不同覆膜和滴灌方式對玉米生長環境與生長動態的影響

何富博，呂國梁

(1.黑龍江農墾現代農業工程設計有限公司，哈爾濱150090;2.黑龍江農墾綏化管理局水務局，黑龍江綏化152054)

玉米生產中，環境條件不同，玉米生長狀況不一，就其原因，都是空間因子和土壤因子共同作用的結果。(空間因子包括光照、CO2和氣溫，土壤因子包括礦物質營養、水分、通氣和地溫)而不同的種植條件下作物生長的環境也有一定的差別。

滴灌作為一種節水技術已廣泛應用于農業生產，它能夠適時、適量地提供作物生長所需要的水和養分，為作物生長創造良好的水、肥、氣、熱環境，達到降低成本、提高產量、改善品質的目的。地膜覆蓋是干旱半干旱地區大力推廣的一種農田覆蓋技術。地膜通過其透射率直接影響覆蓋層下土壤表面對熱量的攝取及轉換，同時具有保墑、增溫功能。行間覆膜技術是隔行覆膜于壟臺，并將種子精播于壟溝的耕作方式，此種方法可將降水集中到壟溝，最大限度的提高土壤含水率，并對于前期土壤增溫也有很好的效果;壟向區田技術是坡耕地保水的一項重要措施，對于順壟坡，通過沿壟向修筑土擋，最大限度的攔蓄徑流，增加土壤含水量，以達到保水、保土、保肥的作用［1］。土壤溫度是作物生長環境因子優劣的重要綜合表征指標，而作物的葉面發育狀況是衡量作物長勢的重要指標。王喜慶等的研究結果表明，旱地玉米地膜覆蓋土壤貯水量增加，而且深層貯水向表層富集，加快了水分在土壤—植物—大氣見的轉運，有效的改善了玉米生長環境;劉建國、呂新等(2005)通過田間試驗研究了膜下滴灌對棉田生態環境狀況及棉花生長發育形成的影響。研究表明，膜下滴灌與常規灌溉相比，覆膜滴灌改變了棉花田間水分環境，為棉花的生長創造了良好的水、肥、氣、熱條件，有利于棉花生長發育;同時可以減少地面蒸發，減少灌溉水的深層滲漏，保持土壤肥力，提高水分利用率，增加作物產量，具有良好的經濟、生態和社會效益。大量研究都是基于覆膜和不覆膜對作物生長環境的研究，但對不同覆膜和滴灌方式對作物生長環境的研究較少。而本文基于以上研究，通過對不同覆膜和滴灌方式條件下玉米各生育期的葉面積指數等生理指標、土壤溫度及土壤含水率等環境因子的對比，探討哪種覆膜和滴灌方式引起的環境因子變化更有利于玉米生長，以便在干旱半干旱地區大面積推廣。

1 材料與方法

1.1 項目區概況

試驗區選在黑龍江省杜蒙縣一心鄉，該區位于黑龍江省西南部，地處松嫩平原腹地，平均海拔152 m。地處中緯度，屬溫帶大陸性季風氣候。氣候基本特點:冬長雪少，天氣寒冷;夏短濕熱，降水集中;春季風大，氣候干燥;秋涼氣爽，時有早霜。年平均氣溫3.6℃ ～4.4℃，南北相差1℃。1月份最冷，平均氣溫－19.5℃，7月份最熱，平均氣溫23.4℃。月平均氣溫穩定在0℃以上的日數210 d。平均≥10℃的日數148 d。2 601℃～2 750℃的積溫保證率在91%以上，是黑龍江省積溫較高的縣份之一。試驗區內土壤以風沙土為主，地形坡度5°～6°。

1.2 供試品種

供試玉米作物品種為先玉335。

2 試驗條件與方法

2.1 試驗設計

在滴灌條件下采用不同的覆膜方式與壟向區田技術有機結合，分別為“大壟雙行覆膜+壟向區田”和“行間覆膜+壟向區田”，設置了2個試驗處理，3次重復，共6個試驗小區。其中每小區長均為20 m，寬5.2 m，面積約為104 m2。

對于大壟雙行覆膜與壟向區田組合處理，覆膜、播種與壟向區田筑擋同期同期;對于行間覆膜與壟向區田組合處理，覆膜與播種同期，壟向區田筑擋時期為雨季來臨之前結合最后一次中耕進行。

2.2 測試項目

按照播種、苗期、拔節、抽穗、灌漿、乳熟、收獲期6個生育期進行玉米生育生育指標觀測，并對土壤地溫及0～10、10～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm共計6個土層土壤含水量的測定。

3 結果與分析

3.1 不同覆膜方式對土壤溫度的影響

大壟雙行及行面覆膜處理對地溫變化的影響見圖1，圖2。

圖1 大壟雙行覆膜處理地溫變化

圖2 行間覆膜處理地溫變化Fig.2 Ground temperature of different treatments

3.1.1 地溫隨深度的變化

由于熱傳導效應，地溫會隨著土壤深度的加深而有所下降，兩種處理都具有相同的特征。土壤淺層溫度變化急劇且隨著土層深度的增加變化趨于平緩，以15 cm為分界線。早上8:00溫度較低，因此兩種處理的地溫隨深度變化不大;溫度較高的下午14:00，各層土地溫變化不一，5～15 cm變化較大，但由于覆膜的作用，可以較少地溫進一步升高。溫度較低的晚上20:00，由于覆膜的作用，減緩了表層土壤溫度快速下降，大體高于8:00時段的溫度。因此，8:00地溫代表1 d內的表土最低溫度，14:00地溫可代表1 d內表土最高溫度，而20:00地溫可代表1 d內表土處于迅速降溫階段的特征地溫。

3.1.2 全生育期內不同處理對地溫影響是不同的

由于地溫變化隨深度增加而有所下降，大致以15cm為界限，所以取土層分別是5 cm、10 cm的土層作為代表。行間覆膜在拔節期之前在8:00、14:00、20:00共3個時段與大壟覆膜都顯現出相同的特征，有效的保持了土壤溫度平緩變化;拔節期后，行間覆膜處理揭膜。

8:00時段的行間覆膜處理5 cm土層的溫度明顯低于大壟覆膜，地膜的覆蓋有效的提高了表層土壤的溫度。

14:00時段的行間覆膜處理5 cm土層的溫度高于大壟覆膜，行間覆膜處理由于揭膜使得土壤直接吸收輻射的熱量而其散熱則較吸熱小，而表層地溫明顯高于大壟雙行覆膜處理。

20:00時段的行間覆膜處理5 cm的土層的溫度略低于大壟覆膜，夜間土壤散失的熱量大于吸收的熱量，而覆膜又有效的減緩了土壤溫度的降低。

3.2 不同覆膜方式對土壤水分含量的影響

不同覆膜方式對土壤水分含量的影響見圖3、圖4。

圖3 全生育期0～100 cm儲水量Fig.3 Water storage of 0～100cm in the whole growing stage

圖4 生育期降水量Fig.4 Rainfall in whole growing stage

土壤水分狀況是作物生長的關鍵因素，對作物的生長發育和產量具有決定性做作用。大量研究［1－9］表明，地膜覆蓋阻礙了土壤與大氣之間的水分和能量交換，不僅有效地抑制了土壤水分蒸發，而且還具有提高降水保蓄率等優點。

不同覆膜方式0～100 cm土層土壤儲水量動態變化見圖3、圖4，2009年降雨量分布如圖5。可以看出:伴隨著降雨和蒸發的過程，不同處理土壤儲水量總體上處于上升趨勢，土壤儲水量的動態變化與降雨量的動態變化具有良好的一致性。為了分析方便，將整個觀測期按照壟向區田筑擋的大致時間分為了2個階段:播種—拔節期、拔節期到收獲。由圖3、圖4可以看出，在拔節期之前，大壟雙行覆膜處理的土壤儲水量高于行間覆膜處理，這是由于大壟雙行覆膜處理在播種的同時筑擋了壟向區田，在此拔節期之前的期間的降雨量很好的被壟向區田攔蓄。在拔節期之后，行間覆膜處理在適當的時候揭膜和筑擋壟向區田，而這個時段的土壤儲水量與大壟行間覆膜處理相差不多，這說明了壟向區田有效地起到了減少徑流，含蓄水分，提高土壤深層含水量，以便為后期的作物生長提供必要的水分儲備的作用。

圖5所示，將整個生育期以中耕為分界線，分成兩部分進行分析:中耕前，行間覆膜處邊坡上、中、下的含水量表現為逐漸升高的，并且含水量整體要高于大壟雙行覆膜處理，而大壟雙行覆膜處邊坡上、中、下的含水量表現平穩，變化不大。其原因是因為在苗期至中耕階段，為保證出苗在苗前期、苗期都灌了大量的水，行間覆膜處理布置在大壟雙行覆膜處理的坡的下方，并且沒有修筑壟向區田，含水量自然坡下的比坡上的高，而大壟雙行覆膜處理在覆膜的同時就已經修筑了壟向區田，壟向區田有效地攔蓄了水分，保證了大壟雙行覆膜處理的土壤含水量不受耕地坡度的影響;中耕后，行間覆膜處理進行了壟向區田的修筑，在以后的生長過程中，該處理的土壤含水量變化趨于平緩，與大壟雙行覆膜處理的土壤含水的變化趨勢相同，這說明了壟向區田有效的攔蓄水量，使其有效的供給玉米生長發育的需要。降低了坡耕地自然因素對玉米生長所帶來的地理局限性，即土壤的含水量隨坡度的增加而減少，而導致的玉米需水情況的不同，進而影響產量。

圖5 壟向區田措施中耕前后坡上、中、下兩種處理土壤含水量變化Fig.5 Variation of soil water of two treatments with ridge tillage method in the slope land

圖6為不同處理在不同深度各生育期內土壤含水量隨時間變化的曲線，結果可以看出:土壤含水量在全生育期內苗期變化幅度最大，即土壤水分消耗較小，因為苗期覆膜降低了棵間蒸發，而苗期作物需水量較小。但隨著時間的推移，大壟雙行覆膜處理表現出了其保水性能的優越性。由于大壟雙行覆膜處理的植物種植在膜下，故而形成了膜下獨立水循環系統，改變了土壤水循環。當土壤蒸發后在膜下凝結成水滴又返回土壤中，使地表20 cm土層在長期無降水補給時仍能維持較高的含水量;而行間覆膜處理的作物種在壟溝中，覆膜的壟臺只是減少了一部分土壤水分的蒸發流失，但大壟雙行覆膜更有效。

圖6 生育期內土壤深度與含水量關系曲線Fig.6 Relation between depth and soil water in the whole growing stage

圖7 不同處理生育期葉面積指數變化Fig.7 LAI of different treatments in the whole growing stage

3.3 不同覆膜方式下的玉米葉面積指數變化

葉片是玉米形成同化產物的關鍵庫，葉面積大小直接影響生物學和籽粒產量的高低。在玉米生長期葉面積大小不斷發生變化，在分析葉面積時，應該重點研究其動態變化規律。［10］

正是由于葉面積大小意味著作物的健康程度，所以它作為作物生長發育水平的一個重要的指標，各生長因素(如水、肥、光、熱等)對作物的影響都可以通過葉面積的大小反映出來，葉面積指數(LAI)來衡量。作為生物生長狀況的另一重要指標，葉面積指數(LAI)和作物產量存在相應的內在聯系，葉面積指標的發育水平將影響作物產量水平。

試驗表明:兩種處理玉米葉面積變化大體上分為迅速增長期(苗期—拔節期—抽穗)、緩慢增長期(抽穗期—灌漿期)、相對平穩期(灌漿期—乳熟期)和衰退期(乳熟期以后) 4個階段:前一個階段葉面積增長迅速，在抽穗期達到最大值;在第三階段生長平穩;而后期由于籽粒趨于成熟，光合作用減弱，葉面積下降較快。

兩種處理對比分析:大壟雙行覆膜處理全生育期的葉面積指數從數值上均高于行間覆膜處理，大壟雙行覆膜處理有效的保證土壤溫度，促進植株出苗和生長。在相同處理中，灌水量越多的葉面積生長較快。大壟雙行覆膜處理的葉面積指數LAI在抽穗期達到最大，然后迅速下降;而行間覆膜處理的葉面積指數LAI在灌漿期才達到最大值而且葉面積下降的指數也要快，比大壟雙行覆膜處理的要晚，這說明大壟雙行覆膜處理的玉米生長較行間覆膜處理的要快，而且先成熟，其影響作物生長環境更有利于作物生長。由葉面積指數的變化，可知:從整體上看，玉米生育期內葉面積指數的變化趨勢先升后降。

4 結論

結論主要有5個:

1)地膜覆蓋有效地提高土壤溫度、改善土壤物理性質。由于大壟雙行覆膜處理將作物種子在膜下，較作物種植在壟溝的行間覆膜處理更能使膜內在較長時間內維持穩定。地膜覆蓋的土壤，因受到增溫和降溫過程的影響，使水汽膨縮運動加劇。如此反復膨脹收縮，必然有利于土壤松弛，孔隙度增大。

2)覆膜以后將向上蒸發的水分阻擋在膜內，夜間地膜表面由于有效輻射溫度下降，使膜內水汽凝結成小的水珠，逐步返回到土壤之中。這樣，由“蒸發—凝結—下滲—蒸發”形成了薄膜與土壤之間的水分液態、氣態循環，使土壤儲水量增加，而且深層儲水想表層富集，加快了水分在“土壤—植物—大氣”間的轉換。試驗表明:大壟雙行覆膜處理保水性更優越。

3)壟向區田措施有效地攔截了水分，減少了土壤徑流的形成，為玉米的生長提供了水分，并且減輕了坡地給玉米生長所帶來的地理局限性。

4)整個生育期中大壟雙行覆膜處理的葉面積指數均好于行間覆膜處理。

5)大壟雙行覆膜處理在改善玉米生長環境因子，抑制棵間蒸發，提高土壤水分含量，較行間覆膜處理更有利于作物生長，可以在干旱半干旱地區推廣。

［1］ 魏永霞，王立敏，等.東北半干旱區節水抗旱技術集成對玉米產量及水分用率的影響［J］.農業系統科學與綜合研究，2005，21(2):117－120.

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［3］ 賀菊美，王一鳴.不同覆蓋材料對春玉米土壤環境及產量效應的研究［J］，中國農業氣象，1996，17(3):33－36.

［4］ 任軍榮，楊建利，李殿榮.旱地油菜地膜覆蓋栽培的水熱效應研究［J］.中國油料作物學報，2001，23(3):34－37.

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［9］ 王喜慶，李生秀，高亞軍.地膜覆蓋對旱地春玉米生理生態和產量的影響［J］.作物學報，1998，24(3):348－353.

［10］ 于強，傅抱璞，姚克敏.水稻葉面積指數的普適增長模型［J］.中國農業氣象，1995，16(12):6－8.