不同覆膜材料對旱地農田土壤理化性質及春玉米產量的影響

王 雯，白盼盼，張 雄

(1.榆林學院，陜西 榆林 719000；2.新疆農業大學，新疆 烏魯木齊 830052)

榆林地區是我國春玉米的優勢產區，常年種植面積約10萬hm2， 旱地春玉米種植面積約占全區玉米種植面積的2/3[1]。該地區春季干旱少雨、氣溫較低，不利于春玉米種子萌發和幼苗生長。研究表明，在西北旱地，地膜覆蓋可提高土壤溫度[2]，保持土壤水分[3]，增加碳、氮等養分含量[4]，改善作物生長的土壤微環境，提高作物水分利用效率[3]，增加產量[5]。然而隨著普通聚乙烯地膜使用量的增加和使用面積的擴大，農田殘膜污染問題日益嚴重，殘膜在土壤中積累，破壞土壤結構[6]，造成耕層土壤理化性質惡化[7]，根系難以下扎[8]，最終影響作物的生長發育和產量，推廣使用可降解地膜，是解決“白色污染”的有效途徑[6]。降解地膜有助于保持土壤水分和溫度[4, 9]，增加玉米產量[10]，但有關降解地膜對土壤理化性質與玉米產量的綜合研究少見報道。筆者研究通過分析不同覆膜材料下土壤水熱狀況和養分含量變化，揭示不同覆膜材料對春玉米產量及水分利用效率的影響，為西北旱地春玉米高產環保栽培提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2019年4-10月在陜西省榆林市佳縣方塌鎮謝家溝村進行(N 38°19＇，E 110°07＇)，試驗地屬典型的干旱半干旱大陸性季風氣候，年均氣溫10.0℃，年降水量395 mm，無霜期157 d，≥10℃積溫3 030℃，土壤為黃綿土，pH值為7.7，速效氮、有機碳和全氮含量分別為15.31 mg·kg-1、13.05 g·kg-1和1.06 g·kg-1。

1.2 試驗設計

試驗采用隨機區組設計，共設置5個處理：T1(0.01mm PE，PE為聚乙烯)，T2(0.01 mm PPC+KY，PPC為聚甲基乙撐碳酸酯；KY為光敏劑)，T3(0.007 mm PPC+KY)，T4(0.006 mm PPC+KY)，CK(裸地)，重復4次，共計20個小區，小區面積28 m2(4 m×7 m)，寬窄行(40 cm + 80 cm)種植，密度為6.0萬株·hm-2。春玉米于2019年4月22日播種，9月27日收獲。地膜寬60 cm，先覆膜，然后將玉米播種于地膜邊際的2～3 cm處，播種深度為3～5 cm。播種前在地表撒施尿素225 kg·hm-2，P2O5105 kg·hm-2，K2O 90 kg·hm-2，翻耕入土。在大喇叭口期和花粒期結合自然降水，采用人工開溝深施，追施尿素225 kg·hm-2和150 kg·hm-2。

1.3 測定指標及方法

(1)在春玉米各生育期采用烘干法測定0～100 cm土層土壤水分，用曲管地溫計測量0～25 cm土層土壤溫度。

(2)在春玉米成熟期采集0～20 cm土層土壤，測定有機碳、速效氮、全氮、可溶性有機碳、可溶性有機氮、微生物量碳和微生物量氮、腐殖酸含量。有機碳采用重鉻酸鉀-分光光度法測定；速效氮采用堿解擴散法測定；全氮采用半微量凱氏定氮法測定；可溶性有機碳用碳分析儀測定；流動分析儀測定濾液中的無機氮含量，用過硫酸鉀氧化法測定土壤可溶性全氮含量，可溶性有機氮含量為可溶性全氮與無機氮含量之差；微生物量碳用重鉻酸鉀氧化法來測定；微生物量氮測定采用氯仿熏蒸-K2SO4提取法。

(3)小區產量為實打實收，每小區采集中間兩行玉米帶回實驗室進行考種，測定穗長、穗粗、穗重、穗粒數、禿尖率和千粒重；春玉米耗水量為收獲時0～100 cm土層含水量-(播種時0～100土層含水量+春玉米生育期降水量)；春玉米水分利用效率為耗水量/產量。

1.4 數據分析

運用SPSS軟件進行不同處理間數據的單因素方差分析，采用Duncan檢驗(P<0.05)進行平均值間的多重比較，用Origin軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 不同覆膜處理對土壤溫度的影響

由圖1可見，在整個生育期，各處理土壤溫度隨土層加深均呈現下降趨勢，0～25 cm的平均土壤溫度表現為T1>T2>T3>T4>CK。在苗期，T1和T2處理間土壤溫度差異小，較其他覆膜處理高1.97～3.19℃，較CK處理高4.34～4.70℃。在拔節期-灌漿期，T1和T2處理的土壤溫度較其他覆膜處理高1.54～3.81℃，較裸地高2.24～6.05℃，其中，T2處理的土壤溫度較T1處理低0.54～2.65℃，較T3和T4處理高0.58～4.03℃；CK處理下各土層溫度比其他處理低0.03～7.04℃。在成熟期，T1處理的土壤溫度較T3、T4和CK處理高3.80～4.96℃，T2處理的土壤溫度較T3、T4和CK處理高0.82～1.71℃，T2處理的土壤溫度較T1處理高1.63～2.98℃，差異增大，T3和T4處理較CK處理略高0.89和0.66℃，差異進一步縮小。

圖1 不同覆膜處理對春玉米各生育期土壤溫度的影響

2.2 不同覆膜處理對土壤水分的影響

圖2表明，在整個生育期0～100 cm土層的平均土壤含水量表現為T1>T2>T3>T4>CK，且隨著土層加深土壤含水量呈增加趨勢。0～40 cm土層中，T1和T2處理的土壤含水量較其他覆膜處理低0.42%～2.02%，較CK處理高1.42%～4.44%。T2處理的土壤含水量較T 1處理略低0.12%～2.14%，較T3和T4處理高0.42%～2.41%；CK處理下土壤含水量比其他處理低0.20%～5.01%。40～80 cm土層的土壤含水量變化趨勢與0～40 cm土層基本一致。80～100 cm土層中，覆膜處理的土壤含水量高于裸地，且T1和T2，T3和T4之間的差異較小。

圖2 不同覆膜處理對春玉米各生育期土壤含水量的影響

2.3 不同覆膜處理對土壤養分的影響

由表1可見，與裸地相比不同覆膜材料均增加了土壤養分含量。在0～20 cm土層中有機碳、可溶性有機碳、微生物量碳含量表現為T2>T1>T4>T3>CK，腐殖酸含量表現為T2>T4>T3>T1>CK，可溶性有機氮和微生物量氮含量表現為T2>T4>T1>CK，速效氮和全氮的含量表現為T1>T2>T3>T4>CK。T2處理的土壤有機碳、腐殖酸、可溶性有機碳、微生物量碳、可溶性有機氮和微生物量氮含量分別較其他處理高4.69%～43.44%、17.99%～46.71%、5.38%～59.24%、16.03%～39.77%、12.26%～34.34%和7.33%～37.05%，且顯著高于CK(P<0.05)。T3處理的N素含量較T4處理高2.62%，T4處理的C素含量較T3處理高2.77%，T1處理的速效氮和全氮含量較其他處理高3.32%～32.74%和5.03%～18.25%。

表1 不同覆膜處理對0-20cm土層土壤養分含量的影響

2.4 不同覆膜處理下春玉米產量指標的變化

表2顯示，不同覆膜材料下的春玉米的產量指標均高于裸地。T1和T2處理下春玉米的穗重、穗粒數、千粒重和產量顯著高于CK處理1.69%～25.55%、5.28%～12.85%、3.35%～12.49%、9.94%～21.87%(P<0.05)，且T1和T2處理下的春玉米穗粒重和產量顯著高于T3和T4處理(P<0.05)。T1處理的穗長、穗重、千粒重和產量略高于T2，T2處理的穗粗和穗粒數最高，且禿尖率最低。耗水量變化與產量相反(表2)，T1和T2處理的耗水量顯著低于其他處理5.77%～10.05%(P<0.05)。較高的產量和較低的耗水量致使T1和T2處理的春玉米水分利用效率顯著高于其他處理12.33%～35.54%(P<0.05)，T1和T2處理間無顯著差異。

表2 不同覆膜處理下春玉米產量指標變化

3 討論與結論

不同覆膜材料下旱地春玉米農田土壤溫度和水分高于裸地。0.01 mm普通聚乙烯地膜和降解地膜覆蓋下土壤保溫保水效果明顯。在春玉米生育中后期0.006 mm和0.007 mm降解地膜覆蓋下土壤保水保溫能力下降，由于在春玉米生育后期降解地膜膜面破裂導致土壤裸露[9～11]，原有密封環境被破壞，保水保溫效果降低[12, 13]。

不同覆膜材料下土壤養分含量高于裸地。0.01 mm降解地膜覆蓋下土壤有機碳，可溶性碳等含量均高于0.01 mm聚乙烯地膜覆蓋，這可能是由于聚乙烯地膜覆蓋下土壤溫度較高，加速了有機質的分解礦化[3, 14]，從長期看，不利于土壤中有機養分的積累。0.007 mm和0.006 mm降解地膜覆蓋下土壤養分低于0.01mm降解地膜覆蓋，可能是由于降解地膜較薄，膜面過早分解破裂，土壤裸露，導致養分揮發或隨雨水淋溶[9]，也可能是膜面降解導致土壤溫度下降，土壤微生物分解殘體速率減慢，土壤養分含量降低[15, 16]。

不同覆膜材料下春玉米產量及水分利用效率高于裸地。T1和T2處理下土壤水分和溫度較高，養分含量高于其他處理，具有良好的保水、保溫和保肥作用，有利于春玉米的生長發育[3, 13]。雖然0.01mm降解地膜覆蓋的穗長、穗重、千粒重和產量略高于0.01 mm聚乙烯地膜覆蓋，但0.01 mm降解地膜覆蓋的穗粗和穗粒數最高，且禿尖率最低，與聚乙烯地膜相比，0.01 mm降解地膜覆蓋下玉米品質較好。并且0.01 mm降解地膜覆蓋下，春玉米耗水量較少，其水分利用效率顯著低于其他降解地膜(P<0.05)。丁宗江等(2018)和唐文雪等(2019)也報道了降解地膜在減少玉米耗水量[17]，提高水分利用效率[18]的作用。筆者研究顯示，在西北旱區，0.01 mm PPC+KY降解地膜覆蓋可有效改善土壤理化性質，提高春玉米產量，改善品質，可考慮作為替代普通聚乙烯地膜的環保型覆膜材料。