不同残膜量对春玉米生产性状及土壤水分的影响

郭彦芬，李生勇，霍轶珍

(内蒙古河套学院土木工程系，内蒙古 巴彦淖尔 015000)

由于地膜覆盖后的增温、保墒和控盐效果显著[1]，在农业生产中被广泛应用。然而，普通农用地膜主要成分为一种分子结构非常稳定的聚乙烯材料，自然条件下很难分解，收获期后难以回收利用，在农田大量残留积累，残留期可达200～400年[2]，长此以往必然会严重影响农业的健康发展。有研究表明，随土壤残膜量的增加，土壤水分移动速度明显减慢，且降低了肥料的利用率，严重影响到了作物的产量[3-5]。

国内外对于农膜残留对作物生长及土壤特性的影响研究甚少，而针对残膜问题，目前逐渐兴起和发展的可降解生物地膜正在逐渐尝试在农业生产实践中应用，但是由于生物地膜自身的一些缺点[6]，还主要是处在小范围的试验应用阶段。

本文以河套灌区玉米产区为例，在调查残留地膜数据的基础上，人为设置了不同残膜地膜密度，研究随地膜残留量的增加玉米生产性状和土壤状况对其的响应关系，旨在为河套灌区考虑和预测多年后残留地膜对土壤和作物生长的影响以及防治残膜污染提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

该试验在内蒙古河套灌区磴口县坝楞村试验站进行，该地区属典型的温带大陆性季风气候，年平均气温7.6 ℃，年平均风速2.75 m/s，年平均降雨量142.1 mm，蒸发量2 346.4 mm，全年日照时数为3 200 h左右。试验田耕作层土壤质地为砂质黏壤土，0～100 cm土壤平均容重为1.48 g/cm3；耕作层凋萎系数8%左右，田间持水量21.4%左右；田间灌溉水引自黄河水源，含泥沙量较大，平均矿化度0.320 g/L，pH值8.1。

1.2 研究方法

1.2.1试验设计

根据调查，该地区每年玉米的覆膜量大概为45 kg/hm2，每年的残留系数的30%。为探究现有种植模式下若干年后地膜残留对作物的影响趋势，以调查结果为依据，预测5a、10a、20a后的残留量对玉米产量的影响。试验设置4个残膜量处理0、67.5、135和270 kg/hm2(分别用CK、A、B、C表示)，每个处理设3个重复，随机排列组合，各小区面积为42 m2(6 m×7 m)。试验前将原土壤中残膜捡拾干净，将人工剪碎的残膜碎片(小于2 cm2占30%、2～5 cm2占40%、大于5 cm2占30%)混合均匀后撒施于小区内，用农用拖拉机进行翻耕掩埋，残膜深度主要在0～20 cm内。

整地后，按当地玉米常规栽培管理模式进行种植管理，供试玉米品种为西蒙6号，播种时施足底肥450 kg/hm2(磷酸二铵、尿素)，灌第三水时施肥450 kg/hm2(尿素)，灌第四水时施肥300 kg/hm2(尿素)，玉米全生育期灌三次水。

1.2.2测定项目及方法

各生育期在玉米行间采用土钻定点取土，取样深度0～100 cm，每隔20 cm为一层，采用烘干称重法测定土壤含水率，每个处理定点取3个重复；各生育期每隔7d用钢尺定株(选典型的3株)测定玉米株高和叶面积；玉米成熟期，各处理选取具有代表性的15株测定其生产性状指标和产量。

1.2.3数据分析

采用MS-Excel 2003 进行数据处理并绘制图表，SPSS17.0 进行相关数据方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同残膜量对玉米生育期株高的影响

由图1不同处理条件下玉米株高变化可知，各处理全生育期内变化规律较为一致，生育前期生长速率较快，而生育后期随生育期结束植株生长缓慢且开始枯萎，植株高度有减小趋势。玉米苗期和拔节期株高处理CK较A、B、C平均高14.72%、27.21%、36.30%和7.36%、16.23%、24.51%，差异达到显著性水平(P<0.05)；抽雄吐丝期至成熟期处理A、B、C株高无显著性水平或部分达到显著性水平，但均显著低于处理CK(P<0.05)。原因是玉米苗期和拔节期处于生长初期，植株较小，作物根系较弱，抗逆性及对残膜的穿透能力较差[7,8]，进而阻碍了根系的生长发育和伸长，而作物耕层根系的疏密直接影响其对土壤水分和养分的吸收利用，进而影响到了植株地上部分枝叶的生长发育。而生育后期，随植株的生长，作物根系更为强壮，对残膜的穿透性及抗逆性增强，进而对玉米生长的抑制作用减弱。

图1 不同处理条件下玉米株高

2.2 不同残膜量对玉米生育期叶面积指数的影响

叶面积指数是反映作物生长状况的一个重要指标，其大小直接与最终产量高低密切相关。由图2不同处理条件下玉米叶面积指数变化可知，叶面积指数整体变化趋势为玉米抽雄吐丝前生长旺盛、增速较快，生育中后期玉米由生殖生长转为营养生长，至灌浆成熟期叶片开始由下至上枯黄变干，叶面积指数逐渐减小，且随残膜量增加，减小幅度越大，处理A、B、C平均较CK降幅大13.36%、15.24%和43.69%。全生育期来看，玉米苗期和拔节期，处理CK叶面积指数显著高于A、B、C，平均大11.11%、28.57%、16.67%和16.92%、9.24%、15.72%，说明残膜对生育前期叶面积影响较大。而生育后期，由于残膜对玉米根系吸水及养分吸收的抑制作用使得残膜量较大的玉米植株发育相对较差，玉米出现早衰现象严重；随残膜量增加各处理叶面积指数差异日趋显著，且均显著低于处理CK(P<0.05)。

图2 不同处理条件下玉米叶面积指数

2.3 不同残膜量对玉米产量的影响

由表1可知，随残膜量增加，玉米产量呈现下降趋势，当残膜量达到一定量时会显著影响产量的形成，处理CK分别较A、B、C产量高2.4%、11.84%和23.77%，通过显著性检验发现处理CK与A差异性不显著(P>0.05)，但均显著高于处理B、C；通过相关性分析，残膜量与玉米产量呈极显著负相关(P<0.01)，相关系数(r=-0.987)。4个处理条件下玉米生产性状指标也均达到了显著性水平，且表现为CK>A>B>C。分析原因，一方面是由于残膜的影响，在不同程度上影响到了出苗率，出现缺苗断垄现象影响到了玉米产量；另一方面残膜在玉米生育前期对玉米根系及植株生长起到了不同程度的抑制作用影响到了玉米生长旺盛期对土壤水分和养分的吸收利用，进而影响到了产量的形成。

表1 不同处理条件下玉米产量指标对比

2.4 不同残膜量对玉米生育期土壤水分的影响

由图3不同处理条件下各生育期0～100 cm土壤剖面含水率变化可知，各处理剖面含水率变化较为一致，由表层至深层含水率依次增大，呈现出“S型”变化规律。随残膜量增加，土壤含水率呈现下降趋势，原因是残膜改变了土壤空隙的连续性，土壤孔隙减小，进而使得土壤水分的下渗速率减慢[9]，对生育期土壤水分影响较大，玉米苗期0～40 cm土壤含水率处理CK分别较A、B、C高5.97%、11.28%和17.73%，差异性显著，而下层40～100 cm土壤含水率差异性不显著，玉米抽雄期吐丝期和灌浆期呈现同样的变化规律。随生育期的结束，玉米无灌溉及根系对土壤水分的吸收减弱，各处理在成熟收获期各土层含水率差异不显著(P>0.05)。

图3 不同处理条件下土壤剖面含水率

3 结 论

(1) 残膜对玉米的生长发育有着显著的影响，玉米苗期和拔节期由于根系的抗逆性及对残膜的穿透性较差，严重影响根系的生长发育和伸长进而影响到了植物地上部的生长发育，处理CK 的株高、叶面积指数均显著高于处理A、B、C(P<0.05)；而生育后期，随植株根系穿透性及抗逆性增强，对玉米株高、叶面积的影响减弱。

(2) 残膜在不同程度上影响到了玉米产量的形成，通过相关性分析，残膜量与玉米产量呈极显著负相关(P<0.01)，相关系数(r=-0.987)；处理CK分别较A、B、C产量高2.4%、11.84%和23.77%。

(3) 由于残膜改变了土壤空隙的连续性，使得土壤水分的下渗速率减慢，严重影响到了表层土壤含水率的运移，玉米生育前期各处理0～40 cm土壤水分变化差异显著(P<0.05)，而后期差异较小。

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