干旱灌區地膜秸稈帶狀覆蓋對玉米農田土壤溫度的調控效應

摘 要 針對長期地膜覆蓋在西北綠洲灌區造成的殘膜污染嚴重、土壤質量惡化以及玉米產量下降等問題，研究不同耕作（免耕、傳統耕作）與覆蓋方式（全膜覆蓋、70%地膜覆蓋/30%捆狀玉米秸稈覆蓋、70%地膜覆蓋/30%不覆蓋、50%地膜覆蓋/50%捆狀玉米秸稈覆蓋、50%地膜覆蓋/50%不覆蓋）對玉米農田土壤溫度及產量的影響。結果表明：地膜秸稈交替覆蓋解決了秸稈覆蓋早春低溫制約因子及地膜覆蓋盛夏極端高溫制約因子，低溫季節有保持土壤熱量的作用，而在高溫季節相比于傳統耕作全膜覆蓋能夠降低土壤熱量，免耕措施下70%地膜覆蓋結合30%捆狀玉米秸稈覆蓋（NTP7S3）能夠降低玉米農田土壤溫度日變化幅度，起到穩定土壤溫度的效果；較傳統耕作全膜覆蓋（CTP）有效改善了玉米農田土壤表層熱量條件，較CTP處理全生育期平均土壤溫度降低1.8 ℃～2.9 ℃，土壤積溫降低294 ℃～470 ℃，避免了玉米根系及葉片發生早衰。同時，NTP7S3處理大氣與玉米農田土壤溫度的差值變化幅度最小，較傳統對照CTP處理小1.1 ℃，減少了氣溫變化對玉米生長發育的過度影響。根據玉米籽粒產量與土壤溫度及產量構成因素的灰色相關性分析，免耕地膜秸稈帶狀覆蓋獲得較高籽粒產量源于穗數、穗粒質量和千粒質量協同提高，以NTP7S3處理增產效果較好，比CTP增產4.6%。西北綠洲灌區70%地膜覆蓋與30%捆狀玉米秸稈覆蓋結合免耕替代傳統耕作全膜覆蓋能在保證玉米高產穩產的同時減少地膜與機械投入，是適用于綠洲灌區玉米高產栽培的耕作覆蓋方式。

關鍵詞 玉米；地膜秸稈帶狀覆蓋；耕作措施；土壤溫度；干旱灌區

玉米是世界三大糧食作物之一，其高產穩產對于糧食安全至關重要^[1]。玉米的生長發育受到光、溫、水、肥、土等生態因素的影響，其中土壤溫度的變化與根系功能和光合作用等作物生長發育指標密切相關，對作物的生長發育和產量形成具有重要影響^[2-3]，而耕作措施和覆蓋方式是影響土壤溫度的兩個重要因素^[4-5]。覆蓋是西北內陸灌區農田管理中一項重要的農藝措施^[6]，起到蓄水保墑、調節地溫的作用^[7]。無色聚乙烯塑料薄膜因其可以降低地表蒸發、減少病蟲害、改善土壤環境、提高土壤溫度而被廣泛的應用^[8]；前人研究證實，半干旱雨養農業區地膜覆蓋可以顯著提高玉米生育期內的日平均溫度^[9]，同時可以提高玉米產量，全膜覆蓋較不覆膜處理增產近30%^[10]。秸稈覆蓋具有節水保墑、調節地溫、提高土壤肥力等優勢，是干旱半干旱地區作物生產中重要的覆蓋方式^[11]。在長期的農業生產實踐中發現，單一的地膜與秸稈覆蓋方式均存在不足之處^[12]。如單一地膜覆蓋方式在玉米開花期和灌漿期容易造成根區土壤的極端高溫，導致玉米根系和葉片的早衰，從而降低玉米的產量^[13-14]；同時因為普通聚乙烯塑料薄膜的抗分解特性，使其殘留在農田土壤或進入周圍環境中很難被分解，隨著農田殘膜量的逐年增加，對環境造成的“白色污染”問題已經不容忽視^[15-17]。另外，單一的秸稈覆蓋會降低玉米生長前期土壤表層溫度，延緩玉米出苗及正常的生長發育，且秸稈覆蓋存在覆蓋均勻度不一的問題^[18]。秸稈地膜二元覆蓋可以有效地克服各自的缺點，并促進玉米的生長發育達到增產增效的作用^[19]。同時，不同的秸稈地膜覆蓋方式通過結合免耕措施有利于避免地膜和機械等資源的大量投入，改善耕層土壤結構^[20]，協調玉米產量性能指標而實現增產^[21]。因此，免耕地膜秸稈二元覆蓋是如何影響玉米農田土壤溫度，進而影響產量及其構成因素值得深入研究。河西綠洲灌區光熱資源豐富，熱量適于玉米生產，農業生產中普遍采用傳統耕作與地膜覆蓋相結合的方式來提高玉米產量，但農田殘膜對環境造成的污染問題愈發嚴重，而免耕結合地膜秸稈二元覆蓋技術在玉米生產中的應用較少。本試驗以玉米為研究對象，在傳統耕作和免耕兩種耕作措施下，測定不同覆蓋處理間玉米農田地溫的差異，系統分析不同秸稈地膜帶狀覆蓋方式下玉米產量與土壤溫度的關系而篩選合理覆蓋方式，為構建玉米高產高效可持續化生產技術提供理論和實踐依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

本試驗在典型的干旱內陸綠洲灌區武威市黃羊鎮農業工程研究院-甘肅農業大學綠洲農業科研教學基地（103°5′E，37°30′N）進行。該基地位于甘肅省武威市涼州區，屬寒溫帶干旱氣候區，海拔1 506 m，無霜期約155 d，多年平均降雨量約156 mm、年蒸發量約2 400 mm，干燥度 5.85，年平均氣溫7.2 ℃，≥0 ℃和≥10 ℃的積溫分別為3 513.4 ℃和2 985.4" ℃；日照時數 2 945 h，是典型的灌溉農業區。試驗區0～30 cm土層中的有機碳、NH+4-N和NO-3-N含量分別為11.2" g·kg^-1、1.78 mg·kg^-1和12.5" mg·kg^-1。玉米是該區的主要作物，播種面積占糧食作物總面積的30%以上。試驗年度，玉米生育期內降水及氣溫狀況如圖1所示。同時，該區域普遍采用深耕翻埋的傳統耕作方式；地膜使用量大，但回收率低，造成了嚴重的土壤污染；作物秸稈還田技術尚未成熟，沒有得到大面積推廣，嚴重浪費，亟需研發有效的秸稈還田技術。

1.2 試驗設計與田間管理

2013年度開展預備試驗，采用2015年的試驗數據。裂區設計試驗，主區為2種耕作方式，設免耕（NT）和傳統耕作（CT）；裂區為5種覆蓋方式，全膜覆蓋（P）；70%地膜覆蓋/30%捆狀玉米秸稈覆蓋（P7S3）；70%地膜覆蓋/30%不覆蓋（P7S0）；50%地膜覆蓋/50%捆狀玉米秸稈覆蓋（P5S5）；50%地膜覆蓋/50%不覆蓋（P5S0）。共組成10個處理（表1），每處理設3次重復，小區面積57.6 m²（4.8 m×12 m）主區內覆蓋方式隨機排列。P模式田間結構為：覆蓋寬度140 cm的地膜，每幅膜種3行，行距50 cm；P7S3與P7S0模式田間結構為：覆蓋寬度90 cm的地膜，每幅膜種2行，行距50 cm；P5S5與P5S0模式田間結構為：覆蓋寬度70 cm的地膜，每幅膜種2行，行距40 cm。P7S3模式玉米秸稈還田量約 45 000" kg·hm^-2，捆狀厚度約25 cm；P5S5模式玉米秸稈還田量約75 000 kg·hm^-2，捆狀厚度約 25 cm；各處理播種密度均為82 500 株·hm^-2，株距均為24 cm處理代碼。施肥水平為純N 450" kg·hm^-2，按基肥∶大喇叭口期追肥∶灌漿期追肥=3∶6 ∶1分施，純P₂O₅ 225" kg·hm^-2，全作基肥；灌水水平為冬儲灌120 mm，在玉米拔節期、大喇叭口期、抽雄吐絲期、開花期、灌漿期分別灌水90、75、90、75、75 mm；田間結構如圖2。

1.3 測定指標和計算方法

1.3.1 土壤溫度

用地溫計測定5～25 cm的土壤溫度，每5 cm分為一層。根據玉米的生育時期每隔5～7 d連續測定3 d土壤溫度，每天8：00、14：00和18：00測定，3次平均代表整天的土壤溫度。在地膜覆蓋帶、秸稈覆蓋帶、不覆蓋帶分帶測定，兩個帶內測定值的平均值即是該小區土壤溫度。

1.3.2 土壤積溫

玉米某一階段平均土壤溫度和天數的乘積即為該生育階段的土壤積溫^[22]。

1.3.3 氣溫

通過小型氣象站（SL5）自動測定并記錄。

1.3.4 產量與產量性狀

玉米成熟后按小區單獨收獲計產和測定單位面積穗數（除去取樣植株所占面積），計算產量時籽粒含水量為13%。同時，每個小區取樣10株，測定穗粒數和千粒質量等。

1.4 數據統計

采用Microsoft Excel 2016整理、匯總和灰色關聯矩陣分析數據，Origin 2021軟件制作圖表以及進行相關性分析，使用SPSS 20.0 軟件進行方差分析、顯著性檢驗（Duncan法，Plt;0.05）。

2 結果與分析

2.1 秸稈地膜帶狀覆蓋玉米農田土壤溫度變化

2.1.1 土壤溫度全生育期動態

不同地膜、秸稈帶狀覆蓋方式下玉米全生育期土壤溫度的動態變化呈雙峰變化趨勢，兩個峰值分別出現在拔節期和灌漿初期（圖3）。耕作措施對玉米農田土壤溫度無顯著影響。苗期至拔節期的種植系統內，NTP7S3與NTP5S5較NTP土壤溫度降低 2.8 ℃～4.5 ℃； CTP7S3與CTP5S5較CTP土壤溫度降低3.4 ℃～4.8 ℃；免耕措施下NTP7S3與NTP5S5較傳統耕作措施CTP相比土壤溫度分別降低2.9 ℃與4.6 ℃。比較同一處理不同覆蓋帶之間的土壤溫度，NTP7S3與NTP5S5秸稈帶較地膜帶土壤溫度降低5.6 ℃～7.0 ℃；NTP5S0處理不覆蓋帶較地膜帶土壤溫度降低1.4 ℃。拔節至灌漿初期的種植系統內，NTP5S5較NTP土壤溫度降低1.3 ℃；CTP7S3與CTP5S5較CTP土壤溫度降低1.1 ℃～ 1.3 ℃；NTP5S5與CTP相比土壤溫度降低 1.7 ℃。比較同一處理不同覆蓋帶間的土壤溫度，NTP7S3與NTP5S5秸稈帶較地膜帶土壤溫度降低2.6 ℃～3.8 ℃；NTP5S0不覆蓋帶較地膜帶土壤溫度降低1.2 ℃。灌漿初期至完熟期；NTP7S3與NTP5S5地膜帶土壤溫度較NTP分別提高2.4 ℃與2.2 ℃；CTP7S3與CTP5S5地膜帶土壤溫度較CTP分別提高 0.8 ℃與 1.1 ℃；免耕措施下NTP7S3與NTP5S5地膜帶土壤溫度較傳統耕作CTP相比分別提高 2.2 ℃與 2.0 ℃。種植系統內，NTP7S3與NTP5S5土壤溫度較NTP分別提高1.6 ℃與 1.3 ℃；CTP7S3與CTP5S5土壤溫度較CTP分別提高1.1 ℃與0.8 ℃；免耕措施下NTP7S3與NTP5S5土壤溫度較傳統耕作CTP相比分別提高1.3 ℃與1.1 ℃。比較同一處理不同覆蓋帶土壤溫度，NTP7S3與NTP5S5秸稈帶較地膜帶土壤溫度均降低1.7 ℃；NTP5S0不覆蓋帶較地膜帶土壤溫度降低0.9 ℃。總之，地膜秸稈帶狀覆蓋在低溫季有保持土壤熱量的作用，而在高溫季相比于傳統全膜覆蓋能夠降低土壤溫度，是減少土壤溫度對玉米生長發育過度影響的有效措施。

2.1.2 土壤溫度日變化

由圖4可知，不同地膜秸稈帶狀覆蓋玉米農田土壤溫度日變化從早上8：00開始至下午18：00變化趨勢為先增大后降低，峰值在14：00處（圖4）。耕作措施對土壤溫度無顯著影響，覆蓋方式對土壤溫度存在顯著影響。

8：00土壤溫度最低，NTP7S3與NTP5S5較NTP地膜帶土壤溫度分別提高1.0 ℃與1.1 ℃；CTP7S3與CTP5S5較CTP地膜帶土壤溫度分別降低0.2 ℃與0.5 ℃。NTP7S3與NTP5S5地膜帶土壤溫度較CTP提高0.5 ℃～0.7 ℃、秸稈帶土壤溫度較CTP降低0.4 ℃～0.8 ℃。比較同一處理不同覆蓋帶土壤溫度，NTP7S3、NTP5S5處理秸稈帶較地膜帶土壤溫度分別降低1.0 ℃、1.4 ℃。隨著氣溫的上升，土壤溫度在14：00達到全天最高值。NTP7S3與NTP5S5較NTP地膜帶土壤溫度分別提高1.6 ℃與1.0 ℃；CTP7S3與CTP5S5較CTP地膜帶土壤溫度分別降低0.7 ℃與0.6 ℃。免耕措施下的NTP7S3與NTP5S5處理地膜帶土壤溫度較傳統耕作CTP處理提高0.7 ℃～1.4 ℃、秸稈帶土壤溫度較CTP降低3.3 ℃～4.8 ℃。在種植系統內，NTP7S3與NTP5S5較NTP土壤溫度降低 0.7 ℃～1.8 ℃；CTP7S3和CTP5S5較CTP土壤溫度降低1.5 ℃～1.7 ℃；與傳統對照CTP相比，NTP7S3和NTP5S5土壤溫度降低1.0 ℃～2.1 ℃。比較同一處理不同覆蓋帶，NTP7S3、NTP5S5秸稈帶較地膜帶土壤溫度分別降低 4.7 ℃、5.6 ℃。18：00時，NTP7S3與NTP5S地膜帶土壤溫度較CTP提高0.6 ℃～1.1 ℃、秸稈帶土壤溫度較CTP降低1.8 ℃～3.3 ℃。比較同一處理不同覆蓋帶，NTP7S3、NTP5S5秸稈帶較地膜帶土壤溫度分別降低3.0 ℃、3.8 ℃。說明免耕措施下地膜秸稈二元覆蓋方式較傳統耕作全膜覆蓋能夠降低土壤溫度日變化幅度，其中以70%地膜覆蓋、30%秸稈覆蓋對土壤溫度的穩定效果最好，創造了有利于玉米生長發育的土壤熱量環境，而對于玉米農田生態系統而言，溫度的穩定性將會有利于產量的提高。

2.1.3 土壤溫度垂直變化

不同地膜秸稈二元覆蓋方式對玉米全生育期5～25 cm土層平均土壤溫度隨著土層的加深影響逐漸減弱（圖5）。耕作措施對玉米全生育期各土層平均土壤溫度空間變化無顯著影響，而覆蓋方式對玉米全生育期階段土壤溫度空間變化存在顯著影響。在5 cm土層，NTP7S3與NTP5S5地膜帶土壤溫度較CTP提高6.1%～7.6%、秸稈帶土壤溫度較CTP降低11.4%～21.9%；比較同一處理不同覆蓋帶的土壤溫度發現，NTP7S3與NTP5S5秸稈帶較地膜帶土壤溫度分別降低21.5%與35.8%。在10 cm土層，NTP7S3與NTP5S5秸稈帶土壤溫度較CTP降低13.8%～25.6%；比較同一處理不同覆蓋帶的土壤溫度發現，NTP7S3與NTP5S5秸稈帶較地膜帶土壤溫度分別降低18.1%與 25.6%，NTP7S0與NTP5S0不覆蓋帶土壤溫度較地膜帶分別降低5.1%與8.2%。在15 cm土層，NTP7S3地膜帶土壤溫度較CTP提高 5.8%，NTP7S3與NTP5S5秸稈帶土壤溫度較CTP降低7.6%～14.5%；種植系統內，免耕措施下，NTP5S5較NTP土壤溫度降低7.6%；傳統耕作措施下CTP7S3與CTP5S5較CTP土壤溫度降低6.0%～6.6%；與傳統對照CTP相比，NTP5S5土壤溫度降低6.5%。比較同一處理不同覆蓋帶的土壤溫度，NTP7S3與NTP5S5地膜帶土壤溫度較秸稈帶分別降低14.4%與24.0%。在15～25 cm土層，NTP7S3與NTP5S5秸稈帶土壤溫度較CTP降低6.7%～6.7%；比較同一處理不同覆蓋帶，NTP7S3與NTP5S5秸稈帶土壤溫度較地膜帶分別降低12.7%與11.5%。

2.2 不同秸稈地膜帶狀覆蓋方式下大氣溫度與玉米農田土壤溫度差

通過大氣溫度與表層土壤溫度差可以判斷不同地膜秸稈二元覆蓋方式對玉米農田土壤溫度穩定性的影響（圖6），免耕較傳統耕作大氣溫度與土壤溫度差降低7%。NTP7S3與NTP5S5較NTP地膜覆蓋帶大氣溫度與土壤溫度差分別降低1.3 ℃與1.5 ℃；CTP7S3與CTP5S5較CTP地膜覆蓋帶大氣溫度與土壤溫度差均降低 0.8 ℃；與傳統對照CTP相比，免耕措施下NTP7S3與NTP5S5地膜覆蓋帶大氣溫度與土壤溫度差分別降低1.2 ℃與1.3 ℃，且NTP7S3秸稈覆蓋帶大氣溫度與土壤溫度差較CTP降低1.1 ℃。在種植系統內，NTP7S3與NTP5S5較NTP大氣溫度與土壤溫度差分別降低0.8 ℃與1.2 ℃；CTP7S3較CTP大氣溫度與土壤溫度差降低0.7 ℃；與傳統對照CTP相比，NTP7S3與NTP5S5大氣溫度與土壤溫度差分別降低1.1 ℃與0.7 ℃。比較同一處理不同覆蓋帶大氣溫度與土壤溫度差，NTP5S5地膜覆蓋帶較秸稈覆蓋帶大氣溫度與土壤溫度差降低1.3 ℃，CTP5S5地膜覆蓋帶較秸稈覆蓋帶大氣溫度與土壤溫度差降低0.4 ℃；NTP7S0地膜覆蓋帶較秸稈覆蓋帶大氣溫度與土壤溫度差提高0.3 ℃，CTP5S0地膜覆蓋帶較不覆蓋帶大氣溫度與土壤溫度差提高0.4 ℃。綜上所述，NTP7S3處理玉米農田大氣溫度與土壤溫度差最低，說明免耕措施配套70%地膜覆蓋結合30%捆狀玉米秸稈覆蓋可以提高玉米農田土壤溫度的穩定性。

2.3 不同處理玉米不同生育階段土壤溫度與土壤積溫的差異

免耕與傳統耕作措施間土壤溫度與土壤積溫無顯著差異（表2）。就土壤溫度而言，玉米苗期至拔節期，NTP5S5處理地膜帶較NTP土壤溫度降低1.0 ℃；CTP7S3與CTP5S5地膜帶較CTP土壤溫度降低0.7 ℃～2.1 ℃。與傳統對照CTP相比，NTP5S5處理地膜帶土壤溫度降低1.1 ℃，NTP7S3與NTP5S5秸稈帶土壤溫度降低 5.7 ℃～8.1 ℃。NTP7S3與NTP5S5處理秸稈帶較地膜帶土壤溫度降低5.6 ℃～7.0 ℃；NTP7S0處理不覆蓋帶較地膜帶土壤溫度降低0.7 ℃。玉米拔節至大喇叭口期，免耕措施下NTP7S3與NTP5S5秸稈帶土壤溫度較傳統對照CTP降低4.0 ℃～5.2 ℃。NTP7S3與NTP5S5秸稈帶較地膜帶土壤溫度降低3.3 ℃～4.5 ℃。玉米大喇叭口至吐絲期，免耕措施下NTP7S3與NTP5S5地膜帶土壤溫度較傳統耕作CTP處理均提高 0.9 ℃；NTP5S5秸稈帶土壤溫度較CTP降低 1.6 ℃。NTP7S3與NTP5S5秸稈帶較地膜帶土壤溫度降低1.2 ℃～2.5 ℃。玉米吐絲至灌漿末期，NTP7S3與NTP5S5地膜帶土壤溫度較CTP提高1.7 ℃～2.1 ℃。玉米灌漿末至完熟期，NTP7S3與NTP5S5地膜帶土壤溫度較CTP提高2.0 ℃～2.1 ℃。玉米整個生育時期內，NTP7S3與NTP5S5地膜帶土壤溫度較NTP提高1.0 ℃～1.3 ℃。免耕措施下NTP7S3與NTP5S5地膜帶土壤溫度與傳統對照CTP相比提高0.7 ℃～1.0 ℃，" NTP7S3與NTP5S5秸稈帶土壤溫度與CTP相比降低1.8 ℃～2.9 ℃。NTP7S3與NTP5S5秸稈帶較地膜帶土壤溫度降低2.8 ℃～3.6 ℃。雖然NTP7S3與NTP5S5在播種至拔節期土壤溫度低于CTP，延緩了玉米的出苗，但在吐絲至灌漿期免耕措施結合不同的地膜秸稈二元覆蓋方式能夠降低土壤溫度，避免了玉米根系及葉片發生早衰。就土壤積溫而言，玉米苗期至拔節期，NTP5S5較CTP地膜帶土壤積溫降低34 ℃，NTP7S3與NTP5S5秸稈帶土壤積溫較CTP相比降低182 ℃～259 ℃；玉米拔節至大喇叭口期，NTP7S3與NTP5S5秸稈帶土壤積溫較CTP相比分別降低103 ℃～134 ℃；玉米大喇叭口至吐絲期，NTP5S5秸稈帶土壤積溫較CTP降低 37 ℃；玉米吐絲至灌漿末期，NTP7S3與NTP5S5地膜帶土壤積溫較CTP提高98 ℃～126 ℃；玉米灌漿末至完熟期，NTP7S3與NTP5S5地膜帶土壤積溫較CTP均提高39 ℃；玉米整個生育時期內，NTP5S5地膜帶土壤積溫較CTP提高104 ℃、秸稈帶土壤積溫較CTP處理降低470 ℃。

2.4 不同秸稈地膜帶狀覆蓋方式下玉米籽粒產量表現

2.4.1 籽粒產量

不同耕作措施與覆蓋方式對玉米籽粒產量影響顯著（圖7），但是二者的交互作用并不顯著。免耕較傳統耕作玉米籽粒產量低6.6%。免耕措施下，NTP7S3處理玉米產量達到13 472 kg·hm^-2，較NTP、NTP7S0和NTP5S0玉米增產6.2%、15.1%和21.4%，但NTP7S3和NTP5S5籽粒產量無顯著差異。傳統耕作措施下，CTP7S3處理玉米產量達到14 441" kg·hm^-2，較CTP、CTP7S0和CTP5S0增產10.5%～23.2%，CTP7S3和CTP5S5處理之間籽粒產量無顯著差異。綜合耕作措施與覆蓋方式，NTP7S3較CTP玉米增產4.6%，說明免耕措施下70%地膜覆蓋、30%秸稈覆蓋處理可以在減少地膜的基礎上獲得高產。

2.4.2 產量構成因素 [HT]覆蓋方式對玉米產量構成因素具有顯著影響，而耕作措施對玉米產量構成因素無顯著影響（圖8）。對玉米穗數分析發現，NTP7S3處理玉米穗數最多，較免耕下其他處理穗數增加8.7%～19.0%； CTP7S3較CTP處理穗數增加10.3%，與其余處理之間無顯著差異；其中NTP7S3較傳統對照CTP玉米穗數增加20.0%。比較不同處理下玉米穗粒數，免耕措施下，NTP7S3較NTP、NTP7S0、NTP5S0玉米穗粒數分別增加10.3%、5.0%、8.6%；傳統耕作措施下，CTP7S3較CTP、CTP7S0、CTP5S0玉米穗粒數分別增加6.7%、4.4%、5.9%；其中NTP7S3較CTP玉米穗粒數增加9.0%。地膜秸稈二元覆蓋方式明顯提高了玉米的千粒質量，免耕措施下，以NTP5S5處理千粒質量最高，較NTP、NTP7S0、NTP5S0高出8.2%～14.8%；傳統耕作措施下，CTP7S3處理千粒質量最高，較CTP、CTP7S0、CTP5S0高出6.9%～13.7%。結合耕作措施與覆蓋方式，NTP7S3與NTP5S5較傳統對照CTP千粒質量增加5.0%與9.1%。綜上所述，免耕措施下70%地膜覆蓋、30%秸稈覆蓋處理玉米增產歸功于穗數、穗粒數、千粒質量三者的協同提高。

2.5 玉米籽粒產量與土壤溫度及其構成因素的關系

西北灌區玉米產量的提高需要營造適宜的土壤熱量環境來促進玉米的生長發育及產量形成。為探明不同地膜秸稈帶狀覆蓋方式下土壤溫度對玉米產量及其構成因素的影響，采用灰色關聯分析的方法分析了土壤溫度于產量構成因素之間的關系（表3）。分析發現，玉米全生育期5～25 cm土層土壤溫度、積溫、穗數、穗粒數、千粒質量對玉米籽粒產量均存在相關性的影響。土壤溫度及產量構成因素與產量之間的關聯度依次為積溫gt;溫度gt;穗粒數gt;穗數gt;千粒質量。按照灰色系統理論分析中關聯分析原則，說明適宜的土壤溫度通過協同調控玉米產量構成要素而實現其高產。

3 討" 論

3.1 秸稈地膜帶狀覆蓋對玉米農田土壤溫度的調控效應

溫度對作物生產具有重要影響^[23]，而土壤溫度是改變植物所受溫度變化的基礎，是植株保持根系活力的重要因素，對農田生產力具有較大影響^[24-25]。本研究中，從玉米全生育期看，地膜秸稈二元覆蓋方式下的土壤溫度始終小于傳統耕作全膜覆蓋。玉米播種至拔節期，各處理土壤溫度均存在上升趨勢，拔節至大喇叭口期，各處理土壤溫度出現下降趨勢，這可能是受降雨和灌水的影響，大喇叭口至開花期各溫度呈上升趨勢，開花至成熟期，受葉面積指數的影響，玉米植株遮蔭作用增強，耕層溫度受秸稈覆蓋的影響降低^[26]。本研究表明不同的地膜秸稈二元覆蓋可以明顯改變表層土壤的熱量條件，但同一天不同測定時段，不同地膜秸稈覆蓋方式表現出差異，與傳統地膜覆蓋相比，在8：00到14：00的增溫階段土壤溫度增幅較小，在14：00至18：00的降溫階段土壤溫度降低幅度也較小，表現出保溫與穩定溫度的效果。土壤溫度的垂直變化是反映單位垂直距離內的溫度變化和垂直變化方向的熱量傳輸強度^[27]，本研究中不同耕作措施與覆蓋方式在5～25 cm土層土壤溫度變化趨勢基本一致；且隨著土壤深度的增加，各處理對土壤溫度的影響逐漸降低；不同處理對土壤溫度的影響主要是在5～15 cm土層，其中免耕地膜秸稈二元覆蓋（NTP7S3與NTP5S5）較傳統耕作全膜覆蓋（CTP）土壤溫度降低了 6.5%～9.4%，這是由于秸稈覆蓋阻擋了太陽輻射及熱量的傳導，太陽輻射條件下土壤溫度上升速度較慢^[28]。通過大氣溫度與表層土壤溫度差可知，免耕措施較傳統耕作措施大氣與土壤溫度差減小7%，其中免耕下以NTP7S3處理大氣與土壤溫度的差值變化幅度最小，表明免耕結合合理的地膜秸稈覆蓋具有穩定玉米農田土壤溫度的作用，這是減少氣溫變化對玉米生長發育過度影響的重要機制。土壤積溫是反應作物生長發育期間對土壤熱量資源獲取的綜合表征指標^[29]。本研究表明，自玉米播種至灌漿期，5～25 cm土層土壤積溫表現為免耕措施的土壤積溫低于傳統耕作，其中NTP7S3與NTP5S5土壤積溫間無顯著差異，在玉米生育前期可提高土壤積溫，促進玉米出苗，而在吐絲至灌漿期NTP7S3處理可以降低5～25 cm土層土壤積溫，保證了玉米正常的生長發育，利于玉米穩產增產。

3.2 產量形成對秸稈地膜帶狀覆蓋方式的響應

作物的高產取決于作物產量性能之間的協調提高^[30]，而土壤溫度是影響作物產量性能與作物生長發育的重要影響因素。前人研究表明，單一的秸稈覆蓋早春地溫較低使得前期作物的生長發育緩慢，導致減產；在高溫季節，單一的地膜覆蓋往往容易造成作物根區極端高的土壤溫度，導致作物根系及葉片發生早衰現象，從而影響產量^[7，31]。本研究將耕作措施與不同的地膜秸稈覆蓋結合形成一種玉米的新型生產模式，免耕措施下地膜秸稈二元覆蓋在玉米生育前期土壤溫度較低，但總高于單一秸稈覆蓋^[32]，而且表層土壤溫度影響玉米出苗，溫度低出苗慢，但對出苗率無明顯影響^[33]。當氣溫迅速升高，傳統覆膜在高溫季節明顯超過了玉米根系發育35 ℃的適溫閾值，而免耕措施下地膜秸稈二元覆蓋可降玉米吐絲至灌漿期的土壤溫度，避免了玉米根系及葉片發生早衰現象^[34-35]。結果表明，耕作措施與覆蓋方式對玉米籽粒產量的影響達到極顯著水平，其中免耕和傳統耕作措施下均以70%地膜覆蓋與30%秸稈覆蓋玉米籽粒產量最高，但二者無顯著性差異，說明免耕措施下70%地膜覆蓋與30%秸稈覆蓋可以實現資源循環利用的同時提高玉米產量。玉米的產量主要是穗數、穗粒數以及千粒質量決定^[36]。本研究表明，免耕措施下70%地膜覆蓋結合30%秸稈覆蓋對玉米的穗數、穗粒數以及千粒質量均有所提高，其中免耕處理的穗數明顯高于其他處理，主要是提高了玉米的雙穗率^[21]。另一個增產原因是免耕地膜秸稈交替覆蓋顯著降低了玉米全生育期5～25 cm土層土壤溫度，延緩了玉米生長前期的生長發育，將土壤養分通過“錯期分配”滿足玉米生育后期旺盛生長的養分需求，使得玉米灌漿后期還維持較大的綠色葉面積，利于籽粒灌漿而促進增產^[37]。綜上所述，免耕地膜秸稈二元覆蓋改善了土壤表層的熱量條件，解決了秸稈覆蓋早春低溫制約因子及地膜覆蓋盛夏極端高溫制約因子，顯著提高了玉米的產量。因此，在河西綠洲灌區免耕措施下70%地膜覆蓋結合30%秸稈覆蓋可以有效地協調玉米籽粒產量與產量構成因素之間的關系，進而實現玉米的高產穩產。

4 結" 論

地膜秸稈二元覆蓋（NTP7S3與NTP5S5）較傳統耕作全膜覆蓋（CTP）改善了玉米農田土壤表層的熱量條件，全生育期內平均土壤溫度降低 1.8 ℃～2.9 ℃，土壤積溫降低294 ℃～470 ℃；其中苗期至拔節期土壤溫度降低5.7 ℃～ 8.1 ℃，土壤積溫低182 ℃～259 ℃；玉米吐絲至灌漿末土壤溫度低0.1 ℃～1.0 ℃，土壤積溫低 5 ℃～54 ℃，避免了玉米根系及葉片發生早衰。同時，免耕70%地膜覆蓋結合30%捆狀玉米秸稈覆蓋（NTP7S3）處理玉米農田日變化幅度、大氣與土壤溫度的差值變化幅度較小，穩定了玉米農田土壤溫度，減少了氣溫變化對玉米生長發育的負面影響。因而，NTP7S3處理增產效果突出，較CTP增產4.6%。故此，免耕70%地膜覆蓋結合30%捆狀玉米秸稈覆蓋是河西綠洲灌區適宜玉米高產的耕作覆蓋措施。

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Regulation Effect of Strip Mulching with Plastic and Straw on Soil Temperature for Maize Farmland in Arid Irrigated Areas

SHAO Guangui，LI Pan，HU Falong，FAN Zhilong，FAN Hong，HE Wei，WANG Feng，SUN Yali，YIN Wen and CHEN Guiping

（State Key Laboratory of Arid Land Crop Science/College of Agronomy，Gansu Agricultural" University，Lanzhou 730070，China）

Abstract This study addresses the serious issues of residual plastic film pollution，soil quality deterioration and maize yield decline caused by long-term plastic film mulching in the oasis region of northwest China.A field" experiment was conducted to investigate the effects of different tillage practices （no tillage and conventional tillage） and five mulching methods （whole plastic film mulching，70% plastic film mulching combined with 30% straw mulching，70% plastic film mulching combined with no straw mulching，50% plastic film mulching combined with 50% straw mulching，50% plastic film mulching combined with 50% no mulching） on soil temperature and grain yield in these irrigated areas. The results showed that the alternating mulching of plastic film and straw effectively addressed the constraints of low temperatures in early spring and extremely high temperatures in summer. This method maintained soil heat during low temperature periods and reduced soil heat during high temperature periods compared with conventional tillage with whole plastic mulching （CTP）. The no tillage with 70% plastic film mulching and 30% straw mulching （NTP7S3） reduced the daily variation range of soil temperature and stabilized soil temperature in maize farmland，the NTP7S3 treatment significantly improved the heat conditions of the soil surface layer when compared to the CTP treatment，with the average soil temperature reduced by 1.8 ℃ to 2.9 ℃ and soil accumulated temperature decreased by 294 ℃ to 470 ℃ over the whole growth period，thereby preventing premature senescence of maize roots and leaves.Meanwhile，the difference between atmospheric and soil temperatures in maize farmland treated with NTP7S3 exhibited the least variation，being 1.1 ℃ lower than that in the CTP treatment，which mitigated the excessive influence of temperature fluctuations on maize growth and development. According to the grey correlation analysis of maize grain yield with soil temperature and yield components，the higher grain yield obtained with the NTP7S3 treatment resulted from a synergistic increase in ear number，kernel number per ear，and thousand kernel" mass，with the grain yield increase of 4.6% over the CTP treatment. These findings suggest that the combination of 70% plastic and 30% maize straw with no tillage can ensure high and stable maize yield while reducing the inputs of plastic film and machinery，which is a feasible cultivation practice for maize production in northwest oasis irrigation areas.

Key words Maize; Strip mulching with plastic and straw; Tillage practice; Soil temperature; Arid irrigated areas

Received" 2023-07-23""" Returned 2023-10-09

Foundation item The Youth Mentor Support Fund of Gansu Agricultural University （No.GAU-QDFC-2022-1）; the National Natural Science Foundation of China （No.32372238， No.32101857， No.U21A20218）; the Fuxi Young Talents Fund of Gansu Agricultural University （No.Gaufx-03Y10）.

First author SHAO Guangui，male，master student. Research area：multiple cropping，water-saving agriculture. E-mail：shaogg0206@163.com

Corresponding"" author YIN Wen，male，Ph.D，professor. Research area：multiple cropping，water-saving agriculture，conservative tillage technology and theoretical research. E-mail：yinwen@gsau.edu.cn

CHEN Guiping，female，master，senior experimentalist.Research area：water-saving agriculture，laboratory measurements，etc. E-mail：chengp@gsau.edu.cn

（責任編輯：成 敏 Responsible editor：CHENG" Min）

基金項目：甘肅農業大學青年導師扶持基金（GAU-QDFC-2022-1）;國家自然科學基金（32372238，32101857，U21A20218）;甘肅農業大學伏羲青年人才項目（Gaufx-03Y10）。

第一作者：邵冠貴，男，碩士研究生，從事多熟種植、節水農業研究。E-mail：shaogg0206@163.com

通信作者：殷 文，男，博士，教授，主要從事多熟種植、節水農業、保護性耕作技術與理論研究。E-mail：yinwen@gsau.edu.cn

陳桂平，女，碩士，高級實驗師，主要從事節水農業、實驗室測定等工作。E-mail：chengp@gsau.edu.cn