唐文雪　馬忠明

摘要：在張掖干旱綠洲灌溉區(qū)進(jìn)行了膜草覆蓋玉米栽培試驗(yàn)，探討膜草覆蓋對(duì)土壤水熱效應(yīng)、玉米生長(zhǎng)發(fā)育及地膜殘留的影響。結(jié)果表明，與全膜覆蓋相比，地膜與小麥秸稈覆蓋具有較好的保墑效果，生育期耗水量?jī)H增加1.99%，玉米產(chǎn)量及水分利用效率分別僅降低4.05%、5.92%。膜草覆蓋地膜投入量比全膜覆蓋減少40.94～41.55 kg/hm2，地膜殘留量減少11.01～11.54 kg/hm2。綜上分析，認(rèn)為地膜與小麥秸稈覆蓋栽培可有效提高水資源利用效率、玉米產(chǎn)量，降低環(huán)境污染。

關(guān)鍵詞：膜草覆蓋;水分利用效率;地膜殘留;玉米

中圖分類號(hào)：S513? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：1001-1463（2019）07-0004-06

Abstract：The cultivation experiment of corn covered with film-grass was carried out in Hexi Oasis Irrigation Area to explore the effects of film-grass mulching on soil hydrothermal effect， corn growth and development， and film residue. The results showed that compared with full film mulching， plastic film mulching and wheat straw mulching had better effect on soil moisture conservation， water consumption increased by only 1.99% during growth period， and corn yield and water use efficiency decreased by 4.05% and 5.92%， respectively. The input amount of plastic film mulched with film grass decreased by 40.94～41.55 kg/hm2 and the residual amount of plastic film decreased by 11.01～11.54 kg/hm2. In conclusion， plastic film mulching and wheat straw mulching can effectively improve water use efficiency， corn yield， reduce environmental pollution and promote the sustainable development of agricultural production.

Key words：Film-grass mulching; Water use efficiency; Plastic film residue; Corn

地膜覆蓋技術(shù)在水資源匱乏的干旱半干旱地區(qū)具有顯著的保溫保墑效果，發(fā)揮了顯著的增產(chǎn)作用[1 - 3 ]。河西綠洲灌區(qū)受水資源缺乏和積溫不足的影響，玉米生產(chǎn)中普遍采用地膜覆蓋栽培技術(shù)，但大面積高強(qiáng)度使用地膜，使土壤中地膜殘留問(wèn)題日益凸現(xiàn)，對(duì)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成嚴(yán)重威脅[4 - 5 ]。目前，在沒(méi)有良好的替代產(chǎn)品的情況下，普通聚乙烯地膜覆蓋栽培還將長(zhǎng)期存在[6 ]，為減輕殘留地膜污染，科研工作者在地膜減量化技術(shù)方面進(jìn)行了大量研究[7 - 9 ]。馮利平等[10 ]研究指出，地膜及秸稈覆蓋栽培結(jié)合可使土壤含水量比地膜覆蓋平均增加3.2%，比秸稈覆蓋平均增加12.1%，土壤日溫差為16.4 ℃，比地膜覆蓋處理的降低6.1 ℃，比對(duì)照降低1.4 ℃。馬忠明等[11 ]在河西灌區(qū)研究提出，膜草間隔覆蓋將玉米寬窄行種植形式下窄行覆膜的增溫效應(yīng)和寬行覆草的節(jié)水作用結(jié)合于一體，不僅可降低玉米的棵間蒸發(fā)，還可改善土壤溫度，節(jié)水增產(chǎn)效果?，F(xiàn)有地膜秸稈覆蓋栽培的研究主要集中在土壤水熱效應(yīng)、產(chǎn)量方面，對(duì)覆蓋秸稈種類、地膜投入量及殘留量影響的研究還鮮見(jiàn)報(bào)道。我們通過(guò)大田試驗(yàn)對(duì)玉米膜草間隔覆蓋栽培在玉米生長(zhǎng)發(fā)育、地膜投入量、地膜殘留量等方面進(jìn)行研究，以期為干旱綠洲灌區(qū)推廣玉米膜草雙相覆蓋技術(shù)、防控地膜污染提供依據(jù)。

1? ?材料與方法

1.1? ?試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2015年4月至10月在甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院張掖節(jié)水農(nóng)業(yè)試驗(yàn)站進(jìn)行。試驗(yàn)站位于38° 56′ N、100° 26′ E，海拔1 570 m，年平均降水量129 mm，平均年蒸發(fā)量2 075 mm。年平均氣溫為7.38 ℃，降水主要集中在7、8、9月，干旱指數(shù)達(dá)16.09。年平均日照時(shí)數(shù)3 085 h，≥10 ℃的積溫為2 896 ℃。土壤屬輕壤土，0～200 cm土層平均土壤容重1.376 g/cm3。試驗(yàn)前采集0～20 cm 耕層土壤測(cè)定土壤理化性質(zhì)，含有機(jī)質(zhì)7.9 g/kg、堿解氮為70.9 mg/kg、速效磷24.7 mg/kg、速效鉀82 mg/kg。該區(qū)為典型干旱綠洲灌溉區(qū)。

1.2? ?試驗(yàn)材料

指試玉米品種為豫玉22號(hào)。供試地膜為普通聚乙烯地膜，厚度0.008 mm、幅寬140、70 cm。供試氮肥為尿素（含N 46.4%），磷肥為普通過(guò)磷酸鈣（含P2O5 12%）。

1.3? ?試驗(yàn)方法

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)。設(shè)置3種覆蓋方式：地膜全地面覆蓋（CK）、地膜與小麥秸稈覆蓋（A）、地膜與玉米秸稈覆蓋（B）。小區(qū)面積為46.2 m2（7.7 m ×6.0 m）。所有處理施N 300 kg/hm2，40%的氮肥及全部P2O5 225 kg/hm2作基肥結(jié)合整地施入，剩余氮肥在玉米大喇叭口及吐絲期隨灌水各追施30%。生育期灌水量4 500 m3/hm2，拔節(jié)期、大喇叭口期、吐絲期和灌漿中期各灌水1次，采用水表計(jì)量灌溉，灌水量分別占總量的20%、30%、30%、20%。

玉米采用寬窄行模式種植，帶幅120 cm，寬行80 cm，窄行40 cm。4月12日覆膜，CK覆蓋寬140 cm地膜，沿地埂順播種方向覆第1幅膜，第2幅膜與第1幅膜內(nèi)側(cè)重疊10 cm，邊覆邊用土壓重疊膜邊，依次類推。膜草覆蓋方式：窄行覆蓋幅寬70 cm地膜，播種當(dāng)天寬行覆蓋長(zhǎng)度為5～7 cm小麥或玉米秸稈，秸稈厚度1.5～2.0 cm。4月20日播種，10月3日收獲。

1.4? ?觀測(cè)項(xiàng)目與方法

1.4.1? ? 土壤水分及水分利用效率測(cè)定? ? 土壤水分采用烘干法測(cè)定。玉米播前和收獲后測(cè)定0～120 cm土層水分，每20 cm為1層，每小區(qū)分別在寬行和窄行中間各測(cè)定1個(gè)點(diǎn)，取相同土層2個(gè)點(diǎn)平均值為相應(yīng)土層土壤含水量，并分層計(jì)算各土層土壤貯水量。

土壤貯水量計(jì)算公式：W=∑wirihi/10[12 ]。

式中，W為0～120 cm土層土壤水分總貯量（mm）;wi為各土層土壤質(zhì)量含水量（%）;ri為各土層土壤容重（g/cm3）;hi為分層厚度（20 cm）。

采用水分平衡法計(jì)算作物田間耗水量。

水分平衡方程為：ET=P+I+△W[12 ]。

式中，ET為生育期耗水量（mm）;P為降水量（mm）;I為灌溉水量（mm）;△W為計(jì)算時(shí)段內(nèi)土壤貯水變化量（mm）。

水分利用效率：WUE =Y/ET

式中，WUE為水分利用效率[kg/（hm2·mm）];Y為經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量（kg/hm2）;ET為作物耗水量（mm）。

1.4.2? ? 土壤溫度測(cè)定? ? 采用曲管地溫計(jì)（型號(hào)WQG-16）測(cè)定。分5、10、15 cm 3個(gè)土壤層次將地溫計(jì)埋設(shè)。玉米播種至拔節(jié)期每隔2 d在8：00、14：00、18：00時(shí)測(cè)定土壤各土層溫度，各層次土壤溫度平均值即為0～15 cm土壤溫度。

1.4.3? ? 地膜殘留量及殘留系數(shù)? ? 地膜投入量測(cè)定：覆膜前將地膜卷稱重，覆完后再稱重，二者差值為試驗(yàn)小區(qū)地膜投入量[13 ]。

地膜殘留量測(cè)定：覆膜前用蛇形線方法在試驗(yàn)小區(qū)選擇5個(gè)采樣樣方，樣方規(guī)格為2.0 m×1.0 m，采樣深度為30 cm，采集土樣中殘膜，并將收集的殘膜樣品裝袋帶回實(shí)驗(yàn)室分揀、清洗、涼干稱重，計(jì)算殘膜背景 值[6 ]。玉米收獲后，先采用傳統(tǒng)方法撿拾殘留地膜帶出試驗(yàn)小區(qū)，然后每小區(qū)確定3個(gè)采樣樣方，測(cè)定地膜殘留量。

地膜殘留系數(shù)=[（收獲后地膜殘留總量- 覆膜前地膜殘留量）/地膜投入量]×100%[6 ]

1.4.4? ? 玉米農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量測(cè)定? ? 在玉米苗期、拔節(jié)期、抽雄期、灌漿期、成熟期等生育進(jìn)程中，各小區(qū)選取有代表性的10株植株測(cè)量株高和葉面積（單片葉面積=葉最長(zhǎng)處長(zhǎng)度×葉最寬處寬度×0.75），并將地上部全部帶回實(shí)驗(yàn)室烘干測(cè)定生物量。同時(shí)在苗期、拔節(jié)期地上部取樣后，同步采集植株周圍長(zhǎng)30 cm、寬30 cm，深40 cm土壤范圍內(nèi)根系樣品，觀測(cè)節(jié)根層數(shù)、條數(shù)，并清洗干凈烘干稱質(zhì)量。成熟期每小區(qū)收獲中間2帶測(cè)產(chǎn)，根據(jù)重量均值法取有代表性的樣穗15穗進(jìn)行室內(nèi)考種，考察穗行數(shù)、行粒數(shù)、千粒重等指標(biāo)。按小區(qū)收獲，自然風(fēng)干后計(jì)產(chǎn)。

1.5? ?數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2007和SPSS 11.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)分析。

2? ?結(jié)果與分析

2.1? ?膜草覆蓋對(duì)土壤溫度的影響

表1為玉米播種至抽雄吐絲期不同處理0～15 cm土層溫度動(dòng)態(tài)變化。可以看出，從播種至玉米拔節(jié)期（6月上旬），隨著氣溫的逐漸升高各處理土壤溫度均逐漸升高。與CK相比，處理A、處理B表現(xiàn)出明顯的降溫效應(yīng)，較CK土壤溫度分別降低4.06、4.34 ℃，且處理B降溫效應(yīng)更明顯。玉米拔節(jié)期后，隨生育進(jìn)程的推進(jìn)，田間郁閉度逐漸增大，覆蓋的增溫效應(yīng)弱化，不同覆蓋方式處理間溫度差異變小，7月中旬后差異基本消失。

2.2? ?膜草覆蓋對(duì)玉米生長(zhǎng)發(fā)育的影響

2.2.1? ? 苗期、拔節(jié)期玉米根系? ? 節(jié)根是玉米的主要根系，節(jié)根的生長(zhǎng)、代謝和活力變化可直接影響到地上部的生長(zhǎng)發(fā)育。從表2可以看出，秸稈覆蓋處理顯著影響玉米節(jié)根層數(shù)、數(shù)量及根干物重，在苗期處理B比處理A影響更顯著。與CK相比，苗期節(jié)根層數(shù)、玉米節(jié)根數(shù)量及根干物重處理A分別降低3.23%、27.10%、43.64%，處理B分別降低25.81%、30.63%、50.91%;拔節(jié)期處理A分別降低12.07%、27.01%、37.11%，處理B分別降低8.62%、25.56%、44.33%。

2.2.2? ? 玉米株高、葉面積、地上部干物質(zhì)重? ? 從表3可知，在苗期、拔節(jié)期，處理A、處理B株高、葉面積、地上部干物重均顯著低于CK;抽雄期后處理A、處理B玉米生長(zhǎng)加快，株高及葉面積與CK差異不顯著，且處理A地上部干物重與CK相近，而處理B抽雄期、灌漿期仍顯著低于CK，灌漿中期后干物重急劇增加，成熟期差異不顯著。

2.2.3? ? 玉米產(chǎn)量構(gòu)成因素及產(chǎn)量? ? 從表4可知，不同覆蓋方式對(duì)玉米穗長(zhǎng)、穗粗、穗行數(shù)、行粒數(shù)影響不明顯，而對(duì)百粒重影響顯著。其中處理A、處理B百粒重分別為35.93、35.77 g，比CK分別顯著降低6.55%、6.97%。處理A、處理B折合產(chǎn)量均較CK有所減少，其中處理A為14 995.0 kg/hm2，較CK減產(chǎn)632.2 kg/hm2，減產(chǎn)率4.05%;處理B為14 114.8 kg/hm2，較CK顯著減產(chǎn)1 512.4 kg/hm2，減產(chǎn)率9.68%。方差分析表明，CK與處理A差異不顯著，與處理B差異顯著;處理A與處理B差異不顯著。

2.3? ? 膜草覆蓋對(duì)土壤水分利用效率的影響

從表5可以看出，膜草覆蓋具有良好的保墑作用。處理A、B的耗水量與全覆膜CK相近，僅較CK增加1.99%、1.55%。處理A水分利用效率與CK差異不顯著，比CK僅降低5.92%;處理B顯著低于CK，較CK降低11.06%。

2.4? ?膜草覆蓋對(duì)地膜投入量及殘留量的影響

地膜殘留量和殘留系數(shù)是衡量土壤污染程度的重要指標(biāo)。從表6可以看出，膜草覆蓋處理地膜覆蓋地面比例為50%，因此處理A、處理B地膜投入量大幅降低，投入量?jī)H為CK的49.70%～50.44%，殘留量為CK的50.37%～52.64%，均顯著低于CK。殘留系數(shù)是當(dāng)年地膜殘留量在地膜投入量中所占的比例，不同覆膜方式地膜殘留系數(shù)相近，差異不顯著。

3? ?結(jié)論與討論

試驗(yàn)表明，膜草覆蓋后玉米播種期、拔節(jié)期土壤溫度降幅達(dá)4.06、4.34 ℃，顯著影響玉米生長(zhǎng)發(fā)育。在玉米拔節(jié)后，膜草覆蓋增溫效應(yīng)減弱，玉米生長(zhǎng)發(fā)育加快。膜草覆蓋具有較好的保墑效果，與地膜全地面覆蓋相比，地膜與小麥秸稈覆蓋后玉米產(chǎn)量及水分利用效率分別降低4.05%、5.92%，生育期耗水量增加1.99%;地膜與玉米秸稈覆蓋后玉米產(chǎn)量及水分利用效率分別顯著降低9.68%、11.07%，生育期耗水量增加1.55%。

地膜用量是影響地膜殘留量的重要因素。何文清[14 ]的研究表明，如果殘膜得不到有效回收，地膜用量越大，則地膜殘留強(qiáng)度就越大。我們的研究得出，膜草覆蓋地膜投入量比地膜全地面覆蓋減少40.94～41.55 kg/hm2，地膜殘留量減少11.01～11.54 kg/hm2。可見(jiàn)膜草覆蓋顯著降低了地膜投入成本，降低了殘膜污染。

大量研究表明秸稈覆蓋會(huì)推遲作物生育進(jìn)程，減弱光對(duì)地面的照射強(qiáng)度，土壤吸熱少升溫慢，降低土壤溫度，延緩作物生育進(jìn)程[15 - 19 ]。雖然膜草間隔覆蓋窄行地膜可改善土壤溫度，但由于秸稈覆蓋層的隔離作用，在玉米苗期、拔節(jié)期膜草覆蓋處理仍表現(xiàn)出明顯的降溫效應(yīng)，導(dǎo)致玉米生長(zhǎng)遲緩，玉米根系、株高、葉面積及地上部干物重顯著低于地膜全覆蓋處理。隨生育進(jìn)程的推進(jìn)，膜草覆蓋增溫效應(yīng)減弱，覆蓋方式對(duì)玉米生長(zhǎng)發(fā)育影響減緩。玉米拔節(jié)后膜草覆蓋可快速生長(zhǎng)彌補(bǔ)前期所受影響，抽雄吐絲期各處理玉米株高、葉面積趨于一致，但地膜與玉米秸稈覆蓋處理地上部干物重仍顯著低于地膜全覆蓋處理，直到成熟期達(dá)到一致。從產(chǎn)量構(gòu)成因子看，膜草覆蓋對(duì)玉米穗長(zhǎng)，穗粗、穗行數(shù)、行粒數(shù)均有影響，對(duì)百粒重影響顯著。由于產(chǎn)量各因子的疊加效應(yīng)，地膜與小麥秸稈覆蓋的產(chǎn)量與地膜全地面覆蓋相近，而地膜與玉米秸稈處理的產(chǎn)量顯著低于地膜全地面覆蓋。

綜合分析膜草覆蓋對(duì)土壤溫度、玉米生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量、水分利用效率及地膜殘留量的影響，地膜與小麥秸稈覆蓋后可有效提高水資源利用效率、玉米產(chǎn)量，降低環(huán)境污染，具有推廣應(yīng)用前景。

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（本文責(zé)編：陳? ? 偉）