黄土旱塬区地膜覆盖模式对春玉米农田土壤水分与产量影响

Effects of plastic film mulching patterns on soil water and yield of spring maize in Loess Plateau dryland

摘要

目的 通过比较不同地膜覆盖模式对旱作农业区春玉米土壤水分、产量与水分利用的影响效果，探索能够减少农田地膜残留污染、提高水分资源利用效率的种植方式。 方法 于2021年在甘肃省庆阳市镇原县进行田间试验，设置聚乙烯地膜宽膜覆盖平作（PM）、生物降解地膜宽膜覆盖平作（BM）、聚乙烯地膜+生物降解地膜复合条带覆盖（FH）3个处理，分析不同覆盖模式对春玉米土壤水分时空变化、水分亏缺变化、水分利用及产量的影响。 结果 FH处理的春玉米耗水量最低，平均为390.0 mm，PM处理的耗水量最高，平均为430.5 mm；FH处理的降水/耗水比例最高，达96.5%。FH处理在促进玉米对水分的吸收和利用方面表现出较好的效果。2021年，FH处理的春玉米产量和水分利用效率均最高，籽粒产量达到了17 160.9 kg/hm²，水分利用效率为40.9 kg/（hm² · mm），显著高于PM和BM处理；2022年FH处理水分利用效率最高，较PM和BM分别提高34.2%和20.7%；2023年FH产量和降水利用效率最高分别为13 473.5 kg/hm²，30.0 kg/（hm² · mm）。 结论 FH处理在改善土壤水分环境、促进春玉米产量及水分利用效率提升等方面具有显著效果，能够提高玉米水分利用效率，促进产量形成，可作为黄土旱塬区生物降解地膜应用的种植方式。

Abstract

Objective By comparing the effects of different film mulching patterns on soil moisture， yield， and water utilization of spring maize in dryland farming regions in the Loess Plateau， this study aims to explore planting methods that can reduce residual plastic film pollution and improve the efficiency of water resource utilization. Methods A field experiment was conducted in Zhenyuan County， Qingyang City， Gansu Province in 2021. Three treatments were set up： flat planting with wide polyethylene plastic film mulching （PM）， flat planting with wide biodegradable plastic film mulching （BM）， and strip composite mulching with polyethylene and biodegradable plastic films （FH）. The effects of different mulching patterns on the spatiotemporal variations of soil moisture， water deficit variations， water utilization， and yield of spring maize were analyzed. Results The FH treatment showed the lowest water consumption for spring maize， averaging 390.0 mm， while the PM treatment had the highest water consumption， averaging 430.5 mm. Additionally， the FH treatment had the highest precipitation/water consumption ratio， reaching 96.5%. The FH treatment demonstrated better performance in promoting water absorption and utilization by maize. In 2021， the FH treatment achieved the highest yield and water utilization efficiency of spring maize， with a yield of 17 160.9 kg/hm² and a water utilization efficiency of 40.9 kg/（hm² · mm）， significantly surpassing the PM and BM treatments. In 2022， the FH treatment had the highest water utilization efficiency， increasing by 34.2% and 20.7% compared to the PM and BM treatments， respectively. In 2023， the FH treatment showed the highest yield and precipitation utilization efficiency， at 13 473.5 kg/hm² and 30.0 kg/（hm² · mm）， respectively. Conclusion The FH treatment shows significant performance in improving soil water environment， promoting spring maize yield， and enhancing water utilization efficiency. It serves as a viable planting method for the application of biodegradable films in the Loess Plateau dryland.

Graphical abstract

关键词

黄土旱塬 / 春玉米 / 生物降解地膜 / 产量 / 水分亏缺

Key words

Loess Plateau dryland / spring maize / biodegradable plastic film / yield / water deficit

传统聚乙烯地膜覆盖技术在农业生产中发挥了重要作用^［1］。随着地膜农业快速发展，地膜覆盖面积和用量大幅增长，农田残膜污染问题也日益严峻^［2-3］。在环境保护和农业可持续发展需求日益增强的背景下，科研人员开始探索可降解材料在农业中的应用方法，生物降解地膜覆盖逐渐成为传统聚乙烯地膜减量与替代的重要研究方向之一^［4］。生物降解地膜具有生物降解性，在自然界中的水分作用下经过水解和微生物作用而分解为水和二氧化碳，可避免聚乙烯地膜长期残留农田的问题，有效减少了“白色污染”^［5-6］。

生物降解地膜在保温保墒和促进作物的生长发育方面具有与聚乙烯地膜相似的效果^［7］。有研究表明，生物降解地膜与普通聚乙烯地膜覆盖下的作物产量在不同地区和不同种植条件下能存在差异^［8-10］。生物降解地膜在不同气候环境条件下降解速率存在较大差异，难以根据作物生长覆盖需求进行精准调控^［11-12］。与传统地膜相比，生物降解地膜的使用成本较高，制约了其大规模推广应用，虽然从长远来看生物降解地膜使用能够减少环境治理成本，但对于农户、家庭农场等来说，短期的投入成本增加可能会影响应用生物降解地膜的积极性。此外，生物降解地膜在力学性能和保温保墒性能方面与传统地膜相比在应用稳定性方面还存在一定的差距，受气候影响，会出现易破裂、保温保墒效果不理想等问题，影响农作物的生长发育，严重的会导致减产^［13-14］。尽管已研发出了降解材料和聚乙烯材料共挤的条带地膜，但由于材料差异，这类地膜也存在开裂过早的问题，影响作物生长和水分利用效率。

通过生物降解地膜和聚乙烯地膜的交替复合条带覆盖，可以充分发挥生物降解地膜的环保优势和聚乙烯地膜的性能优势并克服各自的局限，但目前针对生物降解地膜和聚乙烯地膜的交替复合条带覆盖的研究相对较少，且缺乏系统和深入的科学研究。因此，本研究通过生物降解地膜和聚乙烯地膜的交替复合条带覆盖试验，结合不同覆盖模式下的土壤水分变化，系统分析水分亏缺、耗水变化规律，以及对春玉米产量、水分利用的影响，为农业生态环境保护和资源高效利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

试验在甘肃省镇原县上肖镇（35° 30′ N，107°29′E）的甘肃省农业科学院国家土壤质量镇原观测试验站进行，该地海拔约1 280 m，2004—2023年20 a多年平均降水量为527.3 mm，4—6月降水量不足年降水量的30%，7—9月降水为年降水量的58.5%，年蒸发量1 540 mm，年均气温9.3 ℃，为主要依靠自然降水的半湿润偏旱大陆性季风气候。试验区域土壤为黑垆土，试验初始耕层土壤理化性质见表1。

1.2 试验材料

供试春玉米品种为在当地抗逆性强、稳产性较好的主栽品种先玉335。聚乙烯地膜为河南银丰塑料有限公司生产的透明聚乙烯农用地膜，生物降解地膜为兰州鑫银环橡塑有限公司生产的透明生物降解地膜，主要成分为改性聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯（Polybutylene Adipate Terephthalate，PBAT）和改性聚乳酸（Polyl-actic Acid，PLA）。氮肥采用安徽茂施农业科技有限公司生产的聚氨酯包膜控释尿素，纯氮含量45%，控释期>90 d，磷肥为普通过磷酸钙（P₂O₅16%）。

1.3 试验设计

本试验共设3个处理，自2021年起定位设计。PM为聚乙烯地膜宽膜覆盖平作，BM为生物降解地膜宽膜覆盖平作，FH为聚乙烯地膜+生物降解地膜复合条带覆盖，覆盖方式如图1所示。PM处理和BM处理使用地膜幅宽120 cm，厚度0.010 mm，覆盖地膜带幅为110 cm，其中净膜宽90 cm，膜间距20 cm；FH处理使用幅宽55 cm、厚度0.010 mm的聚乙烯地膜和幅宽60 cm、厚度0.008 mm的生物降解地膜交替覆盖，普通地膜边缘覆盖于生物降解地膜边缘上方，两种地膜接茬重叠1—2 cm，生物降解膜带露出55 cm，在接茬处使用细土覆盖，两种地膜均要紧贴土壤，播种行在生物降解地膜带上，每季结束后将聚乙烯地膜采用卷拾方式清理干净。3次重复，小区面积为52.8 m²（6.6 m×8 m）。各处理按照纯氮225 kg/hm²，普通过磷酸钙折合纯P₂O₅180 kg/hm²施用化肥，结合整地一次性施用，生育期内不追肥，覆膜前喷洒乙草胺除草剂，田间管理参照高产田进行。春玉米播种株距24.2 cm，行距55.0 cm，控制密度7.5万株/hm²，每年4月下旬至5月初人工拉绳穴播，5月中下旬间苗，6月初定苗，每穴保苗1株，9月中旬收获。

1.4 取样及测定方法

1.4.1 土壤水分测定

采用土钻法取土，结合烘干法获取土壤含水率。在春玉米播种至收获期内关键生育期及冬季土壤封冻后，采用土钻法人工进行取土。自地表向下，每隔20 cm依次取0—200 cm土层土壤样品放置在带盖铝盒内，带回实验室，用烘箱105 ℃烘干至恒重，计算土壤含水率。

\mathrm{S}\mathrm{W}\mathrm{C}=\frac{\left(m_f-m_d\right)}{m_d}\times \mathrm{100}\raisebox{1ex}{$\mathrm{0}$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$\mathrm{0}$}\right.（1）

式中：SWC为土壤含水率（%）；m_f 为鲜土质量（g）；m_d 为干土质量（g）。

\mathrm{V}\mathrm{C}=\frac{\mathrm{S}\mathrm{D}}{\mathrm{S}\mathrm{W}{\mathrm{C}}_{\mathrm{a}\mathrm{v}\mathrm{g}}}\times \mathrm{100}\raisebox{1ex}{$\mathrm{0}$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$\mathrm{0}$}\right.（2）

式中：VC为土壤水分变异系数；SD为土壤水分标准差；SWC_avg为平均土壤含水率（%）。

\mathrm{S}\mathrm{W}\mathrm{S}=\mathrm{S}\mathrm{W}\mathrm{C}\times {\theta }_h\times h\times \mathrm{10}（3）

式中：SWS为土壤贮水量（mm）；θ_h 为土壤容重（g/cm³）；h为土层深度；10为取样土层层数。

由于试验区地处黄土高原，该区地下水埋深距地表80 m以下，因此不考虑地下水补给。试验区土壤为黑垆土，土壤多孔疏松，降水易于在土壤中保蓄，不会发生径流，因此本研究中地表径流也可忽略不计。春玉米耗水量的计算公式简化为：

\mathrm{E}\mathrm{T}=P+\mathrm{\Delta }\mathrm{S}\mathrm{W}\mathrm{S}（4）

式中：ET为作物生育期内耗水量（mm）；P为作物生育期内降水量（mm）；ΔSWS为作物生育期内土壤贮水量的变化量（mm）。

1.4.2 产量及产量构成测定

春玉米成熟后按每小区选择具有代表性的样行收获30株脱粒计产，另外收获10个具有代表性的果穗在实验室内考种，计算穗粒数。使用PM-8188 A型谷物水分测定仪测定春玉米籽粒水分含量，并计算14%含水量的百粒重，将30株玉米产量按照14%含水量折合为hm²产量。

1.4.3 水分利用率计算

籽粒水分利用效率计算：

\mathrm{W}\mathrm{U}{\mathrm{E}}_g=Y/\mathrm{E}\mathrm{T}（5）

降水利用率采用谢军红等的计算方法^［15］：

\mathrm{W}\mathrm{U}{\mathrm{E}}_p=Y/P（6）

式中：WUE _g 为籽粒水分利用效率〔kg/（hm² · mm）〕；Y为籽粒产量（kg/hm²）；ET为耗水量（mm）；WUE _P 为降水利用效率〔kg/（hm² · mm）〕；P为生育期降水量（mm）。

1.5 数据统计与分析

数据使用Excel 2010进行整理、汇总与制图，使用DPS 9.5软件采用LSD法进行统计分析，使用Origin 2021软件绘制土壤水分等值线图。

2 结果与分析

2.1 不同覆盖模式下土壤含水量变化

降水和温度变化影响了土壤水分的时间和空间变化（图2）。3个年份高温、干旱少雨使各覆盖处理土壤含水量降低，2021年7月27日至8月18日连续23 d平均气温22.6 ℃，仅有2次降水，并且均为小于5.0 mm的无效降水，2022年7月29日至8月24日连续27 d平均气温24.2 ℃，仅有1次10.0 mm降水，2023年7月5日至7月27日连续23 d平均气温23.6 ℃，仅有3次降水，其中1次降水量仅为0.9 mm；低温、多雨天气使各覆盖处理土壤含水量升高，2021年8月19日、22日共计降水109.0 mm，2022年8月25日、30日共计降水109.2 mm，2023年7月29日、30日共计降水185.7 mm，几次较大的降水使土壤水分得到了补给，显著提高了0—200 cm土层的土壤含水量。如2022年8月经过连续高温干旱，PM， BM和FH处理0—60 cm土层平均土壤含水率分别下降为9.3%，8.9%和9.0%，较播前土壤水分16.0%，16.7%和16.9%分别降低了6.7，7.8，7.9个百分点，通过连续降水补给至春玉米收获期，土壤水分分别恢复至18.5%，18.6%和19.3%。

结果表明，各覆盖处理0—200 cm土层的土壤含水量均随时间呈明显变化（表2），0—160 cm土层土壤含水量变化显著，PM， BM和FH处理0—60 cm土壤水分变异系数分别为22.9，25.5，28.0，60—160 cm土层土壤水分变异系数分别为20.9，19.0，22.2，160—200 cm土层土壤含水量相对上层土壤较为稳定，土壤水分变异系数分别为14.7，13.2，15.4。FH覆盖处理在经过几次较大降水事件后，表现出与BM处理相近的深层土壤水分恢复效果，对深层土壤水分恢复明显优于PM，2022年和2023年收获期FH处理0—200 cm土层平均土壤含水量为20.2%和17.4%，较PM处理同期平均土壤含水量提高了26.4%和4.7%。

2.2 不同覆盖模式下土壤水分亏缺特征

2.2.1 不同覆盖模式下土壤水分累积亏缺变化

通过对2021—2023年不同覆盖模式下逐年分层土壤贮水量累计亏缺量分析，评估不通过覆盖模式春玉米关键生长季内土壤水分的亏缺变化（图3）。在春玉米生育苗期至大喇叭口期，2021—2023年各覆盖模式下0—200 cm土层土壤贮水量均呈现盈余状态，PM，BM和FH处理平均水分盈余分别为406.1 mm，393.4 mm和397.7 mm，平均水分盈余表现为PM>FH>BM。扬花期至灌浆期，各处理140 cm以下土层的土壤水分均处于盈余状态，但0—140 cm土层的土壤水分盈余状态不同年份下各处理表现不同。2021年，PM处理0—140 cm土层土壤水分表现为盈余，盈余量为62.3 mm； BM和FH处理0—60 cm土层土壤水分表现为亏缺，分别亏缺21.1 mm和23.8 mm，60—140 cm土层土壤水分表现为盈余，分别盈余25.8 mm和18.8 mm；2022年，各处理0—60 cm土层土壤水分均表现为亏缺，PM， BM和FH分别亏缺5.1 mm，18.3 mm和12.8 mm，60—200 cm土层土壤水分PM和BM处理表现为盈余，FH处理60—140 cm土层土壤水分表现为亏缺，140 cm以下土层土壤水分表现为盈余。2023年各处理0—200 cm土层土壤贮水量均呈现为盈余，PM， BM和FH处理水分盈余分别为126.5 mm，222.8 mm和135.8 mm，表现为BM>FH>PM。灌浆期至成熟期，2021年0—140 cm土层土壤水分各处理表现为盈余，而140—200 cm土层土壤水分各处理均表现为亏缺，2022—2023年0—200 cm土层土壤水分各处理均呈现为盈余，PM， BM和FH处理3 a平均水分盈余分别为95.9 mm，117.4 mm和130.8 mm，表现为FH>BM>PM。

通过对2021—2023年不同覆盖模式下不同土层的土壤贮水量累积亏缺量进行分析，发现各处理0—60 cm，60—140 cm，140—200 cm土层土壤水分均表现出不同程度盈余（图4），整体来看，FH处理水分盈余最少，但与BM和PM处理相差不大，分别较BM和PM处理盈余减少3.5%和1.4%。FH处理0—140 cm土层土壤水分盈余较PM减少，140—200 cm土层土壤水分盈余较PM增多。这可能是FH处理使深层土壤形成了相对更稳定的微环境，减少了深层水分的移动和蒸发损耗。与BM相比，0—60 cm土层土壤水分盈余增多，60—200 cm土层土壤水分盈余减少。这可能是由于FH处理相对BM处理降低了0—60 cm土层土壤水分的蒸发速率，同时促进作物地下部发育，对深层水分消耗增加，导致60—200 cm土层土壤水分降低。

2.2.2 FH覆盖模式下土壤水分累积相对PM和BM覆盖模式亏缺变化

进一步评估不同覆盖模式下春玉米栽培对0—200 cm土层土壤水分亏缺的影响，以FH处理土壤水分累积亏缺量为0 mm基准，分析FH处理春玉米不同关键生育阶段0—200 cm土层土壤水分相对PM和BM处理的累积亏缺量（图5）。

春玉米苗期至大喇叭口期，FH处理与PM处理相比，0—60 cm土层土壤水分3 a均为盈余，60—140 cm土层土壤水分2021年、2023年为亏缺，2022年为盈余，140—200 cm土层土壤水分3 a均为亏缺；与BM处理相比，0—60 cm土层土壤水分3 a均为盈余，60—140 cm土层土壤水分2021年、2022年为亏缺，2023年为盈余，140—200 cm土层土壤水分2021年为亏缺，2022年、2023年为盈余，这可能是随着玉米生长， FH处理相对BM处理的根系更好地发育，改善了深层土壤孔隙结构，提升了水分保持能力。

扬花期至灌浆期，FH处理与PM处理相比，0—60 cm土层土壤水分3 a均为亏缺，可能是春玉米在此阶段耗水量增加，FH处理生物降解地膜条带发生降解，较PM处理无法为表层土壤保蓄足够的水分，导致水分收支失衡。60—140 cm土层土壤水分2021年、2022年为亏缺，2023年为盈余，140—200 cm土层土壤水分2021年、2023年为盈余，2022年为亏缺。与BM处理相比，2021年140—200 cm土层、2022年0—60 cm土层土壤水分为盈余，其余年份各土层土壤水分均为亏缺。这可能是由于BM处理降解地膜覆盖面积更大，入渗面高于FH处理，有利于对降水的截留和入渗。

灌浆期至成熟期，FH处理与PM处理相比，2021年各土层土壤水分均为亏缺，可能是FH处理保水能力不及PM处理导致；2022年各土层土壤水分均为盈余，2023年0—60 cm土层土壤水分为亏缺，60—200 cm土层土壤水分为盈余，可能与作物根系衰老对不同土层水分吸收差异相关。与BM处理相比，2021年0—140 cm与2022年0—200 cm土层土壤水分为盈余，其余年份各土层土壤水分均为亏缺。这是由于BM处理后期降解较FH处理增加了入渗通道，维持了更稳定的水分供应。

通过对2021—2023年不同覆盖模式下不同土层的土壤贮水量相对累积亏缺量进行分析（图6），与PM处理相比，FH处理0—140 cm土层土壤水分亏缺，140—200 cm土层土壤水分盈余；与BM处理相比，0—60 cm土层土壤水分盈余，60—200 cm土层土壤水分亏缺。

2.3 不同覆盖模式对春玉米耗水量及耗水比例的影响

不同覆盖模式对春玉米耗水量及耗水比例的影响不同（表3）。从三年平均数据来看，PM模式下春玉米耗水量最高，为430.5 mm，其次是BM模式（398.5 mm），FH模式耗水量最低（390.0 mm）。平均而言，FH模式的降水/耗水比例最高，为96.5%，BM模式为93.3%，PM模式为84.4%。PM模式下土壤贮水变化量和土壤耗水占总耗水比例的平均值均高于BM和FH模式，这是由于PM处理全生育期均保持了很好的阻隔效果，无法如FH处理和BM处理在作物生育中后期通过地膜降解增加降水入渗通道。不同年份各覆盖模式下的降水/耗水比例有所差异，三年平均降水/耗水比例，FH模式最高，其次是BM模式，PM模式最低。

2.4 不同覆盖模式对春玉米产量及水分利用效率的影响

不同覆盖模式对春玉米产量及水分利用效率的影响在不同年份存在差异（表4）。从产量来看，2021年FH处理产量最高，为17 160.9 kg/hm²，显著高于PM处理和BM处理，较PM和BM分别增产11.0%和8.7%；2022年，PM处理产量最高，为16 293.1 kg/hm²，FH处理为16 082.2 kg/hm²，PM处理产量显著高于BM处理，与FH处理没有显著差异；2023年籽粒产量3种处理间差异不显著，FH产量最高为13 473.5 kg/hm²，较PM和BM分别增产4.2%和6.4%。降水利用效率表现和产量趋势相同，2021年FH处理降水利用效率最高为56.0 kg/（hm² · mm），显著高于PM处理和BM处理；2022年PM处理降水利用效率最高为48.2 kg/（hm² · mm），显著高于BM处理而与FH处理没有显著差异；2023年FH处理最高，但各处理间没有显著差异。从水分利用效率来看，2021年和2022年FH处理均为最高，分别为40.9 kg/（hm² · mm）和57.7 kg/（hm² · mm），均显著高于PM处理和BM处理，较PM处理分别提高8.5%和34.2%，较BM处理分别提高17.3%和20.7%；2023年BM水分利用效率最高，显著高于PM处理，但与FH处理没有显著差异。说明，FH处理在促进玉米对水分的吸收和利用方面有较好的效果。

3 讨 论

3.1 条带复合覆盖对春玉米农田土壤水分变化及水分亏缺的影响

黄土高原降水集中在7—8月^［16］，自然降水与作物需水期错位^［17］，本研究区域玉米生育前期4—6月降水不足年降水的30%，7—9月降水接近年降水的60%，作物生育期内降水分布不均。地膜覆盖可以改善农田水分条件^［18］，研究表明生物降解地膜覆盖具有与聚乙烯地膜相近的覆盖功能，但随着覆盖时间的增加生物降解地膜水汽透过量与聚乙烯地膜的差异显著增加^［19］，覆盖生物降解地膜覆盖效果显著低于聚乙烯地膜^［20-22］。本研究中，条带复合覆盖（FH）在土壤含水量变化方面呈现出独有的特征，在高温少雨时期，各覆盖处理土壤含水量均不同程度降低，而FH覆盖处理在经过几次较大降水事件后，深层土壤水分恢复效果明显优于PM，2022年和2023年收获期FH处理0—200 cm土层平均土壤含水量较PM处理提高了26.4%和4.7%，对深层土壤水分的恢复效果与BM相近。这是由于FH模式采用聚乙烯地膜和生物降解地膜条带复合覆盖，生物降解地膜条带降解增强入渗通道，聚乙烯地膜保持保墒效果，促进土壤水分的入渗和保持。地膜覆盖能够减少水分损失，调节土壤水分循环^［23］。本研究发现，虽然FH处理整体水分盈余最少，但与BM和PM处理水分盈余相差较小。在春玉米不同生育阶段，FH处理与PM和BM处理相比，各土层土壤水分亏缺和盈余情况不同，苗期至大喇叭口期，FH处理与PM处理相比，0—60 cm土层土壤水分3年均为盈余，而在扬花期至灌浆期，0—60 cm土层土壤水分3年均为亏缺，这是由于作物生长需求和FH覆盖处理中不同材料的条带地膜覆盖特性在该阶段对水分消耗和保持产生了与PM和BM处理不同的影响。

3.2 条带复合覆盖对春玉米耗水量及耗水比例的影响

不同覆盖措施对作物耗水量的影响不同，地膜覆盖能够抑制土壤水分蒸发，减少水分无效损耗，促进降水保蓄和利用^［24-25］，生物降解地膜覆盖能够促进降水在土壤中的深层入渗^［26］。本研究结果表明，与PM和BM处理相比，FH模式下春玉米平均耗水量最低，而降水/耗水比例最高，达到了96.5%；PM模式下春玉米平均耗水量最高，降水/耗水比例相对较低，为84.4%；BM模式下耗水量居中，降水/耗水比例为93.3%。说明FH模式在调节春玉米水分利用方面具有独特的优势，一方面，聚乙烯地膜具有优良的保水性能，其覆盖在土壤表面形成一层稳定的阻隔层，能够有效减少土壤蒸发面，降低土壤水分的蒸发，另一方面，生物降解地膜通过前期与聚乙烯地膜相近的覆盖功能，在覆盖初期春季少雨时期起到保蓄水分、抑制蒸发的作用，随着覆盖时间增加，生物降解地膜逐渐降解，增加了雨水入渗通道，在一定程度上影响了土壤的通气性和微生物活动，进而间接影响玉米对水分的吸收和利用^［27-28］。两种地膜的交替复合覆盖，使得土壤水分的保持和利用达到一种更优的平衡状态。本研究结果表明，与PM和BM模式相比，FH模式的地膜覆盖结构更有利于调节土壤水分的收支平衡。这是因为单一的聚乙烯地膜覆盖方式虽然能够在一定程度上起到优良的保墒作用，但由于阻隔作用阻碍了水分入渗，在生育后期影响降水入渗和运移。生物降解地膜的随着降解进程其保墒性能不断降低，在膜面降解发生后，保墒效果不如 FH模式的复合结构更能适应玉米生长过程中对保墒性能的需求。本研究表明，不同年份各覆盖模式下的降水/耗水比例有所差异，但FH模式在多数情况下都表现出较高的降水利用效率，在2022年和 2023年，FH模式的降水/耗水比例分别为121.1%和95.2%，均表现出较好的水分利用能力。

3.3 条带复合覆盖对春玉米产量及水分利用效率的影响

地膜覆盖通过改善土壤水分状况，促进作物生长、提高产量^［29］。李强等研究表明生物降解地膜覆盖较聚乙烯地膜产量和水分利用效率均略有下降^［30］。本研究结果表明，FH处理在不同年份对春玉米产量、降水利用效率和水分利用效率的影响有所不同。2021年FH处理产量、降水利用效率和水分利用效率均最高，产量较PM和BM分别增加11.0%和8.7%，水分利用效率分别提高8.5%和17.3%，这可能是因为该年份的气候条件和FH处理的地膜覆盖方式及作物生长适应性能够较好地耦合。在2022年和 2023年产量、降水利用效率和水分利用效率表现不同，2022年PM产量和降水利用效率最高但与FH处理没有显著差异，水分利用效率FH最高，较PM和BM分别提高34.2%和20.7%；2023年FH产量和降水利用效率最高，但与PM和BM处理差异不显著，BM处理则具有最高的水分利用效率，显著高于PM处理，但与FH处理没有显著差异。这是由于FH处理聚乙烯地膜覆盖条带起到了一定的水分保蓄作用，而生物降解地膜条带随着降解的发生，增加了土壤—大气的水气交换通道，改善了土壤水分环境，造成了对产量的形成、降水利用及土壤水分利用的影响与PM和BM处理不同影响。总体而言，FH处理的复合地膜结构在不同年份的气候和土壤条件下，都能在一定程度上为玉米生长提供适宜的土壤水分环境，提高玉米水分利用效率，促进产量形成。

4 结 论

（1） FH覆盖处理在经过几次较大降水事件后，深层土壤水分恢复效果明显优于PM，FH处理整体水分盈余最少，但与BM和PM处理相差不大。

（2） FH处理下春玉米耗水量最低，降水/耗水比例最高。在春玉米产量及水分利用效率方面，FH处理在不同年份虽有差异，但在促进玉米对水分的吸收和利用方面有优势。

（3） 综合考虑，FH处理在改善土壤水分环境、促进春玉米产量及水分利用效率提升等方面具有显著效果，是能够作为黄土旱塬区生物降解地膜应用的种植方式。

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基金资助

国家重点研发计划项目(2022YFD1602101)

国家重点研发计划项目(2021YFD1900700)

国家重点研发计划项目(2021YFD1100500)

甘肃省农业科学院院列重点研发计划(2022GAAS38)

甘肃省重大专项(21ZD4NA022)

国家现代农业玉米产业技术体系(CARS-02-79)

中央引导地方科技发展资金项目(25ZYJA035)