地膜覆盖对西藏林芝土壤性质及玉米产量的影响

张红锋，王 伟，魏素珍

(西藏大学 农牧学院 资源与环境学院，西藏 林芝860000)

地膜覆盖对西藏林芝土壤性质及玉米产量的影响

张红锋，王 伟，魏素珍

(西藏大学 农牧学院 资源与环境学院，西藏 林芝860000)

【目的】 研究地膜覆盖对西藏土壤性质及玉米生长和产量的影响效应，为提高玉米栽培效益提供科学依据。【方法】 以西藏林芝为研究区，选择“正红211”为供试玉米品种，以未覆盖地膜为对照，采用田间试验研究地膜覆盖对土壤性质和玉米生长、产量的影响。【结果】 与未覆盖地膜相比，地膜覆盖可以有效提高土壤温度和含水量，降低土壤体积质量，增加土壤孔隙度和土壤微生物数量，其中细菌、放线菌、固氮菌和真菌数量分别增加了28.0%，29.17%，118.68%和50.95%。地膜覆盖可有效促进土壤N、P、K的转化，土壤碱解氮、速效磷和速效钾含量明显提高，但有机质含量略有降低。地膜覆盖玉米生育进程提早，整个生育期缩短15 d，实际产量显著增加。【结论】 在西藏林芝地区采用地膜覆盖措施，可以改善土壤水热条件、营养条件和生物条件，使玉米显著增产。

玉米；地膜覆盖；土壤性质；西藏高原

土壤是作物生长的基础，其水分、温度、养分元素含量等直接影响着作物的产量和品质[1-3]，因此成为广大学者研究的一个重要方面。在农业生产中，采用一定的生产管理措施，如合理施肥[4]、科学灌溉[5]及地表覆盖[6-7]等措施改变土壤的水、热、肥条件，可以改善土壤基本属性，提升土壤质量和生产能力。其中地膜覆盖是一种改善土壤水分、温度条件的重要生产措施，有利于植物根系生长发育，促进作物向高海拔、高寒、干旱半干旱区的延伸[8]，并能改善土壤微生物生活环境，促进土壤养分转化，强化对作物的养分供应，因此被广泛应用。Singh等[9]研究发现，薄膜覆盖可以使0～10 cm土层土壤温度提高2.2～3.4 ℃，并且可使番茄产量提高20.7%～29.8%。地膜覆盖可以显著提高玉米营养生长阶段0～60 cm土层土壤含水量，且可以明显提高苗期至拔节期5～25 cm土层土壤平均温度[10]。

玉米是重要的“粮、蔬、经、饲、能”兼用作物，是我国三大粮食作物(稻谷、小麦、玉米)之一，在工农业经济发展中起着非常重要的作用。随着早熟、中熟品种引进和地膜覆盖栽培技术的推广应用，西藏玉米种植有了一定规模的发展，然而较低的年均温、较少的积温和春季干旱成为限制西藏玉米发展的重要因子。针对西藏高原独特的地理环境条件，地膜栽培技术对玉米产量性状影响的研究已有报道[11-12]，但对土壤主要因子及玉米产量形成的系统研究尚比较少见，本研究采用田间小区覆膜与未覆膜栽培对比试验，探讨地膜覆盖对土壤理化性质及玉米生长和产量的影响，以期为西藏玉米增产和农业生态系统可持续发展提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

试验小区设置在位于林芝的西藏大学农牧学院教学实习农场内，地理位置N29°40′27″，E94°20′26″，海拔2 970 m，年平均气温8.8 ℃，最热月(7月)平均气温为18 ℃；≥10 ℃年有效积温 1 800～2 200 ℃，年平均降雨量650～700 mm，年日照时数2 000 h左右，年总辐射量为6.1×109～7.0×109J/m2，光合有效辐射为2.5×109～3.0×109J/m2，无霜期160～180 d。试验地为多年耕作地，属典型的山地棕壤，质地为沙壤土，砾石含量30%～40%；耕层浅薄，厚度约为30 cm；地势平坦，有灌溉条件。土壤pH值6.39，有机质15.6 g/kg，碱解氮67.4 mg/kg，速效磷8.32 mg/kg，速效钾110.4 mg/kg。

1.2 试验设计

试验设置平作覆盖地膜(以下简称覆膜)和未覆膜(对照)2种种植方式，覆膜玉米选用幅宽2.0 m、厚度0.007 mm的微膜地膜，膜内种3行玉米，行距65 cm，株距40 cm，每穴留苗2株，种植密度为75 000 株/hm2。覆膜小区先播种后覆膜，待出苗时破膜，幼苗露出膜外生长。未覆膜玉米行距65 cm，株距40 cm，挖穴种植每穴留苗2株，种植密度为75 000株/hm2。试验小区面积66.7 m2，每处理设2次重复。供试玉米品种为“正红211”。

水肥管理：播种前，一次性施入基肥，其中磷酸二铵150 kg/hm2，二元复合肥1 050 kg/hm2。在玉米拔节期结合除草穴施尿素375 kg/hm2。覆膜前喷施除草剂阿特拉津和乙草胺混合液防除杂草。播种后立即灌透一次水，待苗高10 cm时灌二水，在拔节期，每隔15 d灌1次水直到雨季来临。如果持续降雨造成田间积水或在长时间土壤水分饱和时，需迅速开沟排涝降渍。

1.3 测定项目与方法

每个小区内分别随机选择10株玉米作为观测株，按照玉米的关键生育进程，对其出苗、拔节、抽雄、吐丝、成熟期所出现的时间分别进行观察记载；玉米成熟收获前，在覆膜及未覆膜处理的2个小区内分别选取3个15 m2的样方，每处理共计设6个样方，按样方收获，测定相关指标并折合玉米产量。采用地温计每天按早、中、晚3次分别测量地表、5 cm土层和15 cm土层土壤温度，同时测定并记录气温数据。取0～20 cm土层土壤，采用烘干法测定土壤含水量。播种30 d后，每个小区随机采集3个 0～20 cm土层土壤样品，并混合制样。采用环刀法测定土壤体积质量和孔隙度[13]，采用重铬酸钾容量法测定有机质含量，碱解扩散法测定碱解氮含量，Olsen法测量速效磷含量，M3浸提火焰光度法测定速效钾含量[14]。土壤微生物采用平板培养计数法测定。

1.4 数据处理与分析

采用SPSS 19.0软件进行数据处理与分析。

2 结果与分析

2.1 地膜覆盖对玉米地土壤物理性质的影响

2.1.1 土壤温度 从表1可见，在玉米苗期(04-25)、拔节期(05-15)和开花期(08-07)，地膜覆盖总体上均能明显提高土壤温度，并且跟天气条件无关。众所周知，玉米是典型的喜温作物，低温会影响玉米种子的萌发，降低发芽势和发芽率，导致幼苗活力下降。徐文强等[15]的研究表明，当气温降低到15 ℃时，玉米种子发芽率迅速降低，大多种子不能正常萌发。04-25未覆膜小区的地表和5 cm土层的土壤平均温度分别为14.5和15.2 ℃，而此时覆膜小区的土壤平均温度达到了21.2和19.0 ℃，分别提高了6.7和3.8 ℃，对于高原河谷区农田而言，玉米苗期外界环境气温还比较低，这种地温的提升，肯定有利于玉米种子的萌发。

表1 地膜覆盖对玉米地土壤温度的影响Table 1 Effects of plastic film mulching on soil temperature in maize filed

2.1.2 耕作层土壤水分含量 覆膜使土壤表面形成了一层物理阻隔，一方面自然降雨时水分不能直接进入土壤，而另一方面又能有效控制土壤水分蒸发，致使土壤表面较长时间保持湿润状态，土壤含水量也相对保持稳定。从表2可以看出，在覆膜条件下，从05-10至06-27，无论外界是否降雨土壤含水量一直保持在25%左右。而未覆膜时，因05-10之前没有降雨，土壤含水量仅为15.1%，而降雨后土壤含水量明显升高；到07-23以后，玉米植株长高，在冠层的遮荫作用及地膜破损影响下，覆膜与未覆膜处理的土壤含水量差异较小。

现在研究表明[15]，土壤水分的下降会使玉米种子发芽势、发芽率均呈降低趋势，当土壤含水量低于10%时会使玉米幼苗生长受到抑制。高原冬春季多大风天气，空气干燥，其土壤含水量也偏低，一般在5月份之前，其土壤自然含水量不足10%，即使灌溉浇水，也非常容易被大风吹干而导致土壤含水率迅速下降；而覆膜之前进行一次灌溉后再进行地膜覆盖，则可以很好地使土壤水分含量保持在25%左右，这样不仅有利于苗期玉米的生长发育，同样也利于拔节期玉米生长对水分的需求。

表2 地膜覆盖对玉米地土壤含水量的影响Table 2 Effects of plastic film mulching on soil water content in maize field %

2.1.3 土壤体积质量和孔隙度 覆膜能有效避免雨水对地面的直接击打，减小雨滴对土壤表层结构的影响。同时由于相对稳定的土壤含水量，减少了土壤干湿交替作用，对稳定土壤结构也具有非常重要的作用。覆膜与未覆膜处理耕层(0～20 cm)土壤的体积质量和孔隙度如表3所示。

表3 地膜覆盖对玉米地耕层土壤体积质量和孔隙度的影响(0～20 cm)Table 3 Effects of plastic mulching on soil surface (0-20 cm) on soil volume weight,and porosity

由表3可知，覆膜条件下土壤体积质量明显低于未覆膜处理，较未覆膜处理下降14.18%。覆膜处理使土壤孔隙度明显增加，覆膜条件土壤孔隙度达52%，较未覆膜处理增加了6%。

2.2 地膜覆盖对玉米地土壤微生物的影响

土壤微生物是土壤物质转化的关键驱动因子[16]，而土壤理化性质和气候因子均会对土壤微生物种群构成和数量等产生重要影响。地膜覆盖可以提高土壤温度和湿度，从而为土壤微生物的生长发育创造良好的生活环境，促进微生物群体数量的扩增和种群丰富度的增加。由表4可知，地膜覆盖明显增加了耕层(0～20 cm)的土壤微生物数量，与未覆膜处理相比，细菌、放线菌、真菌和固氮菌分别增加28.0%，29.17%，50.95%和118.68%。

表4 地膜覆盖对玉米地耕层(0～20 cm)土壤微生物数量的影响 Table 4 Effects of plastic mulching (0-20 cm) on number of soil microorganisms g-1

2.3 地膜覆盖对玉米地土壤养分含量的影响

2.3.1 土壤有机质 覆膜对土壤有机质含量的影响如表5所示。由表5可知，覆膜和未覆膜处理的土壤有机质含量差别较小，但覆膜处理的土壤有机质含量与未覆膜处理相比降低了4.64%，这可能是由于覆膜处理提高了土壤温度和湿度，促进了土壤微生物活动，使土壤中周转周期较短的易氧化有机碳迅速分解[17]，导致部分不稳定态有机碳转化为CO2排放到大气中所致。

表5 地膜覆盖对玉米地耕层(0～20 cm)土壤养分含量的影响Table 5 Effects of plastic mulching (0-20 cm) on soil nutrient contents

2.3.2 土壤主要有效养分 由表5可知，覆膜处理对土壤有效养分具有增加效应。覆膜处理土壤碱解氮、速效磷、速效钾的含量分别为77.0，15.6，142.8 mg/kg，较未覆膜处理土壤分别增加2.53%，46.2%，6.9%，这与覆膜处理改善了表层土壤水、热条件，提高了土壤养分矿化分解微生物的活性和群体数量有关。

2.4 地膜覆盖对玉米生长的影响

覆膜与未覆膜处理玉米生育期的变化如表6所示。由表6可知，覆膜处理明显加快了玉米各生育期的进程，覆膜处理玉米的平均出苗期较未覆膜处理提早6 d，覆膜处理玉米的出苗期在04-26，而未覆膜处理玉米到05-02才出苗。与未覆膜相比，覆膜处理出苗率提高了5.2%，拔节期提早了12 d，抽雄期提早了13 d，吐丝期提早了14 d，成熟期提早了14 d，生育期缩短15 d。方差分析检验结果表明，覆膜处理对供试区玉米出苗率、生育期及生长时间的影响均达到了极显著水平(P<0.01)。

表6 地膜覆盖对玉米生育期的影响Table 6 Effect of plastic film mulching on maize growth period

注：**表示差异极显著(P<0.01)。下表同。

Note: ** shows extremely significant difference (P<0.01)。The same below.

2.5 地膜覆盖对玉米产量及其构成要素的影响

在成熟期每小区分别收取10株玉米进行室内考种，分别计算理论产量、实际产量，结果见表7。

表7 地膜覆盖对玉米产量及其构成要素的影响Table 7 Effect of plastic film mulching on composition and influence factors of maize yield

注：NS表示差异不显著(P>0.05)。

Note:NS means insignificant difference (P>0.05).

由表7可知，覆膜显著提高了玉米的主要经济性状指标，具有显著增产作用。与未覆膜处理相比，覆膜处理株高增加1.7 cm，有效小穗数增加112个，每穗粒数增加163粒，千粒质量增加1.5 g，小区产量增加25.3 kg，理论产量增加3 982.2 kg/hm2，实际产量增加3 795.0 kg/hm2。方差分析检验结果表明，地膜覆盖处理对有效小穗数、穗粒数、小区实际产量、理论产量和实际产量的影响均达到极显著水平，而对株高和千粒质量影响不显著。

3 结论与讨论

本研究发现，在西藏林芝进行玉米覆膜栽培可以有效提高土壤温度，在地表及其以下5 cm处，覆膜处理的土壤温度明显高于未覆膜处理，这将有利于提升土壤环境的平均温度和有效积温，促进植物根系生长和生理活性。而在地表以下15 cm处，由于受到大气升温和降温速率及土壤热传导特性的影响，土壤温度的变化特征相对较为复杂。

本研究中，地膜覆盖栽培具有稳定和保持土壤水分的作用，在无降雨的相对干旱时期，地膜覆盖可以明显使土壤保持较高的含水量，这与李彩霞等[18]的研究结果基本一致。此外，地膜覆盖可以减少降雨对土壤表面的冲击溅蚀作用，从而对于维护表层土壤结构和性质起到非常好的保护作用，故本研究中地膜覆盖处理的土壤体积质量呈降低趋势，而土壤孔隙度则明显增加。

地膜覆盖为土壤微生物生活提供了相对良好的土壤水分和温度环境条件，从而促进了土壤微生物的生长和生物活性的提升，故本研究中覆膜处理土壤的主要微生物群体数量均高于未覆膜处理。此外，微生物对土壤养分物质的转化起到非常关键的促进作用，微生物群体的增加促进了土壤氮、磷、钾等养分的矿化，加快了土壤养分的释放，提高了土壤的有效氮、磷、钾含量，同时促进了土壤有机质的分解。故在本研究中，与未覆膜相比，地膜覆盖处理明显提高了土壤碱解氮、速效磷和速效钾的含量，而有机质含量则呈降低趋势。

地膜覆盖对作物的生长发育和增产效应已得到广大学者的认可[19-20]。本研究表明，地膜覆盖可以加速西藏高原地区玉米的生长发育进程，使其生育期平均缩短15 d，实际产量增加57.2%，证实地膜覆盖对西藏林芝供试区玉米的增产增收有非常好的促进作用，可以在当地推广利用。

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Influence of plastic mulching on soil properties and maize yield in Linzhi,Tibet

ZHANG Hong-feng,WANG Wei,WEI Su-zhen

(DepartmentofResourcesandEnvironmentalScience,AgricultureandAnimalHusbandryCollege,UniversityofTibet,Linzhi,Tibet860000,China)

【Objective】 The effects of plastic mulching on soil properties and maize growth and yield were studied to provide scientific basis for improve maize planting.【Method】 To elucidate the soil properties and maize yield changes under plastic mulching cultivation in Tibet,field plot experiments were conducted in Linzhi,using Zhenghong 211 maize as materials and no-mulching field as control.【Result】 Compared with no plastic mulching,plastic mulching improved soil temperature and moisture,reduced soil bulk density and porosity,and increased soil microbial quantity.Bacteria,actinomycetes,nitrogen-fixing bacteria and fungi were increased by 28.0%,29.17%,118.68% and 50.95%,respectively.Plastic mulching also effectively promoted soil N,P,K transformation efficiency and contents of soil alkali-hydrolyzable N,available P and K,but it slightly lowered organic matter content.Maize growth was advanced and the growth period was shortened by 15 d,which significantly increased actual yield.【Conclusion】 Plastic mulching cultivation is a suitable cultivation method in Linzhi,Tibet to improve soil properties and increase maize yield.

maize;plastic film mulching;soil properties;Tibet plateau

时间:2015-09-09 15:41

10.13207/j.cnki.jnwafu.2015.10.003

2014-07-09

国家科技支撑计划项目(2013BAJ03B05)

张红锋(1968-),女，陕西渭南人，副教授，主要从事高原植物营养与栽培研究。E-mail:xzzhf@21cn.com

S513.048

A

1671-9387(2015)10-0014-05

网络出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1390.S.20150909.1541.006.html