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      不同顏色地膜覆蓋對(duì)玉米土壤溫度、雜草發(fā)生及玉米產(chǎn)量的影響

      2019-01-19 06:17:39楊世佳陳瑾張毅
      江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué) 2019年22期
      關(guān)鍵詞:土壤溫度覆膜生育期

      楊世佳 陳瑾 張毅

      摘要:以不同顏色地膜覆蓋為農(nóng)作措施,設(shè)計(jì)白色地膜覆蓋(WF)、黑色地膜覆蓋(BF)和不覆蓋(CK)3個(gè)處理,研究不同顏色地膜覆蓋對(duì)玉米土壤溫度、雜草發(fā)生及玉米產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明,WF、BF處理的產(chǎn)量均顯著高于CK,分別高出15.28%、18.77%,WF處理的產(chǎn)量小于BF處理。WF、BF處理株高、莖粗均顯著大于CK。WF、BF處理穗長(zhǎng)、行粒數(shù)和百粒質(zhì)量均顯著大于CK,禿尖長(zhǎng)度相反。WF處理在玉米生育期中前期,會(huì)抑制雜草發(fā)生,在玉米生育期后期,適合雜草的發(fā)生;BF在玉米的整個(gè)生育期中均抑制雜草發(fā)生。WF和BF處理均能夠增加玉米土壤溫度,且增溫效果表現(xiàn)為WF處理>BF處理;覆膜處理的最大增溫的天氣類(lèi)型是晴天,其次是陰天、陰轉(zhuǎn)晴和雨轉(zhuǎn)陰,再次是多云,最小的是陰轉(zhuǎn)雨。綜合考慮,黑色地膜覆蓋的農(nóng)作措施較適宜在玉米生產(chǎn)中推廣應(yīng)用,但在雨季充沛或者雨水較多的區(qū)域地膜覆蓋的增溫效果不佳。

      關(guān)鍵詞:玉米;地膜覆蓋;土壤溫度;雜草發(fā)生;產(chǎn)量

      中圖分類(lèi)號(hào): S513.01 ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼: A ?文章編號(hào):1002-1302(2019)22-0092-05

      土壤溫度是土壤熱量狀況的關(guān)鍵指標(biāo),地膜覆蓋方式可以改變土壤地面特征,從而引起土壤環(huán)境的變化,具有增溫、保墑、調(diào)水等效果,使其為玉米的生長(zhǎng)發(fā)育提供良好的條件,能大幅度提高玉米的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量[1-2]。我國(guó)自20世紀(jì)80年代引入地膜覆蓋技術(shù)以來(lái),開(kāi)展了諸多平作覆蓋、壟作覆蓋、全膜覆蓋等膜內(nèi)種植的覆蓋方式和塑料地膜、生物降解膜、液態(tài)膜等不同覆蓋材料對(duì)玉米生長(zhǎng)發(fā)育影響的研究,具有收集無(wú)效降雨、延長(zhǎng)水分有效期、提高作物產(chǎn)量和水分利用效率等優(yōu)點(diǎn)的溝植壟蓋技術(shù)也被用于玉米研究[3]。目前,地膜技術(shù)的研究及應(yīng)用多數(shù)集中在降水量小、蒸發(fā)量大、滲水快、保水差的北方地區(qū)[4-5]。在貴州省主要進(jìn)行地膜覆蓋技術(shù)對(duì)玉米產(chǎn)量影響的研究和地膜覆蓋技術(shù)的推廣,多數(shù)研究以起壟方式、寬窄行覆膜方式開(kāi)展[6-7]。近年來(lái)西南地區(qū)干旱頻發(fā),繼2006年、2007年之后2010—2012年連續(xù)3年均大范圍發(fā)生嚴(yán)重干旱,在播種期溫度異常,降水不足,導(dǎo)致出苗不齊;玉米灌漿期溫度偏高、嚴(yán)重缺水,影響玉米灌漿,給玉米生產(chǎn)帶來(lái)嚴(yán)重影響和巨大損失[8-9]。2013年貴州省的干旱尤其嚴(yán)重,大部分地區(qū)玉米顆粒無(wú)收,安順市2010—2013年的年降水量分別為1 191.8、851.1、1 075.1、796.3 mm,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于歷史年均降水量 1 430 mm(由西秀區(qū)氣象局提供)。鑒于貴州省地區(qū)連續(xù)多年的干旱給玉米生產(chǎn)帶來(lái)嚴(yán)重影響的嚴(yán)峻形勢(shì)和探索降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)污染的玉米生產(chǎn)方式的需求,本研究以白色地膜、黑色地膜2種不同顏色地膜為研究材料,探討不同顏色地膜覆蓋對(duì)玉米土壤溫度、雜草生長(zhǎng)及玉米產(chǎn)量的影響,尋求高產(chǎn)、高效、生態(tài)友好的玉米生產(chǎn)方式,同時(shí)為貴州省的地膜覆蓋栽培技術(shù)提供一定的理論依據(jù)。

      1 材料與方法

      1.1 試驗(yàn)地概況

      試驗(yàn)于2015年5—11月在安順市農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)基地(105°50′34.09″E、26°18′15.53″N)進(jìn)行,試驗(yàn)地耕層土質(zhì)為黃壤土,土壤理化性狀為有機(jī)質(zhì)含量12.45 g/kg,堿解氮含量 84.10 mg/kg,有效磷含量24.23 mg/kg,速效鉀含量 45.65 mg/kg,pH值5.20。前作作物為油菜,選用當(dāng)?shù)刂魍朴衩灼贩N順單6號(hào)為材料。

      1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

      試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),共3個(gè)處理。露地直播(CK):整地后開(kāi)溝直接播種,不覆蓋地膜,等行距80 cm。黑色地膜側(cè)膜覆蓋(BF):起等距底寬80 cm、高15~20 cm的壟,采用 80 cm 寬的黑色地膜覆蓋壟面,玉米播種于膜兩側(cè)。白色地膜側(cè)膜覆蓋(WF):起等距底寬80 cm、高15~20 cm的壟,采用80 cm寬的白色地膜覆蓋壟面,玉米播種于膜兩側(cè)。人工先覆膜后播種,每個(gè)處理3個(gè)重復(fù),6行區(qū),行長(zhǎng)5 m,播種密度4.95萬(wàn)株/hm2。5月17日播種,播種前施有機(jī)肥 15 t/hm2,基肥(復(fù)合肥:N ∶ P2O5 ∶ K2O=15 ∶ 15 ∶ 15) 375 kg/hm2,追肥(尿素)分為2次施入:第1次于苗期施 150 kg/hm2,第2次于大喇叭口期施225 kg/hm2。地膜覆蓋前對(duì)所有處理噴曬除草劑,玉米生長(zhǎng)期CK處理噴曬除草劑和人工除草(拔節(jié)期),BF、WF處理不進(jìn)行除草,其他管理與當(dāng)?shù)厣a(chǎn)相同。

      1.3 測(cè)定項(xiàng)目

      雜草調(diào)查每個(gè)小區(qū)分別取3個(gè)1 m2樣地,在玉米成熟期進(jìn)行全部雜草的取樣與雜草鑒定,烘干至恒質(zhì)量并稱(chēng)干質(zhì)量。溫度以金屬曲管地溫計(jì)3支為1組,分別固定插入5、10、15 cm 土壤測(cè)量相應(yīng)深度的溫度,每周測(cè)量1次溫度,分為08:00、12:00、16:00和20:00 4個(gè)時(shí)刻測(cè)量。于乳熟期調(diào)查植株農(nóng)藝性狀,分別調(diào)查株高、穗位高、莖粗。成熟期測(cè)定產(chǎn)量,實(shí)收4行測(cè)產(chǎn),每小區(qū)取10穗調(diào)查穗部性狀。本研究所用降水量的數(shù)據(jù)由西秀區(qū)氣象局提供。

      1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

      采用Excel 2010及DPSv 7.05軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析。

      2 結(jié)果與分析

      2.1 覆膜處理對(duì)不同土壤深度溫度的影響

      將所有測(cè)量日4個(gè)時(shí)刻測(cè)定的溫度數(shù)據(jù)取平均值,繪制不同覆膜處理下土壤深度的日平均溫度變化。如圖1所示,BF、WF處理的3個(gè)土壤深度的日平均溫度均高于CK處理,在5 cm深處的日平均溫度較CK分別增加了1.66、2.49 ℃,10 cm深處分別增加了1.18、2.29 ℃,15 cm深處分別增加了1.08、2.02 ℃,說(shuō)明增溫效果WF>BF。WF處理比BF處理在5、10、15 cm處的溫度分別增加了0.83、1.11、0.94 ℃,因?yàn)榘啄さ耐腹饴蚀?,作用于土壤表層的熱輻射大,從而增溫程度大,而黑色地膜的透光率小,熱輻射少,?dǎo)致WF處理的土壤溫度高于BF處理。

      將每個(gè)測(cè)量日相同時(shí)刻的溫度取平均值,繪制08:00—20:00不同覆膜處理下各土壤深度的溫度變化。如圖2所示,在4個(gè)測(cè)量時(shí)刻中,3個(gè)土壤深度的溫度變化均呈現(xiàn)拋物線(xiàn)形的趨勢(shì),08:00—16:00溫度上升,16:00—20:00溫度下降,3個(gè)處理的變化趨勢(shì)一致,可能的原因是白天輻射強(qiáng)度高、地表散熱小、吸熱大、土壤溫度升高,夜間土壤散熱量大于吸收的熱量、土壤溫度下降。不同時(shí)刻土壤溫度因處理不同有所差異,在 08:00 和20:00時(shí),CK和WF處理在5 cm深度土壤溫度最低,與BF處理有所不同,CK處理沒(méi)有地膜的保溫效應(yīng),WF處理因透光率高,表層的熱量散失較為直接和迅速,導(dǎo)致早晚5 cm處的土溫低于BF處理。

      如圖2所示,在08:00—12:00、12:00—16:00和16:00—20:00的溫度增幅中,3個(gè)土壤深度溫度的增幅隨時(shí)間呈現(xiàn)下降的趨勢(shì),增幅大小為5 cm>10 cm>15 cm。其中,CK處理在5 cm處分別增加了3.45、2.14、-3.58 ℃,BF處理分別增加了 3.64、2.44、-3.03 ℃,WF處理分別增加了3.44、3.16、-3.28 ℃;CK處理在10 cm處分別增加了2.39、2.29、-2.01 ℃,BF處理分別增加了2.68、2.36、-1.88 ℃,WF處理分別增加了2.20、3.12、-2.00 ℃;CK處理在15 cm處分別增加了1.54、1.74、-1.08 ℃,BF處理分別增加了1.56、2.07、-1.16 ℃,WF處理分別增加了1.42、2.52、-0.73 ℃。表層熱量的散失和吸收向地下傳遞有一個(gè)過(guò)程,引起表層土壤溫度變化較其他層的大些,沿土層深度方向土壤溫度變化趨于平緩。

      2.2 玉米生育期內(nèi)不同覆膜處理對(duì)土壤溫度的影響

      將每個(gè)測(cè)量日的4個(gè)時(shí)刻溫度取平均值后得到玉米生育期內(nèi)各測(cè)量日期的土壤溫度變化和生育期內(nèi)日降水量情況。

      如圖3至圖5所示,隨著生育期進(jìn)程推進(jìn),土壤溫度呈下降趨勢(shì),3個(gè)處理的3個(gè)土壤深度的溫度變化趨勢(shì)均一致,但各土壤深度的溫差因處理不同有所差異。CK處理中,在測(cè)量日8月20日之前,除個(gè)別日期外,5 cm和10 cm的溫差小于 10 cm 和15 cm的溫差,且15 cm的溫度明顯低于5、10 cm;8月20日至9月16日,3個(gè)土壤深度的溫差均很小;9月16日之后,5 cm的溫度高于10、15 cm,10 cm和15 cm之間的溫差接近0 ℃。BF處理中,在8月20日之前,除個(gè)別日期外,3個(gè)土壤深度的溫差均較大;從8月20日開(kāi)始,10 cm和15 cm處的溫差逐漸縮小,溫差明顯小于5 cm和10 cm的溫差。WF處理土壤深度的溫差變化在8月20日之前,除個(gè)別測(cè)量日之外,5 cm 和10 cm的溫差小于10 cm和15 cm的;在8月20日至9月2日,3個(gè)土壤深度的溫差較小;9月2日之后,3個(gè)土壤深度的溫差較大,且5 cm和10 cm的溫差小于10 cm和 15 cm 的。試驗(yàn)可得,覆膜在玉米的整個(gè)生育期中都能增加土壤溫度,增溫效果表現(xiàn)為生育期前期>后期>中期,前期玉米封行之前,陽(yáng)光直射土壤,導(dǎo)致前期溫度高,玉米封行后遮光,直接降低增溫效果,在玉米生長(zhǎng)后期葉片衰老,增溫效果稍有增加。在整個(gè)玉米生育期中,BF處理土壤深度的溫差比WF處理的穩(wěn)定,尤其在玉米生育期后期土壤深度10 cm和15 cm處的溫度。

      圖3至圖5還顯示,3個(gè)處理不同土壤深度的溫度均在降水后(降水量>25 mm)出現(xiàn)下降趨勢(shì),且此時(shí)3個(gè)處理在 5 cm 和10 cm土壤深度的溫度差表現(xiàn)為BF>WF>CK。雨水徑流是熱量的傳輸過(guò)程,裸露的土壤有雨水的徑流,促使土壤淺層的熱量因雨水入滲而散失,覆膜處理表層沒(méi)有雨水的徑流,減緩了雨水入滲帶來(lái)的降溫,但降雨過(guò)程中的降溫,導(dǎo)致覆膜土壤熱量向大氣傳輸而降溫,而白色地膜的透光率比黑色地膜的大,土壤熱量散失較大,引起WF處理5 cm和 10 cm 土壤深度的溫差比BF處理的小。

      2.3 天氣類(lèi)型對(duì)不同覆膜處理土壤溫度的影響

      試驗(yàn)溫度記錄共17次:晴天2次、陰天7次、陰轉(zhuǎn)雨2次、雨轉(zhuǎn)陰2次、陰轉(zhuǎn)晴2次、多云2次,將相同天氣類(lèi)型的土壤溫度按日平均計(jì)算, 覆膜處理的增溫如表1所示。 7個(gè)天氣類(lèi)型的平均氣溫為20.45~21.95 ℃。7個(gè)天氣類(lèi)型中,覆膜處理增溫最大的天氣是晴天,其次是陰天、陰轉(zhuǎn)晴和雨轉(zhuǎn)陰,再次是多云,最小的是陰轉(zhuǎn)雨。在晴天、陰天、陰轉(zhuǎn)晴和雨轉(zhuǎn)陰天氣中,白色地膜的增溫幅度比黑色地膜的更加明顯;在多云天氣中,白色、黑色地膜增溫幅度均較小;在陰轉(zhuǎn)雨天氣中,覆膜處理在土壤深度10 cm和15 cm的溫度比未覆膜處理的低。覆膜處理在不同天氣類(lèi)型的增溫效果有所不同,在雨水多的地區(qū)覆膜處理對(duì)土壤增溫效果不好。

      2.4 覆膜處理對(duì)雜草干物質(zhì)量的影響

      田間雜草調(diào)查結(jié)果如表2所示,供試試驗(yàn)田雜草共有8種,不同覆膜處理的雜草生長(zhǎng)情況存在一定差異,其中CK處理雜草7種,BF處理無(wú)雜草,WF處理有5種雜草,CK和WF處理共有酢漿草、扁稈藨草、馬唐和鐵莧菜4種雜草。共有的4種雜草中,WF處理的密度比CK處理分別高1.00、10.67、9.00、10.67株/m2,干質(zhì)量分別大-1.395 0、4.008 8、7.110 9、1.867 8 g/m2,單株干質(zhì)量分別高-0.631 8、0.315 4、-0.168 3、-0.146 7 g/株,WF處理中田間多數(shù)雜草的密度、干質(zhì)量均大于裸露田間,單株干質(zhì)量則相反??赡茉谟衩咨诤笃?,白色地膜覆蓋創(chuàng)造的微環(huán)境正適合雜草的發(fā)生和生長(zhǎng),從而導(dǎo)致白色地膜覆蓋田間的雜草發(fā)生晚于裸露田間。

      2.5 覆膜處理對(duì)產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益的影響

      如表3所示,WF、BF處理的產(chǎn)量均顯著高于CK,分別高出15.28%、18.77%,WF處理的產(chǎn)量小于BF處理,但差異不顯著。玉米形態(tài)特征中,WF、BF處理株高、莖粗均顯著大于CK,2個(gè)地膜處理間相應(yīng)指標(biāo)差異不顯著。產(chǎn)量構(gòu)成因素中,WF、BF處理穗長(zhǎng)、行粒數(shù)和百粒質(zhì)量均顯著大于CK,禿尖長(zhǎng)度相反。說(shuō)明地膜覆蓋有利于促進(jìn)玉米的生長(zhǎng)和生育,為高產(chǎn)構(gòu)建了有利的單株和群體,促進(jìn)了玉米產(chǎn)量的形成。綜合投入和產(chǎn)值,3個(gè)處理的純經(jīng)濟(jì)收入排序?yàn)锽F>WF>CK,說(shuō)明地膜覆蓋不僅通過(guò)增加玉米產(chǎn)量帶來(lái)高產(chǎn)值,而且能減少勞動(dòng)力的投入,從而來(lái)帶更高的經(jīng)濟(jì)效益。

      3 結(jié)論與討論

      溫度是影響玉米生長(zhǎng)發(fā)育的主要環(huán)境因素之一,土壤溫度變化1 ℃就會(huì)對(duì)植物生長(zhǎng)產(chǎn)生明顯的影響[10]。有色地膜對(duì)太陽(yáng)光譜中不同波長(zhǎng)具有不同的透射、反射與吸收作用,因而具有不同的光熱效應(yīng)[11]。本研究結(jié)果顯示,黑色和白色地膜覆蓋均能夠增加玉米土壤溫度,與多數(shù)學(xué)者的研究結(jié)果[12-13]一致,因?yàn)榈啬じ采w主要通過(guò)隔絕膜內(nèi)外土壤和空氣的水分交換,抑制潛熱交換和顯熱交換,達(dá)到增溫效果,再通過(guò)膜內(nèi)附著的水層削弱土壤夜間長(zhǎng)波輻射達(dá)到保溫效果[14]。本試驗(yàn)結(jié)果顯示,黑色地膜相對(duì)裸露田間的增溫在1.08~1.66 ℃,白色地膜增溫在2.02~2.49 ℃,黑色地膜覆蓋較白色地膜覆蓋可以有效降低土壤溫度,從而可能有效減少了土壤中的氮素礦化,為后期玉米生長(zhǎng)提供必要的養(yǎng)分保證。本研究結(jié)果顯示,覆膜處理的最大增溫的天氣類(lèi)型是晴天,其次是陰天、陰轉(zhuǎn)晴和雨轉(zhuǎn)陰,再次是多云,最小的是陰轉(zhuǎn)雨;在降水后,土壤溫度下降,地膜覆蓋可以減緩溫度的下降,但在陰轉(zhuǎn)雨的天氣中,覆膜處理對(duì)深層土壤溫度的保溫效果差,至于地膜覆蓋在雨量、雨天時(shí)間等方面對(duì)土壤溫度的影響還需進(jìn)一步研究。

      本研究結(jié)果顯示,黑色、白色地膜覆蓋的玉米產(chǎn)量分別較對(duì)照增產(chǎn)18.77%、15.28%,黑色地膜的增產(chǎn)幅度更大,多數(shù)研究[15-16]也得到類(lèi)似的結(jié)果。地膜覆蓋能夠增加玉米株高和莖粗,構(gòu)建高壯的高產(chǎn)株型,增加穗長(zhǎng)、行粒數(shù),降低禿尖長(zhǎng)度,營(yíng)造良好的產(chǎn)量構(gòu)成因素,從而達(dá)到增加產(chǎn)量的效果。普通白色地膜覆蓋在保水的同時(shí),由于地溫的升高往往容易造成玉米生長(zhǎng)過(guò)快,生育期縮短,產(chǎn)量降低[17-19]。本試驗(yàn)結(jié)果顯示,不同顏色地膜覆蓋對(duì)玉米田間雜草發(fā)生影響有所不同,白色地膜覆蓋在玉米生育期中前期,會(huì)抑制雜草的生長(zhǎng),在玉米生育期后期,適合雜草的生長(zhǎng),雜草的密度、干質(zhì)量均大于裸露田間,單株干質(zhì)量則相反;黑色地膜在玉米的整個(gè)生育期中,田間無(wú)雜草發(fā)生,這可能會(huì)從土壤結(jié)構(gòu)、微生物活力、養(yǎng)分分配等方面影響玉米的生產(chǎn),但還需進(jìn)一步研究。

      研究顯示,地膜覆蓋不僅能提高玉米產(chǎn)量、增加玉米產(chǎn)值,而且能減少中耕、雜草鏟除等人工的投入,雙重提高了玉米的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)[20];地膜覆蓋能避免除雜草農(nóng)藥的施用,減少農(nóng)業(yè)污染,創(chuàng)造良好的玉米生產(chǎn)生態(tài),黑色地膜覆蓋的增產(chǎn)和抑制雜草發(fā)生的效果均優(yōu)于白色地膜;地膜覆蓋在降水后,對(duì)土壤有保溫效應(yīng),但在陰轉(zhuǎn)雨的天氣中,對(duì)深層土壤溫度的保溫效果較差。綜合產(chǎn)量、生態(tài)和保溫效果等因素考慮,黑色地膜覆蓋的農(nóng)作措施較適宜在玉米生產(chǎn)中推廣應(yīng)用,但在雨季充沛或者雨水較多的區(qū)域,地膜覆蓋的增溫效果不佳。

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