王麗學(xué)+李振鵬+劉四平+杜俊鵬

摘要： 通過(guò)傳統(tǒng)耕作、生物炭翻耕覆蓋、地膜免耕覆蓋、地膜翻耕覆蓋、留茬覆蓋和條帶覆蓋6種處理方式，分析玉米在不同覆蓋方式處理下的土壤水溫差異。結(jié)果顯示：地膜覆蓋、秸稈覆蓋和生物炭處理均可提高土壤含水率，地膜覆蓋對(duì)淺層土壤含水率影響明顯，翻耕通過(guò)影響入滲率能有效增加深層土壤含水率?？瞄g蒸發(fā)量苗期大于拔節(jié)期，傳統(tǒng)耕作的蒸發(fā)量最大；隨著氣候的變化和植株的不斷生長(zhǎng)，苗期的不同處理影響因子對(duì)棵間蒸發(fā)量差異性的影響在減弱。地膜覆蓋可通過(guò)提高地溫明顯縮短出苗期，秸稈覆蓋可有效調(diào)節(jié)地溫，生物炭處理在苗期和拔節(jié)期對(duì)地溫的影響和傳統(tǒng)相比略有差異；隨著土壤深度的增加，不同處理下地溫都呈下降趨勢(shì)，且降幅逐漸減小。

關(guān)鍵詞： 覆蓋；地膜；秸稈；生物炭；土壤含水率；地溫；棵間蒸發(fā)

中圖分類號(hào)： S365；S513.04 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2016）03-0082-03

農(nóng)田覆蓋通過(guò)影響太陽(yáng)光能對(duì)地表的直接輻射以及土壤和大氣之間的水、氣、熱交換，直接影響著土壤的水、氣、熱狀況，進(jìn)而影響著土壤的生物活性和土壤有機(jī)質(zhì)的分解[1-3]。秸稈覆蓋作為一種強(qiáng)化土壤有機(jī)質(zhì)積累、調(diào)節(jié)土壤溫度和水分的農(nóng)藝措施已被廣泛應(yīng)用[4]。地膜在提高土壤溫度，保持土壤濕度，調(diào)節(jié)作物生長(zhǎng)季節(jié)，提高產(chǎn)量等方面同樣有積極作用[5]。研究還發(fā)現(xiàn)，生物炭分子表面積大，具有空隙結(jié)構(gòu)，能蓄水保墑，并能提高土壤化學(xué)（如養(yǎng)分保持、養(yǎng)分穩(wěn)定性等）、土壤物理（如體積質(zhì)量、田間持水量、滲透性）和生物特性[6]。這3種不同的覆蓋方式在一定耕作條件下均有利于作物生長(zhǎng)，關(guān)于不同覆蓋方式對(duì)土壤水溫的影響機(jī)理及隨玉米不同生長(zhǎng)期產(chǎn)生的差別，前人的研究很少將三者放在一起做橫向分析。本研究通過(guò)試驗(yàn)主要分析遼沈地區(qū)玉米在不同覆蓋方式處理下的土壤水溫差異，以期為東北旱地農(nóng)業(yè)玉米生長(zhǎng)所需水溫條件的研究提供相應(yīng)的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

本試驗(yàn)于2014—2015年在沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)水利學(xué)院的綜合試驗(yàn)基地進(jìn)行。該試驗(yàn)基地位于遼寧省沈陽(yáng)市沈河區(qū) （41°44′N，123°27′E），平均海拔44.7 m，屬旱作農(nóng)業(yè)區(qū)。農(nóng)業(yè)用水以天然降水為主要來(lái)源，年降水量400～500 mm，降水主要集中在7、8、9月。該區(qū)土壤主要為草甸土，平均土壤容重為1.37 g/cm3。年平均氣溫為8 ℃，全年無(wú)霜期160～185 d。

1.2 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試作物為玉米沈禾118，2015年5月3日開(kāi)始播種。每試驗(yàn)小區(qū)面積2 m×3 m，行株距0.5 m×0.4 m，播種32株。本試驗(yàn)設(shè)6個(gè)處理：傳統(tǒng)耕作、生物炭翻耕覆蓋、地膜免耕覆蓋、地膜翻耕覆蓋、留茬覆蓋、條帶覆蓋，每個(gè)處理設(shè)3次重復(fù)，詳見(jiàn)表1。

1.3 測(cè)定方法

采用TDR（時(shí)域反射儀）測(cè)定0～60 cm土層土壤含水率，每10 cm為1層，每5 d測(cè)定1次；每日09：00用感量為 0.1 g 的電子秤稱量自制蒸發(fā)器（內(nèi)筒為高15 cm，直徑 10 cm 的鍍鋅鐵皮制成，外筒緊裹內(nèi)筒且不做筒底，內(nèi)筒筒底留有縫隙）質(zhì)量來(lái)測(cè)棵間蒸發(fā)量；把直角地溫計(jì)插進(jìn)5、10、15、20、25 cm 深的土壤中，每日10：00讀取各組地溫計(jì)的度數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同覆蓋方式對(duì)土壤水分的影響

土壤含水量不僅受降雨入滲、大氣濕度、光照度、地表徑流等多種自然因素的影響，還受覆蓋物、覆蓋量、耕作方式等人為因素的影響，后者可直接導(dǎo)致土壤對(duì)降水入滲和存蓄以及作物對(duì)水分的吸收效率發(fā)生改變。由表2可見(jiàn)，玉米苗期土壤含水率隨著土壤深度的增加呈整體增加趨勢(shì)，表現(xiàn)為PFT>PFZT>LZST>SZT>BCT>TF，其中0～30 cm土層含水率增幅較大，均在8.47%以上，TF處理10～20 cm增幅最高為 11.55%，40～60 cm增幅則相對(duì)較為緩慢，基本維持在0.5%～5.01%，這是由于在土壤淺層，大氣流動(dòng)、水分循環(huán)等較為劇烈，表層蒸發(fā)量越大土壤水分增幅越大，這與盧彩云等的研究結(jié)果[7]一致。苗期土壤含水量主要受降雨量、蒸發(fā)量、根系吸收量等綜合影響，在降雨量一致的條件下，蒸發(fā)量的不同直接導(dǎo)致了含水量的差異。PFT、PFZT、LZST、SZT較TF在10 cm、20 cm土層土壤含水率分別提高11.63%、1071%、8.30%、6.00%和10.84%、10.33%、7.10%、508%，平均土壤含水率分別提高10.77%、7.12%、6.08%、4.70%，這主要是由于覆蓋能減少蒸發(fā)量。對(duì)于PFT和PFZT，由于地膜的不透性，直接阻礙了大氣流動(dòng)，有效降低了蒸發(fā)量，這與杜社妮等的研究結(jié)果[8]一致。LZST和SZT雖然也有一定效果，但是不及PFT和PFZT。由于BCT當(dāng)中含有大量的細(xì)小炭顆粒，降雨入滲過(guò)程中能有效存儲(chǔ)一部分水分，因此蓄水效果要優(yōu)于TF，但是翻耕疏松了土層，擴(kuò)大了土壤間的空隙，加大了蒸發(fā)速率，在土壤淺層較LSZT和SZT而言效果不佳。BCT較PFZT和LSZT而言，在0～40 cm土層含水率差值呈“增大—減小”趨勢(shì)，直至60 cm土層含水率BCT已經(jīng)優(yōu)于PFZT和LSZT，這主要是由于細(xì)小炭顆粒能有效延遲入滲時(shí)間，翻耕增大了土壤孔隙度，兩者并用使得深層土壤含水率前者高于后兩者。LSZT土壤含水率整體大于SZT，這主要是由于留茬保持了土壤原有的結(jié)構(gòu)，有效降低了蒸發(fā)，結(jié)合秸稈覆蓋在不同程度上能截留部分水分。PFT優(yōu)于PFZT，不同土層土壤含水率差值整體呈增大趨勢(shì)，10～60 cm分別為022、0.14、0.61、1.01、1.63、2.90百分點(diǎn)，表明翻耕增大了入滲率。

2.2 不同覆蓋方式下玉米苗期和拔節(jié)期棵間蒸發(fā)的比較分析

通過(guò)對(duì)玉米苗期和拔節(jié)期蒸發(fā)器的稱質(zhì)量，直接測(cè)得日蒸發(fā)量，將數(shù)據(jù)采取加權(quán)平均方法處理，結(jié)果見(jiàn)圖1。

顯然，各個(gè)處理下蒸發(fā)量苗期均高于拔節(jié)期。受氣候的影響，降雨不斷增多，溫度雖有升高，但強(qiáng)烈光照不足，且隨著植株的生長(zhǎng)，葉面積不斷擴(kuò)大，同時(shí)阻擋了一部分陽(yáng)光照射，棵間蒸發(fā)量為TF>BCT>SZT>LSZT>PFT>PFZT，TF始終最高，BCT、SZT、LSZT次之，PFT、PFZT最低。疏松土壤不利于土壤淺層水分的保持，從BCT>SZT>LSZT可看出。秸稈覆蓋能避免一部分陽(yáng)光照射，降雨后能蓄存少量水分，在一定程度上減少了棵間蒸發(fā)量；由于LSZT留茬較好地保持了土壤的結(jié)構(gòu)，在秸稈覆蓋量相等的條件下對(duì)比SZT棵間蒸發(fā)量略低。PFT和PFZT的地膜覆蓋雖然能使地溫升高，但是降低了地表通透性，有效降低了大氣的流通，因此降低了棵間蒸發(fā)量。對(duì)比TF，苗期和拔節(jié)期BCT、SZT、LSZT、PFT、PFZT分別降低了3.72%、7.02%、7.85%、9.50%、11.98%和3.65%、6.77%、8.33%、11.98%、15.10%，較耕作方式而言，不同覆蓋物對(duì)棵間蒸發(fā)量的影響更大，其中地膜比較明顯。進(jìn)入拔節(jié)期，TF、BCT、SZT、LSZT、PFT、PFZT棵間蒸發(fā)量對(duì)比苗期均有所下降，降幅分別為20.66%、20.60%、20.44%、21.08%、22.83%、23.47%，其中在苗期對(duì)棵間蒸發(fā)量影響較大的PFT、PFZT處理降幅最大，說(shuō)明隨著氣候的變化和植株的不斷生長(zhǎng)，苗期的不同處理影響因子對(duì)棵間蒸發(fā)量差異性的影響在減弱。

2.3 不同覆蓋方式對(duì)地溫的影響

區(qū)域溫度很難人工控制，但通過(guò)覆蓋、秸稈還田等方式可以改變農(nóng)田微生境的地溫，從而影響作物生長(zhǎng)[9]。從玉米苗期開(kāi)始至拔節(jié)期結(jié)束，地溫變化如圖2所示，PFT、PFZT溫度明顯高于其他處理，對(duì)比TF，苗期和拔節(jié)期溫度分別高出 4.6～6.5 ℃ 和1.3～4.2 ℃，這是由于地膜能截留太陽(yáng)直射的部分熱量，使得地表溫度顯著升高；隨著植株進(jìn)入拔節(jié)期，葉面積不斷擴(kuò)大，影響逐漸降低。相反，在高溫下，LSZT、SZT溫度均低于TF，這是因?yàn)榻斩捀采w在地表，可以遮擋一部分陽(yáng)光并吸收一些熱量，對(duì)比TF，苗期和拔節(jié)期溫度分別低0.7～1.8 ℃ 和1.5～3.2 ℃，這是因?yàn)殡S著秸稈的不斷腐化，秸稈與地表的空隙越來(lái)越小，遮光能力越來(lái)越強(qiáng)，這與李成軍等的研究結(jié)果[10]一致。BCT較TF在苗期略高且拔節(jié)期略低，上下浮動(dòng)在0.3～0.9 ℃，這是由于將生物炭拌到土壤中，增大了土壤孔隙率，苗期太陽(yáng)直射地表而溫度升高；當(dāng)植株進(jìn)入拔節(jié)期，由于生物炭的表面積和總孔隙體積較大，可以吸收部分熱量，使得溫度又略低于TF。從玉米苗期開(kāi)始至拔節(jié)期結(jié)束，LSZT、SZT曲線顯示了較好的平滑度，說(shuō)明秸稈覆蓋可以有效調(diào)節(jié)地溫。

由圖3可知，各個(gè)處理隨著土壤深度的增加地溫都呈下降趨勢(shì)，且降幅逐漸減小。5～10 cm均達(dá)到最大，BCT降幅最大可達(dá)21.67%，20～25 cm降幅均最小，TF降幅最低為 3.60%，說(shuō)明不同的覆蓋方式對(duì)0～15 cm地溫的影響較大。PFT、PTZT在0～25 cm地溫均高于TF，隨著土壤深度的增加增幅分別為7.34、7.34、4.17、3.00、2.83 ℃和 6.67、7.84、567、5.67、4.83 ℃，增幅整體呈下降趨勢(shì)，因此地膜覆蓋對(duì)于地溫的影響隨著土壤深度的增加逐漸減弱。BCT同TF相比沒(méi)有PFT、PFZT增溫明顯，說(shuō)明生物炭對(duì)地溫的影響沒(méi)有地膜覆蓋明顯。BCT在0～15 cm地溫均高于TF，這是由于翻耕增大了土壤孔隙率，導(dǎo)致吸收更多的熱量，而LSZT、SZT對(duì)比TF偏低，這是由于秸稈覆蓋遮擋和吸收了部分熱量。

3 結(jié)論

玉米苗期不同覆蓋方式對(duì)土壤含水率影響較大，地膜覆蓋可顯著提高地溫和淺層土壤含水率。翻耕增大了土壤間隙，天氣干燥時(shí)不利于表層土壤水分的保持，但對(duì)降雨的入滲有利，生物炭處理的土壤含水率與秸稈覆蓋相差不明顯。隨著玉米進(jìn)入拔節(jié)期，植株的葉面積在增大，不同處理對(duì)地溫及棵間蒸發(fā)的影響減弱，這主要是氣候和太陽(yáng)直射影響發(fā)生了變化。

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