旱地春玉米不同覆膜方式土壤水分變化及產(chǎn)量分析

黃成秀，賈小琴，岳高峰，馬春英

(甘肅省臨夏州氣象局，甘肅 臨夏 731100)

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旱地春玉米不同覆膜方式土壤水分變化及產(chǎn)量分析

黃成秀，賈小琴，岳高峰，馬春英

(甘肅省臨夏州氣象局，甘肅 臨夏 731100)

針對(duì)臨夏州旱作農(nóng)業(yè)區(qū)水資源不足、降水季節(jié)分布不均、玉米播種期春旱嚴(yán)重等問(wèn)題，開(kāi)展了旱地玉米半覆膜地、全膜雙壟地(秋覆膜、頂凌覆膜、播前覆膜)0～50cm土壤水分變化的試驗(yàn)，結(jié)果表明：秋覆膜優(yōu)于頂凌覆膜、播前全覆膜和半覆膜。因此，秋覆膜、頂凌覆膜雙壟溝播技術(shù)是干旱區(qū)充分利用秋、冬季降水資源解決春旱難題的有效途徑，更是旱地玉米穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的有力保障。

旱作農(nóng)業(yè)；玉米；覆膜方式；土壤水分；產(chǎn)量

臨夏州地處甘肅省東南部，年均降水量為273.7～592.7mm，蒸發(fā)量1066.2～1665.7mm，日照時(shí)數(shù)2360.6～2571.1h。屬干旱半干旱區(qū)，降水稀少，氣候干燥，蒸發(fā)強(qiáng)烈，春季干旱少雨，是典型的旱作雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)、干旱與水資源短缺是制約臨夏州旱地農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主要影響因子，也是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要?dú)夂?、環(huán)境脅迫因子[1-2]。由于水資源短缺，嚴(yán)重制約了該地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的提高。因此，從解決水的問(wèn)題著手，變無(wú)效降水為有效，充分利用有限的降水資源，提高作物對(duì)降水的利用效率是旱作農(nóng)業(yè)發(fā)展的根本出發(fā)點(diǎn)。2010年冬、春季連旱使臨夏州旱地玉米無(wú)法正常下種，到4月20日才出現(xiàn)第一場(chǎng)透雨；2011年春旱嚴(yán)重，到5月9日才出現(xiàn)第一場(chǎng)透雨；2012年冬、春連旱嚴(yán)重，到4月30日才出現(xiàn)第一場(chǎng)透雨；2013年2月18日至4月18日，連續(xù)近2個(gè)月無(wú)降水，尤其進(jìn)入3月份，氣溫特高，降水特少，日照偏多，田間蒸發(fā)加大，對(duì)農(nóng)田土壤保墑非常不利，冬春季連旱給當(dāng)?shù)赜衩椎牟シN及出苗造成了極大的影響，多數(shù)農(nóng)田只有大面積補(bǔ)種玉米或其他作物。大力提倡全膜雙壟溝播地秋覆膜、頂凌覆膜技術(shù)是搶墑保墑，有效阻止春季土壤水分的蒸發(fā)，提高地溫的有效途徑。2014年本研究進(jìn)行了4種不同覆蓋方式旱地玉米種植試驗(yàn)，通過(guò)比較不同覆膜方式對(duì)旱地玉米產(chǎn)量的影響，可以看出干旱對(duì)秋覆膜和頂凌覆膜的玉米播種未造成大的影響，降低了冬春季降水偏少帶來(lái)的不利影響，本試驗(yàn)旨在探討臨夏州旱地玉米的抗旱減災(zāi)技術(shù)，為進(jìn)一步明確旱地秋覆膜、頂凌全膜雙壟溝播玉米的增產(chǎn)原因，以及為玉米增產(chǎn)提供科技支撐。

1　材料與方法

1.1試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)田設(shè)在臨夏市枹罕鎮(zhèn)羅家堡小寨村四社，面積0.20hm2,土壤質(zhì)地：0～30cm為輕壤土、40～50cm為壤土，肥力水平中上等，前茬作物為玉米。歷年玉米生長(zhǎng)期積溫在2803.0～2891.0 ℃·d之間，日照時(shí)數(shù)為1042.4～1283.4h，降水量為306.6～428.8mm。玉米全生育期間統(tǒng)一按照《農(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)規(guī)范》中玉米作物的規(guī)定觀測(cè)，觀測(cè)項(xiàng)目為玉米生育期、生長(zhǎng)狀況和產(chǎn)量。

1.2試驗(yàn)材料

試驗(yàn)種植玉米選用高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、多抗、耐密的雜交新品種金凱3號(hào)。覆膜厚度均為0.008mm，半膜地用幅寬80cm的地膜覆蓋，全膜雙壟地用幅寬120cm的膜覆蓋，4種覆膜方式的播種日期均為4月6日，用穴播機(jī)播種，每穴播籽1～2粒，間隔25cm，播深5～8cm。

1.3試驗(yàn)方法

試驗(yàn)設(shè)4個(gè)處理2次重復(fù)，共8個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)面積約0.025hm2。2次重復(fù)求均值作為一次土壤濕度測(cè)量值。對(duì)照(CK)為半膜覆蓋地，用80cm寬的地膜覆蓋，每隔4m壓土腰帶，凈膜70cm，膜間留50cm的空隙，在膜內(nèi)播種；3種全膜覆蓋雙壟溝播地處理：M1為秋覆膜、M2為頂凌覆膜、M3為播前覆膜，用120cm寬的地膜，每帶起寬40cm、高15～20cm的小壟和寬80cm、高15～20cm的大壟，兩壟中間為播種溝。邊起壟邊覆膜，膜與膜之間不留空隙，相接處留在大壟中間，用土壓住地膜，覆完第一幅膜后，將第二幅膜的一邊與第一幅膜在大壟中間相接，從下一大壟壟側(cè)取土壓實(shí)，以此類推，覆完全田，每隔1～2m壓土腰帶。按株距為30cm在壟溝播種。前茬作物玉米收獲后進(jìn)行旋地深松耕,施農(nóng)家肥98.6t/hm2，覆膜打壟時(shí)將磷肥187.5kg/hm2、鉀肥375.0kg/hm2作底肥一次性施入，在覆蓋地膜1周左右，地膜與地面貼緊后，壟溝內(nèi)每隔50cm處打一直徑3mm的滲水孔以便降水入滲。

1.4試驗(yàn)方法

土壤水分用人工測(cè)土烘干稱重法測(cè)定。在播種、出苗、7葉期、拔節(jié)期、大喇叭口期、抽雄期、吐絲期、乳熟期、成熟期，分別在各小區(qū)固定位置膜內(nèi)取土，深度分別為10、20、30、40、50cm，共5個(gè)層次，每個(gè)處理取3次重復(fù)的平均值，測(cè)定土壤重量含水率、相對(duì)濕度。

2　結(jié)果與分析

2.1不同覆膜方式及特點(diǎn)

旱地玉米全膜覆蓋雙壟溝栽培是通過(guò)改變地表微地形，集膜面集雨、覆蓋抑蒸、壟溝種植三大技術(shù)于一體，減少了地表水分蒸發(fā)，保水保墑效果最佳。與傳統(tǒng)覆膜相比，在覆蓋方式上由半膜覆蓋變?yōu)槿じ采w，在種植方式上由平鋪穴播變?yōu)闇蠅欧N植，在覆蓋時(shí)間上由播種時(shí)覆膜變?yōu)榍锔材ず晚斄韪材?，具有集雨、保墑、保溫、抗?zāi)、抑制雜草等效果，實(shí)現(xiàn)大旱之年農(nóng)業(yè)不減產(chǎn)、農(nóng)民不減收，使廣大農(nóng)民群眾看到了全膜雙壟溝播技術(shù)帶來(lái)的巨大抗旱增收的潛力，也堅(jiān)定了農(nóng)民發(fā)展旱作農(nóng)業(yè)、推廣這一技術(shù)的信心。

2.1.1秋季覆膜前茬作物收獲后，及時(shí)深耕耙地，在10月中下旬起壟覆膜。此時(shí)覆膜能夠有效阻止秋、冬、春三季水分的無(wú)效蒸發(fā)，增加玉米根系集中分布區(qū)的土壤水分，最大限度地保墑蓄墑，但是地膜在田間保留時(shí)間長(zhǎng)，要加強(qiáng)冬季管理，秸稈富余的地區(qū)可用秸稈覆蓋護(hù)膜。

2.1.2頂凌覆膜早春3月上中旬，15cm土壤解凍時(shí)，起壟覆膜。此時(shí)覆膜可有效阻止春季水分的蒸發(fā)，把冬季降水在蒸發(fā)以前保留到土壤中，增加了播種期的土壤水分，保墑增溫效果好，因此玉米的各生育時(shí)期都有所提前。

2.1.3播前覆膜播種前1周進(jìn)行深耕耙地施肥起壟全覆膜，使地膜緊貼地面，松緊適度，膜邊壓入溝底，壓土嚴(yán)實(shí)，避免透風(fēng)，壟溝種植。

2.1.4半覆膜播種前3d內(nèi)進(jìn)行深耕耙地、施肥起壟覆膜，膜內(nèi)種植。

2.2不同覆膜方式的土壤水分變化

2.2.1淺層土壤水分變化臨夏州春季干旱少雨，第一場(chǎng)透雨出現(xiàn)在4月下旬至5月上旬，降水期與玉米播種、生長(zhǎng)需水期錯(cuò)位，這對(duì)旱地春玉米的播種和苗期的影響極大。雖然玉米從萌發(fā)到出苗這一階段需水較少，但這一時(shí)期對(duì)水分卻最為敏感[3]，土壤墑情的好壞直接影響玉米的播種和出苗進(jìn)程，大力推廣地膜覆蓋種植技術(shù)是旱作農(nóng)業(yè)區(qū)創(chuàng)新增產(chǎn)的新途徑。全膜覆蓋壟溝種植的集雨作用是其他覆膜無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，與半膜覆蓋相比，它可將5mm以內(nèi)的無(wú)效降雨通過(guò)地膜微孔(直徑3mm)流入土壤，成為玉米生長(zhǎng)的有效水分[4]，從而可有效緩解旱區(qū)降雨少、蒸發(fā)大的矛盾。從淺層測(cè)墑數(shù)據(jù)來(lái)看(圖1)，玉米播種期0～10cm土壤的相對(duì)濕度半膜地比播前全覆膜地下降7個(gè)百分點(diǎn)，比頂凌覆膜地下降30個(gè)百分點(diǎn)，比秋覆膜地下降45個(gè)百分點(diǎn)。全膜雙壟地玉米苗期個(gè)體長(zhǎng)勢(shì)明顯好于半膜地，有利于7葉期蹲苗，且根系發(fā)達(dá)。土壤的相對(duì)濕度隨植株個(gè)體的增大均呈下降趨勢(shì)，主要是膜內(nèi)植株消耗的土壤水分量增大所致。由于降水的時(shí)空分布不均，半覆膜地能被作物利用的降水占總降水量的60%～65%，而35%～40%的降水以地表徑流和無(wú)效蒸發(fā)的方式損失掉[5]，因而提高自然降水利用效率是旱區(qū)作物穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)的根本途徑[6]。

2.2.2耕作層土壤水分變化耕作層土壤水分的變化趨勢(shì)隨著生育期的后移墑情差異較大。在10～20cm土層秋覆膜和頂凌覆膜的保墑效果最好，在玉米苗期-7葉期變化最大，抽雄-吐絲期變化最小。玉米生育期的土壤墑情變化對(duì)玉米的前期生長(zhǎng)影響較大，10～20cm土壤的墑情是影響玉米播種和出苗的關(guān)鍵。土壤水分測(cè)定結(jié)果表明，各處理主要在播種期、出苗期、7葉期和乳熟期差異較明顯，秋覆膜(M1)除抽雄期土壤貯水量接近其他覆膜方式外，其余時(shí)期均明顯高于其他覆膜方式，其中播種時(shí)10～20cm土層的貯水量分別較M2、M3、CK高7、35、40個(gè)百分點(diǎn)，M2、M3分別較CK高33、5個(gè)百分點(diǎn)；7葉期10～20cm土層的各處理分別較CK高26、24、11個(gè)百分點(diǎn)(圖2)。M1、M2、M3較高的貯水量為玉米的春季播種和出苗生長(zhǎng)提供了較好的水分基礎(chǔ)，有效解決了旱區(qū)在春季由于土壤干旱所導(dǎo)致玉米無(wú)法播種的難題，對(duì)玉米的前期生長(zhǎng)非常有利。

圖1　不同生育期0～10 cm土壤水分變化動(dòng)態(tài)

圖2　不同生育期10～20 cm土壤水分變化動(dòng)態(tài)

2.2.3深層土壤水分變化從圖3可知，各處理深層土壤的相對(duì)濕度播種期變化情況表現(xiàn)為：M1為105%,M2為98%,M3為65%,CK為61%，秋覆膜比頂凌覆膜地高7個(gè)百分點(diǎn),比播前全覆地高40個(gè)百分點(diǎn),比播前半覆膜地高44個(gè)百分點(diǎn)。由此可見(jiàn)，半膜覆蓋雖然能起到保墑作用,但不能有效地蓄積微小降雨,起不到高效的增墑作用,而全膜雙壟溝由于大小壟能充分利用微小降雨,使其下滲到作物根系周?chē)?蓄存于土壤水庫(kù)之中,增加膜下墑情[7],改善了農(nóng)田的水分供給狀況,提高了玉米生產(chǎn)的水分滿足率和對(duì)水分的利用效率；同時(shí)全膜雙壟溝秋覆膜降低了秋、冬、春季土壤水分的無(wú)效蒸發(fā),提高了作物有效耗水比(蒸騰/蒸發(fā))[8]。無(wú)論是全覆膜還是半覆膜地，隨著生育時(shí)期的后延，40～50cm土壤平均含水量(出苗期-吐絲期)總體呈前高后低的持續(xù)下降趨勢(shì)。從測(cè)墑數(shù)據(jù)來(lái)看，降水時(shí)期，M1、M2、M3、CK處理的膜內(nèi)土壤水分變化狀況根據(jù)降水量的大小從40～50cm土壤的相對(duì)濕度是依次遞減的，降水量級(jí)大，滲入全膜內(nèi)的水分就多，增墑明顯，全覆膜地要比半覆膜地土壤相對(duì)濕度增加26～37個(gè)百分點(diǎn)。

圖3　不同生育期40～50 cm土壤水分變化動(dòng)態(tài)

2.3生長(zhǎng)關(guān)鍵期不同覆膜方式對(duì)土壤水分的影響

臨夏州70%以上的耕地是山旱地，田間蒸發(fā)量可占到同期降水量的60%～80%。在干旱和半干旱地區(qū)，裸地和種植作物地的年耗水量基本相同，再加上降水的年變率和季節(jié)變率較大，作物產(chǎn)量低而不穩(wěn)定便成為必然[9]。因此，改善傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式，發(fā)展覆膜種植技術(shù)以提高作物的產(chǎn)量與品質(zhì)。但是遇到冬、春季干旱年份，半膜覆蓋和播前全膜覆蓋方式就顯現(xiàn)出了其不足之處，而秋覆膜和頂凌膜覆種植技術(shù)可以充分接納和利用自然降水，最大限度地保蓄土壤水分，使地面蒸發(fā)降到最低，能有效減輕干旱對(duì)玉米適期播種和出苗的不利影響。顯著提高玉米產(chǎn)量、降水利用率和土壤水分利用效率[10-11]。從各處理不同生長(zhǎng)期的土壤含水量看出(表1)，秋覆膜覆蓋得早，將秋、冬、春三季水分全部保留到土壤中，播種期土壤的含水量比頂凌覆膜地高4.0個(gè)百分點(diǎn)；比播前全覆膜地高11.1個(gè)百分點(diǎn)，比半覆膜地高11.6個(gè)百分點(diǎn)，且地溫比M3、CK升高得早，玉米生長(zhǎng)最快，M3次之，CK最低。主要是由于全地膜覆蓋增溫效應(yīng)明顯，玉米生育期間土壤水分含量的增加，都對(duì)玉米增產(chǎn)起到了很大的作用。

2.4不同覆蓋方式對(duì)玉米農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的影響

從表2可以看出，在4種覆膜方式中，M1的玉米各農(nóng)藝性狀都比M2、M3和CK的高，而禿尖長(zhǎng)比M2、M3和CK的短。由于M1處理充分利用了土壤水分，植株整個(gè)生育期間都處于水分較為飽和的狀態(tài)，生長(zhǎng)發(fā)育均比M2、M3和CK處理好。地膜覆蓋度和覆膜時(shí)間對(duì)玉米株高、莖粗、穗長(zhǎng)和穗粗均呈現(xiàn)出增高的趨勢(shì),而且在相同覆膜方式下,覆膜越早，玉米各農(nóng)藝性狀越高,且趨于穩(wěn)定增長(zhǎng)的時(shí)間早于其他處理[12-13]。玉米生長(zhǎng)的各關(guān)鍵時(shí)期水肥充足，長(zhǎng)勢(shì)旺盛，株高、莖粗、穗長(zhǎng)、穗粗、禿尖長(zhǎng)、株籽粒重、百粒重等農(nóng)藝性狀表現(xiàn)好，因此產(chǎn)量最高，M2和M3次之，相比CK的農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量差異較大。結(jié)果顯示，秋覆膜極大地增加了降水利用率和水分利用效率,玉米產(chǎn)量為13365.0kg/hm2,水分利用效率43.8kg/(hm2·mm)；頂凌覆膜處理的產(chǎn)量為12427.5kg/hm2,水分利用效率36.01kg/(hm2·mm),播前覆膜處理的產(chǎn)量為11361.0kg/hm2,水分利用效率23.10kg/(hm2·mm),半覆膜處理的產(chǎn)量為9157.5kg/hm2,水分利用效率13.23kg/(hm2·mm)。相對(duì)于CK處理，M1、M2、M3分別增產(chǎn)45.9%、35.7%、24.1%。所以M1和M2處理能顯著提高玉米的農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量,尤其M1處理的增產(chǎn)效果更加顯著,是解決臨夏州旱作農(nóng)業(yè)區(qū)干旱問(wèn)題的有效方法。

表1　玉米生長(zhǎng)關(guān)鍵期不同覆膜方式0～50 cm土壤含水量比較 %

表2　不同覆蓋方式的主要農(nóng)藝性狀比較

3　結(jié)論

全膜雙壟溝播技術(shù)在干旱和半干旱農(nóng)業(yè)區(qū)降水高效利用方面取得了重大突破。秋覆膜和頂凌覆膜避免了秋、冬、早春休閑期土壤水分的無(wú)效蒸發(fā)，減輕了風(fēng)蝕和水蝕，土壤保墑增墑效果顯著[14-16]。通過(guò)改變覆膜和種植方式來(lái)實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物節(jié)水生產(chǎn)，擴(kuò)大雨水集流面積，使各種形式的降雨通過(guò)壟面的富集匯入壟溝中，并滲入玉米根部，最大限度地蓄集了自然降水，提高了水分的利用率，有效解決了當(dāng)?shù)卮汉翟斐傻挠衩撞シN和出苗難的問(wèn)題，抗旱增產(chǎn)效果明顯。

秋覆膜、頂凌覆膜實(shí)現(xiàn)了旱作農(nóng)業(yè)區(qū)對(duì)有限降水資源的高效利用和土壤水分的自然調(diào)節(jié)及抗旱增產(chǎn)、增效的統(tǒng)一[17]，是干旱、半干旱地區(qū)玉米高效種植的技術(shù)關(guān)鍵，不僅具有明顯的保墑效果，更重要的是實(shí)現(xiàn)了對(duì)自然降水的時(shí)空調(diào)節(jié)，達(dá)到秋雨春用，高效利用了有限的水資源的目的，通過(guò)土壤水庫(kù)對(duì)自然降水的調(diào)節(jié)，對(duì)冬、春季降水偏少的玉米種植區(qū)要調(diào)整并及早覆膜，從而實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)抗旱增產(chǎn)保豐收。

在4種覆膜方式中，以秋覆膜、頂凌覆膜的抗旱保墑效果最佳，土壤相對(duì)濕度更利于春玉米正常播種和生長(zhǎng)，產(chǎn)量較高，播前覆膜次之，半覆膜地則較低。秋覆膜對(duì)旱地玉米的保墑效果隨生育進(jìn)程的推進(jìn)而發(fā)生變化，從玉米播種一直延續(xù)到拔節(jié)期的保墑效應(yīng)明顯，這為玉米的高產(chǎn)創(chuàng)造了有利條件。各地應(yīng)積極推廣秋覆膜和頂凌覆膜，在降雨量250～450mm的區(qū)域以秋覆膜為主，但應(yīng)解決好秋季施肥、冬季管護(hù)等問(wèn)題；在降雨量450～550mm的區(qū)域應(yīng)以頂凌覆膜為主，這樣抗旱保墑效果最佳，同時(shí)也提高了積溫，擴(kuò)大了玉米及中晚熟品種的種植區(qū)域[18-19]。

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(責(zé)任編輯：曾小軍)

SoilMoistureChangesandYieldofSpringMaizeinDrylandunderDifferentMulchingModes

HUANGCheng-xiu,JIAXiao-qin,YUEGao-feng,MAChun-ying

(MeteorologicalAdministrationofLinxiaStateinGansuProvince,Linxia731100,China)

Aimingattheproblemsofwaterresourcesshortage,unevenseasonaldistributionofrainfall,andseverespringdroughtatmaizesowingstageindryfarmingregionofLinxiastateinGansuprovince,theauthorcarriedoutthetestsforthechangesin0～50-cm-deepsoilmoistureinmaizedrylandwhichwashalfcoveredorfullycoveredwithfilm.Theresultsshowedthattheautumnfullmulchingwassuperiortothetopfullmulching,thepre-sowingfullmulching,andthehalfmulching.Thus,thetechniqueofdouble-furrowsowingwithautumnfullmulchingortopfullmulchingwasaneffectiveapproachtosufficientlyutilizeautumnandwinterrainfallresourcestosolvethespringdroughtproblemsindryfarmingregion,andalsowasthepowerfulguaranteeforthestableandhighyieldofspringmaizeindryland.

Dryfarming;Maize;Mulchingmode;Soilmoisture;Yield

2016-04-20

黃成秀(1964─)，女，甘肅臨夏人，工程師，主要從事農(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)及農(nóng)業(yè)氣象研究。

S513

A

1001-8581(2016)08-0036-05