不同覆蓋方式對(duì)玉米生長(zhǎng)發(fā)育及土壤水分利用效率的影響

郭彥芬+霍軼珍++韓翠蓮++李生勇

摘要：為研究秸稈覆蓋在內(nèi)蒙古河套灌區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的適用性，試驗(yàn)設(shè)置不覆蓋、覆膜和秸稈覆蓋量5 t/hm2（M1）、10 t/hm2（M2）、15 t/hm2（M3）5個(gè)處理，研究不同處理對(duì)玉米株高、葉面積指數(shù)、產(chǎn)量、土壤水分的影響。研究結(jié)果表明，不同生育期內(nèi)，覆蓋條件較不覆蓋種植更有利于玉米的生長(zhǎng)發(fā)育，在生育前期、中后期表現(xiàn)出不同的響應(yīng)關(guān)系；覆蓋主要影響0～60 cm土層含水率的變化，且M2處理的覆蓋量較適宜于土壤水分的利用、保墑，秸稈覆蓋量的多少與土壤水分的保蓄作用不呈正相關(guān)；覆蓋可顯著提高玉米產(chǎn)量、水分利用效率，覆膜、M1、M2、M3處理分別較不覆蓋處理產(chǎn)量提高26.67%、6.36%、26.48%、21.23%，水分利用效率分別提高29.79%、7.60%、28.54%、24.60%。表明秸稈覆蓋量為10 t/hm2的條件較適宜在灌區(qū)進(jìn)行玉米種植推廣。

關(guān)鍵詞：秸稈覆蓋量；株高；葉面積；土壤水分；產(chǎn)量；水分利用效率

中圖分類(lèi)號(hào)：S152.7；S513.07文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1002-1302（2017）06-0072-03

在北方干旱寒冷地區(qū)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中覆蓋栽培技術(shù)已成為改善農(nóng)田小氣候、提高作物產(chǎn)量的一項(xiàng)重要的農(nóng)藝措施[1-3]，且覆蓋物以地膜為主。然而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，且收獲期后難以回收利用，長(zhǎng)此以往必然會(huì)在農(nóng)田大量殘留積累，形成白色污染，進(jìn)而影響農(nóng)業(yè)的健康發(fā)展[4-5]。近年來(lái)，隨著秸稈覆蓋及在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不斷嘗試應(yīng)用，上述問(wèn)題有待緩解，有研究表明，與普通地膜相比，秸稈覆蓋具有減小環(huán)境污染的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)在土壤增溫、保墑和作物增產(chǎn)方面也具有很好的效果[6-11]。

在前人相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，以不覆蓋、地膜覆蓋為對(duì)照，設(shè)置不同秸稈覆蓋量，對(duì)不同處理?xiàng)l件下的玉米生長(zhǎng)性狀、土壤含水率、水分利用效率進(jìn)行系統(tǒng)分析，旨在揭示秸稈覆蓋的蓄水保墑機(jī)制及增產(chǎn)效應(yīng)，以探討其在河套灌區(qū)的適用性，為灌區(qū)綠色和節(jié)水農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于內(nèi)蒙古巴彥淖爾市臨河區(qū)雙河鎮(zhèn)。該地區(qū)多年平均降水量140 mm，蒸發(fā)量2 306.5 mm，平均氣溫6.8 ℃，平均日照時(shí)數(shù)3 229.9 h，無(wú)霜期130 d左右，屬典型的中溫帶干旱大陸性氣候。試驗(yàn)區(qū)以沙質(zhì)壤土為主，0～100 cm土壤平均容重1.45 g/cm3，田間持水量20.53%，灌溉水源為黃河水，平均礦化度0.6～0.8 g/L。

1.2研究方法

1.2.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)設(shè)置不覆蓋、覆膜和秸稈覆蓋量 5 t/hm2（M1）、10 t/hm2（M2）、15 t/hm2（M3）5個(gè)處理，試驗(yàn)中所需秸稈于收獲后秋澆前，人工鋪設(shè)于試驗(yàn)小區(qū)內(nèi)，并覆蓋2 cm左右虛土以防秋澆水流沖走使得覆蓋厚度不均勻；試驗(yàn)小區(qū)采用隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)，每個(gè)處理重復(fù)3次，小區(qū)長(zhǎng) 15 m、寬10 m；為防止小區(qū)間水分串通，影響各小區(qū)實(shí)際含水率變化，在各小區(qū)間埋設(shè)1.5 m深塑料膜隔離。

按當(dāng)?shù)赜衩壮Ｒ?guī)栽培管理模式進(jìn)行種植管理，供試玉米品種為豫奧6號(hào)，播種時(shí)施底肥450 kg/hm2（磷酸二銨、尿素），灌第1次水時(shí)施尿素450 kg/hm2，灌第2次水時(shí)施尿素 300 kg/hm2，玉米全生育期灌3次水。

1.2.2測(cè)定項(xiàng)目及方法不同生育期在玉米行間采用土鉆取土，取樣深度0～100 cm，每隔20 cm為1層，采用烘干稱(chēng)重法測(cè)定土壤含水率，每個(gè)處理取3個(gè)重復(fù)；各生育期每隔7 d用鋼尺定株，選典型玉米植株3株，測(cè)定玉米株高、葉面積；玉米成熟期，不同處理選取具有代表性玉米15株，測(cè)定其生育性狀及產(chǎn)量。

1.2.3玉米水分利用效率（WUE）計(jì)算

式中：Ya為玉米籽粒產(chǎn)量（kg/hm2）；ETa為玉米生育期總耗水量（mm）；ΔW為玉米生育期內(nèi)0～100 cm土壤貯水量變化（mm）；P為玉米生育期有效降雨量（mm）；I為灌溉量（mm）；U為地下水補(bǔ)給量（mm）；D為深層滲漏量（mm）；R為徑流量（mm），由于試驗(yàn)區(qū)地勢(shì)平坦且未發(fā)生持續(xù)性降雨，地面徑流損失忽略不計(jì)。

1.2.4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不同覆蓋方式條件下玉米株高變化

從圖1可以看出，全生育期內(nèi)不同處理玉米株高變化趨勢(shì)一致，從苗期開(kāi)始，生長(zhǎng)速率較快，至灌漿期達(dá)到全生育期的峰值，而后植株開(kāi)始枯萎，植株高度有減小趨勢(shì)。玉米苗期至拔節(jié)期，氣溫相對(duì)較低，地膜保溫保墑效果明顯優(yōu)于其他處理，玉米生長(zhǎng)速率相對(duì)較快，地膜覆蓋苗期株高處理分別較不覆蓋、M1、M2處理高26.28%、14.19%、8.46%；拔節(jié)期分別高23.19%、18.35%、10.13%，差異顯著，苗期、拔節(jié)期較M3處理分別高6.14%、2.80%，差異不顯著，因M3處理覆蓋量相對(duì)較大，此時(shí)其水熱條件較適宜于玉米生長(zhǎng)發(fā)育。隨生育期的延長(zhǎng)，氣溫逐漸升高及枝葉的遮陰作用加強(qiáng)，覆蓋保溫作用逐漸減弱，同時(shí)覆蓋后過(guò)高的根層溫度不利于玉米的生長(zhǎng)發(fā)育，調(diào)查發(fā)現(xiàn)，此時(shí)M2處理玉米株高明顯高于其他處理，平均較不覆蓋、覆膜、M1、M3處理高3.22%、0.72%、3.02%、2.03%，表明此時(shí)M2處理覆蓋量更有利于玉米的生長(zhǎng)發(fā)育，此時(shí)玉米正處于營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)向生殖生長(zhǎng)過(guò)度階段，提供良好的土壤水肥熱條件更有利于植株生長(zhǎng)和產(chǎn)量的形成；而隨覆蓋量的增加，會(huì)影響作物根系對(duì)土壤養(yǎng)分和水分的吸收利用，進(jìn)而影響玉米長(zhǎng)勢(shì)。全生育期覆蓋條件下玉米株高均高于不覆蓋處理。

2.2不同覆蓋方式條件下玉米葉面積指數(shù)變化

葉面積指數(shù)的大小直接影響作物的蒸騰量及光合作用，最終影響產(chǎn)量的形成[11]。從圖2可以看出，不同處理葉面積指數(shù)整體變化規(guī)律為玉米抽雄吐絲前生長(zhǎng)旺盛、增速較快，玉米生育中后期由營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)轉(zhuǎn)為生殖生長(zhǎng)，至灌漿成熟期葉片開(kāi)始由下至上枯黃變干，葉面積指數(shù)逐漸減小。與株高呈現(xiàn)相似的變化規(guī)律，從全生育期來(lái)看，覆蓋處理玉米葉面積指數(shù)明顯高于不覆蓋處理，有效增加了對(duì)光照的截留能力，增加了光能的有效利用率，為覆蓋條件下玉米增產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。苗期覆膜處理葉面積指數(shù)顯著或極顯著高于不覆蓋、M1、M2、M3處理，苗期葉面積指數(shù)比不覆蓋、M1、M2、M3處理平均值分別高38.10%、26.09%、20.83%、11.54%；拔節(jié)期分別高24.34%、7.31%、8.84%、10.85%。進(jìn)入抽雄吐絲期后，M2處理葉面積指數(shù)明顯高于其他處理，分別較不覆蓋、覆膜、M1、M3處理高11.06%、3.23%、5.35%、3.43%，與不覆蓋處理差異顯著。進(jìn)入生育期后期，葉片枯萎變干，不同處理間葉

面積指數(shù)差異減小。

2.3不同覆蓋方式條件下玉米含水率變化

圖3顯示的是不同處理?xiàng)l件下玉米不同生育期內(nèi)0～100 cm土壤剖面的平均含水率變化。從全生育期來(lái)看，不同覆蓋處理?xiàng)l件下土壤剖面平均含水率差異主要表現(xiàn)在0～60 cm，60 cm以下土體差異相對(duì)較小。玉米苗期，覆膜處理 0～60 cm土壤含水率顯著或極顯著高于不覆蓋處理，各土層平均含水率提高24.03%、24.56%、14.72%；0～40 cm土壤含水率顯著高于M1、M2處理，平均含水率高16.46%、1899%和11.05%、11.52%，與M3處理各土層含水率均未達(dá)到顯著差異（圖3-A）。隨生育期延長(zhǎng)，覆膜處理與各處理剖面含水率差異呈減小趨勢(shì)。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，玉米進(jìn)入生殖生長(zhǎng)后，覆膜處理與M2、M3處理剖面各土層含水率差異不顯著，但均顯著高于不覆蓋、M1處理；同時(shí)M2處理含水率要明顯大于M3處理，這主要是因?yàn)檫^(guò)多的覆蓋量在一定程度上阻礙了部分降雨及灌溉水量的下滲，增加了無(wú)效蒸發(fā)量，同時(shí)也說(shuō)明不是秸稈覆蓋量越大對(duì)土壤水分的利用、保蓄作用越顯著。綜合來(lái)看，M2處理覆蓋量較適宜于土壤水分的利用和保蓄。

2.4不同覆蓋方式條件下玉米產(chǎn)量及水分利用效率

2.4.1玉米產(chǎn)量從表1可以看出，覆膜、不同秸稈覆蓋量處理均能顯著提高玉米產(chǎn)量，覆膜、M1、M2、M3處理分別較不覆蓋處理產(chǎn)量提高26.67%、6.36%、26.48%、21.23%，覆膜處理與M2處理間產(chǎn)量差異不顯著，表明M2處理覆蓋量有利于玉米產(chǎn)量的形成，具有很好的增產(chǎn)效應(yīng)；玉米產(chǎn)量與秸稈覆蓋量并不呈簡(jiǎn)單的線性關(guān)系，因隨覆蓋量的增加，阻礙了根系對(duì)土壤水分和養(yǎng)分的吸收利用，不利于產(chǎn)量的形成。

2.4.2水分利用效率不同覆蓋處理對(duì)玉米水分利用效率的影響依次為覆膜>M2>M3>M1>不覆蓋，覆蓋處理均顯著高于不覆蓋處理（表2），覆膜、M1、M2、M3處理較不覆蓋處理水分利用效率分別提高29.79%、7.60%、28.54%、24.6%，因?yàn)楦采w較大程度上抑制了玉米棵間蒸發(fā)量，使得這部分無(wú)效蒸發(fā)被作物有效利用，提高了水分利用效率。

3結(jié)論

覆蓋條件顯著影響玉米的生長(zhǎng)發(fā)育，受環(huán)境因素影響，生育前期覆膜、M3處理?xiàng)l件下，玉米株高、葉面積顯著優(yōu)于其他處理，此時(shí)覆蓋量大為玉米生長(zhǎng)提供了更適宜的土壤水熱環(huán)境；生育中后期過(guò)大的覆蓋量影響到了玉米根系對(duì)土壤水分和養(yǎng)分的吸收利用，影響玉米長(zhǎng)勢(shì)，此時(shí)表現(xiàn)出覆膜、M2

處理玉米長(zhǎng)勢(shì)優(yōu)于其他處理；從全生育期來(lái)看，各覆蓋處理均顯著優(yōu)于不覆蓋處理。

覆蓋主要影響0～60 cm土層含水率的變化，M2處理覆蓋量較適宜于土壤水分的利用、保墑，同時(shí)也說(shuō)明不是秸稈覆蓋量越大對(duì)土壤水分的保蓄作用越顯著。

覆蓋可顯著提高玉米產(chǎn)量和水分利用效率，覆膜、M1、M2、M3處理分別較不覆蓋處理產(chǎn)量提高26.67%、6.36%、26.48%、21.23%，水分利用效率提高29.79%、7.60%、28.54%、24.6%，M2處理秸稈覆蓋量為10 t/hm2條件要優(yōu)于其他秸稈覆蓋量。

參考文獻(xiàn)：

[1]李世清，李鳳民，宋秋華，等. 半干旱地區(qū)不同地膜覆蓋時(shí)期對(duì)土壤氮素有效性的影響[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)，2001，21（9）：1519-1526.

[2]李爽，孫占祥，張瑩，等. 不同覆蓋方式對(duì)春玉米土壤水分及生長(zhǎng)發(fā)育的影響[J]. 遼寧農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010（1）：1-4.

[3]劉永忠，張克強(qiáng)，王根全. 旱地農(nóng)業(yè)覆蓋栽培技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2005，21（5）：202-205.

[4]Immirzi B，Santagata G，Vox G A. Preparation，characterisation and field-testing of a biodegradable Sodium alginate-based spray mulch[J]. Biosystems Engineering，2009，102（4）：461-472.

[5]嚴(yán)昌榮，梅旭榮，何文清，等. 農(nóng)田地膜殘留污染的現(xiàn)狀與防治[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2006，22（11）：269-272.

[6]沈裕琥，黃相國(guó). 秸稈覆蓋的農(nóng)田效應(yīng)[J]. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，1998，16（1）：45-50.

[7]魯向暉，高鵬，王飛，等. 寧夏南部山區(qū)秸稈覆蓋對(duì)春玉米水分利用及產(chǎn)量的影響[J]. 土壤通報(bào)，2008，36（6）：1248-1251.

[8]陳素英，張喜英，裴冬. 玉米秸稈覆蓋對(duì)麥田土壤溫度和土壤蒸發(fā)的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2005，21（10）：171-173.

[9]黃明斌，黨廷輝，李玉山. 黃土區(qū)旱塬農(nóng)田生產(chǎn)力提高對(duì)土壤水分循環(huán)的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2002，18（6）：50-54.

[10]白雪峰，趙雨森，戚穎. 秸稈覆蓋對(duì)土壤水分動(dòng)態(tài)變化及玉米產(chǎn)量的影響[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，42（36）：12843-12845.

[11]杜新艷，楊路華. 秸稈覆蓋對(duì)夏玉米農(nóng)田水分狀況、土壤溫度及生長(zhǎng)發(fā)育的影響[J]. 南水北調(diào)與水利科技，2006，4（2）：24-26.劉朝茂，李成云. 玉米與大豆、馬鈴薯間作對(duì)玉米葉片衰老、產(chǎn)量及病害控制的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，45（6）：75-78.

doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2017.06.018