不同覆盖方式对土壤水热状况和玉米水分利用效率的影响

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巾国雇亏通掘2013，29(33)：107—111ChineseAgriculturalScienceBulletin不同覆盖方式对土壤水热状况和玉米水分利用效率的影响曹晋军，刘永忠，李万星，靳鲲鹏，杜园园，王红兰，赵文媛(山西省农业科学院谷子研究所，山西长治046011)摘要：为探讨晋东南地区最优玉米覆盖栽培形式，设整秆与普通地膜组合覆盖(zP)、碎秆与普通地膜组合覆盖(sP)、整秆与生物降解膜组合覆盖(zJ)、整秆与渗水地膜组合覆盖(zs)、整秆与微孔地膜组合覆盖(zw)、整秆与液态地膜组合覆盖(zY)、整秆覆盖(zG)、对照(CK)8个处理，比较研究了不同处理的土壤水热状况、产量、水分利用效率。结果表明：各覆盖处理均对土壤水分具有保持作用，较对照土壤重量含水率提高0．4～3．9个百分点；不同处理中除却整秆覆~(ZGF,I-都能提高地温，较对照提高1．6～2．5℃；各覆盖处理均可以有效提高玉米产量，2年平均较对照增产32．8％～56．6％；覆盖处理可以抑制土壤水分蒸发，减少生育期耗水量，提高玉米水分利用效率，较对照提高32．0％～58．9％。关键词：覆盖；土壤含水量；温度；水分利用效率；产量中图分类号：$513文献标志码：A论文编号：2013．0021EfectofDiferentMulchingTreatmentsonSoilWaterContentandTemperatureandWaterUseEficiencyofMaizeCaoJinjun，LiuYongzhong，LiWanxing，JinKunpeng，DuYuanyuan，WangHonglan，ZhaoWenyuan(MilletResearchInstitute,ShanxiAcademyofAgriculturalSciences，ChangzhiShanxi046011)Abstract：ToexploremaizemulchingcultivationforminSoutheastofShanxiProvince，thetestsetupZP，SP，ZJ，ZS，ZW，ZY，ZGandCKeighttreatments．Studyingthedifferenttreatmentsofthesoilwatercontentandtemperature，yieldandwateruseeficiency．Theresultsshowedthat：thedifferentcoverprocessingcouldmaintainthesoilmoisturesoilwatercontentcomparedwiththeCKincreaseof0．4％-3．9％：coveringtreatmentapartfromCKcouldincreasethetemperature，comparedwiththeCKincreaseof1．6—2．5oC；eachcovertreatmentcouldeffectivelyincreasecornproductionintwoyears，theaverageyieldincreasedby32．8％-56．6％comparedwiththeCK；mulchingtreatmentscouldinhibittheevaporationofsoilmoisturewatertoreducethewaterconsumptionofthegrowthperiod．maizeWUEincreasedby23．0％-58．9％comparedwiththeCK．Keywords：mulching；soilwatercontentandtemperature；temperature；wateruseeficiency；yield0引言35％，水分生产效率平均O．33kg／m，比全国平均水平水分是作物产量提高的重要限制因素之一，山西低30％，有限水资源的高效利用是山西省旱地玉米生属于半湿润易旱区十年九旱，农业生产用水主要依靠产面临的主要问题Ⅲ。覆盖是一种历史悠久的蓄水保自然降水，但有限的降雨有效转化率很低仅30％～墒农作措施，其方式有很多种，其中秸秆和地膜覆盖在基金项目：国家星火计划重大项目“旱地粮菜高产高效艺机一体化技术示范推广”(2O12GA63o003)；山西省农业科学院重点项目“晋东南旱地玉米高产高效关键技术研究”(YZD1005)；山西省农业技术推广行动项目“晋东南玉米旱作集成高产技术示范项目”(203)；山西省农业科学院新产品研制项目“玉米秸秆覆盖少耕精播精施肥机研制”(2012ycp01)。第一作者简介：曹晋军，男，1981年出生，山西长治人，助理研究员，硕士，主要从事旱地玉米高产高效栽培技术的研究。通信地址：046011山西省长治市漳沂西路科研巷1号山西省农科院谷子研究所，Tel：0355．2204220，E—mail：53764135@qq．tom通讯作者：刘永忠，男，1964年出生，山西长治人，研究员，硕士，主要从事早地玉米栽培研究新与推广。通信地址：046011山西省长治市漳沂西路科研巷1号山西省农科院谷子研究所，Tel：0355．2204235，E．mail：gzslyz@sohu．com。收稿日期：2013-01．05，修回日期：2013-03．26。 ·108·中国农学通报http：／／www．casb．org．cn旱地玉米栽培中大面积应用口。】，两者结合的二元覆盖土壤贮水量：v=pxbx~x10也有很大面积，许多专家学者作了大量深入的研究式中，土壤贮水量(nun)；P为地段实测土壤容工作，近年对来液态地膜、渗透地膜、微孔地膜的研重(egcm)；h为土层厚度(cm)；09为土壤水分重量百分究也方兴未艾并取得了很多成果[sq0]。诸多研究表明，数(％)。采取覆盖措施既能抑制土壤水分的无效蒸发又能提高作物耗水量：根据当地降水规律及试验地特征，不作物的水分利用效率u“。考虑降水地表径流以及地下水补给和深层渗漏，可用由于地域差异，不同覆盖试验的结果往往差异较简化水分平衡方程式：大，其覆盖模式及效果往往不一致[121。笔者筛选了在E=巨=P_△I山西长治地区农业生产上应用较多的几种覆盖模式，式中，ET,为作物耗水量；EP为降水量；△为时设置了不同地膜及秸秆覆盖方式组合的处理，连续2段末与时段初土壤储水量之差，式中各分量均以mill年对土壤水分热状况及玉米产量和水分利用效率作深为单位。入研究分析，为晋东南地区玉米秸秆覆盖栽培模式推水分利用效率：作物水分利用效率为作物消耗单广提供理论依据。位水量生产出的经济产量或生物产量，其表达式为：1材料与方法1．1试验地概况式中为单位面积的经济产量(kg／hm2)；WUE为2009-2010年在山西省长治市壶关县小山南村作物水分利用效[keg(mm·hm2)]。进行，试验地为沙壤土，0～20cm土层内的有机质含量1．5数据分析为19．1g／kg，全氮77mg／l(g，碱解氮59．55mg，速效试验数据应用SPSS18统计软件进行方差分析和磷61．9mg／kg，速效钾191mg／kg。2009年和2010年玉差异显著性比较。米生育期(5—9月)降雨量分别为376．7Iilli1和2结果与分析418．2mm，分别较常年同期降雨433．1mlTl少2．1不同覆盖对土壤含水量的影响56．4I／IlTI、14．9illrll。不同覆盖处理相当于增添了土壤时隔离保护层，1．2试验材料覆盖物白天遮挡太阳辐射，调节了地温减轻了土壤水2年供试品种均为‘郑单958’。普通地膜产自山分的蒸发，加之覆盖物本身的物理遮蔽作用，有效地提东华鑫塑料有限公司，生物降解膜产自陕西华宇高科高了土壤保墒能力。2年的试验结果趋势基本一致，生物有限公司，渗水地膜产自山西省农科院综考所，微在玉米不同生育阶段所有处理即覆盖都较对照土壤含孔地膜由山西农业大学提供，液态地膜产自浙江艾可水量高，不同覆盖处理比对照田块土壤重量含水率提泰投资有限公司。高0．4~3．9个百分点。这表明不同处理的集雨保墒作1-3试验设计用一致，但由于不同时期降雨、温度、土壤蒸发和作物试验设整秆与普通地膜组合覆盖(zP)、碎秆与普耗水的不同，各处理土壤含水量随时间的变化存在一通地膜组合覆盖(SP)、整秆与生物降解膜组合覆盖定差异，保水效果最好的依次是整秆与普通地膜覆盖(zJ)、整秆与渗水地膜组合覆盖(Zs)、整秆与微孔地膜fzP)、整秆与微孔地膜覆盖(zw)、整秆与渗水地膜覆组合覆盖(ZW)、整秆与液态地膜组合覆盖(ZY)、整秆盖(zS)、整秆与生物降解膜覆盖(ZJ)4个处理；其次是覆盖(ZG)、不覆盖(CK)8个处理，小区面积5．5m×整秆与液态地膜覆盖(zY)、整秆覆盖(zG)；最差的是碎4．8m=26．4m2，每小区l0行，随机区组设计，3次重秆与普通地膜覆盖(SP)但是也显著高于对照处理的含复。施肥水平为N22kg、P：O13kg、K2O6kg，60％水量(见图I)。N、全部P：O、K20作为基肥施入，40％N抽雄期追施。2．2不同覆盖对土壤温度的影响2009年4月22日播种，2010年4月24日播种，平均行覆盖处理在地表和大气问形成特殊的辐射和热量距55cm，密度75000株／hm。交换障碍层，对辐射吸收转化和热量传导均有影响，改1．4测定项目及方法变了地表的辐射环境，白天遮挡太阳辐射，夜间则阻断测定播前、拔节期、抽雄期、收获后测定0～50cm地表自身的长波辐射，有效调节了地温。2年试验结土壤含水量，采用常规土钻烘干法，每区按梅花五点进果趋势基本一致，除整秆覆盖处理(ZG)外其余6个覆行，最后取平均值。使用地温计在出苗期、拔节期、抽盖的处理都较对照地温增加，其中碎秆与普通地膜覆雄期测定10cm耕层温度。收获后计产考种。盖(SP)增温最大达到1．6~2．5℃(见图2)。 曹晋军等：不同覆盖方式对土壤水热状况和玉米水分利用效率的影响·109·p＼赠2020勰Bm181816皿删116叫唧蓑l4篓4登121210108播前拔节期抽雄期收获后播前拔节期抽雄期收获后生育期生育期图1不同覆盖处理0—50锄土层土壤含水量的动态变化＼赠勰加出苗期拔节期生抽育篓期塑出苗‘期。拔节期生抽育雄期图2不同覆盖处理10锄处土壤温度的动态变化2_3不同覆盖对产量的影响平均产量较对照增产32．8％～56．6％。覆盖增强了蓄水保墒能力，改善了土壤理化特性2009年整秆与普通地膜覆盖(zP)、整秆与微孔地和农田小气候，而后期秸秆腐烂后释放速效养分，改善膜覆盖(zW)、整秆与渗水地膜覆盖(ZS)、整秆与生物了作物营养条件，起到了以水调肥的作用，因而对促进降解膜覆盖(ZJ)4个处理较整秆与液态地膜覆盖(zY)、玉米的生长发育具有明显的效果。由表1可知，2年的整秆覆盖(ZG)、碎秆与普通地膜组合覆盖(SP)显著增所有覆盖处理的产量均极显著高于对照，各对照2年产。2010年整秆与普通地膜覆盖(zP)、整秆与微孔地表1不同覆盖处理产量差异显著性 ·110·中国农学通报http：／／www．casb．org．crl膜覆盖(zW)、整秆与渗水地膜覆盖(ZS)、整秆与生物最高，达28．63kg／(hm·l"nln)，依次是整秆与微孔地膜降解膜覆盖(ZJ)4个处理极显著高于液态地膜覆盖覆盖(zw)或整秆或渗水地膜覆盖(zS)、整秆与生物降(zY)、整秆覆盖(zG)、碎秆与普通地一曼膜组7Ⅲ合q)／覆s盖＼(校SP旺)。解膜覆盖(zJ)，但4个处理差异不大；其次依次是整秆2．5不同覆盖对水分利用效率的影如响加与O液态地膜覆盖(ZY)~IJ整秆覆盖(ZG)、碎秆与普通地由图3可知，所有7个覆盖处理的2年平均水分利膜覆盖(SP)，3个处理差异亦不大。各处理水分利用效用效率都明显高于对照，以整秆与普通地膜覆盖(ZP)率较对照提高32．0％~58．9％。ZPSPZJZSZWZYZGCK处理图3不同覆盖处理2年平均水分利用效率比较3结论与讨论本研究中整秆与微孔地膜覆盖(zw)和整秆与渗覆盖秸秆和地膜使地表裸露面积减少，蒸发量降水地膜覆盖(zS)蓄水保水增温、增产、水分利用效率与低，同时覆盖秸秆有利于充分利用自然降水并且增加整秆与普通地膜覆盖(ZP)接近，可能由于整秆与地膜水分的下渗，所以能提高土壤含水量㈣，本研究结果表交替覆盖，覆盖地膜宽度小，整秆渗水效果好、并有一明，不同覆盖处理均对土壤水分具有保持作用，较对照定的降温作用，致使微孔、渗水地膜的渗水功能没有充土壤重量含水率提高0．4～3．9个百分点。地膜具有透分发挥，渗水地膜的宽幅特点没有发挥，相反增温效果光性、不透气的特点以及显著的增温作用，不同处理中较普通地膜略差，因此整秆与微孔地膜覆盖(ZW)和整除却整秆覆盖(ZG)外均可以提高地温，较对照增加秆与渗水地膜覆盖(ZS)效果略低于整秆与普通地膜覆1．6～2．5℃。本试验中各覆盖处理均可以有效提高玉米盖(ZP)。产量，2年平均较对照增产32．8％～56．6％；秸秆和地膜秸秆覆盖具有蓄水、保水、培肥等多种生态效应，覆盖能有效防止降雨形成地表径流，秸秆本身也能对但缺点是降温明显；地膜覆盖则有保水、增温、抑草等降水有阻挡作用，降低雨水在地表的水流速度，从而提优点，但蓄水、保土效应较差，没有培肥作用。因此将高自然降水的利用效率，本试验中不同覆盖处理均可2种覆盖材料组合使用，可以有效克服各自缺点，对促以抑制土壤水分水分蒸发，减少生育期耗水量，提高玉进玉米生长发育和增产有明显效果。在所有试验处理米水分利用效率，较对照提高32．O％～58．9％。以上结中整秆与普通地膜覆盖(zP)蓄水保水增温效果最好、论与前人的许多研究结果相一致【l。1，但本试验也存在增产幅度最大、水分利用效率最高；整秆与生物降解膜较多局限，比如测定土壤水分含量时取的深度只有覆盖(zJ1处理的各项指标要低于整秆与普通地膜覆盖50cm，该深度没能全部包括玉米根系生长所能达到的(zP1，但没有显著差异，但是生物降解膜容易分解有利全部范围；只研究了全生育期玉米的水分利用效率，没于减少土壤污染；整秆覆盖(zG)蓄水保水、增产、水分能研究探讨玉米各生育阶段内水分利用效率；在今后利用效率低于整杆和不同地膜覆盖处理，但显著高于的研究中要加深取土深度到200cm，对水分利用效率对照，且节约覆盖地膜投资和用工，还没有环境污染。的研究和探讨要从时空变化规律着手，从玉米的单叶综合以上研究结果，整秆与普通地膜覆盖(ZP)、整秆与水分利用效率、各生育阶段的干物质水分生产效率、全生物降解膜覆g(ZJ)和整秆覆盖(ZG)适合在生产中推生育期的水分利用效率3个层面做深入探讨和解析。广应用。 Ⅲ曹晋军等：不同覆盖方嘲式对土壤水嘲热状况和玉米水分利用效率的影响用生态学报，2006，17(4)：755—758．参考文献徐澜，安伟，郝建平．渗水地膜覆盖对玉米生长发育的影响[J]．玉米科学，2007，15(4)：l19．122．王娟玲．旱作节水农业研究新进展[M】．北京：中国农业出版社，黄占斌，辛小桂，李友乾，等．液态地膜和植生带对土壤水温和玉米2010：l9．21．成苗的影响【J】．水土保持通报，2004，24(1)：43-45．王绍美，金胜利，王刚．半干旱区全覆膜双垄沟播技术对玉米产量鲁向晖，高鹏，王飞，等宁夏南部山区秸秆覆盖对春玉米水分利用和水分利用效率的影响[J】_甘肃农业大学学报，2010(4)：1O0—106．及产量的影响[J】．土壤通报，2008，39(6)：248—251．李刚，杨粉团，姜晓莉，等．基于抗旱低碳的秸秆覆盖免耕栽培玉米王听，贾志宽，韩清芳，等．半干旱区秸秆覆盖量对土壤水分保蓄及【J】．作物杂志，2OLO(5)：10—12．作物水分利用效率的影响[J]．干旱地区农业研究，2009，27(4)：韩忠．地膜和秸秆二元覆盖技术的原理和实践[J]．山西农业大学学l96．202．报：自然科学版，1997，17(3)：245．249．李成军，吴宏亮，康建宏，等．保护性耕作下玉米田土壤水温效应研刘永忠，张克强，王根全，等．旱地农业覆盖栽培技术研究进展[J]．中究【J】．安徽农学通报，2009，15(11)：117—119．国农学通报，2005，21(5)：201．205．鲁向晖，高鹏，王飞，等．宁夏南部山区秸秆覆盖对春玉米水分利用平全荣．旱地农业覆盖栽培技术研究应用进展与展望[J]．山西农业及产量的影响[J]．土壤通报，2008，39(6)：1248-1251．科学，2008，36(2)：63．66．李迎，刘小飞，段爱旺，等．覆盖对夏玉米产量及水分利用效率的影刘永忠，李万星，靳坤鹏，等．山西省春播中晚熟旱地玉米高产高效响[J]．中国农学通报，2011,27(15)：189—193．栽培技术[J]．山西农业科学，2009，37(4)：87-88．池宝亮，黄学芳，张冬梅．微孔地膜覆盖玉米的纳雨通气效应Ⅲ．应