壟作覆膜對(duì)旱地春玉米生長(zhǎng)前期水分利用的影響

劉震　閻旭東　徐玉鵬　趙忠祥　王秀領(lǐng)

摘? ? 要：旱作地區(qū)具有降雨少、分布不均等特點(diǎn)，導(dǎo)致春玉米生長(zhǎng)前期易受干旱影響造成減產(chǎn)，通過壟作覆膜可以改善旱作地區(qū)春玉米水分利用狀況，增強(qiáng)期抗旱能力。本試驗(yàn)設(shè)置壟作覆膜、起壟覆膜（未播種）、露地平作及撂荒4個(gè)種植模式處理，分別測(cè)定各處理在播種前、苗期、拔節(jié)期和大喇叭口期0～20 cm，20～40 cm，40～60 cm土壤含水量和儲(chǔ)水量，分析春玉米地上干物質(zhì)量和水分利用效率，研究壟作覆膜栽培對(duì)春玉米生長(zhǎng)及水分利用的影響。結(jié)果表明，壟作覆膜可以改善春玉米生育前期（苗期—大喇叭口期）根系水分狀況，其中覆膜處理苗期和拔節(jié)期0～40 cm及大喇叭口期20～40 cm土壤含水量和儲(chǔ)水量均顯著高于未覆膜處理（P<0.05），且壟作覆膜處理在大喇叭口期40～60 cm土壤含水量和儲(chǔ)水量亦顯著高于露地平作處理（P<0.05）;與露地平作比較，播前—大喇叭口期，壟作覆膜水分利用率提高69.48%，干物質(zhì)量提高27.52%。綜合說明壟作覆膜栽培模式可以減少土壤水分蒸發(fā)，起到保墑作用，緩解旱作地區(qū)春玉米早期干旱現(xiàn)象，同時(shí)也可以提高春玉米地上部干物質(zhì)量積累，為后期增產(chǎn)打下基礎(chǔ)，適宜在旱作地區(qū)推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：壟作覆膜; 春玉米;旱地;水分利用率

中圖分類號(hào)：S513 ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ?DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2019.04.010

Effects of the Ridge Tillage and Film Mulching on Growth and Water Use of Spring Maize

LIU Zhen， YAN Xudong， XU Yupeng， ZHAO Zhongxiang， WANG Xiuling

（Cangzhou Academy of Agriculture and Forestry Sciences， Cangzhou， Hebei 061001， China）

Abstract： The dry farming area has the characteristics of less rainfall and uneven distribution， which leads to the reduction of yield caused by drought in the early stage of spring maize growth. The film mulching could improve the water utilization of spring maize in the dryland area and enhance the drought resistance. The experiment was conducted to study the effects of the ridge tillage and film mulching on growth and water use of spring maize， four treatments were set， including ridge tillage and film mulching， film mulching without sown， flat-planting without film mulching and abandoned farmland， soil water content and water storage capacity of three soil layers（0～20 cm， 20～40 cm and 40～60 cm） under four period （before sowing， seedling stage， jointing stage and big trumpet stage） were measured， the dry matter biomass and water use efficiency of spring maize were analyzed. The results showed that the mulching film could improve the root water condition of the spring maize in the early growth period（seedling stage- big trumpet stage）， in which the soil water content and water storage capacity of the seedling stage and the jointing stage in 0～40 cm soil layer and the big trumpet stage in 20～40 cm soil layer were significant higher than no film mulching treatments （P<0.05）， the soil water content and water storage capacity of big trumpet stage in 40～60 cm soil layer were also significant higher than flat-planting without film mulching treatment （P<0.05）. From pre-sowing to big trumpet stage， compared with flat-planting without film mulching， the water use efficiency and the dry matter biomass in ridge tillage and film mulching increased by 69.48% and 27.52%， respectively. In general， the mode of ridge tillage and film mulching could reduce soil water evaporation， preserve the soil moisture， alleviate the early drought phenomenon of spring maize in dry farming areas， and also improve the accumulation of dry matter in aboveground， laying a foundation for later yield increase， which was suitable for the application in dry farming areas.

Key words： ridge tillage and film mulching; spring maize; dryland; water use efficiency

對(duì)旱作地區(qū)而言，水分是春玉米產(chǎn)量的主要限制因子，合理利用水分是提高春玉米產(chǎn)量的關(guān)鍵[1-2]。劉恩科等[3]、王罕博等[4]、李榮等[5]、白秀梅等[6]研究表明，起壟覆膜可提高耕層土壤水分，起到良好的保墑作用，促進(jìn)春玉米生長(zhǎng)，達(dá)到增產(chǎn)目的。起壟覆膜種植模式在不同地區(qū)對(duì)水、熱的響應(yīng)不同，導(dǎo)致其增產(chǎn)效果也不盡相同。王秀領(lǐng)等[7]研究表明，黑龍港春玉米旱作區(qū)起壟覆膜后產(chǎn)量可提高20.53%;李榮等[5]研究了渭北旱塬區(qū)春玉米覆膜種植模式，結(jié)果表明，同對(duì)照相比，春玉米產(chǎn)量可提高13%～15%;胡敏等[8]研究了內(nèi)蒙古地區(qū)不同地膜對(duì)春玉米產(chǎn)量的影響，發(fā)現(xiàn)普通地膜覆蓋后，春玉米產(chǎn)量及水分利用率可提高15.01%和22.31%。除上述起壟覆膜模式對(duì)春玉米增產(chǎn)效果的相關(guān)報(bào)道外，目前有關(guān)春玉米覆膜增產(chǎn)的機(jī)理研究也取得了一定的成效。研究發(fā)現(xiàn)，壟作栽培顯著增加了玉米的氮素累積、分配和利用效率[9]，覆膜種植后可以加快春玉米生長(zhǎng)進(jìn)程，有效提高肥料及水分利用率，同時(shí)也起到增溫保墑的作用[10-11]。但由于各地區(qū)降水、光照等自然條件不同，春玉米受干旱脅迫階段也不相同，針對(duì)抵御黑龍港地區(qū)春玉米前期干旱的相關(guān)研究及報(bào)道較少。

鑒于此，本研究立足于起壟覆膜側(cè)播技術(shù)在黑龍港春玉米區(qū)的應(yīng)用，從春玉米生長(zhǎng)前期及水分利用等方面闡述該技術(shù)如何解決春玉米生長(zhǎng)前期“卡脖旱”的問題，以揭示起壟覆膜側(cè)播種植模式的增產(chǎn)機(jī)理，為該模式在生產(chǎn)中進(jìn)一步推廣提供理論支持。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)用玉米品種為河南農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所選育的玉米品種鄭單958。

1.2 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2017年5—7月于河北省滄州市農(nóng)林科學(xué)院前營(yíng)試驗(yàn)站（116°14′3″ E，38°14′23″ N）進(jìn)行。該地區(qū)年均溫13 ℃，≥10 ℃積溫4 349 ℃，年總降水量為400～600 mm，其中，80%降雨量集中在每年的7—9月;0～20 cm土壤有機(jī)質(zhì)含量為15.4 g·kg^-1，堿解氮含量為22.3 mg·kg^-1，速效磷含量為17.9 mg·kg^-1，速效鉀含量為103.0 mg·kg^-1。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)壟作覆膜（起壟覆膜播種）、起壟覆膜（起壟覆膜未播種）、露地平作（寬窄行播種）和撂荒4個(gè)處理。試驗(yàn)小區(qū)長(zhǎng)4 m，寬5.5 m，面積共計(jì)22 m²。按照試驗(yàn)處理尺寸分層挖掘深坑（深度1 m），將土挖出后底部鋪好塑料布，完成后按照原層次回填至坑內(nèi)，澆足底墑水，試驗(yàn)小區(qū)上部搭蓋遮雨棚，平時(shí)打開，逢雨遮蓋，保證無外源水進(jìn)入。起壟方式為壟寬70 cm，壟高15～20 cm，壟距40 cm，壟上覆膜，膜側(cè)播種;平作采用寬窄行播種，寬行距70 cm，窄行距40 cm，寬行播種。播種時(shí)間為5月1日，種植密度為75 000株·hm^-2，每個(gè)處理3次重復(fù)。

1.4 測(cè)定指標(biāo)與方法

1.4.1 土壤含水量?采用土鉆法分層測(cè)定播前（5月1日），苗期（5月13日）、拔節(jié)期（5月28日）及大喇叭口期（7月18日）0～20 cm、20～40 cm和40～60 cm土壤含水量。根據(jù)已測(cè)定的土壤容重（1.3 ?g·cm-3），計(jì)算0～60 ?cm土壤各土層儲(chǔ)水量。

1.4.2 地上部干物質(zhì)量?按照土壤含水量測(cè)定時(shí)期每小區(qū)選取3株有代表性且長(zhǎng)勢(shì)基本一致的的植株測(cè)定其株高，然后105 ?℃殺青80 ?℃烘干后測(cè)定地上部干物質(zhì)量。

1.4.3 水分利用率（Water use efficiency，以下簡(jiǎn)稱WUE）

WUE=Y/ETa （1）

ET_a=ΔW+P+I+G-D ? ? ? ? ? （2）

式中，Y為玉米產(chǎn)量（或地上部生物量）（kg·hm^-2）;ETa為耗水量（mm）;ΔW為0～60 cm土壤土層儲(chǔ)水量的變化值（mm）;P為有效降雨量（mm）;I為灌溉量（mm）;G為地下水補(bǔ)給量（mm）;D為深層滲透量（mm）。由于內(nèi)設(shè)塑料隔層，外部搭建遮雨棚，故P、I、G和D在本試驗(yàn)中均視為0 mm。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2016和Sigmaplot 14.0進(jìn)行數(shù)據(jù)整理及制圖，SPSS 22.0進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 壟作覆膜對(duì)春玉米地上部干物質(zhì)量的影響

由于起壟覆膜及撂荒處理均未種植春玉米，因此各生育期中地上部干物質(zhì)量顯示為0 g·株-1。從圖1中可以看出，隨著生育期推進(jìn)，壟作覆膜及露地平作處理地上部干物質(zhì)量逐步增加，且在各生育期壟作覆膜處理均高于露地平作處理，其中在苗期和大喇叭口期二者差異顯著（P<0.05），說明與露地平作相比，壟作覆膜處理對(duì)春玉米地上部干物質(zhì)積累起到了積極的作用。

2.2 壟作覆膜對(duì)春玉米土壤含水量的影響

由表1可知，隨著生育期的推進(jìn)，各處理各土層土壤含水量均呈下降趨勢(shì);隨著土層深度的增加，各生育期各處理土壤含水量呈增加趨勢(shì)。

播種前，同一土層各處理基礎(chǔ)土壤含水量差異均不顯著（P>0.05）。

苗期，土壤含水量較播種前在0～20 cm，20～40 cm，40～60 cm的降幅分別為2.18～5.69，0.17～3.81，0.04～0.82個(gè)百分點(diǎn)，說明隨著土層深度的增加降幅呈減小趨勢(shì);0～20 cm，20～40 cm土壤含水量均表現(xiàn)為起壟覆膜>壟作覆膜>撂荒>露地平作，且覆膜處理顯著高于未覆膜處理（P<0.05）;40～60 cm不同處理間土壤含水量差異均不顯著（P>0.05）。

拔節(jié)期，土壤含水量較苗期在0～20 cm、20～40 cm和40～60 cm的降幅分別為3.03～3.87，0.26～2.01，0.15～0.72個(gè)百分點(diǎn)，隨著土層深度的增加降幅呈減小趨勢(shì);0～20 cm土壤含水量表現(xiàn)為壟作覆膜>起壟覆膜>撂荒>露地平作，且覆膜處理顯著高于未覆膜處理（P<0.05）;20～40 cm表現(xiàn)為起壟覆膜>壟作覆膜>撂荒>露地平作，除前二者間差異不顯著（P>0.05）外，各處理間差異均顯著（P<0.05）;40～60 cm不同處理土壤含水量差異均不顯著（P>0.05）。

大喇叭口期，土壤含水量較拔節(jié)期在0～20 cm，20～40 cm，40～60 cm的降幅分別為1.32～3.35，0.67～2.18，0.85～4.74個(gè)百分點(diǎn);0～20 cm土壤含水量在處理間差異均不顯著（P>0.05），說明由于長(zhǎng)時(shí)間無外源水補(bǔ)充，耕層逐步達(dá)到土壤含水量閾值下限;20～40 cm表現(xiàn)為起壟覆膜>壟作覆膜>撂荒>露地平作，且覆膜處理顯著高于未覆膜處理（P<0.05），體現(xiàn)了覆膜較未覆膜在保墑方面的優(yōu)勢(shì);40～60 cm土壤含水量表現(xiàn)為撂荒>起壟覆膜>壟作覆膜>露地平作，其中前3個(gè)處理顯著高于露地平作（P<0.05），主要由于露地平作處理表層沒有薄膜覆蓋，同時(shí)作物生長(zhǎng)本身需要一定的水分，在0～40 cm供給不足時(shí)只能由深層（40～60 cm）補(bǔ)給，故其土壤含水量顯著低于其他處理。

由此可見，在播種前各土層處理間基礎(chǔ)土壤含水量基本一致的前提下，隨著生育期的推進(jìn)，壟作覆膜處理在各土層的土壤含水量與露地平作間差值逐漸增大，說明覆膜處理的保墑作用明顯。

2.3 壟作覆膜對(duì)土壤儲(chǔ)水量的影響

土壤儲(chǔ)水量是由土壤含水量計(jì)算而來，故其在不同生育時(shí)期不同處理不同土層之間的變化趨勢(shì)與土壤含水量一致，詳見表2。從表2中可以得出，壟作覆膜、起壟覆膜、露地平作及撂荒處理0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm土壤儲(chǔ)水量在播種前—苗期分別減少了5.64～14.74 mm、0.43～9.86 mm、0.10 ～2.11 mm，苗期—拔節(jié)期分別減少了7.84～10.03 mm、0.67～5.20 mm、0.39～1.87 mm，拔節(jié)期—大喇叭口期分別減少了3.43～9.07 mm、1.74～5.65 mm、2.19～13.24mm;播種前—大喇叭口期覆膜與未覆膜處理儲(chǔ)水量在0～20 cm分別減少了25.75 mm和27.29 mm，20～40 cm分別減少了9.32 mm和16.90 mm，40～60 cm分別減少了4.45 mm和15.75 mm，說明覆膜較未覆膜處理減少了各土壤層的水分消耗，尤其是深層土壤的水分消耗，與未覆膜相比較，覆膜處理在各土層分別減少了5.64%，44.88%和71.78% 的水分消耗。

2.4 壟作覆膜對(duì)水分利用率的影響

由表3可知，從苗期到大喇叭期壟作覆膜、起壟覆膜、露地平作及撂荒處理土壤儲(chǔ)水量變化值分別為44.27 mm、34.77 mm、58.83 mm和61.05 mm。由于沒有外源水進(jìn)入，且其他影響因素不計(jì)，故撂荒處理儲(chǔ)水量變化值可視為土壤蒸發(fā)量，故壟作覆膜及露地平作處理、起壟覆膜處理同撂荒處理分別作為兩組對(duì)照，覆膜與未覆膜土壤儲(chǔ)水量變化值平均為-20.43 mm，說明同未覆膜相比，從玉米播種到大喇叭口期，覆膜可以減少20.43 mm的水分蒸發(fā);壟作覆膜、起壟覆膜和露地平作處理播種前—大喇叭口期儲(chǔ)水總量變化值同撂荒處理相比分別減少了16.78 mm、26.28 mm和2.22 mm的水分消耗;根據(jù)水分利用率公式，起壟覆膜和撂荒處理水分利用效率為0 kg·hm^-2·mm-1（地上部生物量為0 kg·hm-1），壟作覆膜和露地平作處理水分利用率（WUE）分別為51.37 kg·hm^-2·mm-1和30.31 kg·hm^-2·mm-1，壟作覆膜較露地平作WUE提高了69.48%，地上部干物質(zhì)量提高了27.52%。

3 結(jié)論與討論

起壟覆膜可以有效改善旱作區(qū)春玉米農(nóng)田水分狀況。多數(shù)研究認(rèn)為，覆膜可以減少土壤水分蒸發(fā)，同時(shí)可以增加地溫[12-22]，為玉米順利出苗提供保障，也緩解玉米前期由于干旱脅迫造成發(fā)育不良的現(xiàn)象。王澤林等[11]研究表明，覆膜可以顯著減少土壤水分的無效蒸發(fā)，同時(shí)可提高玉米水分利用率，同對(duì)照相比，覆蓋地膜處理可平均提高水分利用率14.55 kg·hm^-2·mm-1。趙冀[13]發(fā)現(xiàn)壟溝集雨對(duì)春玉米生育期內(nèi)土壤含水量產(chǎn)生影響，拔節(jié)期前平均可提高0～40 cm土壤含水量約13.27%。本試驗(yàn)結(jié)果表明，不同處理不同生育時(shí)期土壤含水量隨土壤深度增加而出現(xiàn)不同程度的增加，各處理各土層土壤含水量均隨春玉米生育期推進(jìn)呈下降趨勢(shì);在春玉米播種前—拔節(jié)期時(shí)，0～40 cm土壤含水量覆膜處理顯著高于未覆膜處理（P<0.05），40～60 cm土壤含水量未受覆膜影響，拔節(jié)期—大喇叭口期時(shí)，0～20 cm土壤含水量各處理間差異不顯著（P>0.05），20～40 cm土壤含水量表現(xiàn)為覆膜處理高于未覆膜處理，40～60 cm土壤含水量除露地平作外，其余處理間無顯著差異，說明覆膜后對(duì)春玉米生長(zhǎng)拔節(jié)期前0～40 cm土壤含水量產(chǎn)生保護(hù)作用，拔節(jié)期—大喇叭口期，保墑作用的土壤層次發(fā)生變化，主要為20～40 cm土壤，應(yīng)該是因?yàn)樵囼?yàn)過程中無水分補(bǔ)給，隨著春玉米生育期的推進(jìn)，其需水量逐漸增加，表層土壤水分不足以維持其正常生長(zhǎng)發(fā)育，故調(diào)動(dòng)深層土壤水分，這在露地平作處理表現(xiàn)得更明顯，其已經(jīng)調(diào)動(dòng)了40～60 cm土層的水分;土壤儲(chǔ)水量與土壤含水量趨勢(shì)一致，播種前期—大喇叭口期，水分利用率提高69.48%，地上部干物質(zhì)量提高了27.52%。

本研究明確了春玉米生育前期，不同栽培模式間的水分利用效果，確定了壟作覆膜栽培模式下地上部干物質(zhì)量、土壤含水量及儲(chǔ)水量均為試驗(yàn)各處理中最高。利用壟作覆膜栽培技術(shù)，能減少土壤水分蒸發(fā)，延緩?fù)寥郎顚铀窒虻乇硌a(bǔ)給，減少深層地下水消耗，提高水分利用效率，同時(shí)還可以增加春玉米前期地上部干物質(zhì)量積累，起到有效改善春玉米植物根部水分利用狀況、早期壯苗的效果，為后期玉米增產(chǎn)打下基礎(chǔ)，進(jìn)而解決旱作地區(qū)春玉米前期易受干旱脅迫影響后期發(fā)育的問題。但本研究?jī)H針對(duì)春玉米早期水分運(yùn)移進(jìn)行了研究，在春玉米生長(zhǎng)過程中，水分利用率還會(huì)受到例如施肥等多種因素的影響，后期壟作條件下水肥互作效應(yīng)還有待于進(jìn)一步驗(yàn)證。

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