滴灌条件下地膜覆盖对玉米田间土壤水热效应的影响

赵靖丹，李瑞平，史海滨，戚迎龙，张景凡

(1.内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院，呼和浩特 010018；2.通辽市水利技术推广站，内蒙古 通辽 028000)

内蒙古东北地区是中国玉米主产区之一，它的气候和土壤等生态条件适合玉米的种植[1,2]。但是，由于东北地区气温低，积温不足，作物在生长发育期间容易受到外部环境的影响，经常发生低温冷害和霜冻，这是限制玉米增产的主要因素[2]。

地膜覆盖近年来被认为是有效增加土壤积温和提高作物产量的重要技术手段[3,4]，它作为一项农艺措施，还能有效地提高土地资源利用、改善土壤理化性质、促苗早发快长、提高光合产物的积累量等[5]。国内外许多学者都作了有关地膜覆盖技术改善农田水热环境方面的研究。江燕[6]等人阐明了地膜覆盖对甘薯田耕层土壤温度和水分的影响；马树庆等[5]研究表明, 通过地膜覆盖，可以提高田间土壤的温度，将玉米的生育期提前。但对于内蒙古东部区，滴灌条件下地膜覆盖对作物田间土壤水热效应方面的研究还比较少，本文通过与无膜滴灌作比较，进一步研究有膜滴灌对农田水热环境所产生的影响。

1 材料与方法

(1)试验区概况。玉米滴灌试验于2014年4-9月在通辽市腰林毛都镇南塔拉营子试验站进行。地处东经123°32′，北纬44°32′，春季回暖快，多风沙；夏季雨热同步，雨量集中；秋季短促，降温快；冬季干冷漫长。全年最高气温40.8 ℃，最低气温-25.1 ℃，降雨269.7 mm，属温带大陆性季风气候。中壤土，土壤密度为1.41 g/cm3，土壤1 m平均田间持水量为23.08%(质量含水率)。

(2)试验设计。滴灌试验开始于2014年4月26日，选取有膜滴灌和无膜滴灌2种处理，具体见表1。每个处理3次重复，试验小区面积0.32 hm2。一年一熟，种植的作物为玉米，品种为京科968，株距35 cm，行距85 cm。地膜为普通地膜，宽度为70 cm。2014年9月28日收获，测每个小区玉米株数，最后测定产量。

表1 试验处理

(3)土壤温度的测定。采用土壤温度自动采集仪连续测定土壤埋深5、10、15、20和25 cm处土壤温度，每隔1 h测定一次，对玉米全生育期土壤温度进行测定，数据采集仪自动记录数据。

(4)土壤水分的测定。用土壤水分测定仪(TDR)测量土壤含水率及耗水情况，每7 d测定一次，且每次灌水前和灌水后加测一次，测定深度自土壤表面每隔20 cm进行一次测定(0～100 cm)。

(5)土壤水分的计算。土壤贮水量的计算公式为：

(1)

式中：H为土壤贮水量，mm；Qi为第i层土壤体积含水率，%；hi为第i层土壤厚度，cm；n为测土壤体积含水率时的层序。

2 结果与分析

2.1 土壤含水率的变化

图1为土壤体积含水率变化趋势。在不同的生育期，玉米对不同处理的土壤水分利用情况表现出一定的规律性。苗期玉米根部发育较为缓慢，主要利用表层土壤水分来满足其生长发育的要求。播后第20 d，对于有膜滴灌来说，地膜形成一层物理屏障，隔绝了膜下土壤与大气进行的水热交换，形成独立的水循环系统，土壤水分蒸发后在膜下凝结成水滴又返回土壤，所以造成有膜滴灌的0～20 cm土层含水率比无膜滴灌高出6.4%(p<0.05)，而各处理30～100 cm土层，有膜滴灌土壤含水率出现显著下降，较无膜滴灌低6.1%～7.54%(p<0.05)。播种后第40 d左右，各处理0～30 cm土层的含水率均呈现上升趋势，这是因为在播种后40 d(6月7日)出现了生育期中最大的降雨，在出现降雨后，无膜滴灌含水率显著比有膜滴灌高3.7%～11.6%(p<0.05)，说明在降雨后，地膜对降雨具有一定的截流作用，使得雨水无法直接进入到膜下土壤，造成了无膜滴灌0～30 cm土层的含水率高于有膜滴灌，且无膜滴灌30～100 cm土层含水率显著高于有膜滴灌(p<0.05)，说明无膜滴灌具有更良好的蓄水能力，能够将更多的水分储藏在土壤深层。在作物播种80 d左右，0～30 cm土层土壤含水率的变化趋势与20 d一致，但在50～100 cm的土壤含水率有膜滴灌与无膜滴灌都出现了显著降低(p<0.05)，且有膜滴灌降低的幅度更大，说明在一定程度上有膜滴灌可以利用土壤深层水分来满足玉米对水分的需求。

图1 播种后不同时期各处理土壤体积含水率变化

2.2 土壤储水量的变化

图2为不同处理在不同深度土壤储水量的动态变化。有研究表明，土壤储水量的变化除了受到降雨量的影响外，也会受到玉米生长的影响[7]。如图2(b)，在降雨较少的时期(6月25日至7月22日和8月15至8月29日)各处理0～40 cm存在显著差异(p<0.05)，有膜滴灌的土壤储水量高于无膜滴灌。结合不同处理0～100 cm以及40～100 cm的土壤储水量变化[图2(a)、图2(c)]来看，在降雨较少的这2段时期，有膜滴灌0～100 cm储水量较无膜滴灌低，且40～100 cm的土壤储水量也低于无膜滴灌，但是0～40 cm的土壤储水量却显著高于无膜滴灌，这有可能是因为覆膜处理在降雨较少的时候能够将深层次水分转移到表层，与文献[8]中研究的结果是一致的；在雨量较多的时期(6月7-15日、9月2日)各处理0～40 cm的土壤储水量无膜滴灌大于有膜滴灌，但其差异不显著，各处理40～100 cm的土壤储水量，无膜滴灌显著高于有膜滴灌，说明在雨量较多的时期，无膜滴灌深层土壤的储水保墒能力较好。

图2 不同处理在不同深度土壤储水量动态变化

2.3 土壤温度的变化

2.3.1土壤温度的日变化

玉米的生长发育与土壤的温度密不可分，文献[9]中表明，无论何种耕作方式，其对土壤温度的作用范围集中在0～25 cm土层，随着土层的不断加深影响逐渐减弱。从表2可以看出,玉米在播种后20～30 d, 覆盖地膜可以有效提高土壤温度, 土壤的最低温度可提高0.7～1.2 ℃, 最高温度可提高 2.0～4.1 ℃, 平均温度提高0.4～4.1 ℃。从不同时间的增温效果看, 覆盖地膜在玉米种植后30 d 的增温效果优于栽植后20 d，这是因为土壤温度不仅受地膜覆盖的影响，与天气温度的变化也有很大的关系。在播种后20d左右，气温有大幅度下降，造成覆盖地膜对地温增温效果不明显。就不同土层来看, 覆盖地膜可显著提高5～10 cm 和10～20 cm 土层的平均温度0.4～4.1 ℃和0.9～3.4℃。从土温日较差可以看出, 种植后20 d, 有膜滴灌与无膜滴灌日较差差异不显著, 且随着土层加深,日较差逐渐减小；种植后30 d, 覆盖地膜在5～10 cm土层的日较差显著高于不覆盖地膜处理, 但其他土层差异却不显著。以上结果说明, 覆盖地膜能够提高玉米田间土壤温度、增大5～10 cm 土层土壤温度的日较差。对于玉米来说，覆膜在一定程度上能提高出苗速率，大约较无膜处理出苗早2～3 d。

表2 地膜覆盖对玉米播种后20 d 和30 d 时不同土层土壤温度的影响 ℃

从表3可以看出, 地膜覆盖可以提高玉米苗期的土壤温度, 但在种植后60 d时, 无膜处理的土壤温度较有膜处理高, 这与此时气温升高, 而有膜滴灌玉米生长发育较好，叶片遮光有关。覆盖地膜在种植后60 d的土壤平均温度比无膜的低 1.33 ℃, 这说明覆膜能够推进玉米生长发的进程。

表3 地膜覆盖对玉米播种后10～60 d 时0～25 cm 土层土壤平均温度

2.3.2土壤温度的月变化

图3为不同处理在0～25 cm土层平均温度的月变化图，在5、6月份，不同处理对土壤温度的影响差异显著(p<0.05)，有膜滴灌较无膜滴灌土壤温度高2.21 ℃，这主要是因为在玉米生育期前期，玉米的植株还较小，太阳辐射可直接到达地面，从而使得覆膜与无膜处理土壤温度出现显著差异。随着大气温度的不断上升，玉米植株的增长及叶片遮盖率的增加使得太阳辐射无法直接到达地面，从而造成覆膜滴灌与无膜滴灌的土壤温度在7、8月份无显著性差异(p>0.05)。在9月份时，无膜滴灌地温要高于有膜滴灌，这可能是因为在9月中下旬时，降雨较少，覆膜处理在0～20 cm土层的土壤含水量由于地膜的原因，较无膜滴灌的高，使得其热容量增大，土壤升温较慢。

图3 不同处理下土壤月温度变化

3 结 论

(1)有膜滴灌由于覆膜的原因，在一定程度上可以利用土壤深层的含水量来满足玉米的生长发育，尤其在降雨较少的情况下，可以利用40～100 cm的深层储水量来提高土壤表层的含水量。播种后第20 d，覆膜措施0～20 cm土层含水率比无膜措施高出6.4%，差异显著(p<0.05)，而30～100 cm土层，有膜滴灌土壤含水率出现显著下降，较无膜滴灌低6.1%～7.54%(p<0.05)，这为苗期的玉米提供了良好的水分条件。

(2)有膜滴灌和无膜滴灌对土壤温度的影响主要表现在作物对地面遮盖程度较小的生育期前期和末期，且前期的影响对于作物生长来说更为重要。玉米生育期前期(播种后20～30 d)，覆盖地膜比无膜措施平均温度高0.4～4.1 ℃，温度日较差高0.21～6.31 ℃，与前人研究结果相似[15]，这将有助于提高玉米的出苗速率。

(3)水热条件是影响作物生长和发育最重要的因素，作物产量的形成与二者之间的综合作用密切相关。本试验研究表明，滴灌条件下，地膜覆盖能够有效改善土壤的水热状况，为玉米的生长发育提供了良好的水热环境。

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