王文达，霍轶珍，韩翠莲

(内蒙古河套学院土木工程系，内蒙古 巴彦淖尔 015000)

内蒙古河套灌区作为全国3个特大型灌区之一，属于典型的盐渍化灌区，该地区多年干旱少雨、蒸发强度大，加之引黄水量日益减少，使得农业用水日益紧张，同时随着土壤盐碱化的加重，严重制约和影响到了当地农业的正常和可持续发展。而大量研究表明，地膜覆盖后具有显著的增温、保墒和抑盐的特性[1-4]，同时可显著提高水分利用效率及作物产量[5-7]，从而在灌区农业生产中被大量采用。但是普通农用地膜的成分为一种非常难以分解的聚乙烯材料，作物收获后在农田大量残留，形成了白色污染，长此以往必将会影响到农业的健康和可持续发展[8]。近些年，随着人们的不断尝试和研究发现，秸秆覆盖同样具有较好的土壤保温、保墒效应，同时增产效果显著[9-12]，此外该覆盖材料具有环保、对农田环境污染小的优点，因此具有较好的应用前景。

本研究以灌区种植面积最广的玉米为研究对象，试验设置普通地膜覆盖、秸秆覆盖，以不覆盖处理为对照，系统的研究了不同覆盖方式对玉米土壤水、肥、热状况以及玉米产量和水分利用效率的影响，从而揭示秸秆覆盖对土壤水肥热效应影响的机理及增产节水效应，以评价秸秆覆盖在河套灌区农业生产中的适用性及应用效果，对灌区节水农业的健康和可持续发展具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验区位于内蒙古巴彦淖尔市临河区双河镇，该地区多年平均降雨量140 mm，蒸发量2 306.5 mm，平均气温6.8 ℃，平均日照时数3 229.9 h，无霜期130 d左右，属典型的中温带干旱大陆性气候。试验区以砂质壤土为主，0～100 cm土壤平均密度1.45 g/cm3，田间持水量20.53%，灌溉水源为黄河水，平均矿化度为0.6～0.8 g/L。

1.2 研究方法

1.2.1 试验设计

试验设置地膜覆盖、秸秆覆盖和不覆盖3个处理，其中地膜覆盖于春播期进行机器覆膜，采用膜宽为70 cm的聚乙烯普通农用地膜。秸秆于秋浇前，人工铺设于试验小区内，并覆盖2 cm左右虚土以防秋浇水流冲走使得覆盖厚度不均匀，覆盖量为10 t/hm2。试验小区采用随机区组试验设计，每个处理重复3次，小区规格20 m×10 m；为防止小区间水分串通，影响各小区实际含水率变化，在各小区间垂向埋设1.5 m深塑料膜隔离。

按当地玉米常规栽培管理模式进行种植管理，供试玉米品种为豫奥6号，播种时施足底肥450 kg/hm2(磷酸二铵、尿素)，灌第一水时施尿素450 kg/hm2，灌第二水时施尿素300 kg/hm2，玉米全生育期灌水3次。

1.2.2 测定项目及方法

每隔7 d在玉米行间进行取土，每20 cm一层至100 m深度，采用烘干称重法测定土壤含水率，每个处理取3个重复。分别于玉米播种期和收获后取表层0～20 cm土壤测定其养分指标。于处理小区内埋设直角地温计，埋深分别为5、10、15、20、25 cm，每个生育期连续3 d自8∶00至20∶00每隔2 h读取一次。玉米成熟期，各处理选取具有代表性的10株测定其生产性状指标和产量。

1.2.3 玉米水分利用效率(WUE)计算

WUE=Ya/ETa

(1)

ET=ΔW+P+I+U-D

(2)

式中：Ya为玉米籽粒产量，kg/hm2；ETa为玉米生育期总耗水量，mm；ΔW为玉米生育期内0～100 cm土壤贮水量变化，mm；P为玉米生育期有效降雨量，mm；I为灌溉量，mm；U为地下水补给量，mm；D为深层渗漏量，mm。

1.2.4 数据分析

采用MS-Excel 2003 进行数据处理并绘制图表，SPSS17.0 进行相关数据方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同覆盖方式对土壤水分的影响

由图1不同覆盖方式下玉米各生育期土壤平均含水率变化可知，全生育期内地膜覆盖和秸秆覆盖条件下各土层含水率相当，但均显著高于不覆膜处理(P<0.05)，且以0～60 cm差异更为显著，这主要是由于河套灌区在作物生长季节地下水位埋深较浅，平均在1 m左右，下层80～100 cm土壤受地下水补给作用较强[13]，使得该土层含水率差异较小。玉米苗期，植株矮小、耗水强度低，但在土壤蒸发作用下，不覆盖处理0～60 cm土壤平均含水率要分别较地膜覆盖和秸秆覆盖低7.52%和6.25%，差异性显著(P<0.05)。玉米生育中期(拔节期至灌浆期)为关键生育期，此阶段植株营养和生殖生长旺盛，而该时段内河套灌区干旱少雨，因此良好的土壤水分条件成为了保证玉米正常生长和高产的决定性因素。取样研究发现，该生育阶段内地膜覆盖和秸秆覆盖条件下0～100 cm土壤含水率平均相差0.06%～1.60%，差异性不显著(P>0.05)，但均明显高于不覆盖处理，且0～60 cm达到了显著性差异(P<0.05)，平均较不覆盖处理高12.77%、13.87%、13.33%和13.94%、14.19%、16.33%，说明此阶段秸秆覆盖条件下土壤保墒效果与地膜覆盖相当，且显著优于不覆盖处理。玉米生育末期(成熟期)，由于不灌溉，在腾发作用下各土层含水率达到了全生育期的最低值，且各处理同样以0～60 cm土壤含水率相差更大，且此时秸秆覆盖条件下该土层深度含水率要显著高于地膜覆盖和不覆盖处理(P<0.05)，平均高8.23%和22.41%，这也说明秸秆覆盖有利于土壤水分的贮蓄和持续利用，此结论与王敏[14]和王顺霞[15]等的研究结果一致。

2.2 不同覆盖方式对土壤养分的影响

玉米播种期土壤养分指标一致，表1为不同覆盖方式下玉米收获期0～20 cm土层土壤养分指标对比，由表可知，秸秆覆盖条件下各养分指标要明显高于地膜覆盖处理和不覆盖处理，差异大多达到了显著性水平(P<0.05)，这也说明秸秆覆盖可显著提高土壤养分含量，其主要原因是受秸秆腐烂分解，释放出有机和无机养分所致，这一结论与王顺霞等[15]的研究结果一致。同时与普通地膜覆盖相比，秸秆覆盖条件下土壤速效钾和有效磷含量较不覆盖处理差异更为显著，平均差异达到了15.05%和84.62%，这也说明秸秆覆盖对土壤中速效钾和有效磷含量的提升效果更好。而有研究发现，玉米生长过程中对钾的需求较多，且在生育后期对其的吸收仍处于较高水平[16]，因此如果土壤中有充足的速效钾供应将有利于玉米的生长，延缓根系和植株的衰老，从而提高产量[17]。

图1 不同覆盖方式下各生育期土壤含水率变化

表1 不同覆盖方式下土壤养分指标对比

2.3 不同覆盖方式对土壤温度的影响

图2为3种覆盖方式下玉米各生育期0～25 cm土壤平均温度变化情况，全生育期来看，地膜覆盖处理土壤温度始终高于不覆盖处理。玉米生育前期(苗期、拔节期)，地膜覆盖和秸秆覆盖保温效果相当，且均显著高于不覆盖处理(P<0.05)，两者平均较不覆盖处理高3.92和3.10 ℃，这也说明秸秆覆盖在玉米生育前期同样达到了提高耕层土壤温度的效果，有利于玉米的前期生长，这与陈素英等[18]的研究结果一致。玉米抽雄、吐丝和灌浆期，此阶段气温达到了全年的最高值。有研究发现，过高的土壤温度将会降低玉米根系生理活性，从而抑制其正常的代谢，使其老化进程加快，不利于其对养分和水分的吸收，最终影响产量的形成[16]。本研究发现，该生育阶段内秸秆覆盖条件下土壤温度平均较地膜覆盖和不覆盖处理低2.11～4.55和1.50～2.02 ℃，差异均达到了显著性水平(P<0.05)。而在玉米生育末期的成熟期，秸秆覆盖条件下的土壤温度均显著高于地膜覆盖和不覆盖处理(P<0.05)，平均高1.92和2.91 ℃。综合来看，地表秸秆覆盖通过对太阳光辐射的吸收转化及在热传导的作用下，在高温时达到了降温效应，而低温时具有明显的增温效应[15]，这也为玉米的正常生长提供了良好的土壤温度条件。

图2 不同覆盖方式下各生育期土壤温度变化

2.4 不同覆盖方式对玉米产量及水分利用效率的影响

由表2可知，玉米各产量指标均表现为秸秆覆盖>地膜覆盖>不覆盖处理，且地膜覆盖与秸秆覆盖处理之间各指标差异性不显著(P>0.05)，但均显著高于不覆盖处理(P<0.05)。就经济产量而言，地膜覆盖和秸秆覆盖分别较不覆盖处理高23.72%和24.18%，增产效应显著，这主要是由于地表覆盖后更好的调节了土壤的水肥热条件，从而更有利于玉米的生长和产量的形成。而就两种覆盖条件下的产量来说，秸秆覆盖条件下玉米经济产量平均较地膜覆盖高0.37%，略优于地膜覆盖处理。这也说明与地膜覆盖相比，秸秆覆盖同样具有显著的增产效益。

表2 不同覆盖方式下玉米产量指标对比

在灌区农业用水日益减少的现状下，要想实现作物的稳定高产，就必须实现水分的高效利用。由表3不同覆盖方式下玉米水分利用效率对比可知，地膜和秸秆覆盖方式下玉米水分利用效率相当，无显著性差异(P>0.05)，但均显著高于不覆盖处理(P<0.05)，分别平均提高23.77%和23.64%，这主要是由于覆盖较大程度上抑制了土壤水分的无效耗散，从而有效提高了玉米的水分利用效率。

表3 不同灌水方式对玉米水分利用效率的影响

3 结 语

(1)玉米生育前、中期，地膜覆盖和秸秆覆盖条件下土壤水分状况无显著性差异(P>0.05)，说明秸秆覆盖同样具有较好的保墒效果，但两者均明显高于不覆盖处理，且以0～60 cm差异性显著(P<0.05)。玉米生育末期，秸秆覆盖条件下0～60 cm土壤含水率显著高于地膜覆盖和不覆盖处理，说明秸秆覆盖更有利于土壤水分的贮蓄和持续利用。

(2)秸秆覆盖可显著提高土壤养分含量，玉米收获期，秸秆覆盖条件下0～20 cm土层各土壤养分指标明显高于其他处理，且差异大多达到了显著性水平(P<0.05)。同时与普通地膜覆盖相比，秸秆覆盖对土壤中速效钾和有效磷含量的提升效果更好。

(3)对于土壤温度来说，秸秆覆盖较地膜覆盖在低温时达到了增温效果，在高温时达到了降低土壤温度的效应，从而为玉米的正常生长提供了适宜的土壤温度条件。

(4)玉米地膜覆盖和秸秆覆盖均较不覆盖处理增产效果显著，平均增产23.72%和24.18%，水分利用效率提高23.77%和23.64%，且两种覆盖条件下无显著性差异，因此综合考虑，河套灌区玉米种植较适宜采用秸秆覆盖。

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