不同覆盖材料对西藏林芝土壤温湿度及玉米生长发育的影响

邵荣华，刘翠花，王改花，赵艳艳

(1. 西藏农牧学院植物科学学院, 西藏 林芝 860000；2. 西藏农牧学院科研处, 西藏 林芝 860000)

玉米是喜温作物,生育期需要的积温在2000～2800 ℃之间,其中早熟种为2000～2200 ℃,中熟种为2300～2600 ℃,晚熟种为2500～2800 ℃[1]。地膜覆盖具有显著的增温保水效果,可以极大提高作物产量[2],在我国，玉米主要分为6大产区,作为青藏高原产区重要分布地的西藏也广泛种植,因为天气高寒冷凉,限制西藏玉米种植的关键因素是≥10 ℃的积温不足[1],对玉米出苗快慢、雄穗发育、子粒形成和灌浆等生长发育特性及产量造成了严重影响。近几年来,随着地膜覆盖栽培技术的应用和推广,玉米种植中一系列问题得到了有效解决,产量也得到了极大提高。但长此以往,传统地膜又因为其不易降解而不断残留土壤,造成土壤板结,影响了土壤局部的通透性和理化性质,降低了地力,并给土壤带来了严重的“白色污染”,破坏了生态环境,因此如何提高玉米产量,又能保护环境,成为当今玉米栽培种植中重要的研究内容。本研究采用不同材料覆盖栽培田间对比试验,比较可降解地膜、草浆地膜等新型环保地膜与普通塑料地膜、黑白双色地膜等传统地膜的覆盖效果,对筛选出适宜于西藏林芝玉米高产优质环保的覆盖材料有着重要意义,对西藏生态环境保护、农牧民经济效益提高、农牧业可持续发展也具有一定的促进作用。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地点选择在西藏农牧学院教学实习牧场(N 29o40′27 ", E 94o20′26",海拔2970 m)。林芝市气象局数据显示:2016全年林芝市巴宜区平均气温为9.6 ℃,全年日均温度≥10 ℃的日数为184 d,≥10 ℃以上有效积温为1800～2200 ℃,全年无霜期 186 d,属藏东南温暖半湿润气候区,年平均降雨量为876.3 mm,降水主要集中在4-9月,占全年降雨量的93.5 %;全年日照时数为1795.8 h。试验地原种植牧草,基本无遮阴,地块平坦,土壤质地为沙壤土,灌溉方便,肥力中等,具有代表性。

1.2 供试品种及材料

供试玉米品种由林芝市农技公司提供,为林芝市玉米主栽杂交品种“酒单4号”，本研究以当地主栽杂交种为研究对象，主要为了便于研究结果的示范推广。供试普通塑料地膜(PM)为昆明塑料厂制造的传统白地膜,地膜厚度 0.008 mm,幅宽 100 cm;供试可降解地膜(KM)为台湾瑞晋兴业股份有限公司制造的淀粉膜,地膜厚0.03 mm,幅宽100 cm;供试黑白双色地膜(HBM)为杨凌瑞丰环保有限公司制造的传统黑白膜,地膜厚度0.008 mm,幅宽80 cm,地膜中间部分是黑色，两边均是白色；供试草浆地膜(CM)由西藏农牧学院关法春[3]发明并提供。以上供试4个地膜采取全生育期盖膜，以露地栽培为对照(CK)。

1.3 试验设计

试验地面积为772.5m2(长51.5 m,宽15 m),试验采用随机区组排列,共设5个处理(PM、KM、HBM、CM、CK),3次重复(区组),各处理在1个区组中只设1个小区。每个小区种植3膜(共45膜),膜内采用宽窄行种植2行玉米,宽行60 cm,窄行45 cm,株距25 cm,小区间距40 cm,走道宽30 cm。出苗5 d后进行间苗,每穴留壮苗1 株,种植密度为60 000 株/hm2(每小区309株)。先播种后覆膜,待出苗时破膜,并将膜口处用土壤封严,幼苗露出膜外生长。两穴之间施磷酸二铵作种肥500 kg/hm2。在玉米拔节期结合锄草挖穴追施尿素500 kg/hm2。玉米种植后每隔1个月使用农用喷雾器,以1︰35的比例稀释均匀喷洒450～500 ml的草浆地膜,每次喷洒时提前人工除草1次,其余小区除拔节期外不进行除草工作。四周设1 m保护行,2016年4月26日开始播种,10月29日收获,玉米整个生育期不进行灌溉。

1.4 测定项目与方法

1.4.1 玉米各生育时期 在玉米播种以后按照其关键生育时期,对每个小区播种期、出苗期、拔节期、大喇叭口期、抽雄期、吐丝期、成熟期、收获期所出现的时间分别进行观察和记载。

1.4.2 土壤温湿度 从5月10日开始,采用进口土壤温湿度仪(SM200型)对不同覆盖材料下每1膜耕作层5 cm处的温湿度进行测量,待指针稳定后记录数据。其测定时间为10 d 1次,每次下午18:00-19:00时测量,测量当天的天气状况也一并记录如下(表1)。

1.4.3 玉米产量 玉米成熟后,在每个小区中间膜随机连续选取10株具有代表性植株,记录双穗和空杆情况,并用电子秤、分析天平测量记载玉米秸秆干重和百粒重。因玉米双穗和空杆影响,玉米产量采用以下计算方法较为准确:小区产量(kg)=平均株粒数×平均百粒重(g)×小区实际出苗株数/100 000,折合亩产(kg)=小区产量(kg)× 667m2/小区面积。

表1 数据测量当天天气状况

1.4.4 薄膜残留量 玉米收获近半年后,于2017年3月30日,在每个小区普通塑料地膜、可降解地膜、黑白双色地膜处理中采取S型挖3个2 m长×1 m宽×20 cm深的坑,拣出土壤中残留薄膜,清数出残留片数,并洗净、晾干，分析天平称重。并按照以下方法计算地膜残留率:

地膜残留率(%)=

1.5 数据分析

采用EXCEL2010、DPS7.05统计学软件进行处理、分析、制图表,LSD法检验处理间的差异显著性。

2 结果与分析

2.1 不同覆盖材料对玉米地土壤温度的影响

如图1所示,不同覆盖材料下耕作层土壤温度在玉米主要生长发育期呈现“降低—升高—降低”的变化趋势,PM、KM、HBM 3个处理耕作层温度均在5月10日最高,随后都出现大幅度下降趋势,5月份整体温度偏高。从7月下旬至8月中旬各处理耕作层温度都进一步升高,达到一个高点,随后又大幅度下降,不同处理间温度差异不明显。总体来说, 不同材料覆盖均能提高土壤温度,特别是在玉米生长发育前期(5-6月)非常明显, PM、KM、HBM、CM、CK平均温度分别达到25.45、24.74、21.95、20.8、20.63 ℃, PM、KM、HBM、CM相比CK,分别提高了4.82、4.11、1.32、0.17 ℃；在玉米中后期至收获前(7-10月), PM、KM、HBM、CM与CK相比,只提高了0.34、0.32、0.08、0.05 ℃。在玉米整个生育期17次数据测量中,PM、KM、HBM、CM与CK相比,分别提高了1.92、1.65、0.52、0.09 ℃。

2.2 不同覆盖材料对玉米地土壤湿度的影响

图1 不同覆盖材料土壤温度变化动态Fig.1 Variation of soil temperature in different mulching materials

玉米出苗后5 cm处耕作层湿度变化如图2,不同覆盖材料均在5月30日和8月18日出现极值,达到最低。在天气总体偏好的5月份及8月18日(表1),不同材料覆盖总体上均能提高耕作层的湿度,PM、KM、HBM、CM、CK平均湿度分别达到23.17 %、21.83 %、22.85 %、18.63 %、17.85 %,相比CK, PM、KM、HM、CM分别提高了5.32 %、3.97 %、5 %、0.78 %,在其他天气较差的时候不同材料覆盖处理与露地相比湿度有所降低,PM、KM、HM、CM、CK平均湿度分别为25.84 %、27.28 %、28.38 %、28.34 %、29.13 %,相比CK,分别降低了3.29 %、1.85 %、0.75 %、0.79 %。

2.3 不同覆盖材料对玉米生育进程的影响

不同覆盖处理明显加快了玉米生育进程,由表2可知,PM平均出苗期较CK提前了7 d,平均拔节期提前了9 d,平均大喇叭口期提前了9 d,平均抽雄期提前了8 d,平均吐丝期提前了9 d,平均成熟期提前了14 d,整个生育期缩短了14 d,平均出苗率提高了4 %。KM平均出苗期较CK提前了7 d,平均拔节期提前了9 d,平均大喇叭口期提前了9 d,平均抽雄期提前了6 d,平均吐丝期提前了7 d,平均成熟期提前了12 d,整个生育期缩短了12 d,平均出苗率提高了3 %。HBM平均出苗期较CK提前了6 d,平均拔节期提前了6 d,平均大喇叭口期提前了8 d,平均抽雄期提前了5 d,平均吐丝期提前了5 d,平均成熟期提前了7 d,整个生育期缩短了7 d,平均出苗率提高了2 %。CM平均出苗期较CK提前了1 d,平均拔节期提前了2 d,平均大喇叭口期提前了1 d,平均抽雄期提前了1 d,平均吐丝期提前了1 d,平均成熟期提前了2 d,整个生育期缩短了2 d,平均出苗率提高了1 %。分析表明覆盖PM、KM、HBM、CM处理能明显提前玉米各生育时期和缩短生育期,覆盖PM、KM的效果尤为明显。

2.4 不同覆盖材料对玉米双穗及空杆株数的影响

由表3可知,覆膜后对玉米平均双穗株数、平均双穗率、平均空杆株数、平均空杆率、平均有效穗数具有显著影响,与露地相比,能够显著提高平均双穗株数、平均双穗率和平均有效穗数,具体表现为PM≈KM >HBM >CM >CK;对空杆株数和空杆率能有效的降低,在玉米考种中发现只有CK玉米果穗存在空杆现象,平均10株样株玉米空杆株数为0.33株,平均空杆率为3.33 %。

图2 不同覆盖材料土壤湿度变化动态Fig.2 Variation of soil humidity in different mulching materials

处理Treatments出苗率(%)Emergencerate播种期(M-D)Sowingdate出苗期(M-D)Emergencestage拔节期(M-D)Elongationstage大喇叭口期(M-D)Bell-mouthed抽雄期(M-D)Tasseling stage吐丝期(M-D)Silkingstage成熟期(M-D)Matureperiod生育期(d)Whole-lifePM994-265-36-257-37-227-279-15142KM984-265-36-257-37-247-299-17144HBM974-275-56-297-57-268-19-23149CM964-265-97-27-117-298-49-27154CK954-275-117-57-137-318-69-30156

表3 不同覆盖材料玉米结穗情况

2.5 不同覆盖材料对玉米产量及产量构成因素的影响

根据试验设计,试验地面积为772.5m2(长51.5 m,宽15 m)，每个小区面积为51.5m2，种植密度为60 000 株/hm2，每个小区实际种植309株，因个别不能出苗,实际出苗株数不同。如表4所示，不同覆盖材料因双穗率不同,直接反映平均株粒数差异明显,PM、KM、HBM、CM、CK平均株粒数分别为729.95、702.66、653.84、597.83、555.83，覆盖 PM、KM、HBM、CM处理相比CK,分别提高了174.12、146.83、98.01、42,PM、KM与CK差异极显著(P<0.01)。对平均百粒重影响不大，各处理之间无显著性差异。小区产量直接反映折合平均亩产的大小，折合平均667m2产PM、KM、HBM、CM、CK分别为776.82、751.68、668.45、611.93、564.89 kg，覆盖PM、KM、HBM、CM处理，相比CK分别提高了211.93、186.79、103.56、47.04 kg, PM、KM、HBM与CK差异极显著(P<0.01)，CM与CK差异不显著，PM与KM差异不显著、与HBM差异显著(P<0.05)、与CM差异极显著(P<0.01)，KM与HBM差异不显著、与CM差异极显著(P<0.01)，HBM与CK差异显著(P<0.05)。

2.6 不同材料覆盖玉米经济效益分析

2.6.1 不同材料覆盖玉米经济效益分析 如表5所示，各处理的产值以PM最高,覆盖PM、KM、HBM、CM处理产值相比CK，分别增加了102.64、91.15、60.16、23.02元,相比提高了35.97 %、31.95 %、21.08 %、8.07 %；因CM为实验室制备及人工多次除草,投入成本CM最高,覆盖PM、KM、HBM、CM处理的投入相比CK,分别增加了7.23、7.85、7.15、200元,相比提高了8.08 %、8.78 %、8 %、223.6 %；纯收入相比CK,CM降低176.98元,PM、KM、HBM分别则增加了95.41、83.3、53.01元,相比提高了48.7 %、42.52 %、27.06 %。对各处理产投比计算表明，KM(3.87)仅次于PM(4.01)，HBM(3.58)第3，CM最差(1.07)。

表4 不同覆盖材料对玉米产量及构成因素的影响

注：表中各处理数据均以“平均值±标准误”表示,同列不同大写字母表示差异极显著(P<0.01),不同小写字母表示差异显著(P<0.05)，重复数n=3。

Note：Each processed data in the table is expressed as ‘average ± standard error’. The different majuscules in the same column show highly significant difference(P< 0.01), and the different letters in the same column show significant difference(P< 0.05), and the repeating date isn=3.

表5 不同材料覆盖玉米经济效益分析

注：2016年价格,干玉米2元/kg,干秸秆200元/t,肥料磷酸二铵、尿素、种子共计447.15元,PM7.23元、KM7.85元、HBM7.15元,CM材料费及人工除草成本共计200元。

2.6.2 不同材料覆盖玉米生态效益分析 在玉米成熟半年后,测量了不同处理的玉米地,薄膜残留量见表6，PM、KM、HBM残留薄膜平均片数分别为1.3、5.8、1.1，KM与PM、HBM差异明显，9个采样点残留薄膜平均重量为16.12、15.56、9.32 g，地膜残留率为98.98 %、20.52 %、98.42 %，KM残留率非常低,绝大部分已被降解。

3 结论与讨论

试验通过对不同覆盖材料下土壤温湿度和玉米生长发育的影响进行研究,比较了可降解地膜、草浆地膜等新型环保地膜与普通塑料地膜、黑白双色地膜等传统地膜的覆盖效果,对筛选出适宜于西藏林芝玉米高产优质的覆盖材料有着重要意义，对西藏生态环境保护、农牧民经济效益提高、农牧业可持续发展也具有一定的促进作用。

3.1 不同覆盖材料的土壤水温状况

表6 地膜残留情况

3.1.1 不同覆盖材料土壤温度与天气状况有关 本研究发现,在西藏林芝进行玉米覆膜栽培可以有效提高土壤温度,在玉米耕作层5 cm处不同材料覆盖后土壤增温效果明显,特别是在玉米生长发育前期,有效提高了土壤环境的平均温度和有效积温,为玉米的生长发育提供了所需的热量,相比CK, PM、KM、HBM、CM分别提高了4.82、4.11、1.32、0.17 ℃,其增温效果为PM>KM>HBM>CM>CK。玉米生育中后期,由于玉米冠层的阻隔以及地膜破损,增温效果不再明显。目前,黑白双色地膜在玉米栽培中对温度的影响研究较少,特别是在青藏高原地区,因此具体的增温效应还有待进一步研究验证。对于玉米生育期温度动态变化,本研究发现不同覆盖处理土壤温度在玉米生育期呈现“降低—升高—降低”的变化曲线,5月10日出现最高温度,8月18日出现另一个高峰,可能因为林芝特殊的天气状况、杂草生长、地膜破坏程度、数据测量天阳辐射和风力等影响,导致与梁美英等[4]研究所认为的“不同覆盖处理日均土壤温度在玉米生长期均呈现出‘升高—降低’的变化趋势,都以7月份日均土壤温度最高,且在玉米生育前期(5-7月份)不同覆盖处理之间日均土壤温度差异明显。”存在不一致的地方。

3.1.2 不同覆盖材料土壤增湿效果与天气状况有关 在降雨量较少的条件下,不同材料覆盖能有效提高土壤湿度,如天气总体偏好的5月份及8月18日,PM、KM、HBM、CM与CK相比,平均湿度分别提高了5.32 %、3.97 %、5 %、0.78 %;在降雨量较多的条件下,不同材料覆盖土壤湿度低于露地,如在绝大多数降雨的天气里PM、KM、HBM、CM与CK相比,分别降低了3.29 %、1.85 %、0.75 %、0.79 %,总的来说,覆膜增湿效果反而不如露地。本研究与研究地点处于陕西、山西、甘肃等地[4-16]研究者结果存在一定不一致的地方,主要原因是以上地区玉米生长季降雨量较少,都为干旱半干旱地区,而林芝降雨量特别集中，4-9月份降雨量占全年降雨量的93.5 %，而且为了便于推广采取大田试验种植固定时间测量的方式，因此造成结果有所不同。

3.2 不同覆盖材料对玉米生长发育的影响

3.2.1 不同材料覆盖能显著影响营养生长期和生殖生长期 明显提前了各生育时期和缩短整个生育期。不同材料覆盖相比CK玉米生育期分别提前了14、12、7、2 d,出苗率分别提高了4 %、3 %、2 %、1 %。不同材料覆盖相比CK能有效提高平均双穗数、平均双穗率和平均有效穗数,总体上能有效的减少平均空杆数和平均空杆率。对于玉米生育进程、出苗率等的影响与前人[4,6,11,17]研究结果一致。

3.2.2 地膜覆盖能全面改善土壤耕作层土壤环境,促进玉米生长发育[18-19]本研究不同地膜覆盖相比CK对玉米百粒重影响不大,但因为双穗率显著提高,能明显增加株粒数和玉米产量,PM、KM、HBM、CM、CK平均亩产分别为776.82、751.68、668.45、611.93、564.89 kg,提高了211.93、186.79、103.56、47.04 kg,对玉米产量表现为PM≈KM>HBM>CM>CK。在本试验同一地点种植,统一播种、施肥等基础上,可以发现决定玉米产量的主要构成因素的是双穗数、决定双穗数的主要因素是土壤温度,这与安新固[1]、于爱忠[20]等研究一致。

3.3 不同材料覆盖对玉米栽培经济效益及生态效益的影响

经过本试验研究分析,各处理产投比为PM4.01、KM3.87、HBM3.58、CM1.07、CK3.19,覆盖PM、KM、HBM处理相比CK均能获得比较好的经济效益,KM取得经济效益仅次于PM。在玉米成熟半年后,PM和HBM基本未分解、地膜残留率非常高,KM已大部分分解完毕,PM、KM、HBM地膜残留率分别为98.98 %、20.52 %、98.42 %。

综合以上研究结果,从协调玉米种植经济效益和生态效益角度出发,可降解地膜(KM)最符合目前我国、我区"既要金山银山,又要青山绿水"的绿色发展理念,因此在玉米产业化种植中可降解地膜(KM)具有很好的推广应用价值。

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