霍軼珍, 丁春蓮, 王文達, 韓翠蓮, 郭彥芬, 李生勇

(1.河套學院, 內蒙古 巴彥淖爾 015000;2.內蒙古自治區(qū)河套灌區(qū)灌溉排水工程技術研究中心, 內蒙古 巴彥淖爾 015000 )

河套灌區(qū)地處干旱半干旱地區(qū)，連年干旱少雨，蒸發(fā)強烈，另外由于引黃灌溉，地下水位較高，使得土壤鹽堿化日益加劇，嚴重威脅當地農業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展。大量研究表明，地膜覆蓋后對土壤的增溫、保墑、控制鹽分聚積及作物增產效果顯著，因此在農業(yè)生產中廣泛應用并取得較為理想的效果[1-4]。但近些年，隨著部分學者對地膜覆蓋的深入研究和生產實踐發(fā)現，普通白色農用地膜不僅造成了白色污染，而且在一定程度上使得玉米出現早衰現象，限制了其增產上限。張冬梅等[5]研究指出，地膜覆蓋后使得玉米生育期提前，從而在抽雄期前后遭受干旱脅迫，減產較為嚴重。Zaongo等[6]通過研究發(fā)現，地膜覆蓋對作物的前期生長具有促進作用，但卻使得土壤水肥過早的大量消耗，生育后期土壤脫水、脫肥問題凸顯，導致作物早衰減產。白色地膜覆蓋帶來的作物早衰問題已經嚴重影響了作物的生長和農業(yè)的長足發(fā)展，針對此類問題，有學者采用先覆后揭的覆膜方式進行試驗研究，希望通過這種方式解決問題，但由于工作量的問題，很難推廣應用[7]。玉米是目前河套灌區(qū)種植面積較大的農作物，但傳統不覆蓋和白色地膜覆蓋均存在一定的問題，制約了灌區(qū)玉米產業(yè)的發(fā)展。

有研究表明，與白色地膜相比，黑色地膜覆蓋的增溫、保墑效果顯著，且由于其具有透光率低的特征，高溫季節(jié)起到了一定的降溫效應，使得作物免遭高溫危害[8]。并且在番茄和馬鈴薯等的種植過程中得到了較好的應用效果[9-10]。但關于黑色地膜覆蓋在玉米種植過程中的應用還鮮有報道，本研究通過對比研究黑、白色地膜及不覆膜條件對土壤水熱及玉米地上部生物量和產量的影響，探索黑色地膜覆蓋在河套灌區(qū)玉米種植過程中的適宜性，為其在灌區(qū)的推廣應用提供理論依據和技術支撐，對灌區(qū)玉米產業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗區(qū)位于內蒙古巴彥淖爾市臨河區(qū)城關鎮(zhèn)河套學院灌排試驗基地，該地區(qū)多年平均降雨量為140 mm，蒸發(fā)量為2 306.5 mm，平均氣溫為6.8℃，平均日照時數為3 229.9 h，無霜期為130 d左右，是典型的中溫帶干旱大陸性氣候。試驗區(qū)土質以粉砂壤土為主，1 m深土壤平均容重為1.51 g/cm3，試驗區(qū)采用黃河水灌溉，平均礦化度為0.6～0.8 g/L。

1.2 試驗設計

設計白色地膜覆蓋、黑色地膜覆蓋和不覆膜共3個處理，采用小區(qū)試驗，小區(qū)面積75 m2(15 m×5 m)，3次重復。平耙地后采用機械覆膜施肥，人工點種玉米，玉米品種選用當地常規(guī)品種西蒙6號，玉米種植行距50 cm，株距28 cm，每壟2行；黑白地膜均選用內蒙古華豐商貿有限責任公司生產聚乙烯普通農用地膜，膜厚0.008 mm，膜寬70 cm。播種時施底肥尿素(46%N)300 kg/hm2，磷酸二銨(16%P2O5)150 kg/hm2。根據當地來水時間，玉米全生育期共灌3次水，采用傳統畦灌的灌水方式，三次灌水量分別為975 m3/hm2，975 m3/hm2，900 m3/hm2，施肥量分別為尿素(46%N)450 kg/hm2，300 kg/hm2和不施用。

1.3 測定指標

記錄玉米各生育階段具體時間段，自播種后開始每隔7 d在玉米行間100 cm深土體內每隔20 cm取土，采用烘干稱重法測定土壤含水率。玉米行間在深度為5，10，15，20，25 cm處埋設直角地溫計，各生育期連續(xù)3 d觀測土壤溫度變化，觀測時間為每日的8：00，14：00，20：00。玉米地上部生物量的測定方法為：不同生育期內，各處理選取3株植物樣，自地面截取，分割后自然晾干，然后放入紙袋在80℃恒溫烘箱中烘干至恒重，利用度萬分之一精度的電子天平稱重；玉米成收獲后，每個處理選取15株植物樣測量穗粗、穗長、穗粒數、百粒重和產量。

1.4 數據處理

采用Mircrosoft-Excel 2003對數據進行處理并繪制圖表，利用SPSS 17.0進行試驗數據的方差檢驗。

2 結果與分析

2.1 不同地膜覆蓋對土壤含水率的影響

由圖1不同處理條件下土壤含水率變化情況可知，各土層含水率變化趨勢一致，自表層至深層呈現“S”型變化規(guī)律。玉米苗期，植株矮小，土壤水分的消耗以表層蒸發(fā)為主，研究發(fā)現，此階段白、黑色地膜覆蓋處理各土層含水率差異性不顯著(p>0.05)，但表層0—60 cm土壤含水率平均較不覆膜處理高7.98%和9.77%，差異性顯著(p<0.05)，而深層差異性較小，這主要是受作物生育期灌區(qū)地下水位較高的影響。玉米拔節(jié)期至灌漿期是關鍵生育期，此階段適宜的土壤水分條件是保證玉米生長發(fā)育和產量形成的關鍵期，研究發(fā)現，此時黑白地膜覆蓋條件下土壤含水率無顯著性差異(p>0.05)，高于不覆膜處理，且表層0—60 cm含水率差異達到了顯著性水平(p<0.05)。說明與白色地膜覆蓋相比，黑色地膜同樣具有較好的土壤保墑功能，為玉米的正常生長提供適宜的水分供應。

圖1 玉米不同生育期土壤含水率變化

2.2 不同地膜覆蓋對土壤溫度的影響

不同覆蓋條件對土壤表層0—15 cm溫度變化影響較大。由圖2可知，不同生育期各處理土壤溫度隨時間推移均呈現開口向下的二次拋物線型變化規(guī)律，且極值點出現在14：00，為全天溫度最高時段。玉米生育前期(苗期至拔節(jié)期)，適宜的土壤溫度有利于植株的壯苗，過高或過低的溫度均會在不同程度抑制幼苗的生長。研究發(fā)現，此階段白色地膜和黑色地膜土壤溫度均明顯高于不覆膜處理，苗期和拔節(jié)期分別較不覆膜處理高3.69℃，1.68℃和3.16℃，1.51℃，差異性顯著(p<0.05)，說明黑色地膜同樣起到了較好的增溫保溫效應。但兩生育期內白色地膜平均較黑色地膜高2.01℃和1.65℃，且在氣溫最高時段14：00差值達到了2.44℃和1.98℃，差異性顯著(p<0.05)，這也說明黑色地膜較白色地膜在高溫條件下相對有一定的降溫效果，減輕高溫對幼苗的危害，促進壯苗和生長發(fā)育，此結論與張琴[8]和路海東[11]等的研究結論一致。

玉米生育中后期(抽雄吐絲至灌漿期)，植株枝葉茂盛，覆蓋度較高，使得透光度減弱，從而減少了地面直接接受太陽輻射，地膜增溫效應較生育前期有所減弱，但由于地膜的保溫性能兩處理均不同程度高于不覆膜處理。由于白色地膜透光能力較強[12]，該生育階段各時段土壤溫度平均較黑色地膜高0.78℃和1.09℃，差異性不顯著(p>0.05)，但此時處于最高溫季節(jié)，一定的降溫作用，有利于玉米的生長。

2.3 不同顏色地膜覆蓋對玉米地上部生物量的影響

由圖3不同處理條件下玉米地上部生物量變化可知，玉米苗期至拔節(jié)期，由于兩種顏色地膜覆蓋提供的適宜水熱條件促進了玉米的前期生長，兩個生育階段兩處理生物量平均較不覆膜處理高68.75%，46.94%和59.38%，40.82%，差異性顯著(p<0.05)。而白色地膜長勢略優(yōu)于黑色地膜覆蓋，生物量平均高5.88%和4.35%。玉米抽雄吐絲期至灌漿期，由于玉米的植株遮陰效應影響，覆膜效應及近喪失[13]，此外植株開始由營養(yǎng)生長逐漸轉向生殖生長，各處理間玉米生物量達到相近水平。

2.4 不同顏色地膜覆蓋對玉米產量指標的影響

由表1所示，兩種顏色地膜覆蓋條件下玉米穗長、穗粗、穗粒數差異性不顯著(p>0.05)，但均顯著高于不覆膜處理(p<0.05)。各處理間玉米百粒重和產量差異性顯著(p<0.05)，且以黑色地膜覆蓋最高，百粒重平均較白色地膜和不覆膜高6.37%和11.95%，產量高5.12%和22.90%。這主要是因為黑白地膜覆蓋處理土壤的保墑效果相當，但黑色地膜覆蓋條件對根系層的降溫效應，提高了根系活性和對土壤養(yǎng)分的吸收，從而提高了玉米百粒重和產量。

圖2 玉米不同生育期土壤溫度變化

圖3 玉米不同生育期地上部生物量累積量變化

表1 不同處理條件下玉米產量指標對比

3 討 論

春玉米是河套灌區(qū)主要的經濟作物，土壤水熱條件的適宜性是促進作物生長的主要因素[4,14]。玉米屬于典型的喜溫性作物，適宜的土壤溫度是保證其正常生長的基礎性條件，過高或過低的溫度均會對玉米的生長產生抑制[15]。與白色地膜覆蓋相比，黑色地膜覆蓋同樣形成了有效的“隔膜效應”，改變了土壤水熱與外界的交換條件，改善了土壤水熱條件[11]。春玉米全生育期內，兩種顏色地膜覆蓋0～60 cm含水率均要顯著高于不覆膜處理，起到了良好的保墑效果，為玉米的生長提供了更充足的水分供應，研究結果與張琴[8]等的研究結論具有一定的一致性。玉米苗期至拔節(jié)期氣溫較低，此時較高的土壤溫度有利于玉米的壯苗和生長，兩種顏色地膜覆蓋各時段表層0—15 cm土壤溫度均顯著高于不覆膜處理，起到了較好的增溫保溫效應，但白色地膜覆蓋在氣溫最高時段14：00土壤溫度顯著高于黑色地膜覆蓋，說明黑色地膜起到了一定了降溫效應，這也減小了高溫對幼苗的傷害，有利于壯苗和生長發(fā)育。玉米進入抽雄吐絲和灌漿期的生育中后期后，由于植株生長茂盛，群體透光度降低，地膜的增溫保溫效應減弱，各處理間土壤溫度無顯著性差異。且黑色地膜覆蓋明顯低于白色地膜覆蓋，該生育階段是全生育期的氣溫最高期，一定的降溫效應避免了玉米遭受高溫危害，有利于玉米產量的生成[8,11]。由于地膜覆蓋顯著改善了土壤水熱環(huán)境，促進了玉米植株的生長發(fā)育。研究發(fā)現，玉米苗期至拔節(jié)期，兩地膜覆蓋處理地上部生物量累積量差異性不顯著，但均顯著高于不覆膜處理，而生育中后期，覆膜效應逐漸消失，且隨植株逐漸轉向生殖生長，各處理間差異性減弱[13]。地膜覆蓋顯著提高了玉米產量，且以黑色地膜增幅最為顯著，主要是由于黑色地膜的降溫效應提高了根系活性和對土壤養(yǎng)分的吸收，有效促進了玉米產量的形成[11]。

4 結 論

(1) 玉米各生育期內兩種顏色地膜覆蓋處理間土壤含水率無顯著性差異(p<0.05)，起到了良好的保墑效果，但兩處理均明顯高于不覆膜處理，且0—60 cm土壤含水率差異達到顯著性水平(p>0.05)。

(2) 黑色地膜在低溫季節(jié)的增溫保溫效果顯著，且在高溫季節(jié)和時段具有一定的降溫效應，使得作物免遭高溫危害。

(3) 地膜覆蓋條件有效促進了玉米植株的生長發(fā)育，生育前期覆膜處理地上部生物量均顯著高于不覆膜處理(p<0.05)，玉米進入抽雄吐絲期以后，覆膜效應及近喪失，各處理間差異減弱。

(4) 兩種顏色地膜覆蓋處理間穗長、穗粗和穗粒數產異性不顯著(p>0.05)，但均顯著高于不覆膜處理(p<0.05)。且黑色地膜覆蓋百粒重和產量最高，百粒重平均較白色地膜和不覆膜高6.37%和11.95%，產量高5.12%和22.90%。