錢 銳，劉 洋，郭 茹，楊 玲，梁 霞， 張 鵬，任小龍，賈志寬

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，陜西楊凌 712100；2.農(nóng)業(yè)部西北黃土高原作物生理生態(tài)與 耕作重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/西北農(nóng)林科技大學(xué) 中國(guó)旱區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)研究院，陜西楊凌 712100)

寧南旱區(qū)地處黃土高原雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)，光熱資源豐富，降水不足，土壤肥力屬于中低水平，以秸稈還田、地膜覆蓋等為代表的培肥保墑技術(shù)成為區(qū)域農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要措施[1-4]。連年覆膜種植造成的地力消耗與“白色污染”，不合理、不充分的秸稈還田導(dǎo)致作物減產(chǎn)等現(xiàn)象已經(jīng)成為區(qū)域農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展亟需解決的問(wèn)題[5-7]。

高艷梅等[8]研究指出，休閑期覆膜在不同降雨年情下顯著提高播前蓄水效率20%～185%，小麥增產(chǎn)20%以上。馬忠明等[9]通過(guò)不同覆膜種植試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，不同覆膜方式下土壤溫度平均提高3.3℃。普遍認(rèn)為，秸稈還田通過(guò)對(duì)土壤理化性質(zhì)改變影響作物發(fā)育。馬永良等[10]研究表明，秸稈還田增強(qiáng)了土壤滲水能力，提高了土壤含水量。張冬梅等[11]研究表明，連續(xù)3a秸稈還田，玉米苗期日均最低溫提高1.3℃，播前土壤水分提高1.9%，經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量增加12.2%。但覆膜種植與秸稈還田的弊端同樣不容忽視。柴守璽等[12]研究表明，覆膜種植減少了深層土壤含水量，土層加深含水量越低，更為劇烈。長(zhǎng)期覆膜種植還會(huì)引發(fā)作物生育后期脫水、脫肥現(xiàn)象[13-14]。秸稈還田對(duì)于農(nóng)田的反哺需要一定溫度、水分、氮素作為前提條件[15]，單一秸稈還田會(huì)降低出苗質(zhì)量與出苗率[16]，造成出苗遲，苗弱，苗黃等情況。眾多研究表明[17-18]，秸稈還田配合地膜覆蓋在發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，緩解了作物生長(zhǎng)同資源環(huán)境協(xié)同發(fā)展的矛盾，促進(jìn)了農(nóng)業(yè)資環(huán)的循環(huán)利用，提高了可持續(xù)農(nóng)業(yè)活力，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。

當(dāng)前，眾多學(xué)者已經(jīng)圍繞單一覆膜栽培、單一秸稈還田或是覆膜栽培結(jié)合秸稈還田在不同區(qū)域進(jìn)行了大量的田間試驗(yàn)，關(guān)注點(diǎn)多圍繞單一維度下農(nóng)田土壤水分、表層土壤溫度、作物產(chǎn)量等方面[19-23]，而針對(duì)秸稈還田配合地膜覆蓋對(duì)典型旱作農(nóng)田土壤水分、溫度在時(shí)空兩個(gè)尺度下的變化，以及二者優(yōu)勢(shì)耦合對(duì)春玉米產(chǎn)量影響的報(bào)道尚在少數(shù)。

試驗(yàn)共設(shè)置傳統(tǒng)平作(T)、平作秸稈還田(TS)、平覆膜秸稈還田(PS)、平覆膜秸稈不還田(P)4個(gè)處理，從時(shí)間、空間兩個(gè)層面分析地膜覆蓋、秸稈還田及二者交互對(duì)土壤水熱動(dòng)態(tài)變化、優(yōu)化利用及春玉米產(chǎn)量的影響，揭示覆膜秸稈還田模式的增溫保墑及增產(chǎn)原理，為完善半干旱區(qū)地膜覆蓋栽培模式提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于 2018年11月-2019年10月在寧夏回族自治區(qū)彭陽(yáng)縣長(zhǎng)城村旱地農(nóng)業(yè)試驗(yàn)區(qū)(106°48′E，35°51′N)進(jìn)行。該區(qū)海拔1 658 m，地貌類型屬黃土高原腹部梁峁丘陵地。年平均降水量430 mm 左右，其中70%的降雨集中在7—9月。年平均氣溫 6.1 ℃，年平均日照時(shí)數(shù) 2 518.2 h，年蒸發(fā)量1 753.2 mm，干燥度(≥0 ℃的蒸發(fā)量)為1.21～1.99，無(wú)霜期 140～160 d。試驗(yàn)田為旱平地，土壤質(zhì)地為黃綿土，屬中低等肥力水平，試驗(yàn)地0～60 cm土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)見(jiàn)表1。

1.2 試驗(yàn)?zāi)攴萦衩咨诘臍鉁?、降水情況

2018年10月—2019年11月總降雨量為787.1 mm，休閑期降雨量為153.3 mm，生育期降雨量為633.8 mm(圖1)，較多年平均同期增長(zhǎng)86.9%。在玉米生長(zhǎng)旺盛的7、8月降雨量分別為144.2和245.7 mm，較多年平均同期增加 52.2%和169.7%。生育期內(nèi)日照時(shí)數(shù)為 949.1 h，日均氣溫為8.6～20.2 ℃。

表1 試驗(yàn)地基礎(chǔ)理化性質(zhì)Table 1 Key properties of soil layers

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)為雙因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。設(shè)置兩種栽培模式，分別為傳統(tǒng)平作和覆膜種植，采用秸稈還田與不還田兩種方式分別在兩種栽培模式下進(jìn)行大田試驗(yàn)。試驗(yàn)共設(shè)置4個(gè)處理(圖2)，平作不還田(T)、平作秸稈還田(TS)、平覆膜秸稈不還田(P)、平覆膜秸稈還田(PS)，每個(gè)處理3次重復(fù)。每個(gè)重復(fù)小區(qū)面積為90 m2。

2018年10月，前茬玉米收獲后立即將秸稈粉碎成5 cm左右的小段，均勻翻埋至各還田處理0～30 cm土層，隨后對(duì)各覆膜處理覆可降解膜，于次年4月直接播種。玉米品種為‘大豐30’，播種密度為75 000株·hm-2，種植深度為5～8 cm，株距60 cm，行距23 cm，各處理施尿素150kg·hm-2和 P2O5120 kg·hm-2，磷肥全部基施，在小喇叭口期按質(zhì)量比1∶1對(duì)各處理進(jìn)行尿素追肥，試驗(yàn)期間不進(jìn)行灌水處理，僅進(jìn)行人工除草和病蟲(chóng)害防治。2019年4月23日播種，10月3日收獲。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.4.1 土壤水分 測(cè)定深度為0～200 cm土層，0～20 cm每10 cm取1個(gè)土樣，20 cm以下每 20 cm取1個(gè)土樣，取樣位置為玉米株間，采用烘干法測(cè)定。

1.4.2 土壤溫度 采用智能全自動(dòng)土壤溫度記錄儀(HZ-TJ1，北京合眾博普科技有限公司，中國(guó))進(jìn)行地溫讀取，不間斷測(cè)量4個(gè)處理從播種至收獲全生育期內(nèi)土壤剖面0～60 cm溫度的動(dòng)態(tài)變化，10 cm一個(gè)土層，觀測(cè)位置在株間，每次讀取間隔30 min。

1.4.3 土壤積溫 參考McMaster 和 Wilhem關(guān)于土壤有效積溫的計(jì)算[41]，得出相關(guān)公式如下：

AT=∑(Tm-Tb)

式中，AT為土壤有效積溫( ℃)；Tm為日均土壤溫度；Tb為玉米根系活動(dòng)最低有效溫度，其值為10 ℃。當(dāng)Tm

1.4.4 土壤貯水量W=∑h×ρ×b×10

式中，W為土壤貯水量(mm)；h為土層深度(cm)；ρ為土壤體積質(zhì)量(g·cm-3)；b為各層土壤質(zhì)量含水量(%)。

1.4.5 土壤耗水量ET=W1-W2+T+R+C-D+I

式中，ET為全生育期耗水量(mm)；W1為播前0～200 cm土層土壤貯水量(mm)；W2為收獲后0～200 cm土層土壤貯水量(mm)；T為生育期有效降水量(mm)，I為灌溉量(mm)，R為地表徑流(mm)，C為地下水流入根部水量(mm)，D為根部以外排水量(mm)。本試驗(yàn)中，試驗(yàn)地地表平整，地下水位在地表約80 m以下深度，試驗(yàn)期間無(wú)灌水，因此，地表徑流、灌溉量、地下水流入根部水量和根部以外排水量數(shù)值為零。

1.4.6 作物水分利用效率WUE=Y/ET

式中，WUE為水分利用效率 (kg·hm-2·mm-1)，Y為作物籽粒產(chǎn)量 (kg·hm-2)。

1.4.7 作物產(chǎn)量 至玉米收獲，每個(gè)小區(qū)選取4 列有代表性的玉米行，每行連續(xù)選取10 株玉米進(jìn)行玉米產(chǎn)量測(cè)定。收獲時(shí)4個(gè)處理的籽粒平均含水量為 25.61%，測(cè)產(chǎn)時(shí)籽粒產(chǎn)量按14%含水量折算干質(zhì)量進(jìn)行計(jì)算。

1.5 數(shù)據(jù)處理

利用軟件Microsoft Excel 2018和SPSS 23對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用單因素方差分析(one-way ANOVA)和最小顯著差數(shù)法(LSD)進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。采用Origin 2018對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種植方式下0～200 cm土層土壤水分變化

2.1.1 時(shí)間變化 各處理0～200 cm土層貯水量隨生育期推進(jìn)呈現(xiàn)“M”型變化，土壤貯水量峰值出現(xiàn)在播后120～150 d(圖3)。

休閑期至播前，無(wú)論是在耕層(0～60 cm)還是深層(60～200 cm)，覆膜處理貯水量均顯著高于不覆膜處理，平均高4.29%和5.46%。平覆膜秸稈還田(PS)與平覆膜秸稈不還田(P)在耕層差異明顯，PS較P高0.45%。平作秸稈還田(TS)與平作不還田(T)差異主要體現(xiàn)在深層，TS較T高1.01%。

播后0～30 d，0～200 cm土壤貯水量，覆膜處理均顯著高于不覆膜處理。耕層貯水量，覆膜處理較不覆膜處理平均高4.71%。深層貯水量，覆膜秸稈還田處理顯著高于其他處理，平均高 3.17%。播后30～60 d，PS的耕層和深層貯水量顯著高于其他處理，平均高3.70%和3.75%，其余各處理之間無(wú)顯著差異。播后60～90 d，受日均氣溫升高與拔節(jié)期影響，作物耗水劇增，各處理耕層、深層貯水量均為生育期內(nèi)最低。各處理耕層貯水量差異顯著，PS與P較T分別高4.30%、 1.90%，TS較T低-4.50%，PS較P提高 2.35%。各覆膜處理深層貯水量均顯著高于不覆膜處理，平均高4.12%，但覆膜處理間無(wú)顯著差異，TS較T顯著提高1.64%。播后90 d～收獲，該時(shí)期降雨量為392.7 mm(較多年同期平均降雨量多227.8 mm)，各處理出現(xiàn)貯水量峰值，平均達(dá)611.52 mm，各處理間耕層貯水量大小順序?yàn)門>P>TS>PS，不還田處理較還田處理平均高2.29%。

2.1.2 空間變化 休閑期至播前，各處理0～200 cm土壤含水量大小順序?yàn)镻S>P>TS>T(圖4-a)。無(wú)論是在耕層還是深層，覆膜處理的抑蒸保墑作用均優(yōu)于不覆膜處理，在此基礎(chǔ)上，秸稈還田有效積蓄了深層土壤水分。但單一還田不能控制耕層水分的蒸發(fā)。

播后0～30 d，各處理0～200 cm土層土壤含水量較播前均有不同程度增加，呈現(xiàn)先增加后降低的變化(圖4-b)。

播后30～60 d，氣溫回升，覆膜抑蒸、秸稈腐解、作物生長(zhǎng)同時(shí)對(duì)水分作用，以作物耗水為主， 0～80 cm土壤含水量較上一時(shí)期減少(圖4-c)。播后60～90 d，0～200 cm土層含水量先減少后趨于穩(wěn)定。這一時(shí)期，水分蒸散和作物生長(zhǎng)成為耗水主要原因，雖然降雨較多，但多為強(qiáng)降雨，易形成徑流，對(duì)土壤補(bǔ)給低于消耗(圖4-d)。播后90～120 d，各處理進(jìn)入灌漿期，耗水強(qiáng)度均有所降低，主要以蓄水為主，0～200 cm土層含水量先呈現(xiàn)小幅降低，隨后增加再降低(圖4-e)。播后120 d～收獲，耗水強(qiáng)度進(jìn)一步降低，0～200 cm土壤含水量大致呈先增加后減少的趨勢(shì)，以T水分含量最高(圖4-f)。

值得注意的是，在播后0～90 d，土壤水分的消耗主要在0～80 cm土層內(nèi)。不同覆膜還田種植配合降雨將深層水份穩(wěn)定在17～23%，90 d以后，不覆膜處理土壤含水量逐漸增加，甚至超過(guò)覆膜處理。

2.2 不同種植方式對(duì)0～60 cm土壤溫度的影響

2.2.1 0～20 cm土壤日(00:00～24:00)逐時(shí)溫度 玉米生長(zhǎng)期間，覆膜種植相較不覆膜處理平均提高10 cm、20 cm土壤溫度2.81 ℃和0.87 ℃(圖5)。各處理日均溫度隨土層加深降低，降幅為0.03～2.21 ℃。分析不同處理日均土壤溫度逐時(shí)變化，10 cm處，覆膜處理6:00～15:00溫度逐漸升高，在15:00～18:00達(dá)到最高溫度，至翌日6:00溫度逐漸降低至日均最低溫，PS較P到達(dá)日均最高溫的時(shí)間向后延遲，但最高溫度無(wú)差異。不覆膜處理，6:00～16:00溫度逐漸升高，至次日6:00溫度逐漸降低，TS與T同時(shí)段到達(dá)日均最高溫，但T的溫度高于TS。20 cm處，溫度變化趨勢(shì)與10 cm相似，PS與P,T與TS溫度變化更加趨于同步。

2.2.2 0～20 cm土壤逐日晝夜溫度和晝夜溫差 不同種植方式對(duì)0～20 cm土壤晝、夜溫度影響不同(圖6)。相較平作不還田，各覆膜處理的夜間增溫效果優(yōu)于白晝，平作秸稈還田表現(xiàn)為白晝降溫、夜間增溫。PS與P分別提高土壤晝、夜溫度1.40 ℃、1.71 ℃和3.71 ℃、3.51 ℃，TS降低和提高土壤晝、夜溫度0.46 ℃和0.50 ℃。分析晝夜溫差可看出，相較T，不同覆膜還田處理降低土壤晝夜溫差，且隨生育期推進(jìn)，溫差幅度逐步縮小，生育期內(nèi)平均降低0.6～1.23 ℃。播后0～15 d，PS、P、TS的晝夜溫差分別降低1.7 ℃， 1.5 ℃和0.5 ℃。播后16～100 d，PS、P、TS晝夜溫差分別降低1.5 ℃， 1.2 ℃和0.3 ℃。播后101～162 d，PS、P、TS晝夜溫度分別降低1 ℃，0.7 ℃和0.1 ℃(圖 7)。

2.2.3 0～60 cm土壤有效積溫 各處理全生育期0～60 cm有效積溫總量以PS最多，較P、TS、T分別多1%、20.95%和19.42%(圖8)。

分析各時(shí)期可看出，播后0～40 d，除PS(20 cm)外，各處理土壤有效積溫隨土層加深而減少，PS、P、TS、T的表層(0～30 cm)土壤有效積溫總量分別較深層(40～60 cm)高15%，9.7%，29%。各處理表層(0～30 cm)有效積溫差異顯著。PS和P的有效積溫總量較TS和T平均分別高 75.3%，PS較P高5.3%。深層(30～60 cm)土壤有效積溫總量，PS、P較T平均高113.75%。

播后40～80 d(圖8-b)，受氣溫回升及日照時(shí)數(shù)增加影響，各處理0～60 cm有效積溫總量達(dá)到全生育期最大值，相較0～40 d平均提高 57.33%。地膜覆蓋對(duì)土壤增溫保溫的同時(shí)避免土壤溫度隨氣溫的線性增加，在播后40～80 d，不覆膜處理土壤積溫隨日均土壤溫度的升高而增大，不覆膜處理增加幅度顯著高于覆膜處理，其中以TS增幅最大，0～60 cm有效積溫總量增加136.13%。各處理表層土壤有效積溫平均較深層多12.25%。表層土壤有效積溫，覆膜處理較不覆膜處理平均高6.50%，PS較P顯著高1.46%，TS較T顯著低0.81%。深層土壤有效積溫總量，覆膜處理較不覆膜處理平均高17.29%。

播后80～120 d(圖8-c)，各土層覆膜處理與不覆膜處理平均差值為2.12～30.62 ℃，為生育

期內(nèi)最小。同一土層，PS與P，T與TS均無(wú)顯著差異。

播后120 d～收獲(圖8-d)，各處理有效積溫隨土層加深而減少，達(dá)到生育期內(nèi)最低。同一土層，覆膜處理顯著高于不覆膜處理，平均高 3.53%。但PS與P,TS與T之間無(wú)顯著差異。

2.2.4 0～20 cm土壤溫度與大氣溫度的關(guān)系 分析不同種植方式下0～20 cm土壤溫度與大氣溫度的相關(guān)性發(fā)現(xiàn)，不同處理在不同氣溫區(qū)間表現(xiàn)出不同的響應(yīng)特征(圖9)。在5～25 ℃氣溫區(qū)間內(nèi)，P均表現(xiàn)最大的增溫潛勢(shì)，PS與T在 18.62 ℃出現(xiàn)增溫潛勢(shì)交叉，TS最弱。從增溫幅度看，在5～10 ℃氣溫區(qū)間，PS、P、TS增溫幅度分別為2.21 ℃、0.1 ℃、-2.39 ℃。在10～18 ℃氣溫區(qū)間，3個(gè)處理增溫幅度分別為2.4 ℃、 0.28 ℃、-2.34 ℃。在18～25 ℃區(qū)間，3個(gè)處理增溫幅度分別為1.79 ℃、-0.1 ℃和-2.36 ℃。

2.3 不同種植方式對(duì)玉米產(chǎn)量、耗水量和水分利用效率的影響

玉米收獲后，覆膜處理的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量和生物產(chǎn)量均顯著高于不覆膜處理，平均提高70.06%和35.30%。PS較P顯著提高經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量和生物產(chǎn)量，分別為14.55%和21.93%，TS與T之間無(wú)顯著差異(表2)。

各處理耗水量差異顯著，覆膜處理的耗水量均高于不覆膜處理，平均高5.72%。且秸稈還田耗水量均顯著高于同種種植方式下的不還田處理，PS、TS耗水量分別較P、T高出14.36 mm和 15.04 mm。PS與P水分利用效率差異顯著，TS與T之間無(wú)顯著差異，平覆膜秸稈還田的水分利用效率最高，為23.56 kg·hm-2·mm-1。

進(jìn)一步分析生育期內(nèi)0～200 cm土壤貯水量和0～20 cm土壤溫度對(duì)玉米經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量、生物產(chǎn)量、耗水量、土壤有效積溫的影響(表3)。結(jié)果顯示，經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量與生物產(chǎn)量、貯水量和土壤有效積溫的相關(guān)性隨生育期推進(jìn)逐漸降低。經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量與播后0～30 d的土壤貯水量呈極顯著正相關(guān)；與播后60～90 d土壤貯水量呈顯著正相關(guān)。生物產(chǎn)量與播后0～30 d、30～60 d貯水量呈顯著相關(guān)。除播后90～120 d，耗水量與土壤貯水量的相關(guān)性

表2 不同處理玉米的產(chǎn)量、耗水量及水分利用效率(2019年)Table 2 Yield, water consumption and water use efficiency of maize under different treatments(2019)

先升高后降低；與土壤溫度的相關(guān)性先升高后降低。土壤有效積溫與播后0～30 d土壤貯水量呈顯著負(fù)相關(guān)。

表3 玉米經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量、生物產(chǎn)量、耗水量有效積溫與土壤溫度和土壤貯水量相關(guān)性Table 3 Correlation of corn economic yield,biological yield,water consumption,effective accumulated temperature and soil temperature and soil water storage

3 討 論

3.1 土壤水分

研究表明覆膜種植可顯著提高土壤含水量，滿足玉米生育期內(nèi)對(duì)水分的需求[24-25]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，覆膜處理有效蓄存了休閑期的自然降水，0～200 cm播前土壤貯水量均顯著高于不覆膜處理，這與李玉玲等[26]的研究結(jié)果相似。這主要是因?yàn)楦材そ档土诵蓍e期的無(wú)效蒸發(fā)。試驗(yàn)中各還田處理間有所差異，PS耕層播前土壤貯水量較P顯著高4%，深層無(wú)顯著差異，這與徐文強(qiáng)等[27]研究不一致。這可能是因?yàn)镻S處理通過(guò)覆膜的增溫效應(yīng)提高了深層水分向耕層土壤匯集的能力，并通過(guò)秸稈還田可顯著改善土壤的蓄水保墑能力。而T與TS的情況與之相反，多年秸稈還田明顯改善了土壤的理化性質(zhì)，特別是降低了土壤的容質(zhì)量，提高了土壤孔隙度，利于水分下滲，增加了深層(特別是60～100 cm)土壤含水量。Fan等[28]通過(guò)長(zhǎng)期秸稈還田試驗(yàn)也證明了這一觀點(diǎn)。各處理生育期內(nèi)耗水量差異顯著，這一點(diǎn)可能與不同種植方式下的冠層溫度導(dǎo)致的熱量交換進(jìn)而引起水分消耗差異有關(guān)。至收獲，受豐水年情影響(休閑期至收獲，共降雨702.6 mm)，各處理 0～200 cm土壤貯水量均較播前有不同程度的增加，大小為T>TS>P>PS,增幅在54.36～ 100.03 mm，且以深層土壤(60～200 cm)水分增加為主，這也從側(cè)面反映出，在半干旱地區(qū)，地膜覆蓋配施秸稈還田在減少無(wú)效蒸發(fā)，提高土壤貯水量的同時(shí)緩解了覆膜種植對(duì)深層水份的消耗，優(yōu)勢(shì)互作明顯。

3.2 土壤溫度

土壤溫度是作物生長(zhǎng)發(fā)育重要的物理?xiàng)l件。不同覆蓋方式通過(guò)改變土壤對(duì)氣溫的響應(yīng)機(jī)制以及土壤-大氣熱能交換機(jī)制進(jìn)而影響作物在生育期的表現(xiàn)[29-30]。孫魯龍等[31]證明，充足的土壤有效積溫是啟動(dòng)植物呼吸作用的關(guān)鍵因子。本試驗(yàn)結(jié)果表明，不同種植方式下0～20 cm土層土壤逐時(shí)溫度變化趨勢(shì)一致。地膜覆蓋延遲了土壤對(duì)氣溫的響應(yīng)，延長(zhǎng)了增溫時(shí)間，緩解了夜間降溫幅度，降低了晝夜溫差，秸稈還田進(jìn)一步優(yōu)化了這種效果，值得注意的是，覆膜種植并未改變玉米根系溫度的三基點(diǎn)，而是保證了玉米生殖生長(zhǎng)階段對(duì)最低溫的需求，穩(wěn)定在10 ℃以上，至營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)、營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)與生殖生長(zhǎng)并進(jìn)階段使作物較長(zhǎng)時(shí)間處于適宜溫度區(qū)間內(nèi)，特別是在夜間，溫度維持在 20～25 ℃，有利于作物發(fā)育。不同處理增溫效果隨土層加深而減弱，其中以PS處理在0～10 cm處增溫效果最為明顯，較T平均提高日均溫 3.3 ℃，這與Zhang等[32]研究結(jié)果一致。PS、P和TS在白天和夜晚平均增溫1.4 ℃、1.7 ℃、 -0.46 ℃和3.7 ℃、3.5 ℃、0.5 ℃，以上結(jié)果充分說(shuō)明在地膜覆蓋配合秸稈還田的種植模式中，覆膜與秸稈共同對(duì)土壤溫度作用，但覆膜是影響土壤溫度的主要因素，這與李利利等[33]研究相似。土壤積溫能有效反映作物對(duì)土壤熱量資源的獲取能力[34]。本試驗(yàn)中，0～60 cm不同處理土壤有效積溫 “先增加后減少”，特別是在播后80～120 d，覆膜處理較不覆膜處理平均高60.64 ℃，為生育期內(nèi)差異最小。土壤有效積溫的變化趨勢(shì)證明玉米在早期生殖生長(zhǎng)階段較長(zhǎng)時(shí)間處于生物學(xué)最適溫度范圍內(nèi)，既滿足作物在不同時(shí)期對(duì)溫度的需求，又避免了作物因溫度過(guò)高導(dǎo)致早熟早衰，延長(zhǎng)了灌漿時(shí)間，提高產(chǎn)量，這與李玉玲等[26]結(jié)論一致。

3.3 作物產(chǎn)量

覆膜栽培的優(yōu)勢(shì)，就是對(duì)土壤和大氣水熱條件的優(yōu)化利用，以此實(shí)現(xiàn)干旱半干旱區(qū)或是干旱年份下作物的增產(chǎn)增收[35-36]。最直觀的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)就是作物產(chǎn)量與作物水分利用效率[37-38]。朱琳等[39-40]研究發(fā)現(xiàn)，在春玉米生殖生長(zhǎng)階段，地膜覆蓋增加土壤有效積溫89.5 ℃，促進(jìn)籽粒對(duì)氮素的吸收利用，積溫生產(chǎn)效率提高34.06%。在當(dāng)季玉米種植過(guò)程中，經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量、生物產(chǎn)量與播后0～30 d土壤貯水量呈極顯著和顯著相關(guān)。相較不覆膜種植，覆膜種植經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量和生物產(chǎn)量平均提高58.08%～82.1%和18.52%～53.08%，水分利用效率平均高60.66%[41]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，覆膜處理下秸稈還田對(duì)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量和生物產(chǎn)量影響顯著，單施秸稈與傳統(tǒng)種植之間無(wú)顯著差異。雖然可降解膜在作物生育中后期逐漸腐解破裂，但在生育前期的增溫保墑已經(jīng)為玉米根壯、苗齊、莖粗奠定基礎(chǔ)。休閑期進(jìn)行秸稈還田，有效蓄集了秋冬季降雨，錯(cuò)開(kāi)了腐解需水與作物需水競(jìng)爭(zhēng)，使秸稈對(duì)土壤水分的反哺提前。有研究表明，充足的降雨避免了水分脅迫，彌補(bǔ)甚至超過(guò)普通地膜對(duì)于土壤水分的影響，另一方面，較高的土壤含水量提高了土壤熱容量[42]，也在一定程度上抵消了因地表逐漸裸露造成的熱量流失，使得玉米在生育中后期依然有良好的水熱條件作為支撐。同時(shí)，本研究較好地體現(xiàn)了覆蓋生物降解膜配合秸稈還田對(duì)玉米同土壤水熱條響應(yīng)機(jī)制的優(yōu)化，這一點(diǎn)在經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量、生物產(chǎn)量、土壤有效積溫和耗水量對(duì)不同生育時(shí)期土壤貯水量和土壤溫度的相關(guān)性上得到了充分的說(shuō)明，在滿足玉米在關(guān)鍵生育時(shí)期的需求的同時(shí)減少了其他生育時(shí)期不必要的資源浪費(fèi)，這也是平覆膜秸稈還田無(wú)論在產(chǎn)量、水分利用效率等方面均顯著高于其他處理的重要原因。

4 結(jié) 論

在以水分為主要生產(chǎn)限制因素的干旱半干旱區(qū)，覆膜種植通過(guò)提高冬春休閑期含水量，截留較多光能輻射，明顯改變播前土壤水熱條件。生育期內(nèi)，覆膜處理無(wú)論是在貯水量、水分利用效率、積溫、作物產(chǎn)量等方面均優(yōu)于不覆膜處理，其中以平覆膜秸稈還田處理效果最佳。單一秸稈還田無(wú)法解決水分限制因素，因而與傳統(tǒng)種植相差無(wú)幾。這也從側(cè)面反映出，在半干旱地區(qū)，覆膜依然是調(diào)節(jié)土壤水熱狀況，促進(jìn)作物健康生長(zhǎng)的重要手段，同時(shí)，秸稈還田正面效應(yīng)的發(fā)揮需要其他耕作措施為其創(chuàng)造適宜的條件。另一方面，可降解膜的應(yīng)用在避免普通地膜白色污染問(wèn)題的同時(shí)一定程度上降低了作物早熟早衰的風(fēng)險(xiǎn)，有利于旱區(qū)雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。