不同覆膜和滴灌方式对玉米生长环境与生长动态的影响

何富博，吕国梁

(1.黑龙江农垦现代农业工程设计有限公司，哈尔滨150090;2.黑龙江农垦绥化管理局水务局，黑龙江绥化152054)

玉米生产中，环境条件不同，玉米生长状况不一，就其原因，都是空间因子和土壤因子共同作用的结果。(空间因子包括光照、CO2和气温，土壤因子包括矿物质营养、水分、通气和地温)而不同的种植条件下作物生长的环境也有一定的差别。

滴灌作为一种节水技术已广泛应用于农业生产，它能够适时、适量地提供作物生长所需要的水和养分，为作物生长创造良好的水、肥、气、热环境，达到降低成本、提高产量、改善品质的目的。地膜覆盖是干旱半干旱地区大力推广的一种农田覆盖技术。地膜通过其透射率直接影响覆盖层下土壤表面对热量的摄取及转换，同时具有保墒、增温功能。行间覆膜技术是隔行覆膜于垄台，并将种子精播于垄沟的耕作方式，此种方法可将降水集中到垄沟，最大限度的提高土壤含水率，并对于前期土壤增温也有很好的效果;垄向区田技术是坡耕地保水的一项重要措施，对于顺垄坡，通过沿垄向修筑土挡，最大限度的拦蓄径流，增加土壤含水量，以达到保水、保土、保肥的作用［1］。土壤温度是作物生长环境因子优劣的重要综合表征指标，而作物的叶面发育状况是衡量作物长势的重要指标。王喜庆等的研究结果表明，旱地玉米地膜覆盖土壤贮水量增加，而且深层贮水向表层富集，加快了水分在土壤—植物—大气见的转运，有效的改善了玉米生长环境;刘建国、吕新等(2005)通过田间试验研究了膜下滴灌对棉田生态环境状况及棉花生长发育形成的影响。研究表明，膜下滴灌与常规灌溉相比，覆膜滴灌改变了棉花田间水分环境，为棉花的生长创造了良好的水、肥、气、热条件，有利于棉花生长发育;同时可以减少地面蒸发，减少灌溉水的深层渗漏，保持土壤肥力，提高水分利用率，增加作物产量，具有良好的经济、生态和社会效益。大量研究都是基于覆膜和不覆膜对作物生长环境的研究，但对不同覆膜和滴灌方式对作物生长环境的研究较少。而本文基于以上研究，通过对不同覆膜和滴灌方式条件下玉米各生育期的叶面积指数等生理指标、土壤温度及土壤含水率等环境因子的对比，探讨哪种覆膜和滴灌方式引起的环境因子变化更有利于玉米生长，以便在干旱半干旱地区大面积推广。

1 材料与方法

1.1 项目区概况

试验区选在黑龙江省杜蒙县一心乡，该区位于黑龙江省西南部，地处松嫩平原腹地，平均海拔152 m。地处中纬度，属温带大陆性季风气候。气候基本特点:冬长雪少，天气寒冷;夏短湿热，降水集中;春季风大，气候干燥;秋凉气爽，时有早霜。年平均气温3.6℃ ～4.4℃，南北相差1℃。1月份最冷，平均气温－19.5℃，7月份最热，平均气温23.4℃。月平均气温稳定在0℃以上的日数210 d。平均≥10℃的日数148 d。2 601℃～2 750℃的积温保证率在91%以上，是黑龙江省积温较高的县份之一。试验区内土壤以风沙土为主，地形坡度5°～6°。

1.2 供试品种

供试玉米作物品种为先玉335。

2 试验条件与方法

2.1 试验设计

在滴灌条件下采用不同的覆膜方式与垄向区田技术有机结合，分别为“大垄双行覆膜+垄向区田”和“行间覆膜+垄向区田”，设置了2个试验处理，3次重复，共6个试验小区。其中每小区长均为20 m，宽5.2 m，面积约为104 m2。

对于大垄双行覆膜与垄向区田组合处理，覆膜、播种与垄向区田筑挡同期同期;对于行间覆膜与垄向区田组合处理，覆膜与播种同期，垄向区田筑挡时期为雨季来临之前结合最后一次中耕进行。

2.2 测试项目

按照播种、苗期、拔节、抽穗、灌浆、乳熟、收获期6个生育期进行玉米生育生育指标观测，并对土壤地温及0～10、10～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm共计6个土层土壤含水量的测定。

3 结果与分析

3.1 不同覆膜方式对土壤温度的影响

大垄双行及行面覆膜处理对地温变化的影响见图1，图2。

图1 大垄双行覆膜处理地温变化

图2 行间覆膜处理地温变化Fig.2 Ground temperature of different treatments

3.1.1 地温随深度的变化

由于热传导效应，地温会随着土壤深度的加深而有所下降，两种处理都具有相同的特征。土壤浅层温度变化急剧且随着土层深度的增加变化趋于平缓，以15 cm为分界线。早上8:00温度较低，因此两种处理的地温随深度变化不大;温度较高的下午14:00，各层土地温变化不一，5～15 cm变化较大，但由于覆膜的作用，可以较少地温进一步升高。温度较低的晚上20:00，由于覆膜的作用，减缓了表层土壤温度快速下降，大体高于8:00时段的温度。因此，8:00地温代表1 d内的表土最低温度，14:00地温可代表1 d内表土最高温度，而20:00地温可代表1 d内表土处于迅速降温阶段的特征地温。

3.1.2 全生育期内不同处理对地温影响是不同的

由于地温变化随深度增加而有所下降，大致以15cm为界限，所以取土层分别是5 cm、10 cm的土层作为代表。行间覆膜在拔节期之前在8:00、14:00、20:00共3个时段与大垄覆膜都显现出相同的特征，有效的保持了土壤温度平缓变化;拔节期后，行间覆膜处理揭膜。

8:00时段的行间覆膜处理5 cm土层的温度明显低于大垄覆膜，地膜的覆盖有效的提高了表层土壤的温度。

14:00时段的行间覆膜处理5 cm土层的温度高于大垄覆膜，行间覆膜处理由于揭膜使得土壤直接吸收辐射的热量而其散热则较吸热小，而表层地温明显高于大垄双行覆膜处理。

20:00时段的行间覆膜处理5 cm的土层的温度略低于大垄覆膜，夜间土壤散失的热量大于吸收的热量，而覆膜又有效的减缓了土壤温度的降低。

3.2 不同覆膜方式对土壤水分含量的影响

不同覆膜方式对土壤水分含量的影响见图3、图4。

图3 全生育期0～100 cm储水量Fig.3 Water storage of 0～100cm in the whole growing stage

图4 生育期降水量Fig.4 Rainfall in whole growing stage

土壤水分状况是作物生长的关键因素，对作物的生长发育和产量具有决定性做作用。大量研究［1－9］表明，地膜覆盖阻碍了土壤与大气之间的水分和能量交换，不仅有效地抑制了土壤水分蒸发，而且还具有提高降水保蓄率等优点。

不同覆膜方式0～100 cm土层土壤储水量动态变化见图3、图4，2009年降雨量分布如图5。可以看出:伴随着降雨和蒸发的过程，不同处理土壤储水量总体上处于上升趋势，土壤储水量的动态变化与降雨量的动态变化具有良好的一致性。为了分析方便，将整个观测期按照垄向区田筑挡的大致时间分为了2个阶段:播种—拔节期、拔节期到收获。由图3、图4可以看出，在拔节期之前，大垄双行覆膜处理的土壤储水量高于行间覆膜处理，这是由于大垄双行覆膜处理在播种的同时筑挡了垄向区田，在此拔节期之前的期间的降雨量很好的被垄向区田拦蓄。在拔节期之后，行间覆膜处理在适当的时候揭膜和筑挡垄向区田，而这个时段的土壤储水量与大垄行间覆膜处理相差不多，这说明了垄向区田有效地起到了减少径流，含蓄水分，提高土壤深层含水量，以便为后期的作物生长提供必要的水分储备的作用。

图5所示，将整个生育期以中耕为分界线，分成两部分进行分析:中耕前，行间覆膜处边坡上、中、下的含水量表现为逐渐升高的，并且含水量整体要高于大垄双行覆膜处理，而大垄双行覆膜处边坡上、中、下的含水量表现平稳，变化不大。其原因是因为在苗期至中耕阶段，为保证出苗在苗前期、苗期都灌了大量的水，行间覆膜处理布置在大垄双行覆膜处理的坡的下方，并且没有修筑垄向区田，含水量自然坡下的比坡上的高，而大垄双行覆膜处理在覆膜的同时就已经修筑了垄向区田，垄向区田有效地拦蓄了水分，保证了大垄双行覆膜处理的土壤含水量不受耕地坡度的影响;中耕后，行间覆膜处理进行了垄向区田的修筑，在以后的生长过程中，该处理的土壤含水量变化趋于平缓，与大垄双行覆膜处理的土壤含水的变化趋势相同，这说明了垄向区田有效的拦蓄水量，使其有效的供给玉米生长发育的需要。降低了坡耕地自然因素对玉米生长所带来的地理局限性，即土壤的含水量随坡度的增加而减少，而导致的玉米需水情况的不同，进而影响产量。

图5 垄向区田措施中耕前后坡上、中、下两种处理土壤含水量变化Fig.5 Variation of soil water of two treatments with ridge tillage method in the slope land

图6为不同处理在不同深度各生育期内土壤含水量随时间变化的曲线，结果可以看出:土壤含水量在全生育期内苗期变化幅度最大，即土壤水分消耗较小，因为苗期覆膜降低了棵间蒸发，而苗期作物需水量较小。但随着时间的推移，大垄双行覆膜处理表现出了其保水性能的优越性。由于大垄双行覆膜处理的植物种植在膜下，故而形成了膜下独立水循环系统，改变了土壤水循环。当土壤蒸发后在膜下凝结成水滴又返回土壤中，使地表20 cm土层在长期无降水补给时仍能维持较高的含水量;而行间覆膜处理的作物种在垄沟中，覆膜的垄台只是减少了一部分土壤水分的蒸发流失，但大垄双行覆膜更有效。

图6 生育期内土壤深度与含水量关系曲线Fig.6 Relation between depth and soil water in the whole growing stage

图7 不同处理生育期叶面积指数变化Fig.7 LAI of different treatments in the whole growing stage

3.3 不同覆膜方式下的玉米叶面积指数变化

叶片是玉米形成同化产物的关键库，叶面积大小直接影响生物学和籽粒产量的高低。在玉米生长期叶面积大小不断发生变化，在分析叶面积时，应该重点研究其动态变化规律。［10］

正是由于叶面积大小意味着作物的健康程度，所以它作为作物生长发育水平的一个重要的指标，各生长因素(如水、肥、光、热等)对作物的影响都可以通过叶面积的大小反映出来，叶面积指数(LAI)来衡量。作为生物生长状况的另一重要指标，叶面积指数(LAI)和作物产量存在相应的内在联系，叶面积指标的发育水平将影响作物产量水平。

试验表明:两种处理玉米叶面积变化大体上分为迅速增长期(苗期—拔节期—抽穗)、缓慢增长期(抽穗期—灌浆期)、相对平稳期(灌浆期—乳熟期)和衰退期(乳熟期以后) 4个阶段:前一个阶段叶面积增长迅速，在抽穗期达到最大值;在第三阶段生长平稳;而后期由于籽粒趋于成熟，光合作用减弱，叶面积下降较快。

两种处理对比分析:大垄双行覆膜处理全生育期的叶面积指数从数值上均高于行间覆膜处理，大垄双行覆膜处理有效的保证土壤温度，促进植株出苗和生长。在相同处理中，灌水量越多的叶面积生长较快。大垄双行覆膜处理的叶面积指数LAI在抽穗期达到最大，然后迅速下降;而行间覆膜处理的叶面积指数LAI在灌浆期才达到最大值而且叶面积下降的指数也要快，比大垄双行覆膜处理的要晚，这说明大垄双行覆膜处理的玉米生长较行间覆膜处理的要快，而且先成熟，其影响作物生长环境更有利于作物生长。由叶面积指数的变化，可知:从整体上看，玉米生育期内叶面积指数的变化趋势先升后降。

4 结论

结论主要有5个:

1)地膜覆盖有效地提高土壤温度、改善土壤物理性质。由于大垄双行覆膜处理将作物种子在膜下，较作物种植在垄沟的行间覆膜处理更能使膜内在较长时间内维持稳定。地膜覆盖的土壤，因受到增温和降温过程的影响，使水汽膨缩运动加剧。如此反复膨胀收缩，必然有利于土壤松弛，孔隙度增大。

2)覆膜以后将向上蒸发的水分阻挡在膜内，夜间地膜表面由于有效辐射温度下降，使膜内水汽凝结成小的水珠，逐步返回到土壤之中。这样，由“蒸发—凝结—下渗—蒸发”形成了薄膜与土壤之间的水分液态、气态循环，使土壤储水量增加，而且深层储水想表层富集，加快了水分在“土壤—植物—大气”间的转换。试验表明:大垄双行覆膜处理保水性更优越。

3)垄向区田措施有效地拦截了水分，减少了土壤径流的形成，为玉米的生长提供了水分，并且减轻了坡地给玉米生长所带来的地理局限性。

4)整个生育期中大垄双行覆膜处理的叶面积指数均好于行间覆膜处理。

5)大垄双行覆膜处理在改善玉米生长环境因子，抑制棵间蒸发，提高土壤水分含量，较行间覆膜处理更有利于作物生长，可以在干旱半干旱地区推广。

［1］ 魏永霞，王立敏，等.东北半干旱区节水抗旱技术集成对玉米产量及水分用率的影响［J］.农业系统科学与综合研究，2005，21(2):117－120.

［2］ 王耀林.新编地膜覆盖栽培技术大全［M］.中国农业出版社，1998:1－34.

［3］ 贺菊美，王一鸣.不同覆盖材料对春玉米土壤环境及产量效应的研究［J］，中国农业气象，1996，17(3):33－36.

［4］ 任军荣，杨建利，李殿荣.旱地油菜地膜覆盖栽培的水热效应研究［J］.中国油料作物学报，2001，23(3):34－37.

［5］ 陈永祥，刘孝义.地膜覆盖栽培的土壤结构与空气状况研究［J］.沈阳农业大学学报，1995，26(2):146－151.

［6］ 王耀林，张志斌.地膜覆盖的抗早保墒效果及其应用［G］//中国干旱半干旱农科技资料选辑.1982:121－125.

［7］ 高世铭，马天恩，田富林.早地春小麦全生育期地膜覆盖栽培技术研究初报［J］.甘肃农业科技，1987(1):22－26.

［8］ 崔福柱，郝建平，杨锦忠，等.特早熟夏玉米地膜覆盖的温度水分效应［J］.山西农业大学学报，2001，21(1):24－26.

［9］ 王喜庆，李生秀，高亚军.地膜覆盖对旱地春玉米生理生态和产量的影响［J］.作物学报，1998，24(3):348－353.

［10］ 于强，傅抱璞，姚克敏.水稻叶面积指数的普适增长模型［J］.中国农业气象，1995，16(12):6－8.