路海東，薛吉全，郭東偉，郝引川，陳鵬飛

覆黑地膜對(duì)旱作玉米根區(qū)土壤溫濕度和光合特性的影響

路海東，薛吉全※，郭東偉，郝引川，陳鵬飛

（西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院，楊凌 712100）

明確雨養(yǎng)旱地地膜覆蓋春玉米高產(chǎn)與水分高效利用的土壤環(huán)境條件，及其對(duì)玉米光合特性的作用，對(duì)延緩玉米衰老、提高玉米光合能力和促進(jìn)玉米增產(chǎn)具有重要意義。以陜單609為材料，2012和2013年開展黑色地膜覆蓋、白色地膜覆蓋和裸地栽培試驗(yàn)，研究黑色地膜對(duì)玉米根區(qū)土壤水溫環(huán)境、玉米葉片光合特性、產(chǎn)量和水分利用效率的影響。結(jié)果表明，黑色地膜較普通白色地膜和裸地栽培，能顯著改善玉米根區(qū)土壤溫濕條件，提高玉米葉片光合能力。黑色地膜覆蓋下，玉米葉片衰老時(shí)間明顯推遲，衰老速度顯著下降，成熟期葉片葉綠素含量較普通白色地膜提高11.7%（P＜0.05），較裸地提高45.5%（P＜0.05）。與普通白色地膜和裸地栽培相比，黑色地膜覆蓋提高了吐絲后玉米葉片光合速率、蒸騰速率、葉片水分利用效率、PSII電子傳遞速率、量子產(chǎn)量（灌漿期除外）和光化學(xué)猝滅系數(shù)。黑色地膜覆蓋下玉米千粒質(zhì)量、產(chǎn)量和水分利用效率顯著增加，千粒質(zhì)量較普通白色地膜和裸地栽培分別增加5.0%和14.9%（P＜0.05）；產(chǎn)量分別提高10.4%和22.1%（P＜0.05）；水分利用效率分別提高10.4%和25.3%（P＜0.05）。在雨養(yǎng)旱作地區(qū)，玉米采用黑色地膜覆蓋具有延緩后期葉片衰老和促進(jìn)增產(chǎn)的效果。

溫度；光合作用；土壤水分；玉米；黑色地膜；產(chǎn)量

0 引 言

西北雨養(yǎng)旱作區(qū)是中國(guó)重要的春玉米生產(chǎn)基地，由于該區(qū)光熱資源豐富，水分不足，地膜覆蓋作為一種有效的保水保墑技術(shù)，在促進(jìn)該區(qū)玉米增產(chǎn)中發(fā)揮了重要作用[1]。在全球氣候變暖的背景下，受逐漸升高的氣溫、減少的降雨量、降雨分布不均等因素影響[2]，白色地膜覆蓋下玉米后期出現(xiàn)的早衰、減產(chǎn)等負(fù)面效應(yīng)不斷顯現(xiàn)[3]。一些研究表明，地膜玉米出現(xiàn)減產(chǎn)的原因是由于白色地膜覆蓋增加了地溫，使得玉米生育期提前，導(dǎo)致玉米在抽雄前后遭遇了重伏旱[4]；在長(zhǎng)期連續(xù)的白色地膜覆蓋下，作物生長(zhǎng)前期土壤水分和養(yǎng)分耗竭嚴(yán)重，后期會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的脫水、脫肥和早衰現(xiàn)象，致使作物減產(chǎn)[5-7]。Bu等[8]研究認(rèn)為，普通白色地膜增溫縮短了玉米生育進(jìn)程，造成玉米提早成熟和早衰、產(chǎn)量下降，在玉米吐絲后揭膜可以降低后期土壤溫度、延緩玉米衰老。普通白色地膜覆蓋所引起的土壤溫度過高和玉米生育后期土壤養(yǎng)分不足已成為旱地玉米后期衰老的主要因素。因此，降低白色地膜覆蓋下玉米根區(qū)的土壤溫度，探索最佳覆蓋技術(shù)，對(duì)延緩雨養(yǎng)旱地玉米衰老，保障該區(qū)玉米高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)意義重大。

有色地膜對(duì)太陽光譜中不同波長(zhǎng)具有不同的透射、反射與吸收作用，因而具有不同的光熱效應(yīng)[9]。大量研究表明，黑色地膜由于光的通透率低，使得輻射熱透過減少，可以較普通白色透明地膜明顯降低土壤地溫[10]和土壤營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的礦化速率[11]，促進(jìn)作物根系生長(zhǎng)[12]，提高作物產(chǎn)量[10-12]。但是，目前有關(guān)黑色地膜在雨養(yǎng)旱地玉米生產(chǎn)中的應(yīng)用研究較少。

光合作用是作物生長(zhǎng)發(fā)育與物質(zhì)形成的基礎(chǔ)[13]，土壤水分和溫度是影響光合作用的關(guān)鍵因素[14-15]。溫度過高或過低均會(huì)造成玉米光合能力下降，產(chǎn)量減少。路海東等[16]研究發(fā)現(xiàn)，在雨養(yǎng)旱作地區(qū)，黑色地膜覆蓋下春玉米0～15 cm土壤的日平均地溫較普通白色地膜覆蓋的降低0.8 ℃。黑色地膜覆蓋下玉米產(chǎn)量顯著高于普通白色地膜[16-17]。但是，黑色地膜覆蓋下的玉米光合物質(zhì)生產(chǎn)機(jī)理尚不清楚，關(guān)于黑色地膜覆蓋下玉米光合生理特性方面的研究還未見報(bào)道。因此，本文針對(duì)西北雨養(yǎng)旱地玉米覆蓋普通白色地膜后出現(xiàn)的“早衰”現(xiàn)象，從降低普通白色透明地膜的土壤溫度角度出發(fā)，采用黑色地膜，開展其覆蓋后土壤水溫及玉米光合生理特性研究，以期為明確黑色地膜覆蓋下玉米的增產(chǎn)機(jī)理提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

2012和2013年（4—9月）在西北農(nóng)林科技大學(xué)旱地玉米試驗(yàn)站開展田間試驗(yàn)，該試驗(yàn)站位于陜西省長(zhǎng)武縣，地處107°38′E、34°59′N，海拔高度1 220 m，年平均溫度和降雨量分別為9.1 ℃和580 mm，全年無霜期171 d，雨養(yǎng)旱作。土壤為黑壚土，質(zhì)地為黏土，試驗(yàn)地播前耕層土壤有機(jī)質(zhì)為11.56 g/kg、速效氮、速效磷、速效鉀分別為46.66、16.94、122.35 mg/kg。研究區(qū)試驗(yàn)地2 a的氣溫和降雨量如圖1所示，降雨主要分布于7、8、9月。

圖1 研究區(qū)試驗(yàn)期間降雨量和氣溫Fig.1 Rainfall and air temperature during experiment in study area

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及過程

試驗(yàn)以當(dāng)?shù)刂髟源河衩祝╖ea mays L.）品種陜單609為研究材料，設(shè)黑色地膜覆蓋（black plastic film mulching，BFM），普通白色地膜覆蓋（white plastic film mulching，WFM）和裸地（bare land，BL）3個(gè)處理，采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每處理4次重復(fù)。地膜采用普通聚乙烯（polyethylene）地膜，規(guī)格均為寬70 cm，厚0.008 mm（顏色分為黑色和白色透明2種）。玉米種植密度為60 000株/hm2，采用機(jī)械覆膜、人工點(diǎn)播的方式播種，小區(qū)種植6行，行長(zhǎng)6 m，行距60 cm，小區(qū)面積18m2。2012年和2013年播種時(shí)間分別為4月20日和4月21日，收獲日期分別為9月25日和9月28日。試驗(yàn)田施肥量為純氮255 kg/hm2，純磷120 kg/hm2。磷肥和40%氮肥播種前結(jié)合整地一次性施入，60%氮肥作為追肥于玉米拔節(jié)后追施，其他種植與管理方式同當(dāng)?shù)仄胀ù筇?。玉米整個(gè)生育期不進(jìn)行灌溉。記載玉米播種至成熟的田間降雨量。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 土壤地溫

在玉米生育期V6、VT、R3和R6，用WQG-16型曲管地溫計(jì)（河北省衡水測(cè)溫儀表廠，誤差±0.5 ℃）測(cè)定各處理小區(qū)0～15 cm耕層土壤的溫度變化，每小區(qū)選取中間覆膜行帶（裸地為中間行），地溫計(jì)3支1組插入土壤中，插入深度為5、10、15 cm，測(cè)定時(shí)間為8:00—18:00，觀測(cè)頻率為每2 h 1次。為了保證測(cè)定時(shí)間的統(tǒng)一，各處理玉米生育期的確定均以黑色地膜覆蓋處理為準(zhǔn)。2012年分別從6月6日、7月6日、7月22日、8月20日和9月24日開始進(jìn)入玉米拔節(jié)期（V6）、大喇叭口期（V12）、吐絲期（VT）、灌漿期（R3）和成熟期（R6）；2013年分別從6月8日、7月8日、7月24日、8月25日和9月26日開始進(jìn)入生育期V6、V12、VT、R3和R6。

1.3.2 葉片光合速率及葉綠素?zé)晒鈪?shù)

選取各處理生育進(jìn)程一致、照光均勻的5株健康植株，分別于生育期V12、VT、R3和R6 10:00—12:00用Li-6400 型植物光合測(cè)定儀（Li-Cor，USA）測(cè)定玉米葉片的光合速率(Pn，μmol/(m2·s)，以CO2計(jì)，下同)、蒸騰速率(Tr，mmol/(m2·s))和葉片水分利用效率(water use efficiency of leaf，WUEL，μmol/mmol)，測(cè)定時(shí)采用人工光源，設(shè)定光強(qiáng)為1 500 μmol/(m2·s)，每次各處理重復(fù)測(cè)3次。

于玉米大喇叭口期、吐絲期、灌漿期和成熟期分別進(jìn)行葉綠素?zé)晒鈪?shù)測(cè)定，測(cè)定時(shí)間9:00—12:00。用PAM-2100葉綠素?zé)晒鈨x(WALZ，Germany)，測(cè)定暗適應(yīng)下的初始熒光（Fo）、最大熒光（Fm）和光適應(yīng)下的最大熒光（F′m）、最小熒光（F′o）、穩(wěn)態(tài)熒光（Fs）等參數(shù)，F(xiàn)o和Fm測(cè)定前，先暗適應(yīng)30 min，然后以葉脈為軸的對(duì)稱點(diǎn)測(cè)量葉綠素?zé)晒鈪?shù)。光適應(yīng)下熒光參數(shù)測(cè)定光強(qiáng)（PAR）設(shè)置為600 μmol/(m2·s)，每個(gè)處理重復(fù)測(cè)3次。參照 Demmig-Adams等[18]的方法，計(jì)算實(shí)際量子產(chǎn)量、電子傳遞速率和光化學(xué)猝滅系數(shù)。實(shí)際量子產(chǎn)量（ΦPSII）為（F′m-Fs）與F′m的比值，電子傳遞速率ETR= 0.5·0.84·PAR·ΦPSII，光化學(xué)猝滅系數(shù)（qp）為（F′m-Fs）與（F′m-F′o）的比值。

1.3.3 葉片衰老變化特征

于玉米吐絲期從各處理小區(qū)選取生育進(jìn)程一致、生長(zhǎng)均勻的代表性植株10株，定點(diǎn)標(biāo)記。從玉米吐絲起，每隔10 d測(cè)定1次單株綠葉面積，葉面積按照長(zhǎng)寬系數(shù)法計(jì)算（葉長(zhǎng)×葉寬×0.75）。葉片衰老變化過程用曲線方程y =aeb?cx/(1+eb?cx)描述[19]，y為某時(shí)的相對(duì)綠葉面積(RGLA，%)，x為吐絲后的天數(shù)，參數(shù)a為玉米吐絲期相對(duì)綠葉面積的理論初始值。參數(shù)b和c分別與葉片衰老啟動(dòng)和速度有關(guān)。成熟期相對(duì)綠葉面積RGLAM為成熟期與吐絲期綠葉面積的比值，%；最大綠葉衰減速率出現(xiàn)時(shí)間Tmax為b/c；相對(duì)綠葉面積最大衰減速率Vmax為c/4[20]。用Arnon法測(cè)定玉米生理成熟期葉綠素含量[21]，用UV-160A 分光光度計(jì)（日本島津公司）比色。

1.3.4 土壤含水率

于玉米播種前、拔節(jié)期、吐絲期、吐絲后25 d和收獲后，用土鉆采集各小區(qū)0～200 cm土壤樣品（每20 cm取1個(gè)樣），用烘干法[22]測(cè)定土壤含水率。

1.3.5 玉米生育期耗水量及玉米水分利用效率

根據(jù)農(nóng)田水量平衡原理，玉米生育期的耗水量為生育期降水量+生育期灌水量+作物利用地下水量+播種前土壤貯水量-收獲時(shí)土壤貯水量，mm。由于試驗(yàn)地?zé)o灌溉條件且地下水埋較深，因此生育期灌水量、作物利用地下水量均忽略不計(jì)。

玉米水分利用效率（water use efficiency，WUE）為單位面積玉米產(chǎn)量與生育期耗水量的比值，g/mm。

1.3.6 產(chǎn)量

成熟期調(diào)查每處理小區(qū)的實(shí)有株數(shù)、空桿率和雙穗率，收獲時(shí)收取每處理小區(qū)的全部果穗稱質(zhì)量。室內(nèi)考種依據(jù)單穗平均果穗質(zhì)量選取20個(gè)代表性穗進(jìn)行，記錄穗行數(shù)、千粒質(zhì)量、行粒數(shù)等性狀指標(biāo)。同時(shí)根據(jù)20穗粒質(zhì)量計(jì)算小區(qū)標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)量（籽粒含水率14%）。

1.4 數(shù)據(jù)分析

利用Excel2007和Sigmaplot 10.0進(jìn)行作圖，采用DPS 15.10統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，用最小顯著差別法（least significant difference，LSD）進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理下土壤溫度和水分狀況

2.1.1 土壤溫度變化

2012年和2013年玉米生育期土壤日溫度隨著玉米生長(zhǎng)發(fā)育變化總體呈降低趨勢(shì)，拔節(jié)期溫度最高，成熟期溫度最低（表1）。不同顏色地膜的增溫效果明顯不同，白色地膜的土壤日溫度最高，黑色地膜較裸地具有一定的增溫效果，但明顯低于普通白色地膜，尤其是日最高溫度差異顯著（P＜0.05）。2012年黑色地膜在拔節(jié)期、灌漿期和成熟期的土壤日最高溫度分別較白色地膜降低2.3、1.2和1.6 ℃（P＜0.05），2013年分別降低1.8、0.8和1.0 ℃（P＜0.05）。土壤日最低溫度不同顏色地膜間沒有明顯差異，但二者大部分時(shí)期高于裸地。

表1 不同處理下0～15 cm地溫Table1 Soil temperature in 0-15 cm depth in different treatments

2.1.2 土壤貯水量變化

隨著土層深度增加，土壤貯水量總體呈增加趨勢(shì)（圖2）。不同處理間比較，在140 cm及其土層以下，各處理間差異不顯著（P＞0.05）；在0～140 cm之間，覆膜處理土壤貯水量顯著高于裸地處理（P＜0.05）；不同顏色地膜處理間沒有顯著差異（P＞0.05）。

圖2 不同處理0～200 cm土壤貯水量變化Fig.2 Change in soil water storage of 0-200 cm depth in different treatments

2.2 不同處理下玉米葉片光合速率、蒸騰速率和葉片水分利用效率變化

2012年和2013年玉米不同生育期的葉片Pn、Tr和WUEL呈低-高-低的變化（圖3），吐絲期最高，吐絲后隨著植株衰老逐漸降低。不同處理比較，覆膜處理顯著高于裸地處理（P＜0.05）。不同顏色地膜比較，在玉米吐絲期及以前，沒有顯著差異，但在玉米灌漿期和成熟期，黑色地膜覆蓋處理顯著高于普通白色地膜覆蓋處理（P＜0.05）。可見，地膜覆蓋較裸地能夠顯著提高玉米葉片的光合性能，而黑色地膜的效果更佳，尤其是在玉米吐絲后期，黑色地膜處理的Pn、Tr和WUEL顯著高于普通白色地膜。2.3 不同處理下葉綠素?zé)晒馓卣?/p>

圖3 不同處理玉米葉片光合速率、蒸騰速率和葉片水分利用率變化Fig.3 Changes in net photosynthetic rate, transpiration rate and water use efficiency of leaf of maize in different treatments

從2012年和2013年玉米葉片的葉綠素?zé)晒馓卣鲄?shù)平均數(shù)據(jù)（圖4）來看，不同處理葉片熒光參數(shù)ETR、ΦPSII和qp均隨玉米生育進(jìn)程推進(jìn)呈先增后降的趨勢(shì)。同一生育期，覆膜處理的玉米葉片ETR、ΦPSII和qp均顯著高于裸地栽培（P＜0.05）。不同顏色地膜比較，在玉米灌漿期和成熟期，黑色地膜覆蓋處理顯著高于白色地膜處理（P＜0.05）?？梢姡啬じ采w栽培能夠較裸地栽培顯著提高玉米葉片的光能利用與轉(zhuǎn)化效率，而黑色地膜覆蓋栽培的作用效果則明顯優(yōu)于普通白色地膜覆蓋栽培，尤其是玉米吐絲以后的葉片光能利用與轉(zhuǎn)化效率顯著增加（P＜0.05）。

圖4 不同處理玉米葉片電子傳遞速率、量子產(chǎn)額和光化學(xué)猝滅系數(shù)變化Fig.4 Changes of electron transport rate, quantum yield and photochemical quenching coefficient of photo-systemⅡof maize leaves under different treatments

2.4 不同處理下葉片衰老特征

不同覆蓋栽培下玉米吐絲后的RGLA衰減呈慢-快-慢的變化趨勢(shì)（圖5），黑色地膜覆蓋、白色地膜覆蓋和裸地處理的平均衰減速率分別為1.11%、1.16%和2.18%，裸地栽培葉片衰老最快，其次為白色地膜，黑色地膜覆蓋玉米葉片衰老最慢。從表2中曲線方程擬合得出的成熟期相對(duì)綠葉面積和最大綠葉衰減速率出現(xiàn)時(shí)間來看，黑色地膜處理成熟期的相對(duì)綠葉面積顯著高于普通白色地膜和裸地（P＜0.05），且出現(xiàn)最大葉片衰老的時(shí)間顯著遲于普通白色地膜和裸地（P＜0.05）。成熟期葉片葉綠素含量黑色地膜處理顯著高于白色地膜處理和裸地處理（P＜0.05），2 a平均較白色地膜處理提高11.7%，較裸地平均提高45.5%。

2.5 不同處理對(duì)玉米產(chǎn)量與水分利用效率的影響

由表3可知，黑色地膜覆蓋和白色地膜覆蓋的耗水量顯著低于裸地栽培（P＜0.05），2 a黑色地膜處理產(chǎn)量較白色地膜和裸地分別增加10.4%和22.1%（P＜0.05），水分利用效率分別提高10.4%和25.3%（P＜0.05）。不同處理玉米產(chǎn)量構(gòu)成表明，穗粒數(shù)差異不顯著，千粒質(zhì)量差異顯著（P＜0.05），黑色地膜覆蓋處理2012年和2013年的玉米千粒質(zhì)量均顯著高于普通白膜覆蓋和裸地處理（P＜0.05），平均較普通白色地膜和裸地分別提高5.0%和14.9%。

圖5 不同處理玉米吐絲后相對(duì)綠葉面積（RGLA）動(dòng)態(tài)變化Fig.5 Dynamic changes of relative green leaf area of maize after silking in different treatments

表2 不同處理玉米吐絲后葉片衰老性狀參數(shù)Table2 Leaf senescence traits parameters of maize after silking in different treatments

表3 不同處理玉米產(chǎn)量構(gòu)成及水分利用效率Table3 Yield component and water use efficiency of maize in different treatments

3 討 論

在雨養(yǎng)旱作地區(qū)，地膜覆蓋跟裸地相比，能有效提高玉米生育期土壤蓄水保水能力[1]，增加土壤溫度[4]。良好的土壤水分環(huán)境是保證玉米高產(chǎn)的必要條件，水分虧缺或土壤溫度過高均容易造成玉米后期早衰和減產(chǎn)[5-8]。普通白色地膜覆蓋雖然較裸地栽培顯著提高了玉米整個(gè)生育期0～140 cm土層土壤的貯水能力，但是其覆蓋增溫對(duì)玉米生長(zhǎng)產(chǎn)生的負(fù)面作用[4-7]仍需重視。本研究通過采用黑色地膜覆蓋栽培發(fā)現(xiàn)，黑色地膜除了具有與普通白色地膜同樣的蓄水保墑作用外，還能夠較普通白色地膜顯著降低玉米生育期的土壤日最高地溫（P＜0.05）。從而有效避免了季節(jié)性干旱和土壤白天溫度過度升高對(duì)玉米生長(zhǎng)產(chǎn)生的脅迫作用，顯著改善了玉米生長(zhǎng)的土壤溫濕環(huán)境。

溫度是影響玉米生長(zhǎng)發(fā)育的主要環(huán)境因素之一，土壤溫度變化1 ℃就會(huì)對(duì)植物生長(zhǎng)產(chǎn)生明顯的影響[22]。土壤溫度過高易造成植物根系組織加速成熟，根系超氧化歧化酶活性大幅下降，根系衰老加快，進(jìn)而影響作物的地上部生長(zhǎng)和葉片光合作用。Vara等[23]對(duì)花生的研究發(fā)現(xiàn)，較高的土壤溫度顯著降低了花生花后干物質(zhì)生產(chǎn)量，花生果粒質(zhì)量下降。本研究發(fā)現(xiàn)，采用黑色地膜覆蓋，玉米0～15 cm土壤日最高溫度可較普通白色地膜最大下降2.3 ℃，玉米吐絲后葉片的Pn、Tr和WUEL顯著增加。這可能正是由于土壤溫度變化后所引起的玉米植株生長(zhǎng)變化所致。土壤水分和溫度是影響作物光合作用的重要因素[14-15]，而葉綠素?zé)晒鈪?shù)可以反映水分與溫度脅迫對(duì)光合作用的影響程度及光合機(jī)構(gòu)受影響的部位[24]。ETR、ΦPSⅡ和qp可作為是否發(fā)生長(zhǎng)期光抑制的指標(biāo)，不良的環(huán)境脅迫可使ETR、ΦPSⅡ和qp下降，抑制光合作用的原初反應(yīng)，光合電子傳遞受阻，造成PSII活性中心受到損傷[25]。本研究結(jié)果表明，覆膜處理下玉米葉片ETR、ΦPSⅡ和qP均顯著高于裸地栽培（P＜0.05），黑色地膜明顯高于普通白色地膜，尤其是吐絲以后，差異達(dá)到顯著水平（P＜0.05）。說明在雨養(yǎng)旱作地區(qū)，由于水分是影響作物生長(zhǎng)的主要因素，覆膜栽培通過減少蒸發(fā)，有效保持土壤水分，從而降低干旱脅迫對(duì)葉片PSII活性中心的損傷，提高玉米葉片光合能力。在水分條件相同情況下，黑色地膜通過有效降溫作用，可以進(jìn)一步優(yōu)化玉米根系土壤環(huán)境，增強(qiáng)玉米抗旱能力，降低干旱脅迫對(duì)玉米葉片光合原初反映的抑制，提高玉米生育后期葉片的光捕獲能力和光化學(xué)效率。

葉片的光合能力與葉片的衰老程度密切相關(guān)，延緩玉米葉片衰老是提高葉片光合能力的重要手段。Kante等[26-27]研究表明，在玉米生育后期，隨著深層土壤容重的增加，葉片衰老速度加快，Pn下降。李世清等[5,8]研究認(rèn)為，普通白色地膜增溫作用易導(dǎo)致玉米后期土壤養(yǎng)分不足和生育進(jìn)程縮短，造成玉米早衰和產(chǎn)量下降。本研究結(jié)果表明，黑色地膜較普通白色地膜和裸地栽培可以明顯延緩玉米吐絲后的葉片衰老速度，顯著提高成熟期葉片葉綠素含量（P＜0.05），從而保證了玉米生育后期較高的光合能力。Kante等[26]研究認(rèn)為，植物地上部葉片的衰老與地下部根系生長(zhǎng)密切相關(guān)。黑色地膜覆蓋栽培玉米葉片衰老延緩的主要原因可能正是由于地下部根區(qū)土壤溫度環(huán)境改變后，所引起的土壤理化性狀與玉米根系生長(zhǎng)變化所致。關(guān)于土壤溫度改變后土壤呼吸、酶活性及養(yǎng)分變化規(guī)律與玉米根系生長(zhǎng)及內(nèi)源激素調(diào)控等的內(nèi)在機(jī)理還不清楚，仍需進(jìn)一步深入研究。

在雨養(yǎng)旱作地區(qū)，降雨是影響玉米產(chǎn)量的主要因素。從2012年和2013年的產(chǎn)量分析結(jié)果來看，2013年的產(chǎn)量明顯高于2012年。從產(chǎn)量構(gòu)成來看，造成2013年產(chǎn)量增加的主要原因是穗粒數(shù)和有效穗數(shù)增加（表3）。對(duì)比不同年份氣象資料發(fā)現(xiàn)，2013年玉米播種期墑情較好，玉米播種后出苗相對(duì)整齊，群體整齊度高，田間有效穗數(shù)增加，同時(shí)，2013年7月份降雨較多（圖1），這時(shí)玉米正處于大喇叭口期，是水分需求的敏感期，也許正是由于充足的水分保證了雌、雄穗分化和發(fā)育，提高了授粉受精率，從而保證了較高的穗粒數(shù)形成。所以，在雨養(yǎng)旱地玉米栽培中，保證玉米最大需水期與降雨相吻合對(duì)提高玉米水分利用效率，促進(jìn)玉米增產(chǎn)具有積極作用[27]。優(yōu)化的栽培措施是提高玉米產(chǎn)量的重要技術(shù)手段，本研究結(jié)果表明，覆蓋栽培較裸地栽培顯著增產(chǎn)（P＜0.05），這與前人研究結(jié)果一致[1,9-10]。不同顏色地膜比較，黑色地膜較普通白色地膜增產(chǎn)10.40%，水分利用效率提高10.4%。從產(chǎn)量構(gòu)成因素來看，黑色地膜栽培下玉米產(chǎn)量的提高主要得益于千粒質(zhì)量的顯著增加（P＜0.05）。研究表明[28-29]，玉米千粒質(zhì)量的形成與籽粒灌漿期光合同化物的積累密切相關(guān)，維持較高的葉片綠葉面積和光合能力是生產(chǎn)同化物的基礎(chǔ)。千粒質(zhì)量的增加也進(jìn)一步反推驗(yàn)證了黑色地膜覆蓋栽培下，玉米灌漿期葉片衰老延緩，葉綠素含量增加，葉片光合速率和光化學(xué)效率提高的研究結(jié)論?？梢姡谟牮B(yǎng)旱作地區(qū)，玉米采用黑色地膜覆蓋栽培可有效延緩后期植株衰老，進(jìn)一步促進(jìn)籽粒灌漿，實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)、增效。

4 結(jié) 論

在雨養(yǎng)旱作地區(qū)，黑色地膜覆蓋較普通白色地膜覆蓋和裸地栽培能顯著改善玉米根區(qū)土壤的水溫條件，延緩玉米葉片衰老，提高葉片光合速率、蒸騰速率、水分利用效率、PSII電子傳遞速率、量子產(chǎn)量（灌漿期除外）和光化學(xué)猝滅系數(shù)。黑色地膜覆蓋栽培玉米的千粒質(zhì)量顯著提高，產(chǎn)量較普通白色地膜增產(chǎn)10.4%，較裸地栽培增產(chǎn)22.1%；水分利用效率較普通白色地膜提高10.4%，較裸地提高25.3%。

地膜覆蓋對(duì)玉米生產(chǎn)的環(huán)境的改變主要表現(xiàn)在對(duì)土壤水分、溫度、呼吸及土壤結(jié)構(gòu)等方面，黑色地膜覆蓋與普通白色地膜比較，主要表現(xiàn)為對(duì)土壤溫度影響的差異。土壤溫度差異必將引起土壤養(yǎng)分、土壤微生物和土壤呼吸等理化性狀的改變，進(jìn)而影響玉米根系生長(zhǎng)及內(nèi)部激素變化，這些可能是最終造成玉米地上部生長(zhǎng)和光合特性改變的根本原因，關(guān)于黑色地膜覆蓋下土壤理化性狀和玉米根系生長(zhǎng)變化機(jī)理還有待進(jìn)一步研究和解析。

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Effects of black plastic film mulching on soil temperature and humidity in root zone and photosynthetic characteristics of rainfed maize

Lu Haidong, Xue Jiquan※, Guo Dongwei, Hao Yinchuan, Chen Pengfei
(College of Agronomy, Northwest A&F University, Yangling 712100, China)

Improving soil environmental conditions may help maximize crop productivity while delaying the senescence of maize. Plastic film mulching has been used for soil moisture conservation, and it is now becoming a well-evolved high yield technique for agriculture in rainfed dry land. This study included 3 treatments: black plastic film mulching (BFM), white plastic film mulching (WFM), and bare land without plastic film mulching (BL). The aims of this study were to investigate the changes of soil temperature and water content under different treatments in a dry and semiarid area, and the effects of black plastic film mulching on yield, yield components and leaf photosynthetic characteristics of maize (Zea mays L.). Maize (Shandan 609) was planted in 2012 and 2013 at the dryland maize experimental field of the Northwest A&F University, in the northwestern China (34o59′ N, 107o38′ E). Soil temperature at 5, 10 and 15 cm depth was measured and soil moisture at 0-200 cm was determined for water storage calculation based on water balance equation. In addition, measurements also included net photosynthetic rate, transpiration rate, water use efficiency of leaf, electron transport rate, quantum yield, photochemical quenching coefficient of photo-system II, relative green leaf area at maturity, cholorophyll content at maturity, mean and maximum senescence rate. The results showed that the daily soil temperature was the highest for the WFM among the 3 treatments. The BFM also could increase soil temperature but the effect was lower than the WFM. The maximum daily soil temperature of the BFM was 2.3, 1.2 and 1.6 ℃ lower than that of the WFM in 2012 and 1.8, 0.8 and 1.0 ℃ in 2013, respectively (P＜0.05). The minimum daily soil temperature was not significantly different between the mulching treatments (P＞0.05). In 0-140 cm, the water storage was not significantly different between the mulching treatments (P＞0.05), both significantly higher than the BL (P＜0.05). The mulching treatments could increase the photosynthetic characteristics and the effect was the best in the BFM, especially after the silking stage. Leaf senescence of maize after the silking stage in the WFM and BL treatment appeared earlier than the BFM. The occurrence time of leaf senescence of BFM was delayed, and its leaf senescence rate after the silking stage was significantly lower than BL. The chlorophyll content of leaf at maturity in the BFM was significantly 11.7% and 45.5% higher than the WFM and BL, respectively. The photosynthetic ability of maize in black plastic film mulching treatment was high. The water consumption of the BFM and WFM was significantly lower than the BL. The water use efficiency of the former was significantly higher than the latter. Among the treatments, the yield was the highest in the BFM (P＜0.05). The yield of maize in the black plastic film mulching treatment was increased by 10.4% and 22.1% than white plastic film mulching treatment and bare land treatment, respectively. Therefore, black plastic film mulching could delay leaf senescence of maize after the silking stage and increase yield in rainfed farming area.

temperature; photosynthesis; soil moisture; maize; black plastic film; yield

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.05.019

S513；S152.7；Q945.11

A

1002-6819(2017)-05-0129-07

路海東，薛吉全，郭東偉，郝引川，陳鵬飛. 覆黑地膜對(duì)旱作玉米根區(qū)土壤溫濕度和光合特性的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2017，33(5)：129－135.

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.05.019 http://www.tcsae.org

Lu Haidong, Xue Jiquan, Guo Dongwei, Hao Yinchuan, Chen Pengfei. Effects of black plastic film mulching on soil temperature and humidity in root zone and photosynthetic characteristics of rainfed maize[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(5): 129－135. (in Chinese with English abstract)

doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.05.019 http://www.tcsae.org

2016-07-18

2016-11-17

國(guó)家公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項(xiàng)（201203031-07）；陜西省科技攻關(guān)項(xiàng)目（2013K01-11）

路海東，男，陜西楊凌人，副研究員，博士，主要從事玉米栽培技術(shù)及生理生態(tài)研究。楊凌 西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院，712100。

Emai：lhd2042@163.com

※通信作者：薛吉全，男，陜西武功人，教授，主要從事玉米育種及栽培技術(shù)研究。楊凌 西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院，712100。Emai：xjq2934@163.com