不同覆蓋材料對(duì)土壤性狀及玉米前期生長(zhǎng)的影響

李榮, 侯賢清*, 樊小勇, 孫亞寧, 劉紅勛, 孟旭庭, 饒?zhí)扃?/p>

(寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院,銀川750021)

摘要為探討不同覆蓋材料對(duì)寧夏旱作區(qū)土壤性狀及玉米前期生長(zhǎng)的影響,通過(guò)覆蓋白色地膜、黑色地膜、麻地膜和秸稈4種材料,以裸地為對(duì)照,分析不同覆蓋材料對(duì)土壤水溫、養(yǎng)分狀況及玉米前期生長(zhǎng)的影響。研究結(jié)果表明：玉米苗期至大喇叭口期,白色地膜和黑色地膜處理0～10 cm土層土壤溫度較對(duì)照顯著增高1.3 ℃和2.2 ℃,而秸稈和麻地膜處理略低于對(duì)照;麻地膜和秸稈處理對(duì)玉米生育前期0～20 cm土層土壤水分的保水保墑效果顯著,較對(duì)照分別提高38.1%和34.4%,白色地膜和黑色地膜次之。在麻地膜、秸稈處理下0～20 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)、速效氮、速效磷含量均顯著高于對(duì)照,而速效鉀含量均顯著低于對(duì)照,白色地膜和黑色地膜處理與對(duì)照相比差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。玉米生育前期,麻地膜、秸稈處理分別比對(duì)照提前7 d和8 d進(jìn)入大喇叭口期。麻地膜、秸稈處理玉米前期株高及地上部生物量顯著高于對(duì)照,而白色地膜和黑色地膜處理與對(duì)照相比差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義?？梢?jiàn),采用麻地膜和秸稈覆蓋,具有較好的降溫和保水保墑效果,土壤養(yǎng)分含量明顯增加,顯著促進(jìn)了玉米前期的生長(zhǎng)。

關(guān)鍵詞旱作區(qū); 覆蓋材料; 土壤水溫; 土壤養(yǎng)分; 玉米生長(zhǎng)

中圖分類(lèi)號(hào)S 318文獻(xiàn)標(biāo)志碼A

基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金(31460161;31460123)；國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)前期專(zhuān)項(xiàng)項(xiàng)目(2012CB723206)；寧夏自然科學(xué)基金(NZ14006)。

收稿日期(Received):2014-06-16;接受日期(Accepted):2014-11-28；網(wǎng)絡(luò)出版日期(Published online):2015-05-19

Effect of different mulching materials on soil properties and growth in the early stage of maize. Journal of ZhejiangUniversity(Agric. & LifeSci.), 2015,41(3)：331-339

Li Rong, Hou Xianqing*, Fan Xiaoyong, Sun Ya’ning, Liu Hongxun, Meng Xuting, Rao Tianqi (SchoolofAgriculture,NingxiaUniversity,Yinchuan750021,China)

SummaryIn order to investigate the effect of different mulching materials on soil properties and growth of maize in the early stage, a pot experiment was conducted in dry-farming areas of Ningxia to determine the effects of different mulching materials on soil temperature, soil water, nutrient status and growth of maize in the early stage. Different mulching material treatments of our pot experiment were introduced, which included white plastic film, black plastic film, bast fiber film, and maize straw. A flat plot without mulch was used as a control.

Our study results showed that, from seedling stage to the large bell stage of maize, the average temperature in 10 cm depth soil layer of white film and black film treatments was 1.3 ℃ and 2.2 ℃ significantly higher than that of control, respectively. In contrast, the temperature of soil mulched with maize straw or bast fiber film slightly dropped compared with the control.

In the early growth stage of maize, the maize straw and bast fiber film treatments have the best effect on water conservation: The soil water storage (0-20 cm) were 38.1% and 34.4% significantly higher than that of the control, respectively, followed by the white and black plastic film treatments.

The bast fiber film and straw treatments significantly increased the soil organic matter content, available nitrogen content, and available phosphorus content at 0-20 cm compared with the control. However, the available potassium content of the bast fiber film and maize straw treatments was slightly lower than the control.

Under the treatments of fiber film and straw, the large bell stage of maize was 7 and 8 days earlier than that of control, respectively. The bast fiber film and straw treatments promoted the growth in the early stage of maize, and the biomass and plant height of maize under the two treatments were significantly higher than that of the control.

Taken together, the bast fiber film and maize straw treatments not only significantly decreased the soil temperature, but also increased soil water and nutrient contents, thereby promoting the early stage growth of maize.

Key wordsdry-farming areas; mulching materials; soil water and temperature; soil nutrient; maize growth

農(nóng)田覆蓋可以改善農(nóng)田小氣候,具有保護(hù)土壤結(jié)構(gòu)、抗御水蝕風(fēng)蝕、保墑蓄水、調(diào)節(jié)土溫、抑制雜草生長(zhǎng)等作用,因而受到普遍重視,應(yīng)用面積不斷擴(kuò)大[1]。塑料地膜因其明顯的增溫保墑效果,在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。地膜種類(lèi)有很多種,但目前應(yīng)用最廣的有白色地膜、黑色地膜,黑色地膜增溫效應(yīng)低于白色地膜而略高于露地栽培,可利用它來(lái)進(jìn)行藥用植物優(yōu)質(zhì)、速生生產(chǎn),而且其除草效果、保水性、保肥性等明顯好于白色地膜[2]。然而由于普通塑料地膜難以在自然條件下降解,其殘膜回收困難,長(zhǎng)期大量使用會(huì)影響作物根系生長(zhǎng)及對(duì)水分和養(yǎng)分的吸收,會(huì)造成嚴(yán)重的土壤“白色污染”,破壞農(nóng)田生態(tài)環(huán)境[3-5]。因此,開(kāi)發(fā)利用環(huán)保型可降解地膜是解決“白色污染”的有效途徑之一。

近年來(lái),環(huán)保型覆蓋材料的發(fā)展和使用已受到廣泛關(guān)注[6]。秸稈覆蓋可減少地表徑流、增加降水入滲和抑制土壤蒸發(fā),同時(shí)低溫時(shí)有“增溫效應(yīng)”,高溫時(shí)有“降溫效應(yīng)”，這種雙重效應(yīng)對(duì)作物生長(zhǎng)十分有利[7-8],大部分地區(qū)在推廣應(yīng)用塑料地膜的同時(shí),也推廣應(yīng)用了秸稈覆蓋。中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院麻類(lèi)研究所在廣泛深入調(diào)查研究的基礎(chǔ)上,以麻類(lèi)纖維為主要材料研制出的新型可降解麻地膜,具有可降解、保溫、增產(chǎn)等多方面優(yōu)點(diǎn)[9-10],用它取代塑料地膜,可以充分利用地膜增產(chǎn)作用的同時(shí)又消除塑料地膜帶來(lái)的農(nóng)田地力下降和環(huán)境污染,具有極大的應(yīng)用前景。

目前,有關(guān)降解材料的研究主要集中于原材料組成、降解性能及單獨(dú)某種可降解地膜和普通地膜的差異,對(duì)不同類(lèi)型可降解膜和普通地膜進(jìn)行綜合比較的研究較少。另外,可降解膜由于其基本構(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[11-12]。本研究選用普通白色地膜、黑色地膜、麻地膜和秸稈4種材料,以裸地為對(duì)照,設(shè)置盆栽試驗(yàn),研究不同覆蓋材料對(duì)土壤性狀及玉米前期生長(zhǎng)的影響,以期為旱地覆蓋節(jié)水栽培的研究和環(huán)保型覆蓋材料的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)區(qū)概況

盆栽試驗(yàn)于2013年5月至2014年3月以春玉米為供試作物在寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院實(shí)訓(xùn)基地進(jìn)行。試驗(yàn)區(qū)位于銀川西夏區(qū),西夏區(qū)地處銀川平原西部、賀蘭山東麓,平均海拔1 100～1 200 m,年蒸發(fā)量達(dá)1 583.2 mm,年均降水量約200 mm,年日照時(shí)間2 898～3 040 h,年平均氣溫8.4 ℃,晝夜溫差大,積溫高,無(wú)霜期達(dá)124～177 d,屬中溫帶干旱氣候。該區(qū)土壤疏松,主要以風(fēng)沙土和灰鈣土為主,通過(guò)寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)中心測(cè)定可知,耕層0～20 cm土壤理化狀況：土壤體積質(zhì)量為1.34 g/cm3,有機(jī)質(zhì)含量為4.80 g/kg,速效氮為27.65 mg/kg,速效磷為120.18 mg/kg,速效鉀為86.06 mg/kg,pH值為8.32,屬低等肥力水平。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)白色地膜、黑色地膜、麻地膜、玉米秸稈和對(duì)照5個(gè)處理,5次重復(fù),共計(jì)25盆,隨機(jī)設(shè)計(jì),露天放置。5月20日裝盆,試驗(yàn)用盆為內(nèi)口徑30 cm、內(nèi)深 25 cm、內(nèi)底直徑20 cm的塑料花盆,每盆裝風(fēng)干土15 kg(含水量2.1%)。5月23日施肥,每盆施10 g過(guò)磷酸鈣(含有效P量8.7%),35 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的硝酸銨(含N量34.2%)溶液,施肥后每盆澆水2 kg,同時(shí)進(jìn)行覆蓋處理,其中玉米秸稈覆蓋厚度為2 cm。玉米供試品種為先玉335,于6月1日播種,每盆3穴,每穴3粒;出苗后及時(shí)定苗,每盆留3株;試驗(yàn)至8月中旬,玉米大喇叭口期結(jié)束。盆栽澆水采用卜玉山等[13]的盆栽試驗(yàn)方法。試驗(yàn)期間定時(shí)等量澆水,以保持一定的土壤濕度和淋溶程度,從玉米出苗后至大喇叭口期(6月18日至8月15日),每隔7日每盆澆水1 L,但沒(méi)有水分從盆底滲出。

1.3測(cè)定項(xiàng)目與方法

生育期記載：主要記載玉米出苗期、拔節(jié)期、大喇叭口期,以所有盆植株表現(xiàn)某生育特征作為進(jìn)入該生育時(shí)期的標(biāo)準(zhǔn)。

土壤水分：在玉米出苗至大喇叭口期,每重復(fù)區(qū)采用烘干法分別測(cè)定0～10 cm和10～20 cm土層土壤水分含量。土壤貯水量[14]：W=h×a×b×10,式中:W為土壤貯水量,mm;h為土層的深度,cm;a為土壤體積質(zhì)量,g/cm3;b為土壤水分含量,%。耗水量[15]：ETa=P+I-ΔW,式中:ETa為耗水量,mm;P為計(jì)算時(shí)段內(nèi)降水量,mm;I為計(jì)算時(shí)段內(nèi)補(bǔ)水量,mm;ΔW為計(jì)算時(shí)段內(nèi)土壤貯水量的變化,mm.土壤貯水量及耗水量均以0～20 cm土層含水量計(jì)算。

土壤溫度：在盆中間放置地溫計(jì),從播種到大喇叭口期(6月18日、6月29日、7月15日、7月22日、8月15日)，測(cè)定時(shí)間8:00、12:00和20:00，測(cè)10 cm土層土壤的溫度,每重復(fù)3次取平均值。

土壤養(yǎng)分含量：在大喇叭口期,去掉覆蓋物,將盆栽土按0～10 cm和10～20 cm土層取樣測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)、速效氮、速效磷和速效鉀含量。測(cè)定方法[16]：重鉻酸鉀-濃硫酸外加熱法測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)含量;堿解擴(kuò)散法測(cè)定土壤速效氮含量;碳酸氫鈉浸提法測(cè)定土壤速效磷含量;醋酸銨浸提火焰光度法測(cè)定土壤速效鉀含量。

株高和生物量：在玉米出苗、拔節(jié)、大喇叭口期分別測(cè)定其株高,每重復(fù)測(cè)3株,共15株;在大喇叭口期分別測(cè)定玉米地上部和地下部生物量。

1.4數(shù)據(jù)處理

用Excel 2003作圖,采用SAS 8.0分析軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2結(jié)果與分析

2.1不同覆蓋材料對(duì)10 cm土層土壤溫度的影響

玉米生育前期各處理耕層10 cm土壤平均溫度見(jiàn)表1。在苗期(6月18日)由于作物覆蓋不同材料,各處理對(duì)土壤溫度的影響差異較大。白色地膜和黑色地膜處理的10 cm土層平均溫度分別較對(duì)照顯著增高0.8 ℃和0.9 ℃,而麻地膜、秸稈處理則較對(duì)照顯著降低0.9 ℃和2.1 ℃;玉米拔節(jié)期(7月15日),不同覆蓋材料對(duì)土壤溫度均有所降低,白色地膜和黑色地膜處理的10 cm土層平均溫度分別較對(duì)照明顯增高0.9 ℃和2.8 ℃,而秸稈、麻地膜處理卻略低于對(duì)照;7月22日,各處理10 cm土層土壤平均溫度降至最低,白色地膜和黑色地膜處理10 cm土層平均溫度略高于對(duì)照,而秸稈、麻地膜處理明顯低于對(duì)照1.2 ℃和1.7 ℃;大喇叭口期(8月15日)，不同覆蓋處理10 cm土層土壤溫度得到明顯回升,白色地膜和黑色地膜處理土壤溫度較對(duì)照顯著增高3.7 ℃和4.1 ℃,麻地膜處理略低于對(duì)照,而秸稈處理顯著低于對(duì)照1.1 ℃。

表1　玉米生育前期不同覆蓋材料在10 cm土層土壤平均溫度

同列數(shù)據(jù)后的不同小寫(xiě)字母表示在P<0.05水平差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

Values within a column followed by different lowercase letters show significantly different at the 0.05 probability level.

從玉米前期10 cm土層土壤平均溫度來(lái)看,各處理土壤溫度順序現(xiàn)為黑色地膜>白色地膜>對(duì)照>麻地膜>秸稈。試驗(yàn)中黑色地膜和白色地膜處理能顯著提高土壤溫度，且兩者間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,分別較對(duì)照顯著增高1.3 ℃和2.2 ℃,而秸稈處理使土壤溫度顯著降低,較對(duì)照顯著降低1.1 ℃,麻地膜處理土壤溫度略低于對(duì)照,但差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義.

2.2不同覆蓋材料對(duì)土壤水分動(dòng)態(tài)變化的影響

由于不同覆蓋材料保蓄水分的能力差異,導(dǎo)致其土壤水分的收支狀況各異,加之作物不同生育時(shí)期土壤溫度、蒸發(fā)強(qiáng)度和作物耗水量不同,對(duì)土壤水分的動(dòng)態(tài)變化存在著明顯差異。不同深度土壤水分含量隨時(shí)間的變化均呈“下降—增加”的趨勢(shì)(圖1)。在不同覆蓋材料下土壤水分含量隨土層深度增加而下降,表明土壤水分都有向表層聚集的現(xiàn)象。不同覆蓋材料對(duì)0～20 cm土層土壤均有良好的保墑作用。在玉米出苗至大喇叭口期,不同覆蓋材料0～10 cm土層土壤平均水分含量均顯著高于對(duì)照,麻地膜和秸稈處理分別較對(duì)照顯著提高36.8%和33.9%,白色地膜和黑色地膜處理較對(duì)照提高14.4%和16.9%;10～20 cm土層麻地膜和秸稈處理分別較對(duì)照顯著提高39.3%和34.9%,白色地膜和黑色地膜處理較對(duì)照提高19.2%和19.9%?？梢?jiàn),在玉米生育前期,覆蓋麻地膜和秸稈能抑制土壤蒸發(fā),保水保墑效果顯著,從而促進(jìn)玉米的生長(zhǎng),為中后期積累更多干物質(zhì)提供了良好的水分條件。

柱狀圖上的不同小寫(xiě)字母表示在P<0.05水平差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義. Different lowercase letters above the histogram indicate statistically significant differences at the 0.05 probability level. 圖1　不同覆蓋材料對(duì)土壤水分變化的影響 Fig.1　Effect of different mulching materials on soil moisture

2.3不同覆蓋材料對(duì)作物耗水量的影響

覆蓋材料能夠改變土壤的水分狀況,從而影響作物的生長(zhǎng)、各生育階段的耗水量。0～20 cm土層土壤水分隨生育期推進(jìn)而下降與玉米生長(zhǎng)期間耗水量增加相吻合,從玉米苗期開(kāi)始,隨著玉米的生長(zhǎng),耗水量增大,到玉米快速生長(zhǎng)期,在不同覆蓋材料下土壤水分逐漸降低。結(jié)果(圖2)表明,不同覆蓋材料對(duì)玉米生長(zhǎng)前期各生育階段耗水量存在明顯差異。苗期至拔節(jié)期(6月18日至7月15日)玉米植株較小,水分消耗主要以土壤的無(wú)效蒸發(fā)為主,各覆蓋處理均明顯抑制了土壤棵間蒸發(fā)為主的農(nóng)田蒸散,其中麻地膜和秸稈處理的抑蒸效應(yīng)最為顯著。麻地膜和秸稈處理該時(shí)期平均耗水量分別較對(duì)照顯著減少12.4%和12.0%,白色地膜和黑色地膜處理次之。拔節(jié)至大喇叭口期(7月15日至8月15日),玉米進(jìn)入快速生長(zhǎng)期,農(nóng)田蒸散轉(zhuǎn)變?yōu)橐宰魑镎趄v為主的水分消耗,各覆蓋處理作物耗水量均顯著高于對(duì)照。麻地膜和秸稈處理耗水量分別較對(duì)照顯著增加14.2%和12.5%;白色地膜和黑色地膜處理耗水量分別較對(duì)照顯著增加6.2%和6.5%。

2.4不同覆蓋材料對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

由表2可知,在不同覆蓋材料下0～20 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)含量均較對(duì)照有所增加,且隨土層的加深而降低。麻地膜和秸稈處理下土壤有機(jī)質(zhì)含量均顯著高于對(duì)照,而黑色地膜和白色地膜處理略低于對(duì)照,但與對(duì)照相比差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。麻地膜和秸稈處理0～10 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)含量分別顯著高于對(duì)照34.0%和25.4%;10～20 cm土層秸稈處理有機(jī)質(zhì)含量較對(duì)照增加15.7%。土壤速效氮含量的變化與土壤有機(jī)質(zhì)變化一致。0～20 cm土層土壤速效氮含量以麻地膜和秸稈處理最高,0～10 cm土層土壤速效氮分別較對(duì)照增加36.6%和38.2%;各覆蓋處理10～20 cm土層土壤速效氮含量均高于對(duì)照,且以秸稈處理最為顯著,秸稈處理較對(duì)照增加36.8%,其他覆蓋處理與對(duì)照相比差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

柱狀圖上的不同小寫(xiě)字母表示在P<0.05水平差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義. Different lowercase letters above the histogram indicate statistically significant differences at the 0.05 probability level. 圖2　不同覆蓋材料對(duì)玉米生育前期階段耗水量的影響 Fig.2　Effect of different mulching materials on stage water consumption in the early stage of maize

處理Treatments有機(jī)質(zhì)Soilorganicmatter/(g/kg)0～10cm10～20cm速效氮Availablenitrogen/(mg/kg)0～10cm10～20cm速效磷Availablephosphorus/(mg/kg)0～10cm10～20cm速效鉀Availablepotassium/(mg/kg)0～10cm10～20cm白色地膜Whitefilm5.07b4.71b26.9ab21.35b154.3b35.83c82.24b78.73b黑色地膜Blackfilm5.02b4.66b27.35ab22.78b140.29b38.75c87.75b77.73b麻地膜Bastfiberfilm6.86a4.88b29.40a23.12b249.27a71.40b70.21b67.70b秸稈Straw6.32a5.32a29.75a26.09a282.51a74.87a71.71b71.21b對(duì)照CK5.12b4.60b21.53b19.95b173.90b41.75c107.8a103.79a

土壤速效磷是衡量土壤供磷能力的重要指標(biāo)(表2).在麻地膜和秸稈處理下土壤速效磷含量均顯著高于對(duì)照,而黑色地膜和白色地膜處理略低于對(duì)照,但差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。秸稈處理在0～10 cm土層土壤速效磷含量最高,較對(duì)照顯著增加62.5%;其次為麻地膜處理,較對(duì)照顯著提高43.3%;黑色地膜和白色地膜處理土壤速效磷含量均低于對(duì)照,但差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。在麻地膜和秸稈處理下10～20 cm土層土壤速效磷含量均顯著高于對(duì)照71.0%和79.3%,而黑色地膜和白色地膜處理略低于對(duì)照。土壤速效鉀的含量決定當(dāng)季植物的鉀營(yíng)養(yǎng)水平。不同覆蓋材料0～20 cm土層土壤速效鉀含量均顯著低于對(duì)照,以麻地膜和秸稈處理最為顯著,而不同覆蓋處理間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。在麻地膜、秸稈、黑色地膜和白色地膜處理下0～10 cm土層土壤速效鉀含量分別較對(duì)照降低38.8%、33.5%、23.7%和18.6%。10～20 cm土層土壤分別較對(duì)照降低34.8%、31.4%、24.2%和25.1%。

2.5不同覆蓋材料對(duì)玉米生育進(jìn)程的影響

土壤溫度是影響玉米種子出苗的重要因子。由于玉米播種較晚,大氣溫度較高,麻地膜和秸稈處理通過(guò)降低玉米生長(zhǎng)前期的土壤溫度縮短出苗時(shí)間,而白色地膜、黑色地膜處理土壤溫度略高于對(duì)照,生育期進(jìn)程與對(duì)照相比差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(表3)。拔節(jié)期地溫表現(xiàn)為黑色地膜>白色地膜>對(duì)照>秸稈=麻地膜,受土壤溫度影響,秸稈、麻地膜處理玉米最早進(jìn)入拔節(jié)期,其次是黑色地膜和白色地膜處理。大喇叭口期,該生育時(shí)期秸稈和麻地膜處理下玉米長(zhǎng)勢(shì)明顯好于黑色地膜、白色地膜和對(duì)照,秸稈和麻地膜處理分別較對(duì)照提前7 d和8 d進(jìn)入大喇叭口期,其次是黑色地膜、白色地膜。整體來(lái)看,受拔節(jié)期和大喇叭口期土壤溫度的影響,不同覆蓋材料與對(duì)照相比明顯縮短玉米的生育進(jìn)程。

表3　不同覆蓋材料下玉米的生育進(jìn)程

2.6不同覆蓋材料對(duì)玉米株高及生物量的影響

由圖3可知,不同覆蓋材料對(duì)玉米前期生長(zhǎng)產(chǎn)生一定的影響。在拔節(jié)(7月15日)和大喇叭口期(8月15日),不同覆蓋材料對(duì)玉米株高生長(zhǎng)均顯著高于對(duì)照,但苗期(6月18日)各處理間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。拔節(jié)期和大喇叭口期,麻地膜和秸稈處理長(zhǎng)勢(shì)最好,分別較對(duì)照顯著增高54.2%和53.0%;而黑色地膜和白色地膜處理玉米株高分別較對(duì)照平均增加32.8%和29.6%,相比差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

不同覆蓋材料顯著影響玉米大喇叭口期生物量,麻地膜和秸稈處理下玉米地上部和地下部生物量均顯著高于對(duì)照,而黑色地膜和白色地膜處理下玉米生物量與對(duì)照相比差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。麻地膜和秸稈處理地上部生物量分別較對(duì)照增加95.3%和66.0%,地下部生物量分別較對(duì)照增加114.2%和74.6%。

柱狀圖上的不同小寫(xiě)字母表示在P<0.05水平差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義. Different lowercase letters above the histogram indicate statistically significant differences at the 0.05 probability level. 圖3　不同覆蓋材料對(duì)玉米株高及生物量的影響 Fig.3　Effect of different mulching materials on the biomass and plant height of maize

3討論

在太陽(yáng)輻射下不同覆蓋材料對(duì)土壤溫度有不同的影響[17]。王月福等[18]研究表明,覆蓋措施對(duì)土壤溫度有增溫作用,其表層增溫效果大于深層、生長(zhǎng)前期大于后期。Zhou等[19]的研究表明,覆蓋措施在作物生長(zhǎng)前期和旱季對(duì)土壤表層地溫調(diào)節(jié)效果明顯,玉米進(jìn)入抽穗吐絲期后,春玉米葉面積指數(shù)達(dá)到最大值后遮住地面,覆蓋處理與裸地對(duì)照的地溫差異變小甚至低于對(duì)照。王朝云等[9]報(bào)道,麻地膜覆蓋可增加土壤溫度,升溫平穩(wěn)不燒苗,具有良好的保墑效果。本研究結(jié)果表明,玉米苗期至大喇叭口期白色地膜和黑色地膜處理0～10 cm土層土壤溫度較對(duì)照顯著提高,而秸稈和麻地膜處理略低于對(duì)照。這與王朝云等[9]和方日?qǐng)虻萚20]的研究結(jié)果一致。

申麗霞等[21]認(rèn)為,與露地栽培相比,覆蓋處理可降解地膜使玉米三葉期至大喇叭口期0～40 cm的土壤水分明顯提高。本研究結(jié)果表明,麻地膜處理在玉米生育前期土壤水分含量顯著高于對(duì)照,秸稈處理有抑制無(wú)效蒸發(fā)的效果,可使0～20 cm土層土壤保持較高的貯水量。一方面由于在秸稈處理下土壤溫度較低,玉米生長(zhǎng)緩慢,耗水較少；另一方面覆蓋地膜雖能抑制土壤蒸發(fā),但補(bǔ)水過(guò)程中水分可能從膜的表面直接蒸發(fā),而不利于其接納與入滲[22]。本研究還發(fā)現(xiàn),在覆蓋處理下土壤水分有向表層(0～10 cm)聚集的現(xiàn)象,主要是由于覆蓋材料顯著的保水作用降低了表層土壤水分蒸發(fā),玉米生長(zhǎng)期作物根系消耗了根域土壤水分(10～20 cm)。這一結(jié)果與王喜慶等[23]的研究結(jié)果相一致。

卜玉山等[24]研究表明,塑料地膜覆蓋種植玉米可顯著降低土壤0～10 cm有機(jī)質(zhì)、20～30 cm速效磷和0～10 cm速效鉀含量,顯著增高10～20 cm速效氮含量;秸稈覆蓋種植玉米可顯著增加土壤0～20 cm有機(jī)質(zhì)、0～20 cm速效氮,0～10 cm速效磷和0～30 cm速效鉀含量。易永健等[25]研究表明,麻地膜覆蓋在一定程度下有提高土壤速效氮、磷和鉀含量的趨勢(shì),麻地膜覆蓋作物在生長(zhǎng)過(guò)程中吸收的營(yíng)養(yǎng)多于裸地對(duì)照,略低于塑料地膜覆蓋。本研究發(fā)現(xiàn),在麻地膜、秸稈處理下土壤有機(jī)質(zhì)、速效氮、速效磷含量均顯著高于對(duì)照,這主要由于麻地膜和秸稈具有顯著穩(wěn)溫保墑作用，促進(jìn)了土壤養(yǎng)分的釋放,對(duì)土壤速效氮、磷、鉀的補(bǔ)償能力較強(qiáng)。覆蓋麻地膜和秸稈可明顯增加土壤有機(jī)質(zhì)含量,而塑料地膜覆蓋土層土壤有機(jī)質(zhì)含量比裸地對(duì)照有所下降[13]。其原因一是富含有機(jī)物質(zhì)的麻地膜和半腐熟秸稈使0～10 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)含量明顯提高,二是補(bǔ)水下淋作用,使10～20 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)含量明顯增加,而塑料地膜覆蓋的增溫效果促進(jìn)了土壤有機(jī)質(zhì)礦化。麻地膜作為環(huán)保型覆蓋材料對(duì)玉米的生長(zhǎng)和培肥土壤雖有明顯的作用,但對(duì)作物生長(zhǎng)前期土壤保溫效果卻較差,麻地膜作為覆蓋材料在的生產(chǎn)工藝及覆蓋技術(shù)方面還有待進(jìn)一步研究。

不同覆蓋材料引起土壤微環(huán)境的變化必然會(huì)影響玉米的生育進(jìn)程,土壤水溫協(xié)同作用縮短了玉米的生育進(jìn)程,這在不同生產(chǎn)區(qū)域和土壤類(lèi)型下具有一致的效果[26]。張冬梅等[27]研究發(fā)現(xiàn),地膜覆蓋提高了土壤溫度,生育期明顯提前。付登強(qiáng)等[28]研究表明,麻地膜覆蓋可促進(jìn)種子發(fā)芽出苗,在麻地膜覆蓋下紅麻出苗比裸地對(duì)照提早1 d,比塑料地膜覆蓋晚1 d。本研究結(jié)果表明,玉米生育前期,不同覆蓋材料與對(duì)照相比明顯縮短了玉米的生育進(jìn)程,其中麻地膜、秸稈處理比裸地對(duì)照提前7 d和8 d進(jìn)入大喇叭口期,這與張冬梅等[27]和付登強(qiáng)等[28]的研究結(jié)果相似.

申麗霞等[21,29]研究認(rèn)為,降解地膜和普通地膜對(duì)土壤溫度和水分均有影響,玉米各時(shí)期株高和地上部生物量均明顯高于裸地對(duì)照。張杰等[30]研究發(fā)現(xiàn),壟覆地膜和生物降解膜處理均比傳統(tǒng)平作能顯著增加玉米株高、葉面積和生物量。付登強(qiáng)等[28]研究表明,麻地膜覆蓋條件下紅麻株高的生長(zhǎng)速度均快于裸地對(duì)照,與塑料地膜覆蓋相比株高增長(zhǎng)慢。而本研究表明,由于地表溫度較高,麻地膜、秸稈處理較好的降溫和保墑效果,顯著促進(jìn)玉米前期生長(zhǎng),使玉米前期株高及地上部生物量顯著高于對(duì)照。而白色地膜和黑色地膜處理在玉米生育進(jìn)程及地上部生物量方面差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,這可歸因于該處理下的土壤水溫狀況相似。

4結(jié)論

4.1覆蓋處理對(duì)玉米生長(zhǎng)前期土壤具有調(diào)節(jié)溫度的作用,白色地膜和黑色地膜處理0～10 cm土層土壤溫度較對(duì)照顯著提高,而秸稈和麻地膜處理略低于對(duì)照。在玉米生育前期,麻地膜和秸稈處理對(duì)0～20 cm土層土壤水分具有顯著的保墑作用,白色地膜和黑色地膜次之。

4.2在麻地膜、秸稈處理下土壤有機(jī)質(zhì)、速效氮、速效磷含量均顯著高于對(duì)照,而速效鉀含量顯著低于對(duì)照,白色地膜和黑色地膜處理與對(duì)照相比差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

4.3玉米生育前期,麻地膜、秸稈處理比對(duì)照提前7 d和8 d進(jìn)入大喇叭口期。麻地膜、秸稈處理使玉米前期株高及地上部生物量顯著高于對(duì)照,而白色地膜和黑色地膜處理在玉米生育進(jìn)程及地上部生物量方面與對(duì)照相比差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

以上所述,采用麻地膜和秸稈覆蓋,具有較好的降溫和保墑效果,土壤養(yǎng)分含量明顯增加,顯著促進(jìn)玉米前期生長(zhǎng)。

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*通信作者(Corresponding author):楊新國(guó),Tel:+86-951-2062169;E-mail:xinguoyang1976@163.com

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