梁美英,卜玉山,李偉,周秋香,牛昭坤,史曉凱,馬茹茹

(山西農(nóng)業(yè)大學資源環(huán)境學院,山西太谷 030801)

1978年農(nóng)業(yè)部通過對外科技交流自日本配套引進了包括地膜覆蓋方法、專用地膜、覆蓋機械等一整套地膜覆蓋栽培技術體系[1]。目前,地膜覆蓋已在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛的應用,2005年我國地膜覆蓋面積已經(jīng)達到1.35×107 hm2,地膜使用量達到9.59×105 t[2]。地膜覆蓋栽培已成為我國旱地農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增收的重要技術措施。

地膜覆蓋具有增溫保水[3,4]、提高土壤水分和養(yǎng)分利用率[5,6]、活化土壤養(yǎng)分[7]、抑制土壤鹽堿[8]、改善光照條件和提高光合強度[9]等作用,進而促進作物生長發(fā)育和產(chǎn)量品質(zhì)的提高[10]。目前研究報道的農(nóng)用地膜類型多種多樣,諸如增強滲水的滲水地膜[11],增強滲水以及通氣的微孔地膜[12],環(huán)境友好型的各種液膜和可降解膜[13～15],具有特殊功能的有色地膜等,但我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中仍以普通聚氯乙烯薄膜為主要覆蓋材料。地膜的覆蓋方式也多種多樣,除常規(guī)的平鋪覆蓋外,多種起壟覆蓋模式在不同地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應用[16～20]。本研究對寬幅和窄幅的普通地膜和微孔地膜在平鋪和起壟覆蓋下的水溫效應和作物增產(chǎn)效應差異進行比較,為山西陽曲旱作節(jié)水農(nóng)業(yè)示范區(qū)及其周邊地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中合理高效利用地膜及其覆蓋模式提供技術支持,同時對所研究地膜及覆蓋方式在本示范區(qū)的應用價值進行分析評價。

1 試驗點基本情況

試驗在位于山西省陽曲縣河村的“國家‘十一五’支撐計劃農(nóng)業(yè)綜合節(jié)水研究示范基地”內(nèi)進行。當?shù)氐乩砦恢脼闁|經(jīng) 112.9°,北緯 38.0°,海拔1248.5 m,據(jù)近20年氣象資料,≥10℃年均日照時數(shù)為1100.9 h,年平均氣溫6.4℃,最冷月1月平均氣溫-10.3℃,最熱月7月平均氣溫20.2℃,無霜期143.9 d,≥10℃的積溫為2840.6 ℃(80%保證率),年均降水量為459.0 mm,主要集中在6～9月,占到全年降水量的73.7%,7月和8月降水量占到全年降水量的44.8%。

2 材料與方法

2.1 供試材料

供試覆蓋材料為普通地膜和微孔地膜(山西省農(nóng)業(yè)科學院旱地農(nóng)業(yè)研究中心自產(chǎn))2種,每種又分為寬幅(幅寬130 cm,厚度0.008 mm)和窄幅(幅寬80 cm,厚度0.008 mm)2種類型。供試肥料硝酸磷肥(N∶P2O5=26.5∶11.5);供試作物為玉米,品種為先玉335。試驗地土壤為石灰性褐土,p H 7.9,有機質(zhì)含量為10.1g·kg-1,速效磷含量為12.1 mg·kg-1,速效鉀含量為174.2 mg·kg-1。

2.2 試驗設計與實施

試驗采用2×4隨機區(qū)組設計,共設9個處理,分別為:CK(不覆蓋)、寬幅普膜起壟覆蓋(寬普壟,BOR)、寬幅普膜平鋪覆蓋(寬普平,BOF)、窄幅普膜起壟覆蓋(窄普壟,NOR)、窄幅普膜平鋪覆蓋(窄普平,NOF)、寬幅微孔膜起壟覆蓋(寬孔壟,BMR)、寬幅微孔膜平鋪覆蓋(寬孔平,BMF)、窄幅微孔膜起壟覆蓋(窄孔壟,NMR)、窄幅微孔膜平鋪覆蓋(窄孔平,NMF)。4次重復,共計 20小區(qū),小區(qū)面積為6 m×6 m=36 m2。

播種前按當?shù)厥┓仕揭淮问┳愕追?每畝60 kg硝酸磷肥),劃分小區(qū)后按設計處理進行播種覆蓋,每小區(qū)12行,株距29.6 cm,每小區(qū)243±2株,窄幅地膜每幅覆蓋2行,寬幅地膜每幅覆蓋3行。同時在2個重復的小區(qū)中央埋置長210 cm不銹鋼管(地上部10 cm)用于土壤水分測定,在10 cm和20 cm深處埋置紐扣式溫度自動記錄儀。玉米生長期間不追肥不灌溉,按當?shù)卮筇镉衩坠芾矸绞竭M行管理。

2.3 測定項目與方法

土壤水分測定:在玉米生長期間,采用北京超能科技公司的中子土壤水分儀(CNC503 B型)每隔15 d左右測定不同深度土層土壤(每隔20 cm)水分含量。

土壤溫度測定:在玉米生長期間,采用美國Spectrum Technologies,Inc.的紐扣式地溫儀(Model 100 WatchDog)每隔2 h連續(xù)自動測定記錄10 cm和20 cm深度的土壤溫度。

玉米生育時期植株性狀調(diào)查:在玉米生長期記錄不同處理下玉米的出苗、拔節(jié)、孕穗和成熟的時間,并在不同生育期每小區(qū)連續(xù)測定10株玉米植株的株高和莖粗。

收獲時,每小區(qū)取中間2～3行玉米植株進行室內(nèi)烤種和測產(chǎn)。

數(shù)據(jù)處理與分析采用Excel2000和DPS6.5版軟件。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同地膜與覆蓋方式土壤水分差異分析

土壤水分既是作物生長的環(huán)境因素,又是營養(yǎng)物質(zhì),對作物的生長發(fā)育具有重要的作用。在玉米生長期間,不同覆蓋處理0～2 m深土壤平均含水量隨時間總體上都呈“降低-增加-降低”的變化趨勢(圖1),但不同時間測定的土壤含水量平均值隨深度的增加基本都呈“增加-降低”的變化趨勢。

在玉米生育前期,不同覆蓋處理0～200 cm土壤平均含水量隨著時間的推移上下波動,總體上呈下降趨勢,到拔節(jié)期(2009年 7月6日),0～200 cm土壤平均含水量都降到相對最低,為11.1%～11.6%,而后急劇增加,到9月中旬土壤平均含水量達到最高,為16.1%～16.8%,收獲時(2009年10月15日)又有所下降。

不同覆蓋處理之間在不同深度和不同時間的土壤含水量差異均不顯著。不同覆蓋處理土壤含水量在玉米生長期隨時間的動態(tài)變化以及不同覆蓋處理之間土壤含水量的差異主要是由于降水量及其分布特點、降水的入滲量、地面蒸發(fā)量和玉米耗水量等因素共同作用的結(jié)果。

圖1 不同地膜不同覆蓋方式下玉米生長期的土壤水分變化Fig.1 Thechanges of soil moisturemulched with different plastic films and different mulching patterns in maize growth period

3.2 不同地膜與覆蓋方式土壤溫度差異分析

不同地膜與覆蓋方式玉米生長發(fā)育期10 cm與20 cm深處日平均溫度變化趨勢相一致,表現(xiàn)為“上升-下降”的變化規(guī)律,7月時土壤溫度達到最高值 (圖2)。

與對照相比,在玉米生長發(fā)育前期(5～7月)不同地膜覆蓋處理間的日平均土壤溫度均有明顯提高,10 cm深度平均比CK提高了0.6～1.4℃,20 cm深度平均比CK提高1.4～2.3℃,在玉米生育后期(8～10月),多數(shù)地膜覆蓋處理土壤溫度仍高于CK,但差異較玉米生育前期小,10 cm深度比CK高0.7℃以下,20 cm深度比CK高1.1℃以下(圖3)。

圖2 不同地膜與覆蓋方式玉米生育期10 cm與20 cm深處日平均土壤溫度Fig.2 Daily average soil temperature at 10 cm and 20 cm depth in corn growth season mulched with different plastic film and different mulching patterns

圖3 不同地膜與覆蓋方式玉米生育期10cm與20 cm深度日平均土壤溫度與對照差異Fig.3 Difference of daily average soil temperature between CK and other mulching treatments at 10cm and 20 cm depth in corn growth season

比較玉米生長發(fā)育時期不同覆蓋處理10 cm和20 cm深度土壤日平均溫度差值,可見在玉米生育前期多數(shù)覆蓋處理土壤日平均溫度20 cm深度高于10 cm深度,而在玉米生育后期土壤日平均溫度10 cm深度高于20 cm(圖4)。

圖4 不同地膜與覆蓋方式玉米生育期10 cm與20 cm深度日平均土壤溫度差異Fig.4 Difference of daily average soil temperaturebetween 10 cm and 20 cm depth in different mulching treatments and corn growth season

從地膜類型看,普膜玉米生長期土壤日均溫度10 cm深度比微孔膜高0.4℃,20 cm深度比微孔膜高0.1℃。寬幅膜玉米生長期土壤日均溫度10 cm深度比窄幅膜高0.1℃,20 cm深度比窄幅膜高0.4℃。平鋪覆蓋玉米生長期土壤日均溫度10 cm深度與起壟覆蓋相同,均為18.1℃,但20 cm 深度比起壟覆蓋高0.2℃?？梢娖漳け任⒖啄ひ约皩挿け日さ脑鰷匦Ч靡恍?但起壟覆蓋的增溫作用并不比平鋪覆蓋好。

3.3 不同地膜與覆蓋方式下玉米生長發(fā)育差異

在苗期,不同覆蓋處理之間玉米株高和莖粗的差異均達到顯著水平,以CK玉米株高和莖粗最小,其它各個處理的株高和莖粗均顯著大于CK(表1)。拔節(jié)期不同覆蓋處理之間玉米株高的差異仍達到顯著水平,仍以CK的玉米株高最低,其余覆蓋處理均顯著高于CK,但莖粗的差異不顯著。到收獲期不同覆蓋處理之間玉米株高和莖粗的差異都不顯著。從地膜類型看,在玉米苗期和拔節(jié)期普膜對株高和莖粗的效應都好于微孔膜,寬幅膜也好于窄幅膜,而平鋪覆蓋好于或等于起壟覆蓋。表明不同地膜與不同覆蓋方式對玉米生長發(fā)育的促進作用主要表現(xiàn)在玉米生育前期,從而為玉米的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)奠定良好的基礎。

表1 不同材料覆蓋方式對玉米植株莖粗、株高的影響Table 1 Effects of different mulching treatments on stem diameter and plant height of maize

3.4 不同地膜與覆蓋方式對玉米穗粒數(shù)的影響

不同覆蓋處理玉米穗粒數(shù)以CK相對最少,其余覆蓋處理較CK有所增加,但差異不顯著。這表明不同地膜與覆蓋方式對玉米穗粒數(shù)具有一定的影響,但不是玉米增產(chǎn)的主要影響因素。

3.5 不同地膜與覆蓋方式對玉米百粒重的影響

不同覆蓋處理之間玉米百粒重差異達到顯著水平,從高到低依次為:寬普平＞寬孔壟＞寬孔平＞窄孔壟＞寬普壟＞窄普壟=窄孔平＞窄普平＞CK(圖 5),依次比 CK增加 42.3%、35.1%、34.3%、31.1%、28.6%、28.1%、28.1%、27.3%。

圖5 不同覆蓋方式對玉米百粒重的影響Fig.5 Effect of different plastic films and mulching patterns on the weight of 100 kernels of maize

從地膜類型看,普膜和微孔膜覆蓋之間玉米百粒重無明顯差異,分別比 CK增加31.6%和32.1%,但寬幅膜略好于窄幅膜,分別比CK增加35.1%和28.7%。從覆蓋方式上來比較,平鋪覆蓋和起壟覆蓋之間差異較小,分別比對照增加33.0%和 30.7%。

3.6 不同地膜與覆蓋方式對玉米產(chǎn)量的影響

不同覆蓋處理之間玉米產(chǎn)量差異顯著,從高到低依次為:寬普平＞寬普壟＞寬孔平=寬孔壟＞窄普平＞窄普壟＞窄孔平＞窄孔壟＞CK(圖6),依次比 CK增產(chǎn) 94.0%、89.3%、85.3%、85.3%、75.6%、73.1%、71.3%、67.6%。從地膜類型看,普膜略好于微孔膜,分別比 CK增產(chǎn)83.0%和77.4%,而且寬幅膜略好于窄幅膜,分別比CK增產(chǎn)88.5%和71.9%,平鋪覆蓋與起壟覆蓋之間差異較小,分別比CK增產(chǎn)81.5%和78.8%。

3.7 不同地膜與覆蓋方式玉米水分利用效率差異分析

圖6 不同地膜覆蓋方式對玉米產(chǎn)量的影響Fig.6 Effect of different plastic films and mulching patterns on maize yield

不同覆蓋處理之間玉米水分利用效率的差異達到顯著水平,從高到低依次為:寬普平＞寬孔平＞寬普壟＞寬孔壟＞窄普平＞窄普壟＞窄孔平＞窄孔壟＞CK(圖 7),依次比 CK高 100.1%、96.3%、95.3%、93.3%、81.2%、77.1%、75.1%、66.1%?？偟膩砜?寬幅膜覆蓋的水分利用效率高于窄幅膜覆蓋,分別比CK高96.2%和74.8%,普膜覆蓋的水分利用效率高于微孔膜覆蓋,分別比CK高88.4%和82.4%,平鋪覆蓋的水分利用效率高于起壟覆蓋,分別比CK高88.1%和82.7%。

圖7 不同地膜覆蓋方式對水分利用率的影響Fig.7 Effect of different plastic films and mulching patterns on Water Use Efficiency of maize

4 結(jié)論與討論

地膜覆蓋的重要作用之一是增溫保水,本試驗結(jié)果表明供試地膜在不同覆蓋方式下均表現(xiàn)出一定增溫保水效應,且增溫作用比保水作用的效果更為明顯。增溫作用主要表現(xiàn)在玉米生長發(fā)育前期,玉米拔節(jié)后由于冠層阻隔了太陽輻射到達地面,地膜覆蓋的增溫作用已不明顯,這與地膜覆蓋增溫需要有熱源(太陽直接輻射地面)的作用原理相一致[14]。同時在玉米生育前期多數(shù)覆蓋處理20 cm深度日均土壤溫度高于10 cm深度,但在玉米生育后期正好相反,多數(shù)覆蓋處理20 cm深度日均土壤溫度低于10 cm深度,這可能與玉米生育前期土壤處于增溫時期而生育后期土壤處于散熱降溫時期有關,但需要進一步的研究驗證。在玉米生長期10 cm和20 cm深度土壤日平均溫度普膜比微孔膜、寬幅膜比窄幅膜都略有增高,平鋪覆蓋與起壟覆蓋10 cm深度相同,但20 cm深度平鋪覆蓋比起壟覆蓋增高。

地膜覆蓋改善了土壤水熱狀況,最終表現(xiàn)為對作物生長發(fā)育的促進作用。不同地膜與覆蓋方式對玉米生前期的生長具有明顯的促進作用,與增溫效應相一致,苗期玉米株高莖粗和拔節(jié)期株高都顯著好于CK,而且普膜的作用好于微孔膜,寬幅膜的作用好于窄幅膜,平鋪覆蓋的作用好于或等于起壟覆蓋。成熟期各處理間無差異。

不同地膜覆蓋處理不僅促進了玉米前期的生長,加速了生育進程,也為后期生殖生長定了良好的基礎。不同地膜覆蓋處理玉米產(chǎn)量與水分利用效率都顯著高于CK,增產(chǎn)原因主要是不同地膜覆蓋處理延長了灌漿期,使玉米籽粒飽滿,顯著地提高了百粒重,不同地膜覆蓋處理玉米穗粒數(shù)的增加也對產(chǎn)量的增加起一定作用。而且普膜比微孔膜、寬幅膜比窄幅膜、平鋪覆蓋比起壟覆蓋增產(chǎn)效應都要好一些。

綜上所述,在“陽曲縣河村旱作農(nóng)業(yè)節(jié)水示范區(qū)”及其周邊海拔較高、低溫干旱并存的地區(qū)選擇推廣寬幅普通地膜平鋪覆蓋(寬普平)方式,既簡單、省工省錢,又有明顯的增溫保水作用和顯著的增產(chǎn)作用和水分利用效率,經(jīng)濟效益也相對最高,因此寬幅普通地膜平鋪覆蓋(寬普平)方式是當?shù)刈魑镌霎a(chǎn)增收簡單有效的栽培措施。

[1]高玉杰,謝來蘇.紙基農(nóng)用地膜的開發(fā)及應用[J].中國造紙,2002,21(3):28-31.

[2]何文清,嚴昌榮,趙彩霞,等.我國地膜應用污染現(xiàn)狀及其防治途徑研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報,2009,28(3):533-538.

[3]溫曉霞,韓思明.旱作小麥地膜覆蓋生態(tài)效應研究[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報,2003,11(2):92-95.

[4]王俊,李鳳民,宋秋華,等.地膜覆蓋對土壤水溫和春小麥產(chǎn)量形成的影響[J].應用生態(tài)學報,2003,14(2):205-210.

[5]Li Fengmin,Guo Anhong,Wei Hong.Effects of clear plistic film mulch on yield of spring wheat[J].Field Crops Res,1998,63:79-86.

[6]Fisher PD.An alternative plastic mulching system for improved water mangement in dryIand maize p roduction[J].Agric Water Man,1995,27:155-166.

[7]Niu J,Y-Gan Y T,Zhang J W,et al.Postanthesis d ry matter accumtflation and redistribution in spring wheat mulched with plastic film[J].Crop Sci,1998,38:1562-1568.

[8]Hezhong Dong,Weijiang Li,Wei Tang,et al.Early plastic mulching increases stand establishment and lint yield of cotton in salinefields[J].Field Crops Research,2009,111(3):269-275.

[9]王有寧,王榮堂,董秀榮.地膜覆蓋作物農(nóng)田光溫效應研究[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報,2004,12(3):134-136.

[10]Feng-min Li,Jun Wang,Jin-zhang Xu,et al.Productivity and soil resp onse to plastic film mulching durations for spring wheat on entisols in the semiarid Loess Plateau of China[J].Soil and Tillage Research,2004,78(1):9-20.

[11]姚建民.滲水地膜研制及其應用[J].作物學報,2000,26(2):185-189.

[12]池寶亮,黃學芳,張冬梅.微孔地膜覆蓋玉米的納雨通氣效應[J].應用生態(tài)學報,2006,17(4):755-758.

[13]楊青華,韓錦峰,賀德先,等.液體地膜覆蓋保水效應研究[J].水土保持學報,2004,18(4):29-32.

[14]毛任釗,趙連城,曹健.光降解地膜覆蓋棉田的生態(tài)環(huán)境效應[J].農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究,1997,18(2):116-119.

[15]楊玉姣,黃占斌,閆玉敏,等.可降解地膜覆蓋對土壤水溫和玉米成苗的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報,2010,29(增刊):10-14.

[16]金勝利,周麗敏,李鳳民,等.黃土高原地區(qū)玉米雙壟全膜覆蓋溝播栽培技術土壤水溫條件及其產(chǎn)量效應[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2010,28(2):28-30.

[17]殷海善.寬幅滲水地膜覆蓋集雨式仿豐產(chǎn)溝耕作栽培技術效果研究[J].水土保持學報,2005,19(1):196-199.

[18]楊開寶,劉國彬,李景林,等.雙料溝壟組合覆蓋對土壤水分時空分布的影響[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2004,22(4):92-96,117.

[19]魁永忠,豆憲斌.全膜覆蓋雙壟溝播玉米新品種比較試驗報告[J].農(nóng)業(yè)科技與信息,2010(5):40.

[20]劉文輝.玉米不同地膜覆蓋栽培模式試驗報告[J].農(nóng)業(yè)科技與信息,2010(3):23.