全膜双垄沟播带状秸秆还田模式对土壤温度的影响

李利利　丁宁平　尚来贵

摘要：在田间全膜双垄沟播膜下设置带状秸秆还田不同模式，研究玉米生育期内土壤耕层温度的变化规律。结果表明，在玉米非种植带将5 cm长秸秆按3 750 kg/hm2深翻15 cm与土壤混匀后，土壤温度日（8：00～20：00时）变化增温速度最快，逐日变化幅度最高，相应的0～25 cm土层温度振幅最大。不同秸秆还田方式玉米生育期0～15 cm土层温度日变化不同，苗期（5月13日）膜下秸秆还田0～15 cm土壤温度随着白天气温的升高快速增高，16：00时达最高峰，为26.8～28.9 ℃，持续2 h后迅速下降；拔节期（6月10）土壤温度在16：00时达到最高，随后缓慢下降。玉米生长后期不同处理0～15 cm土层温度没有差异。整个玉米生长期内，土壤温度的逐日变化表现出S型波动。各处理0～25 cm土层温度的振幅随着土壤深度增加和生育期延后而减小。

关键词：全膜双垄沟播；膜下还田；土壤温度；日变化；振幅

中图分类号：S513 文献标志码：A 文章编号：1001-1463（2018）07-0072-05

doi：10.3969/j.issn.1001-1463.2018.07.022

秸秆还田是保护性耕作的核心内容，在蓄水保墒、培肥土壤、提高产量、保护环境和节本增效方面效果明显，对实现农业可持续发展意义重大，其中直接还田是目前秸秆还田的主要方式[1 - 6 ]。玉米种植田的休闲期有6个月左右，常规的深翻埋压和覆盖还田无法使秸秆完全腐解，会影响翌年作物的播种和生长。在陇东旱塬区推广全膜双垄沟播玉米栽培，在追求高产的同时势必会加剧对土壤水分和养分的过度消耗，再加上常年玉米连作和化肥不合理施用，会造成土壤板结、肥力水平下降等问题[7 ]。为了保证玉米产量和甘肃玉米的可持续发展，针对这些可能存在的问题，提出了全膜双垄沟播膜下带状秸秆还田技术模式。该模式是将秸秆呈带状还于非作物种植行间，上面覆膜。此模式将秸秆还田带和种植带进行有效分离，避免了秸秆腐解期与作物生长期同时同位而造成的争水、争养分矛盾，同时因为覆膜，给还田秸秆提供了相对适宜的温湿度环境，加快了秸秆腐解速度[8 - 9 ]。我们通过全膜双垄沟播膜下带状秸秆还田方式，研究了旱作区玉米田土壤温度的变化规律，以期为推动玉米产业向循环、高效、低耗的可持续性方向发展提供参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料

指示玉米品种为长城706，由甘肃省科学院提供。

1.2 试验区概况

试验于2014年3月在平凉市农业科学院高平试验场实施，试验区地处北纬35° 16′，东经107°30′，海拔1 254 m，年均气温8 ℃，年均蒸发量 1 384 mm，无霜期172 d，> 10 ℃的积温2 800 ℃持续150 d，正常年份年降水量540 mm。有限的降水年度、季节分配不均，春旱严重，常影响作物正常出苗，有时甚至不能播种。每年4 — 5月是夏播作物生长需水的关键期，但降水少，不能满足作物对水分需求。7 — 9月降水集中，达到全年降水的60%以上（圖1），又多以暴雨为主，地表径流严重，自然降水不能被充分利用，属甘肃省陇东地区典型的旱作农业区。供试土壤为黑垆土类，肥力中等，前茬作物为玉米。

1.3 试验方法

试验采用随机区组排列，共设6个处理（表1），3次重复，小区面积40 m2（8 m×5 m）。3月26日秸秆翻压还田，秸秆还田全量3 750 kg/hm2、半量1 875 kg/hm2，春季结合整地一次性基施N 90 kg/hm2、P2O5 75 kg/hm2。试验于2014年4月20日左右播种，小区间距50 cm，每小区播种5垄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测定0～25 cm土层温度，8：00～20：00时每2 h记录1次，测定时将温度计置于玉米非种植带内。

2 结果与分析

2.1 0～15 cm土层温度日变化

由于地表温度受自然条件的影响较大，而15 cm以下土壤温度受地膜或秸秆覆盖的影响较小，15 cm处的温度变化可以客观反映出全膜双垄沟播玉米秸秆还田的影响，因此，本文以15 cm土壤温度的变化来分析全膜双垄沟播秸秆还田对土壤温度日变化的影响。

从图2可以看出，玉米生育期内，随着生育进程，土壤温度的日变化差异显著。玉米生长初期（5月13日），当白天温度升高时，除处理2外，其余处理0～15 cm土层温度快速增高。在16：00时出现最高峰，为26.8～28.9 ℃；持续2 h至18：00时后，土壤温度开始下降；至20：00时土壤温度稍高于14：00时。说明地膜和秸秆还田具有稳定和缓冲土壤温度变化的作用和一定的增温效应，早晨可以快速提高土壤表层温度，在傍晚可以减缓土壤温度降低，这与Li L L[10 ]、郑华平[11 ]的研究结果相一致。其中0～15 cm土层温度在测定时间段内以处理4最高，处理2变化较其余处理幅度较小，在14：00时土壤温度达到最大，为20.9 ℃，之后随时间延后快速降低。

玉米生长进入拔节期（6月10日），各处理0～15 cm土层温度变化规律相似，随着时间的延后至16：00时呈直线增加，之后缓慢下降。在8：00～12：00时的时间段内各处理0～15 cm土层的温度差异不明显，12：00时以后处理2显著低于其余处理。0～15 cm土层的温度日变化增温速度以处理4最快，最高值高于其余处理。

玉米生长期7月15日至9月9日，各处理间0～15 cm土层温度没有差异。7月15日后，0～15 cm土层温度的日变化随着时间的延后增幅缓慢，介于20～30 ℃，在16：00时达最高值。进入8月份，随着LAI（叶面积指数）的增大，玉米植株的遮蔽作用增大，覆膜和秸秆覆盖对温度的作用相应减弱，表现为0～15 cm土层温度8：00～18：00时时间段内温差没有变化，土壤温度介于18.2～20.2 ℃。

2.2 0～25 cm土层温度变化

对玉米生长期（5月13日至9月9日）0～25 cm土层的温度测定（图3）发现，整个玉米生长期内，土壤温度逐日的变化表现出S型波动。在5月中旬（5月13日）至5月下旬（5月27日）0～25 cm土层温度快速增加，并且达到整个生育期的最高峰，这一阶段主要是地膜和秸秆覆盖双重作用使土壤急剧增温的过程。进入6月中旬后，随着气温逐渐增高，0～25 cm土层温度又一次出现温度高峰。7月初至8月上旬，随着叶面积指数的增大，对地面的遮荫作用增大，土壤温度的逐日变化较平稳。8月中旬之后，玉米逐渐衰老，土壤温度的逐日变化随着气温的变化而变化。其中0～5 cm土层温度在玉米整个生育期内逐日变化差异较大，处理4最高，处理2则最低。5～10、10～15 cm土层温度在5月13日至8月5日逐日变化有差异，其中6月24日之前逐日变化差异显著，之后差异不显著。处理4变化幅度最高，处理2变化最低。

2.3 土壤温度日较差变化

土层温度的日较差是一日中土层温度最高值与最低值之差。通过表2可以看出，0～25 cm土层各个处理的温度日较差随着土壤深度的增加呈减小趋势。其中5月13日至6月17日，0～5 cm土层各处理温度日较差最大，为4.1～13.6 ℃；5～10 cm土层各处理温度日较差为3.2～10.5 ℃；10～15 cm土层各处理温度日较差为2.1～7.4 ℃；15～20 cm土层各处理温度日较差为1.2～7.2 ℃；20～25 cm土层各处理温度日较差为0.6～5.4 ℃。玉米生长期进入6月下旬，随着LAI（叶面积指数）的增大，植株的遮蔽作用增大，全膜双垄沟播秸秆还田及覆盖对温度的作用相应减弱，各个处理的日较差较玉米生长前期显著降低，日较差为0.3～5.9 ℃。玉米生育期内，0～5、5～10、10～15 cm土层均以处理4较高，可能与秸秆的长度较长、还田量多且比较集中，在腐解过程中吸收更多水分、养分，微生物活动释放较多的热量有关。

3 小结

田间观察表明，在玉米生育前期（6月下旬）同日不同时段，0～15 cm土层温度日变化、逐日变化差异显著。其中在非种植带内將5 cm长秸秆 3 750 kg/hm2深翻15 cm与土壤混匀后，玉米灌浆期前，0～15 cm土层温度日变化、逐日变化均较大，相应的土壤温度日较差较高。

全膜双垄沟播膜下还田具有一定的“增温效应”。早晨可以提高土壤0～15 cm表层温度，中午持续2 h高温环境，傍晚可以减缓土壤温度降低，至20：00时土壤温度稍高于14：00时。整个玉米生长期内，土壤温度逐日的变化表现出S型波动。5月13日至6月10日0～25 cm土层温度快速增加，并且达到整个生育期的土壤温度最高峰，各处理间土壤温度逐日差异明显，这一阶段主要是地膜和秸秆覆盖双重作用使土壤急剧增温的过程。随着玉米叶面积指数增大，对地面的遮荫作用增大，土壤温度的逐日变化较平稳。0～25 cm土层温度日较差随着土壤深度的增加和玉米生育期的延后而减小，0～5 cm土层各处理温度日较差最大。5月13日至6月17日0～5、5～10、10～15、15～20、20～25 cm土层温度日较差分别为4.1～13.6、3.2～10.5、2.1～7.4、1.2～7.2、0.6～5.4 ℃。卢秉林[9 ]在河西绿洲灌区的研究认为，秸秆带膜还田时对秸秆腐解影响最大的因子是还田层的温度，其次是相对湿度和腐解时间；秸秆覆盖带膜还田处理还田层温度的日较差达到10～48 ℃，较高的温度环境不利于微生物的存活。在陇东旱塬区，全膜双垄沟播膜下带状还田下土壤温度的日较差小，有利于微生物的存活，可为秸秆腐解创造适宜的温湿度条件。

参考文献：

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[10] LI L L. Crop productivity and resource use efficiency under conservation tillage in a dry land spring wheat-field pea rotation system[D]. Lanzhou：Gansu Agricultural University，2006.

[11] 郑华平. 保护性耕作措施的综合效应研究及其生态与经济效益评价[D]. 兰州：甘肃农业大学，2004.

（本文责编：陈 伟）