覆蓋栽培技術(shù)運用于干旱地區(qū)玉米種植的效果研究,農(nóng)藝學論文

覆蓋栽培技術(shù)運用于干旱地區(qū)玉米種植的效果研究,農(nóng)藝學論文覆蓋栽培作為一類田間微環(huán)境控制技術(shù)，能顯著降低作物棵間蒸發(fā)，進而改善耕層土壤水熱狀況，提高降水利用率和作物產(chǎn)量，對旱地作物穩(wěn)產(chǎn)豐產(chǎn)作用宏大。半干旱區(qū)旱作玉米地膜覆蓋栽培從半膜平覆、全膜平覆、起壟覆蓋到全膜雙壟溝播集雨種植，產(chǎn)量效益穩(wěn)步攀升，尤其是全膜雙壟集雨種植集覆蓋增溫抑蒸、雨水富集疊加和壟溝種植技術(shù)于一體，使玉米等作物增產(chǎn)30%以上。以往的研究多集中于從單一角度討論覆蓋栽培對土壤水分、溫度、養(yǎng)分、生物物質(zhì)及作物生理特性和產(chǎn)量的影響上，但對覆蓋栽培、十分是對半干旱區(qū)全膜雙壟溝播種植產(chǎn)生的土壤水熱、產(chǎn)量綜合效應及其持續(xù)性的研究報道不多，增產(chǎn)作用機理尚不明了，需要深切進入研究。本文以全膜雙壟覆蓋、沙覆蓋和沙膜二元覆蓋為試驗處理，研究探明旱地玉米覆蓋栽培的土壤水熱及增產(chǎn)綜合效應，說明其對土壤水熱環(huán)境變化的影響機制，為旱作玉米高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)栽培提供理論根據(jù)和技術(shù)支撐。1、材料與方式方法1.1試驗材料與試驗設計試驗于2018年在甘肅省農(nóng)業(yè)科學院定西試驗站(3523N，10430E)試驗田進行，試驗區(qū)海拔1960m，年均太陽輻射5898MJm－2，日照時數(shù)2500h，年均氣溫6.2℃，0℃積溫2787.7℃，10℃積溫2075.1℃，無霜期140d，多年平均降水量415.2mm，華而不實60%分布在7－9月。干旱、缺水、多旱災是常駐性農(nóng)業(yè)氣候特征，為典型的半干旱雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)。試驗土壤為黃綿土，0～20cm土層有機質(zhì)含量8.22gkg－1，全氮1.2gkg－1，磷素(P2O5)1.7gkg－1，水解氮54mgkg－1，速效磷4.5mgkg－1，速效鉀190mgkg－1，pH值8.5，屬弱堿性土壤。2018年玉米全生育期降水264.7mm，主要集中在7月和8月，屬偏旱年型。試驗以沈單16玉米為供試品種，采用單因素隨機設計，設裸地平作(CK)、全沙覆蓋平作(wholesoilsurfacesandridge-furrow，SMC)、沙膜二元覆蓋溝種(ridgefilmcoverfurrowsandcovercropping，F(xiàn)SMC)和全膜覆蓋溝壟種植(wholesurfaceplasticfilmmulchingdoubleridge-furrowcropping，F(xiàn)MRFC)4個處理，3次重復。全部采用寬窄行種植(70/40cm)，種植密度為60000株hm－2。地膜覆蓋為播前頂凌覆膜;全沙覆蓋用當?shù)睾由常谟衩撞シN前均勻覆蓋于小區(qū)，厚度3～5cm;沙膜二元覆蓋即壟上覆膜集雨，壟溝覆沙抑蒸的保水耕作方式。試驗施肥量均為:N225kghm－2、P2O5150kghm－2、K2O135kghm－2，肥料均在播前作底肥一次施入。2018年4月25日播種，10月9日收獲，全生育期無補充灌溉，除拔草外不進行其他田間管理。1.2測定項目與方式方法1.2.1地溫地溫參考Cook等的方式方法。在玉米全生育期用地溫計測定0～25cm地溫，每5cm為1層，每小區(qū)測定1個位點，定點測定。華而不實，全膜雙壟種植按試驗重復在大壟面和小壟面上隨機選點測定，沙膜二元覆蓋在壟面上選點測定。每10～15d在8∶00、14∶00、20∶00各測定1次。1.2.2土壤含水量和水分利用效率在玉米全生育期用烘干法測定0～200cm土層土壤貯水量，每20cm為1層，平均每10～15d每小區(qū)測定1次，每小區(qū)測定1個位點，定點測定。華而不實，全膜雙壟種植按試驗重復在大壟面和小壟面上隨機選1位點測定，沙膜二元覆蓋在壟面上選點測定。同時采用環(huán)刀法測定土壤容重。土壤含水量的計算公式為:土壤含水量=(土壤鮮質(zhì)量－土壤干質(zhì)量)/土壤干質(zhì)量100%。土壤貯水量的計算公式為:Sw=drw/10計算土壤貯水量。式中Sw為土壤貯水量(mm)，d為土層厚度(cm)，r為土壤容重(gcm－3)，w為土壤含水量(%)。農(nóng)田耗水量按水分平衡方程ET=P－腤計算，式中ET為作物耗水量，P為降水量，腤為時段末與時段初土壤貯水量之差(單位均為mm)。耗水強度(mmd－1)=各生育階段大豆田耗水量(mm)/生育階段天數(shù)(d)作物水分利用效率按WUE=Y/ET計算，Y為作物籽粒產(chǎn)量(kghm－2)，ET為作物耗水量(mm)?！緢D1】1.2.3產(chǎn)量及其構(gòu)成因素。成熟期每小區(qū)隨機取10株進行室內(nèi)考種，測定株高、穗粒數(shù)、穗粒重和百粒重，每小區(qū)按實收計算產(chǎn)量。1.3數(shù)據(jù)處理采用MicrosoftExcel2018軟件對數(shù)據(jù)進行處理和繪圖，采用SPSS18.0統(tǒng)計分析軟件對數(shù)據(jù)進行差異顯著性檢驗(LSD法)。2、結(jié)果與分析2.1不同覆蓋處理的土壤增溫效應2.1.1不同覆蓋處理玉米生育關鍵期土壤溫度日動態(tài)變化。由圖1能夠看出，各處理0～25cm耕層土壤日平均溫度隨土層深度增加呈先增后降再升再降的變化趨勢，變幅隨著玉米生育進程逐步縮小。FMRFC處理0～25cm耕層土壤日平均溫度變幅最大，其次是SMC，F(xiàn)SMC第三。苗期～拔節(jié)期是土壤日平均溫度變化較大的時期，以0～10cm土層地溫變化較為劇烈，變異系數(shù)達7.0%～10.87%，以后隨生育進程變異逐步縮小，變異系數(shù)縮至2.8%～4.4%。與CK比，F(xiàn)MRFC、FSMC和SMC可使0～25cm耕層日平均溫度分別提高3.6、1.4和1.4℃，可使0～10cm土層日平均地溫提高4.0、1.2和1.75℃。2.1.2不同覆蓋處理玉米全生育期土壤溫度的動態(tài)變化。在玉米整個生育期內(nèi)，各處理0～25cm土層的平均溫度都經(jīng)歷了從苗期至拔節(jié)期的快速增溫經(jīng)過，至抽雄期末到達最高，然后開場下降至成熟期到達最低的動態(tài)變化經(jīng)過(圖2)。苗期和拔節(jié)期，各處理0～25cm耕層土壤溫度呈隨土層深度增加呈遞減的變化趨勢，以CK最低，變幅為12～20℃，F(xiàn)MRFC最高，變幅為15.1～23.3℃，二者相差3.1～3.3℃。作物生育中期，如玉米大喇叭口期，各處理0～25cm耕層土壤溫度處于較高位小幅平穩(wěn)變化態(tài)勢，以CK變幅最大，變幅為20.4～25.2℃，SMC次之，變幅為21～24.8℃，F(xiàn)MRFC和FSMC相近，居第三，變幅為20.5～22℃，各覆蓋處理與CK比溫差為0.4～3.2℃。作物生育后期與前期正好相反，各處理0～25cm耕層溫度表現(xiàn)為隨土層增加而升高的變化趨勢，變幅為10.3～12.2℃，比CK高出0.3～0.8℃(圖3)。覆蓋處理明顯地提高了玉米全生育期0～25cm土層的平均溫度，顯著地提高了玉米抽雄期以前0～25cm土層的平均溫度，增溫的范圍為0.4～3.3℃和1.4～3.6℃。抽雄期以前土壤溫度的提高有利于作物提早出苗、苗齊苗壯，對抗旱增產(chǎn)有積極地作用。【圖2】【圖3】2.2不同覆蓋處理的土壤水分耗保效應2.2.1不同覆蓋處理玉米生育關鍵期土壤水分耗散特征試驗年份，各處理0～100cm土層的土壤水分均被強烈的耗散，但不同處理玉米不同生育時期耗散的程度不同(圖4)。玉米出苗至大喇叭口期，固然SMC和CK相對于FMRFC和FSMC更為強烈地加劇了對表層20cm土壤水分的消耗，使土壤含水量比播前分別降低了7.52、6.91、5.92和4.52個百分點，都接近凋萎系數(shù)，但0～100cm土層的土壤平均含水量與播前比，均表現(xiàn)為FMRFC和SMC降低最多、FMSC和CK接近，分別為4.85、4.28、2.91和2.79個百分點，覆蓋處理比CK要多【圖4】耗水0.12～2.06個百分點。分析以為，由于FMRFC和SMC處理前期土壤升溫快，促進了玉米早發(fā)快長增加了對土壤水分的消耗，所以對0～100cm土層土壤水分的消耗要顯著高于FSMC和CK。至收獲后，各覆蓋處理0～20cm土層的土壤含水量得到了明顯的恢復，F(xiàn)SMC、SMC和FMRFC處理分別比播前增加了1.77、1.32和0.39個百分點，比CK高3.91、3.43和2.5個百分點。0～100cm土層的平均含水量也有改善但不顯著，F(xiàn)MRFC、FSMC、SMC和CK各處理固然仍分別比播前低3.56、2.65、1.94和2.18個百分點，但與大喇叭口期比也分別增加了1.29、0.53、0.15和0.24個百分點。能夠看出，F(xiàn)MRFC和FSMC處理集保水作用要優(yōu)于SMC和CK，是比擬有效的覆蓋方式。2.2.2不同覆蓋處理玉米全生育期土壤水分耗散特征玉米生育前期土壤水分條件的改善，使得作物營養(yǎng)生長旺盛、生長量大，地上部分蒸騰強烈，促進了土壤水分，十分是土壤深層水分的耗散。如此圖5所示，玉米拔節(jié)期各覆蓋處理0～80cm的土層土壤貯水量均高于對照處理，大喇叭口期至成熟期，除FMRFC和FSMC處理0～20cm土層的土壤貯水量仍高于CK外，20cm下面土層的土壤貯水量所有覆蓋處理幾乎都低于CK。全生育期所有處理0～100cm土層的土壤水分均被玉米強烈耗散，深層土壤水分含量也明顯降低趨于播前狀態(tài)。在經(jīng)歷了2018年7－8月175.2mm較強烈降雨至收獲后，固然表層土壤水分有一定的恢復，但各覆蓋處理40～140cm土層的土壤貯水量仍低于對照，沒有恢復到播前狀態(tài);160～200cm土層的土壤貯水量固然高于對照也沒能得到足夠的補給。測定分析表示清楚，試驗年份各處理播前和收獲后0～20cm土壤貯水量無明顯變化;但在20～100cm土層，F(xiàn)MRFC、FSMC和SMC的土壤貯水量收獲后較播前分別減少43.22、27.5和20.13mm，較CK分別低28.35、8.61和3.88mm;在100～200cm土層，F(xiàn)MRFC、FSMC、SMC和CK的土壤貯水量分別減少10.2、6.0、8.66和8.29mm，無顯著差異?！緢D5】2.3同覆蓋方式的增產(chǎn)效應2.3.1覆蓋耕作對玉米主要經(jīng)濟性狀的影響。覆蓋處理顯著地改善了玉米株高、穗粒數(shù)、穗粒重和百粒重等重要經(jīng)濟性狀(表1，P＜0.01)。除株高表現(xiàn)為FSMC＞SMC＞FMRFC＞CK的優(yōu)劣次序外，其余性狀均一致表現(xiàn)為FMRFC最優(yōu)、FSMC次之、SMC第三、CK第四的優(yōu)劣次序。FSMC和SMC處理由于前期地溫升溫較快，加上沙覆蓋相對阻斷了土壤水分向表層運移的通道、減少了土壤裸面無效蒸發(fā)損失、水分多消耗多用于作物生長的生理蒸騰，使得作物早發(fā)、快長，因此表現(xiàn)為株高顯著高于其他處理。從表1還能夠看出，除株高外，覆蓋處理使試驗年份測定的玉米經(jīng)濟性狀都成倍的增加，尤對玉米穗粒重的增加作用最顯著。株高、穗粒數(shù)、穗粒重和百粒重分別比CK增加了38～60cm、208～273粒、83～119.3g和11.4～14.9g，提高了23.17%～36.59%、76.19%～100%、220.16%～316.45%和79.72%～104.2%。分析表示清楚，覆蓋處理由于改善了作物生長的水熱環(huán)境，不但調(diào)優(yōu)了作物的營養(yǎng)和生殖生長，而且促進了作物光合作用、增加了光合產(chǎn)物、加速了光合產(chǎn)物向籽粒的運移分配，所以玉米的穗粒數(shù)、穗粒重和百粒重都顯著地增加，進而奠定了高產(chǎn)的基礎。2.3.2覆蓋耕作對玉米生育耗水量、水分利用效率和產(chǎn)量的影響。不同覆蓋處理玉米耗水量存在明顯差異。試驗結(jié)果表示清楚(表2)，F(xiàn)MRFC處理耗水量最高，與FSMC、SMC和CK的差異到達了極顯著水平(P＜0.01)，F(xiàn)SMC和SMC與CK的差異不明顯。各覆蓋處理玉米全生育期耗水量分別比CK高9.8%，2.97和1.34%。不同覆蓋處理都顯著地提高了玉米的產(chǎn)量和作物水分利用效率(WUE)，增產(chǎn)效應到達1%的顯著水平，優(yōu)先次序為FMRFC＞FSMC＞SMC＞CK。與CK比，增產(chǎn)率分別到達78.71%、58.69%和39.47%，平均58.96%;WUE分別提高了62.77%、54.14%和37.64%?！颈?】【表2】覆蓋栽培提高了玉米生長發(fā)育前期的土壤溫度和半干旱區(qū)5～10mm降水的集蓄利用率，改善了玉米營養(yǎng)生長期的土壤水熱環(huán)境，增加了對20～100cm土層土壤深層水的耗散，提高了產(chǎn)量。水分條件的改善起著增產(chǎn)的主導作用。在半干旱區(qū)，能改善土壤水分狀況和供水能力的栽培措施都能獲得增產(chǎn)。3、討論旱地地膜覆蓋栽培的增溫講表示清楚，地膜覆蓋能明顯提高作物生育前期的土壤溫度，有利于促進作物提早出苗、苗齊苗壯，對抗旱增產(chǎn)有積極的作用。覆蓋栽培的增溫效應因田間覆蓋處理的不同表現(xiàn)為不同的日變化和季節(jié)變化特征，影響的土壤深度也不同，進而對作物生長發(fā)育也產(chǎn)生著不同的作用。研究上也有冬季低溫短日照條件下地膜覆蓋增溫效果不如秸稈覆蓋的報道。因而，根據(jù)氣候年型選擇最優(yōu)覆蓋方式，是有效發(fā)揮覆蓋增溫效應的正確途徑。旱地地膜覆蓋栽培可稍微提高表層土壤水分含量，使作物生長的水分條件得到局部改善，但由于水熱條件的改善促使作物前期生長旺盛、群體大、根系發(fā)達，根深量大，加劇了深層土壤水分的消耗。旱地全膜覆蓋溝壟種植技術(shù)全地面覆蓋有效地阻斷了土壤水分的無效蒸發(fā)，同時田間覆膜壟面的集水作用聚集半干旱區(qū)難利用的5～10mm降水到作物根區(qū)，提高了0～20cm土層的含水量，解決了旱地作物生育需水關鍵期土壤水分的缺乏的矛盾，提高了作物全生育期生長的水分知足率。相對優(yōu)化的水熱分條件促進了作物的生殖生長，改善了作物的產(chǎn)量性狀，顯著提高了降水利用率和作物水分利用效率，實現(xiàn)糧食的增產(chǎn)。但是，旱作農(nóng)田生產(chǎn)力的提高必然增加對土壤深層水分的消耗，這對土壤水分年際平衡不利，因而，研究探尋求索并選擇節(jié)水高效的覆蓋栽培方式是旱地作物高效用水栽培技術(shù)研究的重要方面。4、結(jié)論