不同殘膜量對(duì)春玉米生產(chǎn)性狀及土壤水分的影響

郭彥芬，李生勇，霍軼珍

(內(nèi)蒙古河套學(xué)院土木工程系，內(nèi)蒙古 巴彥淖爾 015000)

由于地膜覆蓋后的增溫、保墑和控鹽效果顯著[1]，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用。然而，普通農(nóng)用地膜主要成分為一種分子結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定的聚乙烯材料，自然條件下很難分解，收獲期后難以回收利用，在農(nóng)田大量殘留積累，殘留期可達(dá)200～400年[2]，長(zhǎng)此以往必然會(huì)嚴(yán)重影響農(nóng)業(yè)的健康發(fā)展。有研究表明，隨土壤殘膜量的增加，土壤水分移動(dòng)速度明顯減慢，且降低了肥料的利用率，嚴(yán)重影響到了作物的產(chǎn)量[3-5]。

國(guó)內(nèi)外對(duì)于農(nóng)膜殘留對(duì)作物生長(zhǎng)及土壤特性的影響研究甚少，而針對(duì)殘膜問題，目前逐漸興起和發(fā)展的可降解生物地膜正在逐漸嘗試在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)用，但是由于生物地膜自身的一些缺點(diǎn)[6]，還主要是處在小范圍的試驗(yàn)應(yīng)用階段。

本文以河套灌區(qū)玉米產(chǎn)區(qū)為例，在調(diào)查殘留地膜數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，人為設(shè)置了不同殘膜地膜密度，研究隨地膜殘留量的增加玉米生產(chǎn)性狀和土壤狀況對(duì)其的響應(yīng)關(guān)系，旨在為河套灌區(qū)考慮和預(yù)測(cè)多年后殘留地膜對(duì)土壤和作物生長(zhǎng)的影響以及防治殘膜污染提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

該試驗(yàn)在內(nèi)蒙古河套灌區(qū)磴口縣壩楞村試驗(yàn)站進(jìn)行，該地區(qū)屬典型的溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫7.6 ℃，年平均風(fēng)速2.75 m/s，年平均降雨量142.1 mm，蒸發(fā)量2 346.4 mm，全年日照時(shí)數(shù)為3 200 h左右。試驗(yàn)田耕作層土壤質(zhì)地為砂質(zhì)黏壤土，0～100 cm土壤平均容重為1.48 g/cm3；耕作層凋萎系數(shù)8%左右，田間持水量21.4%左右；田間灌溉水引自黃河水源，含泥沙量較大，平均礦化度0.320 g/L，pH值8.1。

1.2 研究方法

1.2.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)調(diào)查，該地區(qū)每年玉米的覆膜量大概為45 kg/hm2，每年的殘留系數(shù)的30%。為探究現(xiàn)有種植模式下若干年后地膜殘留對(duì)作物的影響趨勢(shì)，以調(diào)查結(jié)果為依據(jù)，預(yù)測(cè)5a、10a、20a后的殘留量對(duì)玉米產(chǎn)量的影響。試驗(yàn)設(shè)置4個(gè)殘膜量處理0、67.5、135和270 kg/hm2(分別用CK、A、B、C表示)，每個(gè)處理設(shè)3個(gè)重復(fù)，隨機(jī)排列組合，各小區(qū)面積為42 m2(6 m×7 m)。試驗(yàn)前將原土壤中殘膜撿拾干凈，將人工剪碎的殘膜碎片(小于2 cm2占30%、2～5 cm2占40%、大于5 cm2占30%)混合均勻后撒施于小區(qū)內(nèi)，用農(nóng)用拖拉機(jī)進(jìn)行翻耕掩埋，殘膜深度主要在0～20 cm內(nèi)。

整地后，按當(dāng)?shù)赜衩壮Ｒ?guī)栽培管理模式進(jìn)行種植管理，供試玉米品種為西蒙6號(hào)，播種時(shí)施足底肥450 kg/hm2(磷酸二銨、尿素)，灌第三水時(shí)施肥450 kg/hm2(尿素)，灌第四水時(shí)施肥300 kg/hm2(尿素)，玉米全生育期灌三次水。

1.2.2測(cè)定項(xiàng)目及方法

各生育期在玉米行間采用土鉆定點(diǎn)取土，取樣深度0～100 cm，每隔20 cm為一層，采用烘干稱重法測(cè)定土壤含水率，每個(gè)處理定點(diǎn)取3個(gè)重復(fù)；各生育期每隔7d用鋼尺定株(選典型的3株)測(cè)定玉米株高和葉面積；玉米成熟期，各處理選取具有代表性的15株測(cè)定其生產(chǎn)性狀指標(biāo)和產(chǎn)量。

1.2.3數(shù)據(jù)分析

采用MS-Excel 2003 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并繪制圖表，SPSS17.0 進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同殘膜量對(duì)玉米生育期株高的影響

由圖1不同處理?xiàng)l件下玉米株高變化可知，各處理全生育期內(nèi)變化規(guī)律較為一致，生育前期生長(zhǎng)速率較快，而生育后期隨生育期結(jié)束植株生長(zhǎng)緩慢且開始枯萎，植株高度有減小趨勢(shì)。玉米苗期和拔節(jié)期株高處理CK較A、B、C平均高14.72%、27.21%、36.30%和7.36%、16.23%、24.51%，差異達(dá)到顯著性水平(P<0.05)；抽雄吐絲期至成熟期處理A、B、C株高無顯著性水平或部分達(dá)到顯著性水平，但均顯著低于處理CK(P<0.05)。原因是玉米苗期和拔節(jié)期處于生長(zhǎng)初期，植株較小，作物根系較弱，抗逆性及對(duì)殘膜的穿透能力較差[7,8]，進(jìn)而阻礙了根系的生長(zhǎng)發(fā)育和伸長(zhǎng)，而作物耕層根系的疏密直接影響其對(duì)土壤水分和養(yǎng)分的吸收利用，進(jìn)而影響到了植株地上部分枝葉的生長(zhǎng)發(fā)育。而生育后期，隨植株的生長(zhǎng)，作物根系更為強(qiáng)壯，對(duì)殘膜的穿透性及抗逆性增強(qiáng)，進(jìn)而對(duì)玉米生長(zhǎng)的抑制作用減弱。

圖1 不同處理?xiàng)l件下玉米株高

2.2 不同殘膜量對(duì)玉米生育期葉面積指數(shù)的影響

葉面積指數(shù)是反映作物生長(zhǎng)狀況的一個(gè)重要指標(biāo)，其大小直接與最終產(chǎn)量高低密切相關(guān)。由圖2不同處理?xiàng)l件下玉米葉面積指數(shù)變化可知，葉面積指數(shù)整體變化趨勢(shì)為玉米抽雄吐絲前生長(zhǎng)旺盛、增速較快，生育中后期玉米由生殖生長(zhǎng)轉(zhuǎn)為營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)，至灌漿成熟期葉片開始由下至上枯黃變干，葉面積指數(shù)逐漸減小，且隨殘膜量增加，減小幅度越大，處理A、B、C平均較CK降幅大13.36%、15.24%和43.69%。全生育期來看，玉米苗期和拔節(jié)期，處理CK葉面積指數(shù)顯著高于A、B、C，平均大11.11%、28.57%、16.67%和16.92%、9.24%、15.72%，說明殘膜對(duì)生育前期葉面積影響較大。而生育后期，由于殘膜對(duì)玉米根系吸水及養(yǎng)分吸收的抑制作用使得殘膜量較大的玉米植株發(fā)育相對(duì)較差，玉米出現(xiàn)早衰現(xiàn)象嚴(yán)重；隨殘膜量增加各處理葉面積指數(shù)差異日趨顯著，且均顯著低于處理CK(P<0.05)。

圖2 不同處理?xiàng)l件下玉米葉面積指數(shù)

2.3 不同殘膜量對(duì)玉米產(chǎn)量的影響

由表1可知，隨殘膜量增加，玉米產(chǎn)量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，當(dāng)殘膜量達(dá)到一定量時(shí)會(huì)顯著影響產(chǎn)量的形成，處理CK分別較A、B、C產(chǎn)量高2.4%、11.84%和23.77%，通過顯著性檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)處理CK與A差異性不顯著(P>0.05)，但均顯著高于處理B、C；通過相關(guān)性分析，殘膜量與玉米產(chǎn)量呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)，相關(guān)系數(shù)(r=-0.987)。4個(gè)處理?xiàng)l件下玉米生產(chǎn)性狀指標(biāo)也均達(dá)到了顯著性水平，且表現(xiàn)為CK>A>B>C。分析原因，一方面是由于殘膜的影響，在不同程度上影響到了出苗率，出現(xiàn)缺苗斷壟現(xiàn)象影響到了玉米產(chǎn)量；另一方面殘膜在玉米生育前期對(duì)玉米根系及植株生長(zhǎng)起到了不同程度的抑制作用影響到了玉米生長(zhǎng)旺盛期對(duì)土壤水分和養(yǎng)分的吸收利用，進(jìn)而影響到了產(chǎn)量的形成。

表1 不同處理?xiàng)l件下玉米產(chǎn)量指標(biāo)對(duì)比

2.4 不同殘膜量對(duì)玉米生育期土壤水分的影響

由圖3不同處理?xiàng)l件下各生育期0～100 cm土壤剖面含水率變化可知，各處理剖面含水率變化較為一致，由表層至深層含水率依次增大，呈現(xiàn)出“S型”變化規(guī)律。隨殘膜量增加，土壤含水率呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，原因是殘膜改變了土壤空隙的連續(xù)性，土壤孔隙減小，進(jìn)而使得土壤水分的下滲速率減慢[9]，對(duì)生育期土壤水分影響較大，玉米苗期0～40 cm土壤含水率處理CK分別較A、B、C高5.97%、11.28%和17.73%，差異性顯著，而下層40～100 cm土壤含水率差異性不顯著，玉米抽雄期吐絲期和灌漿期呈現(xiàn)同樣的變化規(guī)律。隨生育期的結(jié)束，玉米無灌溉及根系對(duì)土壤水分的吸收減弱，各處理在成熟收獲期各土層含水率差異不顯著(P>0.05)。

圖3 不同處理?xiàng)l件下土壤剖面含水率

3 結(jié) 論

(1) 殘膜對(duì)玉米的生長(zhǎng)發(fā)育有著顯著的影響，玉米苗期和拔節(jié)期由于根系的抗逆性及對(duì)殘膜的穿透性較差，嚴(yán)重影響根系的生長(zhǎng)發(fā)育和伸長(zhǎng)進(jìn)而影響到了植物地上部的生長(zhǎng)發(fā)育，處理CK 的株高、葉面積指數(shù)均顯著高于處理A、B、C(P<0.05)；而生育后期，隨植株根系穿透性及抗逆性增強(qiáng)，對(duì)玉米株高、葉面積的影響減弱。

(2) 殘膜在不同程度上影響到了玉米產(chǎn)量的形成，通過相關(guān)性分析，殘膜量與玉米產(chǎn)量呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)，相關(guān)系數(shù)(r=-0.987)；處理CK分別較A、B、C產(chǎn)量高2.4%、11.84%和23.77%。

(3) 由于殘膜改變了土壤空隙的連續(xù)性，使得土壤水分的下滲速率減慢，嚴(yán)重影響到了表層土壤含水率的運(yùn)移，玉米生育前期各處理0～40 cm土壤水分變化差異顯著(P<0.05)，而后期差異較小。

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