趙靖丹，李瑞平，史海濱，戚迎龍，張景凡

(1.內蒙古農業(yè)大學水利與土木建筑工程學院，呼和浩特 010018；2.通遼市水利技術推廣站，內蒙古 通遼 028000)

內蒙古東北地區(qū)是中國玉米主產區(qū)之一，它的氣候和土壤等生態(tài)條件適合玉米的種植[1,2]。但是，由于東北地區(qū)氣溫低，積溫不足，作物在生長發(fā)育期間容易受到外部環(huán)境的影響，經常發(fā)生低溫冷害和霜凍，這是限制玉米增產的主要因素[2]。

地膜覆蓋近年來被認為是有效增加土壤積溫和提高作物產量的重要技術手段[3,4]，它作為一項農藝措施，還能有效地提高土地資源利用、改善土壤理化性質、促苗早發(fā)快長、提高光合產物的積累量等[5]。國內外許多學者都作了有關地膜覆蓋技術改善農田水熱環(huán)境方面的研究。江燕[6]等人闡明了地膜覆蓋對甘薯田耕層土壤溫度和水分的影響；馬樹慶等[5]研究表明, 通過地膜覆蓋，可以提高田間土壤的溫度，將玉米的生育期提前。但對于內蒙古東部區(qū)，滴灌條件下地膜覆蓋對作物田間土壤水熱效應方面的研究還比較少，本文通過與無膜滴灌作比較，進一步研究有膜滴灌對農田水熱環(huán)境所產生的影響。

1 材料與方法

(1)試驗區(qū)概況。玉米滴灌試驗于2014年4-9月在通遼市腰林毛都鎮(zhèn)南塔拉營子試驗站進行。地處東經123°32′，北緯44°32′，春季回暖快，多風沙；夏季雨熱同步，雨量集中；秋季短促，降溫快；冬季干冷漫長。全年最高氣溫40.8 ℃，最低氣溫-25.1 ℃，降雨269.7 mm，屬溫帶大陸性季風氣候。中壤土，土壤密度為1.41 g/cm3，土壤1 m平均田間持水量為23.08%(質量含水率)。

(2)試驗設計。滴灌試驗開始于2014年4月26日，選取有膜滴灌和無膜滴灌2種處理，具體見表1。每個處理3次重復，試驗小區(qū)面積0.32 hm2。一年一熟，種植的作物為玉米，品種為京科968，株距35 cm，行距85 cm。地膜為普通地膜，寬度為70 cm。2014年9月28日收獲，測每個小區(qū)玉米株數(shù)，最后測定產量。

表1 試驗處理

(3)土壤溫度的測定。采用土壤溫度自動采集儀連續(xù)測定土壤埋深5、10、15、20和25 cm處土壤溫度，每隔1 h測定一次，對玉米全生育期土壤溫度進行測定，數(shù)據(jù)采集儀自動記錄數(shù)據(jù)。

(4)土壤水分的測定。用土壤水分測定儀(TDR)測量土壤含水率及耗水情況，每7 d測定一次，且每次灌水前和灌水后加測一次，測定深度自土壤表面每隔20 cm進行一次測定(0～100 cm)。

(5)土壤水分的計算。土壤貯水量的計算公式為：

(1)

式中：H為土壤貯水量，mm；Qi為第i層土壤體積含水率，%；hi為第i層土壤厚度，cm；n為測土壤體積含水率時的層序。

2 結果與分析

2.1 土壤含水率的變化

圖1為土壤體積含水率變化趨勢。在不同的生育期，玉米對不同處理的土壤水分利用情況表現(xiàn)出一定的規(guī)律性。苗期玉米根部發(fā)育較為緩慢，主要利用表層土壤水分來滿足其生長發(fā)育的要求。播后第20 d，對于有膜滴灌來說，地膜形成一層物理屏障，隔絕了膜下土壤與大氣進行的水熱交換，形成獨立的水循環(huán)系統(tǒng)，土壤水分蒸發(fā)后在膜下凝結成水滴又返回土壤，所以造成有膜滴灌的0～20 cm土層含水率比無膜滴灌高出6.4%(p<0.05)，而各處理30～100 cm土層，有膜滴灌土壤含水率出現(xiàn)顯著下降，較無膜滴灌低6.1%～7.54%(p<0.05)。播種后第40 d左右，各處理0～30 cm土層的含水率均呈現(xiàn)上升趨勢，這是因為在播種后40 d(6月7日)出現(xiàn)了生育期中最大的降雨，在出現(xiàn)降雨后，無膜滴灌含水率顯著比有膜滴灌高3.7%～11.6%(p<0.05)，說明在降雨后，地膜對降雨具有一定的截流作用，使得雨水無法直接進入到膜下土壤，造成了無膜滴灌0～30 cm土層的含水率高于有膜滴灌，且無膜滴灌30～100 cm土層含水率顯著高于有膜滴灌(p<0.05)，說明無膜滴灌具有更良好的蓄水能力，能夠將更多的水分儲藏在土壤深層。在作物播種80 d左右，0～30 cm土層土壤含水率的變化趨勢與20 d一致，但在50～100 cm的土壤含水率有膜滴灌與無膜滴灌都出現(xiàn)了顯著降低(p<0.05)，且有膜滴灌降低的幅度更大，說明在一定程度上有膜滴灌可以利用土壤深層水分來滿足玉米對水分的需求。

圖1 播種后不同時期各處理土壤體積含水率變化

2.2 土壤儲水量的變化

圖2為不同處理在不同深度土壤儲水量的動態(tài)變化。有研究表明，土壤儲水量的變化除了受到降雨量的影響外，也會受到玉米生長的影響[7]。如圖2(b)，在降雨較少的時期(6月25日至7月22日和8月15至8月29日)各處理0～40 cm存在顯著差異(p<0.05)，有膜滴灌的土壤儲水量高于無膜滴灌。結合不同處理0～100 cm以及40～100 cm的土壤儲水量變化[圖2(a)、圖2(c)]來看，在降雨較少的這2段時期，有膜滴灌0～100 cm儲水量較無膜滴灌低，且40～100 cm的土壤儲水量也低于無膜滴灌，但是0～40 cm的土壤儲水量卻顯著高于無膜滴灌，這有可能是因為覆膜處理在降雨較少的時候能夠將深層次水分轉移到表層，與文獻[8]中研究的結果是一致的；在雨量較多的時期(6月7-15日、9月2日)各處理0～40 cm的土壤儲水量無膜滴灌大于有膜滴灌，但其差異不顯著，各處理40～100 cm的土壤儲水量，無膜滴灌顯著高于有膜滴灌，說明在雨量較多的時期，無膜滴灌深層土壤的儲水保墑能力較好。

圖2 不同處理在不同深度土壤儲水量動態(tài)變化

2.3 土壤溫度的變化

2.3.1土壤溫度的日變化

玉米的生長發(fā)育與土壤的溫度密不可分，文獻[9]中表明，無論何種耕作方式，其對土壤溫度的作用范圍集中在0～25 cm土層，隨著土層的不斷加深影響逐漸減弱。從表2可以看出,玉米在播種后20～30 d, 覆蓋地膜可以有效提高土壤溫度, 土壤的最低溫度可提高0.7～1.2 ℃, 最高溫度可提高 2.0～4.1 ℃, 平均溫度提高0.4～4.1 ℃。從不同時間的增溫效果看, 覆蓋地膜在玉米種植后30 d 的增溫效果優(yōu)于栽植后20 d，這是因為土壤溫度不僅受地膜覆蓋的影響，與天氣溫度的變化也有很大的關系。在播種后20d左右，氣溫有大幅度下降，造成覆蓋地膜對地溫增溫效果不明顯。就不同土層來看, 覆蓋地膜可顯著提高5～10 cm 和10～20 cm 土層的平均溫度0.4～4.1 ℃和0.9～3.4℃。從土溫日較差可以看出, 種植后20 d, 有膜滴灌與無膜滴灌日較差差異不顯著, 且隨著土層加深,日較差逐漸減小；種植后30 d, 覆蓋地膜在5～10 cm土層的日較差顯著高于不覆蓋地膜處理, 但其他土層差異卻不顯著。以上結果說明, 覆蓋地膜能夠提高玉米田間土壤溫度、增大5～10 cm 土層土壤溫度的日較差。對于玉米來說，覆膜在一定程度上能提高出苗速率，大約較無膜處理出苗早2～3 d。

表2 地膜覆蓋對玉米播種后20 d 和30 d 時不同土層土壤溫度的影響 ℃

從表3可以看出, 地膜覆蓋可以提高玉米苗期的土壤溫度, 但在種植后60 d時, 無膜處理的土壤溫度較有膜處理高, 這與此時氣溫升高, 而有膜滴灌玉米生長發(fā)育較好，葉片遮光有關。覆蓋地膜在種植后60 d的土壤平均溫度比無膜的低 1.33 ℃, 這說明覆膜能夠推進玉米生長發(fā)的進程。

表3 地膜覆蓋對玉米播種后10～60 d 時0～25 cm 土層土壤平均溫度

2.3.2土壤溫度的月變化

圖3為不同處理在0～25 cm土層平均溫度的月變化圖，在5、6月份，不同處理對土壤溫度的影響差異顯著(p<0.05)，有膜滴灌較無膜滴灌土壤溫度高2.21 ℃，這主要是因為在玉米生育期前期，玉米的植株還較小，太陽輻射可直接到達地面，從而使得覆膜與無膜處理土壤溫度出現(xiàn)顯著差異。隨著大氣溫度的不斷上升，玉米植株的增長及葉片遮蓋率的增加使得太陽輻射無法直接到達地面，從而造成覆膜滴灌與無膜滴灌的土壤溫度在7、8月份無顯著性差異(p>0.05)。在9月份時，無膜滴灌地溫要高于有膜滴灌，這可能是因為在9月中下旬時，降雨較少，覆膜處理在0～20 cm土層的土壤含水量由于地膜的原因，較無膜滴灌的高，使得其熱容量增大，土壤升溫較慢。

圖3 不同處理下土壤月溫度變化

3 結 論

(1)有膜滴灌由于覆膜的原因，在一定程度上可以利用土壤深層的含水量來滿足玉米的生長發(fā)育，尤其在降雨較少的情況下，可以利用40～100 cm的深層儲水量來提高土壤表層的含水量。播種后第20 d，覆膜措施0～20 cm土層含水率比無膜措施高出6.4%，差異顯著(p<0.05)，而30～100 cm土層，有膜滴灌土壤含水率出現(xiàn)顯著下降，較無膜滴灌低6.1%～7.54%(p<0.05)，這為苗期的玉米提供了良好的水分條件。

(2)有膜滴灌和無膜滴灌對土壤溫度的影響主要表現(xiàn)在作物對地面遮蓋程度較小的生育期前期和末期，且前期的影響對于作物生長來說更為重要。玉米生育期前期(播種后20～30 d)，覆蓋地膜比無膜措施平均溫度高0.4～4.1 ℃，溫度日較差高0.21～6.31 ℃，與前人研究結果相似[15]，這將有助于提高玉米的出苗速率。

(3)水熱條件是影響作物生長和發(fā)育最重要的因素，作物產量的形成與二者之間的綜合作用密切相關。本試驗研究表明，滴灌條件下，地膜覆蓋能夠有效改善土壤的水熱狀況，為玉米的生長發(fā)育提供了良好的水熱環(huán)境。

[1] 馬樹慶,王 琪,郭建平,等. 玉米地膜覆蓋防御東北低溫冷害霜凍害試驗研究[J]. 自然災害學報, 2004,13(3):133-137.

[2] 王耀林. 地膜覆蓋栽培技術大全[M]. 北京: 農業(yè)出版社，1986:3-10,25-36,388-400.

[3] 黃明斌, 李玉山. 黃土塬區(qū)旱作冬小麥增產潛力研究[J]. 自然資源學報, 2000,15(2):143-148.

[4] 張正茂, 王虎全. 渭北地膜覆蓋小麥最佳種植模式及微生境效應研究[J]. 干旱地區(qū)農業(yè)研究, 2003,21(3):55-60.

[5] 馬樹慶, 王 琪, 郭建平, 等. 東北地區(qū)玉米地膜覆蓋增溫增產效應的地域變化規(guī)律[J]. 農業(yè)工程學報,2007,(8).

[6] 江 燕,史春余,王振振,等. 地膜覆蓋對耕層土壤溫度水分和甘薯產量的影響[J]. 中國生態(tài)農業(yè)學報,2014,22(6):627-634.

[7] 殷 濤,何文清,嚴昌榮,等. 地膜秸稈雙覆蓋對免耕種植玉米田土壤水熱效應的影響[J]. 農業(yè)工程學報,2014,30(19):78-87.

[8] Zhang S, Li P, Yang X, et al. Effects of tillage and plasticmulch on soil water, growth and yield of spring-sownmaize[J]. Soil and Tillage Research, 2011, 12(1):92-97.

[9] 蔡太義,陳志超,黃會娟,等. 不同秸稈覆蓋模式下農田土壤水溫效應研究[J]. 農業(yè)環(huán)境科學學報,2013,32(7):1 396-1 404.

[10] 鄭和祥, 郭克貞, 郝萬龍. 作物生長指標與土壤水分狀況及地溫關系研究[J]. 水土保持研究, 2011,18(3):210-216.

[11] 任書杰, 李世清, 王全九, 等. 栽培模式、施氮和品種對冬小麥冠層結構和產量的影響[J]. 生態(tài)學雜志, 2006,25(12):1 449-1 454.

[12] 王立明, 陳光榮, 張國宏, 等. 提高旱作大豆水分利用效率的覆膜方式研究[J]. 大豆科學, 2010,29(5):767-771.

[13] 梁永超, 胡 鋒, 楊茂成, 等. 水稻覆膜旱作高產節(jié)水機理研究[J]. 中國農業(yè)科學, 1999,32(1):26-32.

[14] 王喜慶, 李生秀, 高亞軍. 地膜覆蓋對旱地春玉米生理生態(tài)和產量的影響[J]. 作物學報, 1998,24(3):348-353.

[15] 王樹森, 鄧根云. 地膜覆蓋增溫機制研究[J]. 中國農業(yè)科學, 1991, 24(3): 74-78.