不同类型地膜覆盖对春玉米生产综合效应研究

解文艳，周怀平*，杨振兴，刘志平，白 雪，程 曼

（1.山西农业大学资源环境学院，山西 太原 030031；2．吉利学院，四川 成都 641417；3．山西大学黄土高原研究所，山西 太原 030006）

我国52.5%的总土地面积位于干旱半干旱地区，且70%左右的旱作农田在我国东北、华北和西北等“三北”地区［1］，这些地区是我国主要的商品粮基地，主要种植的粮食作物有小麦、玉米和杂粮等，对确保国家粮食安全有着重要作用［2］。目前，我国形成了地膜覆盖、秸秆覆盖、平衡施肥、有机培肥、保护性耕作等一系列行之有效的旱作栽培技术。地膜覆盖因为有效地解决了限制旱区农田生产力的首要限制因素“旱寒”问题，被认为是提升旱区耕地生产力的主要驱动力［3-4］。目前，中国已成为世界上地膜消耗量最多、覆盖面积最大、覆盖作物种类最广的国家［5］。然而，普通聚乙烯地膜（PE 地膜）不溶于水又难降解［6］，引起了土壤残膜污染的一系列问题［5，7-8］。“十二五”期间，我国农业部明确了“一控两减三基本”的目标，打响了地膜污染防治攻坚战。为了充分发挥地膜应用的生产潜力，同时又能避免残膜带来的白色污染，保护农田环境，可降解地膜的研究应运而生［9-11］，主要以生物降解地膜、光降解地膜、光-生物降解地膜和液体地膜的研发与应用示范为主。另外，渗水地膜是山西省自主研发的地膜产品，以单向渗水原理为理论基础，采用微孔通透的材料，可以有效接纳小型天然降雨，在山西省应用面积较广。

如今关于不同类型地膜对作物生长发育以及对土壤水分、温度等的影响研究较多，得出了利用地膜覆盖具有增产、促进作物生长、提高水分利用效率等结论［12-17］。但是系统比较不同类型地膜覆盖对农田土壤环境的综合响应机制及作物对养分吸收利用等方面的研究较少。由于地膜生产工艺、制膜材料、农艺性能、地域差异、土壤条件及作物生长发育的不同，不同类型地膜的应用效果在不同地区差异很大。因此，应根据当地自然条件、作物种类、栽培习惯等合理选用地膜类型。为此，本研究选择了生产中应用较广、具有代表性的4 种地膜，于2015 ～2017 年在北方半干旱半湿润区进行定位试验，从土壤水分、土壤温度、土壤养分、作物养分吸收、产量以及水肥利用效率等方面分析比较不同类型地膜的异同，探索适宜当地生产和生态的最佳地膜覆盖材料，以期为该区充分利用降水资源、合理应用各类地膜覆盖栽培技术提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

于2015 ～2017 年在山西省寿阳县宗艾镇宗艾村的国家农业环境寿阳观测实验站（113°54′2″ E，37°45′21″ N，海拔1100 m）开展田间试验。试验点属太行太岳山地丘陵半湿润偏旱气候，以种植玉米、谷子和杂粮等作物为主，一年一熟，年均气温8.1 ℃，无霜期130 d，年均降水量474.2 mm，70%左右的降水分布在6 ～9 月，土层深厚，地下水埋深在10 m 以下。试验开始前0 ～40 cm 土层土壤有机质、全氮、全磷和全钾含量分别为16.52、1.28、0.92 和19.00 g/kg，碱解氮、有效磷和速效钾含量分别为44.50、17.64 和188.81 mg/kg，pH 为8.4。2015 ～2017 年春玉米生育期5 ～9 月降水量分别为414.81、327.39 和367.68 mm。

1.2 试验设计

试验设5 个处理，3 次重复。处理1：PE，普通地膜覆盖，0.008 mm 普通聚乙烯农用地膜；处理2：SS，渗水地膜覆盖，厚度0.006 mm，山西三水渗水膜科技发展中心生产；处理3：GJ，光降解地膜覆盖，厚度0.008 mm，吉林省白山市喜丰塑业生产；处理4：SJ，生物降解地膜覆盖，厚度0.008 mm，青岛宏达塑胶总公司生产；处理5：CK，不覆膜。每个小区面积为115 m2，长23 m，宽5 m，各处理随机区组排列，春玉米品种为大丰30。所有处理采用等施肥量设计，施用N 23%、P2O512%、K2O 5%的复合调控肥，施用量为978.26 kg/hm2，作为底肥于播前一次性施用。试验播种时间为每年的4 月下旬，收获时间为10 月上旬，种植密度为6.6 万株/hm2。4 种地膜宽度均为140 cm，一副地膜种植3 行玉米，株、行距分别为30 和50 cm。地膜覆盖时间为春玉米全生育期。其他田间管理按大田常规方法进行，无灌溉。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 土壤含水量

于春玉米播种前、苗期、拔节期、抽雄期、灌浆期和收获后在田间用土钻采取土样（0 ～300 cm，20 cm 为一层），采用干燥法分层测定土壤含水量。

1.3.2 土壤温度

在地膜中间插入曲管地温计测定各处理5、10、15、20、25 cm 处的土壤温度，每个生育期连续测定3 d，测定时间为6：00 ～18：00（每2 h测定1 次），取其平均值作为日平均土壤温度。

1.3.3 玉米干物质重及各器官全氮、全磷、全钾的含量

春玉米收获期，在各小区随机采集具有代表性植株10 株，按茎秆、叶、穗轴、籽粒等器官分离，于105 ℃杀青30 min，烘干称量。植株各器官全氮、全磷和全钾含量测定方法参照王劲松等［18］的方法。

1.3.4 土壤有机质和养分含量

玉米播种前和收获期在每个小区用土钻取0 ～300 cm 土 层 土 样，20 cm 为 一 层。0 ～300 cm 土层土壤无机氮（铵态氮、硝态氮）用2 mol/L KCl 浸提－全自动间断化学分析仪（SMART CHEM 200，法国Alliance 公司）测定。0 ～40 cm 土层土样测定土壤有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷、速效钾等土壤理化性质。土壤全氮含量用H2SO4-混合加速剂消解－全自动蒸氮仪FOSSKjeltec8400 测定；其他土壤养分和有机质含量测定参照鲁如坤［19］的方法。

1.3.5 产量

春玉米成熟后将各小区玉米全部收获测得籽粒产量，根据重量均值法取有代表性的样穗10 穗进行室内考种，考察穗长、穗粗、秃尖长、穗粒数、行粒数、百粒重等指标。

1.3.6 计算方法

土壤贮水量W（mm）=h×α×γ×10/100

土壤耗水量ET（mm）=Wb-Ws+P+I

作物水分利用效率WUE ［kg/（ hm2·mm）］ =Y/ET降水利用效率RUE ［kg/（mm·hm2）］ =Y/P氮肥农学效率NAE（kg/kg）=（YN-Yck）/FN

氮肥偏生产力NPFP（kg/kg）= YN/FN

氮肥表观利用率NAUR（%）=（UN-Uck）/FN× 100

式中，h 为土层深度（cm），α为土壤质量含水率（%），γ为土壤容重（g/cm3），Wb和Ws为播前和收获后0 ～2 m 土体土壤贮水量（mm），P 为生育期降水量（mm），I 为生育期灌溉水量（mm），YN和Yck为施氮和不施氮处理玉米籽粒产量（kg/hm2），FN为施氮量（kg/hm2），UN和Uck为施氮和不施氮处理作物吸氮量（kg/hm2）。

1.4 数据统计与分析方法

采用Excel 2010 和SPSS 18.0 进行数据整理、统计分析及方差分析。

2 结果与分析

2.1 对土壤水分的影响

表1 为不同地膜覆盖处理0 ～40 和40 ～100 cm 土层土壤贮水量随生育期的动态变化。由表1分析可知，受生育期内降水量和降水分布的影响，3 年各处理0 ～40 和40 ～100 cm 土层土壤贮水量的变化趋势存在一定差异。3 个年份中，处理SS、GJ、SJ 和PE 的0 ～40 cm 土层全生育期平均土壤贮水量分别较处理CK 提高15.33%、13.29%、14.00%和8.20%，40 ～100 cm 土层分别较处理CK提 高11.70%、13.55%、12.90%和8.20%。 可 见，地膜覆盖处理的保墒效应在上层土壤略优于下层土壤。这有利于春玉米早期根系的生长和根系对水肥的吸收利用。处理SS、GJ、SJ 在提高0 ～40 和40 ～100 cm 土层全生育期平均土壤贮水量方面效果均优于处理PE，处理SS 对0 ～40 cm 土层全生育期平均土壤贮水量的提升作用最强，在40 ～100 cm 土层提升作用最强的为GJ 处理。GJ、SJ、SS 和PE 处理0 ～100 cm 土层3 年平均土壤贮水量较CK 处理分别增加13.60%、13.17%、13.10%和8.19%。

表1 不同地膜覆盖处理下各生育期0 ～40 和40 ～100 cm 土层土壤贮水量 （mm）

2.2 对土壤温度的影响

受土壤与环境间热量变换强度的影响，同一地膜覆盖处理在不同土层深度的温度效应不尽相同。现以春玉米生长季5 和25 cm 土层的平均土壤温度随播种后生育期的变化特征为例进行分析（表2）。由表2 分析可知，在春玉米大喇叭口期前，地膜覆盖的增温效应最显著，此后随生育期推进，处理间土壤温度的差异逐渐减小。5 cm 土层处，2015、2016 和2017 年各处理春玉米整个生育期土壤温度变化范围分别为21.1 ～41.3、22.7 ～35.9 和22.8 ～34.8 ℃。苗期和拔节期，3个年份处理间土壤温度均表现为PE ＞ GJ ＞ SS＞ SJ＞ CK。处理PE、GJ、SS 和SJ 在苗期的3 年平均土壤温度较处理CK 分别提高17.29%、10.47%、10.47%和7.85%，在拔节期分别提高16.33%、10.47%、7.43%和5.97%，各处理之间差异显著。大喇叭口期至乳熟期，降解地膜保温效果随着地膜的破损和降解逐渐降低，3 个年份处理间土壤温度均表现为PE＞SS＞GJ＞SJ＞CK。从春玉米的整个生育阶段来看，PE、SS、GJ 和SJ 处理3 年平均土壤温度较CK 处理分别增加3.5、2.5、2.3 和1.1 ℃。与5 cm 土层相比，各处理25 cm 土层处的土壤温度变幅较小。在春玉米3 年整个生育期中，SS、GJ、SJ、PE 和CK 处理的土壤温度分别为19.2 ～26.0、18.5 ～25.6、17.8 ～25.0、19.9 ～27.2 和17.0 ～23.8℃；PE、SS、GJ 和SJ 处理3 年平均土壤温度较CK 处理分别增加2.8、1.9、1.8 和1.0 ℃。

表2 不同地膜覆盖处理下5 和25 cm 土层平均土壤温度

2.3 对土壤有机质和养分的影响

不同类型地膜覆盖下的土壤水气热状况存在差异，会对土壤微生物活性、有机质和养分转化释放及作物养分吸收利用产生影响，进而影响土壤肥力状况。表3 为连续3 年春玉米试验后各处理耕层0 ～40 cm 土壤有机质和养分含量。由表3 可知，各处理土壤指标均较播前基础有所减少。土壤有机质含量大小表现为SJ＞SS＞PE＞GJ＞CK，SJ 处理显著大于其他处理。处理间土壤全氮、全磷和全钾含量差异不显著。土壤碱解氮和有效磷含量均表现为覆盖处理小于不覆盖处理，其中碱解氮含量高低为CK＞SS＞PE＞GJ＞SJ，有效磷含量高低为CK＞PE＞GJ＞SS＞SJ。土壤速效钾含量表现为覆盖处理大于不覆盖处理，覆盖处理中SJ处理最高，PE 和SS 处理次之，GJ 最低。

表4 为不同地膜覆盖处理0 ～300 cm 土壤硝态氮累积状况。从表4 可以看出，0 ～300 cm 土体硝态氮累积量CK 处理高达567.37 kg/hm2，高于地膜覆盖各处理，表明地膜覆盖处理可减少硝态氮在土壤中的累积。同等施氮量（225 kg/hm2）下，0 ～300 cm 土体硝态氮累积量的大小依次为PE（507.41 kg/hm2）＞GJ（499.38 kg/hm2）＞SS（457.84 kg/hm2）＞SJ（455.53 kg/hm2），GJ、SS、SJ处理其0 ～300 cm 土体硝态氮累积量较PE 处理分别降低1.58%、9.76%、11.39%，生物降解地膜处理可以有效降低土壤0 ～300 cm 土层中硝态氮累积量。从相对累积量看，CK 处理81.58%的土壤硝态氮累积在100 ～300 cm 土层中，这部分氮素既可满足作物需要，但也有淋失的可能。地膜覆盖各处理的总累积量的81.94%～85.95%累积在100 ～300 cm 土层中，淋失风险较高。

表3 2017 年收获期不同地膜覆盖处理耕层（0 ～40 cm）土壤有机质和养分含量

表4 2017 年收获期不同地膜覆盖处理0 ～300 cm 土壤硝态氮累积量

2.4 对春玉米产量的影响

由表5 可知，不同类型地膜覆盖处理的产量及其构成因素均优于CK。地膜覆盖处理与CK间3 年玉米累积总产量相差2567.26 ～6565.40 kg/hm2，地膜覆盖处理增产率达到9.52%～24.35%，PE 处理增产最低，SJ 处理增产最高。SJ、SS、GJ处理分别比PE 处理产量平均提高13.54%、7.50%、3.05%，年际间趋势一致。生物降解地膜覆盖处理产量最高，效果最优。产量构成因素分析表明，4 种地膜覆盖处理对春玉米穗数和百粒重无显著影响，产量差异主要表现在穗粒数的变化。PE、GJ、SS、SJ 处理的3 年平均穗粒数分别比CK 增加6.23%、7.87%、10.88%、13.24%。

表5 不同地膜覆盖处理对春玉米产量及其构成因素影响

2.5 对春玉米水分利用效率的影响

表6 为不同类型地膜覆盖对春玉米水分利用效率的影响。由表6 可知，PE、GJ、SS、SJ 处理3 年平均水分利用效率较CK 分别提高14.26%、24.07%、27.12%、34.79%；3 年平均降水利用效率也分别较CK 提高9.57%、12.85%、17.66%、24.07%。说明地膜覆盖具有保水增产的效果。其中，在4 种地膜覆盖处理中，SJ 处理增产效果最显著，其水分利用效率显著高于其他3 种地膜覆盖处理，3 年平均分别较SS、GJ、PE 处理提高6.04%、8.64%、17.97%，说明在雨养旱作区，生物降解地膜覆盖能较大幅度提高水分利用效率。

表6 不同类型地膜覆盖处理的水分利用效率

2.6 对春玉米养分吸收的影响

由图1 可知，春玉米收获期氮、磷分配以籽粒中最多，钾分配以茎中最高。各处理植株氮、磷积累量的差异主要来自籽粒中氮、磷积累量的差异。SJ、SS、GJ、PE 和CK 处理3 年氮素的平均累积量分别为263.56、251.08、232.55、224.32 和211.21 kg/hm2，磷素的平均累积量分别为44.65、43.09、37.10、35.53 和30.22 kg/hm2，钾素的平均累积量分别为191.48、180.01、165.08、158.93 和138.23 kg/hm2。SJ、SS、GJ 和PE 处理春玉米籽粒中3 年氮素平均累积量分别为159.09、150.84、140.57 和135.82 kg/hm2，分别比CK 增加25.45%、18.94%、10.84%和7.10%；磷素平均累积量分别为32.29、31.34、27.01 和25.71 kg/hm2， 分 别 比CK 增 加48.98%、44.59%、24.63%和18.62%；钾素平均累积量分别为43.04、39.01、37.26 和35.85 kg/hm2，分别比CK增加40.45%、27.29%、21.60%和16.99%。综合3 年的试验结果来看，地膜覆盖处理籽粒中氮、磷的分配比例较高，尤以SJ 处理最好，PE 处理最低。茎叶中钾的分配比例也以SJ 处理最高。

图1 收获期春玉米地上部各器官氮磷钾累积吸收量

2.7 对氮素利用率的影响

由表7 可知，3 个年份不同地膜覆盖处理下的氮素利用效率有明显的差异。与CK 处理相比，SJ的氮肥农学利用效率为最高，3 年平均提高了9.73 kg/kg，SS、GJ 和PE 处理的氮肥农学利用效率3 年平均提高了7.09、5.14 和3.81 kg/kg。CK 处理3 年春玉米的氮肥偏生产力平均为39.95 kg/kg。在相同施肥量和施肥条件下，4 种地膜覆盖处理的氮肥偏生产力均高于CK 处理，其中SJ 处理的氮肥偏生产力最高，平均为49.68 kg/kg。地膜覆盖处理显著提高春玉米的氮肥表观利用率。3 年连作体系中，SJ 处理的氮肥表观利用率平均高达37.48%，SS、GJ、PE 和CK 的氮肥表观利用率平均为31.93%、23.69%、20.04%和14.21%。与PE 处理相比，SJ、SS 和GJ 氮肥表观利用率平均提高了17.44、11.89和3.65 个百分点。综合可知，地膜覆盖比不覆盖有利于获得更高的玉米产量和氮素利用效率，SJ 覆盖种植方式能更好地促进作物对氮素的吸收，提高作物的肥料利用率。

3 讨论

3.1 对土壤水分的影响

水分是干旱缺水区域农业生产可持续发展的限制因子。地膜覆盖栽培技术可有效改善耕层土壤水分状况，因而在中国干旱半干旱地区得到广泛应用［3-4，20］。薛源清等［20］研究表明，玉米播种后80 d 之内，可降解地膜和普通地膜覆盖处理0 ～30 cm 土壤水分显著高于露地对照；乔海军等［21］研究表明，覆盖生物降解膜和普通地膜较露地对照能显著提高玉米各生育期0 ～60 cm 土层土壤贮水量，两者无显著差异。本研究表明，SS、GJ、SJ和PE 处理在玉米各生育期内0 ～40 和40 ～100 cm 土层土壤贮水量显著高于CK 处理。苗期，SJ处理0 ～40 cm 土层土壤贮水量低于其他3 种地膜覆盖处理。本研究田间观察发现，播种后至苗期每日清晨，SS、GJ、PE 处理土壤蒸发的水汽在膜下集结水珠，凝结的水珠回落可使地表出现潮湿现象，SJ 处理膜下没有凝结水珠，导致SJ 处理在苗期0 ～40 cm 土层保水效果差于SS、GJ、PE 处理。苗期至成熟期，处理SS、GJ、SJ 在提高玉米各生育期0 ～40 和40 ～100 cm 土层土壤贮水量方面效果均优于处理PE，但三者间差异不显著。土壤表面覆盖地膜后，水分蒸发受到较大程度的限制，人为隔阻了地气之间水分交换过程，抑制了表层土壤的水分损失［22］。渗水地膜由于其“单向渗水原理”可以接纳小型天然降雨；光降解地膜和生物降解地膜在玉米生育中后期开始逐渐裂解，当进入雨季后，可以有效地接纳天然降雨，本试验区域2015、2016、2017 年7 ～9 月份降水量分别为289.01、281.53、285.35 mm，为玉米全生育期降水量的69.67%、85.99%、77.61%。综上原因，苗期至成熟期，覆盖光降解地膜、生物降解地膜和渗水地膜保水保墒效果优于普通地膜。本研究表明，3 年玉米全生育期各处理0 ～100 cm 土层平均土壤贮水量由高到低顺序为：GJ＞SJ＞SS＞PE＞CK。

3.2 对土壤温度的影响

“低温冷害”是北方寒冷旱区农田生产力的限制因素之一。覆盖栽培的一大特点是可以有效调温稳温。土壤温度变化与环境条件紧密相关。本研究对5 和25 cm 土层处平均土壤温度随春玉米生育期变化发现，2015 年在拔节期最高，2016 和2017 年各处理土壤温度在大喇叭口期最高，与3 年生长季的大气气温变化相吻合。地膜覆盖可有效地减弱地面辐射，抑制土壤蒸发潜热，起到提高土壤温度的效应，并能有效影响土壤更深层［12，23］。李开宇等［12］研究表明，玉米生长前期，生物降解地膜覆盖处理地温低于普通地膜、高于裸地；匡恩俊等［24］研究表明，玉米拔节期地温最高的是普通地膜覆盖，其次是光降解地膜覆盖，分别高出对照0.9 和0.6 ℃；方日尧等［25］研究表明，渗水地膜和普通地膜的增温效果相同，渗水地膜在气温达到35 ℃以上时还具有降低极端温度的调节功能。本研究表明，3 个年份的春玉米生长前期，PE 处理提高土壤温度的能力最强，GJ 其次，SS 第三，SJ 最低，但其土壤温度均高于不覆膜对照。究其原因，一、PE 的聚乙烯材料阻透性高于其他3 种地膜［26］，膜内外的气体和水分交换速率较低，膜内温度高，土壤增温效应最高；二、GJ是在通用的塑料基材中添加光敏剂制得，光敏剂吸收300 nm 波长的光线后发生脱氢反应，引发光降解反应，因此，GJ 吸光性能高于SS，导致GJ 提高土壤温度能力高于SS；三、SJ 因添加剂影响而呈奶白色，与其他几种地膜相比透光率低，辐射热透少［27］，导致SJ 土壤增温效应相比其他3 种地膜弱。对于渗水地膜和生物降解地膜，其升温速度虽然不如普通地膜，但在玉米苗期有良好的保温作用，且可以使玉米生育期的土壤温度保持在一个相对平和的状态，降低极端温度对玉米生长的伤害。本研究中2016 年玉米生长前期天气极端干旱，5 ～6 月降雨量仅为45.86 mm，大气温度较高，PE 处理苗期0 ～5 cm 土层日均温度为37.7 ℃，大喇叭口期高达41.3 ℃，对玉米生长造成了一定伤害；GJ 处理苗期0 ～5 cm 土层日均温度为37.1 ℃，也对玉米生长造成了一定伤害；SJ 和SS 处理在不同降水年份均可以适当提高土温，促进玉米幼苗生长，SJ 处理又由于它的可降解性，有效地阻止了玉米后期土温过高的现象，防止玉米成熟期早衰的发生［28］，表现效果最优。

3.3 对土壤有机质和养分的影响

土壤有机质是衡量土壤肥力的重要指标之一，地膜覆盖对土壤有机质的影响是人们关注的焦点［29］。银敏华等［30］研究表明，连续2 年试验后，各处理0 ～40 cm 耕层土壤养分含量均较播前有所减少。本研究对上述结论也有所证实，3 年春玉米连作试验结束后，各处理耕层（0 ～40 cm）土壤有机质较播前基础土壤有机质含量下降了0.16 ～0.57 g/kg，全氮含量降低了9.37%～15.62%。本研究表明，SS、GJ、SJ 和PE 处理3 年春玉米连作后耕层土壤有机质含量均高于CK，其中SJ 处理有机质含量最高，与CK 差异显著，这与银敏华等［30］研究结果一致，但与周昌明等［31］研究结论不同，其主要原因是玉米生物量在覆膜条件下明显增加，进而导致玉米根系的归还量加大，土壤有机质的输入能力大于土壤有机质的矿化能力［29］。本研究中，不同地膜覆盖处理0 ～300 cm 土体土壤硝态氮累积量显著低于无覆盖处理，这与谷晓博等［32］和党廷辉等［33］的研究结果不一致，其主要原因是由于地膜覆盖条件下作物生物量增加，导致作物氮素携出量显著增加（图1）。本研究中，地膜覆盖各处理土壤硝态氮总累积量的81.94%～85.95%累积在100 ～300 cm 土层中，高于无覆盖处理，其中SS 处理100 ～300 cm 土层土壤硝态氮相对累积量最高，SJ 处理200 ～300 cm 土层土壤硝态氮相对累积量最高，表明覆膜处理具有土壤硝态氮向下淋洗的风险，集雨效果越好的覆膜处理土壤硝态氮向下淋洗风险越大，这与周昌明等［31］研究结果一致。

3.4 对作物产量和水肥利用效率的影响

覆盖栽培有效地协调和改善了农田土壤水热状况，有利于作物生长发育，提高了作物产量和水肥利用效率［30］。方日尧等［25］研究表明，渗水地膜覆盖比普通地膜覆盖春玉米增产23.6%、水分利用效率提高4.1 kg/（hm2·mm）；比不覆盖增产29.1%、水分利用效率提高4.8 kg/（hm2·mm）。李强等［34］研究表明，普通地膜覆盖、生物可降解地膜覆盖较无覆盖增产14.84%、13.70%，水分利用效率提高25.52%、22.26%。本试验研究发现，与CK 相比，SS、GJ、SJ 和PE 处理3 年平均增产17.74%、12.86%、24.35%和9.52%；3 年平均水分利用效率提高27.12%、24.07%、34.79%和14.26%；3 年降水利用效率提高17.66%、12.85%、24.07%和9.57%。普通地膜覆盖和生物降解地膜能有效增加玉米籽粒中氮、磷和钾累积量［31］。本研究中，与CK 相比，SS、GJ、SJ 和PE 处理能有效增加作物对氮磷钾素的吸收累积量，SJ 处理的作物吸氮、磷和钾量最高（图1）。对氮素利用效率研究发现，覆盖SS、GJ、SJ 和PE 处理的氮肥表观利用率、氮肥农学效率和氮肥偏生产力均显著高于CK 处理，其中SJ 处理能够有效地增加玉米产量，在肥料利用效率方面也最佳，能够有效地解决干旱半干旱地区地膜污染、肥料利用率低引起的水土污染等问题。

4 结论

（1）不同地膜覆盖处理在春玉米生育期内保水效 果 不 同，GJ、SJ、SS 和PE 处 理0 ～100 cm 土层3 年平均土壤贮水量较CK 分别增加了29.17、28.25、28.09、17.59 mm。4 种地膜覆盖处理土壤温度在全生育期均高于不覆盖，生育前期差异显著。PE、SS、GJ 和SJ 覆盖5 cm 土层3 年平均土壤温度较CK 分别提高了3.5、2.5、2.3、1.1 ℃。

（2）地膜覆盖处理0 ～40 cm 土壤有机质、全氮、速效钾含量均高于不覆盖处理，碱解氮和有效磷含量低于不覆盖处理，全磷和全钾含量与不覆盖处理无显著差异。地膜覆盖处理0 ～300 cm 土体土壤硝态氮累积量显著低于不覆盖处理。

（3）地膜覆盖处理的产量和水分利用效率均显著高于不覆盖处理，SJ、SS、GJ 和PE 处理3 年平均产量分别提高24.35%、17.74%、12.86%和9.52%，平均水分利用效率提高7.46、5.81、5.16和3.06 kg/（hm2·mm）。

（4）地膜覆盖处理与不覆盖相比显著增加了作物对氮素的吸收累积量，3 年平均吸氮量提高了6.21%～24.79%。与CK 处理相比，SJ、SS、GJ 和PE 处理氮肥农学效率分别提高9.73、7.09、5.14和3.81 kg/kg，氮肥表观利用率分别提高了23.27、17.72、9.48、5.83 个百分点。

（5）综合考虑土壤水肥气热状况，生物降解地膜在保水、保温、改善土壤表层养分、促进春玉米高产、水肥高效利用及缓解残膜污染等方面效果显著，为干旱半干旱地区较为有效、合理的覆盖种植方式。