地膜覆蓋棉花、玉米、大豆地的降溫效應研究

董秀榮，王有寧，王榮堂 (長江大學農(nóng)學院， 湖北 荊州 434025)

地膜覆蓋棉花、玉米、大豆地的降溫效應研究

董秀榮，王有寧，王榮堂 (長江大學農(nóng)學院， 湖北 荊州 434025)

以‘鄂棉15號’、‘西玉3號’和‘鄂豆4號’為材料，對覆膜與不覆膜2種種植方式進行了對比。通過2005～2007年3年的試驗，結果表明，地膜覆蓋在生育前期能提高土壤溫度和保持土壤濕度，在旺盛生育期有降溫效應，因而能顯著提高作物產(chǎn)量。為進一步推廣地膜覆蓋栽培作物提供了農(nóng)業(yè)氣象依據(jù)。

地膜覆蓋；作物；降溫效應

干旱缺水或光、溫、水等資源分配不均勻等是限制我國各地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)進一步發(fā)展的主要原因之一，而地膜覆蓋則是解決這一問題的有效措施[1]。20世紀80年代從日本引進的地膜覆蓋栽培技術迅速普及全國，尤其是對水資源相對不足的高海拔及人少地多的西部地區(qū)，有效地提高了土地資源利用率，調(diào)節(jié)作物生長季，從而提高產(chǎn)量[2]。本研究采用棉花、玉米、大豆3種作物進行了覆膜與對照地的對比試驗，通過對3年(2005～2007年)的試驗資料進行總結，從農(nóng)業(yè)氣象角度分析了塑料薄膜對作物生育和產(chǎn)量形成的影響，以期為進一步推廣和應用塑膜覆蓋栽培方法提供農(nóng)業(yè)氣象依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地選擇于長江大學農(nóng)學院教學農(nóng)場實習基地(30°21′ N ,119°09′ E)，該地區(qū)年平均氣溫15～17 ℃，≥10 ℃的活動積溫5 200～5 400 ℃·d，年降水量1 050～1 150 mm，年蒸發(fā)量1 040～1 140 mm，年日照時數(shù)1 800～2 200 h，無霜期220～260 d，屬亞熱帶季風氣候區(qū)，適宜水稻、棉花、小麥、大豆、玉米等多種作物種植。

1.2 試驗設計

以2005年開始，連續(xù)3年在實習基地試驗田，于當?shù)剡m宜播種期(日平均氣溫穩(wěn)定通過15 ℃或5 cm地溫穩(wěn)定通過17 ℃)4月20日播種棉花、玉米和大豆。用對比法根據(jù)作物種類不同分區(qū)進行試驗，每種作物分2個小區(qū)，即覆膜與對照，每小區(qū)面積為100 m2/個。棉花品種為‘鄂棉15號’，玉米為‘西玉3號’，大豆為‘鄂豆4號’。

1.3 田間觀測

(1)土壤溫度 在播種前1 d每小區(qū)埋設地面溫度表(0 cm溫度表、地面最高和地面最低溫度和曲管地溫表，測定5 cm、10 cm、15 cm和20 cm地中溫度)。從播種之日起3次/d(8:00、14:00、20:00)連續(xù)進行土壤溫度的觀測，一直到作物生育后期(棉花吐絮期、玉米，大豆黃熟期停止觀測。

(2)株間光照度觀測 從作物旺盛生長期(棉花開花一吐絮、玉米抽雄穗一乳熟、大豆開花一結莢)開始，用照度計于每天8：00、10：00、12:00、14:00、16:00測定作物株間光照度，每次測3個高度，即冠層上部、作物活動面即2/3株高位置和根部地面。

(3)作物發(fā)育期觀測 棉花觀測出苗、現(xiàn)蕾、開花、成鈴和吐絮；玉米觀側出苗、七葉、抽雄、雌穗、乳熟和黃熟;大豆觀測出苗、開花、結莢、乳熟和黃熟。每個發(fā)育期還進行生長高度的觀測。

表1 作物發(fā)育前期平均地溫(04-20～05-31)Table 1 Average temperatures of crop during growing period (04-20～05-31) ℃

2 結果與分析

2.1 地膜覆蓋在作物生育前期的增溫效應

表2 作物生育盛期平均溫度Table 2 Average temperatures during healthy growth stage ℃

注：棉花07-10～08-31，玉米06-21～07-10，大豆(05-21～07-10)

表3 不同作物旺盛生長期的光照度 Table 3 IIIuminance of different crops during healthy growth stage klx

通過2005～2007年3年的試驗，統(tǒng)計結果顯示，4～5月地面和地中(5 cm、10 cm、15 cm和20 cm)棉花、玉米、大豆各深度平均溫度覆膜比對照分別高出1.1～3.8 ℃、2.1～3.0 ℃、0.8～3.5 ℃(表1)。地膜覆蓋在作物生育前期具有明顯的增溫效應，因而能使播種后的種子萌發(fā)快、出苗迅速，有研究者已經(jīng)證明并得到實際應用的結論[3，4]。本試驗結果與此一致。

2.2 地膜覆蓋在作物旺盛生長期的降溫效應

對3年連續(xù)地溫觀測資料的統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)在棉花、玉米、大豆旺盛生長期覆膜地比對照地溫度均有不同程度的降低，地面降溫幅度分別為1.1、0.9和4.7 ℃；地中5～20 cm各層土溫降溫幅度為0.3～0.5 ℃，其中以白天最高溫度降溫最明顯，降溫幅度分別為3.1、2.7和2.5 ℃(表2)。

2.3 地膜覆蓋對農(nóng)田光照度的影響

農(nóng)田作物群體中光照度的大小是影響作物光合作用，進而影響作物生育和產(chǎn)量的決定性因素，而進入作物群體中的光照度，根據(jù)Beer公式I=I0·e-KF[5]，主要與葉面積系數(shù)F有關，因葉面積系數(shù)直接影響田間消光系數(shù)K的大小，(I0為冠層上部的光強，I為到達作為群體某一高度上的光強)。當農(nóng)田覆蓋地膜后，由于作物生育前期有增溫、保濕和保肥作用，促使作物生育迅速，發(fā)育速度加快，到作物旺盛生長期覆蓋作物較對照地枝葉茂盛，葉面積系數(shù)增大，白天截留的太陽直接輻射和散射輻射多，最終使進人覆蓋作物田中的光能減少[6]。3年統(tǒng)計資料表明，覆蓋作物地2/3株高和地面根部的光照度明顯低于對照地(表3)。這也許是地膜覆蓋在作物旺盛生長期中具有降溫效應的主要原因。

2.4 地膜覆蓋對作物經(jīng)濟性狀的影響

通過對2005～2007年連續(xù)3年的作物考種資料的統(tǒng)計分析可知,3種覆膜處理作物的經(jīng)濟性狀均優(yōu)于對照，以產(chǎn)量因素最為顯著；3年平均皮棉增產(chǎn)22.6 kg/667 m2，增幅為25.0%;玉米增產(chǎn)67.5 kg/667 m2，增幅為13.6%；大豆增產(chǎn)28.0 kg/667 m2,增幅25.9%(表4～6)。

表4 地膜覆蓋對棉花經(jīng)濟性狀的影響Table 4 Effects of film-mulching on main economic characteristics of cotton

表5 地膜覆蓋對玉米經(jīng)濟性狀的影響Table 5 Effects of film-mulching on main economic characteristics of maize

表6 地膜覆蓋對作物經(jīng)濟性狀的影響Table Effects of film-mulching on mail economic characteristics of soybean

3 結論與討論

通過對連續(xù)3年的試驗資料統(tǒng)計分析可知，地膜覆蓋作物旺盛生長期由于枝葉茂盛白天截留的太陽總輻射多，進入作物中下部的光能減少，致使覆蓋作物田中的溫度較對照地降低，尤以白天地面最高溫度降低最為明顯，棉花、玉米、大豆3種作物田降溫幅度分別為3.1 ℃、2.7 ℃和2.5 ℃。地膜覆蓋的這種降溫效應可減輕夏季高溫對作物生育的危害[7]，因而使作物增產(chǎn)。地膜覆蓋在作物旺盛生長期的降溫效應符合作物增產(chǎn)的理論，補充了塑膜的應用價值，為進一步推廣和擴大地膜覆蓋栽培作物提供了新的農(nóng)業(yè)氣象依據(jù)。

隨著地膜覆蓋栽培面積的擴大，地膜在土壤中不易分化并污染土壤的問題越來越嚴重，若能把環(huán)境工程、物理化學、生理生化和農(nóng)業(yè)氣象等多家學科組織起來聯(lián)合研究這一重大課題，將會找到解決地膜污染土壤問題的突破口。

[1]賀菊美，王一鳴.不同覆蓋材料對玉米土壤環(huán)境及產(chǎn)量效應的研究[J].中國農(nóng)業(yè)氣象，1996，17(3):33～36.

[2]鐘兆站，趙聚寶.草纖維膜與塑料地膜覆蓋農(nóng)田的生態(tài)效益比較[J].中國農(nóng)業(yè)氣象，1996，17(4):28～33.

[3]齊文虎，馮新靈.農(nóng)業(yè)氣象[M].鄭州:河南農(nóng)業(yè)出版社，1988.283～284.

[4]貢復俊.農(nóng)業(yè)氣象[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，1993.243～244.

[5]中國農(nóng)業(yè)科學院.中國農(nóng)業(yè)氣象學[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，1999.24～25.

[6]劉衛(wèi)東.溫度對棉花發(fā)育影響的研究進展[J].中國農(nóng)業(yè)氣象，1992，(4):53～54.

[7]杜 勇.我國西部山區(qū)玉米覆膜栽培的氣候生態(tài)效益研究[J].中國農(nóng)業(yè)氣象，1992，(5):47 ～ 49.

S162.4

A

1673-1409(2009)02-S003-03

10.3969/j.issn.1673-1409(S).2009.02.002

2009-03-30

湖北省教育廳基金項目(05A-028)

董秀榮(1956-)，女，河南舞陽人，實驗師，主要研究方向為農(nóng)業(yè)氣象.