土下地膜覆盖对春玉米产量及水分利用效果的影响.pdf 12页

'中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn土下地膜覆盖对春玉米产量及水分利用效果的影响高晓杰，杜雄**5（河北农业大学农学院，保定市071000）摘要：针对河北平原水资源匮乏与春玉米需水量大的问题，通过秋季对地块进行不同覆盖方式的处理，研究秋季覆盖蓄水对春玉米产量及水分利用效果的影响。结果表明：地膜覆盖增产效果明显，与露地常规相比2个生长季无孔膜（NPF）增产9.50%～21.25%，孔膜（PF）10增产2.93%～11.36%，秸秆覆盖（SM）较露地常规（ck）减产3.01%～11.53%。秋季覆盖有效抑制了土壤水分蒸发，提高了降水保蓄能力，进而提高了水分利用效率，2个生长季无孔膜（NPF）、孔膜（PF）和秸秆覆盖（SM）水分利用效率分别较露地常规（ck）提高26.89%～37.12%、20.92%～21.90%和4.35%～6.59%。周年水分利用效率分别提高28.92%～54.66%、29.42%～37.40%和9.99%～18.62%。无孔膜（NPF）在产量及水分利用效率方面表现最好。15地膜覆盖作为高效节水栽培技术，在提高玉米产量构成指标及改善土壤水分状况等方面具有显著作用。本试验旨在探索一种科学合理的栽培模式提高水分利用效率，以期为该地区减少地下水开采量和提高粮食产量提供理论基础。关键词：秋季覆盖；春玉米；产量；水分利用效率中图分类号：S513;S34420EffectsoftheUnderGroundPlasticFilmMulchingonYieldandWaterUseEfficiencyofSpringMaizeGaoXiaoJie,DuXiong(AgronomySchool,HebeiAgriculturalUniversity,BaoDing071000)25Abstract:Studytheautumnwaterstorageofspringcornyieldandwateruseefficiency,bytheautumntodifferentcoverageoftheplot,aimingattheproblemofwatershortageandlargewaterrequirementofspringmaizeinHebeiplain.Theresultsshowedthat:Theeffectofyieldincreasewithplasticfilmmulchingisobvious.Comparedwiththeconventional(CK),theyieldofnon-porousfilmmulching(NPF)andporefilmmulching(PF)wereincreasedby9.50%~21.25%,2.93%~11.36%,respectively;30andtheyieldofSMwasreducedby3.01%~11.53%.Inaddition,thewateruseefficiencyinthemaizegrowthstageofnon-porousfilmmulching(NPF)EffectsoftheUnderGroundPlasticFilmMulchingonYieldandWaterUseEfficiencyofSpringMaize,porefilmmulching(PF)andstrawmulching(SM)wereincreasedby26.89%~37.12%,20.92%~21.90%and4.35%~6.59%,respectively;annualwateruseefficiencywereincreasedby28.92%~54.66%,29.42%~37.40%and9.99%~18.62%,35respectively.TheNon-porousfilmmulching(NPF)hasthebestperformanceintermsofyieldandwateruseefficiency.Plasticfilmmulchingisanimportantroleinimprovingcornyieldcomponentsandimprovingsoilmoistureasahighlyefficientwater-savingcropcultivationtechnique.Thistestisintendedtoprovidetheoreticalbasisofsavingthegroundwateroftheregionandincreasinggrainyield,ascientificandrationalcultivationpatternwasexplored.40Keywords:Autumnmulching;Springmaize;Yield;Wateruseefficiency0引言作为我国粮食主产区的河北省平原地区水资源稀缺已经成为该地区作物生产的制约因素[1]。为了保证作物生产的稳定过度开采地下水，这种用水方式造成了大面积地下水位以每作者简介：高晓杰(1989)，男，研究生，主要从事作物栽培方向的研究通信联系人：杜雄(1979)，男，副教授、硕导，主要从事作物生产系统调控工程与资源高效利用的研究.E-mail:duxiong2002@163.com-1- 中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn45年1～1.5m/年速度在持续下降[2-5]，出现地下水降落漏斗[6]。农业生产对地下水超采的问题若不尽快解决，势必会造成地下水的枯竭[7]，影响整个社会的可持续生产。如何利用该地区有限的水资源、减少农业生产中的需水量，保蓄土壤水分，提高降水利用效率，已成为一个极为重要的研究目标，而发展节水农业对缓解我国水资源危机的意义更为重要。面对如此严峻的水资源危机，传统一年两熟种植模式下通常补充灌溉4-5次，这种耗水量大的种植模式50已然不再适用。充分利用与华北平原降水的时间和空间分布耦合度较好的春玉米一熟制代替或者部分代替现行的一年两熟种植制度作为一种新的思路被提了出来[8-9]。但是，即使减少冬小麦的种植，由于春季土壤裸露，蒸发耗水依然严重，至玉米等作物种植时仍需要灌溉补充大量水资源。因此，如何在春季保蓄土壤水成为了后续需要研究的重点问题。覆盖栽培作为一种高效节水的作物栽培技术，在农业生产中已广泛应用[10]。农田覆盖减少了土壤水分55蒸发,改善土壤的水、热和养分条件[11～12]提高了土壤生物活性[13]，协调了土壤水、肥、气、热，从而促进作物生长发育，进而提高作物产量和水分利用效率[14～18]。针对玉米收获土壤裸露蒸发耗水严重问题，通过秋季覆盖可有效降低了春玉米非生长季土壤水分蒸散，保蓄土壤水分供来年玉米所用。乔灵芝等[19]，研究表明秋季秸秆覆盖和地膜覆盖较裸地土壤贮水量增加21.22mm和19.5mm。通过秋季土下地膜覆盖研究对春玉米生长发育及土壤水分动态60变化的影响，旨在探索一条科学合理的种植模式，提高土壤保蓄能力和该区域降水有效利用率，以期为减少地下水开采量和提高粮食产量提供理论基础。1材料与方法1.1试验地概况65试验于2014～2016年度，在河北省农林科学院深州旱作节水农业试验站进行田间试验。深州试验站位于黑龙港平原区(37°54′12.50″N,115°42′10.94″E,海拔20m)，土壤为黏壤质潮土。年平均气温12.7℃,地下水埋深10m以下,其生态条件代表河北平原区。年均降水量约500mm。试验地土质为黏壤质潮土，耕层土壤基础养分含量平均为有机质12.5g/kg、碱解氮65.8mg/kg、速效磷15.3mg/kg、速效钾121.9mg/kg，土壤容重1.38g/cm3～1.49g/cm3。70年降水量如表1所示。表1试验地点2014～2016年度降水量Table1Therainfallamountof2014～2016growthseasoninthetestfield(mm)非生长季拔节~大口大口~吐丝播种~拔节吐丝~收获全生育期年度Non～Elongation~12thleafSowing~Silking~WholeYeargrowing12thleafexpanded~ElongationHarvestGrowthperiodseasonexpandedSilking1122014～2015（2014/10/13.59.110.7314.6337.9～2015/5/13）34.32015～2016（2015/10/114.154.518281.9368.5～2016/5/7）-2- 中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn751.2试验设计2014～2016年度进行大田试验，2014年10月21日秋季作物收获后进行地膜覆膜和秸秆覆盖，试验采用“郑单958”作为供试品种。试验设有无孔膜（NPF）、有孔膜（PF）、秸秆覆盖（SM）和露地常规（ck）4个处理，每个处理三次重复，共12个小区，小区面积4×5m2。播种量75000株/hm2，60cm等行距。2015年度，春玉米播种时按每公顷N375kg，P2O515080kg，K2O180kg施足底肥，用尿素作氮肥，用磷酸二铵作磷肥，用氯化钾作钾肥，整个生育期内不追施肥料，各处理于5月14日播种，露地常规（ck）在吐丝期灌水100mm，9月29日统一收获。2016年度地膜进行重复利用，采用免旋耕种植，每公顷按N225kg，P2O5120kg，K2O150kg在大喇叭口期进行开沟深试，不施底肥，肥料使用尿素、磷酸二铵和氯化钾，各处理5月8日播种，露地常规（ck）在播种时灌水60mm，10月2日统一收获。851.3测定项目与方法1.3.1产量的测定田间调查：生育期每隔10天测量一次株高，吐丝后测量穗位，计算穗高系数；收获期进行田间调查时计数每小区单位面积内的玉米株数和穗数，并计算有效穗数。室内考种：每小区收取中间3行5m长区域的果穗，要保证之前未受到任何取样破坏，从收取的果穗中随90机挑选20个果穗，进行室内考种，记录果穗的穗长、穗粗、秃尖长、穗行数、行粒数等。收获时进行实收测产，用“PM～8188”型谷物水分测定仪测定鲜果穗籽粒含水量，按照实收测产的标准玉米籽粒中允许含有14％的水分。同时进行千粒重的测定。实收测产的公式：实测产量（公斤／亩）＝鲜穗重（公斤／亩）×出籽率（%）×［1－鲜籽粒含水率（%）］÷（1－14%）。951.3.2叶面积的测定三叶期开始每隔10天测定一次叶面积指数，每小区选取具有代表性的植株5株，吐丝后每七天测定一次。单株叶面积计算公式：叶长×叶宽×叶面积系数(玉米叶面积系数为：展开时叶面积系数为0.75，未展叶为0.5)。100叶面积指数（LAI）的计算方法为：LAI=单株叶面积×单位面积株数/单位土地面积1.3.3干物质的测定三叶期开始每隔10天测定一次干物质积累量，每次各小区选取4株具有代表性植株，将样品放在烘箱中设置105℃进行杀青30min，然后调至80℃烘干，并称重。1.3.4土壤水分含量的测定和水分利用效率的计算105在覆膜、冻融期结束和春玉米的各个关键生育时期（播种、拔节、大口、吐丝、收获）钻取0~200cm土层土样，每10cm取一次样，放入土盒称湿中，然后烘干测干土重，最终计算土壤重量含水量。所需计算公式如下：土壤贮水量（mm）=10×土层厚度×该土层土壤容重×重量含水量；土壤水消耗量（mm）＝阶段初土壤含水量－阶段末土壤含水量；110田间耗水量（mm）＝土壤水消耗量＋降水量＋灌水量（注：本算式适用于土体未发生-3- 中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn渗漏田间耗水量的计算；若发生渗漏，田间耗水量则使用相同处理未发生渗漏时的数据）；水分利用效率（Wateruseefficiency，WUE，[kg/(mm·hm2)]）＝籽粒产量/田间耗水量。注：本试验中，试验过程中，未出现地表水分径流丧失，地下水位深度最少在10m以下，因此土壤表面水分径流量及地下水补给量以0计算。1151.3.5气象数据由衡水气象站提供逐日气象数据（平均温度、降水量和日照时数）。1.3.6数据处理分析采用MicrosoftExcel2003整理数据和绘图,利用SPSS软件进行方差分析并检验显著性。1202结果与分析2.1产量及水分利用效果不同覆盖耕作方式下春玉米产量构成及水分利用效率如表2所示。从产量上看2个生长季各处理产量表现为无孔膜覆盖（NPF）>孔膜（PF）>露地常规（ck）>秸秆覆盖（SM），2个生长季无孔膜（NPF）和孔膜（PF）产量分别较露地常规（ck）提高9.50%～21.25%和1252.93%～11.36%，秸秆覆盖（SM）较露地常规（ck）减产3.01%～11.53%。从产量构成来看，2个生长季各处理每公顷有效穗数差异不显著，地膜覆盖处理有效提高了穗粒数和千粒重，无孔膜（NPF）和孔膜（PF）穗粒数分别较露地常规（ck）提高4.10%～12.61%和5.49%～11.84%；千粒重分别较露地常规（ck）3.09%～4.28%和4.76%～6.53%；秸秆覆盖（SM）在产量构成上与露地常规（ck）差异不显著。覆盖处理显著降低水分消耗，提高了水分利用效130率，生长季无孔膜（NPF）、孔膜（PF）和秸秆覆盖（SM）土壤耗水量分别较露地常规（ck）减少50.06mm～66.19mm、37.37mm～71.84mm和38.92mm～73.49mm；生育期水分利用效率分别提高26.89%～37.12%、20.92%～21.90%和4.35%～6.59%。从周年耗水量看，2周年无孔膜（NPF）、孔膜（PF）和秸秆覆盖（SM）土壤耗水量分别较ck减少194.55mm、213.19mm和204.32mm，水分利用效率分别提高28.92%～54.66%、29.42%～37.40%和1359.99%～18.62%。表2不同处理下的玉米产量构成与水分利用效率Table.2Maizeyieldcomponentsanditswateruseefficiencyunderdifferenttreatments生长季田间生育期周年周年穗数耗水量穗粒数千粒重水分利用耗水量水分利用产量EffectiveGrowing处理Grain1000-grain效率Annual效率YieldearseasonTreatment2numberweighWaterusewaterWateruse(kg/hm)numberFieldwater2perear(g)efficiencyconsumptionefficiency(ear/hm)consumption[kg/(mm·hm2)](mm)[kg/(mm·hm2)](mm)2015CK10890.76bc65958.89a527.44ab338.29c482.87a22.55b586.29a18.58cNPF11924.95a69664.44a549.10a348.76ab416.68b28.62a497.94b23.95aPF11209.69b68552.77a551.64a354.40a411.03b27.27a466.26b24.04aSM9635.02c65958.89a493.26b344.24bc409.38b23.54b471.59b20.43b2016-4- 中国科技论文在线http://www.paper.edu.cnCK8998.34bc65277.78a491.33b310.59b432.22a20.82d491.57a18.31dNPF10910.09a69791.67a553.30a323.88a382.16c28.55a385.37c28.31aPF10020.73ab68055.56a518.30ab330.19a394.85b25.38b398.40b25.15bSM8727.86c65972.22a494.30b309.54b393.30b22.19c401.95b21.71c注：在同一试验中，每一列数据后不同字母表示处理间在0.05水平上差异显著，下同。140Note:Ineachexperiment,valuesfollowedbydifferentletterwithinacolumnaresignificantlydifferentatP<0.05.thesamesymbolisusedforothertables.2.2产量构成与土壤水分变化2.2.1植株性状145植株及穗部性状如表3所示。对比植株性状可知，2015年度各处理株高差异不显著，穗高系数孔膜和ck要显著高于无孔膜覆盖和秸秆覆盖；2016年各处理株高表现为无孔膜>孔膜>ck>秸秆覆盖；穗高系数方面与2015年度表现一致。对比穗部性状可知，2个生长季各处理在穗行数差异均不显著；2015年度各覆盖处理穗长和穗行数表现为无孔膜>ck>孔膜>秸秆覆盖；各处理穗粗差异不显著；无孔膜和孔膜秃尖显著低于ck，秸秆覆盖与ck差150异不显著。2016年度无孔膜、孔膜和秸秆覆盖穗粗显著高于ck，秃尖则显著低于ck；2个地膜覆盖行粒数要显著高于其它处理；无孔膜穗长显著高于其它处理。整体看，无孔膜在穗部性状和植株性状均表现较好，地膜覆盖对群体结构具有一定优化作用，提高作物产量。表3植株性状和穗部性状155Table.3Plantcharacteristicsandeartraits穗粗行粒数秃尖长度株高穗高系数穗长行数处理EarGrainBaldtipPlantRationofEarlengthGrainrowsTreatmentdiameternumberperlengthheighteartoplant(cm)ofear(cm)row(cm)(cm)heigh2015CK17.66ab5.10a14.60ab34.75ab1.16a207.00a0.47aNPF18.80a5.13a15.26ab37.00a0.49b202.67a0.43bPF18.13ab5.10a15.00ab36.51a0.38b203.67a0.47aSM17.23b5.10a14.26b32.43b0.88ab211.67a0.43b2016CK15.80b4.58b15.00a32.83b1.49a213.33a0.43bNPF17.10a4.83a14.60a36.78a0.64b222.00a0.42bPF16.07b4.90a14.47a36.00a0.38b229.00a0.46aSM15.70b4.77a14.87a33.27b0.43b205.67a0.42b2.2.2穗花发育及籽粒败育特性穗花发育及籽粒败育情况如表4所示，各处理在雌穗分化的小花总数差异不显著，总数在680个左右；从败育花数和败育率方面看各覆盖处理的败育花数显著低于ck，败育率表现为ck>秸秆覆盖>孔膜>无孔膜，无孔膜败育花数最少，单穗较ck减少22左右个；秸秆覆160盖在未受精小花数要高于其它处理，无孔覆盖显著降低了未受精小花数，且受精小花数显著高于其它处理；籽粒败育率表现为ck>秸秆覆盖>孔膜>无孔膜，无孔膜败育率最低，较ck降低了31.92%左右。整体上看无孔膜处理小花败育率和籽粒败育率均要低于其它处理，这也是其有效穗粒数最多的原因之一。-5- 中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn165表4覆盖方式对对玉米雌穗穗花发育及籽粒败育的影响（2016）Table4Effectofmulchingmethodondifferentiationoffloretandabortiongraininear（2016）正常受精有效籽粒分化的败育花数未受精花数花败育率小花数籽粒数败育率处理小花总数No.ofNo.ofAbortionNo.ofEffectiveAbortionTreatmentNo.oftotalabortiveunfertilizedrateoffertilizedgrainrateofgrainflorets/earflorets/earfloretsfloret(%)Floretsnumber（%）CK670.0a39.7a48.7b581.7b6.69491.3b15.35NPF681.3a17.0c40.7c623.7a2.77553.3a10.45PF670.0a27.0b48.0b595.0b4.58518.3ab12.85SM696.5a29.0b85.5a582.0b4.99494.3b15.072.2.3叶面积指数变化叶面积指数（LAI）动态如图3所示。各处理玉米叶面积指数（LAI）均呈现单峰曲线170变化，各处理的LAI随着生育进程的推进不断增大，拔节期到吐丝期叶面积指数（LAI）增长速度最快，2个生长季LAI均在吐丝期达到最大值（CK为4.75和4.54，SM为4.13和4.93，NPF为4.97和5.07，PF为4.80和5.13，此时期无孔膜和孔膜吐丝期叶面积指数分别较露地常规提高4.63%～11.67%和0.91%～13.00%；秸秆覆盖第1生长季较露地常规降低13.05%，第2生长季则提高8.59%。地膜覆盖处理前期生长较快，且生长量大，第1生长季175ck在吐丝期灌水后叶面积指数在较高水平上持续时间最长；第2生长季玉米在大口期进行施肥，一定程度上满足玉米对吐丝后期的养分需求且雨水供应充足，地膜覆盖处理吐丝后LAI未出现快速下降，籽粒蜡熟期后各处理LAI快速下降，地膜覆盖处理LAI在蜡熟期前均高于其它处理，这为春玉米积累更多干物质提供了保障。180图1叶面积指数（LAI）动态Fig.1Dynamicsofleafareaindex(LAI)2.2.4地上部干物质积累量的变化185春玉米干物质积累量随生育时期的推进呈S型曲线变化趋势，通过Logstic曲线拟合干物质积累过程（表5）可以看出，2个生长季无孔膜、孔膜最大干物质增长速率出现日要早于秸秆覆盖和ck,且积累速率同样高于秸秆覆盖和ck，无孔膜在2个生长季干物质最大积累速率均最高；2015年度ck群体干物质持续快速增长时间高于其它处理，可能是受吐丝期灌-6- 中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn水的影响；2016年度无孔膜、孔膜干物质快速增长持续时间要高于秸秆覆盖和ck，其中孔190膜持续时间最长，秸秆覆盖持续时间最短；2个生长季无孔膜在干物质快速增长期内干物质积累量最多，较ck提高2.24%～18.40%。表5不同处理下的干物质积累特征参数Table.5Characteristicparametersofspringmaizeunderdifferenttreatments最大干物线性线性增长内生长曲线方程质增长速最大积累速率处理增长期干物质累量R2Growthcurveparametric率出现日GmaxTreatmentLIPBAILIPequation[kg/(hm2·d)]Tmax(d)(g/100-grain）(d)2015CK0.997y=27174.54/(1+102.01*e-0.05x)85.78366.2948.8515689.23-0.06x)74.71419.7343.5916040.03NPF0.998y=27782.15/(1+91.35*e-0.06x)78.48407.9244.6215957.65PF0.994y=27639.46/(1+102.84*e-0.06x)86.79353.4246.3514364.10SM0.998y=24879.36/(1+138.55*e2016-0.06x)78.88333.8143.7712811.54CK0.993y=22190.25/(1+115.16*e-0.06x)77.55387.6144.6315169.32NPF0.998y=26274.04/(1+97.17*e-0.06x)74.71340.8347.8214290.28PF0.996y=24751.49/(1+61.24*e-0.07x)75.72345.5938.6711717.65SM0.996y=20295.56/(1+173.71*e195Note:Tmax:ThedaywhenMaximalgrowthrateemergence,Gmax:Maximalgrowthrate,LIP:Linearincreaseperiod,BAILIP:Biomassaccumulationinlinearincreaseperiod.2.2.5成熟期干物质积累与分配如表6所示，各处理成熟期玉米単株不同器官中干物质的的积累量和分配比例表现为籽200粒>茎鞘>叶>苞叶&轴。无孔膜、孔膜籽粒干物质积累量显著高于ck和秸秆覆盖，无孔膜的籽粒所占比例（即经济系数）显著高于ck，较ck提高了4.87%。从不同处理营养器官干物质累积和分配比例看，无孔膜和孔膜茎鞘中的干物质累积量显著高于ck和秸秆覆盖，各处理营养器官干物质分配比例差异不显著。205表6成熟期单株干物质的分配Table.6Drymatterdistributioninaplantattheharveststage茎鞘比例叶比例苞叶&轴比例籽粒比例处理Stem&sheathRatioLeafRatioCob&huskRatioGrainRatioTreatment(g)(%)(g)(%)(g)(%)(g)(%)CK71.60b24.40a36.43a12.41a33.06a11.27a152.33b51.92bNPF81.94a23.95a37.63a11.00a36.29a10.61a186.27a54.45aPF85.62a25.45a38.31a11.39a32.52a9.67a179.98a53.50abSM69.35b24.66a35.08a12.48a31.83a11.32a144.94b51.54b2.2.62m土体土壤水分变化2m土体土壤水分的周年动态变化如图2所示，2014～2015年冬前覆膜至播种时降水-7- 中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn210112mm，露地常规处理土壤蓄水量变化不明显，覆盖各处理播种时的土壤蓄水量较冬前均有显著提高，秸秆覆盖、孔膜和无孔膜分别较露地常规提高41.21mm、48.18mm和22.16mm，非生长季孔膜保蓄土壤水分效果最好，通过秋季覆盖可有效减少土壤水分蒸发，保储土壤水分，达到秋保春墒，秋水春用的目的；播种后随着生育进程的推进各个处理的土壤蓄水量不断降低，至吐丝期达到最低点，吐丝期露地常规灌水100mm，收获时各处理土壤蓄水量均215有所回升，与播种时相比露地常规、秸秆覆盖、孔膜和无孔膜收获时土壤蓄水量分别下降44.97mm、71.48mm、73.13mm和78.78mm。2015～2016年度2m土体土壤水分动态变化，冬前至播种露地常规土壤蓄水量下降明显，秸秆覆盖、孔膜、无孔膜土壤蓄水量分别较露地常规提高50.70mm、55.80mm和56.15mm；播种时露地常规灌水60mm，整个生育时期各处理2m土壤水分变化趋势基本相同，拔节期至大喇叭口期降水50.6mm，各处理土壤蓄水量220均有所小幅回升，与播种时相比露地常规、秸秆覆盖、孔膜和无孔膜收获时土壤蓄水量分别下降3.72mm、24.80mm、26.35mm和13.66mm。观察2个周年2m土体土壤水分动态变化可以看出，露地常规在补水160mm的情况下土壤贮水量较2014年覆膜前下降了65.16mm，秸秆覆盖、孔膜和无孔膜土壤蓄水量分别下降20.84mm、11.97mm和30.61mm。225图2不同处理周年土体水分动态变化Fig.2Effectsofdifferenttreatmentsappliedinspringmaizeonannualchangeofsoilwaterstorage2.2.7周年阶段耗水特征230各处理阶段好水特征如表7所示，覆盖各处理耗水规律基本相同，无孔膜、孔膜和秸秆覆盖土壤耗水规律为非生长季耗水强度最小，生长季耗水强度为前期耗水强度小、中期大、后期略小。非生长季露地常规耗水强度显著高于各覆盖处理，秸秆覆盖、孔膜和无孔膜非生长季土壤耗水量分别较露地常规减少41.21mm～50.71、48.18mm～55.81mm和22.16mm～56.15mm。生育期内，2014～2015年秸秆覆盖各阶段耗水强度均低于ck；生长前期作物幼235小，水分消耗主要是土壤水分蒸发，地膜覆盖切断了土壤中的水分与大气的直接交换，使水分无法散失到大气中，耗水强度下降，因此无孔膜和孔膜前期保墒效果较好，后期由于植株叶片蒸腾作用增强，地膜覆盖处理长势较好，导致大口期到吐丝期无孔膜和孔膜耗水强度大于露地常规。露地常规在吐丝期到收获期耗水强度最大，可能是因为露地常规在吐丝期进行了一次灌水，土壤水分蒸发量增多，耗水强度变大；2015～2016年度露地常规在播种时灌240水60mm，播种至拔节期的耗水强度要高于拔节至大喇叭口期，其它处理与2014～2015年-8- 中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn耗水规律基本相同。2周年秸秆覆盖、孔膜和无孔膜土壤耗水量分别较ck减少204.32mm、213.19mm和194.55mm。245表7春玉米不同阶段耗水量及耗水特征Table7Waterconsumptionamountandwaterconsumptioncharacterofspringmaizeamongdifferentstage冬前～播种播种～拔节拔节～大喇叭口大喇叭口～吐丝吐丝～收获Predormancy–SowingPlangting～ElongationElongation～TrumpetTrumpet～SikingSiking～Harvest处理耗水强度耗水强度耗水强度耗水强度耗水强度耗水量耗水量耗水量耗水量耗水量TreatmentWaterWaterWaterWaterWaterWaterWaterWaterWaterWaterconsumptionconsumptionconsumptionconsumptionconsumptionconsumptionconsumptionconsumptionconsumptionconsumptionrateraterateraterate(mm)(mm)(mm)(mm)(mm)(mm/d)(mm/d)(mm/d)(mm/d)(mm/d)2014～2015CK103.420.5092.542.1535.943.0030.144.31328.255.29NPF81.260.4073.491.7126.352.2037.045.29278.813.67PF55.240.2778.331.8225.492.1236.545.22269.673.55SM62.210.3078.291.8230.832.5727.984.00271.283.572015～2016CK59.360.1398.942.7534.162.6350.954.25248.162.92NPF3.210.0156.291.5632.492.5056.044.67237.352.79PF3.550.0254.491.5132.152.4758.024.84250.192.94SM8.650.0456.381.5734.362.6449.174.10253.402.982503讨论前人在研究地膜覆盖对作物产量和水分利用效果的影响方面多在土壤表面进行覆盖，本试验在前人研究的基础上并结合当地的生产环境，通过秋季土下地膜覆盖来进一步研究地膜覆盖对作物产量及水分利用效果的影响。土下地膜覆盖从覆膜覆土到播种均实现机械化，有效降低用工成本，提高了工作效率。研究发现2015年玉米收获后，土下地膜破坏程度极小，255实现地膜重复利用。土下地膜覆盖栽培措施为河北省通过农艺措施减少地下水开采提供了新的思路。乔灵芝等[19]研究表明，秋季覆盖促进了春玉米个体生长发育，整个生育进程提前，其中地膜覆盖显著提高春玉米生物产量、株高和叶面积指数，秸秆覆盖降低玉米生育前期土壤表层温度，进而使播种至拔节期植株叶面积和干物质积累受到影响，生育中后期保墒作用促260进干物质积累，较对照有显著提高。本试验研究表明，与露地常规相比无孔膜和孔膜最大叶面积指数分别提高4.63%～11.67%和0.91%～13.00%，收获期干物质积累量提高了14.98%～15.93%和10.95%～12.17%；秸秆覆盖生育前期干物质积累量小于露地常规，中期差异不显著，收获时干物质同样低于露地常规，露地常规可能是受灌水影响促进了植株生长发育。2个生长季地膜覆盖处理株高与露地常规差异不显著，2016年度秸秆覆盖株高显著低于露地265常规。王罕博等[20]研究表明，地膜覆盖处理有助于形成较粗壮果穗、较多的穗粒数和较小的秃尖。李建奇等[21]研究表明，地膜覆盖提高了籽粒的灌浆速率，延长了籽粒有效灌浆时间-9- 中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn籽粒增重显著。本试验研究表明，无孔膜和孔膜与露地处理相比穗粒数分别提高了4.10%～12.61%和5.49%～11.84%,；千粒重分别提高3.09%～4.28%和4.76%～6.53%；秃尖分别较露270地常规降低0.55cm～0.85cm和0.71cm～1.11cm。秸秆覆盖较露地常规秃尖降低0.39cm～1.06cm，但在产量构成指标上两个处理之间差异并不显著，这与宋淑亚等[22]研究基本一致。樊向阳等[23]研究发现，覆盖与露地相比在生育期耗水规律性无明显差异，但地膜、秸秆覆盖由于减少了土壤水分蒸发，有助于作物生长的有效水分增多，因此总耗水量减少。乔灵芝等[19]研究表明，通过秋季覆盖冬闲期平覆地膜、垄覆地膜和秸秆覆盖（9000kg·hm-2）0～275200cm土壤蓄水量较ck分别增加21.22mm、20.49mm和19.5mm，土壤蓄水效率较ck分别提高26.1%、25.2%和23.7%。文凤等[24]研究表明，渗水地膜、普通地膜和秸秆覆盖均提高了玉米产量，减少了土壤水分消耗提高了水分利用效率，各处理耗水量表现为ck>秸秆覆盖>渗水地膜>普通地膜。宋淑亚等[22]研究表明，地膜覆盖下土壤蓄水量与对照无显著差别，但提高了玉米产量和水分利用效率；秸秆覆盖土壤蓄水量较对照有所提高，但产量和水分利用280效率较对照均有降低。本试验研究表明，通过秋季地膜覆盖有效的减少土壤水分蒸发，促进了玉米生长，提高了玉米产量和水分利用效率。2个周年非生长季秸秆覆盖、孔膜和无孔膜较露地常规分别减少土壤水分蒸发91.92mm、103.99mm和78.31mm；各处理生育期阶段耗水规律表现基本一致，总体耗水量有差别，2个生长季秸秆覆、盖孔膜和无孔膜处理较露地常规减少水分消耗112.40mm、109.21mm和116.24mm。秸秆覆盖产量低于露地常规，但较285低的土壤水分消耗，使其水分利用效率要高于露地常规。随着覆盖技术的发展，覆盖材料也在不断的改进，诸如针对普通地膜不渗水的缺点开发出带有微孔的渗水地膜[25-26]，针对普通地膜适应栽培作物的种类范围不广以及应用中费工费时的缺点而研制的高分子液膜[27]，针对普通地膜抗分解性造成土壤和环境的污染问题研制出不同类型的可降解地膜等[28-31]。2904结论地膜覆盖增产效果明显，与露地常规相比2个生长季无孔膜（NPF）增产9.50%～21.25%，孔膜覆盖增产（PF）2.93%～11.36%，秸秆覆盖（SM）产量与露地常规（ck）差异不显著。秋季覆盖有效抑制了土壤水分蒸发，提高了降水保蓄能力，进而提高了水分利用效率，2个生长季无孔膜（NPF）、孔膜（PF）和秸秆覆盖（SM）水分利用效率WUEgrain分别较露地295常规（ck）提高26.89%～37.12%、20.92%～21.90%和4.35%～6.59%；周年水分利用效率WUEgrain分别提高28.92%～54.66%、29.42%～37.40%和9.99%～18.62%。综合来看，无孔膜覆盖在产量及水分利用效率方面表现最好。致谢300时光荏苒，转眼间两年的研究生学业就要结束了，两年的研究生生活非常充实，在这期间我获得知识，得到了历练和成长，这将是我终身受益。本论文从选题到完成都受到导师杜雄副教授的精心指导，杜雄导师给予了大量的建设性意见。在此，谨向尊敬的导师致以我最衷心的感谢！杜雄导师渊博的专业知识、谨的治学态度、锐意创新的科研观念和忘我的工作精神在两年的研究生学习生活中深深的影响了我，在我生命中最美好的时光能够遇见指导我305前进的智者是可遇不可求的事，幸运的我遇到了老师，谢谢您在学习和生活中对我的帮助，铭记在心，在此向恩师表示我最诚挚的敬意！-10- 中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn在河北农业大学求学时光中，农学院的老师给予了我莫大的帮助，在此表示由衷的感谢！感谢崔彦宏教授、李雁鸣教授、李存东教授、张凤路教授、梁卫理教授、张立峰教授、刘玉华教授、肖凯教、刘连涛老师等老师在学习和试验中给予的帮助。310试验实施的过程体现了我们是一个充满关爱和战斗力的集体，在这样的环境中生活和学习，我受益终生。感谢河北省农林科学院旱作节水研究所的李科江、党红凯、曹彩云和邱桐年等工作人员给予我试验的支持。高亮、闫鹏、左玲慧等同门师兄、师弟和师妹在科研工作和生活中均给予了无私的帮助和鼓励。研究生期间，来自不同课题和年级的同学的帮助和陪伴，使我感受到集体的温暖，对于师姐董云、赵国英、武冬霞，师兄时志强、樊军波、魏仲315博和本级的李姝彤、任晓强，实习生周瑜安等人的热情帮助和支持，值此一并致以衷心感谢！最后感谢我的家人和朋友，在我读研期间给予我无微不至的关怀与支持，再次感谢！[参考文献](References)320[1]PereiraLS,CaiLG,HannMJ.FarmwaterandsoilmanagementforimprovedwateruseintheNorthChinaPlain[J].IrrigationandDrainage,2003,52(4):299-317.[2]王树安,兰林旺,周殿玺,等.冬小麦节水高产技术体系研究[J].中国农业大学学报,2007,12(6):44-44.[3]谭文藻,郑尊全,张藏惠,等.论河北省旱作农业发展战略[C].北京:学术期刊出版社,1989,225-229.[4]张光辉,刘中培,费宇红,等.华北平原区域水资源特征与作物布局结构适应性研究[J].地球学报,2010,32531(1):17-22.[5][5]贾金生,刘昌明.华北平原地下水动态及其对不同开采量响应的计算──以河北省栾城县为例[J].地理学报,2002,(02):201-209.[6]李晓明,李凯.世界上最大地下水漏斗,华北危机怎解？[EB/OL].2http://scitech.people.com.cn/GB/10580061.html,2009-12-15.330[7]张宗祜,施德鸿,沈照理,薛禹群.人类活动影响下华北平原地下水环境的演化与发展[J].地球学报,1997,(04):2-9.[8]郭步庆,陶洪斌,王璞,等.华北平原不同粮作模式下作物水分利用[J].中国农业大学学报,2013,18(1):53-60.[9][9]赵华甫,张凤荣,李佳,等.北京都市农业种植制度的发展方向-春玉米一熟制[J].中国生态农业学报,2008,16(2):469-474.335[10]张志国，徐琪.长期秸秆覆盖免耕对土壤某些理化性质及玉米产量的影响[J].土壤学报,1998,5(3):384-391.[11]WangTC,WeiL,WangHZ,etal.Responsesofrainwaterconservation,precipitation～useefficiencyandgrainyieldofsummermaizetoafUrrow～plantingandstraw～mulchingsysteminnorthernChina[J].FieldCropsResearch,2011,124(2):223～230.[12]JingM,LiQK,ChengXG.SpringMaizeSoilWaterEvaporationVariationanditsCumulativeEvaporation340underDifferentMulchingMaterialatAridRegion[J].AdvancedMaterialsResearch,2012,518:4649～4652.[13]KiharaJ,MukalamaJ,AyukeFO,etal.CropandSoilResponsetoTillageandCropResidueApplicationinaTropicalFerralsolinSub～humidWesternKenya[J].LessonslearnedfromLong～termSoilFertilityManagementExperimentsinAfrica,2012:41～57.[14]李世清,李东方,李凤民,白红英,凌莉,王俊.半干旱农田生态系统地膜覆盖的土壤生态效应[J].西北农林345科技大学学报(自然科学版),2003,(05):21-29.[15]RaviV,LourdurajAC.Comparativeperformanceofplasticmulchingonsoilmoisturecontent,soiltemperatureandyieldofrainfedcotton[J].MadrasAgriculturalJournal,1996,83:709～711.[16]卜玉山,苗果园,邵海林等.对地膜和秸秆覆盖玉米生长发育与产量的分析[J].作物学报,2006,2(7):1090～1093.350[17]杜尧东，刘作新，赵国强等.冬小麦田秸秆覆盖的小气候效应[J].生态学杂志.2000,19(3):20-23.[18]王耀林主编.新编地膜覆盖栽培技术大全[M].中国农业出版社，1998,1-34.[19]乔灵芝,王俊鹏,张春,韩清芳,张惠,贾志宽,杨宝平.秋覆盖的保水效应及对春玉米生长的影响[J].干旱地区农业研究,2013,(03):13-18+65.[20]王罕博,龚道枝,梅旭荣,郝卫平.覆膜和露地旱作春玉米生长与蒸散动态比较[J].农业工程学355报,2012,(22):88-94.[21]李建奇.地膜覆盖对春玉米产量、品质的影响机理研究[J].玉米科学,2008,(05):87-92+97.[22]宋淑亚,刘文兆,王俊,等.覆盖方式对玉米农田土壤水分、作物产量及水分利用效率的影响[J].水土保持研究,2012,19(2).211-217.[23]樊向阳,齐学斌,郎旭东,高胜国,赵辉,王景雷.不同覆盖条件下春玉米田耗水特征及提高水分利用率研究-11- 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