全膜雙壟溝播帶狀秸稈還田模式對土壤溫度的影響

李利利　丁寧平　尚來貴

摘要：在田間全膜雙壟溝播膜下設(shè)置帶狀秸稈還田不同模式，研究玉米生育期內(nèi)土壤耕層溫度的變化規(guī)律。結(jié)果表明，在玉米非種植帶將5 cm長秸稈按3 750 kg/hm2深翻15 cm與土壤混勻后，土壤溫度日（8：00～20：00時(shí)）變化增溫速度最快，逐日變化幅度最高，相應(yīng)的0～25 cm土層溫度振幅最大。不同秸稈還田方式玉米生育期0～15 cm土層溫度日變化不同，苗期（5月13日）膜下秸稈還田0～15 cm土壤溫度隨著白天氣溫的升高快速增高，16：00時(shí)達(dá)最高峰，為26.8～28.9 ℃，持續(xù)2 h后迅速下降；拔節(jié)期（6月10）土壤溫度在16：00時(shí)達(dá)到最高，隨后緩慢下降。玉米生長后期不同處理0～15 cm土層溫度沒有差異。整個(gè)玉米生長期內(nèi)，土壤溫度的逐日變化表現(xiàn)出S型波動(dòng)。各處理0～25 cm土層溫度的振幅隨著土壤深度增加和生育期延后而減小。

關(guān)鍵詞：全膜雙壟溝播；膜下還田；土壤溫度；日變化；振幅

中圖分類號：S513 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1001-1463（2018）07-0072-05

doi：10.3969/j.issn.1001-1463.2018.07.022

秸稈還田是保護(hù)性耕作的核心內(nèi)容，在蓄水保墑、培肥土壤、提高產(chǎn)量、保護(hù)環(huán)境和節(jié)本增效方面效果明顯，對實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展意義重大，其中直接還田是目前秸稈還田的主要方式[1 - 6 ]。玉米種植田的休閑期有6個(gè)月左右，常規(guī)的深翻埋壓和覆蓋還田無法使秸稈完全腐解，會(huì)影響翌年作物的播種和生長。在隴東旱塬區(qū)推廣全膜雙壟溝播玉米栽培，在追求高產(chǎn)的同時(shí)勢必會(huì)加劇對土壤水分和養(yǎng)分的過度消耗，再加上常年玉米連作和化肥不合理施用，會(huì)造成土壤板結(jié)、肥力水平下降等問題[7 ]。為了保證玉米產(chǎn)量和甘肅玉米的可持續(xù)發(fā)展，針對這些可能存在的問題，提出了全膜雙壟溝播膜下帶狀秸稈還田技術(shù)模式。該模式是將秸稈呈帶狀還于非作物種植行間，上面覆膜。此模式將秸稈還田帶和種植帶進(jìn)行有效分離，避免了秸稈腐解期與作物生長期同時(shí)同位而造成的爭水、爭養(yǎng)分矛盾，同時(shí)因?yàn)楦材?，給還田秸稈提供了相對適宜的溫濕度環(huán)境，加快了秸稈腐解速度[8 - 9 ]。我們通過全膜雙壟溝播膜下帶狀秸稈還田方式，研究了旱作區(qū)玉米田土壤溫度的變化規(guī)律，以期為推動(dòng)玉米產(chǎn)業(yè)向循環(huán)、高效、低耗的可持續(xù)性方向發(fā)展提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

指示玉米品種為長城706，由甘肅省科學(xué)院提供。

1.2 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2014年3月在平?jīng)鍪修r(nóng)業(yè)科學(xué)院高平試驗(yàn)場實(shí)施，試驗(yàn)區(qū)地處北緯35° 16′，東經(jīng)107°30′，海拔1 254 m，年均氣溫8 ℃，年均蒸發(fā)量 1 384 mm，無霜期172 d，> 10 ℃的積溫2 800 ℃持續(xù)150 d，正常年份年降水量540 mm。有限的降水年度、季節(jié)分配不均，春旱嚴(yán)重，常影響作物正常出苗，有時(shí)甚至不能播種。每年4 — 5月是夏播作物生長需水的關(guān)鍵期，但降水少，不能滿足作物對水分需求。7 — 9月降水集中，達(dá)到全年降水的60%以上（圖1），又多以暴雨為主，地表徑流嚴(yán)重，自然降水不能被充分利用，屬甘肅省隴東地區(qū)典型的旱作農(nóng)業(yè)區(qū)。供試土壤為黑壚土類，肥力中等，前茬作物為玉米。

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組排列，共設(shè)6個(gè)處理（表1），3次重復(fù)，小區(qū)面積40 m2（8 m×5 m）。3月26日秸稈翻壓還田，秸稈還田全量3 750 kg/hm2、半量1 875 kg/hm2，春季結(jié)合整地一次性基施N 90 kg/hm2、P2O5 75 kg/hm2。試驗(yàn)于2014年4月20日左右播種，小區(qū)間距50 cm，每小區(qū)播種5壟10行，株距35 cm，密度57 000株/hm2。其余管理同大田。5月13日至9月2日，每隔7 d測定0～25 cm土層溫度，8：00～20：00時(shí)每2 h記錄1次，測定時(shí)將溫度計(jì)置于玉米非種植帶內(nèi)。

2 結(jié)果與分析

2.1 0～15 cm土層溫度日變化

由于地表溫度受自然條件的影響較大，而15 cm以下土壤溫度受地膜或秸稈覆蓋的影響較小，15 cm處的溫度變化可以客觀反映出全膜雙壟溝播玉米秸稈還田的影響，因此，本文以15 cm土壤溫度的變化來分析全膜雙壟溝播秸稈還田對土壤溫度日變化的影響。

從圖2可以看出，玉米生育期內(nèi)，隨著生育進(jìn)程，土壤溫度的日變化差異顯著。玉米生長初期（5月13日），當(dāng)白天溫度升高時(shí)，除處理2外，其余處理0～15 cm土層溫度快速增高。在16：00時(shí)出現(xiàn)最高峰，為26.8～28.9 ℃；持續(xù)2 h至18：00時(shí)后，土壤溫度開始下降；至20：00時(shí)土壤溫度稍高于14：00時(shí)。說明地膜和秸稈還田具有穩(wěn)定和緩沖土壤溫度變化的作用和一定的增溫效應(yīng)，早晨可以快速提高土壤表層溫度，在傍晚可以減緩?fù)寥罍囟冉档?，這與Li L L[10 ]、鄭華平[11 ]的研究結(jié)果相一致。其中0～15 cm土層溫度在測定時(shí)間段內(nèi)以處理4最高，處理2變化較其余處理幅度較小，在14：00時(shí)土壤溫度達(dá)到最大，為20.9 ℃，之后隨時(shí)間延后快速降低。

玉米生長進(jìn)入拔節(jié)期（6月10日），各處理0～15 cm土層溫度變化規(guī)律相似，隨著時(shí)間的延后至16：00時(shí)呈直線增加，之后緩慢下降。在8：00～12：00時(shí)的時(shí)間段內(nèi)各處理0～15 cm土層的溫度差異不明顯，12：00時(shí)以后處理2顯著低于其余處理。0～15 cm土層的溫度日變化增溫速度以處理4最快，最高值高于其余處理。

玉米生長期7月15日至9月9日，各處理間0～15 cm土層溫度沒有差異。7月15日后，0～15 cm土層溫度的日變化隨著時(shí)間的延后增幅緩慢，介于20～30 ℃，在16：00時(shí)達(dá)最高值。進(jìn)入8月份，隨著LAI（葉面積指數(shù)）的增大，玉米植株的遮蔽作用增大，覆膜和秸稈覆蓋對溫度的作用相應(yīng)減弱，表現(xiàn)為0～15 cm土層溫度8：00～18：00時(shí)時(shí)間段內(nèi)溫差沒有變化，土壤溫度介于18.2～20.2 ℃。

2.2 0～25 cm土層溫度變化

對玉米生長期（5月13日至9月9日）0～25 cm土層的溫度測定（圖3）發(fā)現(xiàn)，整個(gè)玉米生長期內(nèi)，土壤溫度逐日的變化表現(xiàn)出S型波動(dòng)。在5月中旬（5月13日）至5月下旬（5月27日）0～25 cm土層溫度快速增加，并且達(dá)到整個(gè)生育期的最高峰，這一階段主要是地膜和秸稈覆蓋雙重作用使土壤急劇增溫的過程。進(jìn)入6月中旬后，隨著氣溫逐漸增高，0～25 cm土層溫度又一次出現(xiàn)溫度高峰。7月初至8月上旬，隨著葉面積指數(shù)的增大，對地面的遮蔭作用增大，土壤溫度的逐日變化較平穩(wěn)。8月中旬之后，玉米逐漸衰老，土壤溫度的逐日變化隨著氣溫的變化而變化。其中0～5 cm土層溫度在玉米整個(gè)生育期內(nèi)逐日變化差異較大，處理4最高，處理2則最低。5～10、10～15 cm土層溫度在5月13日至8月5日逐日變化有差異，其中6月24日之前逐日變化差異顯著，之后差異不顯著。處理4變化幅度最高，處理2變化最低。

2.3 土壤溫度日較差變化

土層溫度的日較差是一日中土層溫度最高值與最低值之差。通過表2可以看出，0～25 cm土層各個(gè)處理的溫度日較差隨著土壤深度的增加呈減小趨勢。其中5月13日至6月17日，0～5 cm土層各處理溫度日較差最大，為4.1～13.6 ℃；5～10 cm土層各處理溫度日較差為3.2～10.5 ℃；10～15 cm土層各處理溫度日較差為2.1～7.4 ℃；15～20 cm土層各處理溫度日較差為1.2～7.2 ℃；20～25 cm土層各處理溫度日較差為0.6～5.4 ℃。玉米生長期進(jìn)入6月下旬，隨著LAI（葉面積指數(shù)）的增大，植株的遮蔽作用增大，全膜雙壟溝播秸稈還田及覆蓋對溫度的作用相應(yīng)減弱，各個(gè)處理的日較差較玉米生長前期顯著降低，日較差為0.3～5.9 ℃。玉米生育期內(nèi)，0～5、5～10、10～15 cm土層均以處理4較高，可能與秸稈的長度較長、還田量多且比較集中，在腐解過程中吸收更多水分、養(yǎng)分，微生物活動(dòng)釋放較多的熱量有關(guān)。

3 小結(jié)

田間觀察表明，在玉米生育前期（6月下旬）同日不同時(shí)段，0～15 cm土層溫度日變化、逐日變化差異顯著。其中在非種植帶內(nèi)將5 cm長秸稈 3 750 kg/hm2深翻15 cm與土壤混勻后，玉米灌漿期前，0～15 cm土層溫度日變化、逐日變化均較大，相應(yīng)的土壤溫度日較差較高。

全膜雙壟溝播膜下還田具有一定的“增溫效應(yīng)”。早晨可以提高土壤0～15 cm表層溫度，中午持續(xù)2 h高溫環(huán)境，傍晚可以減緩?fù)寥罍囟冉档?，?0：00時(shí)土壤溫度稍高于14：00時(shí)。整個(gè)玉米生長期內(nèi)，土壤溫度逐日的變化表現(xiàn)出S型波動(dòng)。5月13日至6月10日0～25 cm土層溫度快速增加，并且達(dá)到整個(gè)生育期的土壤溫度最高峰，各處理間土壤溫度逐日差異明顯，這一階段主要是地膜和秸稈覆蓋雙重作用使土壤急劇增溫的過程。隨著玉米葉面積指數(shù)增大，對地面的遮蔭作用增大，土壤溫度的逐日變化較平穩(wěn)。0～25 cm土層溫度日較差隨著土壤深度的增加和玉米生育期的延后而減小，0～5 cm土層各處理溫度日較差最大。5月13日至6月17日0～5、5～10、10～15、15～20、20～25 cm土層溫度日較差分別為4.1～13.6、3.2～10.5、2.1～7.4、1.2～7.2、0.6～5.4 ℃。盧秉林[9 ]在河西綠洲灌區(qū)的研究認(rèn)為，秸稈帶膜還田時(shí)對秸稈腐解影響最大的因子是還田層的溫度，其次是相對濕度和腐解時(shí)間；秸稈覆蓋帶膜還田處理還田層溫度的日較差達(dá)到10～48 ℃，較高的溫度環(huán)境不利于微生物的存活。在隴東旱塬區(qū)，全膜雙壟溝播膜下帶狀還田下土壤溫度的日較差小，有利于微生物的存活，可為秸稈腐解創(chuàng)造適宜的溫濕度條件。

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（本文責(zé)編：陳 偉）