西北雨养旱作地区是中国最重要的春玉米生产基地, 玉米产量占全国总产量的 17%, 其产量对保证国家粮食安全至关重要。近年来, 全球气候变暖,受气候和土壤温度升高、降雨减少、降雨分布不均匀等不利因素影响, 该区地膜玉米生育后期出现的早衰、减产等负面效应不断显现[1-3]。部分学者研究[1,4]认为, 地膜玉米后期的早衰是由于地膜增温导致玉米生育期提前, 使得玉米大喇叭口期遇到干旱, 从而导致玉米后期早衰和产量下降。而另一部分学者[5]认为, 地膜覆盖下, 由于土壤温度升高, 导致土壤的养分分解速度加快, 使得玉米生长后期养分供应不足, 从而导致玉米早衰。无论哪种研究结论, 均与地膜覆盖下玉米耕层的土壤温度升高有关。因此,土壤升温对旱地玉米生长发育及耕层土壤理化性状的影响作用必须得到重视。

土壤中各种生理性状和生化过程均受到土壤温度的影响, 土壤温度较高, 有机质分解快, 土壤温度低, 有机质分解速度慢[6-7]。Walker等[8]研究表明, 土壤温度变化 1℃就能引起植物生长的明显变化, 在一定的温度范围内, 土壤温度越高, 作物吸收养分的速度加快, 数量增加, 从而使作物生长发育加快, 生育期提前。但当土壤温度超过最适温度后, 作物根系生物量和根系长度则随温度的升高而下降, 不利于作物的生长。关于土壤温度的已有研究多是关注于覆盖方式改变后的水热整体效应[9-10], 这在一定程度上掩盖了土壤温度变化的作用效果。因此, 采取适当的降温措施, 研究地膜覆盖下土壤温度变化是否会改变玉米及耕层土壤对气候变暖的响应值得探索。

本研究在前期研究基础上, 从不改变地膜保水功能的角度出发, 研究适度降低膜下土壤温度对玉米产量形成的影响, 分析不同膜上遮挡措施下玉米耕层土壤物理化学性状变化。为进一步解析西北雨养旱作区地膜玉米后期早衰机制提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2018年和2019年在西北农林科技大学长武旱地玉米试验站进行, 该试验站地处107°38′E、34°59′N, 海拔高度1220 m, 年平均温度和降雨量分别为9.1℃和580 mm, 全年无霜期171 d, 2018年和2019年玉米生育期的降雨量和日气温如图 1。土壤为黑垆土, 平均干容重(bulk density, BD)为1.42 g cm–3,土壤0～20 cm含有机质16.56 g kg–1、速效氮46.66 mg kg–1、速效磷 18.94 mg kg–1、速效钾 158.35 mg kg–1。

1.2 试验设计

1.2.1 根区降温 设置3个处理。处理A: 地膜覆盖+膜上覆黑色遮阳网; 处理B: 地膜覆盖+膜上覆盖秸秆, 2种地膜降温覆盖措施(经测定, 玉米整个生育期可较地膜覆盖降温 1～2℃); 处理 C: 地膜覆盖,为对照。地膜采用普通白色聚乙烯地膜, 规格均为宽70 cm, 厚0.008 mm; 遮阳网为普通黑色聚乙烯网, 宽度为55 cm, 离地3～5 cm, 固定遮挡覆盖在地膜上; 秸秆为玉米秸秆切碎, 长度20 cm, 覆盖量为3000 kg hm–2, 沿小区行长均匀覆盖在地膜上。

图1 2018年和2019年玉米生长期降雨量和日温度Fig. 1 Precipitation and day temperature during the whole growth period in maize from 2018 to 2019

1.2.2 试验设计 试验品种为陕单 609, 种植密度67,500株 hm–2, 采用机械覆膜、人工点播的方式播种, 小区种植6行, 行长6 m, 行距60 cm, 小区面积18 m2。按照裂区实验设计, 以品种为主区, 不同覆盖方式为副区, 共6个处理, 每个处理4次重复。

1.2.3 田间管理 试验播种方式依照当地习惯种植进行播种, 施肥水平为每公顷施纯氮 270 kg、纯P2O5150 kg。全部磷肥和40%氮肥于玉米播种前结合整地一次性施入, 60%氮肥于玉米拔节期作为追肥施入, 其他种植与管理方式同当地普通大田。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 土壤温度 于玉米拔节期(V6)、大喇叭口期(V12)、吐丝期(VT)、吐丝后 25 d (R3)、吐丝后45 d (R4)和成熟期(R6), 采用曲管地温计分别按照土层深度5、10、15、20和25 cm调查一次土壤温度日变化, 观测时间为8:00—18:00, 每2 h观察1次。

1.3.2 土壤理化性状 在玉米播种前和收获后测定0～200 cm土壤含水量(gravimetric soil water content, GSW); 分别于玉米播种前、拔节期(V6)、大喇叭口期(V12)、吐丝期(VT)、吐丝后25 d (R3)、吐丝后45 d (R4)和成熟期(R6)测定土壤紧实度; 于玉米播种前和收获后测定每个小区耕层(0～20 cm)土壤有机质和氮、磷、钾等养分含量。采用 CP40II、数显式土壤紧实度仪在田间地膜带直接原位测定土壤紧实度, 测定土层范围为0～10 cm, 每1 cm记录1次数据, 每个小区重复测5次。按照《土壤农化分析》[11]方法测定土壤有机质及氮、磷、钾等养分。

上一篇：玉米重要生长期植保方案研究
下一篇：没有了