不同顏色地膜覆蓋對玉米土壤溫度、雜草發(fā)生及玉米產(chǎn)量的影響

楊世佳 陳瑾 張毅

摘要：以不同顏色地膜覆蓋為農(nóng)作措施，設(shè)計白色地膜覆蓋（WF）、黑色地膜覆蓋（BF）和不覆蓋（CK）3個處理，研究不同顏色地膜覆蓋對玉米土壤溫度、雜草發(fā)生及玉米產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明，WF、BF處理的產(chǎn)量均顯著高于CK，分別高出15.28%、18.77%，WF處理的產(chǎn)量小于BF處理。WF、BF處理株高、莖粗均顯著大于CK。WF、BF處理穗長、行粒數(shù)和百粒質(zhì)量均顯著大于CK，禿尖長度相反。WF處理在玉米生育期中前期，會抑制雜草發(fā)生，在玉米生育期后期，適合雜草的發(fā)生;BF在玉米的整個生育期中均抑制雜草發(fā)生。WF和BF處理均能夠增加玉米土壤溫度，且增溫效果表現(xiàn)為WF處理>BF處理;覆膜處理的最大增溫的天氣類型是晴天，其次是陰天、陰轉(zhuǎn)晴和雨轉(zhuǎn)陰，再次是多云，最小的是陰轉(zhuǎn)雨。綜合考慮，黑色地膜覆蓋的農(nóng)作措施較適宜在玉米生產(chǎn)中推廣應用，但在雨季充沛或者雨水較多的區(qū)域地膜覆蓋的增溫效果不佳。

關(guān)鍵詞：玉米;地膜覆蓋;土壤溫度;雜草發(fā)生;產(chǎn)量

中圖分類號： S513.01 ?文獻標志碼： A ?文章編號：1002-1302（2019）22-0092-05

土壤溫度是土壤熱量狀況的關(guān)鍵指標，地膜覆蓋方式可以改變土壤地面特征，從而引起土壤環(huán)境的變化，具有增溫、保墑、調(diào)水等效果，使其為玉米的生長發(fā)育提供良好的條件，能大幅度提高玉米的經(jīng)濟產(chǎn)量[1-2]。我國自20世紀80年代引入地膜覆蓋技術(shù)以來，開展了諸多平作覆蓋、壟作覆蓋、全膜覆蓋等膜內(nèi)種植的覆蓋方式和塑料地膜、生物降解膜、液態(tài)膜等不同覆蓋材料對玉米生長發(fā)育影響的研究，具有收集無效降雨、延長水分有效期、提高作物產(chǎn)量和水分利用效率等優(yōu)點的溝植壟蓋技術(shù)也被用于玉米研究[3]。目前，地膜技術(shù)的研究及應用多數(shù)集中在降水量小、蒸發(fā)量大、滲水快、保水差的北方地區(qū)[4-5]。在貴州省主要進行地膜覆蓋技術(shù)對玉米產(chǎn)量影響的研究和地膜覆蓋技術(shù)的推廣，多數(shù)研究以起壟方式、寬窄行覆膜方式開展[6-7]。近年來西南地區(qū)干旱頻發(fā)，繼2006年、2007年之后2010—2012年連續(xù)3年均大范圍發(fā)生嚴重干旱，在播種期溫度異常，降水不足，導致出苗不齊;玉米灌漿期溫度偏高、嚴重缺水，影響玉米灌漿，給玉米生產(chǎn)帶來嚴重影響和巨大損失[8-9]。2013年貴州省的干旱尤其嚴重，大部分地區(qū)玉米顆粒無收，安順市2010—2013年的年降水量分別為1 191.8、851.1、1 075.1、796.3 mm，遠遠低于歷史年均降水量 1 430 mm（由西秀區(qū)氣象局提供）。鑒于貴州省地區(qū)連續(xù)多年的干旱給玉米生產(chǎn)帶來嚴重影響的嚴峻形勢和探索降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)污染的玉米生產(chǎn)方式的需求，本研究以白色地膜、黑色地膜2種不同顏色地膜為研究材料，探討不同顏色地膜覆蓋對玉米土壤溫度、雜草生長及玉米產(chǎn)量的影響，尋求高產(chǎn)、高效、生態(tài)友好的玉米生產(chǎn)方式，同時為貴州省的地膜覆蓋栽培技術(shù)提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2015年5—11月在安順市農(nóng)業(yè)科學院試驗基地（105°50′34.09″E、26°18′15.53″N）進行，試驗地耕層土質(zhì)為黃壤土，土壤理化性狀為有機質(zhì)含量12.45 g/kg，堿解氮含量 84.10 mg/kg，有效磷含量24.23 mg/kg，速效鉀含量 45.65 mg/kg，pH值5.20。前作作物為油菜，選用當?shù)刂魍朴衩灼贩N順單6號為材料。

1.2 試驗設(shè)計

試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計，共3個處理。露地直播（CK）：整地后開溝直接播種，不覆蓋地膜，等行距80 cm。黑色地膜側(cè)膜覆蓋（BF）：起等距底寬80 cm、高15～20 cm的壟，采用 80 cm 寬的黑色地膜覆蓋壟面，玉米播種于膜兩側(cè)。白色地膜側(cè)膜覆蓋（WF）：起等距底寬80 cm、高15～20 cm的壟，采用80 cm寬的白色地膜覆蓋壟面，玉米播種于膜兩側(cè)。人工先覆膜后播種，每個處理3個重復，6行區(qū)，行長5 m，播種密度4.95萬株/hm2。5月17日播種，播種前施有機肥 15 t/hm2，基肥（復合肥：N ∶ P2O5 ∶ K2O=15 ∶ 15 ∶ 15） 375 kg/hm2，追肥（尿素）分為2次施入：第1次于苗期施 150 kg/hm2，第2次于大喇叭口期施225 kg/hm2。地膜覆蓋前對所有處理噴曬除草劑，玉米生長期CK處理噴曬除草劑和人工除草（拔節(jié)期），BF、WF處理不進行除草，其他管理與當?shù)厣a(chǎn)相同。

1.3 測定項目

雜草調(diào)查每個小區(qū)分別取3個1 m2樣地，在玉米成熟期進行全部雜草的取樣與雜草鑒定，烘干至恒質(zhì)量并稱干質(zhì)量。溫度以金屬曲管地溫計3支為1組，分別固定插入5、10、15 cm 土壤測量相應深度的溫度，每周測量1次溫度，分為08：00、12：00、16：00和20：00 4個時刻測量。于乳熟期調(diào)查植株農(nóng)藝性狀，分別調(diào)查株高、穗位高、莖粗。成熟期測定產(chǎn)量，實收4行測產(chǎn)，每小區(qū)取10穗調(diào)查穗部性狀。本研究所用降水量的數(shù)據(jù)由西秀區(qū)氣象局提供。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2010及DPSv 7.05軟件進行數(shù)據(jù)處理與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 覆膜處理對不同土壤深度溫度的影響

將所有測量日4個時刻測定的溫度數(shù)據(jù)取平均值，繪制不同覆膜處理下土壤深度的日平均溫度變化。如圖1所示，BF、WF處理的3個土壤深度的日平均溫度均高于CK處理，在5 cm深處的日平均溫度較CK分別增加了1.66、2.49 ℃，10 cm深處分別增加了1.18、2.29 ℃，15 cm深處分別增加了1.08、2.02 ℃，說明增溫效果WF>BF。WF處理比BF處理在5、10、15 cm處的溫度分別增加了0.83、1.11、0.94 ℃，因為白膜的透光率大，作用于土壤表層的熱輻射大，從而增溫程度大，而黑色地膜的透光率小，熱輻射少，導致WF處理的土壤溫度高于BF處理。

將每個測量日相同時刻的溫度取平均值，繪制08：00—20：00不同覆膜處理下各土壤深度的溫度變化。如圖2所示，在4個測量時刻中，3個土壤深度的溫度變化均呈現(xiàn)拋物線形的趨勢，08：00—16：00溫度上升，16：00—20：00溫度下降，3個處理的變化趨勢一致，可能的原因是白天輻射強度高、地表散熱小、吸熱大、土壤溫度升高，夜間土壤散熱量大于吸收的熱量、土壤溫度下降。不同時刻土壤溫度因處理不同有所差異，在 08：00 和20：00時，CK和WF處理在5 cm深度土壤溫度最低，與BF處理有所不同，CK處理沒有地膜的保溫效應，WF處理因透光率高，表層的熱量散失較為直接和迅速，導致早晚5 cm處的土溫低于BF處理。

如圖2所示，在08：00—12：00、12：00—16：00和16：00—20：00的溫度增幅中，3個土壤深度溫度的增幅隨時間呈現(xiàn)下降的趨勢，增幅大小為5 cm>10 cm>15 cm。其中，CK處理在5 cm處分別增加了3.45、2.14、-3.58 ℃，BF處理分別增加了 3.64、2.44、-3.03 ℃，WF處理分別增加了3.44、3.16、-3.28 ℃;CK處理在10 cm處分別增加了2.39、2.29、-2.01 ℃，BF處理分別增加了2.68、2.36、-1.88 ℃，WF處理分別增加了2.20、3.12、-2.00 ℃;CK處理在15 cm處分別增加了1.54、1.74、-1.08 ℃，BF處理分別增加了1.56、2.07、-1.16 ℃，WF處理分別增加了1.42、2.52、-0.73 ℃。表層熱量的散失和吸收向地下傳遞有一個過程，引起表層土壤溫度變化較其他層的大些，沿土層深度方向土壤溫度變化趨于平緩。

2.2 玉米生育期內(nèi)不同覆膜處理對土壤溫度的影響

將每個測量日的4個時刻溫度取平均值后得到玉米生育期內(nèi)各測量日期的土壤溫度變化和生育期內(nèi)日降水量情況。

如圖3至圖5所示，隨著生育期進程推進，土壤溫度呈下降趨勢，3個處理的3個土壤深度的溫度變化趨勢均一致，但各土壤深度的溫差因處理不同有所差異。CK處理中，在測量日8月20日之前，除個別日期外，5 cm和10 cm的溫差小于 10 cm 和15 cm的溫差，且15 cm的溫度明顯低于5、10 cm;8月20日至9月16日，3個土壤深度的溫差均很小;9月16日之后，5 cm的溫度高于10、15 cm，10 cm和15 cm之間的溫差接近0 ℃。BF處理中，在8月20日之前，除個別日期外，3個土壤深度的溫差均較大;從8月20日開始，10 cm和15 cm處的溫差逐漸縮小，溫差明顯小于5 cm和10 cm的溫差。WF處理土壤深度的溫差變化在8月20日之前，除個別測量日之外，5 cm 和10 cm的溫差小于10 cm和15 cm的;在8月20日至9月2日，3個土壤深度的溫差較小;9月2日之后，3個土壤深度的溫差較大，且5 cm和10 cm的溫差小于10 cm和 15 cm 的。試驗可得，覆膜在玉米的整個生育期中都能增加土壤溫度，增溫效果表現(xiàn)為生育期前期>后期>中期，前期玉米封行之前，陽光直射土壤，導致前期溫度高，玉米封行后遮光，直接降低增溫效果，在玉米生長后期葉片衰老，增溫效果稍有增加。在整個玉米生育期中，BF處理土壤深度的溫差比WF處理的穩(wěn)定，尤其在玉米生育期后期土壤深度10 cm和15 cm處的溫度。

圖3至圖5還顯示，3個處理不同土壤深度的溫度均在降水后（降水量>25 mm）出現(xiàn)下降趨勢，且此時3個處理在 5 cm 和10 cm土壤深度的溫度差表現(xiàn)為BF>WF>CK。雨水徑流是熱量的傳輸過程，裸露的土壤有雨水的徑流，促使土壤淺層的熱量因雨水入滲而散失，覆膜處理表層沒有雨水的徑流，減緩了雨水入滲帶來的降溫，但降雨過程中的降溫，導致覆膜土壤熱量向大氣傳輸而降溫，而白色地膜的透光率比黑色地膜的大，土壤熱量散失較大，引起WF處理5 cm和 10 cm 土壤深度的溫差比BF處理的小。

2.3 天氣類型對不同覆膜處理土壤溫度的影響

試驗溫度記錄共17次：晴天2次、陰天7次、陰轉(zhuǎn)雨2次、雨轉(zhuǎn)陰2次、陰轉(zhuǎn)晴2次、多云2次，將相同天氣類型的土壤溫度按日平均計算， 覆膜處理的增溫如表1所示。 7個天氣類型的平均氣溫為20.45～21.95 ℃。7個天氣類型中，覆膜處理增溫最大的天氣是晴天，其次是陰天、陰轉(zhuǎn)晴和雨轉(zhuǎn)陰，再次是多云，最小的是陰轉(zhuǎn)雨。在晴天、陰天、陰轉(zhuǎn)晴和雨轉(zhuǎn)陰天氣中，白色地膜的增溫幅度比黑色地膜的更加明顯;在多云天氣中，白色、黑色地膜增溫幅度均較小;在陰轉(zhuǎn)雨天氣中，覆膜處理在土壤深度10 cm和15 cm的溫度比未覆膜處理的低。覆膜處理在不同天氣類型的增溫效果有所不同，在雨水多的地區(qū)覆膜處理對土壤增溫效果不好。

2.4 覆膜處理對雜草干物質(zhì)量的影響

田間雜草調(diào)查結(jié)果如表2所示，供試試驗田雜草共有8種，不同覆膜處理的雜草生長情況存在一定差異，其中CK處理雜草7種，BF處理無雜草，WF處理有5種雜草，CK和WF處理共有酢漿草、扁稈藨草、馬唐和鐵莧菜4種雜草。共有的4種雜草中，WF處理的密度比CK處理分別高1.00、10.67、9.00、10.67株/m2，干質(zhì)量分別大-1.395 0、4.008 8、7.110 9、1.867 8 g/m2，單株干質(zhì)量分別高-0.631 8、0.315 4、-0.168 3、-0.146 7 g/株，WF處理中田間多數(shù)雜草的密度、干質(zhì)量均大于裸露田間，單株干質(zhì)量則相反。可能在玉米生育期后期，白色地膜覆蓋創(chuàng)造的微環(huán)境正適合雜草的發(fā)生和生長，從而導致白色地膜覆蓋田間的雜草發(fā)生晚于裸露田間。

2.5 覆膜處理對產(chǎn)量及經(jīng)濟效益的影響

如表3所示，WF、BF處理的產(chǎn)量均顯著高于CK，分別高出15.28%、18.77%，WF處理的產(chǎn)量小于BF處理，但差異不顯著。玉米形態(tài)特征中，WF、BF處理株高、莖粗均顯著大于CK，2個地膜處理間相應指標差異不顯著。產(chǎn)量構(gòu)成因素中，WF、BF處理穗長、行粒數(shù)和百粒質(zhì)量均顯著大于CK，禿尖長度相反。說明地膜覆蓋有利于促進玉米的生長和生育，為高產(chǎn)構(gòu)建了有利的單株和群體，促進了玉米產(chǎn)量的形成。綜合投入和產(chǎn)值，3個處理的純經(jīng)濟收入排序為BF>WF>CK，說明地膜覆蓋不僅通過增加玉米產(chǎn)量帶來高產(chǎn)值，而且能減少勞動力的投入，從而來帶更高的經(jīng)濟效益。

3 結(jié)論與討論

溫度是影響玉米生長發(fā)育的主要環(huán)境因素之一，土壤溫度變化1 ℃就會對植物生長產(chǎn)生明顯的影響[10]。有色地膜對太陽光譜中不同波長具有不同的透射、反射與吸收作用，因而具有不同的光熱效應[11]。本研究結(jié)果顯示，黑色和白色地膜覆蓋均能夠增加玉米土壤溫度，與多數(shù)學者的研究結(jié)果[12-13]一致，因為地膜覆蓋主要通過隔絕膜內(nèi)外土壤和空氣的水分交換，抑制潛熱交換和顯熱交換，達到增溫效果，再通過膜內(nèi)附著的水層削弱土壤夜間長波輻射達到保溫效果[14]。本試驗結(jié)果顯示，黑色地膜相對裸露田間的增溫在1.08～1.66 ℃，白色地膜增溫在2.02～2.49 ℃，黑色地膜覆蓋較白色地膜覆蓋可以有效降低土壤溫度，從而可能有效減少了土壤中的氮素礦化，為后期玉米生長提供必要的養(yǎng)分保證。本研究結(jié)果顯示，覆膜處理的最大增溫的天氣類型是晴天，其次是陰天、陰轉(zhuǎn)晴和雨轉(zhuǎn)陰，再次是多云，最小的是陰轉(zhuǎn)雨;在降水后，土壤溫度下降，地膜覆蓋可以減緩溫度的下降，但在陰轉(zhuǎn)雨的天氣中，覆膜處理對深層土壤溫度的保溫效果差，至于地膜覆蓋在雨量、雨天時間等方面對土壤溫度的影響還需進一步研究。

本研究結(jié)果顯示，黑色、白色地膜覆蓋的玉米產(chǎn)量分別較對照增產(chǎn)18.77%、15.28%，黑色地膜的增產(chǎn)幅度更大，多數(shù)研究[15-16]也得到類似的結(jié)果。地膜覆蓋能夠增加玉米株高和莖粗，構(gòu)建高壯的高產(chǎn)株型，增加穗長、行粒數(shù)，降低禿尖長度，營造良好的產(chǎn)量構(gòu)成因素，從而達到增加產(chǎn)量的效果。普通白色地膜覆蓋在保水的同時，由于地溫的升高往往容易造成玉米生長過快，生育期縮短，產(chǎn)量降低[17-19]。本試驗結(jié)果顯示，不同顏色地膜覆蓋對玉米田間雜草發(fā)生影響有所不同，白色地膜覆蓋在玉米生育期中前期，會抑制雜草的生長，在玉米生育期后期，適合雜草的生長，雜草的密度、干質(zhì)量均大于裸露田間，單株干質(zhì)量則相反;黑色地膜在玉米的整個生育期中，田間無雜草發(fā)生，這可能會從土壤結(jié)構(gòu)、微生物活力、養(yǎng)分分配等方面影響玉米的生產(chǎn)，但還需進一步研究。

研究顯示，地膜覆蓋不僅能提高玉米產(chǎn)量、增加玉米產(chǎn)值，而且能減少中耕、雜草鏟除等人工的投入，雙重提高了玉米的經(jīng)濟效應[20];地膜覆蓋能避免除雜草農(nóng)藥的施用，減少農(nóng)業(yè)污染，創(chuàng)造良好的玉米生產(chǎn)生態(tài)，黑色地膜覆蓋的增產(chǎn)和抑制雜草發(fā)生的效果均優(yōu)于白色地膜;地膜覆蓋在降水后，對土壤有保溫效應，但在陰轉(zhuǎn)雨的天氣中，對深層土壤溫度的保溫效果較差。綜合產(chǎn)量、生態(tài)和保溫效果等因素考慮，黑色地膜覆蓋的農(nóng)作措施較適宜在玉米生產(chǎn)中推廣應用，但在雨季充沛或者雨水較多的區(qū)域，地膜覆蓋的增溫效果不佳。

參考文獻：

[1]張永濤，湯天明，李增印，等. 地膜覆蓋的水分生理生態(tài)效應[J]. 水土保持研究，2001，8（3）：45-47.

[2]卜玉山，苗果園，邵海林，等. 對地膜和秸稈覆蓋玉米生長發(fā)育與產(chǎn)量的分析[J]. 作物學報，2006，32（7）：1090-1093.

[3]李尚中，王 勇，樊廷錄，等. 旱地玉米不同覆膜方式的水溫及增產(chǎn)效應[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學，2010，43（5）：922-931.

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

[5]劉曉偉，何寶林，郭天文，等. 半干旱地區(qū)玉米覆膜方式研究[J]. 玉米科學，2012，20（2）：107-110.

[6]郭幫莉. 貴州省興仁縣2011玉米壟作覆膜栽培技術(shù)試驗總結(jié)[J]. 北京農(nóng)業(yè)，2012（9）：17-18.

[7]楊 超，周 梅，田永國，等. 不同栽培方式對中單808產(chǎn)量和經(jīng)濟效益的影響[J]. 耕作與栽培，2014（1）：26-27.

[8]徐精文，楊文鈺，任萬君，等. 川中丘陵區(qū)主要農(nóng)業(yè)氣象災害及其防御措施[J]. 中國農(nóng)業(yè)氣象，2002，23（3）：49-52.

[9]潘光堂，楊克誠.我國西南地區(qū)玉米育種面臨的挑戰(zhàn)及相應對策探討[J]. 作物學報，2012，38（7）：1141-1147.

[10]Walker J M. One-degree increments in soil temperatures affect maize seedling behavior[J]. Soil Science Society of America Journal，1969，33（5）：729-736.

[11]Loughrin J H，Kasperbauer M J. Aroma of fresh strawberries is enhanced by ripening over red versus black mulch[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry，2002，50（1）：161-165.

[12]夏自強，蔣洪庚，李瓊芳，等. 地膜覆蓋對土壤溫度、水分的影響及節(jié)水效益[J]. 河海大學學報，1997，25（2）：39-45.

[13]王 敏，王海霞，韓清芳，等. 不同材料覆蓋的土壤水溫效應及對玉米生長的影響[J]. 作物學報，2011，37（7）：1249-1258.

[14]周麗娜，于亞薇，孟振雄，等. 不同顏色地膜覆蓋對馬鈴薯生長發(fā)育的影響[J]. 河北農(nóng)業(yè)科學，2012，16（9）：18-21.

[15]路海東，薛吉全，郝引川，等. 黑色地膜覆蓋對旱地玉米土壤環(huán)境和植株生長的影響[J]. 生態(tài)學報，2016，36（7）：1997-2004.

[16]張 琴. 不同顏色地膜覆蓋對玉米土壤水熱狀況及產(chǎn)量的影響[J]. 節(jié)水灌溉，2017（4）：57-61.

[17]董朝陽，楊曉光，楊 婕，等. 中國北方地區(qū)春玉米干旱的時間演變特征和空間分布規(guī)律[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學，2013，46（20）：4234-4245.

[18]張冬梅，池寶亮，黃學芳，等. 地膜覆蓋導致旱地玉米減產(chǎn)的負面影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報，2008，24（4）：99-102.

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

[20]方旭飛，王麗學，張鐘莉莉，等. 間作條件下不同覆蓋方式對玉米品質(zhì)的影響及綜合效益評價[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學，2018，46（10）：79-82.