半干旱农田生态系统地膜覆盖模式和施氮对小麦产量和氮效率的效应

摘要

在年降水量415 mm的黄土高原中部黄绵土和年降水量632 mm的黄土高原南部红油土上,分别以春小麦和冬小麦为供试作物进行大田试验,研究了地膜覆盖(春小麦设不覆膜、播后覆膜30 d、覆膜60 d和全程覆膜;冬小麦设不覆膜、播后覆膜75 d、覆膜150 d和全程覆膜等4个水平)和施氮(春小麦设不施氮和每公顷施氮75 kg,冬小麦设不施氮和每公顷施氮225 kg 2个水平)对小麦产量和氮效率的影响.试验结果表明,覆膜对春小麦产量和吸氮量的效应因底墒、施氮、覆膜进程和生育期降雨量而异.在湿润年份(1999年),无论施氮与否,在低底墒时,各种覆膜处理的籽粒、茎叶和干物质产量较不覆膜处理虽有增加,但二者之间的差异并不显著;在高底墒时,不管是籽粒,还是干物质,以覆膜60 d最大,以不覆膜最低,但不覆膜与覆膜30 d、覆膜60 d和全程覆膜间差异并不显著.氮肥肥效也因底墒和覆膜进程而异:低底墒不覆膜和覆膜30 d的氮肥增产效果最显著,但随着覆膜进程的进一步延长,氮肥效果下降;高底墒时以覆膜30 d氮肥增产效果最高,不覆膜最低.在极端干旱年份(2000年),地膜覆盖显著影响地上部分生物量:在低底墒不施氮条件下,以覆膜30 d效果最明显,覆膜60 d和全程覆膜效果依次递减,不覆膜者最低,而施氮后,覆膜30 d与不覆膜、覆膜60 d和全程覆膜间的差异均不显著;在高底墒下,不施氮时各覆膜处理籽粒产量为1 430～1 482 kg/hm2,没有任何差异;施氮后,以全程覆膜籽粒产量最高,与覆膜30 d和60 d间的差异达显著水平,但从2个施氮水平平均看,不同覆膜处理间无任何差异;由于不同覆膜处理对作物体含氮量基本没有影响,因此不同覆膜处理对作物吸氮量的影响与对产量的影响基本相同,但在春小麦生长前期覆膜(如播种后覆膜30 d)能够促进后期茎叶中氮素向穗部(主要是籽粒)转移.对2年春小麦试验中各种产量构成因子分析后发现,小穗数和有效小穗数是影响地膜覆盖产量的主要因素.覆膜进程对氮肥利用效率的影响与作物生育期降水量有关:在降水丰富年份,低底墒处理在不覆膜和覆膜30 d时,氮肥利用率最高,分别为30.4% 和30.3%,而覆膜60 d和全程覆膜的氮肥利用率下降,分别为19.0%和19.6%;在高底墒处理中以不覆膜最低,为10.1%,并随覆膜持续时间的延长而显著增加,覆膜30 d,60 d和全程覆膜时分别为32.7%,34.2%和38.9%;在极端干旱年份,地膜覆盖对氮肥利用效率的影响与湿润年份截然不同,在低底墒和高底墒处理中均以不覆膜最高,分别为18.3%和19.7%,而覆膜处理或者为零,或者为负值,说明在极其干旱年份覆膜条件下,施用氮肥的效果并不突出,甚至产生一定的负效应.在冬小麦试验中,无论是干物质,还是籽粒,覆膜75 d,150 d和全程覆膜处理之间差异均不显著,籽粒最大和最小产量之间仅相差42 kg/hm2,这一差值远远小于试验误差;地膜覆盖进程和施氮对作物吸氮量的影响,与对干物质和籽粒产量的影响基本相同.从2个施氮水平平均看,覆膜75 d,150 d和全程覆膜处理吸氮量之间的差异也没有达到显著水平,在这3个处理中,最大和最小吸氮量仅相差12.0 kg/hm2;以覆膜75 d氮肥利用率最高,之后,随着覆膜进程的进一步延长,氮肥利用率下降.可见,尽管春小麦和冬小麦生育期不同,生长期间经历的气候变化不同,但地膜覆盖进程对作物产量和氮素效率的影响规律基本相同.覆膜的作用主要表现在作物生长前期和中期,后期基本没有效果.从总体上看,全程地膜覆盖并没有使春小麦和冬小麦产量、吸氮量和氮效率大幅度提高,从维持土壤肥力和土壤生态条件以及保持农业生产持续发展出发,不应提倡全程和长期地膜覆盖,春小麦以播种后覆膜30～60 d为宜;对冬小麦,虽然覆膜75 d和150 d相差不显著,但为了减少冬季和春季土壤水分的蒸发损失,在覆膜150 d左右(拔节初期)时揭膜比较合适.