不同覆膜材料对旱地农田土壤理化性质及春玉米产量的影响

王 雯，白盼盼，张 雄

(1.榆林学院，陕西 榆林 719000；2.新疆农业大学，新疆 乌鲁木齐 830052)

榆林地区是我国春玉米的优势产区，常年种植面积约10万hm2， 旱地春玉米种植面积约占全区玉米种植面积的2/3[1]。该地区春季干旱少雨、气温较低，不利于春玉米种子萌发和幼苗生长。研究表明，在西北旱地，地膜覆盖可提高土壤温度[2]，保持土壤水分[3]，增加碳、氮等养分含量[4]，改善作物生长的土壤微环境，提高作物水分利用效率[3]，增加产量[5]。然而随着普通聚乙烯地膜使用量的增加和使用面积的扩大，农田残膜污染问题日益严重，残膜在土壤中积累，破坏土壤结构[6]，造成耕层土壤理化性质恶化[7]，根系难以下扎[8]，最终影响作物的生长发育和产量，推广使用可降解地膜，是解决“白色污染”的有效途径[6]。降解地膜有助于保持土壤水分和温度[4, 9]，增加玉米产量[10]，但有关降解地膜对土壤理化性质与玉米产量的综合研究少见报道。笔者研究通过分析不同覆膜材料下土壤水热状况和养分含量变化，揭示不同覆膜材料对春玉米产量及水分利用效率的影响，为西北旱地春玉米高产环保栽培提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2019年4-10月在陕西省榆林市佳县方塌镇谢家沟村进行(N 38°19＇，E 110°07＇)，试验地属典型的干旱半干旱大陆性季风气候，年均气温10.0℃，年降水量395 mm，无霜期157 d，≥10℃积温3 030℃，土壤为黄绵土，pH值为7.7，速效氮、有机碳和全氮含量分别为15.31 mg·kg-1、13.05 g·kg-1和1.06 g·kg-1。

1.2 试验设计

试验采用随机区组设计，共设置5个处理：T1(0.01mm PE，PE为聚乙烯)，T2(0.01 mm PPC+KY，PPC为聚甲基乙撑碳酸酯；KY为光敏剂)，T3(0.007 mm PPC+KY)，T4(0.006 mm PPC+KY)，CK(裸地)，重复4次，共计20个小区，小区面积28 m2(4 m×7 m)，宽窄行(40 cm + 80 cm)种植，密度为6.0万株·hm-2。春玉米于2019年4月22日播种，9月27日收获。地膜宽60 cm，先覆膜，然后将玉米播种于地膜边际的2～3 cm处，播种深度为3～5 cm。播种前在地表撒施尿素225 kg·hm-2，P2O5105 kg·hm-2，K2O 90 kg·hm-2，翻耕入土。在大喇叭口期和花粒期结合自然降水，采用人工开沟深施，追施尿素225 kg·hm-2和150 kg·hm-2。

1.3 测定指标及方法

(1)在春玉米各生育期采用烘干法测定0～100 cm土层土壤水分，用曲管地温计测量0～25 cm土层土壤温度。

(2)在春玉米成熟期采集0～20 cm土层土壤，测定有机碳、速效氮、全氮、可溶性有机碳、可溶性有机氮、微生物量碳和微生物量氮、腐殖酸含量。有机碳采用重铬酸钾-分光光度法测定；速效氮采用碱解扩散法测定；全氮采用半微量凯氏定氮法测定；可溶性有机碳用碳分析仪测定；流动分析仪测定滤液中的无机氮含量，用过硫酸钾氧化法测定土壤可溶性全氮含量，可溶性有机氮含量为可溶性全氮与无机氮含量之差；微生物量碳用重铬酸钾氧化法来测定；微生物量氮测定采用氯仿熏蒸-K2SO4提取法。

(3)小区产量为实打实收，每小区采集中间两行玉米带回实验室进行考种，测定穗长、穗粗、穗重、穗粒数、秃尖率和千粒重；春玉米耗水量为收获时0～100 cm土层含水量-(播种时0～100土层含水量+春玉米生育期降水量)；春玉米水分利用效率为耗水量/产量。

1.4 数据分析

运用SPSS软件进行不同处理间数据的单因素方差分析，采用Duncan检验(P<0.05)进行平均值间的多重比较，用Origin软件作图。

2 结果与分析

2.1 不同覆膜处理对土壤温度的影响

由图1可见，在整个生育期，各处理土壤温度随土层加深均呈现下降趋势，0～25 cm的平均土壤温度表现为T1>T2>T3>T4>CK。在苗期，T1和T2处理间土壤温度差异小，较其他覆膜处理高1.97～3.19℃，较CK处理高4.34～4.70℃。在拔节期-灌浆期，T1和T2处理的土壤温度较其他覆膜处理高1.54～3.81℃，较裸地高2.24～6.05℃，其中，T2处理的土壤温度较T1处理低0.54～2.65℃，较T3和T4处理高0.58～4.03℃；CK处理下各土层温度比其他处理低0.03～7.04℃。在成熟期，T1处理的土壤温度较T3、T4和CK处理高3.80～4.96℃，T2处理的土壤温度较T3、T4和CK处理高0.82～1.71℃，T2处理的土壤温度较T1处理高1.63～2.98℃，差异增大，T3和T4处理较CK处理略高0.89和0.66℃，差异进一步缩小。

图1 不同覆膜处理对春玉米各生育期土壤温度的影响

2.2 不同覆膜处理对土壤水分的影响

图2表明，在整个生育期0～100 cm土层的平均土壤含水量表现为T1>T2>T3>T4>CK，且随着土层加深土壤含水量呈增加趋势。0～40 cm土层中，T1和T2处理的土壤含水量较其他覆膜处理低0.42%～2.02%，较CK处理高1.42%～4.44%。T2处理的土壤含水量较T 1处理略低0.12%～2.14%，较T3和T4处理高0.42%～2.41%；CK处理下土壤含水量比其他处理低0.20%～5.01%。40～80 cm土层的土壤含水量变化趋势与0～40 cm土层基本一致。80～100 cm土层中，覆膜处理的土壤含水量高于裸地，且T1和T2，T3和T4之间的差异较小。

图2 不同覆膜处理对春玉米各生育期土壤含水量的影响

2.3 不同覆膜处理对土壤养分的影响

由表1可见，与裸地相比不同覆膜材料均增加了土壤养分含量。在0～20 cm土层中有机碳、可溶性有机碳、微生物量碳含量表现为T2>T1>T4>T3>CK，腐殖酸含量表现为T2>T4>T3>T1>CK，可溶性有机氮和微生物量氮含量表现为T2>T4>T1>CK，速效氮和全氮的含量表现为T1>T2>T3>T4>CK。T2处理的土壤有机碳、腐殖酸、可溶性有机碳、微生物量碳、可溶性有机氮和微生物量氮含量分别较其他处理高4.69%～43.44%、17.99%～46.71%、5.38%～59.24%、16.03%～39.77%、12.26%～34.34%和7.33%～37.05%，且显著高于CK(P<0.05)。T3处理的N素含量较T4处理高2.62%，T4处理的C素含量较T3处理高2.77%，T1处理的速效氮和全氮含量较其他处理高3.32%～32.74%和5.03%～18.25%。

表1 不同覆膜处理对0-20cm土层土壤养分含量的影响

2.4 不同覆膜处理下春玉米产量指标的变化

表2显示，不同覆膜材料下的春玉米的产量指标均高于裸地。T1和T2处理下春玉米的穗重、穗粒数、千粒重和产量显著高于CK处理1.69%～25.55%、5.28%～12.85%、3.35%～12.49%、9.94%～21.87%(P<0.05)，且T1和T2处理下的春玉米穗粒重和产量显著高于T3和T4处理(P<0.05)。T1处理的穗长、穗重、千粒重和产量略高于T2，T2处理的穗粗和穗粒数最高，且秃尖率最低。耗水量变化与产量相反(表2)，T1和T2处理的耗水量显著低于其他处理5.77%～10.05%(P<0.05)。较高的产量和较低的耗水量致使T1和T2处理的春玉米水分利用效率显著高于其他处理12.33%～35.54%(P<0.05)，T1和T2处理间无显著差异。

表2 不同覆膜处理下春玉米产量指标变化

3 讨论与结论

不同覆膜材料下旱地春玉米农田土壤温度和水分高于裸地。0.01 mm普通聚乙烯地膜和降解地膜覆盖下土壤保温保水效果明显。在春玉米生育中后期0.006 mm和0.007 mm降解地膜覆盖下土壤保水保温能力下降，由于在春玉米生育后期降解地膜膜面破裂导致土壤裸露[9～11]，原有密封环境被破坏，保水保温效果降低[12, 13]。

不同覆膜材料下土壤养分含量高于裸地。0.01 mm降解地膜覆盖下土壤有机碳，可溶性碳等含量均高于0.01 mm聚乙烯地膜覆盖，这可能是由于聚乙烯地膜覆盖下土壤温度较高，加速了有机质的分解矿化[3, 14]，从长期看，不利于土壤中有机养分的积累。0.007 mm和0.006 mm降解地膜覆盖下土壤养分低于0.01mm降解地膜覆盖，可能是由于降解地膜较薄，膜面过早分解破裂，土壤裸露，导致养分挥发或随雨水淋溶[9]，也可能是膜面降解导致土壤温度下降，土壤微生物分解残体速率减慢，土壤养分含量降低[15, 16]。

不同覆膜材料下春玉米产量及水分利用效率高于裸地。T1和T2处理下土壤水分和温度较高，养分含量高于其他处理，具有良好的保水、保温和保肥作用，有利于春玉米的生长发育[3, 13]。虽然0.01mm降解地膜覆盖的穗长、穗重、千粒重和产量略高于0.01 mm聚乙烯地膜覆盖，但0.01 mm降解地膜覆盖的穗粗和穗粒数最高，且秃尖率最低，与聚乙烯地膜相比，0.01 mm降解地膜覆盖下玉米品质较好。并且0.01 mm降解地膜覆盖下，春玉米耗水量较少，其水分利用效率显著低于其他降解地膜(P<0.05)。丁宗江等(2018)和唐文雪等(2019)也报道了降解地膜在减少玉米耗水量[17]，提高水分利用效率[18]的作用。笔者研究显示，在西北旱区，0.01 mm PPC+KY降解地膜覆盖可有效改善土壤理化性质，提高春玉米产量，改善品质，可考虑作为替代普通聚乙烯地膜的环保型覆膜材料。