全膜双垄沟播玉米土壤含水率和温度及杂草去除效应

漆永红，岳德成,2*，曹素芳，李敏权

(1.甘肃省农业科学院植物保护研究所，甘肃 兰州 730070；2.甘肃省平凉市农业科学研究院，甘肃 平凉 744000；3.甘肃省农业科学院林果花卉研究所，甘肃 兰州 730070； 4.甘肃省农业科学院，甘肃 兰州 730070)

全膜双垄沟播玉米土壤含水率和温度及杂草去除效应

漆永红1，岳德成1,2*，曹素芳3，李敏权4*

(1.甘肃省农业科学院植物保护研究所，甘肃 兰州 730070；2.甘肃省平凉市农业科学研究院，甘肃 平凉 744000；3.甘肃省农业科学院林果花卉研究所，甘肃 兰州 730070； 4.甘肃省农业科学院，甘肃 兰州 730070)

为了明确黑色地膜对全膜双垄沟播玉米土壤含水率、温度和杂草去除效应及玉米主要性状的影响，采用田间试验，研究了黑色地膜对全膜双垄沟播土壤含水率和温度及玉米主要经济性状的变化规律。结果表明，黑色地膜有提高土壤含水率的作用，不同土层含水率表现为80～100 cmgt;60～80 cmgt;0～20 cmgt;40～60 cmgt;20～40 cm；黑色和白色地膜覆盖下，各土层土壤含水率均呈单峰型消长动态，但黑膜的波动幅度均小于白膜。黑色地膜有降低土壤温度的作用，不同土层温度表现为10 cmgt;5 cmgt;15 cmgt;20 cmgt;25 cm；黑色和白色地膜覆盖下，各土层土壤温度均呈抛物线型消长动态，但黑膜的波动幅度均大于白色地膜。与白色地膜相比，全膜双垄沟玉米田覆盖的黑色地膜对阔叶杂草和禾本科杂草的株防效和鲜质量防效均达97%和99%以上，对玉米出苗率、成穗率、穗长、穗粗、秃顶等性状无明显影响，但对玉米株高、株高整齐度、生育期、产量有影响。黑色地膜不仅有助于提高土壤含水率、降低土壤温度和防除田间杂草，还对玉米的部分农艺性状有影响。

全膜双垄沟播；玉米；黑色地膜；土壤含水率和温度；田间杂草；玉米农艺性状

全膜双垄沟播技术集垄面集流、覆膜抑蒸、垄沟种植技术于一体，从根本上解决了自然降水的有效利用问题，实现了旱作农业的重大突破，为干旱半干旱地区粮食稳产与高产提供了强有力的技术保障。2010年以来，甘肃省年推广面积均在67万hm2以上，玉米(Zeamays)、马铃薯(Solanumtuberosum)等主栽作物增产幅度均达到30%以上，社会经济效益十分巨大[1]。农业部于2009年在庆阳市召开的北方旱作农业现场会议上，要求在北方15个省市区推广全膜双垄沟播技术，截止2011年，这项技术已在北方旱作区普遍应用，西北、东北、华北8省区已推广全膜双垄沟播技术33.3万hm2以上[2]。全膜双垄沟播栽培中地膜覆盖率达到100%，有效切断了土壤水分蒸发途径；大小垄面构成集水场，使降水有效聚集于播种沟膜面并沿播种孔下渗到土壤中，大幅度提高垄沟(播种沟)内土壤含水率，显著提高作物产量[3]。全膜双垄沟播栽培中选用适宜的地膜类型可达到显著增产增收的目的，目前可供选择的地膜类型较多，主要有普通白色膜、有色膜(黑色、绿色、蓝色、银灰色、红色、黑白双面色膜等)、专用膜(除草膜、防虫膜等)、降解膜等，其中普通白色地膜已被大面积应用于全膜双垄沟播栽培中，应用面积占全膜双垄沟播总面积95%以上，增产幅度30%左右，但膜下杂草危害严重，对全膜双垄沟播技术增产效应产生明显影响[4]。黑色地膜是在聚乙烯树脂中加入2%～3%炭黑制成的一种有色地膜类型，透光率在3%以下，但在增温、保墒、抑制杂草生长等方面具有独特的作用，日本等发达国家应用广泛，市场份额达到30%以上。中国在果树、马铃薯、食用菌、蔬菜等经济作物生产中有较广泛应用，但在全膜双垄沟播玉米栽培中应用较少[4]。杂草发生是杂草种群与周围环境因子相互作用的综合表现，影响杂草发生的环境因素错综复杂。前人的研究结果表明，气象因子是影响杂草发生的一个重要因子[5-7]，有关这方面的研究对象很多是农田杂草[8-9]和草坪杂草发生规律及防除效果[10-12]，但有关黑色地膜对全膜双垄沟播玉米田土壤温度和含水率的影响鲜见报道。为明确黑色地膜在全膜双垄沟播玉米栽培中的应用效果，于2011―2012年研究黑色地膜对全膜双垄沟播玉米田土壤温度和含水率及杂草防除的影响，旨在为全膜双垄沟播玉米生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1试验材料

黑、白色地膜规格均为120 cm×0.008 mm，由天水市天宝塑业公司生产；普通过磷酸钙P2O5的量为16%，由云南省红河州磷肥厂生产；尿素纯N量为46%，由中石油兰州石化公司化肥厂生产；玉米品种为沈单16号，由沈阳农业科学院育成；质量测定仪器为电子天平，型号PL402-L/00，由梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司制造。

1.2试验区自然概况及气象资料

试验在平凉市农业科学研究所试验农场进行，所在地区属大陆性季风气候，海拔1360 m。试验地块平整，土层深厚，黑垆土质，无灌溉条件，排水良好。根据当地气象部门资料统计，2011年4、5、6月平均气温分别为13.8、16.4和21.5 ℃，降水量累计分别为3.9、59.9和25.9 mm。

1.3试验设计

设2个处理，黑色地膜覆盖和白色地膜覆盖(CK)。各处理随机区组排列，重复3次，小区面积3.0 m×6.6 m=19.8 m2。

2011和2012年均安排同一试验。顶凌期(2011年3月16日、2012年3月26日)，依据全膜双垄沟播技术规范[13]和试验设计进行整地、施肥(N=230.4 kg/hm2、P2O5=120 kg/hm2)、起垄和覆膜；4月19日播种玉米，用点播器在垄沟内人工打孔点播，每孔3粒，播后用细湿土封孔，播种孔间距27.5 cm，定植时每孔选留1株，田间密度66000株/hm2；玉米大喇叭口期追肥1次(N=69 kg/hm2)，其他管理同大田。

2011年度试验区玉米成熟后，及时收获玉米并彻底清除田间秸秆，尽量保持原有膜面、垄面及小区完好；翌年4月中旬(2012年4月19日)，按原小区播种玉米，用点播器在残留根茬之间打孔点播，每孔3粒，播后用细湿土封孔，播种孔间距27.5 cm，定植时每孔选留1株，田间密度66000株/hm2；玉米大喇叭口期追肥1次(N=300 kg/hm2、P2O5=120 kg/hm2)，其他管理同大田。

1.4调查测定及数据处理

玉米定植前，每小区选取3行(隔2行取1行)，调查每行出苗株数，计算出苗率(C)；玉米小喇叭口期至大喇叭口期，每小区选取3行(隔2行取1行)，每行10株，测量每株高度(cm)并计算株高整齐度(Z)，其值越大，表示株高越整齐；玉米出苗后30和45 d 2次调查各小区杂草发生情况，每小区按对角线3点取样，每点1.1 m2，调查测定所有种类杂草的株数和鲜质量，计算株防效(P株)和鲜质量防效(P鲜质量)[14-15]；玉米成熟后，调查统计每小区双穗株数，计算双穗株率(W)，穗长(cm)为果穗底部到顶部的长度，穗粗(cm)为果穗中部的直径，秃顶长(cm)为果穗顶部未结果实部分的长度，穗粒数为整个果穗除去瘪粒之外的籽粒总数，500粒质量(g)为随机称取一个果穗的500粒果粒的重量，并按小区收获计产和考种。

C=(每行出苗株数/每行播种粒数)×100%
P株=[(对照区杂草株数-处理区杂草株数)/对照区杂草株数]×100%
P鲜质量=[(对照区杂草鲜质量-处理区杂草鲜质量)/对照区杂草鲜质量]×100%
Z=100×1/S

式中：S为株高标准差，株高单位为cm。

W=(调查区双穗株数/调查区总株数)×100%

2011年4月上旬至7月上旬，系统测定土壤温度、含水率，每7 d一次，共13次。地温测定中，在黑色地膜和白色地膜覆盖区各安放1组地温计(垄沟内)，每日分别在8:00、14:00、20:00 这3个时间段记载5、10、15、20和25 cm土层的温度值；土壤含水率测定中，每次在黑色地膜和白色地膜覆盖区各随机打洞(用土钻)2眼，分别取回0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm、80～100 cm等土层的土样，室内烘干法(105 ℃，480 min)测定土壤含水率(H)，H=[(湿土质量-干土质量)/干土质量]×100%。

1.5数据统计分析

采用唐启义等[16]的实用统计分析及其DPS数据处理系统软件，用Duncan氏新复极差法检验差异显著性。

2 结果与分析

2.1黑色地膜和白色地膜对土壤含水率的影响

4月14日至7月7日定期测定了0～100 cm范围内各土层土壤含水率，从表1看出，黑色和白色地膜覆盖区土层越浅土壤含水率波动的幅度逐渐增大，黑色地膜覆盖区各土层土壤含水率波动的幅度(R=3.26%～7.45%、S1=1.21%～2.35%)均小于白色地膜(R=5.57%～9.37%、S1=1.62%～2.81%)，其中黑色地膜覆盖区0～40 cm与其他土层差异极显著，而白色地膜覆盖区0～20 cm与其他土层差异显著或极显著。黑色地膜覆盖区各土层土壤平均含水率均高于白色地膜覆盖区，白色地膜覆盖区平均土壤含水率由大到小依次为80～100 cmgt;60～80 cmgt;0～20 cmgt;40～60 cmgt;20～40 cm，而黑色地膜覆盖区也表现出类似的规律，其中80～100 cm、60～80 cm和0～20 cm与其他土层差异显著。

依当地气象部门资料统计，4、5、6月降水量累计分别达到3.9、59.9和25.9 mm，降雨主要集中在5月。从图1看出，黑色和白色地膜覆盖下各土层土壤湿度均呈单峰型，土壤含水率最高时期均出现在5月12日至6月2日，两者与当地降雨变化相一致。两处理各土层土壤含水率在不同时期存在一定差异，黑色地膜覆盖区0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm和80～100 cm土层土壤含水率在5月26日(玉米小喇叭口期)之前均低于白色地膜，其中20～60 cm土层十分接近白色地膜；5月26日之后，除80～100 cm土层的含水量与白色地膜差异不大外，其他土层的含水量均有明显高于白色地膜的态势。

表1 各土层含水率波动状况Table 1 Water moisture fluctuation in different soil layers %

图1 不同土层土壤含水率日动态变化规律Fig.1 Daily dynamic variation of soil moisture content in different soil layers 不同小写字母表示经Duncan氏新复极差法检验在Plt;0.05水平上差异显著，下同。Different lowercase letters show significant differences at Plt;0.05 levels by Duncan new multiple range test. The same below.

2.2黑色和白色地膜对土壤温度的影响

4月7日至7月7日定期测定了土壤0～25 cm温度变化情况。从表2看出，黑色和白色地膜覆盖区土壤温度波动的幅度(R)随土壤深度增加有逐渐增大的趋势，其中黑色地膜覆盖区20 cm土层与其他土层差异极显著，而白色地膜覆盖区20和25 cm土层与5和10 cm土层差异显著或极显著。黑色地膜覆盖区各土层土壤温度随日期波动的幅度(R=13.40～15.51 ℃、S1=3.70～4.21 ℃)均大于白色地膜(R=11.20～13.60 ℃、S1=3.10～3.84 ℃)。白色地膜覆盖区土壤温度随土层深度增加呈逐渐递减趋势，而黑色地膜覆盖区除10 cm土层外，其他表现出相同的趋势。黑色地膜覆盖区10 cm土层平均温度与其他土层差异显著，而白色地膜覆盖区土壤平均温度由高到低依次为5 cmgt;10 cmgt;20 cmgt;15 cmgt;25 cm，5和10 cm土层与其他土层差异显著。

依当地气象部门资料统计，4、5、6月平均气温分别达到13.8、16.4和21.5 ℃，气温逐渐上升。从图2看出，黑色和白色地膜覆盖区各土层温度随日期消长的趋势均呈抛物线型(开口向下)，最高温度均出现在6月上中旬，两者与当地气温变化相一致，其中黑色地膜较白色地膜推迟7 d左右。黑色和白色地膜覆盖区各土层温度在不同时期变化不同，其中黑色地膜覆盖区5、10和25 cm土层温度分别在6月9日、5月26日和6月16日之前有低于白色地膜覆盖的态势，之后偏高，而15和20 cm土层温度在整个时期有低于白色地膜覆盖区的态势。黑色和白色地膜覆盖区各土层温度在不同时期存在一定差异，5 cm土层，6月23日之前黑色和白色地膜覆盖区各时期温度差异显著(图2a)；10 cm土层，6月2日之前黑色和白色地膜覆盖区温度有较显著差异(图2b)；15 cm土层，除6月9日、6月23日和6月30日3个时期黑色和白色地膜覆盖区温度差异不显著外，其他时期温度差异均显著(图2c)；20 cm土层，除6月9日、6月16日和6月30日3个时期黑色和白色地膜覆盖区温度差异不显著外，其他时期温度差异均显著(图2d)；25 cm土层，6月23日和6月30日2个时期黑色和白色地膜覆盖区温度差异不显著外，其他时期温度差异均显著(图2e)。

表2 各土层温度波动状况Table 2 Temperature fluctuation in different soil layers ℃

图2 不同土层土壤温度日动态变化规律Fig.2 Daily dynamic variation of soil temperature in different soil layers

2.3黑色地膜和白色地膜对玉米田杂草的防效

全膜双垄沟播栽培中采用黑色地膜覆盖对阔叶杂草和禾本科杂草均具有彻底的防除作用，杂草发生量极显著低于白色地膜覆盖区(表3)。黑色地膜覆盖区阔叶杂草密度和鲜质量分别被控制在1.36～4.09株/m2和0.11～0.66 g/m2，株防效和鲜质量防效分别达97.56%～98.13%和99.53%～99.91%；禾本科杂草密度和鲜质量分别被控制在1.36株/m2和0.02～0.06 g/m2，株防效和鲜质量防效分别达97.38%～98.24%和99.98%～99.99%。

表3 黑色地膜对全膜双垄沟播玉米田杂草的防效Table 3 Weeds control effect of black plastic film on the double furrow sowing maize field

2.4黑色地膜和白色地膜对当茬玉米主要农艺性状的影响

黑色地膜对当茬玉米出苗率和穗部性状多无不良影响，其中出苗率十分接近白色地膜覆盖处理，双穗株率、穗长均较白色地膜覆盖处理略有增减，增幅分别为-1.67～1.67百分点和-0.33～0.50 cm，穗粗、秃顶长、穗粒数、500粒质量均较白色地膜覆盖处理略有优化，分别增加0.05～0.10 cm、降低0.19 cm、增加2.33～7.93粒和增加2.70～11.36 g/500粒；但对当茬玉米秆部性状及生育期有较明显影响，株高明显低于白色地膜覆盖处理，降低幅度为3.73～4.40 cm，但未达到显著差异水平，株高整齐度显著低于白色地膜覆盖处理，降低幅度1.69～2.47，生育期较白色地膜覆盖处理显著延长，延长幅度2.3～3.3 d(表4)。

2.5黑色地膜和白色地膜对一膜两用玉米主要农艺性状的影响

黑色地膜对一膜两用玉米的出苗率、株高、株高整齐度、双穗株率、生育期、穗长、穗粗、秃顶长、穗粒数和500粒质量均较白色一膜两用略有增减，差异不显著，分别降低0.13百分点、降低1.38 cm、降低0.19、增加0百分点、增加1.7 d、降低0.46 cm、降低0.23 cm、增加0.10 cm、增加20.80 粒/穗和降低0.30 g/500粒(表5)。

2.6黑色地膜和白色地膜对当茬玉米和一膜两用玉米产量的影响

从表6看出，全膜双垄沟播栽培中选用黑色地膜覆盖对当茬和一膜两用玉米均有一定的增产作用，其产量分别达到12035.35和11095.96 kg/hm2，较白色地膜分别增产5.40%和9.52%。

表4 黑色地膜对当茬玉米主要农艺性状的影响Table 4 Effects of black film on maize main agronomic characters of the first stubble

表5 黑色地膜对一膜两用玉米主要农艺性状的影响Table 5 Effects of black film on maize main agronomic characters of dual purpose membrane

表6 黑色地膜对当茬玉米和一膜两用玉米产量的影响Table 6 Effects of black film on maize yield of the first stubble and dual purpose membrane

3 讨论

本试验得出，与白色地膜比较，黑色地膜具有提高土壤含水率的作用，这是由于黑色地膜不易透光，地膜覆盖土壤中的水分不能直接蒸发掉，当土壤水分蒸发到地表时，受到地膜的阻隔作用，形成水珠在薄膜的下面，然后再回到土壤中，这样就减少了土壤水分的蒸发量，保持了良好的土壤墒情，维持稳定的土壤含水率，这与国内一些学者的报道一致[17]。同时黑色地膜也能引起土壤含水率消长态势的变化，黑色地膜各土层土壤含水率在前期均稍低于白色地膜，后期均明显高于白色地膜；黑色地膜各土层土壤含水率在全测定期的消长趋势均呈单峰型，与白色地膜覆盖区相似，但波动幅度均小于白色地膜。黑色和白色地膜覆盖区最高含水率均出现在5月中旬至6月上旬，两者与当地降雨变化相一致。

温度是影响出苗的最大环境因子，通常也是主导因子[18-19]。本试验得出，与白色地膜比较，黑色地膜具有降低土壤温度的作用，同时也引起土壤温度消长态势的变化，表明黑色地膜能调节地温和稳定地温，这与国内的一些研究结果一致[20]。黑色地膜覆盖区5、10和25 cm土层温度在前期均明显低于白色地膜覆盖区，后期均略高于白色地膜覆盖区，而15和20 cm土层温度在整个测定期内均低于白色地膜覆盖区；黑色地膜覆盖区各土层土壤温度在全测定期的消长趋势均呈抛物线型，其形态与白色地膜相似，但波动幅度均大于白色地膜。

全膜双垄沟播田草害持续防控技术的研究与推广是生产上亟待解决的问题，覆膜前垄面(含垄沟)施用土壤封闭性除草剂是有效控制杂草危害的关键途径。杂草群落物种丰富度是指被调查田块中同期出现的所有杂草种类，其值随季节或作物生育时期的推移呈规律性的变化[21-22]。杂草密度是衡量田间杂草发生程度的重要指标之一，其大小受土壤含水率、栽培方式、土壤肥力、前茬、生态空间、季节等因素的影响[23-24]。本试验得出，与白色地膜相比，全膜双垄沟玉米田覆盖的黑色地膜对阔叶杂草和禾本科杂草的株防效和鲜重防效均达97%和99%以上，表明全膜双垄沟播玉米生产中采用黑色地膜覆盖，对田间杂草具有彻底的抑制作用。

玉米株高、株高整齐度及成穗株率是玉米的主要农艺性状，与玉米产量水平密切相关[25]。本试验结果表明，与白色地膜比较，黑色地膜具有抑制玉米株高、降低株高整齐度和延长生育期的作用。当茬栽培中，玉米株高、株高整齐度较白色地膜分别降低3.73～4.40 cm和1.69～2.47，生育期较白色地膜延长2.3～3.3 d。黑色地膜对当茬和一膜两用玉米均有一定的增产，其产量分别较白色地膜增加5.40%和9.52%。

4 结论

黑膜有提高土壤含水率的作用，各土层土壤含水率均呈单峰型消长动态，黑膜的波动幅度均小于白膜。 黑膜有降低土壤温度的作用，黑色和白色地膜覆盖下各土层土壤温度均呈抛物线型消长动态，但黑膜的波动幅度均大于白膜。黑膜对阔叶杂草和禾本科杂草的植株密度和地上部鲜质量有防治作用，对玉米出苗率、成穗率、穗长、穗粗、秃顶长等性状无明显影响，但对玉米株高、株高整齐度、生育期、产量有影响。

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Soilmoisture,soiltemperature,weedcontrolandyieldeffectsofdoubleridgeplasticfilmmulchinginmaizeproduction

QI Yong-Hong1, YUE De-Cheng1，2*, CAO Su-Fang3, LI Min-Quan4*

1.Institute of Plant Protection, Gansu Academy of Agricultural Sciences, Lanzhou 730070, China; 2.Institute of Pingliang Academy Agricultural Sciences, Pingliang 744000, China; 3.Institute of Fruit and Floriculture Research, Gansu Academy of Agricultural Sciences, Lanzhou 730070, China; 4.Gansu Academy of Agricultural Sciences, Lanzhou 730070, China

The double ridge plastic mulch cropping technique has been widely adopted since 2010 for maize and potato production across 8 provinces and autonomous regions of northeast, north and northwest China with lower rainfall. The plastic film blocks moisture evaporation from soil and channels precipitation into the sowing trench between the ridges, so increasing soil moisture level around the crop roots, as well as assisting with weed control and modifying soil temperature. Yields can be increased by up to 30% with considerable economic benefit. This research compared the performance of white (Control) and black plastic film as the soil cover, since there is little available data on whether plastic film color affects the soil moisture and temperature beneath, and crop performance. In this research soil moisture and temperature were measured weekly over the growing season from early April to mid July, and weed biomass data, and crop agronomic and yield were collected on relevant dates. Soil moisture was measured for 5 soil depths: 0-20, 20-40, 40-60, 60-80, and 80-100 cm, and soil temperature for 5, 10, 15, 20, and 25 cm soil depths. Typical values for soil moisture were 18%-20% in April, 20%-22% in May and 16% in June, without major variation across soil depths. In the 0-20 cm layer soil was 1%-2% drier under black film than under white film in April, but this gradually reversed and soil had 2% higher moisture content under black film in June. In the deeper soil layers (except 80-100 cm), soil moisture (%) was identical under black and white film in April, but by June was 1%-2% higher under black film than white film. Soil temperatures ranged from 12-18 ℃ at the start of the experiment to 25 ℃ in June, and except for the 10 cm soil depth, were consistently lower under black film than white film by over 2 ℃ in April, reducing to 0.5 ℃ lower under black film in June. Weed densities in June were 150 and 3 plants/m2under white film and black film, respectively. Crop agronomic data generally did not differ significantly with film color, but yield was 5.4%-9.5% higher when maize was planted on black film.

whole plastic-film mulching on double ridges; maize; black film; soil moisture and temperature; field weeds; maize agronomic characters

10.11686/cyxb2017173http//cyxb.lzu.edu.cn

漆永红, 岳德成, 曹素芳, 李敏权. 全膜双垄沟播玉米土壤含水率和温度及杂草去除效应. 草业学报, 2017, 26(11): 176-184.

QI Yong-Hong, YUE De-Cheng, CAO Su-Fang, LI Min-Quan. Soil moisture, soil temperature, weed control and yield effects of double ridge plasticfilm mulching in maize production. Acta Prataculturae Sinica, 2017, 26(11): 176-184.

2017-04-06；改回日期：2017-06-14

国家公益性行业专项(201503112)，甘肃省科技支撑计划项目(1011NKCA065)，甘肃省农业科技创新专项(2014GAAS23)，甘肃省农业科学院院地科技合作项目(2015GAAS07)和平凉市农业科学院科技计划项目“除草地膜在全膜双垄沟播玉米田应用研究”(2014018)资助。

漆永红(1978-)，男，甘肃天水人，助理研究员，在读博士。E-mail: qiyonghong920@gsagr.ac.cn

*通信作者Corresponding author. E-mail: liminquan@gsagr.ac.cn， ydc_196206138@163.com