量土壤耕層的土壤溫度，但無(wú)法測(cè)量地表溫度和地膜表面溫度，而紅外成像技術(shù)已被大量用于葉表面溫度監(jiān)測(cè)[27]，其結(jié)果可用于作物水分脅迫指數(shù)[28]、葉片病變程度等[29]方面的研究，利用該技術(shù)能準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)地膜覆蓋下地表溫度的分布規(guī)律，是用于地膜破損程度和蒸發(fā)模擬研究的關(guān)鍵?？梢?jiàn)針對(duì)地膜覆蓋下地表和土壤溫度的系統(tǒng)研究對(duì)于地膜篩選具有重要意義，然而對(duì)于不同顏色和不同降解速率的可降解地膜覆蓋下地表和土壤溫度的綜合影響效應(yīng)的研究目前鮮見(jiàn)報(bào)道。

本研究主要針對(duì)北方干旱寒冷地區(qū)，基于紅外成像技術(shù)和自動(dòng)連續(xù)傳感技術(shù)探索不同顏色及不同降解速率的可降解地膜覆蓋下地膜的破損特征，以及對(duì)地表和土壤溫度的影響，并綜合保溫效應(yīng)以及對(duì)作物產(chǎn)量的影響，篩選適合該地區(qū)環(huán)保、高產(chǎn)的降解地膜，旨為我國(guó)綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展和作物高效高產(chǎn)提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概括

試驗(yàn)于2017年在內(nèi)蒙古河套灌區(qū)磴口縣木壘灘節(jié)水試驗(yàn)區(qū)(40°31′48″N，106°56′30″E，海拔1 059 m)進(jìn)行。該區(qū)域?qū)贉貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候，熱量充足，年均日照3 200 h，10℃以上活動(dòng)積溫2 950℃，無(wú)霜期135 d，雨量稀少，年均降水量143.9 mm，蒸發(fā)量達(dá)2 400 mm。地下水埋深在3 m以下，水質(zhì)符合灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。供試土壤質(zhì)地為粘性土壤，2017年生育期日均氣溫為23.18℃，日均太陽(yáng)輻射為22.64 MJ/(m2·d)(圖1)。

圖1 作物生育期氣溫和太陽(yáng)輻射Fig.1 Temperature and solar radiation during crop growth stage

1.2 試驗(yàn)材料與設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)供試作物為玉米(品種：先鋒32D22)，是當(dāng)?shù)氐闹饕贩N，采用一膜兩行種植方式，行距為60 cm，株距為50 cm，種植密度3.3株/m2。試驗(yàn)所用黑色和白色塑料地膜為磴口縣大眾塑料廠生產(chǎn)，黑色和白色氧化生物雙降解膜為山東天壯環(huán)保有限公司生產(chǎn)，膜寬均為80 cm，厚度均為0.008 mm。試驗(yàn)基肥為復(fù)合肥料(N含量大于等于28%，P2O5含量大于等于18%，K2O含量大于等于5%)200 kg/hm2，追肥采用尿素(N含量大于等于46%)500 kg/hm2，在拔節(jié)期和抽雄期分兩次施入。利用水泵抽地下水進(jìn)行畦灌，用水表計(jì)量水量，生育期分別于6月2日、7月5日、7月20日、8月11日灌水4次。試驗(yàn)設(shè)置白色塑料膜(WP)、黑色塑料膜(BP)，白色生物降解膜快速(WO1)、中速(WO2)、慢速(WO3)，黑色生物降解膜快速(BO1)、中速(BO2)、慢速(BO3)8種地膜覆蓋處理(可降解地膜根據(jù)所添加降解助劑含量設(shè)計(jì)誘導(dǎo)期為快速60 d、中速80 d、慢速100 d)，以不覆膜(CK)作為對(duì)照，共9個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)3次，各小區(qū)隨機(jī)分布，每個(gè)處理小區(qū)面積60 m2(6 m×10 m)。

1.3 觀測(cè)項(xiàng)目與方法

氣象數(shù)據(jù)：在試驗(yàn)區(qū)中間設(shè)置自動(dòng)氣象站(HOBO-U30型)，每小時(shí)自動(dòng)記錄降水量、太陽(yáng)輻射、空氣溫度、空氣濕度、風(fēng)速等。

土壤地表溫度：采用Fluck公司生產(chǎn)的熱成像儀(Ti45型，測(cè)量范圍為-20～600℃，熱敏感度：≤0.08℃(80 mK)，30℃時(shí)，分辨率：0.1℃；最小聚焦距離：0.15 m)。覆膜后在每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取3處設(shè)定固定觀測(cè)區(qū)(覆膜株間)，用鐵絲圈定范圍，面積為30 cm×30 cm，于覆膜后1、30、60、90、130 d的10：00—12：00期間，在設(shè)定的固定區(qū)域拍攝熱成像圖，每個(gè)區(qū)域拍攝至少3次以上，利用SmartView軟件對(duì)熱成像圖進(jìn)行處理，并導(dǎo)出不同區(qū)域地膜表面溫度數(shù)據(jù)。

土壤耕層溫度：采用北京惠澤農(nóng)科技有限公司生產(chǎn)的溫度傳感器(HZR-8T型，測(cè)量范圍為-40～60℃，精度為±(0.2～0.5)℃，分辨率為0.1℃)進(jìn)行連續(xù)傳感監(jiān)測(cè)，分別在每個(gè)小區(qū)膜上及膜間0～15 cm、15～30 cm土層垂直埋設(shè)溫度傳感探頭，每5 min測(cè)量1次，每2 h進(jìn)行平均并自動(dòng)記錄。

地膜破損率：每個(gè)生育期將相機(jī)固定在設(shè)定的地膜觀測(cè)區(qū)(與熱成像區(qū)域一致)正上方40 cm處，在區(qū)域邊界放置直尺作為參考物，每次拍攝3張照片，篩選最清晰的一張導(dǎo)入AutoCAD 2008(Autodesk, Inc.)中，以參考直尺為標(biāo)準(zhǔn)將圖片標(biāo)準(zhǔn)化，再利用多段線命令勾描破損處以形成閉環(huán)區(qū)域，輔以面積統(tǒng)計(jì)命令逐個(gè)統(tǒng)計(jì)研究區(qū)域破損面積，用以計(jì)算地膜破損占比，計(jì)算公式為

式中D——地膜破損占比，%

Si——研究區(qū)第i個(gè)破損面積

S——研究區(qū)總面積

產(chǎn)量：收獲時(shí)每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取5株作物測(cè)量葉、莖、花盤的干物質(zhì)量及籽粒數(shù)、百粒質(zhì)量和籽實(shí)的干質(zhì)量，最后折算為每公頃產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel 2007軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和制圖，SPSS 20.0軟件進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同地膜覆蓋下不同生育期觀測(cè)區(qū)瞬時(shí)地表溫度變化特征

基于熱成像儀對(duì)不同生育期不同覆膜處理的不同區(qū)域地表溫度采樣分析可知(表1)，不同生育期黑白地膜表面溫度大小順序?yàn)椋汉谀ぬ幚?、白膜處理、無(wú)膜處理(CK)，且破損面積占比在不同生育期均為黑色降解膜略大于白色降解膜，但均遠(yuǎn)大于普通塑料地膜(P<0.05)。覆膜60 d后快速降解地膜進(jìn)入降解期，中速和慢速也開始逐漸發(fā)生破損，由表1可知覆膜90 d和130 d后，黑色降解膜平均破損占比達(dá)到21.54%、47.40%，白色降解膜為18.58%、43.74%，黑色降解膜平均破損占比是白色降解膜破損占比的1.2倍和1.1倍，且從生育期破損監(jiān)測(cè)結(jié)果看，白色和黑色降解膜平均破損占比分別為24.12%和27.37%，黑色降解膜破損占比高于白色降解膜3.25個(gè)百分點(diǎn)。不同降解速率降解膜破損占比差異顯著，生育期快、中、慢3種降解速率的白色降解膜平均破損占比分別為30.17%、22.21%和17.91%，而3種黑色降解膜平均破損占比則分別為35.15%、24.65%和19.79%。

表1 不同生育期不同處理地膜破損區(qū)和覆蓋區(qū)瞬時(shí)表面溫度特征Tab.1 Surface temperature characteristics of damaged and undamaged mulching areas at different growth stages

對(duì)5—9月地表溫度進(jìn)行平均，得到不同處理逐月平均值(表1)，由于5個(gè)生育階段環(huán)境溫度不同，不同處理地表溫度從最高溫度58.0℃逐漸下降到最低溫度9.3℃。覆膜能明顯提高地表溫度(表1，圖2)，而白色地膜由于部分能量反射，地表瞬時(shí)溫度低于黑色地膜，生育期黑色塑料地膜(BP)、白色塑料地膜(WP)和無(wú)膜(CK)平均溫度分別為34.10、32.34、29.12℃ (P<0.05)。同樣，降解膜處理的覆蓋區(qū)地表溫度平均大于破損區(qū)，如覆膜90 d后，白色和黑色降解膜覆蓋區(qū)地表溫度分別比其破損區(qū)高0.4℃和1.9℃，覆膜130 d后，黑色降解膜覆蓋區(qū)比破損區(qū)高1.2℃，所以隨著破損加大會(huì)明顯影響區(qū)域的保溫效果。而不同降解速率的降解膜對(duì)地表溫度沒(méi)有明顯影響，不同降解速率的降解膜對(duì)地表溫度的影響主要通過(guò)破損占比影響區(qū)域保溫效果，如覆蓋90 d后，白色降解膜快速(WO1)、中速(WO2)、慢速(WO3)的破損占比分別為27.01%、18.87%和9.86%，破損區(qū)地表溫度分別降低0.3、0.2、0.1℃，從而導(dǎo)致整個(gè)區(qū)域地表溫度下降0.88%、0.72%和0.33%，而覆膜130 d后，WO1、WO2、WO3降解膜地表溫度下降了4.35%、0.56%和0.37%，而黑色降解膜在覆膜90 d后，分別下降4.93%、2.32%和0.87%，覆膜130 d后，分別下降6.98%、3.35%和2.00%。從表1可以看出，在不同階段破損明顯較小的白色塑料地膜和黑色塑料地膜處理在不同階段溫度變異較小，而降解膜則由于在不同位置發(fā)生局部破損導(dǎo)致區(qū)域溫度變異性增大，同時(shí)在作物生長(zhǎng)中后期，破損較大，從地表溫度二維圖的溫度差異變化能在一定程度看出地膜快速降解期的破損情況(圖2)。

圖2 不同地膜覆蓋下地表溫度變化規(guī)律Fig.2 Surface soil temperature changing rules under different film mulchings

2.2 不同地膜覆蓋下不同土層地溫逐時(shí)變化規(guī)律

圖3 不同地膜覆蓋下生育期內(nèi)0～15 cm土層地溫日變化規(guī)律Fig.3 Diurnal variations of soil temperature in 0～15 cm soil layer under different film mulchings

圖4 不同地膜覆蓋下生育期內(nèi)15～30 cm土層地溫日變化規(guī)律Fig.4 Diurnal variations of soil temperature in 15～30 cm soil layer under different film mulchings

總體上地溫逐時(shí)變化曲線呈“S”型(圖3)，最低溫度在7：00，最高溫度在15:00。0～15 cm土層地溫日內(nèi)變幅較大，平均最高和最低溫差達(dá)10.44℃，15～30 cm土層地溫變幅相對(duì)較小，平均為3.74℃，且15～30 cm土層地溫有滯后現(xiàn)象，最高溫在17：00(圖4)。地膜覆蓋能明顯提高土壤上層(0～15 cm)土壤溫度，白色塑料地膜覆蓋日最高地溫和最低地溫分別比裸地處理高4.51℃和4.11℃，黑色塑料地膜覆蓋則為3.14℃和2.79℃。而在土壤下層(15～30 cm)，不同處理地溫差異減小，白色和黑色塑料地膜處理日最高地溫分別比裸地處理高3.20℃和2.44℃。白色地膜處理在不同時(shí)刻地溫均高于黑色地膜處理，在0～15 cm土層，白色地膜處理日最高、最低和平均地溫比黑色地膜處理分別高1.06、1.22、0.18℃，特別在日最高溫度時(shí)刻(15:00)，黑色地膜處理比白色地膜處理平均低1.1℃?？梢?jiàn)，黑色地膜處理可以有效降低0～15 cm土層的土壤溫度，有利于玉米生長(zhǎng)。而不同降解速率的降解膜處理地溫在苗期和拔節(jié)-抽雄期差異較小，在0～15 cm土層，白色快速和慢速降解膜處理平均溫差為1.05℃，對(duì)應(yīng)的黑色降解膜處理平均溫差為0.59℃，而15～30 cm土層差異更小，白色和黑色降解膜處理分別為0.94℃和1.13℃。但是在生育后期特別是成熟期，隨著降解地膜降解和破損加劇，不同降解速率的降解膜覆蓋下土壤溫差加大，在0～15 cm土層白色快速和慢速降解膜處理平均溫差為2.50℃，黑色降解膜處理為1.77℃。且不同時(shí)刻不同降解速率地膜覆蓋下土壤溫差呈顯著差異，慢速降解膜(BO3和WO3)與塑料地膜(BP和WP)覆蓋下地溫?zé)o顯著差異(P>0.05)?？梢?jiàn)，慢速降解膜覆蓋保溫效果與塑料地膜覆蓋相當(dāng)，同時(shí)，不同顏色地膜覆蓋相比較，在作物生長(zhǎng)后期黑色地膜覆蓋具有一定的降溫效果。

2.3 不同地膜覆蓋下不同土層地溫逐日變化規(guī)律

由圖5可知，不同地膜覆蓋下土壤溫度均高于裸地對(duì)照，播種后(5月17日)至玉米生長(zhǎng)中期(7月16日)土壤溫度總體呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，而8月以后，地溫逐漸呈下降趨勢(shì)。受外界環(huán)境溫度和太陽(yáng)輻射影響，0～15 cm土層溫度整體高于15～30 cm土層溫度，且波動(dòng)范圍較大。由于在5月(出苗期)作物較小，地表受太陽(yáng)直射，9月(收獲期)葉片大面積凋萎，地面的透光度也增加，而白色地膜透光率大于黑色地膜，從而導(dǎo)致這兩個(gè)月白色地膜覆蓋下土壤溫度顯著高于黑色地膜，白色塑料膜覆蓋下0～15 cm土層平均溫度顯著高于黑色塑料膜覆蓋 (P<0.05)，平均分別高1.21℃和1.04℃(表2)，在6—8月，玉米處于生育中期，枝繁葉茂，太陽(yáng)透光度減弱，地面直接接收太陽(yáng)輻射減弱，此時(shí)不同顏色地膜覆蓋下的土壤溫度差異較小，6、7、8月黑色塑料膜覆蓋下0～15 cm土層土壤平均溫度分別比白色塑料地膜覆蓋下低0.64、0.36、0.34℃。由圖5可知，覆膜處理地溫明顯高于裸地處理，白色地膜處理溫度高于黑色地膜處理，塑料地膜處理高于降解膜處理。WP、BP、WO、BO處理生育期0～15 cm土層平均地溫分別比CK處理高4.62、3.73、2.59、1.98℃，15～30 cm土層則分別高3.70、3.06、1.64、1.19℃。

不同降解速率的白色降解膜處理在0～15 cm土層溫度均高于對(duì)應(yīng)的黑色降解膜處理，而在15～30 cm土層，則無(wú)顯著差異(P>0.05)。由于降解地膜最短誘導(dǎo)期為2個(gè)月，故同一顏色地膜在5、6月差異很小，而在7—9月差異逐漸增加，特別是9月由于快速降解地膜破損較大，導(dǎo)致0～15 cm土層WP、WO3、WO2與WO1(快速降解)的溫差分別達(dá)到3.03、2.70、1.05℃，黑色地膜處理對(duì)應(yīng)的溫差也達(dá)到3.00、2.57、1.01℃?？梢?jiàn)不同降解膜處理在玉米生長(zhǎng)前期與塑料地膜覆蓋下的地溫并無(wú)明顯差異，保溫效果良好，而在玉米生長(zhǎng)中后期，由于降解地膜開始破損，保溫效果開始下降，不同降解速率和不同顏色的降解膜保溫效果產(chǎn)生差異。

圖5 不同地膜覆蓋下玉米生育期0～15 cm和15～30 cm土層地溫變化規(guī)律Fig.5 Soil temperature variations in growth stage under different film mulchings for 0～15 cm and 15～30 cm soil layers

Tab.2 Average soil temperature of different months under different film mulchings℃

注：同列相同字母表示差異不顯著(P>0.05)，不同字母表示差異顯著(P<0.05)，下同。

不同地膜覆蓋下的土壤溫度差異如表3、4所示。各處理0～15 cm土壤溫度變化程度均大于15～30 cm土層。裸地0～15 cm和15～30 cm土壤溫度最大溫差分別比塑料地膜覆蓋下高3.39℃，比可降解地膜覆蓋下高2.98℃。由熱力學(xué)第二定律知，在自然條件下熱量只能從高溫物體向低溫物體轉(zhuǎn)移，而不能由低溫物體自動(dòng)向高溫物體轉(zhuǎn)移。在白天，氣溫逐漸上升，各處理土壤溫度上升，此階段熱量運(yùn)動(dòng)主要以外界熱量進(jìn)入土壤為主，但各覆膜處理的土壤溫度低于裸地，說(shuō)明地膜覆蓋對(duì)于外界熱量進(jìn)入土壤有阻礙作用，在夜間，氣溫下降，各處理土壤溫度下降。該階段熱量運(yùn)動(dòng)主要以土壤中熱量散失至空氣中為主，但覆膜處理下的土壤溫度卻要高于裸地土壤溫度，說(shuō)明地膜覆蓋對(duì)于土壤中熱量的散失有一定的阻礙作用。可見(jiàn)，地膜覆蓋對(duì)土壤中的熱量具有一定的雙向阻礙作用，故可以有效抑制土壤溫度的波動(dòng)幅度。

不同類型地膜之間，降解速率較快的BO1和WO1處理在0～15 cm土壤溫差分別為11.80℃和11.84℃，差異不顯著(P>0.05)。而生育期內(nèi)幾乎未發(fā)生破損的塑料地膜BP和WP處理0～15 cm土壤溫差分別為11.09℃和10.99℃，變化幅度小于可降解膜快速處理。另外從溫度方差也可知，塑料地膜處理地溫變幅小于降解膜處理，可降解膜快速、中速、慢速的溫度方差在0～15 cm土層分別比塑料地膜高18.27%、14.30%、5.74%，比裸地對(duì)照低7.43%、10.54%、17.24%。不同降解速率可降解膜覆蓋下0～15 cm土壤溫差由大到小為快速、中速、慢速，其中，可降解膜慢速覆蓋下0～15 cm土壤溫差為11.18℃，與塑料地膜差異不顯著(P>0.05)。進(jìn)一步說(shuō)明地膜覆蓋可以影響0～15 cm土壤溫度的波動(dòng)范圍，地膜表面完整度越好，不同深度土壤溫度波動(dòng)越小，反之則越大。不同顏色地膜覆蓋下，黑色地膜覆蓋下0～15 cm土壤溫度差異為11.37℃，與白色地膜(11.33℃)差異不顯著(P>0.05)。

表3 白色地膜覆蓋下土壤溫度差異Tab.3 Soil temperature difference under white film mulching ℃

表4 黑色地膜覆蓋下土壤溫度差異Tab.4 Soil temperature difference under black film mulching ℃

2.4 不同地膜覆蓋對(duì)玉米產(chǎn)量的影響

覆膜處理的產(chǎn)量均高于裸地對(duì)照(表5)。不同顏色塑料地膜覆蓋相比較，BP處理的產(chǎn)量最高，為12 834.77 kg/hm2，與WP處理(11 944.85 kg/hm2)差異顯著(P<0.05)。不同顏色降解地膜覆蓋相比較，BO3處理產(chǎn)量最高，達(dá)到12 607.01 kg/hm2，顯著高于其他處理。BO2處理的產(chǎn)量大于WO2，而BO2、WO2和WO3處理的產(chǎn)量差異顯著(P<0.05)，各處理的產(chǎn)量由大到小為BO3、WO3、BO2、WO2、WO1、BO1。BO1和WO1處理因?yàn)榻到馑俾瘦^快，玉米生育期內(nèi)保溫效果不明顯，產(chǎn)量較低，分別為9 554.40、10 192.96 kg/hm2，差異不明顯(P>0.05)。塑料地膜與降解地膜覆蓋相比較，BP處理產(chǎn)量最高，與BO3處理差異不明顯(P>0.05)，BP較BO1、BO2和BO3處理增產(chǎn)34.3%、18.9%、1.8%。BO3處理的產(chǎn)量較WP增產(chǎn)5.5%。WP較WO1、WO2和WO3處理增產(chǎn)17.2%、13.2%、2.8%。不同地膜覆蓋對(duì)玉米生長(zhǎng)環(huán)境的改變主要表現(xiàn)為對(duì)土壤溫度影響的差異。土壤溫度差異影響玉米根系生長(zhǎng)，黑色地膜覆蓋較其他處理延緩了根系的衰老，生育期延長(zhǎng)，使得產(chǎn)量提高[19]。從經(jīng)濟(jì)性和應(yīng)用效果看，在實(shí)際應(yīng)用中可采用黑色慢速降解地膜替代塑料地膜。

3 結(jié)論

(1)黑色可降解膜因?yàn)閷?duì)熱輻射的吸收能力強(qiáng)，溫度升高快，促進(jìn)降解助劑發(fā)揮作用，在相同覆膜時(shí)間后黑色降解膜的破損大于白色降解膜，覆膜90 d和130 d后，黑色降解膜平均破損占比是白色降解膜破損占比的1.2倍和1.1倍?；诩t外熱成像技術(shù)獲得地表瞬時(shí)溫度由大到小順序?yàn)楹谀ぬ幚?、白膜處理、無(wú)膜處理，生育期平均溫度分別為34.10、32.34、29.12℃(P<0.05)。在地膜破損期白色和黑色降解膜覆蓋區(qū)平均地溫比破損區(qū)高0.4℃和1.6℃，隨著破損加大，地溫變異也加大。不同降解速率的降解膜對(duì)地溫的影響主要由破損不同所致，其中黑色快、中、慢降解膜在覆膜130 d后由于破損導(dǎo)致地溫下降6.98%、3.35%和2.00%。

表5 不同地膜覆蓋下玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素Tab.5 Effects of different mulchings on maize yield and its components

(2)0～15 cm土層地溫日內(nèi)變幅較大，平均最高和最低溫差達(dá)到10.44℃，明顯高于15～30 cm土層日3.74℃的地溫變幅。與地表瞬時(shí)溫度不同，不同顏色地膜覆蓋溫度由大到小順序?yàn)椋喊啄ぬ幚?、黑膜處理、無(wú)膜處理，且黑色地膜可以有效降低0～15 cm土層的土壤溫度，特別在每日最高溫度時(shí)刻(15:00)，黑色地膜覆蓋比白色地膜覆蓋平均低1.1℃。在生育前期不同降解速率地膜覆蓋溫差較小，而在破損期則差異變大，在0～15 cm土層白色快速和慢速降解膜覆蓋下平均溫差達(dá)到1.05℃，黑色降解膜覆蓋為0.59℃，由于慢速降解膜破損小，保溫效果與普通地膜覆蓋相近。

(3)逐日數(shù)據(jù)顯示，在玉米生長(zhǎng)初期(5月)和末期(9月)，在0～15 cm土層白色地膜覆蓋地溫比黑色地膜平均高1.13℃(P<0.05)，而生育中期(6—8月)，白色地膜覆蓋僅比黑色地膜覆蓋高0.45℃。同顏色不同降解速率地膜覆蓋，地溫在5、6月差異較小，而7—9月差異逐漸增加，在9月0～15 cm土層WP、WO3、WO2與WO1處理(快速降解)的溫差分別達(dá)到3.03、2.70、1.05℃(P<0.05)，黑色地膜覆蓋對(duì)應(yīng)的溫差也達(dá)到3.00、2.57、1.01℃(P<0.05)。覆膜可降低土壤溫度變幅，可降解膜快速、中速、慢速的溫度方差在0～15 cm土層分別比塑料地膜高18.27%、14.30%、5.74%，比裸地對(duì)照低7.43%、10.54%、17.24%。

(4)白色和黑色慢速降解膜覆蓋與對(duì)應(yīng)的塑料膜覆蓋相比，產(chǎn)量無(wú)顯著差異，但同顏色不同降解速率的降解膜覆蓋下產(chǎn)量呈顯著差異(P<0.05)，不同降解速率降解膜覆蓋下產(chǎn)量由大到小順序?yàn)椋郝偬幚?、中速處理、快速處理?/p>