膜草覆盖对玉米生长发育及地膜残留的影响

唐文雪　马忠明

摘要：在张掖干旱绿洲灌溉区进行了膜草覆盖玉米栽培试验，探讨膜草覆盖对土壤水热效应、玉米生长发育及地膜残留的影响。结果表明，与全膜覆盖相比，地膜与小麦秸秆覆盖具有较好的保墒效果，生育期耗水量仅增加1.99%，玉米产量及水分利用效率分别仅降低4.05%、5.92%。膜草覆盖地膜投入量比全膜覆盖减少40.94～41.55 kg/hm2，地膜残留量减少11.01～11.54 kg/hm2。综上分析，认为地膜与小麦秸秆覆盖栽培可有效提高水资源利用效率、玉米产量，降低环境污染。

关键词：膜草覆盖;水分利用效率;地膜残留;玉米

中图分类号：S513         文献标志码：A         文章编号：1001-1463（2019）07-0004-06

Abstract：The cultivation experiment of corn covered with film-grass was carried out in Hexi Oasis Irrigation Area to explore the effects of film-grass mulching on soil hydrothermal effect， corn growth and development， and film residue. The results showed that compared with full film mulching， plastic film mulching and wheat straw mulching had better effect on soil moisture conservation， water consumption increased by only 1.99% during growth period， and corn yield and water use efficiency decreased by 4.05% and 5.92%， respectively. The input amount of plastic film mulched with film grass decreased by 40.94～41.55 kg/hm2 and the residual amount of plastic film decreased by 11.01～11.54 kg/hm2. In conclusion， plastic film mulching and wheat straw mulching can effectively improve water use efficiency， corn yield， reduce environmental pollution and promote the sustainable development of agricultural production.

Key words：Film-grass mulching; Water use efficiency; Plastic film residue; Corn

地膜覆盖技术在水资源匮乏的干旱半干旱地区具有显著的保温保墒效果，发挥了显著的增产作用[1 - 3 ]。河西绿洲灌区受水资源缺乏和积温不足的影响，玉米生产中普遍采用地膜覆盖栽培技术，但大面积高强度使用地膜，使土壤中地膜残留问题日益凸现，对农业可持续发展构成严重威胁[4 - 5 ]。目前，在没有良好的替代产品的情况下，普通聚乙烯地膜覆盖栽培还将长期存在[6 ]，为减轻残留地膜污染，科研工作者在地膜减量化技术方面进行了大量研究[7 - 9 ]。冯利平等[10 ]研究指出，地膜及秸秆覆盖栽培结合可使土壤含水量比地膜覆盖平均增加3.2%，比秸秆覆盖平均增加12.1%，土壤日温差为16.4 ℃，比地膜覆盖处理的降低6.1 ℃，比对照降低1.4 ℃。马忠明等[11 ]在河西灌区研究提出，膜草间隔覆盖将玉米宽窄行种植形式下窄行覆膜的增温效應和宽行覆草的节水作用结合于一体，不仅可降低玉米的棵间蒸发，还可改善土壤温度，节水增产效果。现有地膜秸秆覆盖栽培的研究主要集中在土壤水热效应、产量方面，对覆盖秸秆种类、地膜投入量及残留量影响的研究还鲜见报道。我们通过大田试验对玉米膜草间隔覆盖栽培在玉米生长发育、地膜投入量、地膜残留量等方面进行研究，以期为干旱绿洲灌区推广玉米膜草双相覆盖技术、防控地膜污染提供依据。

1   材料与方法

1.1   试验地概况

试验于2015年4月至10月在甘肃省农业科学院张掖节水农业试验站进行。试验站位于38° 56′ N、100° 26′ E，海拔1 570 m，年平均降水量129 mm，平均年蒸发量2 075 mm。年平均气温为7.38 ℃，降水主要集中在7、8、9月，干旱指数达16.09。年平均日照时数3 085 h，≥10 ℃的积温为2 896 ℃。土壤属轻壤土，0～200 cm土层平均土壤容重1.376 g/cm3。试验前采集0～20 cm 耕层土壤测定土壤理化性质，含有机质7.9 g/kg、碱解氮为70.9 mg/kg、速效磷24.7 mg/kg、速效钾82 mg/kg。该区为典型干旱绿洲灌溉区。

1.2   试验材料

指试玉米品种为豫玉22号。供试地膜为普通聚乙烯地膜，厚度0.008 mm、幅宽140、70 cm。供试氮肥为尿素（含N 46.4%），磷肥为普通过磷酸钙（含P2O5 12%）。

1.3   试验方法

试验采用随机区组设计，3次重复。设置3种覆盖方式：地膜全地面覆盖（CK）、地膜与小麦秸秆覆盖（A）、地膜与玉米秸秆覆盖（B）。小区面积为46.2 m2（7.7 m ×6.0 m）。所有处理施N 300 kg/hm2，40%的氮肥及全部P2O5 225 kg/hm2作基肥结合整地施入，剩余氮肥在玉米大喇叭口及吐丝期随灌水各追施30%。生育期灌水量4 500 m3/hm2，拔节期、大喇叭口期、吐丝期和灌浆中期各灌水1次，采用水表计量灌溉，灌水量分别占总量的20%、30%、30%、20%。

玉米采用宽窄行模式种植，带幅120 cm，宽行80 cm，窄行40 cm。4月12日覆膜，CK覆盖宽140 cm地膜，沿地埂顺播种方向覆第1幅膜，第2幅膜与第1幅膜内侧重叠10 cm，边覆边用土压重叠膜边，依次类推。膜草覆盖方式：窄行覆盖幅宽70 cm地膜，播种当天宽行覆盖长度为5～7 cm小麦或玉米秸秆，秸秆厚度1.5～2.0 cm。4月20日播种，10月3日收获。

1.4   观测项目与方法

1.4.1    土壤水分及水分利用效率测定    土壤水分采用烘干法测定。玉米播前和收获后测定0～120 cm土层水分，每20 cm为1层，每小区分别在宽行和窄行中间各测定1个点，取相同土层2个点平均值为相应土层土壤含水量，并分层计算各土层土壤贮水量。

土壤贮水量计算公式：W=∑wirihi/10[12 ]。

式中，W为0～120 cm土层土壤水分总贮量（mm）;wi为各土层土壤质量含水量（%）;ri为各土层土壤容重（g/cm3）;hi为分层厚度（20 cm）。

采用水分平衡法计算作物田间耗水量。

水分平衡方程为：ET=P+I+△W[12 ]。

式中，ET为生育期耗水量（mm）;P为降水量（mm）;I为灌溉水量（mm）;△W为计算时段内土壤贮水变化量（mm）。

水分利用效率：WUE =Y/ET

式中，WUE为水分利用效率[kg/（hm2·mm）];Y为经济产量（kg/hm2）;ET为作物耗水量（mm）。

1.4.2    土壤温度测定    采用曲管地温计（型号WQG-16）测定。分5、10、15 cm 3个土壤层次将地温计埋设。玉米播种至拔节期每隔2 d在8：00、14：00、18：00时测定土壤各土层温度，各层次土壤温度平均值即为0～15 cm土壤温度。

1.4.3    地膜残留量及残留系数    地膜投入量测定：覆膜前将地膜卷称重，覆完后再称重，二者差值为试验小区地膜投入量[13 ]。

地膜残留量测定：覆膜前用蛇形线方法在试验小区选择5个采样样方，样方规格为2.0 m×1.0 m，采样深度为30 cm，采集土样中残膜，并将收集的残膜样品装袋带回实验室分拣、清洗、凉干称重，计算残膜背景 值[6 ]。玉米收获后，先采用传统方法捡拾残留地膜带出试验小区，然后每小区确定3个采样样方，测定地膜残留量。

地膜残留系数=[（收获后地膜残留总量- 覆膜前地膜残留量）/地膜投入量]×100%[6 ]

1.4.4    玉米农艺性状及产量测定    在玉米苗期、拔节期、抽雄期、灌浆期、成熟期等生育进程中，各小区选取有代表性的10株植株测量株高和叶面积（单片叶面积=叶最长处长度×叶最宽处宽度×0.75），并将地上部全部带回实验室烘干测定生物量。同时在苗期、拔节期地上部取样后，同步采集植株周围长30 cm、宽30 cm，深40 cm土壤范围内根系样品，观测节根层数、条数，并清洗干净烘干称质量。成熟期每小区收获中间2带测产，根据重量均值法取有代表性的样穗15穗进行室内考种，考察穗行数、行粒数、千粒重等指标。按小区收获，自然风干后计产。

1.5   数据分析

采用Excel 2007和SPSS 11.0软件对数据进行相关分析。

2   结果与分析

2.1   膜草覆盖对土壤温度的影响

表1为玉米播种至抽雄吐丝期不同处理0～15 cm土层温度动态变化。可以看出，从播种至玉米拔节期（6月上旬），随着气温的逐渐升高各处理土壤温度均逐渐升高。与CK相比，处理A、处理B表现出明顯的降温效应，较CK土壤温度分别降低4.06、4.34 ℃，且处理B降温效应更明显。玉米拔节期后，随生育进程的推进，田间郁闭度逐渐增大，覆盖的增温效应弱化，不同覆盖方式处理间温度差异变小，7月中旬后差异基本消失。

2.2   膜草覆盖对玉米生长发育的影响

2.2.1    苗期、拔节期玉米根系    节根是玉米的主要根系，节根的生长、代谢和活力变化可直接影响到地上部的生长发育。从表2可以看出，秸秆覆盖处理显著影响玉米节根层数、数量及根干物重，在苗期处理B比处理A影响更显著。与CK相比，苗期节根层数、玉米节根数量及根干物重处理A分别降低3.23%、27.10%、43.64%，处理B分别降低25.81%、30.63%、50.91%;拔节期处理A分别降低12.07%、27.01%、37.11%，处理B分别降低8.62%、25.56%、44.33%。

2.2.2    玉米株高、叶面积、地上部干物质重    从表3可知，在苗期、拔节期，处理A、处理B株高、叶面积、地上部干物重均显著低于CK;抽雄期后处理A、处理B玉米生长加快，株高及叶面积与CK差异不显著，且处理A地上部干物重与CK相近，而处理B抽雄期、灌浆期仍显著低于CK，灌浆中期后干物重急剧增加，成熟期差异不显著。

2.2.3    玉米产量构成因素及产量    从表4可知，不同覆盖方式对玉米穗长、穗粗、穗行数、行粒数影响不明显，而对百粒重影响显著。其中处理A、处理B百粒重分别为35.93、35.77 g，比CK分别显著降低6.55%、6.97%。处理A、处理B折合产量均较CK有所减少，其中处理A为14 995.0 kg/hm2，较CK减产632.2 kg/hm2，减产率4.05%;处理B为14 114.8 kg/hm2，较CK显著减产1 512.4 kg/hm2，减产率9.68%。方差分析表明，CK与处理A差异不显著，与处理B差异显著;处理A与处理B差异不显著。

2.3    膜草覆盖对土壤水分利用效率的影響

从表5可以看出，膜草覆盖具有良好的保墒作用。处理A、B的耗水量与全覆膜CK相近，仅较CK增加1.99%、1.55%。处理A水分利用效率与CK差异不显著，比CK仅降低5.92%;处理B显著低于CK，较CK降低11.06%。

2.4   膜草覆盖对地膜投入量及残留量的影响

地膜残留量和残留系数是衡量土壤污染程度的重要指标。从表6可以看出，膜草覆盖处理地膜覆盖地面比例为50%，因此处理A、处理B地膜投入量大幅降低，投入量仅为CK的49.70%～50.44%，残留量为CK的50.37%～52.64%，均显著低于CK。残留系数是当年地膜残留量在地膜投入量中所占的比例，不同覆膜方式地膜残留系数相近，差异不显著。

3   结论与讨论

试验表明，膜草覆盖后玉米播种期、拔节期土壤温度降幅达4.06、4.34 ℃，显著影响玉米生长发育。在玉米拔节后，膜草覆盖增温效应减弱，玉米生长发育加快。膜草覆盖具有较好的保墒效果，与地膜全地面覆盖相比，地膜与小麦秸秆覆盖后玉米产量及水分利用效率分别降低4.05%、5.92%，生育期耗水量增加1.99%;地膜与玉米秸秆覆盖后玉米产量及水分利用效率分别显著降低9.68%、11.07%，生育期耗水量增加1.55%。

地膜用量是影响地膜残留量的重要因素。何文清[14 ]的研究表明，如果残膜得不到有效回收，地膜用量越大，则地膜残留强度就越大。我们的研究得出，膜草覆盖地膜投入量比地膜全地面覆盖减少40.94～41.55 kg/hm2，地膜残留量减少11.01～11.54 kg/hm2。可见膜草覆盖显著降低了地膜投入成本，降低了残膜污染。

大量研究表明秸秆覆盖会推迟作物生育进程，减弱光对地面的照射强度，土壤吸热少升温慢，降低土壤温度，延缓作物生育进程[15 - 19 ]。虽然膜草间隔覆盖窄行地膜可改善土壤温度，但由于秸秆覆盖层的隔离作用，在玉米苗期、拔节期膜草覆盖处理仍表现出明显的降温效应，导致玉米生长迟缓，玉米根系、株高、叶面积及地上部干物重显著低于地膜全覆盖处理。随生育进程的推进，膜草覆盖增温效应减弱，覆盖方式对玉米生长发育影响减缓。玉米拔节后膜草覆盖可快速生长弥补前期所受影响，抽雄吐丝期各处理玉米株高、叶面积趋于一致，但地膜与玉米秸秆覆盖处理地上部干物重仍显著低于地膜全覆盖处理，直到成熟期达到一致。从产量构成因子看，膜草覆盖对玉米穗长，穗粗、穗行数、行粒数均有影响，对百粒重影响显著。由于产量各因子的叠加效应，地膜与小麦秸秆覆盖的产量与地膜全地面覆盖相近，而地膜与玉米秸秆处理的产量显著低于地膜全地面覆盖。

综合分析膜草覆盖对土壤温度、玉米生长发育、产量、水分利用效率及地膜残留量的影响，地膜与小麦秸秆覆盖后可有效提高水资源利用效率、玉米产量，降低环境污染，具有推广应用前景。

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（本文责编：陈    伟）