不同颜色地膜覆盖对玉米土壤温度、杂草发生及玉米产量的影响

杨世佳 陈瑾 张毅

摘要：以不同颜色地膜覆盖为农作措施，设计白色地膜覆盖（WF）、黑色地膜覆盖（BF）和不覆盖（CK）3个处理，研究不同颜色地膜覆盖对玉米土壤温度、杂草发生及玉米产量的影响。结果表明，WF、BF处理的产量均显著高于CK，分别高出15.28%、18.77%，WF处理的产量小于BF处理。WF、BF处理株高、茎粗均显著大于CK。WF、BF处理穗长、行粒数和百粒质量均显著大于CK，秃尖长度相反。WF处理在玉米生育期中前期，会抑制杂草发生，在玉米生育期后期，适合杂草的发生;BF在玉米的整个生育期中均抑制杂草发生。WF和BF处理均能够增加玉米土壤温度，且增温效果表现为WF处理>BF处理;覆膜处理的最大增温的天气类型是晴天，其次是阴天、阴转晴和雨转阴，再次是多云，最小的是阴转雨。综合考虑，黑色地膜覆盖的农作措施较适宜在玉米生产中推广应用，但在雨季充沛或者雨水较多的区域地膜覆盖的增温效果不佳。

关键词：玉米;地膜覆盖;土壤温度;杂草发生;产量

中图分类号： S513.01  文献标志码： A  文章编号：1002-1302（2019）22-0092-05

土壤温度是土壤熱量状况的关键指标，地膜覆盖方式可以改变土壤地面特征，从而引起土壤环境的变化，具有增温、保墒、调水等效果，使其为玉米的生长发育提供良好的条件，能大幅度提高玉米的经济产量[1-2]。我国自20世纪80年代引入地膜覆盖技术以来，开展了诸多平作覆盖、垄作覆盖、全膜覆盖等膜内种植的覆盖方式和塑料地膜、生物降解膜、液态膜等不同覆盖材料对玉米生长发育影响的研究，具有收集无效降雨、延长水分有效期、提高作物产量和水分利用效率等优点的沟植垄盖技术也被用于玉米研究[3]。目前，地膜技术的研究及应用多数集中在降水量小、蒸发量大、渗水快、保水差的北方地区[4-5]。在贵州省主要进行地膜覆盖技术对玉米产量影响的研究和地膜覆盖技术的推广，多数研究以起垄方式、宽窄行覆膜方式开展[6-7]。近年来西南地区干旱频发，继2006年、2007年之后2010—2012年连续3年均大范围发生严重干旱，在播种期温度异常，降水不足，导致出苗不齐;玉米灌浆期温度偏高、严重缺水，影响玉米灌浆，给玉米生产带来严重影响和巨大损失[8-9]。2013年贵州省的干旱尤其严重，大部分地区玉米颗粒无收，安顺市2010—2013年的年降水量分别为1 191.8、851.1、1 075.1、796.3 mm，远远低于历史年均降水量 1 430 mm（由西秀区气象局提供）。鉴于贵州省地区连续多年的干旱给玉米生产带来严重影响的严峻形势和探索降低农业生产污染的玉米生产方式的需求，本研究以白色地膜、黑色地膜2种不同颜色地膜为研究材料，探讨不同颜色地膜覆盖对玉米土壤温度、杂草生长及玉米产量的影响，寻求高产、高效、生态友好的玉米生产方式，同时为贵州省的地膜覆盖栽培技术提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2015年5—11月在安顺市农业科学院试验基地（105°50′34.09″E、26°18′15.53″N）进行，试验地耕层土质为黄壤土，土壤理化性状为有机质含量12.45 g/kg，碱解氮含量 84.10 mg/kg，有效磷含量24.23 mg/kg，速效钾含量 45.65 mg/kg，pH值5.20。前作作物为油菜，选用当地主推玉米品种顺单6号为材料。

1.2 试验设计

试验采用随机区组设计，共3个处理。露地直播（CK）：整地后开沟直接播种，不覆盖地膜，等行距80 cm。黑色地膜侧膜覆盖（BF）：起等距底宽80 cm、高15～20 cm的垄，采用 80 cm 宽的黑色地膜覆盖垄面，玉米播种于膜两侧。白色地膜侧膜覆盖（WF）：起等距底宽80 cm、高15～20 cm的垄，采用80 cm宽的白色地膜覆盖垄面，玉米播种于膜两侧。人工先覆膜后播种，每个处理3个重复，6行区，行长5 m，播种密度4.95万株/hm2。5月17日播种，播种前施有机肥 15 t/hm2，基肥（复合肥：N ∶ P2O5 ∶ K2O=15 ∶ 15 ∶ 15） 375 kg/hm2，追肥（尿素）分为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。地膜覆盖前对所有处理喷晒除草剂，玉米生长期CK处理喷晒除草剂和人工除草（拔节期），BF、WF处理不进行除草，其他管理与当地生产相同。

1.3 测定项目

杂草调查每个小区分别取3个1 m2样地，在玉米成熟期进行全部杂草的取样与杂草鉴定，烘干至恒质量并称干质量。温度以金属曲管地温计3支为1组，分别固定插入5、10、15 cm 土壤测量相应深度的温度，每周测量1次温度，分为08：00、12：00、16：00和20：00 4个时刻测量。于乳熟期调查植株农艺性状，分别调查株高、穗位高、茎粗。成熟期测定产量，实收4行测产，每小区取10穗调查穗部性状。本研究所用降水量的数据由西秀区气象局提供。

1.4 数据处理与分析

采用Excel 2010及DPSv 7.05软件进行数据处理与分析。

2 结果与分析

2.1 覆膜处理对不同土壤深度温度的影响

将所有测量日4个时刻测定的温度数据取平均值，绘制不同覆膜处理下土壤深度的日平均温度变化。如图1所示，BF、WF处理的3个土壤深度的日平均温度均高于CK处理，在5 cm深处的日平均温度较CK分别增加了1.66、2.49 ℃，10 cm深处分别增加了1.18、2.29 ℃，15 cm深处分别增加了1.08、2.02 ℃，说明增温效果WF>BF。WF处理比BF处理在5、10、15 cm处的温度分别增加了0.83、1.11、0.94 ℃，因为白膜的透光率大，作用于土壤表层的热辐射大，从而增温程度大，而黑色地膜的透光率小，热辐射少，导致WF处理的土壤温度高于BF处理。

将每个测量日相同时刻的温度取平均值，绘制08：00—20：00不同覆膜处理下各土壤深度的温度变化。如图2所示，在4个测量时刻中，3个土壤深度的温度变化均呈现抛物线形的趋势，08：00—16：00温度上升，16：00—20：00温度下降，3个处理的变化趋势一致，可能的原因是白天辐射强度高、地表散热小、吸热大、土壤温度升高，夜间土壤散热量大于吸收的热量、土壤温度下降。不同时刻土壤温度因处理不同有所差异，在 08：00 和20：00时，CK和WF处理在5 cm深度土壤温度最低，与BF处理有所不同，CK处理没有地膜的保温效应，WF处理因透光率高，表层的热量散失较为直接和迅速，导致早晚5 cm处的土温低于BF处理。

如图2所示，在08：00—12：00、12：00—16：00和16：00—20：00的温度增幅中，3个土壤深度温度的增幅随时间呈现下降的趋势，增幅大小为5 cm>10 cm>15 cm。其中，CK处理在5 cm处分别增加了3.45、2.14、-3.58 ℃，BF处理分别增加了 3.64、2.44、-3.03 ℃，WF处理分别增加了3.44、3.16、-3.28 ℃;CK处理在10 cm处分别增加了2.39、2.29、-2.01 ℃，BF处理分别增加了2.68、2.36、-1.88 ℃，WF处理分别增加了2.20、3.12、-2.00 ℃;CK处理在15 cm处分别增加了1.54、1.74、-1.08 ℃，BF处理分别增加了1.56、2.07、-1.16 ℃，WF处理分别增加了1.42、2.52、-0.73 ℃。表层热量的散失和吸收向地下传递有一个过程，引起表层土壤温度变化较其他层的大些，沿土层深度方向土壤温度变化趋于平缓。

2.2 玉米生育期内不同覆膜处理对土壤温度的影响

将每个测量日的4个时刻温度取平均值后得到玉米生育期内各测量日期的土壤温度变化和生育期内日降水量情况。

如图3至图5所示，随着生育期进程推进，土壤温度呈下降趋势，3个处理的3个土壤深度的温度变化趋势均一致，但各土壤深度的温差因处理不同有所差异。CK处理中，在测量日8月20日之前，除个别日期外，5 cm和10 cm的温差小于 10 cm 和15 cm的温差，且15 cm的温度明显低于5、10 cm;8月20日至9月16日，3个土壤深度的温差均很小;9月16日之后，5 cm的温度高于10、15 cm，10 cm和15 cm之间的温差接近0 ℃。BF处理中，在8月20日之前，除个别日期外，3个土壤深度的温差均较大;从8月20日开始，10 cm和15 cm处的温差逐渐缩小，温差明显小于5 cm和10 cm的温差。WF处理土壤深度的温差变化在8月20日之前，除个别测量日之外，5 cm 和10 cm的温差小于10 cm和15 cm的;在8月20日至9月2日，3个土壤深度的温差较小;9月2日之后，3个土壤深度的温差较大，且5 cm和10 cm的温差小于10 cm和 15 cm 的。试验可得，覆膜在玉米的整个生育期中都能增加土壤温度，增温效果表现为生育期前期>后期>中期，前期玉米封行之前，阳光直射土壤，导致前期温度高，玉米封行后遮光，直接降低增温效果，在玉米生长后期叶片衰老，增温效果稍有增加。在整个玉米生育期中，BF处理土壤深度的温差比WF处理的稳定，尤其在玉米生育期后期土壤深度10 cm和15 cm处的温度。

图3至图5还显示，3个处理不同土壤深度的温度均在降水后（降水量>25 mm）出现下降趋势，且此时3个处理在 5 cm 和10 cm土壤深度的温度差表现为BF>WF>CK。雨水徑流是热量的传输过程，裸露的土壤有雨水的径流，促使土壤浅层的热量因雨水入渗而散失，覆膜处理表层没有雨水的径流，减缓了雨水入渗带来的降温，但降雨过程中的降温，导致覆膜土壤热量向大气传输而降温，而白色地膜的透光率比黑色地膜的大，土壤热量散失较大，引起WF处理5 cm和 10 cm 土壤深度的温差比BF处理的小。

2.3 天气类型对不同覆膜处理土壤温度的影响

试验温度记录共17次：晴天2次、阴天7次、阴转雨2次、雨转阴2次、阴转晴2次、多云2次，将相同天气类型的土壤温度按日平均计算， 覆膜处理的增温如表1所示。 7个天气类型的平均气温为20.45～21.95 ℃。7个天气类型中，覆膜处理增温最大的天气是晴天，其次是阴天、阴转晴和雨转阴，再次是多云，最小的是阴转雨。在晴天、阴天、阴转晴和雨转阴天气中，白色地膜的增温幅度比黑色地膜的更加明显;在多云天气中，白色、黑色地膜增温幅度均较小;在阴转雨天气中，覆膜处理在土壤深度10 cm和15 cm的温度比未覆膜处理的低。覆膜处理在不同天气类型的增温效果有所不同，在雨水多的地区覆膜处理对土壤增温效果不好。

2.4 覆膜处理对杂草干物质量的影响

田间杂草调查结果如表2所示，供试试验田杂草共有8种，不同覆膜处理的杂草生长情况存在一定差异，其中CK处理杂草7种，BF处理无杂草，WF处理有5种杂草，CK和WF处理共有酢浆草、扁秆藨草、马唐和铁苋菜4种杂草。共有的4种杂草中，WF处理的密度比CK处理分别高1.00、10.67、9.00、10.67株/m2，干质量分别大-1.395 0、4.008 8、7.110 9、1.867 8 g/m2，单株干质量分别高-0.631 8、0.315 4、-0.168 3、-0.146 7 g/株，WF处理中田间多数杂草的密度、干质量均大于裸露田间，单株干质量则相反。可能在玉米生育期后期，白色地膜覆盖创造的微环境正适合杂草的发生和生长，从而导致白色地膜覆盖田间的杂草发生晚于裸露田间。

2.5 覆膜处理对产量及经济效益的影响

如表3所示，WF、BF处理的产量均显著高于CK，分别高出15.28%、18.77%，WF处理的产量小于BF处理，但差异不显著。玉米形态特征中，WF、BF处理株高、茎粗均显著大于CK，2个地膜处理间相应指标差异不显著。产量构成因素中，WF、BF处理穗长、行粒数和百粒质量均显著大于CK，秃尖长度相反。说明地膜覆盖有利于促进玉米的生长和生育，为高产构建了有利的单株和群体，促进了玉米产量的形成。综合投入和产值，3个处理的纯经济收入排序为BF>WF>CK，说明地膜覆盖不仅通过增加玉米产量带来高产值，而且能减少劳动力的投入，从而来带更高的经济效益。

3 结论与讨论

温度是影响玉米生长发育的主要环境因素之一，土壤温度变化1 ℃就会对植物生长产生明显的影响[10]。有色地膜对太阳光谱中不同波长具有不同的透射、反射与吸收作用，因而具有不同的光热效应[11]。本研究结果显示，黑色和白色地膜覆盖均能够增加玉米土壤温度，与多数学者的研究结果[12-13]一致，因为地膜覆盖主要通过隔绝膜内外土壤和空气的水分交换，抑制潜热交换和显热交换，达到增温效果，再通过膜内附着的水层削弱土壤夜间长波辐射达到保温效果[14]。本试验结果显示，黑色地膜相对裸露田间的增温在1.08～1.66 ℃，白色地膜增温在2.02～2.49 ℃，黑色地膜覆盖较白色地膜覆盖可以有效降低土壤温度，从而可能有效减少了土壤中的氮素矿化，为后期玉米生长提供必要的养分保证。本研究结果显示，覆膜处理的最大增温的天气类型是晴天，其次是阴天、阴转晴和雨转阴，再次是多云，最小的是阴转雨;在降水后，土壤温度下降，地膜覆盖可以减缓温度的下降，但在阴转雨的天气中，覆膜处理对深层土壤温度的保温效果差，至于地膜覆盖在雨量、雨天时间等方面对土壤温度的影响还需进一步研究。

本研究结果显示，黑色、白色地膜覆盖的玉米产量分别较对照增产18.77%、15.28%，黑色地膜的增产幅度更大，多数研究[15-16]也得到类似的结果。地膜覆盖能够增加玉米株高和茎粗，构建高壮的高产株型，增加穗长、行粒数，降低秃尖长度，营造良好的产量构成因素，从而达到增加产量的效果。普通白色地膜覆盖在保水的同时，由于地温的升高往往容易造成玉米生长过快，生育期缩短，产量降低[17-19]。本试验结果显示，不同颜色地膜覆盖对玉米田间杂草发生影响有所不同，白色地膜覆盖在玉米生育期中前期，会抑制杂草的生长，在玉米生育期后期，适合杂草的生长，杂草的密度、干质量均大于裸露田间，单株干质量则相反;黑色地膜在玉米的整个生育期中，田间无杂草发生，这可能会从土壤结构、微生物活力、养分分配等方面影响玉米的生产，但还需进一步研究。

研究显示，地膜覆盖不仅能提高玉米产量、增加玉米产值，而且能减少中耕、杂草铲除等人工的投入，双重提高了玉米的经济效应[20];地膜覆盖能避免除杂草农药的施用，减少农业污染，创造良好的玉米生产生态，黑色地膜覆盖的增产和抑制杂草发生的效果均优于白色地膜;地膜覆盖在降水后，对土壤有保温效应，但在阴转雨的天气中，对深层土壤温度的保温效果较差。综合产量、生态和保温效果等因素考虑，黑色地膜覆盖的农作措施较适宜在玉米生产中推广应用，但在雨季充沛或者雨水较多的区域，地膜覆盖的增温效果不佳。

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