崔云玲 張立勤 唐文雪 楊蕊菊 湯瑩

摘要：為探明不同覆蓋材料對(duì)滴灌水肥一體化條件下玉米產(chǎn)量和土壤水分分布的影響，以普通PE地膜和裸地為對(duì)照，分析全生物降解膜、加厚PE地膜、玉米秸稈等3種材料覆蓋下對(duì)玉米產(chǎn)量和水分的影響。結(jié)果表明，玉米秸稈、加厚PE地膜和生物降解膜覆蓋后玉米產(chǎn)量為13 114.5～13 708.5 kg/hm2，較普通PE地膜增產(chǎn)1.4%～6.0%；水分利用效率為24.17～25.11 kg/（mm·hm2），較普通PE地膜提高2.3%～3.8%。產(chǎn)值與效益均高于普通PE地膜，均以玉米秸稈處理最高，分別為38 383.8、24 283.8元/hm2；生物降解膜次之，分別為37 674.0、21 624.0元/hm2；加厚PE 地膜排第3，分別為36 720.6、21 570.6元/hm2。收獲后覆蓋處理土壤水分均呈典型的“雙峰”曲線，上層含水量高于下層，對(duì)深層土壤水分影響較大。在降水量低、蒸發(fā)量高的沿黃灌區(qū)，覆膜的主要作用是減蒸保水，用可生物降解的環(huán)保型降解地膜、易回收型的加厚PE地膜或固炭培肥型的秸稈替代普通PE膜可行。

關(guān)鍵詞：滴灌；覆蓋材料；玉米；產(chǎn)量效益；水分利用效率；土壤水分分布

中圖分類號(hào)：S513? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2097-2172（2024）01-0057-06

doi：10.3969/j.issn.2097-2172.2024.01.010

Effects of Mulching Materials on Maize Yields， Economic Benefits and

Soil Moisture Distribution under Drip Irrigation

CUI Yunling， ZHANG Liqin， TANG Wenxue， YANG Ruiju， TANG Ying

（Institute of Soil， Fertilizer and Water-saving Agriculture， Gansu Academy of Agricultural Sciences， Lanzhou Gansu 730070， China）

Abstract： In order to explore the effects of mulching materials on maize growth， yield， economic benefits and soil moisture distribution under the integrated condition of drip irrigation， fully biodegradable film， thickened plastic film， and straw wereusedas the research objects and traditional bare land planting and ordinary PE film were used as a control to study the effects of different mulching materials onmaize yieldand soil moisture distribution. The results showed that yield and wateruse efficiency（WUE） of maize covered with straw， thickened PE film， and biodegradable film were 13 114.5 to 13 708.5 kg/ha and 24.17 to 25.11 kg/（mm·ha）， respectively which were 1.4 to 6.0% and 2.3% to 3.8% higher than that of PE film， respectively. The output value andeconomic benefits of straw， thickened PE film， and biodegradable film covering were higher than those of PE film and bare land and peaked understraw cover （38 382.0 and 24 282.0 Yuan/ha， respectively）， and followed by biodegradable film （37 674.0 and 21624.0 Yuan/ha， respectively） and thickened PE film（36 718.5 and 21 568.5 Yuan/ha， respectively）. The soil moisture in the ground mulching treatment showed a typical 'bimodal' curve， and the deep soil moisture was lower than that bare land after harvesting. In irrigation areas along the Yellow River with low rainfall and high evaporation， the main function of mulching is to reduce evaporation and retain soil moisture. It is completely feasible to replace ordinary PE film with biodegradable and environmentally friendly degradable film， easily recyclable thickened PE film， or straw for carbon fixation and fertilization.

Key words： Drip irrigation; Mulching material; Maize; Yield and Economic benefit; Water use efficiency; Soil moisture distribution

沿黃干旱灌區(qū)年降水量約180 mm，而蒸發(fā)量在2 500 mm以上，蒸發(fā)量是降水量的10倍以上。降水量低且降水時(shí)空分布與玉米需水期嚴(yán)重錯(cuò)位，70%的降水集中在7 — 9月份。灌水和保持土壤水分是保證作物產(chǎn)量的重要措施。秸稈或地膜覆蓋地表是旱作農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中普遍應(yīng)用的保墑措施。秸稈覆蓋能夠增加土壤有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分含量、降低土壤容重、調(diào)節(jié)地表溫度、抑制雜草生長(zhǎng)，覆蓋秸稈后減少土壤水分散失，顯著提高作物水分利用效率［1 - 2 ］。魯向暉等［2 ］的研究表明，與不覆蓋相比，秸稈覆蓋可提高春玉米產(chǎn)量3.5%，水分利用效率16.5%。劉超等［3 ］的研究表明，秸稈覆蓋夏玉米增產(chǎn)潛力大，是一種值得推廣的玉米增產(chǎn)措施。

不少研究表明，地膜覆蓋能夠改善土壤微環(huán)境，貯水保墑，提高作物產(chǎn)量及水分、養(yǎng)分利用效率［4 - 8 ］。但也有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，地膜覆蓋并不一定會(huì)提高作物產(chǎn)量，如薛少平等［9 ］的研究表明，地膜覆蓋當(dāng)年具有明顯的增產(chǎn)效果，但次年作物產(chǎn)量即開始下降。李鳳民等［10 ］的研究也表明，地膜覆蓋后由于土壤水分和肥力消耗過大，在嚴(yán)重干旱年份會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)量顯著下降。張永濤等［11 ］的研究表明，地膜覆蓋顯著增加土壤貯水量30％，土壤蒸散量減少50%，降低水分虧缺15%以上，并能加快作物生育進(jìn)程，作物產(chǎn)量平均提高42.3%。但隨著地膜栽培的大面積使用，普通地膜覆蓋導(dǎo)致的環(huán)境污染問題日趨加重，可降解膜、加厚地膜和秸稈等新型覆蓋材料的開發(fā)與利用倍受廣大學(xué)者關(guān)注?？山到獾啬び捎谄浠緲?gòu)成成分、試驗(yàn)地氣候條件以及覆蓋方式的差異，其應(yīng)用效果不盡相同［12 - 13 ］。我們選用加厚PE地膜、全生物可降解膜、玉米秸稈3種覆蓋材料，結(jié)合前人的研究基礎(chǔ)，研究了秸稈、全生物可降解地膜和加厚PE地膜覆蓋對(duì)春玉米產(chǎn)量及水分利用的影響，以探討3種覆蓋材料替代普通地膜的可行性，以期解決該區(qū)域玉米田殘膜污染問題。

1? ?材料與方法

1.1? ?試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2022年4 — 10月在景泰條山農(nóng)場(chǎng)（103° 33′～104° 43′ E，36°43′～37° 38′ N，海拔1 610 m）實(shí)施。試驗(yàn)區(qū)域年均降水量185.6 mm，蒸發(fā)量2 860 mm，≥10 ℃的有效積溫3 038 ℃。通過黃河水提灌實(shí)施灌溉，作物需水高峰期輪灌周期長(zhǎng)，不能保證正常供水，滴灌是緩解供水矛盾、確保作物需水的重要措施。供試土壤為灌淤土，質(zhì)地砂壤。播前耕層土壤含有機(jī)質(zhì)12.8 g/kg、全氮0.97 g/kg、堿解氮65.3 mg/kg、有效磷30.5 mg/kg、速效鉀183.0 mg/kg，全鹽0.36 g/kg，pH 8.5。

1.2? ?試驗(yàn)材料

普通PE地膜，白色，幅寬70 cm，厚0.010 mm（甘肅濟(jì)洋塑料有限公司生產(chǎn)）；生物降解膜，黑色，幅寬70 cm，厚0.010 mm（蘭州鑫銀環(huán)橡膠制品有限公司生產(chǎn)）；加厚PE地膜，白色，膜寬70cm，厚0.015 mm（蘭州鑫銀環(huán)橡膠制品有限公司生產(chǎn)）。覆蓋用秸稈為上年收獲的玉米秸稈。指示玉米品種為皆豐1159。

1.3? ?試驗(yàn)方法

試驗(yàn)共設(shè)5個(gè)處理：（1）不覆膜（CK1）； （2）普通PE地膜（CK2）；（3）生物降解膜；（4）加厚PE地膜；（5）玉米秸稈，拔節(jié)期行間覆蓋。覆膜時(shí)間為播種前7 d（4月10日），膜下中間鋪1條滴灌帶。試驗(yàn)隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)，小區(qū)面積55 m2。采用滴灌水肥一體化栽培方式，寬窄行平作種植，帶幅100 cm（40 cm+60 cm），滴灌帶均在窄行鋪設(shè)（一膜一帶），行距50 cm、株距20 cm，密度10萬株/hm2。4月16日播種，播種后滴水灌溉450 m3/hm2。玉米生育期灌水量3 450～7 650 m3/hm2，自拔節(jié)期（6月初）開始滴灌，收獲前20 d（9月下旬）停止滴灌，滴灌頻率8～12 d/次，單次滴水量375～600 m3/hm2。通過滴灌系統(tǒng)施入N 300 kg/hm2，P2O5 120 kg/hm2。10月15日收獲。

1.4? ?測(cè)試項(xiàng)目及方法

1.4.1? ? 土壤水分? ? 分別在覆蓋前、收獲后采用烘干法測(cè)定0～100 cm土層土壤含水量。每小區(qū)沿斜線確定3個(gè)采樣點(diǎn)，在膜面正中取土樣，測(cè)定層次分別為0～10、10～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm，測(cè)定值加權(quán)平均。

土壤貯水量=土壤含水量×土壤容重×土層深度

土壤含水量=［（濕土質(zhì)量-烘干土質(zhì)量）/烘干土質(zhì)量］×100%

1.4.2? ? 農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量及水分利用效率? ? 玉米成熟后按小區(qū)測(cè)產(chǎn)，并隨機(jī)取10株調(diào)查農(nóng)藝性狀。采用水分平衡方程計(jì)算耗水量，并計(jì)算水分利用效率。

水分利用效率（WUE）=籽粒產(chǎn)量/耗水量

1.5? ?數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2007和SPSS17等統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2? ?結(jié)果與分析

2.1? ?不同覆蓋材料對(duì)玉米農(nóng)藝性狀的影響

在種植密度相同時(shí)，穗粒數(shù)和百粒重是影響玉米產(chǎn)量的主要因素。從表1可以看出，各覆蓋處理對(duì)玉米各農(nóng)藝性狀均有一定的影響。與CK1相比，在地膜覆蓋（加厚PE地膜、生物降解地膜）條件下，玉米的株高、穗位高均有所降低；穗長(zhǎng)、穗粒數(shù)和百粒重均有所增加，其中穗長(zhǎng)增加3.6%～5.4%，穗粒數(shù)增加8.1%～10.9%，百粒重增加0～9.0%，差異均不顯著；玉米秸稈條件下，玉米株高、穗位高、穗長(zhǎng)、穗粒數(shù)、百粒重分別增加14.8%、19.0%、5.4%、14.5%、9.0%，玉米秸稈處理的株高、穗位高、穗粒數(shù)均與CK1差異顯著。與CK2相比，加厚PE膜、生物降解膜各農(nóng)藝性狀變化不大；玉米秸稈處理的株高、穗位高、穗長(zhǎng)、穗粒數(shù)、百粒重分別增加22.8%、23.3%、1.7%、5.9%、5.1%，其中穗位高與CK2差異顯著，其余性狀與CK2差異不顯著。不同覆蓋材料處理下玉米綜合效應(yīng)表現(xiàn)為玉米秸稈 > 普通PE地膜（CK2） > 加厚PE地膜 > 生物降解膜 > 不覆膜（CK1）。覆膜后玉米株高、穗位高較不覆膜和玉米秸稈處理降低的主要原因可能是覆膜加快了玉米前期的生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)程所致，而后期的花粒期正值8月份高溫期，地膜的降溫作用反而不如露地和玉米秸稈，對(duì)玉米的后期生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生不利影響。

2.2? ?不同覆蓋材料對(duì)玉米產(chǎn)量和水分利用效率的影響

從表2可知，覆蓋栽培對(duì)玉米產(chǎn)量和水分利用效率均有影響。在地膜和玉米秸稈條件下，玉米產(chǎn)量為12 931.5～13 708.5 kg/hm2，較CK1增產(chǎn)1 572.5～2 349.0 kg/hm2，增幅13.8%～20.7%；水分利用效率為24.17～25.11 kg/（mm·hm2），較CK1提高7.7%～11.9%。與CK2相比，加厚PE地膜、生物降解地膜和玉米秸稈增產(chǎn)1.4%～6.0%，水分利用效率提高2.3%～3.8%。對(duì)產(chǎn)量進(jìn)行方差分析表明，加厚PE地膜、生物降解膜與CK1和CK2差異不顯著；玉米秸稈與CK2差異不顯著，與CK1差異達(dá)顯著水平。說明在降水量低，蒸發(fā)量高的沿黃灌區(qū)，覆蓋能夠起到增加產(chǎn)量、提升水分利用效率的作用。從產(chǎn)量和水分利用效率綜合考慮，不同覆蓋材料處理下玉米產(chǎn)量和水分利用效率均表現(xiàn)為玉米秸稈 > 生物降解膜 > 加厚PE地膜 > 普通PE地膜（CK2） > 不覆膜（CK1），但各覆蓋處理間差異均不顯著。可見，用可降解型的環(huán)保生物降解膜、易回收型的加厚PE膜或固炭培肥型的秸稈進(jìn)行覆蓋替代普通PE膜可行。

2.3? ?不同覆蓋材料對(duì)經(jīng)濟(jì)效益的影響

由表3可知，各處理在種子、化肥、農(nóng)藥、灌水、機(jī)耕等方面的投入相同，但總投入存在較大差異。各處理的總投入為生物降解膜 > 加厚PE地膜 > 普通PE地膜（CK2） > 玉米秸稈 > 不覆膜（CK1）。生物降解膜處理的投入最高，為16 050.0元/hm2；加厚PE地膜處理次之，為15 150.0元/ hm2；普通PE地膜處理居第3，為14 850.0元/hm2；玉米秸稈和不覆膜（CK1）處理較低，分別為14 100.0元/hm2和12 450.0元/hm2。生物降解地膜和加厚PE地膜的投入相對(duì)較高。

從表3還可以看出，各處理總產(chǎn)值、投入、純收入、產(chǎn)投比存在較大差異。產(chǎn)值、純收益由大到小依次為玉米秸稈、生物降解膜、加厚PE地膜、普通PE地膜（CK2）、不覆膜（CK1）。產(chǎn)值以玉米秸稈處理最高，為38 383.8元/hm2，較CK1增收6 577.2元/hm2，較CK2增收2 175.6元/ hm2；生物降解膜和加厚PE地膜較好，產(chǎn)值分別為? ?37 674.0、36 720.6元/hm2。純收益以玉米秸稈處理最高，為24 283.8元/hm2；生物降解膜和加厚PE地膜較好，分別為21 624.0、21 570.6元/hm2。產(chǎn)投比表現(xiàn)為玉米秸稈 > 不覆膜（CK1） > 普通PE地膜（CK2） > 加厚PE地膜 > 生物降解膜。在產(chǎn)量水平相當(dāng)?shù)那闆r下，純收益和產(chǎn)投比的高低與投入呈顯著負(fù)相關(guān)。綜合考慮不同處理的經(jīng)濟(jì)效益，以玉米秸稈處理最好，其次是加厚PE地膜處理，普通PE地膜（CK2）排第3，生物降解膜處理為第4。

2.4? ?不同覆蓋材料收獲后土壤水分分布的影響

土壤含水量直接反映出土壤水分的豐缺程度。有研究表明，膜下滴灌條件下0～40 cm土層玉米根質(zhì)量占總根質(zhì)量的80%以上［14 ］。從表4可知，與播種前相比，收獲后0～100 cm土層土壤貯水量表現(xiàn)為不覆蓋（CK1）處理增加12.9%，覆蓋各處理均表現(xiàn)為降低趨勢(shì)，降幅2.9%～13.1%。種植一茬作物后，不覆蓋處理更有利用土壤水分保蓄，較覆蓋處理土壤貯水量增加24.1～39.7 mm，提高16.3%～ 30.0%。耗水量表現(xiàn)為玉米秸稈 > 生物降解膜 > 普通PE地膜 > 加厚PE地膜 > 不覆膜，與水分利用效率表現(xiàn)完全一致。

從圖1可看出，不覆蓋（CK1）處理隨著土層深度的增加土壤水分呈持續(xù)增加的趨勢(shì)，其余處理均表現(xiàn)為先增加后降低再增加的趨勢(shì)。與不覆膜（CK1）相比，覆蓋后0～40 cm土層的土壤含水量增加0.57～1.53個(gè)百分點(diǎn)，增幅7.5%～16.3%，表現(xiàn)為與玉米主根系分布高度吻合。0～40 cm土層土壤平均含水量玉米秸稈 > 普通PE地膜 > 加厚PE地膜 > 生物降解膜 > 不覆膜；40～100 cm土層的土壤含水量均降低，其中40～80 m土層的土壤含水量下降明顯，同層次含水量下降2.02～6.26個(gè)百分點(diǎn)，降幅17.4%～45.6%，該土層土壤平均含水量表現(xiàn)為玉米秸稈 < 降解膜 < 普通PE地膜（CK2） < 加厚PE地膜 < 不覆膜（CK1），與耗水量和產(chǎn)量成反比，說明不同覆蓋措施主要通過提升該層次土壤水分至根層確保玉米對(duì)水分的利用，覆蓋各處理與CK1間差異均達(dá)顯著水平，但兩兩間差異均不顯著。與普通PE地膜（CK2）相比，玉米秸稈、加厚PE地膜和生物降解膜0～40 cm土層土壤含水量變化甚小，40～100 cm土層的土壤含水量差異較大，但各處理變化不盡一致，其中40～80 cm土層土壤含水量玉米秸稈和生物降解膜處理有所降低，印證了玉米秸稈、生物降解膜產(chǎn)量和水分利用效率提高的原因。

在生育期地面覆蓋后加大了對(duì)深層水分的利用，玉米產(chǎn)量與耗水量成正比，與土壤貯水量成反比。說明在玉米需水的高峰期外界供水不足或不能及時(shí)補(bǔ)充水分時(shí)，覆蓋可通過有效提升40～80 cm土層土壤水分向上層移動(dòng)來確保作物對(duì)水分的需求。因此覆蓋各處理收獲后土壤水分均呈現(xiàn)典型的“雙峰”曲線，對(duì)地下水補(bǔ)充量相對(duì)減少，是覆蓋種植技術(shù)的不利因素，應(yīng)采取措施進(jìn)行水分補(bǔ)充，以確保土壤水庫有一定的貯蓄量。這與匡恩俊等［21 ］研究結(jié)果有所不同。

3? ?討論與結(jié)論

地面覆蓋栽培通過改變農(nóng)田微環(huán)境進(jìn)而改善土壤水熱狀況，促進(jìn)協(xié)調(diào)作物生長(zhǎng)來提高產(chǎn)量。因增溫保水和增產(chǎn)增收效果顯著，普通PE地膜已在干旱區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中普遍應(yīng)用，但其長(zhǎng)期使用所帶來的土壤地膜殘留污染已引起廣泛關(guān)注。近年來，地膜減量或替代技術(shù)成為緩解“白色污染”的研究熱點(diǎn)，玉米秸稈、生物降解膜和加厚地膜是有望替代普通PE地膜的覆蓋材料。覆膜通過改善土壤水分、溫度、微生物活性等條件而影響作物生長(zhǎng)，進(jìn)而影響作物生育進(jìn)程和產(chǎn)量［15 - 17 ］；玉米秸稈能促進(jìn)土壤養(yǎng)分和水分的提高，調(diào)節(jié)土壤溫度，提高玉米產(chǎn)量和水分利用效率［18 - 20 ］；與普膜覆蓋相比，降解膜能夠提高玉米產(chǎn)量和水分利用效率［21 － 22 ］。與不覆膜相比，生物降解膜能夠顯著提高玉米產(chǎn)量［23 - 25 ］。在本研究中，生物降解膜、加厚PE地膜、玉米秸稈的效應(yīng)與普通地膜相當(dāng)，能加快玉米生育進(jìn)程、提高玉米產(chǎn)量，這與申麗霞等［26 ］研究一致。

沿黃灌區(qū)光溫資源豐富，在不影響玉米成熟的前提下，覆膜處理在中后期的主要作用是防止棵間蒸發(fā)，保持土壤水分。而秸稈覆蓋在有效解決土壤水分問題的同時(shí)保持了較低的土壤溫度，更有利于玉米的生長(zhǎng)發(fā)育。在中部沿黃灌區(qū)滴灌水肥一體化栽培條件下，覆蓋處理的玉米產(chǎn)量和水分利用效率均高于不覆膜的對(duì)照，與普通PE地膜相比，玉米秸稈、加厚PE地膜和生物降解膜覆蓋后玉米產(chǎn)量為13 114.5～13 708.5 kg/hm2，增產(chǎn)1.4%～6.0%；水分利用效率為24.17～25.11 kg/（mm·hm2），提升2.3%～3.8%。產(chǎn)值與效益均高于普通PE地膜和裸地，均以玉米秸稈處理最高，分別為38 382.0、24 282.0元/hm2；生物降解膜次之，分別為? 37 674.0、21 624.0元/hm2；加厚PE地膜排第3，分別為36 718.5、21 568.5元/hm2。玉米產(chǎn)量和水分利用效率由高到低依次均為玉米秸稈、生物降解膜、加厚PE地膜，產(chǎn)值與純收效表現(xiàn)相同。地面覆蓋處理收獲后土壤水分均呈現(xiàn)典型的“雙峰”曲線，0～60 cm土層的水分含量高于不覆蓋處理，而60～100 cm土層的水分含量低于不覆蓋處理。在降水量低、蒸發(fā)量高的沿黃灌區(qū)，地面覆蓋的主要作用是減蒸保水，用可生物降解的環(huán)保型降解膜、易回收型的加厚PE地膜或固炭培肥型的秸稈進(jìn)行覆蓋來替代普通PE地膜是可行的。如果不考慮生產(chǎn)成本，這3種覆蓋材料均可在一定程度上替代普通PE地膜，但從增碳增肥和環(huán)保角度考慮，在玉米拔節(jié)期行間進(jìn)行秸稈覆蓋，無論是保墑還是后期降低土溫均優(yōu)于覆膜處理，可以在該區(qū)域應(yīng)用。

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收稿日期：2023 - 11 - 23

基金項(xiàng)目：“十四五”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2022YFD1900204）；甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院區(qū)域創(chuàng)新項(xiàng)目（2023GAAS07）。

作者簡(jiǎn)介：崔云玲（1972 — ），女，甘肅永靖人，副研究員，主要從事植物營(yíng)養(yǎng)與土壤肥料方面的研究工作。Email： tfscyl@163.com。

通信作者：湯? ?瑩（1974 — ），男，甘肅臨夏人，副研究員，主要從事耕作栽培與養(yǎng)分資源利用方面的研究工作。Email： 344413975@qq.com。