,, 郭瑶, 范虹, 樊志龙, 胡发龙, 于爱忠, 赵财, 柴强,甘肃农业大学农学院/省部共建干旱生境作物学国家重点实验室,兰州 730070Effects of Different Plastic Film Mulching and Using Patterns on Soil Water Use of Maize in Arid Irrigated Area of Northwestern China
YIN Wen,, GUO Yao, FAN Hong, FAN ZhiLong, HU FaLong, YU AiZhong, ZHAO Cai, CHAI Qiang,College of Agronomy, Gansu Agricultural University/State Key Laboratory of Arid Land Crop Science, Lanzhou 730070通讯作者:
责任编辑: 杨鑫浩
收稿日期:2021-01-18接受日期:2021-06-2
| 基金资助: |
Received:2021-01-18Accepted:2021-06-2
作者简介 About authors
殷文,E-mail：
摘要
关键词：
Abstract
Keywords：
PDF (508KB)元数据多维度评价相关文章导出EndNote|Ris|Bibtex收藏本文
本文引用格式
殷文, 郭瑶, 范虹, 樊志龙, 胡发龙, 于爱忠, 赵财, 柴强. 西北干旱灌区不同地膜覆盖利用方式对玉米水分利用的影响. 中国农业科学, 2021, 54(22): 4750-4760 doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.22.004
YIN Wen, GUO Yao, FAN Hong, FAN ZhiLong, HU FaLong, YU AiZhong, ZHAO Cai, CHAI Qiang.
开放科学（资源服务）标识码（OSID）：
0 引言
【研究意义】资源型缺水作为世界重大生态问题,是制约农业生产的主要因素,如何在现有的水分供给条件下发展以水资源高效利用为前提的节水型农业尤为重要[1,2]。农业生产维持作物持续高产稳产需要消耗大量水资源,对土壤水分安全带来严重威胁,造成土壤水分承载潜力严重降低[3],因而,研发高效水资源管理农艺措施显得格外重要。【前人研究进展】覆盖作为降低水分无效蒸发,优化农田土壤水分环境而增强作物水分利用的有效措施[4,5],在干旱半干旱区域广泛应用。秸秆与地膜覆盖作为轻简化的农业节水及水分高效利用生产技术,广泛应用于农业生产[2,3]。秸秆覆盖具有抑制土壤蒸发、保墒蓄水、调节地温、提高肥力等优势被广泛应用于喜凉作物生产[6,7],而对于喜温作物,因较低的土壤温度,延缓出苗及生长发育的缺点,甚至呈现减产及降低水分利用的效应[8]。无色普通地膜因蓄水保墒、增温及高产、水分高效利用而被大量应用于干旱与半干旱区域喜温作物生产[9,10]。然而,地膜覆盖栽培措施弊端屡屡出现,诸如在高温季节,容易造成作物根区土壤的极端高温,导致作物根系及叶片发生早衰,从而影响产量及水分利用[11],同时造成“白色污染”,农田生态环境恶化[12]。西北干旱内陆灌区资源性缺水严重,春、秋热量不足但夏季炎热,喜温玉米作为主栽作物,其高产及水分高效利用主要归因于地膜覆盖措施的增温保水效应[13]。在区域全面推行非膜不植的生产背景下,寻求弱化地膜覆盖高温弊端而提高水分利用的技术亟待进行,因而,地膜减量化生产技术备受关注。【本研究切入点】纵观西北干旱内陆灌区气候特征和地膜覆盖优缺点,将地膜覆盖及免耕技术集成在同一玉米栽培模式中,有望通过实现周年覆盖,蓄纳休闲期降水,优化农田土壤水分环境,增强作物需水与土壤供水的吻合度,研发适宜于西北干旱灌区玉米水分高效生产的农艺管理技术。【拟解决的关键问题】本研究在典型西北干旱内陆灌区,系统分析不同地膜覆盖利用方式下玉米农田耗水特性、产量表现及水分利用效率,以期为区域内地膜减投玉米高产高效技术的适应性评价提供理论参考依据。1 材料与方法
1.1 试区概况
本试验于2017—2018年在甘肃农业大学武威黄羊镇绿洲农业科研教学基地进行。该区属寒温带干旱气候区,年平均气温7.3℃,≥10℃积温约3 000℃;年日照时数近3 000 h,光热资源丰富,是我国典型的玉米主产区。试验地土壤为砂壤土,0—60 cm土层土壤理化性质如表1。试区多年平均降水量156 mm、土壤水分潜在蒸发量高于2 000 mm,2017与2018年,全年降水量分别218.1和251.6 mm,玉米生育期内降水量分别为142.8与213.8 mm。作物生产依赖于补充灌溉,玉米以覆膜种植为主,地膜投入大、成本高,且潜在污染日益严重。Table 1
表1
表1研究区域0—60 cm土层土壤理化特性
Table 1
| 土层深度 Soil depth (cm) | 容重 Bulk density (g·cm-3) | 萎蔫点 Wilting point (%) | 田间持水量 Field capacity (%) | 土壤养分含量Soil nutrition content (g·kg-1) | ||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 土壤有机质 Organic matter | 全氮 Total nitrogen | 全磷 Total phosphorous | ||||
| 0-20 | 1.46 | 6.7 | 20.2 | 14.8 | 0.78 | 1.17 |
| 20-40 | 1.53 | 9.6 | 23.4 | 14.4 | 0.76 | 1.14 |
| 40-60 | 1.54 | 10.2 | 26.2 | 13.5 | 0.70 | 1.10 |
新窗口打开|下载CSV
1.2 试验设计
本研究以2013年布设的长期定位试验为基础,涉及2017与2018年玉米农田耗水相关数据。本试验设3种地膜覆盖利用方式：免耕覆膜（NM）,即免耕地膜重复利用,地膜覆盖1次使用2年,当季玉米收获后免耕,地膜完整度在70%以上,翌年春季玉米播种季节采用简易滚轮穴播器硬茬播种玉米;少耕覆膜（RM）,即秋免耕春覆膜,当季玉米成熟收获后不翻耕,翌年春季回收残膜后,旋耕、镇压、覆盖新地膜,并采用简易滚轮穴播器播种玉米;传统覆膜（CM）,即传统耕作每年覆盖新地膜,当季玉米收获后立即回收旧膜,再利用铧式犁深翻耕,翌年春季旋耕、镇压、覆盖新地膜后,采用简易滚轮穴播器播种玉米。其中,免耕与少耕覆膜处理年际间交替轮换,具体安排顺序如表2。试验共3个处理,每个处理3次重复,共9个小区,小区面积48 m2,田间采用随机区组排列。Table 2
表2
表2不同地膜覆盖利用方式的具体安排顺序
Table 2
| 试验类别 Experimental category | 年份 Year | 处理设计 Treatment design | ||
|---|---|---|---|---|
| 预备试验Preliminary experiment | 2013 | 传统覆膜CM | 传统覆膜CM | 传统覆膜CM |
| 实施试验 Experiment implementation | 2014 | 免耕覆膜NM | 少耕覆膜RM | 传统覆膜CM |
| 2015 | 少耕覆膜RM | 免耕覆膜NM | 传统覆膜CM | |
| 2016 | 免耕覆膜NM | 少耕覆膜RM | 传统覆膜CM | |
| 2017 | 少耕覆膜RM | 免耕覆膜NM | 传统覆膜CM | |
| 2018 | 免耕覆膜NM | 少耕覆膜RM | 传统覆膜CM | |
新窗口打开|下载CSV
供试玉米（Zea mays L.）品种“先玉335”,种植密度为82 500株/hm2,覆膜栽培,膜宽140 cm,膜厚0.01 mm。因试区农田土壤钾处于富集状态,因而本试验只施用氮肥与磷肥,施纯氮360 kg·hm2（按基肥﹕大喇叭口期﹕开花后15 d=3﹕5﹕2分施）,施纯磷（P2O5）180 kg·hm-2,均为基肥,传统与少耕覆膜基肥在播种前均匀施于地面,用旋耕机旋入15 cm耕作层,而免耕覆膜玉米基肥用直插式施肥器施入。追肥时,在对应生育时期灌水前用直插式施肥器在距离玉米茎秆10 cm 处打孔,将肥料施入10 cm孔中,然后埋土,利于提高氮肥利用。全生育期灌水5次,于拔节期、抽雄期各灌900 m3·hm-2,大喇叭口期、吐丝开花期和灌浆期各灌水750 m3·hm2。其他管理措施同当地玉米高产田一致。播种日期分别为2017年4月25日和2018年4月20日,收获日期分别为2017年9月22日和2018年9月23日。
1.3 测定与计算指标及方法
1.3.1 土壤重量含水量与贮水量（1）土壤重量含水量。用烘干法测0—30 cm土层土壤重量含水量,30—60、60—90、90—120 cm土层采用水分中子仪（NMM503DR,CA,USA）测定。在玉米播种前、收获后各测定一次,生育期内每隔约15 d测定一次。中子水分仪测定值与土壤重量含水量的拟合曲线如下：
$\theta =\left( 0.4023\times \frac{R}{{{R}_{0}}}+0.0031 \right)\times 100\%$,R2=0.9828;
式中,θ 为土壤重量含水量（%）,R为中子水分仪的实际测定值,R0为中子水分仪基础数值。
（2）土壤贮水量。运用土壤重量含水量计算土壤贮水量（SWS）,计算公式如下：
SWS=θ×h×r×10
式中,θ为土壤重量含水量（%）,h为土层深度（cm）,r为土壤容重（g·cm-3）,10为单位换算系数。
1.3.2 耗水特性
（1）棵间蒸发量。采用PVC管自制微型蒸渗仪（高15 cm,直径11 cm）测定[2],每次取土时将其垂直放入作物行间,使其顶面与地面齐平,取原状土,然后用尼龙网布封底,另用PVC管做成外套,固定行间,使其表面与附近土壤持平。自玉米播种后每5—6 d测定1次,微型蒸发器中土样每减少1 g相当于蒸发水分0.1051 mm,降雨、灌水后立即换土。
（2）耗水量（ET）。采用水分平衡公式计算[1]：ETi=Pi+Ii-∆Si。式中,ETi为i时段作物耗水量（mm）;Pi为i时段的降水量（mm）;Ii为i时段灌水量（mm）;∆Si为i时段末与时段初的土壤贮水量之差（mm）。由于本试验区水资源匮乏,土层深度1.2 m,试验区地下水在30 m以下,节水灌溉量较少,因而忽略了渗漏量和地下上升水的影响。
（3）耗水结构（E/ET）。耗水结构为棵间蒸发量（E）与耗水量（ET）之比。
1.3.3 籽粒产量（GY）与水分利用效率（WUE） 玉米成熟后,以小区为单元收获,用种子水分仪（PM-8188）测定籽粒含水量,计算产量时保留籽粒含水量为14%。水分利用效率WUE=GY/ET。
1.4 数据统计
采用Microsoft Excel 2016整理、分析数据并绘制图表,利用SPSS 19.0软件在0.05水平下进行显著性检验（Duncan’s）。2 结果
2.1 不同地膜覆盖利用方式下玉米农田土壤重量含水量差异
2.1.1 全生育期土壤重量含水量动态 不同地膜覆盖利用方式下玉米农田0—120 cm 土层土壤重量含水量在2个试验年度处理间差异均显著,且土壤重量含水量随灌溉及作物生育进程而有差异（图1）。免耕覆膜（NM）与少耕覆膜（RM）具有提高玉米播种时0—120 cm土层平均土壤重量含水量的作用,较传统覆膜（CM）分别提高7.8%与5.1%,相对应的土壤贮水量分别提高7.4%与4.5%,提高数量分别为26.2与16.1 mm。玉米播种—拔节期及吐丝—灌浆初期,仍有NM处理较CM处理提高0—120 cm土层平均土壤重量含水量,分别为5.0%与4.7%,相对应的土壤贮水量分别提高4.8%与4.2%,提高数量分别为16.8与14.7 mm。然而,地膜覆盖利用方式对玉米拔节—吐丝期及灌浆初期之后土壤含水量无显著影响。以上结果表明,免耕覆膜措施保持玉米播种及吐丝—灌浆初期较高土壤重量含水量,为玉米播种创造良好的土壤水分环境,且弥补了灌浆期玉米植株旺盛生长对土壤水分的大量需求。图1
新窗口打开|下载原图ZIP|生成PPT图1不同地膜覆盖利用方式下玉米农田0—120 cm 土层平均土壤重量含水量动态
图上方的误差线表示LSD值,箭头表示不同的灌溉时间。下同
Fig. 1Dynamics of soil weight moisture content at 0-120 cm soil depth of maize field under different plastic film mulching and using patterns
Error bars above the curves indicate the value of LSD and arrows show different irrigation dates in the figure. The same as below
2.1.2 玉米播种前、收获后及生育期内土壤含水量垂直变化 不同地膜覆盖利用方式对玉米播种前0—120 cm 各土层土壤重量含水量影响显著（图2）,耕层0—30 cm土层,NM与RM处理较CM处理提高土壤重量含水量,分别为8.5%与6.3%;30—60 cm土层,NM处理较CM处理提高8.9%;60—90 cm土层,NM与RM处理较CM处理分别提高7.8%与4.9%;90—120 cm土层土壤重量含水量年际间有差异,2018年玉米播种前土壤重量含水量明显高于2017年,使得地膜覆盖利用方式对2017年深层土壤重量含水量造成显著影响,NM处理较CM处理提高5.4%。免耕地膜重复利用保持玉米播种时各土层较高的土壤重量含水量,为玉米播种及出苗创造良好的土壤水分环境。玉米生育期内,地膜覆盖利用方式对各土层土壤重量含水量的影响不显著,且补充灌溉与降雨弱化了相同地膜覆盖利用方式下不同土层间土壤重量含水量差异,与播种前相比,各土层土壤重量含水量明显降低。玉米收获后,NM处理较RM与CM处理提高耕层0—30 cm土层土壤重量含水量,分别为6.6%与6.4%,NM处理较RM处理提高30—60 cm土层土壤重量含水量5.5%;地膜覆盖利用方式对玉米农田60—120 cm土层土壤重量含水量无显著影响。
图2
新窗口打开|下载原图ZIP|生成PPT图2不同地膜覆盖利用方式下玉米播种前、收获后及全生育期内0—120 cm 土层平均土壤重量含水量的垂直变化
图右面的误差线表示 LSD 值
Fig. 2Vertical changes of mean soil weight moisture content at 0-120 cm soil depth of before sowing, after harvesting, and whole growth stage for maize field under different plastic film mulching and using patterns
Error bars on the right side of the curves indicate the value of LSD in the figure
2.2 不同地膜覆盖利用方式下玉米农田的耗水特性
2.2.1 全生育期棵间蒸发量动态 地膜覆盖利用方式对玉米全生育期总棵间蒸发量的影响不显著,但对其各生育阶段棵间蒸发量的影响显著（图3）。玉米播种—大喇叭口期,因NM处理具有较高的土壤水分含量,其地膜的完整度低于RM与CM处理,因而NM处理较RM与CM处理增加了棵间蒸发量,增加比例分别为12.2%与28.4%。玉米大喇叭口期—吐丝期,仅有2017年,NM与RM处理较CM处理增加棵间蒸发量,分别达到12.3%与7.7%。相反,随着生育期的推进,当玉米进入生殖生长期（吐丝—收获期）,NM处理因前期生长慢而后期的快速恢复生长,增大了地表覆盖度及有效耗水,明显抑制了土壤蒸发,使得NM处理较RM与CM处理棵间蒸发量分别降低7.6%与18.4%。纵观玉米全生育期棵间蒸发量动态发现,虽然玉米吐丝期之前,NM处理较RM与CM处理农田棵间蒸发量较大,但吐丝期之后,NM处理较RM与CM处理均降低了棵间蒸发量,说明NM处理增强了玉米生殖生长期土壤水分的有效利用,利于籽粒灌浆,为玉米高产稳产奠定基础。图3
新窗口打开|下载原图ZIP|生成PPT图3不同地膜覆盖利用方式下玉米农田土壤蒸发量动态
Fig. 3Dynamics of soil evaporation of maize field under different plastic film mulching and using patterns
2.2.2 玉米各生育阶段耗水量 虽然地膜覆盖利用方式对玉米全生育期总耗水量无显著影响,但对玉米各生育阶段的耗水量影响显著（表3）。就不同生育阶段而言,玉米播种—拔节期,NM与RM处理较CM处理增加耗水量,分别达到14.4%与9.9%,但NM与RM处理间差异不显著。玉米拔节—大喇叭口期,NM与RM处理较CM处理增加耗水量,分别为7.0%与9.4%。玉米大喇叭口期—吐丝期,2018年度,NM处理较RM与CM处理降低耗水量7.7%与6.8%。随着生育期的推进,玉米吐丝—灌浆初期,NM处理耗水量逐渐变小,NM较CM处理降低耗水量为7.8%。相反,当玉米进入灌浆期之后,NM处理因前期生长慢而后期的快速恢复生长,导致玉米灌浆初期—收获期耗水量较CM处理增加6.5%。纵观玉米各生育阶段耗水量差异发现,与CM处理相比,NM处理增加了玉米播种—大喇叭口期的耗水量,降低了玉米吐丝—灌浆初期的耗水量,增大了玉米灌浆初期—收获期的耗水量,有效协调玉米各生育阶段的水分需求关系,增强其水分高效利用的潜势。
Table 3
表3
表3不同地膜覆盖利用方式下玉米各生育阶段的耗水量及耗水结构
Table 3
| 年份 Year | 处理 Treatment | 玉米生育阶段 Maize growth stage | 全生育期 Whole growth period | ||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 播种—拔节 Sowing-jointing | 拔节—大喇叭口期 Jointing-big flare | 大喇叭口期—吐丝期 Big flare-silking | 吐丝期—灌浆初期 Silking-early filling | 灌浆初期—收获期 Early filling-harvesting | |||||||||
| ET (mm) | E/ET (%) | ET (mm) | E/ET (%) | ET (mm) | E/ET (%) | ET (mm) | E/ET (%) | ET (mm) | E/ET (%) | ET (mm) | E/ET (%) | ||
| 2017 | NM | 108a | 50.5a | 128a | 27.3a | 88a | 41.1a | 89b | 33.8b | 219a | 16.1c | 633a | 30.2a |
| RM | 105a | 45.8b | 132a | 22.9b | 92a | 37.7b | 94ab | 35.4b | 212ab | 19.0b | 635a | 29.4a | |
| CM | 98b | 41.1c | 120b | 22.3b | 91a | 35.1c | 99a | 38.3a | 203b | 22.7a | 612a | 30.0a | |
| 2018 | NM | 97a | 56.4a | 118a | 32.9a | 93b | 29.7a | 134b | 22.9a | 277a | 17.8c | 720a | 28.0a |
| RM | 92b | 51.6b | 120a | 27.6b | 101a | 27.1b | 138ab | 21.2b | 272ab | 21.0b | 723a | 26.9a | |
| CM | 82c | 50.1b | 110b | 26.1c | 100a | 26.9b | 142a | 23.7a | 264b | 23.5a | 698a | 27.6a | |
新窗口打开|下载CSV
2.2.3 玉米各生育阶段棵间蒸发量占耗水量的比例 虽然地膜覆盖利用方式对玉米全生育期棵间蒸发量占总耗水量比值（E/ET）无显著影响,但对玉米各生育阶段E/ET影响显著（表3）。玉米播种—大喇叭口期,因NM处理地膜的完整度低于RM与CM处理而产生较大的棵间蒸发量,因而NM处理较RM与CM处理提高了E/ET,提高比例分别为14.5%与21.0%。玉米大喇叭口期—吐丝期,NM处理较RM与CM处理提高E/ET,分别为9.2%与13.6%。相反,玉米吐丝之后,NM处理因旺盛的生殖生长,增大有效蒸腾耗水而降低E/ET,且灌浆盛期降低幅度更大。玉米吐丝—灌浆初期,仅有2017年,NM处理较CM处理降低E/ET（11.8%）。玉米灌浆初期—收获期,2个试验年份,均有NM处理较RM与CM处理降低E/ET,分别为15.2%与26.8%。以上结果表明免耕地膜重复利用主要是减少了玉米吐丝—收获期土壤的无效耗水,提高了土壤水分利用的有效性。
2.3 玉米籽粒产量与水分利用效率对地膜覆盖利用方式的响应
地膜覆盖利用方式对玉米籽粒产量的影响年际间有差异（图4）。2017年,免耕覆膜（NM）较少耕覆膜（RM）玉米籽粒产量降低4.1%,但NM处理与对照传统覆膜（CM）差异不显著。2018年,地膜覆盖利用方式对玉米籽粒产量没有造成显著影响。两个年度,地膜覆盖利用方式对玉米水分利用效率没有造成显著影响。说明免耕地膜重复利用在实现地膜减投的基础上仍可获得较高产量及水分利用效率,进一步证实该措施应用于西北干旱灌区玉米生产的可行性。图4
新窗口打开|下载原图ZIP|生成PPT图4不同地膜覆盖利用方式下玉米籽粒产量与水分利用效率
不同小写字母表示处理间在 0.05 水平上差异显著
Fig. 4Grain yield and water use efficiency of maize under different plastic film mulching and using patterns
Different letters represent significant difference between treatments at 0.05 level
3 讨论
3.1 地膜覆盖利用方式对农田耗水特性的调控效应
近年来,随着资源型缺水日趋紧迫,干旱气候条件下,农业生产必须以水分高效利用为重心,而优化农艺措施,改善农田土壤水分环境,增强作物需水与农艺调控措施间的吻合度,研发适宜于特定区域的水分高效生产农艺管理技术是提高作物水分利用效率的重要途径之一[2, 14]。地膜覆盖作为简易节水措施广泛地应用于农业生产[3, 9],可有效地抑制土壤蒸发、降低无效耗水、提高水分收获而增强水分利用的有效性[1, 7]。特别是年均降水不足200 mm且潜在蒸发高于2 000 mm的西北干旱内陆灌区,玉米栽培存在非膜不植的生产现状。该区玉米生产通常采用传统耕作每年覆盖新地膜,其弊端日趋明显,例如在高温季节,容易造成作物根区土壤的极端高温,导致作物根系及叶片发生早衰,从而影响产量及水分利用[11]。也有****尝试玉米栽培采用黑色地膜覆盖,但很难满足其生长发育的热量需求[15];若提早播种玉米,土壤温度达不到种子发芽的基本要求,延缓出苗或者种子发生冷害而降低出苗率[16]。因而,地膜覆盖循环利用模式作为一种减量化途径在西北干旱内陆灌区受到研究者及广大种植户关注。本研究表明,免耕地膜重复利用（NM）较传统每年覆盖新地膜（CM）显著提高了玉米播种前—拔节期的土壤重量含水量,这是因为前茬玉米收获后土地休闲期免耕地膜重复利用实现了周年覆盖,降低土壤水分无效蒸发,保墒蓄水,提高土壤水分含量[17]。NM处理提高了玉米吐丝—灌浆初期的土壤重量含水量,因为该生长阶段NM较CM处理降低了土壤温度,延缓了玉米生长发育而对土壤水分的利用较少[18]。说明该措施通过保持玉米灌浆初期较高的水分含量,弥补了玉米灌浆盛期对土壤水分的大量需求。地膜覆盖利用方式对玉米灌浆初期之后土壤重量含水量无显著影响,主要因为随着气温的回升,NM处理土壤温度达到玉米正常生长发育的热量需求,其地上群体大小及光合速率与CM处理相似[19],因而二者土壤重量含水量差异不显著。本研究表明,地膜覆盖利用方式对玉米全生育期内总棵间蒸发量的影响不显著,但对各生育阶段棵间蒸发量的影响显著。玉米吐丝期之前,NM处理较秋免耕春覆膜（RM）与CM处理农田棵间蒸发量较大,这是因为NM处理播种—拔节期的土壤水分含量高于RM与CM处理,但地膜完整度低于RM与CM处理,导致NM处理棵间蒸发量较大;相反,玉米吐丝期之后,NM处理较RM与CM处理均降低了棵间蒸发量,源于NM处理较RM与CM处理降低了土壤温度[4,18],玉米生育前期生长缓慢,消耗水分与养分较少,随着气温回升,生育前期剩余的土壤水分与养分促使玉米生长发育旺盛,使得玉米灌浆后期甚至蜡熟期仍保持较高的光合性能而延缓衰老,因而保持较大的冠层与遮阴面积而增强抑制土壤蒸发的效应[19]。说明NM处理可均衡玉米生育前后期棵间蒸发量,进而产生与RM及CM处理相似的抑蒸效应。耕作与覆盖方式对协调作物生产水分利用动态具有显著效应[2,7],有研究指出免耕地膜覆盖可通过优化土壤水热特性[17,18],调控作物生长发育动态而实现对水资源的错期利用,增强作物需水与土壤供水的吻合度[17],即有效降低作物生育前期无效蒸发,增加作物生育后期的有效蒸腾,使无效耗水转化为有效耗水而增强水分有效利用,进一步证实本研究得出的基本观点,与CM处理相比,NM处理增加了玉米播种—大喇叭口期耗水量,降低了玉米吐丝期—灌浆初期耗水量,增大了玉米灌浆初期—收获期耗水量,有效协调玉米各生育阶段的水分需求关系,为玉米水分高效利用奠定基础。因此,在水资源严重短缺的西北干旱内陆灌区,应用免耕地膜重复利用技术可缓解玉米需水与土壤供水矛盾,为试区玉米高效生产提供理论与实践依据。
3.2 作物产量表现对地膜覆盖利用方式的响应
大量研究表明,作物生产中,覆盖具有不同程度的增产效应,而在干旱与半干旱地区,对于喜温作物玉米而言,地膜覆盖增产效应大于秸秆覆盖,源于地膜覆盖的增温、保水、促进生长发育[5,7]。但是,近10年来,干旱内陆灌区玉米成熟期从10月中旬提前至9月上旬甚至8月下旬,呈现减产趋势,其实这属于早衰并不是早熟,其主要原因：一是高温与低温的极端变化;二是农户传统生产模式每年覆盖新地膜,在玉米旺盛生长期（开花灌浆期）的0—15 cm土壤温度达到40℃以上[7],明显高于玉米根系正常生长发育土壤温度35℃的适温阈值[20],导致其生长发育受损;三是大量投入地膜对农田土壤水分与养分的过度消耗而造成土壤微环境恶化[21,22];四是农户传统生产模式每年覆盖地膜,提高土壤温度,加快玉米生育前期生长,对资源的消耗多,造成玉米生育后期出现可利用资源不足等现象[22]。因此,亟待研发减缓以上传统农户生产模式诸多弊端的农艺管理措施。本研究将免耕、地膜覆盖同步集成于玉米生产模式,NM处理获得与RM及CM处理相当的籽粒产量。NM处理维持较高籽粒产量的原因是该措施显著降低了玉米全生育期0—15 cm土层土壤温度[4,18],延缓了玉米生育前期生长,消耗水分与养分较少,随着气温回升,生育前期剩余的土壤水分与养分促使玉米生育后期生长发育旺盛,使得灌浆后期甚至蜡熟期仍保持较高的光合性能而延缓衰老,利于玉米籽粒灌浆而促进增产[19],说明免耕地膜重复利用方式下玉米增产主要发生在生育后期。相反,传统耕作每年覆盖新地膜在玉米开花灌浆期造成玉米根区极端高的土壤温度[7,11],以及生育前期较高的土壤温度加快玉米生长,造成资源过度消耗而后期不足,导致玉米根系及叶片发生早衰,降低光合作用而减少地上部光合同化物的累积与分配[17,23-24]。因此,在玉米生产田间管理中,可通过优化栽培措施,调控玉米生长发育动态,从而实现资源需求与供给的同步性而维持并增强玉米生育后期的旺盛生长,延缓衰老而实现高产稳产效应。3.3 地膜覆盖利用方式对作物水分利用效率的影响
根据作物水分利用效率（WUE）的量算公式可知,提高作物产量与降低耗水量是提高WUE的两个主要途径[15]。从农田耗水的组成可知,降低土壤水分蒸发、提高作物有效蒸腾耗水可提高WUE[14]。地膜覆盖可通过抑制土壤蒸发、提高作物有效蒸腾、提高土壤温度而促进增产和提高WUE[5,14]。本研究中,NM处理与RM及CM处理具有相当的WUE,主要原因一是NM处理提高了玉米播种—拔节期及吐丝—灌浆初期0—120 cm土层平均土壤重量水分含量,为玉米播种及灌浆期的旺盛生长创造良好的土壤水分环境;二是NM处理增加了玉米播种—大喇叭口期耗水量,降低了玉米吐丝期—灌浆初期耗水量,增大了玉米灌浆初期—收获期耗水量,有效协调玉米各生育阶段的水分需求关系,为玉米籽粒灌浆奠定基础;NM较CM处理提高了玉米吐丝期之前的棵间蒸发量与其占耗水量的比例（E/ET）,但降低了玉米吐丝期之后的棵间蒸发量与E/ET,有利于增强玉米吐丝期之后土壤水分的有效利用,为其籽粒灌浆提供充足的土壤水分,保证产量而维持较高WUE。因而,在资源型缺水严重的干旱内陆灌区,玉米生产中应用免耕地膜重复利用技术可缓解作物需水与供水矛盾而实现较高的WUE,可作为维持西北干旱灌区玉米生产中地膜减投的可行措施。4 结论
免耕地膜重复利用（NM）可提高玉米播种—拔节期及吐丝—灌浆初期0—120 cm土层平均土壤重量水分含量,为玉米播种及灌浆期的旺盛生长创造良好的土壤水分环境。与传统耕作每年覆盖新膜（CM）相比,NM处理增加了玉米播种—大喇叭口期的耗水量,降低了玉米吐丝期—灌浆初期的耗水量,增大了玉米灌浆初期—收获期的耗水量,有效协调了玉米各生育阶段的水分需求关系。NM较CM处理提高了玉米吐丝期之前的棵间蒸发量与其占耗水量的比例（E/ET）,但降低了玉米吐丝期之后的棵间蒸发量与E/ET,NM处理有利于增强玉米吐丝期之后土壤水分的有效利用。在地膜减投与免耕措施下,NM处理获得与RM及CM处理相当的籽粒产量与水分利用效率。因此,免耕地膜重复利用可作为维持干旱绿洲灌区玉米较高产量及水分利用效率的地膜减投可行措施。参考文献 原文顺序
文献年度倒序
文中引用次数倒序
被引期刊影响因子
[本文引用: 3]
[本文引用: 5]
[本文引用: 5]
[本文引用: 3]
[本文引用: 3]
DOI:10.1016/j.fcr.2020.107758URL [本文引用: 3]
DOI:10.3724/SP.J.1006.2011.01249URL [本文引用: 3]
DOI:10.3724/SP.J.1006.2011.01249URL [本文引用: 3]
[本文引用: 1]
[本文引用: 1]
[本文引用: 6]
[本文引用: 6]
[本文引用: 1]
[本文引用: 1]
DOI:10.1016/j.agwat.2017.12.008URL [本文引用: 2]
DOI:10.3724/SP.J.1006.2015.00778URL [本文引用: 1]
DOI:10.3724/SP.J.1006.2015.00778URL [本文引用: 1]
DOI:10.2134/agronj2012.0459URL [本文引用: 3]
DOI:10.1088/1748-9326/9/9/091001URL [本文引用: 1]
DOI:10.1016/j.eja.2018.07.005URL [本文引用: 1]
DOI:10.1016/j.agwat.2020.106335URL [本文引用: 3]
[本文引用: 2]
[本文引用: 2]
[本文引用: 1]
[本文引用: 1]
DOI:10.3724/SP.J.1006.2018.00876URL [本文引用: 4]
DOI:10.3724/SP.J.1006.2018.00876URL [本文引用: 4]
DOI:10.3389/fpls.2021.649684URL [本文引用: 4]
[本文引用: 3]
[本文引用: 3]
[D].
[本文引用: 1]
[D].
[本文引用: 1]
[本文引用: 1]
[本文引用: 1]
DOI:10.1111/ejss.2019.70.issue-4URL [本文引用: 2]
[本文引用: 1]
[本文引用: 1]
[本文引用: 1]
[本文引用: 1]
