旱地春玉米不同覆膜方式土壤水分变化及产量分析

黄成秀，贾小琴，岳高峰，马春英

(甘肃省临夏州气象局，甘肃 临夏 731100)



旱地春玉米不同覆膜方式土壤水分变化及产量分析

黄成秀，贾小琴，岳高峰，马春英

(甘肃省临夏州气象局，甘肃 临夏 731100)

针对临夏州旱作农业区水资源不足、降水季节分布不均、玉米播种期春旱严重等问题，开展了旱地玉米半覆膜地、全膜双垄地(秋覆膜、顶凌覆膜、播前覆膜)0～50cm土壤水分变化的试验，结果表明：秋覆膜优于顶凌覆膜、播前全覆膜和半覆膜。因此，秋覆膜、顶凌覆膜双垄沟播技术是干旱区充分利用秋、冬季降水资源解决春旱难题的有效途径，更是旱地玉米稳产高产的有力保障。

旱作农业；玉米；覆膜方式；土壤水分；产量

临夏州地处甘肃省东南部，年均降水量为273.7～592.7mm，蒸发量1066.2～1665.7mm，日照时数2360.6～2571.1h。属干旱半干旱区，降水稀少，气候干燥，蒸发强烈，春季干旱少雨，是典型的旱作雨养农业区、干旱与水资源短缺是制约临夏州旱地农业可持续发展的主要影响因子，也是农业生产的主要气候、环境胁迫因子[1-2]。由于水资源短缺，严重制约了该地区经济发展和农业生产力的提高。因此，从解决水的问题着手，变无效降水为有效，充分利用有限的降水资源，提高作物对降水的利用效率是旱作农业发展的根本出发点。2010年冬、春季连旱使临夏州旱地玉米无法正常下种，到4月20日才出现第一场透雨；2011年春旱严重，到5月9日才出现第一场透雨；2012年冬、春连旱严重，到4月30日才出现第一场透雨；2013年2月18日至4月18日，连续近2个月无降水，尤其进入3月份，气温特高，降水特少，日照偏多，田间蒸发加大，对农田土壤保墒非常不利，冬春季连旱给当地玉米的播种及出苗造成了极大的影响，多数农田只有大面积补种玉米或其他作物。大力提倡全膜双垄沟播地秋覆膜、顶凌覆膜技术是抢墒保墒，有效阻止春季土壤水分的蒸发，提高地温的有效途径。2014年本研究进行了4种不同覆盖方式旱地玉米种植试验，通过比较不同覆膜方式对旱地玉米产量的影响，可以看出干旱对秋覆膜和顶凌覆膜的玉米播种未造成大的影响，降低了冬春季降水偏少带来的不利影响，本试验旨在探讨临夏州旱地玉米的抗旱减灾技术，为进一步明确旱地秋覆膜、顶凌全膜双垄沟播玉米的增产原因，以及为玉米增产提供科技支撑。

1　材料与方法

1.1试验地概况

试验田设在临夏市枹罕镇罗家堡小寨村四社，面积0.20hm2,土壤质地：0～30cm为轻壤土、40～50cm为壤土，肥力水平中上等，前茬作物为玉米。历年玉米生长期积温在2803.0～2891.0 ℃·d之间，日照时数为1042.4～1283.4h，降水量为306.6～428.8mm。玉米全生育期间统一按照《农业气象观测规范》中玉米作物的规定观测，观测项目为玉米生育期、生长状况和产量。

1.2试验材料

试验种植玉米选用高产、优质、多抗、耐密的杂交新品种金凯3号。覆膜厚度均为0.008mm，半膜地用幅宽80cm的地膜覆盖，全膜双垄地用幅宽120cm的膜覆盖，4种覆膜方式的播种日期均为4月6日，用穴播机播种，每穴播籽1～2粒，间隔25cm，播深5～8cm。

1.3试验方法

试验设4个处理2次重复，共8个小区，每个小区面积约0.025hm2。2次重复求均值作为一次土壤湿度测量值。对照(CK)为半膜覆盖地，用80cm宽的地膜覆盖，每隔4m压土腰带，净膜70cm，膜间留50cm的空隙，在膜内播种；3种全膜覆盖双垄沟播地处理：M1为秋覆膜、M2为顶凌覆膜、M3为播前覆膜，用120cm宽的地膜，每带起宽40cm、高15～20cm的小垄和宽80cm、高15～20cm的大垄，两垄中间为播种沟。边起垄边覆膜，膜与膜之间不留空隙，相接处留在大垄中间，用土压住地膜，覆完第一幅膜后，将第二幅膜的一边与第一幅膜在大垄中间相接，从下一大垄垄侧取土压实，以此类推，覆完全田，每隔1～2m压土腰带。按株距为30cm在垄沟播种。前茬作物玉米收获后进行旋地深松耕,施农家肥98.6t/hm2，覆膜打垄时将磷肥187.5kg/hm2、钾肥375.0kg/hm2作底肥一次性施入，在覆盖地膜1周左右，地膜与地面贴紧后，垄沟内每隔50cm处打一直径3mm的渗水孔以便降水入渗。

1.4试验方法

土壤水分用人工测土烘干称重法测定。在播种、出苗、7叶期、拔节期、大喇叭口期、抽雄期、吐丝期、乳熟期、成熟期，分别在各小区固定位置膜内取土，深度分别为10、20、30、40、50cm，共5个层次，每个处理取3次重复的平均值，测定土壤重量含水率、相对湿度。

2　结果与分析

2.1不同覆膜方式及特点

旱地玉米全膜覆盖双垄沟栽培是通过改变地表微地形，集膜面集雨、覆盖抑蒸、垄沟种植三大技术于一体，减少了地表水分蒸发，保水保墒效果最佳。与传统覆膜相比，在覆盖方式上由半膜覆盖变为全膜覆盖，在种植方式上由平铺穴播变为沟垄种植，在覆盖时间上由播种时覆膜变为秋覆膜和顶凌覆膜，具有集雨、保墒、保温、抗灾、抑制杂草等效果，实现大旱之年农业不减产、农民不减收，使广大农民群众看到了全膜双垄沟播技术带来的巨大抗旱增收的潜力，也坚定了农民发展旱作农业、推广这一技术的信心。

2.1.1秋季覆膜前茬作物收获后，及时深耕耙地，在10月中下旬起垄覆膜。此时覆膜能够有效阻止秋、冬、春三季水分的无效蒸发，增加玉米根系集中分布区的土壤水分，最大限度地保墒蓄墒，但是地膜在田间保留时间长，要加强冬季管理，秸秆富余的地区可用秸秆覆盖护膜。

2.1.2顶凌覆膜早春3月上中旬，15cm土壤解冻时，起垄覆膜。此时覆膜可有效阻止春季水分的蒸发，把冬季降水在蒸发以前保留到土壤中，增加了播种期的土壤水分，保墒增温效果好，因此玉米的各生育时期都有所提前。

2.1.3播前覆膜播种前1周进行深耕耙地施肥起垄全覆膜，使地膜紧贴地面，松紧适度，膜边压入沟底，压土严实，避免透风，垄沟种植。

2.1.4半覆膜播种前3d内进行深耕耙地、施肥起垄覆膜，膜内种植。

2.2不同覆膜方式的土壤水分变化

2.2.1浅层土壤水分变化临夏州春季干旱少雨，第一场透雨出现在4月下旬至5月上旬，降水期与玉米播种、生长需水期错位，这对旱地春玉米的播种和苗期的影响极大。虽然玉米从萌发到出苗这一阶段需水较少，但这一时期对水分却最为敏感[3]，土壤墒情的好坏直接影响玉米的播种和出苗进程，大力推广地膜覆盖种植技术是旱作农业区创新增产的新途径。全膜覆盖垄沟种植的集雨作用是其他覆膜无法实现的，与半膜覆盖相比，它可将5mm以内的无效降雨通过地膜微孔(直径3mm)流入土壤，成为玉米生长的有效水分[4]，从而可有效缓解旱区降雨少、蒸发大的矛盾。从浅层测墒数据来看(图1)，玉米播种期0～10cm土壤的相对湿度半膜地比播前全覆膜地下降7个百分点，比顶凌覆膜地下降30个百分点，比秋覆膜地下降45个百分点。全膜双垄地玉米苗期个体长势明显好于半膜地，有利于7叶期蹲苗，且根系发达。土壤的相对湿度随植株个体的增大均呈下降趋势，主要是膜内植株消耗的土壤水分量增大所致。由于降水的时空分布不均，半覆膜地能被作物利用的降水占总降水量的60%～65%，而35%～40%的降水以地表径流和无效蒸发的方式损失掉[5]，因而提高自然降水利用效率是旱区作物稳产、高产的根本途径[6]。

2.2.2耕作层土壤水分变化耕作层土壤水分的变化趋势随着生育期的后移墒情差异较大。在10～20cm土层秋覆膜和顶凌覆膜的保墒效果最好，在玉米苗期-7叶期变化最大，抽雄-吐丝期变化最小。玉米生育期的土壤墒情变化对玉米的前期生长影响较大，10～20cm土壤的墒情是影响玉米播种和出苗的关键。土壤水分测定结果表明，各处理主要在播种期、出苗期、7叶期和乳熟期差异较明显，秋覆膜(M1)除抽雄期土壤贮水量接近其他覆膜方式外，其余时期均明显高于其他覆膜方式，其中播种时10～20cm土层的贮水量分别较M2、M3、CK高7、35、40个百分点，M2、M3分别较CK高33、5个百分点；7叶期10～20cm土层的各处理分别较CK高26、24、11个百分点(图2)。M1、M2、M3较高的贮水量为玉米的春季播种和出苗生长提供了较好的水分基础，有效解决了旱区在春季由于土壤干旱所导致玉米无法播种的难题，对玉米的前期生长非常有利。

图1　不同生育期0～10 cm土壤水分变化动态

图2　不同生育期10～20 cm土壤水分变化动态

2.2.3深层土壤水分变化从图3可知，各处理深层土壤的相对湿度播种期变化情况表现为：M1为105%,M2为98%,M3为65%,CK为61%，秋覆膜比顶凌覆膜地高7个百分点,比播前全覆地高40个百分点,比播前半覆膜地高44个百分点。由此可见，半膜覆盖虽然能起到保墒作用,但不能有效地蓄积微小降雨,起不到高效的增墒作用,而全膜双垄沟由于大小垄能充分利用微小降雨,使其下渗到作物根系周围,蓄存于土壤水库之中,增加膜下墒情[7],改善了农田的水分供给状况,提高了玉米生产的水分满足率和对水分的利用效率；同时全膜双垄沟秋覆膜降低了秋、冬、春季土壤水分的无效蒸发,提高了作物有效耗水比(蒸腾/蒸发)[8]。无论是全覆膜还是半覆膜地，随着生育时期的后延，40～50cm土壤平均含水量(出苗期-吐丝期)总体呈前高后低的持续下降趋势。从测墒数据来看，降水时期，M1、M2、M3、CK处理的膜内土壤水分变化状况根据降水量的大小从40～50cm土壤的相对湿度是依次递减的，降水量级大，渗入全膜内的水分就多，增墒明显，全覆膜地要比半覆膜地土壤相对湿度增加26～37个百分点。

图3　不同生育期40～50 cm土壤水分变化动态

2.3生长关键期不同覆膜方式对土壤水分的影响

临夏州70%以上的耕地是山旱地，田间蒸发量可占到同期降水量的60%～80%。在干旱和半干旱地区，裸地和种植作物地的年耗水量基本相同，再加上降水的年变率和季节变率较大，作物产量低而不稳定便成为必然[9]。因此，改善传统的生产方式，发展覆膜种植技术以提高作物的产量与品质。但是遇到冬、春季干旱年份，半膜覆盖和播前全膜覆盖方式就显现出了其不足之处，而秋覆膜和顶凌膜覆种植技术可以充分接纳和利用自然降水，最大限度地保蓄土壤水分，使地面蒸发降到最低，能有效减轻干旱对玉米适期播种和出苗的不利影响。显著提高玉米产量、降水利用率和土壤水分利用效率[10-11]。从各处理不同生长期的土壤含水量看出(表1)，秋覆膜覆盖得早，将秋、冬、春三季水分全部保留到土壤中，播种期土壤的含水量比顶凌覆膜地高4.0个百分点；比播前全覆膜地高11.1个百分点，比半覆膜地高11.6个百分点，且地温比M3、CK升高得早，玉米生长最快，M3次之，CK最低。主要是由于全地膜覆盖增温效应明显，玉米生育期间土壤水分含量的增加，都对玉米增产起到了很大的作用。

2.4不同覆盖方式对玉米农艺性状及产量的影响

从表2可以看出，在4种覆膜方式中，M1的玉米各农艺性状都比M2、M3和CK的高，而秃尖长比M2、M3和CK的短。由于M1处理充分利用了土壤水分，植株整个生育期间都处于水分较为饱和的状态，生长发育均比M2、M3和CK处理好。地膜覆盖度和覆膜时间对玉米株高、茎粗、穗长和穗粗均呈现出增高的趋势,而且在相同覆膜方式下,覆膜越早，玉米各农艺性状越高,且趋于稳定增长的时间早于其他处理[12-13]。玉米生长的各关键时期水肥充足，长势旺盛，株高、茎粗、穗长、穗粗、秃尖长、株籽粒重、百粒重等农艺性状表现好，因此产量最高，M2和M3次之，相比CK的农艺性状和产量差异较大。结果显示，秋覆膜极大地增加了降水利用率和水分利用效率,玉米产量为13365.0kg/hm2,水分利用效率43.8kg/(hm2·mm)；顶凌覆膜处理的产量为12427.5kg/hm2,水分利用效率36.01kg/(hm2·mm),播前覆膜处理的产量为11361.0kg/hm2,水分利用效率23.10kg/(hm2·mm),半覆膜处理的产量为9157.5kg/hm2,水分利用效率13.23kg/(hm2·mm)。相对于CK处理，M1、M2、M3分别增产45.9%、35.7%、24.1%。所以M1和M2处理能显著提高玉米的农艺性状及产量,尤其M1处理的增产效果更加显著,是解决临夏州旱作农业区干旱问题的有效方法。

表1　玉米生长关键期不同覆膜方式0～50 cm土壤含水量比较 %

表2　不同覆盖方式的主要农艺性状比较

3　结论

全膜双垄沟播技术在干旱和半干旱农业区降水高效利用方面取得了重大突破。秋覆膜和顶凌覆膜避免了秋、冬、早春休闲期土壤水分的无效蒸发，减轻了风蚀和水蚀，土壤保墒增墒效果显著[14-16]。通过改变覆膜和种植方式来实现农作物节水生产，扩大雨水集流面积，使各种形式的降雨通过垄面的富集汇入垄沟中，并渗入玉米根部，最大限度地蓄集了自然降水，提高了水分的利用率，有效解决了当地春旱造成的玉米播种和出苗难的问题，抗旱增产效果明显。

秋覆膜、顶凌覆膜实现了旱作农业区对有限降水资源的高效利用和土壤水分的自然调节及抗旱增产、增效的统一[17]，是干旱、半干旱地区玉米高效种植的技术关键，不仅具有明显的保墒效果，更重要的是实现了对自然降水的时空调节，达到秋雨春用，高效利用了有限的水资源的目的，通过土壤水库对自然降水的调节，对冬、春季降水偏少的玉米种植区要调整并及早覆膜，从而实现农业抗旱增产保丰收。

在4种覆膜方式中，以秋覆膜、顶凌覆膜的抗旱保墒效果最佳，土壤相对湿度更利于春玉米正常播种和生长，产量较高，播前覆膜次之，半覆膜地则较低。秋覆膜对旱地玉米的保墒效果随生育进程的推进而发生变化，从玉米播种一直延续到拔节期的保墒效应明显，这为玉米的高产创造了有利条件。各地应积极推广秋覆膜和顶凌覆膜，在降雨量250～450mm的区域以秋覆膜为主，但应解决好秋季施肥、冬季管护等问题；在降雨量450～550mm的区域应以顶凌覆膜为主，这样抗旱保墒效果最佳，同时也提高了积温，扩大了玉米及中晚熟品种的种植区域[18-19]。

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(责任编辑：曾小军)

SoilMoistureChangesandYieldofSpringMaizeinDrylandunderDifferentMulchingModes

HUANGCheng-xiu,JIAXiao-qin,YUEGao-feng,MAChun-ying

(MeteorologicalAdministrationofLinxiaStateinGansuProvince,Linxia731100,China)

Aimingattheproblemsofwaterresourcesshortage,unevenseasonaldistributionofrainfall,andseverespringdroughtatmaizesowingstageindryfarmingregionofLinxiastateinGansuprovince,theauthorcarriedoutthetestsforthechangesin0～50-cm-deepsoilmoistureinmaizedrylandwhichwashalfcoveredorfullycoveredwithfilm.Theresultsshowedthattheautumnfullmulchingwassuperiortothetopfullmulching,thepre-sowingfullmulching,andthehalfmulching.Thus,thetechniqueofdouble-furrowsowingwithautumnfullmulchingortopfullmulchingwasaneffectiveapproachtosufficientlyutilizeautumnandwinterrainfallresourcestosolvethespringdroughtproblemsindryfarmingregion,andalsowasthepowerfulguaranteeforthestableandhighyieldofspringmaizeindryland.

Dryfarming;Maize;Mulchingmode;Soilmoisture;Yield

2016-04-20

黄成秀(1964─)，女，甘肃临夏人，工程师，主要从事农业气象观测及农业气象研究。

S513

A

1001-8581(2016)08-0036-05