不同顏色地膜和種植密度對春玉米田間地溫、耗水及產(chǎn)量的影響

孫仕軍，朱振闖，陳志君，楊丹，張旭東

不同顏色地膜和種植密度對春玉米田間地溫、耗水及產(chǎn)量的影響

孫仕軍，朱振闖，陳志君，楊丹，張旭東

（沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)水利學(xué)院，沈陽 110866）

【】探求不同顏色地膜和種植密度對東北雨養(yǎng)區(qū)春玉米田間地溫、耗水量、產(chǎn)量和降水利用效率的影響，進(jìn)一步挖掘旱作雨養(yǎng)玉米水分生產(chǎn)潛力。2016—2018年開展了3種覆蓋處理（裸地、透明地膜覆蓋和黑色地膜覆蓋）和3種種植密度（60 000、75 000和90 000株/hm2）的栽培試驗(yàn)，定位監(jiān)測0—25 cm土壤耕層溫度和0—120 cm土壤水分動(dòng)態(tài)變化，結(jié)合作物產(chǎn)量分析農(nóng)田水分利用效率。在生育前期，透明地膜覆蓋處理土壤耕層積溫顯著高于黑色地膜覆蓋處理，黑色地膜覆蓋處理土壤耕層積溫顯著高于裸地處理；種植密度的增加使得玉米拔節(jié)期以后的土壤耕層積溫下降；從全生育期耗水量看，黑色地膜和透明地膜覆蓋處理間無顯著差異，但均顯著低于裸地處理；無論在平水年還是枯水年，玉米耗水量均隨種植密度的增加而增加；黑色地膜覆蓋玉米產(chǎn)量和水分利用效率顯著提高，平均較透明地膜分別高4.3%和4.6%，較裸地分別高9.2%和13.3%；在相同覆蓋處理下，產(chǎn)量和水分利用效率隨著種植密度的增加而增加；在高密度處理下，地膜覆蓋明顯提高經(jīng)濟(jì)效益，黑色地膜覆蓋平均比透明地膜覆蓋獲得的利潤多807.82元/hm2。黑色地膜覆蓋結(jié)合高密度（90 000株/hm2）栽培模式，在保證玉米高產(chǎn)的基礎(chǔ)上，水分利用效率達(dá)到最高，本研究可為東北雨養(yǎng)旱作玉米進(jìn)一步挖掘降水生產(chǎn)潛力及增產(chǎn)增效提供參考。

玉米；地膜顏色；耕層積溫；耗水；產(chǎn)量；水分利用效率；經(jīng)濟(jì)效益

0 引言

【研究意義】玉米是全球也是中國的第一大農(nóng)作物，東北雨養(yǎng)區(qū)作為我國重要的玉米生產(chǎn)基地，其產(chǎn)量對保障我國糧食安全具有十分重要的作用[1-2]。然而春季干旱少雨和低溫冷害對東北春玉米的穩(wěn)產(chǎn)構(gòu)成了巨大挑戰(zhàn)[3-5]。因此，采取有效的栽培措施，提高水分利用效率和土壤溫度，對保證東北雨養(yǎng)區(qū)玉米持續(xù)穩(wěn)定增產(chǎn)具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】通過增加種植密度提高玉米單產(chǎn)，是當(dāng)前玉米品種改良和栽培耕作技術(shù)創(chuàng)新的重要方向[6]。適宜增加種植密度，有利于增加群體葉面積指數(shù)、干物質(zhì)積累量，提高玉米產(chǎn)量和水分利用效率[7-8]。然而種植密度過高會使單株玉米的生長空間受限，植株之間對水分、養(yǎng)分的競爭加劇，導(dǎo)致玉米產(chǎn)量下降[9]。合理密植可使玉米群體與個(gè)體協(xié)調(diào)發(fā)展，是獲得玉米高產(chǎn)的重要途徑。大量研究表明，最佳種植密度取決于氣候條件、土壤質(zhì)量、品種特性、種植模式等多個(gè)因素[10-12]。有研究指出，覆蓋地膜具有抑制棵間蒸發(fā)、降低潛熱消耗、改善土壤水熱狀況的作用[13-15]，在一定程度上緩解高密度種植時(shí)植株之間對于水、熱的競爭壓力，提高玉米的最佳種植密度[16]。然而，覆蓋不同顏色的地膜會對土壤水熱狀況產(chǎn)生不同的影響，從而影響作物的生長和產(chǎn)量。Liu等[17]對比分析不同顏色地膜覆蓋處理對土壤水分的影響發(fā)現(xiàn)，第1年，黑色地膜覆蓋處理的土壤含水量高于透明地膜覆蓋處理，而第2年則相反。路海東等[18]研究表明，與透明地膜覆蓋相比，黑色地膜降低了土壤溫度日變化，顯著提高了玉米產(chǎn)量和水分利用效率。Filipovi?等[19]研究表明，與透明地膜覆蓋相比，黑色地膜覆蓋能形成較高的土壤溫度，加快作物生長和提高作物產(chǎn)量?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】至今為止尚未充分闡明不同顏色地膜覆蓋對土壤水熱狀況和作物生長的影響，不同顏色地膜覆蓋條件下種植密度對作物產(chǎn)量和水分利用效率的影響研究更是鮮有報(bào)道，需進(jìn)一步開展研究，挖掘旱作雨養(yǎng)玉米水分生產(chǎn)潛力。【擬解決的關(guān)鍵問題】通過設(shè)置3種覆蓋處理和3種種植密度，研究不同顏色地膜和種植密度對土壤溫度、耗水及產(chǎn)量的影響，旨在為東北雨養(yǎng)區(qū)大幅提高玉米產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益提供理論和應(yīng)用基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2016—2018年在遼寧省沈陽市沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)水利綜合試驗(yàn)場進(jìn)行（41°44′N，123°27′E，海拔44.7 m），屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候。多年平均氣溫8.0℃，無霜期155—180 d，年平均日照時(shí)數(shù)2 743 h，年平均降水量702.9 mm，春玉米生長季節(jié)（5月至9月）占總降雨量的79%。試驗(yàn)區(qū)土質(zhì)為潮棕壤土，平均土壤容重為1.41g·cm-3，田間持水率為0.38 cm3·cm-3，凋萎系數(shù)為0.18 cm3·cm-3。土質(zhì)分布均勻，在該地區(qū)具有典型代表意義。試驗(yàn)期間，試驗(yàn)區(qū)平均地下水位埋深4.5 m，其中最小地下水埋深4.1 m，最大地下水埋深5.0 m，水位變幅不大。2016年玉米生育期間降水789.6 mm，屬豐水年；2017年生育期間降水301.5 mm，屬枯水年；2018年生育期間降水557.5 mm，屬平水年。3年試驗(yàn)期間試驗(yàn)站月平均降水量和近40年的月平均降雨量（1979—2018）如圖1所示；玉米生育期內(nèi)日平均氣溫如圖2所示。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用大壟雙行種植方式[20]（壟上行距為40 cm，大壟間行距為80 cm，壟高為15 cm）（圖3），供試品種為良玉99。采用裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，主區(qū)為覆蓋處理，分別為裸地（M0）、透明塑料地膜覆蓋（M1）和黑色塑料地膜覆蓋（M2），地膜規(guī)格為120 cm×0.008 mm；副區(qū)為種植密度，分別為60 000株/hm2（D1）、75 000株/hm2（D2）和 90 000株/hm2（D3）。試驗(yàn)共有9個(gè)處理（表1），每個(gè)處理重復(fù)3次，總共27個(gè)試驗(yàn)小區(qū)，每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)面積為21.6 m2（3.6 m×6 m）。3個(gè)試驗(yàn)?zāi)攴萦衩撞シN時(shí)間分別為2016年5月1日、2017年5月3日和2018年4月28日，收獲時(shí)間分別為2016年9月27日、2017年9月23日和2018年9月19日。機(jī)械整地，人工覆膜（壟上覆膜，壟溝不覆膜，如圖3），通過株距來控制種植密度，3種密度對應(yīng)的株距分別為28、22、19 cm。播種時(shí)一次性施入243 kg N·hm-2、135 kg P2O5·hm-2和117 kg K2O·hm-2作為底肥，生育期內(nèi)不追肥。除覆蓋和密度不同外，其他田間管理措施均與農(nóng)戶種植相同。試驗(yàn)期內(nèi)不灌溉，降雨為唯一補(bǔ)充水源。

圖1 2016—2018年和近40年玉米生育期內(nèi)平均月降雨量分布

圖2 2016—2018年玉米生育期內(nèi)日平均氣溫

圖3 大壟雙行種植模式圖

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3 測定項(xiàng)目與方法

1.3.1 耕層積溫 采用套組曲管地溫計(jì)測定5、10、15、20和25 cm土壤溫度，于玉米出苗后每天的 6：00、14：00和18：00進(jìn)行觀測。使用公式（1）計(jì)算耕層積溫：

Ta=∑(Ti-8) （1）

式中，Ta為耕層積溫（℃）；Ti為第i天0—25 cm土壤平均溫度（℃）。

1.3.2 玉米耗水量 2017和2018年在播種前至收獲期間使用TDR測定 0—120 cm土層的土壤水分，每7 d測定1次，生育時(shí)期始末和降水后加測。作物耗水量采用水量平衡公式（2）計(jì)算[21]：

ET=P+I-D+Wg-R+SWD （2）

式中，ET為耗水量（mm）；P為生育期降水量（mm）；I為灌溉量（mm）；D為土壤排水量（mm）；Wg為作物通過毛細(xì)管上升利用的地下水量（mm）；R為表面徑流（mm）；SWD為玉米全生育期 0—120 cm土壤水分消耗量（mm）。本試驗(yàn)地區(qū)為雨養(yǎng)區(qū)，不進(jìn)行灌溉、地下水埋深大于4.0 m且試驗(yàn)期間很少有極端降水，所以I、Wg、D和R為0。

由于2016年土壤含水率測定土層較淺，本文只討論了2017年和2018年作物耗水量和水分利用效率。

1.3.3 產(chǎn)量和水分利用效率 在收獲時(shí)，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取10 m2的植株進(jìn)行測產(chǎn)，并按14%籽粒含水量計(jì)算籽粒產(chǎn)量（kg·hm-2）。水分利用效率使用方程式（3）計(jì)算[21]：

WUE=Y/ET （3）

式中，WUE為水分利用效率（kg·hm-2·mm-1），Y為玉米籽粒產(chǎn)量（kg·hm-2），ET為整個(gè)生育期內(nèi)的耗水量（mm）。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

本試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用 Origin 2016 和DPS進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析，處理間的顯著性檢驗(yàn)采用LSD最小顯著差異法（=0.05）。

2 結(jié)果

2.1 不同處理對耕層積溫的影響

將2016—2018年不同處理對玉米田間耕層積溫的影響進(jìn)行回歸分析，結(jié)果如圖4所示。不同覆蓋處理土壤耕層積溫表現(xiàn)為M1＞M2＞M0，表明地膜覆蓋可以提高土壤耕層積溫，且透明地膜的增溫效果優(yōu)于黑色地膜。在同一覆蓋處理下，耕層積溫隨著種植密度的增加呈下降趨勢。2016—2018年不同處理對玉米各生育時(shí)期耕層積溫影響見圖5，地膜覆蓋主要增加了玉米生育前期的土壤溫度，在苗期，與M0處理相比，M1和M2處理的耕層積溫在不同年份分別增加了20.7%、9.7%（2016），23.1%、8.7%（2017）和25%、8.8%（2018）。隨著生育進(jìn)程，地膜覆蓋效果減弱，在拔節(jié)期，M1處理和M2處理的耕層積溫在3個(gè)試驗(yàn)?zāi)攴莘謩e增加了7.1%、3.2%（2016），7.8%、3.9%（2017）和10.5%、4.3%（2018）。2018年灌漿期出現(xiàn)連續(xù)高溫?zé)o雨極端天氣，使覆膜處理耕層積溫顯著高于裸地處理，然而，在正常年玉米抽穗期和灌漿期，覆膜處理和裸地處理對耕層積溫的影響差異不顯著；在成熟期，不同覆蓋處理間耕層積溫差異性變大。從種植密度來看，在苗期階段，不同種植密度對耕層積溫的影響差異不顯著。隨著地面遮陰度的增加，從拔節(jié)期到成熟期，不同處理對耕層積溫的影響均達(dá)到顯著水平，各生育時(shí)期一致表現(xiàn)為，耕層積溫隨著種植密度的增加而下降。

圖4 2016—2018不同處理對玉米田間耕層積溫的影響

Fig. 4 Effects of different treatments on the accumulated temperature of the plough layer of maize in 2016-2018

2.2 不同處理對玉米耗水量的影響

2017—2018年不同處理對玉米耗水量回歸分析如圖6所示。從圖中可以看出，M2處理耗水量略高于M1處理，2個(gè)處理間差異不顯著，但均顯著低于M0處理。在種植密度方面，無論枯水年（2017）還是平水年（2018），同一覆蓋處理下玉米耗水量均隨著種植密度的增加而增加。圖7為2017—2018年不同處理對玉米各生育時(shí)期耗水量的影響。結(jié)果表明，在苗期，不同覆蓋處理玉米耗水量表現(xiàn)為M0＞M1＞M2，覆膜處理玉米耗水量顯著低于裸地處理，然而2種地膜處理間差異不顯著；在拔節(jié)期，不同降水年型得到了不同的結(jié)果，在2017年降雨量較少的情況下（39 mm），不同處理耗水量表現(xiàn)為M1＞M2＞M0，最大相差9.5 mm，差異顯著；2018年降水量相對較高時(shí)（93 mm），不同處理耗水量表現(xiàn)為M0＞M1＞M2，最大相差3.2 mm，差異不顯著。在抽穗期，M2處理耗水量顯著高于M0和M1處理；在灌漿期和成熟期，均是M0處理耗水量最高。從種植密度來看，在2017年，苗期—拔節(jié)期玉米耗水量隨著種植密度的增加而增加，灌漿期—成熟期耗水量隨著種植密度的增加而下降；而2018年，玉米苗期—抽穗期耗水量隨著種植密度的增加而增加，成熟期耗水量隨著種植密度的增加而下降。

2.3 不同處理對玉米產(chǎn)量的影響

不同顏色地膜和種植密度對玉米產(chǎn)量均有顯著影響（表2）。從表中可以看出，與M0處理相比，M1和M2處理玉米產(chǎn)量在不同年份分別增加了4.0%、6.8%（2016），4.1%、9.1%（2017）和6.0%、11.7%（2018）。在透明地膜和黑色地膜覆蓋處理下，玉米產(chǎn)量隨種植密度增加而增加，均在高密度（90 000株/hm2）時(shí)達(dá)到最大產(chǎn)量。從數(shù)值上看，M2D3處理產(chǎn)量 比M1D3處理在不同年份分別高577.3、384.7和833.9 kg·hm-2。黑色地膜增產(chǎn)效果優(yōu)于透明地膜，黑色地膜覆蓋結(jié)合高密度（90 000株/hm2）（M2D3）處理產(chǎn)量最高。在年際之間，2016年玉米產(chǎn)量最高，不同處理產(chǎn)量同比2017年高1.3%—3.9%，同比2018年高8.2%—13.2%。

S：苗期（2016.05.01-2016.06.12，2017.05.03-2017.06.15，2018.04.28-2018.06.11）；J：拔節(jié)期（2016.06.13-2016.07.09，2017.06.16-2017.07.11，2018.06.12-2018.07.07）；H：抽穗期（2016.07.10-2016.07.23，2017.07.12-2017.07.24，2018.07.08-2018.07.19）；G：灌漿期（2016.07.24-2016.08.16，2017.07.25-2017.08.15，2018.07.20-2018.08.12）；M：成熟期（2016.08.17-2016.08.27，2017.08.16-2017.09.23，2018.08.13-2018.09.19）。不同小寫字母表示處理間差異顯著（p＜0.05）。下同

圖6 2017—2018不同處理對玉米耗水量的影響

圖7 2017—2018不同處理對玉米各生育時(shí)期耗水量的影響

表2 2016-2018不同處理對玉米產(chǎn)量的影響

不同小寫字母表示種植密度間差異顯著（＜0.05，n=3）；不同大寫字母表示覆蓋處理間差異顯著（＜0.05，n=9）；*，**分別表示在0.05、0.01水平上顯著相關(guān)，ns表示不顯著。下同

Different lowercase letters indicate significant differences in planting density (＜0.05, n=3); different uppercase letters indicate significant differences between mulching treatments (＜0.05, n=9); * and ** represent significant differences at 0.05 and 0.01 levels, ns indicate no significance. The same as below

2.4 耕層積溫、玉米耗水量與產(chǎn)量的關(guān)系

同一覆蓋處理下，田間耕層積溫和玉米產(chǎn)量呈現(xiàn)線性相關(guān)關(guān)系（圖8）。獲得較高玉米產(chǎn)量的耕層積溫較低，這主要受種植密度的影響。不同覆蓋處理土壤耕層積溫表現(xiàn)為M1＞M2＞M0，然而玉米產(chǎn)量表現(xiàn)為M2＞M1＞M0。表3為不同生育時(shí)期耕層積溫對產(chǎn)量的通徑分析，結(jié)果表明玉米苗期、拔節(jié)期和成熟期耕層積溫對產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率較大。苗期耕層積溫對玉米產(chǎn)量具有正向作用，拔節(jié)期和成熟期耕層積溫與玉米產(chǎn)量的相關(guān)性分別表現(xiàn)為顯著和極顯著的負(fù)效應(yīng)。結(jié)合圖5分析發(fā)現(xiàn)，與透明地膜覆蓋和裸地相比，黑色地膜覆蓋處理可以較好地提供適宜各生育期玉米生長的土壤溫度，從而提高了玉米產(chǎn)量。

圖8 2016-2018不同處理田間耕層積溫和玉米產(chǎn)量的回歸關(guān)系

Fig. 8 Regression equation of different treatments between the accumulated temperature of the plough layer and grain yield of maize in 2016-2018

表3 不同生育時(shí)期耕層積溫對產(chǎn)量的通徑分析

X1、X2、X3、X4、X5分別表示苗期、拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期、成熟期耕層積溫

X1, X2, X3, X4, X5indicate the accumulated temperature of the plough layer at the seedling stage, jointing stage, heading stage, filling stage and maturity stage, respectively

2017—2018年不同處理耗水量和玉米產(chǎn)量的回歸關(guān)系如圖9所示。隨著耗水量的增加，3種覆蓋處理下的玉米產(chǎn)量均逐漸增加，在2017年，3種覆蓋處理的增幅表現(xiàn)為M2＞M0＞M1，在2018年，3種覆蓋處理的增幅表現(xiàn)為M2＞M1＞M0。不同生育期玉米耗水量對產(chǎn)量的通徑分析見表4。據(jù)表4可見，對玉米產(chǎn)量貢獻(xiàn)率最大的是抽穗期耗水量，其對玉米產(chǎn)量表現(xiàn)為極顯著正相關(guān)。該時(shí)期，M2處理下耗水量顯著高于M0和M1處理（圖7），這說明黑色地膜覆蓋增加了玉米抽穗期耗水量，達(dá)到了玉米增產(chǎn)的效果。此外，拔節(jié)期耗水量對玉米產(chǎn)量具有顯著的正效應(yīng)，成熟期耗水量對玉米產(chǎn)量具有顯著的負(fù)效應(yīng)。結(jié)合圖7分析發(fā)現(xiàn)，地膜覆蓋實(shí)現(xiàn)玉米增產(chǎn)的部分原因是增加了玉米拔節(jié)期耗水量，減少了成熟期耗水量。

圖9 2017-2018不同處理耗水量和玉米產(chǎn)量的回歸關(guān)系

表4 不同生育時(shí)期玉米耗水量對產(chǎn)量的通徑分析

X1、X2、X3、X4、X5分別表示苗期、拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期、成熟期耗水量

X1、X2、X3、X4、X5indicate the evapotranspiration at the seedling stage, jointing stage, heading stage, filling stage and maturity stage, respectively

2.5 不同處理對水分利用效率的影響

3種覆蓋方式下，水分利用效率均隨種植密度增加而增加（圖10）。種植密度每增加1×104株/hm2，M0、M1和M2處理的水分利用效率分別提高了1.66、1.99、2.00 kg·hm-2·mm-1（2017）和1.04、1.25、1.44 kg·hm-2·mm-1（2018），枯水年直線上升的斜率分別為平水年的1.6、1.6和1.4倍。2017—2018年不同處理對水分利用效率的影響如表5所示。從表中可知，覆膜處理水分利用效率顯著高于裸地處理，2種覆膜處理分別以M1D3和M2D3水分利用效率最高，且M2D3處理的水分利用效率比M1D3處理在不同年份分別高0.7和1.4 kg·hm-2·mm-1。結(jié)果表明，覆蓋地膜可以顯著提高水分利用效率，且黑色地膜提高水分利用效率的效果優(yōu)于透明地膜。

2.6 經(jīng)濟(jì)效益分析

表6給出了2016—2018年不同處理的經(jīng)濟(jì)效益。與裸地種植相比，地膜覆蓋處理雖然增加了材料的投入和殘膜回收的費(fèi)用，但也增加了玉米產(chǎn)量收益。在覆膜處理下，利潤隨著種植密度的增加而增加，與D1和D2處理相比，D3處理在透明地膜覆蓋下，不同年份分別增加了3 316.97元和1 205.75元（2016），3 532.32元和1 730.92元（2017），2 835.27元和1 140.08元（2018）；在黑色地膜覆蓋下，不同年份分別增加了4 117.73元和1 550.50元（2016），3 627.03元和656.12元（2017），3 487.68元和 1 511.58元（2018）。結(jié)果表明，黑色地膜覆蓋比透明地膜覆蓋增收效應(yīng)更明顯，黑色地膜覆蓋和90 000株/hm2組合處理凈收入最高。

圖10 2017-2018不同處理對水分利用效率的影響

表5 2017-2018不同處理對玉米全生育期耗水量和水分利用效率的影響

表6 2016—2018不同處理經(jīng)濟(jì)效益分析

所有價(jià)格均根據(jù)當(dāng)?shù)厥袌鰞r(jià)格確定All prices are based on the local market

3 討論

3.1 不同顏色地膜和種植密度對土壤溫度的影響

春季低溫冷害是東北雨養(yǎng)區(qū)作物生產(chǎn)的一個(gè)重要限制因素[4]。Ramakrishna等[22]研究認(rèn)為，覆蓋地膜可以提高土壤溫度，促進(jìn)作物生長，是一種增產(chǎn)增收的重要農(nóng)藝措施。在本研究中，與裸地處理相比，覆膜處理顯著提高了玉米苗期、拔節(jié)期以及成熟期的土壤耕層積溫，且在玉米出苗—拔節(jié)期，透明地膜覆蓋土壤耕層積溫顯著高于黑色地膜，這一結(jié)果與張琴[23]的研究結(jié)果一致。這一發(fā)現(xiàn)是因?yàn)樵谏L前期玉米植株冠層覆蓋度小，地面能直接接收太陽輻射，而且與黑色地膜相比，透明地膜可以透過陽光，吸收更多的太陽輻射[17,24]，從而使得透明地膜處理的土壤耕層積溫顯著高于黑色地膜處理。而在玉米生育中期，植株枝葉茂盛，強(qiáng)大的冠層結(jié)構(gòu)阻礙了地面直接接受陽光的輻射，從而使得地膜的增溫效果不明顯。到了成熟收獲期，植株葉片逐漸枯黃凋萎，群體透光度增加，覆膜增溫效果顯著。研究還發(fā)現(xiàn)，種植密度對土壤耕層積溫有顯著影響，從玉米拔節(jié)期開始，土壤耕層積溫隨著種植密度的增加而降低。這是因?yàn)閷ΨN植密度而言，地面遮蔭度是影響土壤溫度的主要因素，在苗期，植株相對矮小，各密度處理間地面遮蔭相差不大；到拔節(jié)期以后，高密度處理形成較大的冠層結(jié)構(gòu)，致使地面遮蔭度上升，從而土壤溫度下降。

3.2 不同顏色地膜和種植密度對玉米耗水的影響

在雨養(yǎng)旱作地區(qū)，地膜覆蓋能夠降低土壤表面蒸發(fā)，改善土壤水分狀況，有效提高玉米生育期土壤蓄水保水能力[25-26]。本研究發(fā)現(xiàn)，覆膜處理的玉米耗水量顯著低于裸地處理。這是因?yàn)榈啬じ采w阻斷了土壤水分的垂直蒸發(fā)和亂流，迫使膜下水分橫向遷移，增大了水分蒸發(fā)的阻力，從而達(dá)到了蓄水保墑的目的[27]。本研究中，玉米拔節(jié)期的耗水量在不同降水年型間表現(xiàn)存在差異，這一發(fā)現(xiàn)是因?yàn)楦材さ脑鰷乇勑Ч诖龠M(jìn)玉米生長的同時(shí)，加強(qiáng)了植株蒸騰作用，在2017年降雨量較少的情況下，作物耗水以蒸騰為主，從而導(dǎo)致耗水量高于裸地處理；而2018年降水較為充足時(shí)，土壤蒸發(fā)明顯，覆膜的保水效果使其耗水量低于裸地處理。在玉米出苗—拔節(jié)期，透明地膜較強(qiáng)的增溫效果使其玉米生長速度快于黑色地膜處理，劇烈的蒸騰作用使得透明地膜處理耗水量始終高于黑色地膜處理。張琳琳等[2]研究認(rèn)為，在玉米拔節(jié)—抽穗期，黑色地膜處理玉米生長會逐漸超過透明地膜處理，從而獲得最大的干物質(zhì)積累，這也解釋了黑色地膜覆蓋處理在抽穗期耗水量最大的原因。在生育后期，覆膜種植的玉米提前衰老，使得此時(shí)玉米耗水量低于裸地處理，這與王罕博等[28]的研究結(jié)果一致。本研究發(fā)現(xiàn)，無論在枯水年還是平水年，玉米全生育期耗水量均隨種植密度的增加而增加，該結(jié)果與張冬梅等[29]的研究結(jié)果不同，這可能與玉米的品種和種植密度的設(shè)定范圍有關(guān)。劉戰(zhàn)東等[30]研究認(rèn)為，增加種植密度后作物耗水量的增加主要是由出苗—拔節(jié)期耗水量的增加所致，本研究得出相同的結(jié)論。這主要與該時(shí)期土壤水分供應(yīng)充足，群體內(nèi)植株間尚未形成水分的競爭有關(guān)。在成熟期，玉米植株蒸騰作用變小，同時(shí)高密度處理的植株覆蓋和遮蔭效果，減少了表層土壤水分的蒸發(fā)，從而使得耗水量隨著種植密度的增加而下降。

3.3 不同顏色地膜和種植密度對玉米產(chǎn)量和水分利用效率的影響

地膜和種植密度是影響玉米產(chǎn)量和水分利用效率的重要因素[8,13]。張琴[23]研究發(fā)現(xiàn)，黑色地膜覆蓋玉米產(chǎn)量和水分利用效率較透明地膜分別高5.99%和4.76%，較裸地分別高25.60%和34.24%。本研究也表明黑色地膜覆蓋提高玉米產(chǎn)量和水分利用效率的效果優(yōu)于透明地膜。主要是因?yàn)楦材ぬ幚硐掠衩壮雒纭喂?jié)期較高的土壤溫度可為種子發(fā)芽出苗創(chuàng)造良好的環(huán)境，一定程度上增加出苗率并防止春季低溫冷害對幼苗的影響，然而透明地膜覆蓋過高的土壤溫度往往容易造成玉米生長過快，使得玉米體內(nèi)營養(yǎng)出現(xiàn)逆差，生育期縮短，導(dǎo)致植株早衰而降低產(chǎn)量。黑色地膜覆蓋較透明地膜覆蓋能夠降低土壤溫度，延緩玉米根系和植株的衰老，使得玉米生殖生長時(shí)間延長，進(jìn)一步促進(jìn)玉米籽粒灌漿期光合物質(zhì)的生產(chǎn)，從而提高了玉米百粒重和產(chǎn)量[18]。并且，黑色地膜覆蓋和透明地膜覆蓋具有同樣的保水保墑效果，并增加了玉米需水關(guān)鍵期耗水量，防止了高溫和干旱對玉米生長的影響，從而獲得最高的產(chǎn)量和水分利用效率。Antonietta等[31]研究發(fā)現(xiàn)，玉米產(chǎn)量和水分利用效率隨種植密度的增加而增加，本研究得出類似的結(jié)論。這是因?yàn)檫m當(dāng)增加種植密度，能夠形成更為強(qiáng)大的冠層結(jié)構(gòu)，從而可以截獲更多的光合有效輻射，進(jìn)而增加玉米產(chǎn)量[5]，高密度種植增加了作物耗水量并降低了蒸發(fā)與蒸騰的比例，實(shí)現(xiàn)作物水分的高效利用。然而Ren等[10]研究認(rèn)為隨著植物密度的增加，玉米產(chǎn)量和水分利用效率呈先上升后下降的趨勢。原因是高密度種植加劇了根系對養(yǎng)分、水分的競爭，減少了土壤水分儲存，密度過大會導(dǎo)致玉米產(chǎn)量下降[2]。

在東北雨養(yǎng)地區(qū)，降水年際變異和季節(jié)分布差異大，生育期降水量對不同處理玉米產(chǎn)量和水分利用效率有很大影響[32]。3年研究中，2016年（豐水年），降水較為充足，較高的土壤蓄水使得玉米產(chǎn)量最高。2017年（枯水年）降水量最少，但降水分布比較均勻，未對玉米生長造成較大水分脅迫，因此未造成玉米較大減產(chǎn)。而在2018年（平水年），降水量雖然高于2017年，但玉米產(chǎn)量卻比2017年降低6.8%—9.3%，主要原因有兩個(gè)方面：一是2017年干旱導(dǎo)致2018年土壤底墑較差；二是在灌漿期出現(xiàn)高溫?zé)o雨極端天氣，對玉米灌漿過程造成影響，致使玉米減產(chǎn)。

此外，需要指出的是，農(nóng)用地膜新國標(biāo)（GB13735—2017）于2017年10月14日發(fā)布，2018年5月1日正式實(shí)施，替換原國家標(biāo)準(zhǔn)GB13735—1992。新標(biāo)規(guī)定，地膜厚度不得小于0.010 mm。本試驗(yàn)開始于2016年，采用當(dāng)時(shí)的國家標(biāo)準(zhǔn)，地膜厚度為0.008 mm，為保證試驗(yàn)連續(xù)性，2017和2018年也采用此標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)論

在東北雨養(yǎng)區(qū)，黑色地膜和透明地膜覆蓋均能提高土壤耕層積溫，且透明地膜增溫效果優(yōu)于黑色地膜；從全生育期耗水量來看，黑色地膜和透明地膜覆蓋處理均顯著低于裸地處理，2種覆膜處理間無顯著差異，同樣具有較好的保水保墑效果；與透明地膜相比，黑色地膜覆蓋較好地提供適宜各生育期玉米生長的土壤溫度，從而獲得最高的產(chǎn)量和水分利用效率，提高了經(jīng)濟(jì)效益。本研究中，種植密度的增加使得玉米拔節(jié)期以后的土壤耕層積溫下降；玉米產(chǎn)量、全生育期耗水量、水分利用效率與種植密度同步增加，高密度處理獲得最高的經(jīng)濟(jì)效益。綜合研究表明，黑色地膜覆蓋結(jié)合高密度（90 000株/hm2）栽培模式，可以更好地改善土壤水熱狀況，提高玉米產(chǎn)量和水分利用效率，具有蓄雨保水增產(chǎn)和提高經(jīng)濟(jì)效益的效果，是適宜雨養(yǎng)旱作地區(qū)春玉米高產(chǎn)栽培的模式。

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Effects of Different Colored Plastic Film Mulching and Planting Density on Soil Temperature, Evapotranspiration and Yield of Spring Maize

SUN ShiJun, ZHU ZhenChuang, CHEN ZhiJun, YANG Dan, ZHANG XuDong

(College of Water conservancy, Shenyang Agricultural University, Shenyang 110866)

【】Field experiments were conducted to explore the effects of different colored plastic film mulching and planting density on the topsoil temperature, evapotranspiration, grain yield of spring maize and precipitation utilization efficiency in the rain-fed area of Northeast China, in order to further tap the water production potential of dryland and rain-fed maize.【】Complete combination field, including three types of mulching ( non-mulching, transparent plastic film mulching and black plastic film mulching ) and three planting densities ( 60 000, 75 000 and 90 000 plants/hm2) , were conducted to monitor the topsoil temperature dynamics in 0-25 cm depths and the soil moisture dynamics in 0-120 cm depths, and to analyze the water use efficiency combined with grain yield of maize in 2016-2018.【】The results showed that the accumulated temperature of the plough layer in the transparent mulching film treatment was significantly higher than that in the black mulching film, and the accumulated temperature of the plough layer in the black mulching film treatment was significantly higher than that in the non-mulching treatment in the early growth stages of maize. The increase of planting density reduced the accumulated temperature of the plough layer after jointing stage of maize. For the evapotranspiration of the growing season, there was no significant difference between the black plastic film mulching treatment and the transparent plastic film mulching treatment, but they were significantly lower than the non-mulching treatment. The evapotranspiration increased with the increasing of the planting density whether in the normal precipitation year or the dry year. Maize grain yields and water use efficiency were significantly improved in the black plastic film mulching treatment, with an average of 4.3% and 4.6% higher than that of the transparent plastic film mulching treatment, respectively, and 9.2% and 13.3% higher than that of the non-mulching treatment, respectively. Yield and water use efficiency increased in tandem with planting density under the same mulching treatment. The plastic film mulching significantly improved the economic benefits under high-density treatment, and the profit of the black plastic film mulching was 807.82 yuan/hm2more than that of the transparent plastic film mulching.【】The cultivation mode of black plastic film mulching and high density (90 000 plants/hm2) combined treatment could improve the utilization rate of natural precipitation and achieve the highest water use efficiency on the basis of ensuring high grain yields. This paper provided a scientific and effective way to further tap the water and crop production potential in the dryland and rain-fed regions of China

maize; different colored plastic film; accumulated temperature of the plough layer; evapotranspiration; yield; water use efficiency; economic benefit.

10.3864/j.issn.0578-1752.2019.19.004

2019-04-09；

2019-07-25

國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃重點(diǎn)專項(xiàng)（2018YFD0300301）、遼寧省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（20180550617）、國家公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項(xiàng)（201303125）

孫仕軍，E-mail：sunshijun2000@yeah.net

（責(zé)任編輯 楊鑫浩）