覆膜与不覆膜滴灌对土壤温度和玉米产量影响研究——以辽西为例

张 丹，龚时宏

(1.中国水利水电科学研究院，北京 100038；2.辽宁省水利水电科学研究院，沈阳 110003)

0 引 言

覆膜处理可以改变地温，影响土壤热量[1]，土壤热量作为土壤系统中能量的一种表现形式，通过与外部环境的交换而影响和改变土壤水的能量状态，从而影响土壤内部物理、化学过程。土壤温度是表征土壤热量状况的指标之一，它的变化极大地影响土壤性质和农作物生长状况[2-5]。春季地温过低不利于播种，持续低温会降低出苗率；作物生长期地温过高则会抑制根系吸水，这些都直接或间接影响作物产量[6,7]。

辽西地区光照强，年蒸发量大，降水少，地膜覆盖可用于调节农田土壤温度和其他物理化学性质。随着近几年辽西地区节水增粮行动的推进，膜下滴灌技术的推广和应用逐渐普及，地膜覆盖对于农田增温保水保墒重要作用得以显现。因此，研究覆膜滴灌与不覆膜滴灌条件下地温变化规律，掌握作物生育期地温动态，对于研究作物播种出苗、生长发育以及以水调温等都有重要意义[8-11]。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验在辽宁省朝阳市建平灌溉试验站进行。建平灌溉试验站位于建平县西部，老哈河东岸，地理位置东经119°18′，北纬41°47′，地面海拔高度512 m，属于半湿润半干旱季风型大陆性气候。年均积温3 200 ℃，多年平均降水量410 mm左右，年蒸散发量1 800 mm，作物生育期日照时数1 384 h，无霜期125～133 d，土壤质地为沙壤土，土壤田间最大持水率21%，容重1.4 g/cm3。

1.2 试验设计

试验于2014年4-9月在建平灌溉试验站的露天试验小区进行。供试玉米品种辽丹565(密植品种，67 500株/hm2)，种植模式为密植大垄双行，垄距为1.0 m。试验为裂区设计，以覆膜与不覆膜滴灌为主区，灌水控制为副区。灌水控制采用3个梯度，当20 cm土层土水势低于-15、-25和-40 kPa时，就进行灌水，每次灌水上限为田间持水量的90%。试验共6个处理，每个处理3次重复，各处理随机排列，中间各留1行保护行，每个处理均有单独阀门和水表控制，以当地经验滴灌方式为对照。

春播前翻地，平整土地，4月18日播种，施肥及其他农业措施一致，底肥磷酸二铵225 kg/hm2，玉米复合肥225 kg/hm2，后期不追肥。播后铺设直径16 mm滴灌管，覆盖地膜，喷施除草剂。出苗后三叶期定苗。拔节期用施肥罐追施尿素450 kg/hm2，喷施农药甲胺磷一次，防治虫害。

1.3 测定项目和方法

1.3.1土壤水势

玉米出苗定苗后，在小区内埋设土壤负压计，每个处理埋设三支，预埋深度20 cm，逐日观测土壤水势。

1.3.2地温

播种后，分别在覆膜、不覆膜2个不同处理距地表5、10、15、20、25 cm，5个深度安置地温计，横向排列。从播种后开始，至玉米成熟期，对覆膜和不覆膜滴灌两种条件下每日8∶00和14∶00地温进行观测。

1.3.3气象

采用建灌溉试验站的自动观测气象站数据，主要观测气象数据包括：风速、降水、温度等。

1.3.4玉米植株生长性状

在玉米的每个生育期定期用直尺测定每株的株高、叶面积，用游标卡尺测量每株茎粗。按长×宽×折算系数(展开叶为0.75，未展叶为0.5)法调查单株叶面积，每次均在各处理定株标记5株相同样本，取其平均数。叶面积指数(LAI)=单株叶面积×单位土地面积内株数/单位土地面积。

1.3.5玉米产量

成熟后，按各处理小区进行单打单收，用籽粒干质量法测玉米产量。

2 试验结果分析

2.1 覆膜与不覆膜滴灌对地温影响差异

玉米在4月18日播种，从播种后开始，至玉米成熟期，分别对覆膜、不覆膜2个不同处理5、10、15、20、25 cm 5个深度，每日8∶00和14∶00地温进行观测。作物生育期内每日8∶00覆膜滴灌和不覆膜滴灌地温对比详见图1。

从图1可看出，在7月下旬之前，覆膜处理不同土层的地温普遍高于不覆膜处理。对各生育期不同土层地温进行了对比和显著性分析，结果见图2和图3。在出苗前期、苗期，覆膜处理5个土层地温均高于不覆膜处理的处理，且差异显著(P<0.05)。以出苗前期为例，覆膜滴灌处理5、10、15、20和25 cm深度地温平均为18.0、16.8、14.4、12.8和11.9 ℃，不覆膜处理各土层温度分别为15.1、12.5、12.4、11.9和10.0 ℃，覆膜比不覆膜处理地温高2.9、4.3、2.0、0.9和1.9 ℃。到了拔节期，覆膜处理5、15和25 cm处地温仍高于不覆膜处理，且存在显著差异(P<0.05)，覆膜与不覆膜处理10、20 cm的地温虽差异不显著(P>0.05)，但覆膜仍高于不覆膜处理。

图1 覆膜滴灌与不覆膜滴灌每日14∶00地温对比Fig.1 Soil moisture at 14∶00 of mulch-drip irrigation and no-mulch drip irrigation

从图1可以看出，在玉米抽雄期之前，当气温越高，覆膜与不覆膜导致的地温差异就越显著，但是，进入抽雄期后，气温升到了年内最高阶段，覆膜与不覆膜导致的地温差异反而不显著了。分析产生此现象的原因，主要由两个：第一，玉米进入抽雄期后，大部分地膜都已破裂，导致覆膜与不覆膜处理的地温差异不显著；第二，抽雄期后，玉米叶面积增大到全生育期内的最大值，叶片已封垄，将地面全部覆盖，因此，减小了覆膜滴灌与不覆膜滴灌的地温差异。

对覆膜和不覆膜滴灌的玉米全生育期的积温进行对比，在玉米灌浆期后覆膜与不覆膜滴灌对地温的影响差异不显著，因此，这两个生育期的地温不做统计。经分析，覆膜处理在玉米的出苗前期可以提高土层积温92.8 ℃，苗期可提高积温140.7 ℃，拔节期可提高积温20.9 ℃，全生育期可以提高积温254.5 ℃。根据试验观测结果，由于覆膜有效提高了地温，也使玉米各生育期提前，覆膜滴灌出苗提前了3 d，拔节期提前了6 d，抽雄提前6 d，灌浆提前5 d，成熟期提前2 d。因此，地膜覆盖有利于提高玉米生育期内的地温，促进玉米早出苗，早成熟，有利于玉米生长，缩短农时。

图2 覆膜与不覆膜滴灌5～25 cm不同深度土层地温对比Fig.2 Soil moisture of different depth from 5～25 cm of mulch-drip irrigation and no-mulch drip irrigation

图3 覆膜与不覆膜滴灌对地温影响显著性分析Fig.3 Soil moisture significance test of mulch-drip irrigation and no-mulch drip irrigation

2.2 覆膜与不覆膜滴灌对玉米生长性状影响差异

对覆膜与不覆膜条件下的玉米在各生育期的生长性状进行了显著性分析，详见图4。在苗期，覆膜处理玉米长势均优于不覆膜处理，且存在显著差异(P<0.05)，覆膜处理玉米株高、茎粗和叶面积平均高出不覆膜处理10.6，0.29和0.18 cm；在玉米拔节期，覆膜处理株高明显优于不覆膜处理，对于茎粗和LAI也存在差异，其中：覆膜处理株高均高于不覆膜处理，且差异显著(P<0.05)。在抽雄期，由于地膜的破裂，覆膜与不覆膜滴灌对玉米生长性状的影响逐渐减弱，从对比结果来看，覆膜与不覆膜滴灌对茎粗和LAI的影响差异显著(P<0.05)，但对于株高的影响不显著。到了玉米灌浆期，覆膜与不覆膜滴灌对玉米的株高和茎粗影响均不显著，但覆膜滴灌玉米株高、茎粗和LAI均高于不覆膜滴灌的玉米。

综上所述，在苗期和拔节期，覆膜滴灌有利于玉米生长，株高、茎粗和LAI显著优于不覆膜处理，到了抽雄期，随着地膜的破裂，温度的升高，覆膜处理对玉米的生长影响逐渐减弱，虽然玉米的部分生长性状仍存在差异，但是差异普遍不显著。

2.3 覆膜与不覆膜滴灌对玉米产量影响差异

对覆膜与不覆膜滴灌的玉米产量性进行了显著性分析，结果见表1。

表1 不同处理玉米产量与水分利用效率对比Tab.1 Maize yield and water use efficiency comparisonof different experimental treatment

图4 覆膜与不覆膜滴灌玉米各生育期植株生长性状显著性分析Fig.4 Growth traits significance test of mulch-drip irrigation and no-mulch drip irrigation

由表3可知，覆膜与不覆膜滴灌的灌溉产量差异显著(P<0.05)，覆膜条件下，水分控制下限为-25和-40 kPa的玉米产量较高，分别为14 400和14 056.5 kg/hm2，-15 kPa对应的玉米产量最低，为13 525.5 kg/hm2。在不覆膜条件下，水分控制下限为25 kPa的处理产量最高，为866.8 kPa，且与其他两个水分处理的玉米产量存在显著差异(P<0.05)，-15和-40 kPa水分控制下的玉米在不覆膜滴灌条件下的产量差异不显著，分别为13 002和13 048.5 kg/hm2，但不同水分处理产量均高于常规百姓经验膜下滴灌，且差异显著。

对水分利用效率，覆膜滴灌条件下，-25和-40 kPa的WUE分别为3.22和3.19 kg/m3，显著高于-15 kPa处理；在不覆膜条件下，-25和-40 kPa的WUE分别为2.91和2.82 kg/m3，同样显著高于-15 kPa处理；因此，当水势控制在-25和-40 kPa时，玉米水分利用效率最高，且明显优于传统经验滴灌。综合考虑产量和WUE，在覆膜滴灌条件下，当灌水控制灌溉下限在-25 kPa将获得较高的产量，且水分利用效率最高。

3 结 论

2014年分别对覆膜与不覆膜、灌水控制下限-15、-25、-40 kPa的玉米地温、植株生长性状和产量等进行了观测，通过试验得出如下结论：

(1)在玉米生育期内，覆膜滴灌较不覆膜滴灌可提高积温254.5 ℃，覆膜滴灌有利于促进玉米提前出苗，早成熟；

(2)在苗期和拔节期，覆膜滴灌玉米株高、茎粗和LAI显著优于不覆膜处理，到了抽雄期，随着地膜的破裂，温度的升高，覆膜与不覆膜处理对玉米植株生长性状影响差异不显著；

(3)综合考虑产量和WUE，在覆膜滴灌条件下，当灌水控制灌溉下限在-25 kPa将获得较高的产量，且水分利用效率最高。

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