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摘要：指出了土壤水分是影响玉米作物生长发育的主要因素，为研究晋西北干旱地区覆膜玉米田苗期土壤水分含量，以露地作为对照，采用烘干法测定了0～600 cm深度的水分含量。结果表明：玉米田覆膜处理后，0～200 cm土壤含水量明显高于露地；其变化幅度较小，最低为11.5%，最高为17.1%。 土壤水分含量在垂直剖面上呈现出先增大后降低再增加的趋势。300 cm土层土壤水分含量均表现出波动性降低趋势。覆膜处理有一定的保水增温作用，使覆膜玉米田在苗期保持较充足土壤水分。
关键词：地膜覆盖；水分含量；旱作玉米；晋西北
中图分类号：S513
文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2015）10-0053-03
1 引言
我国北方主要栽培作物之一是玉米。干旱是造成玉米减产的一个重要因素，在生长发育过程中，水分不足对其发育的影响有较大差异。气候的变化会影响玉米作物的生长及产量[1]。以干旱为主要特征的气候变化使玉米生长水分适宜性受到威胁。随着全球气候的暖干化，玉米生长及产量受水分限制的现象已经引起人们的关注。在干旱半干旱地区，自然降水作为唯一的水分来源，其降水时空分布不均导致作物根系的吸水能力下降，将引起玉米田土壤水库中有效水分含量持续下降。已有研究表明[2，3]，玉米苗期的需水量较少，但在玉米旺盛生长时期，水分适宜度较低是影响玉米产量的主要因素之一[4]。土壤水分和温度会影响玉米出苗率和出苗速度[5]，春玉米出苗速度和出苗率在一定程度上决定了玉米的生长状况和产量的丰欠。晋西北岚县岚城镇东河村属偏寒偏旱、风多少雨的气候，对该地区玉米田各土壤层水分含水量的多寡与土壤温度和水分对覆膜处理的响应的研究十分必要，可为玉米抗旱节水生理研究提供参考依据，对维持粮食作物稳产、高产有十分重要的意义。
2 研究区概况与研究方法
2.1 研究区概况
研究区位于山西省岚县岚城镇东河村，海拔1 287 m ，东经111°1′15″，北纬38°58′1.3″，属温带大陆性气候，1月气温达到最低，平均为-9.7 ℃，7月温度最高，达到21 ℃，最冷月与最热月平均气温相差31.1 ℃。年均降雨量400 mm，霜冻期为9月下旬至次年5月上旬，无霜期130 d。地势大体呈西北高东南低，北、西、南三面有石山环绕，东为黄土丘陵，地形破碎。境内主要的土壤类型以褐土类型为主。
2.2 材料与方法
于2014年4月在研究区的覆膜玉米田和露地分别进行采样，土壤样品用轻型人力钻采取，采样深度为0～600 cm，土壤样品间距为10 cm，共采4个钻孔，采集样品合计240个。将土样装在已知空盒重的小铝盒中，并用胶带密封铝盒，以防止水分挥发。立即将铝盒带回实验室称取湿土重，然后将铝盒放于105 ℃的烘箱中烘干水分至恒重，烘干时间为24 h以上。含水量计算公式为：W=（W1-W2）/W2×100%，其中W为所测样品的土壤含水量，W1为烘干前样地土壤样品重量，W2为烘干后土壤样品重量。
2.3 数据处理与统计分析方法
数据采用Excel制图，采用SPSS17.0进行数据统计分析。
3 结果与分析
3.1 玉米地土壤水分含量的垂直剖面变化
旱作玉米春季土壤水分含量分别为图1中三个剖面a、b、c。由图可知，随着土层深度的变化，玉米地土壤含水量呈现出先增大后降低又增加的变化趋势。土壤含水量垂向变化可大致分为三层：易变层、相对稳定层、缓变层。0～200 cm土层含水量变化明显，含水量在11.6%～16.9%之间，为易变层，该层主要受地表蒸散和天然降水的补给影响。其中0～40 cm为耕层，含水量在11.6%～13.6%之间，41～100 cm为中层，含水量在13.2%～15.0%之间，100～200 cm为耕作深层，含水量在12.9%～16.9%之间，因此，在发苗期土壤含水量从表层到耕作深层有增大趋势；200～300 cm土层内土壤水分平均含量最高（15.8%），这是因为玉米根系主要集中在耕作表层和中层，200 cm以下根系量极少，同时蒸散作用较弱；300～400 cm土层，含水量变化幅度较小，仅在13.3%～14.9%之间变化，为相对稳定层；400～600 cm为缓变层，土层变化程度位于表层和中间层之间，含水量在11.1%～15.7%之间变化。从总体来看，玉米田覆膜处理保持了较高的土壤水分，土壤水分随深度加大的响应程度较低[6]，土壤保持较高的土壤水分值，有利于春玉米的生长发育。
3.2 土壤水分和温度对地膜覆盖的响应
研究区位于高寒的干旱半干旱地区，早春低温且有效积温少。因此，地膜覆盖是旱作玉米增产的必要措施之一。采用新型地膜覆盖播种机可一次性完成玉米的起垄、铺膜、精量播种、镇压等多道工序，极大地提高了作业效率和经济效益[7]。地膜覆盖后玉米增产的主要外在原因是改善水分状况、提高土壤温度。土壤水热条件的改善，促进了玉米根系的生长，提高了根系吸收水分与矿质营养元素的能力。
3.2.1 地膜覆盖对土壤温度的影响
增温保墒是作物增产的主要原因之一。地膜覆盖在春季苗期具有明显增温效应[8]。通过降低土壤水汽的蒸发，地膜有效减少了汽化热的损失。此外，地膜导热性较差，且具有不透气性，使得大气难以和土壤中气体进行交换。膜下的水汽、二氧化碳等可以吸收土壤向外释放的长波辐射热，有效防止了土壤热量的散失。白天气温较高时，地膜吸收的太阳辐射能可使土壤表面增温，热量由上向土壤下层传导[9]。夜间地面冷却时，热量在膜下相对封闭的空间里向上传导补偿，使得覆膜玉米田的温差变化减小。但从土壤的绝对温度来看，土壤温度随着土层深度的加深而有所降低[10]。由此说明，地膜覆盖可使土壤温度在一定范围内有所增加，苗期保温性能良好（图1）。
3.2.2 地膜覆盖对土壤水分的影响
地膜覆盖对土层水分含量的影响比较复杂[11]，这主要与土壤水资源补给情况有关，包括降水补给、凝结水补给、潜水蒸发补给等。很多研究提出[12，13]，地膜覆盖处理抑制土壤水分蒸发，与大气的直接交换受到阻隔。同时，深层水分通过毛管上升，并蒸发到膜下凝结集聚，提高了土壤表层的含水量。由图2可知，春覆膜0～200 cm土壤水分含量明显高于露地，覆膜玉米田0～200 cm的平均土壤水分含量为15.1%，露地的平均土壤水分含量为10.2%，平均高出4.9%。其中，40～60 cm土层的土壤水分含量增加最为明显，高达6.8%。此外，覆膜玉米田0～200 cm土层的土壤水分含量总体呈现前高后低的持续下降趋势。苗期气温较低，且覆膜处理后水分蒸腾较少，使玉米田的土壤水分含量总体处于较充足的供水状态。由此说明，覆膜能有效增加表层至耕作深层的含水量。
图2 春覆膜地与露地土壤水分含量对照
4 结论与讨论
（1）覆膜玉米田苗期的土壤水分含量平均值为14.1%，露地为13.2%，高于露地0.9%。
（2）覆膜处理对土壤表层至耕作深层的保水效果较为明显，覆膜玉米田0～200 cm土壤水分含量明显高于露地。
（3）覆膜处理后的玉米田深层（200 cm以下）土壤水分含量充足，为玉米苗期的生长提供保障。
地膜覆盖在干旱半干旱地区可以有效提高作物的产量，但因为地膜覆盖阻挡了土壤与大气的物质交换，其增产作用在一定程度是以消耗土壤中储存的养分和有机物质为代价的，当土壤养分和水分在作物生长前期被大量消耗后，作物后期生长会有脱水、脱肥现象。因此，地膜覆盖技术应用不当，可能会导致减产。除此之外，大量的覆膜会造成严重的土壤污染现象。正确而有效地利用地膜覆盖技术是干旱区未来农业发展的重要措施之一。
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