杜 軼, 董曉輝, 張 勇, 白秀梅

(1.山西農業(yè)大學 資源環(huán)境學院， 山西 太谷 030801;2.山西省水土保持科學研究所， 山西 太原030013; 3.山西農業(yè)大學 林學院, 山西 太谷030801)

壟溝耕作條件下液膜覆蓋對土壤水熱狀況及玉米生長的影響

杜 軼1, 董曉輝2, 張 勇2, 白秀梅3

(1.山西農業(yè)大學 資源環(huán)境學院， 山西 太谷 030801;2.山西省水土保持科學研究所， 山西 太原030013; 3.山西農業(yè)大學 林學院, 山西 太谷030801)

[目的] 研究壟溝耕作和液膜覆蓋集成技術在旱地作物中的應用效果,為旱田高產高效種植方式的選用提供理論支撐。[方法] 應用田間小區(qū)試驗的方式,進行不同耕作方式下的液態(tài)地膜、塑料地膜覆蓋及不覆膜種植玉米對比試驗。[結果] 和不覆膜種植相比,壟溝耕作條件下,覆蓋種植顯著增加了0—40 cm土層含水量,提高了5 cm,10 cm深土壤溫度;覆蓋種植較好地促進了玉米前期生長,顯著增加了玉米產量,提高了水分利用效率(WUE)(p<0.05)。隨著覆膜時間的延長,液膜、塑膜覆蓋的集水保溫效果逐漸減弱。液膜覆蓋種植的蓄水保溫及增產效果低于塑膜覆蓋,但顯著優(yōu)于不覆膜種植。試驗前期,降水較少,壟溝耕作的集雨效果不明顯,但有明顯的增溫效應。[結論] 與塑膜覆蓋種植可能會造成“白色污染”問題相比較,壟溝耕作條件下液膜覆蓋是一種較為理想的旱作覆蓋栽培技術。

壟溝耕作; 液態(tài)地膜; 土壤水熱狀況; 玉米產量

文獻參數： 杜軼,董曉輝,張勇，等.壟溝耕作條件下液膜覆蓋對土壤水熱狀況及玉米生長的影響[J].水土保持通報，2017,37(1)：072-077.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2017.01.013； Du Yi, Dong Xiaohui, Zhang Yong, et al. Effects on soil temperature， moisture and maize growth of liquid film mulching in ridge and furrow planting conditions[J]. Bulletin of Soil and Water Conservation, 2017,37(1)：072-077.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2017.01.013

壟溝耕作、覆膜集雨種植模式可以截斷地表徑流，匯集壟面徑流，提高溝內土壤含水量，增溫、保墑，增加農作物產量和提高降水資源利用率[1-2]。然而，農田連年使用塑料地膜覆蓋所引起的“白色污染”，不僅導致了土壤生態(tài)環(huán)境質量下降，而且也影響了后茬作物的生長發(fā)育[3]。因此，能否用新的覆蓋材料替代塑料地膜，既減少“白色污染”，又可獲得較好的應用效果，是擺在科技工作者面前的一項重要課題。而液體地膜(也稱多功能可降解液體地膜)是一種新型的高分子有機化合物覆蓋材料，兌水噴施后，可在土壤表層形成一層深色固化膜。已有研究表明，該類產品覆蓋旱地小麥、玉米、馬鈴薯、棉花等作物具有較好的生物學效應，增產效應顯著[4-7]。液態(tài)地膜的增溫保墑效應明顯，能增加土壤微生物數量，提高土壤酶活性[8]。試驗也表明：液態(tài)地膜強烈的粘附作用能將土粒聯(lián)結起來，形成較理想的團聚體，可以在較短時間里改善土壤結構，使土壤的通透性大大增強，提高土壤的抗侵蝕能力[9]。為此，本研究擬針對半干旱區(qū)土地生產力低下，水資源不足，水土流失以及應用塑料地膜覆蓋帶來的“白色污染”等問題，在總結過去多年壟溝耕作條件下塑料地膜覆蓋[2]生產實踐的基礎上，進一步研究旱地壟溝耕作條件下液態(tài)地膜覆蓋對土壤水熱狀況及玉米生長發(fā)育的影響，從而為半干旱區(qū)農業(yè)覆蓋材料的選用及農業(yè)高產高效種植方式的應用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2015年5—10月在山西農業(yè)大林學院苗圃旱地進行，屬典型的溫帶大陸性季風氣候，年均日照時數2 639 h，年均氣溫約9.8 ℃，年降水量450～500 mm，年均無霜期154 d，供試土壤為褐土，地勢平坦。播前耕層土壤容重為1.34 g/cm3，田間持水量為23.6%(重量含水量)，凋萎濕度為5.80%，土壤有機質8.75 g/kg，速效氮24.4 mg/kg，速效鉀86.0 mg/kg，速效磷0.8 mg/kg。

1.2 試驗材料與設計

試驗共設6個處理，分別是平作，種植行液膜覆蓋(PY)；平作，種植行塑料地膜覆蓋(PS)；平作，不覆膜(CK1)；起壟溝種，全覆液膜(LY)；起壟溝種，壟覆塑料地膜，溝不覆膜，膜側溝種(LS)；起壟溝種，不覆膜(CK2)。小區(qū)面積3 m×6 m，3次重復，隨機區(qū)組排列。塑料地膜為寬80 cm，厚0.008 mm的普通地膜；液態(tài)地膜為連云港市金河液態(tài)地膜廠生產的“金河液態(tài)地膜”。供試玉米為先玉335，為美國先鋒公司選育的玉米雜交種。

平作塑料地膜覆蓋種植方式是先覆膜，再點種；壟溝耕作塑膜覆蓋方式是先人工起壟(壟溝模式是60 cm∶40 cm)，再壟上覆膜，膜側溝種；液態(tài)地膜小區(qū)是先播種后噴施液膜(噴施濃度按產品說明書)，不覆膜對照區(qū)噴等量清水。種植密度為60 000株/hm2。2015年5月8日播種，播種前施有機肥和復合肥，折合N，P，K量分別為250，80，80 kg/hm2，其他管理措施同一般玉米田。

1.3 測定項目與方法

(1) 土壤含水量測定。在玉米播種后每隔10 d用烘干法測定一次土壤含水量，分別取種植行0—20，20—40，40—60，60—80 cm土層深度。

(2) 土壤溫度的測定。用直角型地溫計測定種植行5，10，15，20 cm 深土壤溫度，播種后連測10 d，然后隔1周測定1 d的早8：00時、午14：00時、晚18：00時地溫。

(3) 玉米生長發(fā)育觀察及測定。在玉米主要生育階段以小區(qū)為單位選擇有代表性植株測定株高、莖基粗、葉面積指數及地上部分干物質重。葉面積=長×寬×0.75，單株各葉面積總和為單株總葉面積。葉面積指數為樣地植株總葉面積與壟溝總面積之比。收獲時每小區(qū)隨機取10株作為樣本，主要測定穗長、穗粗、百粒重等指標，每小區(qū)單打單收計算玉米產量。

(4) 玉米水分利用率(WUE)。本次測定分玉米拔節(jié)期、灌漿期、成熟期3個階段。

WUE的水分利用率計算公式為：

WUE=G/(W1+P-W2)

式中:G——玉米單位面積的經濟產量(kg/hm2)；WUE——玉米水分利用率〔g/(mm·hm2)〕；P——玉米生育期間降水量(mm)；W1——玉米播種前0—80 cm深土層貯水量(mm)；W2——玉米各生育期0—80 cm深土層貯水量(mm)。

1.4 數據分析

試驗數據采用Microsoft Excel工作表進行處理及繪圖，用SPSS 16.0軟件進行統(tǒng)計分析，用LSD法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 玉米生長期降水量分布

2015年試驗區(qū)玉米生育期總降雨量為263.0 mm。在各月間的分布不平衡，5月降水較少，僅為17.0 mm，但播種后第二天(5月8日)的15.5 mm有效降水滿足了玉米出苗的需水要求。6月份降水量為25.3 mm，玉米處于苗期—拔節(jié)期(晉中盆地玉米苗期—拔節(jié)期需水量約為80 mm[10])，干旱嚴重地影響了玉米的營養(yǎng)生長；7月總降水為63.6 mm，7月中旬后玉米進入抽雄期(抽雄期需水約185 mm)，8月(降水量83.8 mm)、9月(73.3 mm)總降水量略微高于其他月份，但后期降水仍不能滿足玉米灌漿—成熟期(共需水約195 mm)正常生長所需水分，嚴重影響了玉米的產量形成[11]。

2.2 不同處理對土壤含水量的影響

試驗研究表明，液態(tài)地膜在噴施后的前2個月保水能力較強[3，12]。所以本研究只分析玉米生長前期土壤含水量變化。在玉米生長前期(5，6月)降水量較少，到7月14—15日才有34.0 mm的降水，所以分析時段內各土層含水量整體呈減少趨勢(見圖1)。隨著土層不斷加深，不同處理間土壤含水量差異逐漸變小。到大喇叭口期，在降水較少，土壤嚴重干旱的情況下，不同處理間的差異最小。

不同處理對0—20 cm土層含水量影響最大。幾次測量的平均含水量比較，平作塑料地膜覆蓋(PS 11.59%)>壟溝耕作塑料地膜覆蓋(LS 11.30%)>平作液體地膜覆蓋(PY 10.99%)>壟溝耕作液膜覆蓋(LY 10.98%)>起壟不覆膜(CK210.04%)>平作不覆膜(CK19.79%)。PY顯著高于CK1，較CK1增加了12.35%；LY顯著高于CK2，較CK2增加了9.33%。LS和PS間以及LY和PY間比較，差異不顯著(p<0.05)，主要是由于測量時段內降水量較少，壟溝耕作的集雨效果沒表現出來。20—40 cm土層中，土層含水量最高的為LS(平均為12.45%)，它與LY，PS處理之間的差異不顯著(p<0.05)，這3個處理的土壤平均含水量均顯著高于PY，CK1，CK2。40—60，60—80 cm土層中各處理的土壤含水量差異不顯著，說明在較為干旱的情況下，不同覆蓋處理對深層土壤含水量沒有顯著影響。

注：圖中CK1為平作，不覆膜；PY為平作，種植行液膜覆蓋；PS為平作，種植行塑料地膜覆蓋；CK2為起壟溝種，不覆膜；LY為起壟溝種，全覆液膜；LS為起壟溝種，壟覆塑料地膜，膜側溝種 。下同。圖1 不同處理對各土層土壤水分的影響

2.3 不同處理對土壤溫度的影響

2.3.1 出苗期日平均地溫變化 在旱地壤質玉米地上，于播種后次日噴灑棕褐色液膜，從播種后第3 d開始連續(xù)一周測定耕層不同深度的地溫，結果顯示(圖2)：0—20 cm土層，和不覆膜的對照區(qū)相比，4種覆膜處理均顯著增高了地溫(p<0.05)。

圖2 0—20 cm深度處土壤溫度的日變化

平作種植行塑膜覆蓋(PS 21.38 ℃)的日平均地溫顯著高于其他處理，日平均地溫較CK1，CK2分別提高了3.38、2.80 ℃；壟溝耕作液膜覆蓋(LY 19.48 ℃)較CK1，CK2分別提高了1.48，0.90 ℃；平作液膜覆蓋(PY 19.40 ℃)較CK1，CK2分別提高了1.40,

0.83 ℃。LY，PY和LS之間差異不顯著(p<0.05)。表明液膜和塑膜覆蓋均有利于提高地溫，從而也有利于玉米順利出苗。

2.3.2 土壤溫度的周變化 從圖3可以看出，在試驗前期，無論是平作還是壟溝耕作，5 cm深土層內，塑膜覆蓋(PY)的增溫效果最明顯，液膜覆蓋也有一定的增溫效果，尤其是在晴朗天氣增溫效果更好。5 cm深地溫平均值大小順序為PS(28.76 ℃)>LS(27.70 ℃)>LY(27.27 ℃)>PY(26.48 ℃)>CK2(25.22 ℃)>CK1(25.02 ℃)。10 cm深度土層溫度也有與5 cm深度相似的變化規(guī)律。15 cm和20 cm土層溫度和對照相比略有提高，但差異都不明顯(p<0.05)。在試驗前期，也就是從播種后第3 d至播種后第38 d，各處理間地溫變化明顯；從播種后第38～52 d，各處理間地溫變化不明顯。

總之，塑料地膜覆蓋的增溫效果是最好的，其次是液態(tài)地膜覆蓋；液態(tài)地膜在噴施初期的增溫效果較好，隨著使用時間的加長，它的增溫效果逐漸減弱。壟溝耕作、液膜覆蓋比平作、液膜覆蓋的增溫效果好，隨著土層的加深，各個處理間土壤溫度的影響變幅逐漸減小。

圖3 不同處理各層土壤溫度變化

2.4 不同處理對玉米生長情況及產量的影響

2.4.1 對玉米生長情況的影響 由于播種時土壤水溫條件較為適宜，各個處理出苗率均較高(97.5%～98.5%)(見表1)。在玉米苗期—拔節(jié)期—大喇叭口期降水量一直偏少，土壤表層含水量也較低，7月10日測得0—20 cm各處理平均含水量僅為6.73%，玉米前期生長受到了干旱的脅迫，所以抽雄期各個生長指標都偏低。在7月14—15日有一次降水(34.00 mm)，緩解了一些前期的干旱脅迫，也保證了玉米的正常抽穗。

表1 玉米生長情況指標

注:同列不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(p<0.05)。下同。

經研究證明抽雄期玉米生長指標與玉米產量顯著相關[10]，所以本研究選擇抽雄期株高、莖粗、葉面積指數和地上部分干物質重等指標進行分析，雖然前期玉米生長受到干旱的脅迫，但壟溝耕作和覆膜均不同程度地增加了玉米株高、莖粗、葉面積指數，也促進了地上部分干物質積累。在玉米成熟期，4種覆膜處理的玉米株高間無顯著性差異，但是都顯著高于兩對照區(qū)。

2.4.2 對玉米產量性狀及水分利用效率的影響

由表2可看出，不同處理成穗率均較高，但雙穗率也較少。從穗長、穗粗及千粒重方面來看，起壟溝種和覆膜的應用效果較好，液膜覆蓋和塑膜覆蓋間的差異不顯著。

表2 玉米產量性狀及水分利用效率

由于整個生育期降水較少(263.0 mm)，嚴重影響了作物對水分養(yǎng)分的吸收利用，所以各處理產量較常年水平偏低。在所有處理中，壟溝耕作和覆膜的產量較高，分別是：LS為6 294.31 kg/hm2，LY為5 988.78 kg/hm2，和其他處理間均有顯著差異；平作覆膜處理的產量低于壟溝耕作覆膜處理；LS和LY間差異顯著，但PY，PS間差異不顯著(p<0.05)。LY的產量分別較CK1，CK2提高了29.31%，17.49%；PY產量分別較CK1，CK2提高了20.27%，9.28%。

在玉米不同生育期，不同處理對0—80 cm深土層水分利用狀況不同，從而也影響了玉米生育期耗水量及水分利用效率(WUE)。經分析得出，在玉米出苗到拔節(jié)期間，由于4種覆膜處理抑制了土面蒸發(fā)損失，所以和不覆膜種植相比較，液膜和塑膜覆蓋處理的耗水量相對較少；在玉米灌漿期到成熟期，不同處理間玉米耗水量相差不大。所以，本研究4種覆膜處理的玉米全生育期耗水量較兩不覆膜對照區(qū)顯著減少，且液膜和塑膜覆蓋之間、壟溝耕作和平作之間均無顯著差異。

水分利用效率(WUE)決定于生育期耗水量及玉米產量，各種覆膜處理均顯著高于不覆膜對照區(qū)(p<0.05)。LS處理的水分利用效率(WUE)最高，但和LY間無顯著差異；LY略高于PY，PS，但之間無顯著性差異

3 結論與討論

(1) 壟溝耕作條件下覆膜種植具有較好的集水、保墑和增溫效應。覆膜主要對0—40 cm土層含水量影響最大，隨著土層不斷加深，不同處理間土壤含水量差異逐漸變小。另外，在玉米生長前期(苗期—大喇叭口期)，和不覆膜對照比較，液膜和塑膜覆蓋處理對土壤含水量的影響較大。由于前期降水較少，壟溝耕作的集水保墑效果沒有充分的發(fā)揮出來，所以同一種覆膜材料的壟溝耕作和平作間比較差異不明顯。

出苗期，液膜和塑膜覆蓋的日平均溫度均較高，均有利于玉米順利出苗。液膜和塑膜覆蓋均顯著提高了5cm，10 cm深度土層溫度。PS的增溫效果最明顯，其次是LS，LY，然后是PY。壟溝耕作也增加了土壤表層受光面積，也有利于增溫。液態(tài)地膜在使用初期的增溫效果最好，隨著使用時間的延長和土層的加深，它的增溫效果逐漸減弱。

不同覆蓋材料對土壤水溫狀況的影響不同。試驗中普通地膜有效阻止了土壤水分蒸發(fā)，降低了土壤和空氣間的熱通量和熱交換，從而保水保溫效果較好。而噴灑液態(tài)地膜后，雖然在地表能形成一層膜狀物，能促進表層土壤形成良好的結構體，但其受外界條件的影響較大，易于破碎分散，保水保溫效果沒有塑料地膜好。

(2) 壟溝耕作條件下，覆膜種植改善了玉米生長發(fā)育狀況，增加了玉米產量，提高了水分利用效率。在玉米生長前期較為干旱的情況下，壟溝耕作和覆蓋處理不同程度地改善了土壤環(huán)境狀況，促進了玉米的生長。玉米生長前期，和不覆膜對照相比，覆膜處理的玉米株高、莖粗、葉面積指數和地上部分干物質重等方面均有顯著改善；到玉米成熟期，4種覆膜處理的玉米株高間無顯著性差異，但都顯著高于兩對照區(qū)玉米。

壟溝耕作條件下覆膜處理的玉米產量高于兩種平作覆膜處理，并且顯著高于兩不覆膜對照區(qū)。LS高于LY，且二者之間差異顯著，PS，PY間差異不顯著(p<0.05)。LY的產量分別較CK1，CK2提高了29.31%，17.49%；PY產量分別較CK1，CK2提高了20.27%，9.28%。覆膜處理起到了增溫保墑、抑制土面蒸發(fā)作用，而壟溝耕作可集雨增墑，所以壟溝耕作條件下的液膜和塑膜覆蓋的水分利用效率較高。

(3) 試驗中，由于雨水的淋洗和田間作業(yè)的擾動，液態(tài)地膜逐漸破碎且和土壤混合，到噴灑大約65 d以后地表殘存量僅剩很少部分，而塑料地膜隨時間的推移雖有不同程度的破損，但大部分一直覆蓋在地表，所以塑料地膜的保水、增溫、增產效果優(yōu)于液態(tài)地膜。但殘留的塑料地膜若清理不及時、清理不干凈會造成“白色污染”。經有關研究表明[4,13]，液態(tài)地膜的使用是安全可靠的，液態(tài)地膜降解后能促進土壤團聚體形成，改良土壤結構。另外，農田噴施液態(tài)地膜省時省工，不受地形限制，所以可為農田覆蓋栽培注入新的活力。

試驗僅對同一噴施濃度的液態(tài)地膜和普通地膜在不同耕作方式下的應用效果進行了對比研究，雖然應用效果較好，但還需要在下一步的研究中，對在不同降水年型、不同液膜噴施濃度下液態(tài)地膜的應用效果做進一步的研究，以期為半干旱區(qū)農業(yè)覆蓋材料的選用及農業(yè)高產高效種植方式的應用提供科學支撐。

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Effects on Soil Temperature， Moisture and Maize Growth of Liquid Film Mulching in Ridge and Furrow Planting Conditions

DU Yi1, DONG Xiaohui2, ZHANG Yong2, BAI Xiumei3

(1.CollegeofResourceandEnvironment,ShanxiAgricultureUniversity,Taigu,Shanxi
030801,China; 2.ShanxiSoilandWaterConservationInstituteofScience,Taiyuan,Shanxi030013,China; 3.CollgeofForestry,ShanxiAgriculturalUniversity,Taigu,Shanxi030801,China)

[Objective] The objective of the study is to investigate the effect of the liquid film mulching in ridge and furrow planting conditions in order to provide theoretical support for the selection of the high-yield planting pattern in dry land. [Methods] Liquid film and plastic film mulching were applied in field plot conditions compared with no-film mulching planting in different tillage conditions. [Results] Compared to no-film mulching, the covered planting in ridge and furrow planting conditions increased markedly soil moisture in 0 to 40 cm profile, and increased soil temperature in 5 cm, 10 cm profile in the early stage of maize growth, and covered planting promoted the early stage growth of maize, increased the maize yield remarkably and improved the water use efficiency(WUE)(p<0.05). With the extension of covering time, the effects of harvesting water and keeping warm in plastic film mulching and liquid film mulching conditions weakened gradually. In the condition of less precipitation in pre-experiment, the collection of rain of furrow cultivation was not obvious, but warming effect was obvious. [Conclusion] The effects of the liquid film mulching planting were poorer than the plastic film mulching planting, and were superior to the no-film mulching planting in terms of harvesting water, keeping warm and increasing production. Considered the problem of “white pollution” of plastic film mulching planting, the liquid film mulching in furrow and ridge planting conditions is an ideal dry land covering cultivation technique.

ridge and furrow planting; liquid film; soil temperature and moisture; maize yield

2016-05-12

2016-06-13

山西省水利科學技術項目“液態(tài)地膜在旱地作物中的應用與研究”(201427); 山西省水利科學技術項目“旱地環(huán)保型液膜覆蓋和壟溝耕作集成技術研究與示范”(2015STBC3)

杜軼(1978—),女(漢族),山西省古縣人,碩士,講師,主要從事土地資源利用方面的研究。E-mail:sfglrw_0615@163.com。

白秀梅(1970—),女(漢族),山西省保德縣人,碩士,副教授,主要從事水土保持與流域治理研究。E-mail:ghqbxm@126.com。

A

1000-288X(2017)01-0072-06

S318