晉西北覆膜玉米田土壤水分初探

王 玲，?？〗?/p>

（太原師范學(xué)院 汾河流域科學(xué)發(fā)展研究中心，山西 晉中030619）

1 引言

我國(guó)北方主要栽培作物之一是玉米。干旱是造成玉米減產(chǎn)的一個(gè)重要因素，在生長(zhǎng)發(fā)育過程中，水分不足對(duì)其發(fā)育的影響有較大差異。氣候的變化會(huì)影響玉米作物的生長(zhǎng)及產(chǎn)量［1］。以干旱為主要特征的氣候變化使玉米生長(zhǎng)水分適宜性受到威脅。隨著全球氣候的暖干化，玉米生長(zhǎng)及產(chǎn)量受水分限制的現(xiàn)象已經(jīng)引起人們的關(guān)注。在干旱半干旱地區(qū)，自然降水作為唯一的水分來源，其降水時(shí)空分布不均導(dǎo)致作物根系的吸水能力下降，將引起玉米田土壤水庫(kù)中有效水分含量持續(xù)下降。已有研究表明［2，3］，玉米苗期的需水量較少，但在玉米旺盛生長(zhǎng)時(shí)期，水分適宜度較低是影響玉米產(chǎn)量的主要因素之一［4］。土壤水分和溫度會(huì)影響玉米出苗率和出苗速度［5］，春玉米出苗速度和出苗率在一定程度上決定了玉米的生長(zhǎng)狀況和產(chǎn)量的豐欠。晉西北嵐縣嵐城鎮(zhèn)東河村屬偏寒偏旱、風(fēng)多少雨的氣候，對(duì)該地區(qū)玉米田各土壤層水分含水量的多寡與土壤溫度和水分對(duì)覆膜處理的響應(yīng)的研究十分必要，可為玉米抗旱節(jié)水生理研究提供參考依據(jù)，對(duì)維持糧食作物穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)有十分重要的意義。

2 研究區(qū)概況與研究方法

2.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于山西省嵐縣嵐城鎮(zhèn)東河村，海拔1 287 m ，東經(jīng)111°1′15″，北緯38°58′1.3″，屬溫帶大陸性氣候，1月氣溫達(dá)到最低，平均為－9.7℃，7月溫度最高，達(dá)到21℃，最冷月與最熱月平均氣溫相差31.1℃。年均降雨量400mm，霜凍期為9月下旬至次年5月上旬，無(wú)霜期130d。地勢(shì)大體呈西北高東南低，北、西、南三面有石山環(huán)繞，東為黃土丘陵，地形破碎。境內(nèi)主要的土壤類型以褐土類型為主。

2.2 材料與方法

于2014年4月在研究區(qū)的覆膜玉米田和露地分別進(jìn)行采樣，土壤樣品用輕型人力鉆采取，采樣深度為0～600cm，土壤樣品間距為10cm，共采4個(gè)鉆孔，采集樣品合計(jì)240個(gè)。將土樣裝在已知空盒重的小鋁盒中，并用膠帶密封鋁盒，以防止水分揮發(fā)。立即將鋁盒帶回實(shí)驗(yàn)室稱取濕土重，然后將鋁盒放于105℃的烘箱中烘干水分至恒重，烘干時(shí)間為24h以上。含水量計(jì)算公式為：W＝（W1－W2）/W2×100%，其中W為所測(cè)樣品的土壤含水量，W1為烘干前樣地土壤樣品重量，W2為烘干后土壤樣品重量。

2.3 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析方法

數(shù)據(jù)采用Excel制圖，采用SPSS17.0進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 玉米地土壤水分含量的垂直剖面變化

旱作玉米春季土壤水分含量分別為圖1中三個(gè)剖面a、b、c。由圖可知，隨著土層深度的變化，玉米地土壤含水量呈現(xiàn)出先增大后降低又增加的變化趨勢(shì)。土壤含水量垂向變化可大致分為三層：易變層、相對(duì)穩(wěn)定層、緩變層。0～200cm土層含水量變化明顯，含水量在11.6%～16.9%之間，為易變層，該層主要受地表蒸散和天然降水的補(bǔ)給影響。其中0～40cm為耕層，含水量在11.6%～13.6%之間，41～100cm為中層，含水量在13.2%～15.0%之間，100～200cm為耕作深層，含水量在12.9%～16.9%之間，因此，在發(fā)苗期土壤含水量從表層到耕作深層有增大趨勢(shì)；200～300cm土層內(nèi)土壤水分平均含量最高（15.8%），這是因?yàn)橛衩赘抵饕性诟鞅韺雍椭袑樱?00cm以下根系量極少，同時(shí)蒸散作用較弱；300～400cm土層，含水量變化幅度較小，僅在13.3%～14.9%之間變化，為相對(duì)穩(wěn)定層；400～600 cm為緩變層，土層變化程度位于表層和中間層之間，含水量在11.1%～15.7%之間變化。從總體來看，玉米田覆膜處理保持了較高的土壤水分，土壤水分隨深度加大的響應(yīng)程度較低［6］，土壤保持較高的土壤水分值，有利于春玉米的生長(zhǎng)發(fā)育。

3.2 土壤水分和溫度對(duì)地膜覆蓋的響應(yīng)

研究區(qū)位于高寒的干旱半干旱地區(qū)，早春低溫且有效積溫少。因此，地膜覆蓋是旱作玉米增產(chǎn)的必要措施之一。采用新型地膜覆蓋播種機(jī)可一次性完成玉米的起壟、鋪膜、精量播種、鎮(zhèn)壓等多道工序，極大地提高了作業(yè)效率和經(jīng)濟(jì)效益［7］。地膜覆蓋后玉米增產(chǎn)的主要外在原因是改善水分狀況、提高土壤溫度。土壤水熱條件的改善，促進(jìn)了玉米根系的生長(zhǎng)，提高了根系吸收水分與礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素的能力。

3.2.1 地膜覆蓋對(duì)土壤溫度的影響

增溫保墑是作物增產(chǎn)的主要原因之一。地膜覆蓋在春季苗期具有明顯增溫效應(yīng)［8］。通過降低土壤水汽的蒸發(fā)，地膜有效減少了汽化熱的損失。此外，地膜導(dǎo)熱性較差，且具有不透氣性，使得大氣難以和土壤中氣體進(jìn)行交換。膜下的水汽、二氧化碳等可以吸收土壤向外釋放的長(zhǎng)波輻射熱，有效防止了土壤熱量的散失。白天氣溫較高時(shí)，地膜吸收的太陽(yáng)輻射能可使土壤表面增溫，熱量由上向土壤下層傳導(dǎo)［9］。夜間地面冷卻時(shí)，熱量在膜下相對(duì)封閉的空間里向上傳導(dǎo)補(bǔ)償，使得覆膜玉米田的溫差變化減小。但從土壤的絕對(duì)溫度來看，土壤溫度隨著土層深度的加深而有所降低［10］。由此說明，地膜覆蓋可使土壤溫度在一定范圍內(nèi)有所增加，苗期保溫性能良好（圖1）。

3.2.2 地膜覆蓋對(duì)土壤水分的影響

地膜覆蓋對(duì)土層水分含量的影響比較復(fù)雜［11］，這主要與土壤水資源補(bǔ)給情況有關(guān)，包括降水補(bǔ)給、凝結(jié)水補(bǔ)給、潛水蒸發(fā)補(bǔ)給等。很多研究提出［12，13］，地膜覆蓋處理抑制土壤水分蒸發(fā)，與大氣的直接交換受到阻隔。同時(shí)，深層水分通過毛管上升，并蒸發(fā)到膜下凝結(jié)集聚，提高了土壤表層的含水量。由圖2可知，春覆膜0～200cm土壤水分含量明顯高于露地，覆膜玉米田0～200cm的平均土壤水分含量為15.1%，露地的平均土壤水分含量為10.2%，平均高出4.9%。其中，40～60cm土層的土壤水分含量增加最為明顯，高達(dá)6.8%。此外，覆膜玉米田0～200cm土層的土壤水分含量總體呈現(xiàn)前高后低的持續(xù)下降趨勢(shì)。苗期氣溫較低，且覆膜處理后水分蒸騰較少，使玉米田的土壤水分含量總體處于較充足的供水狀態(tài)。由此說明，覆膜能有效增加表層至耕作深層的含水量。

4 結(jié)論與討論

（1）覆膜玉米田苗期的土壤水分含量平均值為14.1%，露地為13.2%，高于露地0.9%。

（2）覆膜處理對(duì)土壤表層至耕作深層的保水效果較為明顯，覆膜玉米田0～200cm土壤水分含量明顯高于露地。

（3）覆膜處理后的玉米田深層（200cm以下）土壤水分含量充足，為玉米苗期的生長(zhǎng)提供保障。

地膜覆蓋在干旱半干旱地區(qū)可以有效提高作物的產(chǎn)量，但因?yàn)榈啬じ采w阻擋了土壤與大氣的物質(zhì)交換，其增產(chǎn)作用在一定程度是以消耗土壤中儲(chǔ)存的養(yǎng)分和有機(jī)物質(zhì)為代價(jià)的，當(dāng)土壤養(yǎng)分和水分在作物生長(zhǎng)前期被大量消耗后，作物后期生長(zhǎng)會(huì)有脫水、脫肥現(xiàn)象。因此，地膜覆蓋技術(shù)應(yīng)用不當(dāng)，可能會(huì)導(dǎo)致減產(chǎn)。除此之外，大量的覆膜會(huì)造成嚴(yán)重的土壤污染現(xiàn)象。正確而有效地利用地膜覆蓋技術(shù)是干旱區(qū)未來農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要措施之一。

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