閆靜琦,武佳穎,蔣傲男,趙海超,盧海博,黃智鴻

(1.河北北方學院 農(nóng)林科技學院，河北 張家口 075000；2.河北省農(nóng)產(chǎn)品食品質(zhì)量安全分析檢測重點實驗室，河北 張家口 075000)

冀西北地區(qū)是典型的寒旱區(qū)，年降雨量少而集中，有效積溫低，春季冷害頻發(fā)，水資源短缺及低溫是制約該地區(qū)春玉米產(chǎn)量的關(guān)鍵因素。春玉米覆膜栽培技術(shù)是玉米生產(chǎn)中的重要措施，通過此栽培技術(shù)，提高水資源的利用效率，顯著增加春玉米的產(chǎn)量，極大促進了中國旱作農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展[1]。L.M Zhou和C.A.Liu[2-3]等研究表明，地膜覆蓋可以聚集雨水并進行調(diào)節(jié)與分配，有效控制土壤水分蒸發(fā)，提高降水利用率，促進干旱、半干旱地區(qū)作物高產(chǎn)。不同顏色的地膜覆蓋對土壤水熱狀況產(chǎn)生的影響不同，張永明等[4]認為地膜覆蓋可顯著增加0～15 cm土層土壤溫度。J.R.Schmidt[5]、J.Fariaslarios[6]通過研究覆蓋不同顏色的地膜對農(nóng)田土壤溫度的影響，結(jié)果表明，白色地膜比黑色地膜對土壤的熱積累效果更好。近年研究中，白色地膜出現(xiàn)較多使玉米早衰的現(xiàn)象，但白色地膜增溫效果優(yōu)于黑色地膜，雖然黑色地膜增溫效果緩慢但可以抑制雜草的生長，且黑色地膜比白色地膜降低白天的平均溫度效果佳。李玉玲等[7]研究發(fā)現(xiàn)，覆膜處理比不覆膜處理的水分利用效率和產(chǎn)量有所提高，其中，壟膜溝播雙行種植的增產(chǎn)幅度最大，達43.7%，而全膜雙壟溝、壟膜溝播單行種植處理的水分利用效率達到最高。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

圖1 春玉米生育期氣候條件

試驗于2018-2019年4月至9月在河北省張家口市宣化區(qū)沙嶺子鎮(zhèn)張家口市農(nóng)業(yè)科學院試驗基地(114°55′E，40°40′N)進行。該試驗區(qū)屬溫帶半干旱大陸性季風氣候，年降雨量350～450 mm，主要集中在7-8月，年平均日照時數(shù)2 800～3 300 h，年平均氣溫8.9 ℃，生育期內(nèi)≥10 ℃有效積溫為2 715.8 ℃，無霜期130～150 d。播前0～20 cm土層養(yǎng)分含量為總氮0.70 mg·kg-1、總磷0.63 mg·kg-1、氨氮6.58 mg·kg-1、有機質(zhì)17.60 g·kg-1、容重0.83 g·cm-3。試驗期間降雨量及溫度情況如圖1所示。

1.2 供試材料與試驗設(shè)計

供試品種：玉豐613。試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計，設(shè)以下3個處理，分別為黑色膜(HM)、白色膜(BM)、不覆膜(CK)。所有處理采用平壟覆膜，膜厚0.008 mm。按照行距45 cm∶55 cm大小行種植，株距35 cm，70 500株/hm2。玉米施用肥料為新洋豐肥業(yè)的硫酸鉀復合肥，N-P2O5-K2O比例為18-12-15，施用量為600 kg·hm-2。其他田間管理按常規(guī)進行。

1.3 測定指標與方法

1.3.1 土壤水分含量

在春玉米各生育時期，用土壤分層取樣器鉆取0～100 cm土層土壤，每20 cm取一個土樣裝在鋁盒中，采用烘干法測定[9]。

土壤含水量:W(%)=(P1-P2)/(P2-P)*100%

W為土壤含水量(%)，P1為土壤鮮質(zhì)量和鋁盒質(zhì)量(g)，P2為土壤干質(zhì)量和鋁盒質(zhì)量(g)，P為鋁盒質(zhì)量(g)。

1.3.2 土壤溫度

使用曲管地溫計在各時期7:30、8:50、9:50內(nèi)分別測定各個覆膜處理下地表層(0 cm)、5、10、15、20 cm處土壤溫度，每個覆膜處理重復3次測溫，取其平均值計算春玉米各生育期不同覆膜處理地表及不同土層的溫度。

1.3.3 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

玉米收獲期，每個處理連續(xù)選取25株測定產(chǎn)量[10]，覆膜處理選隨機選取10個果穗留作室內(nèi)考種，測量其穗質(zhì)量、穗長、穗粗、禿尖長、千粒質(zhì)量、穗行數(shù)、行粒數(shù)。對春玉米地進行測產(chǎn)，測定增產(chǎn)率。增產(chǎn)率=(覆膜處理產(chǎn)量-CK處理產(chǎn)量)/CK產(chǎn)量*100%。

1.3.4 水溫利用效率

土壤貯水量：W=h×a×b×10/100

式中：W為土壤貯水量(mm)；h為土層深度(cm)；a為土壤容質(zhì)量(g·cm-3)；b為土壤含水量。

全生育期耗水量：ET=I±P0±(W0-Wt)

式中：ET為全生育期耗水量(mm)；I為作物生育期內(nèi)灌溉總量；P0為生育期內(nèi)有效降雨量；W0為生育階段初期的土壤貯水量；Wt為生育階段末期的土壤貯水量。

水分利用效率：WUE=Y/ET*100%[11]

式中：WUE(kg·hm-2·mm-1)為水分利用效率；Y為作物籽粒產(chǎn)量(kg·hm-2)；ET為全生育期田間耗水量(mm)。

溫度利用效率=Y/ET溫*100%

溫度利用效率計算，根據(jù)水分利用效率公式進行轉(zhuǎn)換，Y為作物籽粒產(chǎn)量(kg·hm-2)；ET溫為全生育期有效積溫(℃)。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

利用WPS 2019制作表格與繪圖，利用SPSS 22.0進行方差分析。試驗數(shù)據(jù)為2018-2019年平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同顏色地膜各生育期0～100 cm土壤含水量

圖2 不同顏色地膜各生育期0～100 cm土壤含水量變化

不同顏色地膜各生育期0～100 cm土壤含水量變化如圖2所示，苗期不同地膜類型土壤含水率在17.21%～19.71%，大小順序為：HM(黑膜)>BM(白膜)>CK(不覆膜)，HM處理較CK顯著提高2.5%；拔節(jié)期不同地膜類型土壤含水率在15.33%～18.41%，大小順序為：HM>BM>CK，HM和BM處理較CK分別顯著提高3.08%、2.62%；散粉期不同地膜類型土壤含水率在14.89%～16.49%，大小順序為：BM>HM>CK，各覆膜處理之間沒有顯著性差異；灌漿期不同地膜類型土壤含水率在17.33%～19.47%，大小順序為：BM>HM>CK，BM和HM處理較CK顯著提高2.14%，2.06%；成熟期不同地膜類型土壤含水率在18.66%～20.36%，大小順序為：BM>HM>CK，BM、HM、CK無顯著性差異?？傮w來看：黑色膜有利于增加春玉米生育前期0～100 cm土壤含水量，白色膜有利于增加春玉米生育后期0～100 cm土壤含水量。

2.2 不同顏色地膜各生育期0～100 cm土壤貯水量與耗水量

不同顏色地膜各生育期0～100 cm土壤貯水量與耗水量變化見表1，在苗期、散粉期、灌漿期、成熟期各處理0～100 cm貯水量表現(xiàn)為HM>BM>CK，HM、BM、CK處理之間存在顯著性差異，最高貯水量分別為229.75、183.38、150.62、187.87 mm；拔節(jié)期各處理0～100 cm貯水量表現(xiàn)為BM>HM>CK，各覆膜處理之間存在顯著性差異，最高貯水量為229.75 mm；CK處理成熟期貯水量較低，玉米生長期耗水量較高，BM處理成熟期貯水量較高，玉米生長期耗水量較低，說明BM處理能更好地在春玉米生育后期有效累積無效降雨，從而提高土壤含水率，為下季作物生長發(fā)育提供較好的底墑。

表1 各時期不同顏色地膜的土壤貯水量變化與生育期耗水量

2.3 不同顏色地膜春玉米各生育期0～20 cm土層溫度變化

不同顏色地膜對春玉米生育期0～20 cm土層溫度的影響如圖3所示，苗期各覆膜處理大小順序為BM>HM>CK，較CK分別平均增溫2.36 ℃，1.54 ℃，且各覆膜處理隨土層深度的增加呈現(xiàn)下降的趨勢，可見BM處理增溫效果最顯著；拔節(jié)期各覆膜處理大小順序為BM>HM>CK，較CK分別平均增溫1.82 ℃、1.49 ℃，且在20 cm處土壤溫度最低，最低溫度為20.76 ℃，可見BM處理增溫效果最顯著；散粉期各覆膜處理大小順序為HM>BM>CK，較CK分別平均增溫1.03 ℃、0.55 ℃，表層土壤溫度最高，最高溫度為26.57 ℃，HM處理增溫效果最顯著；灌漿期各覆膜處理大小順序為HM>BM>CK，較CK分別平均增溫0.88 ℃、0.50 ℃，15 cm處土壤溫度最低，最低溫度為19.54 ℃，可見HM處理增溫效果最顯著；成熟期各覆膜處理大小順序為HM>BM>CK，較CK分別平均增溫1.09 ℃、0.75 ℃，隨土層深度的增加土壤溫度降低，可見HM處理增溫效果顯著?？傮w而言：白色膜有利于春玉米生育前期增溫，黑色膜有利于春玉米生育后期增溫。

圖3 不同顏色地膜各生育期0～20 cm土層溫度變化

2.4 不同顏色地膜對水溫利用效率的影響

不同顏色地膜對水溫利用效率的影響見表2。BM處理的水溫利用效率均表現(xiàn)最優(yōu)，分別為20.24%、3.64%。不同顏色地膜的水分利用效率在17.39%～20.24%，大小順序為BM>HM>CK，較CK分別提高16.39%、9.55%；不同顏色地膜溫度利用效率在3.27%～3.64%，大小順序為BM>HM>CK，較CK分別提高11.31%，5.50%。

表2 不同顏色地膜對水溫利用效率的影響 %

2.5 不同顏色地膜對產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

不同顏色地膜對產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響見表3，BM處理的穗粗、穗質(zhì)量、穗長、行粒數(shù)、千粒質(zhì)量、容質(zhì)量、籽粒產(chǎn)量均表現(xiàn)最優(yōu)，分別為4.77 cm、339.31 g、17.49 cm、38粒，454.21 g、73.93 g·mL-1，9 880.96 kg·hm-2。各覆膜處理的穗粗、穗長、行粒數(shù)無顯著性差異；穗質(zhì)量在234.44～339.31 g，BM>HM>CK，較CK分別增加質(zhì)量104.87、57.24 g；千粒質(zhì)量在379.28～454.21 g，BM>HM>CK，較CK分別增加質(zhì)量74.93、13.21 g；容質(zhì)量在63.09～73.93 g·mL-1，BM>HM>CK，較CK分別增加質(zhì)量10.84、8.50 g·mL-1；籽粒產(chǎn)量在8 907.76～9 880.96 g，BM>HM>CK，較CK分別增產(chǎn)10.93%、5.08%。

表3 不同顏色地膜對產(chǎn)量構(gòu)成因素的比較

3 結(jié)論與討論

人們習慣稱地膜在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用為“白色革命”，對世界農(nóng)業(yè)的發(fā)展起到了巨大的推動作用，尤其是在干旱、半干旱地區(qū)的旱作農(nóng)業(yè)中地膜覆蓋發(fā)揮了不可替代的作用。通過覆膜可以提高土壤溫度與土壤含水量來促進春玉米的生長發(fā)育，還可以減少春玉米本身水分含量的蒸發(fā)，從而顯著提高春玉米的產(chǎn)量和水分利用效率。任新茂等[12]研究表明，覆膜平均產(chǎn)量和水分利用效率較不覆膜分別提高52.79%和60.55%。本試驗研究表明：覆膜處理均能提高籽粒產(chǎn)量及水溫利用效率，白色膜比黑色膜、對照籽粒產(chǎn)量分別提高10.93%、5.08%，水溫利用效率分別提高16.39%、9.55%和11.31%、5.50%。

玉米作為典型的喜溫作物，對低溫的耐受程度較低，即使1 ℃的溫度差異也會影響玉米的生長發(fā)育。李興等[13]研究表明，覆膜處理在苗期和拔節(jié)期的增溫效果顯著，在10 cm和20 cm處增溫最顯著，達2.5 ℃。本試驗研究表明，白色地膜有利于提高春玉米生育前期0～20 cm土壤溫度。肖繼兵等[14]研究表明，地膜覆蓋有利于提高土壤0～60 cm土層水分含量，改善玉米生長的水分生長，促進植物生長。本試驗研究表明，黑色地膜有利于提高春玉米生育前期0～100 cm土壤含水量。主要是因為黑色地膜在陽光照射下，本身增溫快、濕度高，但是轉(zhuǎn)化給土壤的熱量較少，因此增溫作用不如白色地膜，且黑色膜幾乎不透光，水分散失較慢，故保墑能力高于白膜。

黑色膜、白色膜均能提高土壤含水量、土壤溫度、產(chǎn)量及水溫利用效率，但白色膜生育期耗水量較少，且有利于提高春玉米生育后期土壤含水量，為下季作物提供較高的底墑；寒旱區(qū)早春溫度較低，而白色膜有利于提高春玉米前期的土壤溫度，促進出苗，有利于培育壯苗，且白色膜的籽粒產(chǎn)量及水溫利用效率優(yōu)于黑色膜和對照，因此，在寒旱區(qū)應(yīng)推廣白色膜覆蓋栽培技術(shù)。