滲水地膜對玉米水分利用效率的影響

單智超, 馮良山, 田建全, 徐明陽, 董振起, 馮定超, 俞廣江

(1.丹東市農業科學院, 遼寧 鳳城 118109; 2.遼寧省農業科學院,沈陽 110161; 3.寧河區農業技術推廣中心, 天津 寧河 301500)

滲水地膜對玉米水分利用效率的影響

單智超1, 馮良山2, 田建全3, 徐明陽3, 董振起3, 馮定超3, 俞廣江3

(1.丹東市農業科學院, 遼寧 鳳城 118109; 2.遼寧省農業科學院,沈陽 110161; 3.寧河區農業技術推廣中心, 天津 寧河 301500)

為了研究不同覆蓋材料對土壤水熱和作物水分利用效率的影響，對覆蓋滲水地膜、普通地膜和秸稈相對于裸地不覆蓋的效果進行了研究。研究發現覆蓋滲水地膜在作物生育期具有明顯的增溫和保水作用，耕層土壤平均溫度較裸地和覆蓋秸稈提高1.09℃和2.59℃，但較覆蓋普通地膜降低1.55℃。覆蓋滲水地膜耗水量較覆蓋普通地膜低26.7 mm，并在后期干旱季節使土壤水分分布均勻。覆蓋滲水地膜作物水分利用效率較不覆蓋、覆蓋秸稈和覆蓋普通地膜分別提高8.17 kg/(hm2·mm)，4.50 kg/(hm2·mm)，3.71 kg/(hm2·mm)。

滲水地膜; 水分利用效率; 玉米; 土壤水熱

干旱地區占世界陸地面積的45%，使旱作農業成為了世界最大的農業生態系統，并成為世界糧食的重要來源[1-2]。旱作農業生產一直受到水資源短缺的限制，尤其是在播種階段作物生長受到干旱和低溫的雙重影響[3]。覆蓋保墑是干旱半干旱地區農業生產中提高降水利用效率、增加作物產量的有效措施[4]。自20世紀60年代地膜引入中國以來，已在干旱半干旱地區農田覆蓋保墑中得到廣泛應用，目前中國是世界地膜覆蓋面積最大的國家[5]。有研究發現，覆膜較裸地栽培可增加土壤貯水量30%、降低蒸散量50%、減少水分虧缺15%以上，尤其在春旱時保墑作用明顯[6]。也有研究表明地膜覆蓋會影響土壤入滲，造成土壤深層干燥[7]，作物生育后期溫度過高，加劇土壤水分和養分耗竭，不但后期容易出現脫水脫肥而導致減產，也不利于下茬作物的持續生產[8]。針對地膜覆蓋中存在的問題，山西省農業科學院研發出了滲水地膜[9]，并經10余年的完善，形成了相對完善的技術和制備工藝，本項研究便是在此基礎上，研究覆蓋滲水地膜材料對玉米田土壤水熱變化的影響，為該種覆蓋材料的大面積應用和推廣提供更多技術參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2012年在遼寧省阜新蒙古族自治縣阜新鎮進行，供試玉米品種為“丹玉39”。試驗采用的滲水地膜覆蓋材料是制造過程中在低密度聚乙烯材料中加入了一定比例的滲水助劑，吹制出了具有單向滲水特性的滲水地膜產品，孔徑大小為5～10 μm，滲水速率≥12 mm/(cm2·5 cm·23℃·h·101.3 kPa)，覆蓋自由水面的保水量≥40%(100℃·30 min·101.3 kPa)。普通地膜(普通聚乙烯膜)與滲水地膜厚度均為0.08 mm，寬度均為1 200 mm。試驗區的氣象指標見表1。

表1 試驗區氣象指標數據

1.2 試驗設計

試驗采用隨機區組設計，設4個處理，分別為：裸地不覆蓋、覆蓋普通地膜、覆蓋滲水地膜、覆蓋秸稈，每個處理重復3次。小區面積48 m2。每小區種植8行，行距50 cm,株距30 cm。各處理播種之前翻耕整地，底肥施入磷酸二銨(含N18%，P2O546%)和硫酸鉀(含K2O46%)各225 kg/hm2。4月29日播種，播種后覆蓋地膜或覆蓋秸稈，地膜覆蓋處理玉米出苗后人工放苗。6月13日，追施尿素(含N46%)450 kg/hm2。

1.3 調查內容與方法

(1) 土壤溫度。從苗期開始采用HC-06微型溫度記錄儀監測各處理地溫，監測深度為土壤層10 cm和20 cm。

(2) 土壤含水量。在播種后每15 d采用烘干法測定0—100 cm土層土壤含水量，每10 cm為一層，3次重復取平均值。降雨后加測。

(3) 土壤耗水量。本項研究中我們采用傳統的土壤水分平衡法進行計算，計算公式為：

ETa=I+P-RO-DP+CR±ΔSF±ΔSW

(1)

式中：ETa為農田實際蒸散量(mm)；I和P分別為該時段內的灌水量和降雨量(mm)；RO為降雨和灌溉時土壤的表面徑流量(mm)(本試驗由于田間設有田埂，因此忽略)；DP為深層土壤滲漏量(mm)；CR為地下水由毛管上升到根區的水量(mm)(由于試驗田地下水位較低，因此忽略)；ΔSF為土壤水側向滲漏量(mm)，包括側向流入量SFin和側向留出量SFout兩項(本試驗忽略)；ΔSW為土壤含水量變化量(mm)。

(4) 水分利用效率。水分利用效率(WUE)指單位體積水(包括灌溉水和有效降雨量)生產的作物產量，公式為：

WUE=Y/ETa

(2)

式中：WUE為水分利用效率[kg/(hm2·mm)]；Y為作物單位面積產量(kg/hm2)；ETa農田實際蒸散量(mm)。

2 結果與分析

2.1 覆蓋滲水地膜材料對土壤溫度的影響

在玉米整個生育期內，不同覆蓋材料土壤溫度見表2，相對于裸地不覆蓋，覆蓋普通地膜和滲水地膜能夠明顯增加土壤溫度，尤其5月相對氣溫較低的情況下，能夠使耕層(0—20 cm)土壤溫度增加3.66℃和2.10℃，能夠在抵御區域春寒方面具有一定作用。而覆蓋秸稈則會降低土壤溫度，5月耕層土壤溫度降低1.29℃，會在一定程度上影響玉米幼苗生長。全生育期覆蓋滲水地膜耕層土壤平均溫度較覆蓋普通地膜降低1.55℃，較裸地和覆蓋秸稈提高1.09℃和2.59℃。

2.2 覆蓋滲水地膜材料對土壤水分的影響

覆蓋滲水地膜和其他材料土壤水分的變化情況見圖1，整體上覆蓋滲水地膜和秸稈的土壤含水量大于覆蓋普通地膜，裸地種植土壤含水量最低。由于降水、溫度、蒸散作用的影響，各處理土壤水分變化又有其各自的特點。在播種后0～60 d，不同處理土壤含水量均呈上少下多的趨勢，覆蓋滲水地膜和秸稈的土壤含水量大于覆蓋普通地膜，裸地種植土壤含水量最低。播種后70～100 d處于雨季，各處理呈現上多下少趨勢，其中滲水地膜0—60 cm土壤含水量要高于其他處理。播種100 d之后，區域遇到旱季，覆蓋普通地膜由于地膜具有提墑作用，土壤含水量呈現上多下少現象，裸地和覆蓋秸稈土壤則依然為上少下多，滲水地膜土壤中水分分布較為均勻。

表2 不同覆蓋材料對土壤溫度的影響 ℃

注：每列數值后小寫字母不同表示0.05水平下LSD差異顯著；每列數值后大寫字母不同表示0.01水平下LSD差異顯著，下表同。

圖1覆蓋多孔滲水地膜及其他覆蓋材料對土壤水分的影響

2.3 覆蓋滲水地膜材料對作物水分利用效率的影響

不同覆蓋處理玉米耗水量、產量和水分利用效率見表3。覆蓋滲水地膜和秸稈玉米耗水量最少，比覆蓋普通地膜分別減少26.7 mm和33.9 mm，比裸地分別減少67.3 mm和74.5 mm。但是覆蓋秸稈由于其前期地溫較低，影響作物生長，所以產量不高，而滲水地膜由于其溫度和水分條件均較好，所以產量增加明顯，較不覆蓋、覆蓋秸稈和覆蓋普通地膜分別提高16.76%，19.72%和6.64%。覆蓋滲水地膜水分利用效率較不覆蓋、覆蓋秸稈和覆蓋普通地膜分別提高8.17，4.50，3.71 kg/(hm2·mm)。

3 討 論

在干旱半干旱地區降水較少，尤其在干旱季節一次降水多小于10 mm，很少能被作物利用[9]。覆蓋滲水地膜后水分可借助重力作用通過小孔穿過地膜進入膜下土壤中[9-11]，由于通道面積與非通道面積比值足夠小，則土壤水分再從這個通道散發回大氣中的機會非常少，水分的入滲與散失具有明顯的不平衡性[9,12]。

表3 不同覆蓋處理對春玉米產量及水分利用效率的影響

同時滲水地膜的主要原料為聚乙烯塑料，具有一定的彈力[9,13]，當狹窄的水分通道受到水的重力作用時，通道變大，膜面雨水順利入滲，當膜面雨水入滲完畢時，狹窄的水分通道受膜的彈力作用會閉合，能阻止膜下水分蒸發[10]。由于彈力的可恢復特性，賦予了滲水地膜有單向滲水的自調節能力。因此，覆蓋滲水地膜后土壤含水量較高[11-12]。徐瀾等[14]研究了滲水地膜、普通地膜、秸稈和裸地對玉米生長發育的影響，研究發現覆蓋滲水地膜玉米植株含水量、葉片葉綠素含量、光合速率、玉米產量和干物質積累量顯著高于其他處理，但是作者沒有對這種現象的原因進行解釋。曹晉軍等[15]研究表明覆蓋滲水地膜能夠抑制土壤水分蒸發，減少農田水消耗，提高水分利用效率。但他的研究結果并沒有說明土壤水分在農田中的分布和玉米生育期內土壤溫度的變化情況。此外，地膜在防止農田雜草方面具有重要作用，而滲水地膜是否具有同樣功效，還值得我們未來進行深入研究[16-19]。

4 結 論

在本研究中，玉米整個生育期覆蓋滲水地膜0—20 cm土壤平均溫度較覆蓋普通地膜降低1.55℃，較裸地和覆蓋秸稈提高1.09℃和2.59℃。其原因主要是滲水地膜在氣溫較低時，孔徑會縮小，會減少土壤熱量散失，具有保溫效果；當氣溫過高時，膜下形成較高的蒸汽壓，加之孔徑的變大，利于散熱和內外氣體交換，土壤中水分分布也較為均勻，不會像覆蓋普通地膜在干旱季節產生土壤水分表聚現象[9]。由此覆蓋滲水地膜可為作物生長發育創造較好的條件，因此產量和水分利用效率均明顯提高，覆蓋滲水地膜水分利用效率較不覆蓋、覆蓋秸稈和覆蓋普通地膜分別提高8.17，4.50，3.71 kg/(hm2·mm)。因此，在干旱半干旱地區滲水地膜具有較好的應用前景。

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EffectofSoilSurfaceCoveredbyWater-PermeabilityFilmonWaterUseEfficiencyofCorn

SHAN Zhichao1, FENG Liangshan2, TIAN Jianquan3, XU Mingyang3,DONG Zhenqi3, FENG Dingchao3, YU Guangjiang3

(1.DandongAcademyofAgriculturalSciences,Fengcheng,Liaoning118109,China; 2.LiaoningAcademyofAgriculturalSciences,Shenyang110161,China; 3.NingheDisseminationCentreforAgriculturalTechniques,Ninghe,Tianjin301500,China)

The film covering the soil surface increases the soil water content, but sometimes it also hinders the runoff into soil. We have carried out this research in order to study the effect on distribution of soil water and heat for different materials. Results show that water-permeability film has the efficient to increase the soil moisture and temperature during the corn growth period, but that was less than the ordinary film, the soil temperature were 1.09℃ and 2.59℃ more than that of bare land and straw mulch, respectively, but it was 1.55℃ less than ordinary film mulch. The water consumption of water-permeability film mulch was 26.7 mm less than ordinary film mulch. And the moisture of soil covered with water-permeability film was uniformly distributed during the dry season. Corn water use efficiency of the soil covered water-permeability film increased by 8.17 kg/(hm2·mm), 4.50 kg/(hm2·mm), and 3.71 kg/(hm2·mm) than those of the bare land, straw mulch, and ordinary film mulch, respectively.

water-permeability film； water use efficiency； corn, soil moisture and temperature.

2016-06-02

：2016-06-16

遼寧省百千萬人才資助項目(2013921058);遼寧省農業領域青年創新人才項目(2014017); 中央財政農業科技推廣示范項目(GCNT-LN-15-2016)

單智超(1979—),男,遼寧凌海人,助理研究員,碩士,主要從事玉米高產栽培技術研究與推廣工作。E-mail:shanzhichao@163.com

馮良山(1980—),男,遼寧莊河人,副研究員,博士,主要從事旱地作物高效栽培技術研究。E-mail:fenglsh@163.com

S318

：A

：1005-3409(2017)03-0194-04