不同顏色地膜覆蓋對玉米土壤溫度、雜草發生及玉米產量的影響

楊世佳 陳瑾 張毅

摘要：以不同顏色地膜覆蓋為農作措施，設計白色地膜覆蓋（WF）、黑色地膜覆蓋（BF）和不覆蓋（CK）3個處理，研究不同顏色地膜覆蓋對玉米土壤溫度、雜草發生及玉米產量的影響。結果表明，WF、BF處理的產量均顯著高于CK，分別高出15.28%、18.77%，WF處理的產量小于BF處理。WF、BF處理株高、莖粗均顯著大于CK。WF、BF處理穗長、行粒數和百粒質量均顯著大于CK，禿尖長度相反。WF處理在玉米生育期中前期，會抑制雜草發生，在玉米生育期后期，適合雜草的發生;BF在玉米的整個生育期中均抑制雜草發生。WF和BF處理均能夠增加玉米土壤溫度，且增溫效果表現為WF處理>BF處理;覆膜處理的最大增溫的天氣類型是晴天，其次是陰天、陰轉晴和雨轉陰，再次是多云，最小的是陰轉雨。綜合考慮，黑色地膜覆蓋的農作措施較適宜在玉米生產中推廣應用，但在雨季充沛或者雨水較多的區域地膜覆蓋的增溫效果不佳。

關鍵詞：玉米;地膜覆蓋;土壤溫度;雜草發生;產量

中圖分類號： S513.01 ?文獻標志碼： A ?文章編號：1002-1302（2019）22-0092-05

土壤溫度是土壤熱量狀況的關鍵指標，地膜覆蓋方式可以改變土壤地面特征，從而引起土壤環境的變化，具有增溫、保墑、調水等效果，使其為玉米的生長發育提供良好的條件，能大幅度提高玉米的經濟產量[1-2]。我國自20世紀80年代引入地膜覆蓋技術以來，開展了諸多平作覆蓋、壟作覆蓋、全膜覆蓋等膜內種植的覆蓋方式和塑料地膜、生物降解膜、液態膜等不同覆蓋材料對玉米生長發育影響的研究，具有收集無效降雨、延長水分有效期、提高作物產量和水分利用效率等優點的溝植壟蓋技術也被用于玉米研究[3]。目前，地膜技術的研究及應用多數集中在降水量小、蒸發量大、滲水快、保水差的北方地區[4-5]。在貴州省主要進行地膜覆蓋技術對玉米產量影響的研究和地膜覆蓋技術的推廣，多數研究以起壟方式、寬窄行覆膜方式開展[6-7]。近年來西南地區干旱頻發，繼2006年、2007年之后2010—2012年連續3年均大范圍發生嚴重干旱，在播種期溫度異常，降水不足，導致出苗不齊;玉米灌漿期溫度偏高、嚴重缺水，影響玉米灌漿，給玉米生產帶來嚴重影響和巨大損失[8-9]。2013年貴州省的干旱尤其嚴重，大部分地區玉米顆粒無收，安順市2010—2013年的年降水量分別為1 191.8、851.1、1 075.1、796.3 mm，遠遠低于歷史年均降水量 1 430 mm（由西秀區氣象局提供）。鑒于貴州省地區連續多年的干旱給玉米生產帶來嚴重影響的嚴峻形勢和探索降低農業生產污染的玉米生產方式的需求，本研究以白色地膜、黑色地膜2種不同顏色地膜為研究材料，探討不同顏色地膜覆蓋對玉米土壤溫度、雜草生長及玉米產量的影響，尋求高產、高效、生態友好的玉米生產方式，同時為貴州省的地膜覆蓋栽培技術提供一定的理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2015年5—11月在安順市農業科學院試驗基地（105°50′34.09″E、26°18′15.53″N）進行，試驗地耕層土質為黃壤土，土壤理化性狀為有機質含量12.45 g/kg，堿解氮含量 84.10 mg/kg，有效磷含量24.23 mg/kg，速效鉀含量 45.65 mg/kg，pH值5.20。前作作物為油菜，選用當地主推玉米品種順單6號為材料。

1.2 試驗設計

試驗采用隨機區組設計，共3個處理。露地直播（CK）：整地后開溝直接播種，不覆蓋地膜，等行距80 cm。黑色地膜側膜覆蓋（BF）：起等距底寬80 cm、高15～20 cm的壟，采用 80 cm 寬的黑色地膜覆蓋壟面，玉米播種于膜兩側。白色地膜側膜覆蓋（WF）：起等距底寬80 cm、高15～20 cm的壟，采用80 cm寬的白色地膜覆蓋壟面，玉米播種于膜兩側。人工先覆膜后播種，每個處理3個重復，6行區，行長5 m，播種密度4.95萬株/hm2。5月17日播種，播種前施有機肥 15 t/hm2，基肥（復合肥：N ∶ P2O5 ∶ K2O=15 ∶ 15 ∶ 15） 375 kg/hm2，追肥（尿素）分為2次施入：第1次于苗期施 150 kg/hm2，第2次于大喇叭口期施225 kg/hm2。地膜覆蓋前對所有處理噴曬除草劑，玉米生長期CK處理噴曬除草劑和人工除草（拔節期），BF、WF處理不進行除草，其他管理與當地生產相同。

1.3 測定項目

雜草調查每個小區分別取3個1 m2樣地，在玉米成熟期進行全部雜草的取樣與雜草鑒定，烘干至恒質量并稱干質量。溫度以金屬曲管地溫計3支為1組，分別固定插入5、10、15 cm 土壤測量相應深度的溫度，每周測量1次溫度，分為08：00、12：00、16：00和20：00 4個時刻測量。于乳熟期調查植株農藝性狀，分別調查株高、穗位高、莖粗。成熟期測定產量，實收4行測產，每小區取10穗調查穗部性狀。本研究所用降水量的數據由西秀區氣象局提供。

1.4 數據處理與分析

采用Excel 2010及DPSv 7.05軟件進行數據處理與分析。

2 結果與分析

2.1 覆膜處理對不同土壤深度溫度的影響

將所有測量日4個時刻測定的溫度數據取平均值，繪制不同覆膜處理下土壤深度的日平均溫度變化。如圖1所示，BF、WF處理的3個土壤深度的日平均溫度均高于CK處理，在5 cm深處的日平均溫度較CK分別增加了1.66、2.49 ℃，10 cm深處分別增加了1.18、2.29 ℃，15 cm深處分別增加了1.08、2.02 ℃，說明增溫效果WF>BF。WF處理比BF處理在5、10、15 cm處的溫度分別增加了0.83、1.11、0.94 ℃，因為白膜的透光率大，作用于土壤表層的熱輻射大，從而增溫程度大，而黑色地膜的透光率小，熱輻射少，導致WF處理的土壤溫度高于BF處理。

將每個測量日相同時刻的溫度取平均值，繪制08：00—20：00不同覆膜處理下各土壤深度的溫度變化。如圖2所示，在4個測量時刻中，3個土壤深度的溫度變化均呈現拋物線形的趨勢，08：00—16：00溫度上升，16：00—20：00溫度下降，3個處理的變化趨勢一致，可能的原因是白天輻射強度高、地表散熱小、吸熱大、土壤溫度升高，夜間土壤散熱量大于吸收的熱量、土壤溫度下降。不同時刻土壤溫度因處理不同有所差異，在 08：00 和20：00時，CK和WF處理在5 cm深度土壤溫度最低，與BF處理有所不同，CK處理沒有地膜的保溫效應，WF處理因透光率高，表層的熱量散失較為直接和迅速，導致早晚5 cm處的土溫低于BF處理。

如圖2所示，在08：00—12：00、12：00—16：00和16：00—20：00的溫度增幅中，3個土壤深度溫度的增幅隨時間呈現下降的趨勢，增幅大小為5 cm>10 cm>15 cm。其中，CK處理在5 cm處分別增加了3.45、2.14、-3.58 ℃，BF處理分別增加了 3.64、2.44、-3.03 ℃，WF處理分別增加了3.44、3.16、-3.28 ℃;CK處理在10 cm處分別增加了2.39、2.29、-2.01 ℃，BF處理分別增加了2.68、2.36、-1.88 ℃，WF處理分別增加了2.20、3.12、-2.00 ℃;CK處理在15 cm處分別增加了1.54、1.74、-1.08 ℃，BF處理分別增加了1.56、2.07、-1.16 ℃，WF處理分別增加了1.42、2.52、-0.73 ℃。表層熱量的散失和吸收向地下傳遞有一個過程，引起表層土壤溫度變化較其他層的大些，沿土層深度方向土壤溫度變化趨于平緩。

2.2 玉米生育期內不同覆膜處理對土壤溫度的影響

將每個測量日的4個時刻溫度取平均值后得到玉米生育期內各測量日期的土壤溫度變化和生育期內日降水量情況。

如圖3至圖5所示，隨著生育期進程推進，土壤溫度呈下降趨勢，3個處理的3個土壤深度的溫度變化趨勢均一致，但各土壤深度的溫差因處理不同有所差異。CK處理中，在測量日8月20日之前，除個別日期外，5 cm和10 cm的溫差小于 10 cm 和15 cm的溫差，且15 cm的溫度明顯低于5、10 cm;8月20日至9月16日，3個土壤深度的溫差均很小;9月16日之后，5 cm的溫度高于10、15 cm，10 cm和15 cm之間的溫差接近0 ℃。BF處理中，在8月20日之前，除個別日期外，3個土壤深度的溫差均較大;從8月20日開始，10 cm和15 cm處的溫差逐漸縮小，溫差明顯小于5 cm和10 cm的溫差。WF處理土壤深度的溫差變化在8月20日之前，除個別測量日之外，5 cm 和10 cm的溫差小于10 cm和15 cm的;在8月20日至9月2日，3個土壤深度的溫差較小;9月2日之后，3個土壤深度的溫差較大，且5 cm和10 cm的溫差小于10 cm和 15 cm 的。試驗可得，覆膜在玉米的整個生育期中都能增加土壤溫度，增溫效果表現為生育期前期>后期>中期，前期玉米封行之前，陽光直射土壤，導致前期溫度高，玉米封行后遮光，直接降低增溫效果，在玉米生長后期葉片衰老，增溫效果稍有增加。在整個玉米生育期中，BF處理土壤深度的溫差比WF處理的穩定，尤其在玉米生育期后期土壤深度10 cm和15 cm處的溫度。

圖3至圖5還顯示，3個處理不同土壤深度的溫度均在降水后（降水量>25 mm）出現下降趨勢，且此時3個處理在 5 cm 和10 cm土壤深度的溫度差表現為BF>WF>CK。雨水徑流是熱量的傳輸過程，裸露的土壤有雨水的徑流，促使土壤淺層的熱量因雨水入滲而散失，覆膜處理表層沒有雨水的徑流，減緩了雨水入滲帶來的降溫，但降雨過程中的降溫，導致覆膜土壤熱量向大氣傳輸而降溫，而白色地膜的透光率比黑色地膜的大，土壤熱量散失較大，引起WF處理5 cm和 10 cm 土壤深度的溫差比BF處理的小。

2.3 天氣類型對不同覆膜處理土壤溫度的影響

試驗溫度記錄共17次：晴天2次、陰天7次、陰轉雨2次、雨轉陰2次、陰轉晴2次、多云2次，將相同天氣類型的土壤溫度按日平均計算， 覆膜處理的增溫如表1所示。 7個天氣類型的平均氣溫為20.45～21.95 ℃。7個天氣類型中，覆膜處理增溫最大的天氣是晴天，其次是陰天、陰轉晴和雨轉陰，再次是多云，最小的是陰轉雨。在晴天、陰天、陰轉晴和雨轉陰天氣中，白色地膜的增溫幅度比黑色地膜的更加明顯;在多云天氣中，白色、黑色地膜增溫幅度均較小;在陰轉雨天氣中，覆膜處理在土壤深度10 cm和15 cm的溫度比未覆膜處理的低。覆膜處理在不同天氣類型的增溫效果有所不同，在雨水多的地區覆膜處理對土壤增溫效果不好。

2.4 覆膜處理對雜草干物質量的影響

田間雜草調查結果如表2所示，供試試驗田雜草共有8種，不同覆膜處理的雜草生長情況存在一定差異，其中CK處理雜草7種，BF處理無雜草，WF處理有5種雜草，CK和WF處理共有酢漿草、扁稈藨草、馬唐和鐵莧菜4種雜草。共有的4種雜草中，WF處理的密度比CK處理分別高1.00、10.67、9.00、10.67株/m2，干質量分別大-1.395 0、4.008 8、7.110 9、1.867 8 g/m2，單株干質量分別高-0.631 8、0.315 4、-0.168 3、-0.146 7 g/株，WF處理中田間多數雜草的密度、干質量均大于裸露田間，單株干質量則相反。可能在玉米生育期后期，白色地膜覆蓋創造的微環境正適合雜草的發生和生長，從而導致白色地膜覆蓋田間的雜草發生晚于裸露田間。

2.5 覆膜處理對產量及經濟效益的影響

如表3所示，WF、BF處理的產量均顯著高于CK，分別高出15.28%、18.77%，WF處理的產量小于BF處理，但差異不顯著。玉米形態特征中，WF、BF處理株高、莖粗均顯著大于CK，2個地膜處理間相應指標差異不顯著。產量構成因素中，WF、BF處理穗長、行粒數和百粒質量均顯著大于CK，禿尖長度相反。說明地膜覆蓋有利于促進玉米的生長和生育，為高產構建了有利的單株和群體，促進了玉米產量的形成。綜合投入和產值，3個處理的純經濟收入排序為BF>WF>CK，說明地膜覆蓋不僅通過增加玉米產量帶來高產值，而且能減少勞動力的投入，從而來帶更高的經濟效益。

3 結論與討論

溫度是影響玉米生長發育的主要環境因素之一，土壤溫度變化1 ℃就會對植物生長產生明顯的影響[10]。有色地膜對太陽光譜中不同波長具有不同的透射、反射與吸收作用，因而具有不同的光熱效應[11]。本研究結果顯示，黑色和白色地膜覆蓋均能夠增加玉米土壤溫度，與多數學者的研究結果[12-13]一致，因為地膜覆蓋主要通過隔絕膜內外土壤和空氣的水分交換，抑制潛熱交換和顯熱交換，達到增溫效果，再通過膜內附著的水層削弱土壤夜間長波輻射達到保溫效果[14]。本試驗結果顯示，黑色地膜相對裸露田間的增溫在1.08～1.66 ℃，白色地膜增溫在2.02～2.49 ℃，黑色地膜覆蓋較白色地膜覆蓋可以有效降低土壤溫度，從而可能有效減少了土壤中的氮素礦化，為后期玉米生長提供必要的養分保證。本研究結果顯示，覆膜處理的最大增溫的天氣類型是晴天，其次是陰天、陰轉晴和雨轉陰，再次是多云，最小的是陰轉雨;在降水后，土壤溫度下降，地膜覆蓋可以減緩溫度的下降，但在陰轉雨的天氣中，覆膜處理對深層土壤溫度的保溫效果差，至于地膜覆蓋在雨量、雨天時間等方面對土壤溫度的影響還需進一步研究。

本研究結果顯示，黑色、白色地膜覆蓋的玉米產量分別較對照增產18.77%、15.28%，黑色地膜的增產幅度更大，多數研究[15-16]也得到類似的結果。地膜覆蓋能夠增加玉米株高和莖粗，構建高壯的高產株型，增加穗長、行粒數，降低禿尖長度，營造良好的產量構成因素，從而達到增加產量的效果。普通白色地膜覆蓋在保水的同時，由于地溫的升高往往容易造成玉米生長過快，生育期縮短，產量降低[17-19]。本試驗結果顯示，不同顏色地膜覆蓋對玉米田間雜草發生影響有所不同，白色地膜覆蓋在玉米生育期中前期，會抑制雜草的生長，在玉米生育期后期，適合雜草的生長，雜草的密度、干質量均大于裸露田間，單株干質量則相反;黑色地膜在玉米的整個生育期中，田間無雜草發生，這可能會從土壤結構、微生物活力、養分分配等方面影響玉米的生產，但還需進一步研究。

研究顯示，地膜覆蓋不僅能提高玉米產量、增加玉米產值，而且能減少中耕、雜草鏟除等人工的投入，雙重提高了玉米的經濟效應[20];地膜覆蓋能避免除雜草農藥的施用，減少農業污染，創造良好的玉米生產生態，黑色地膜覆蓋的增產和抑制雜草發生的效果均優于白色地膜;地膜覆蓋在降水后，對土壤有保溫效應，但在陰轉雨的天氣中，對深層土壤溫度的保溫效果較差。綜合產量、生態和保溫效果等因素考慮，黑色地膜覆蓋的農作措施較適宜在玉米生產中推廣應用，但在雨季充沛或者雨水較多的區域，地膜覆蓋的增溫效果不佳。

參考文獻：

[1]張永濤，湯天明，李增印，等. 地膜覆蓋的水分生理生態效應[J]. 水土保持研究，2001，8（3）：45-47.

[2]卜玉山，苗果園，邵海林，等. 對地膜和秸稈覆蓋玉米生長發育與產量的分析[J]. 作物學報，2006，32（7）：1090-1093.

[3]李尚中，王 勇，樊廷錄，等. 旱地玉米不同覆膜方式的水溫及增產效應[J]. 中國農業科學，2010，43（5）：922-931.

[4]李世清，李鳳民，宋秋華，等. 半干旱地區不同地膜覆蓋時期對土壤氮素有效性的影響[J]. 生態學報，2001，21（9）：1519-1526.

[5]劉曉偉，何寶林，郭天文，等. 半干旱地區玉米覆膜方式研究[J]. 玉米科學，2012，20（2）：107-110.

[6]郭幫莉. 貴州省興仁縣2011玉米壟作覆膜栽培技術試驗總結[J]. 北京農業，2012（9）：17-18.

[7]楊 超，周 梅，田永國，等. 不同栽培方式對中單808產量和經濟效益的影響[J]. 耕作與栽培，2014（1）：26-27.

[8]徐精文，楊文鈺，任萬君，等. 川中丘陵區主要農業氣象災害及其防御措施[J]. 中國農業氣象，2002，23（3）：49-52.

[9]潘光堂，楊克誠.我國西南地區玉米育種面臨的挑戰及相應對策探討[J]. 作物學報，2012，38（7）：1141-1147.

[10]Walker J M. One-degree increments in soil temperatures affect maize seedling behavior[J]. Soil Science Society of America Journal，1969，33（5）：729-736.

[11]Loughrin J H，Kasperbauer M J. Aroma of fresh strawberries is enhanced by ripening over red versus black mulch[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry，2002，50（1）：161-165.

[12]夏自強，蔣洪庚，李瓊芳，等. 地膜覆蓋對土壤溫度、水分的影響及節水效益[J]. 河海大學學報，1997，25（2）：39-45.

[13]王 敏，王海霞，韓清芳，等. 不同材料覆蓋的土壤水溫效應及對玉米生長的影響[J]. 作物學報，2011，37（7）：1249-1258.

[14]周麗娜，于亞薇，孟振雄，等. 不同顏色地膜覆蓋對馬鈴薯生長發育的影響[J]. 河北農業科學，2012，16（9）：18-21.

[15]路海東，薛吉全，郝引川，等. 黑色地膜覆蓋對旱地玉米土壤環境和植株生長的影響[J]. 生態學報，2016，36（7）：1997-2004.

[16]張 琴. 不同顏色地膜覆蓋對玉米土壤水熱狀況及產量的影響[J]. 節水灌溉，2017（4）：57-61.

[17]董朝陽，楊曉光，楊 婕，等. 中國北方地區春玉米干旱的時間演變特征和空間分布規律[J]. 中國農業科學，2013，46（20）：4234-4245.

[18]張冬梅，池寶亮，黃學芳，等. 地膜覆蓋導致旱地玉米減產的負面影響[J]. 農業工程學報，2008，24（4）：99-102.

[19]路海東，薛吉全，郭東偉，等. 覆黑地膜對旱作玉米根區土壤溫濕度和光合特性的影響[J]. 農業工程學報，2017，33（5）：129-135.

[20]方旭飛，王麗學，張鐘莉莉，等. 間作條件下不同覆蓋方式對玉米品質的影響及綜合效益評價[J]. 江蘇農業科學，2018，46（10）：79-82.