全 文 ：第 31 卷 第 2 期 农 业 工 程 学 报 Vol.31 No.2
108 2015 年 1 月 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Jan. 2015
柠条秸秆和地膜覆盖对土壤水分和玉米产量的影响
陈 林，杨新国，翟德苹，宋乃平※，杨明秀，候 静
（宁夏大学 西北退化生态系统恢复与重建教育部重点实验室；西北土地退化与生态恢复省部共建国家重点实验室培育基地；
西部生态与生物资源开发联合研究中心，银川 750021）

摘 要：为了探讨北方农牧交错带不同保墒措施下旱地玉米的土壤水分特征及其对产量的影响，以甘农 118 为试验材料，
监测了单膜（SFP）、双膜（DFP）、柠条秸秆沟埋（CPDP）和裸地（CK）4 种不同处理下 0～100 cm 土壤水分季节变化、
垂直变化及年际变化，测定了玉米产量和水分利用效率。结果表明：SFP 和 DFP 处理明显改善 0～40 cm 土层土壤体积
含水率，较 CK 处理保墒效果提高 35.65%～47.91%，但随着玉米生育期的推进，由于玉米生长耗水和土壤蒸发作用，建
植后土壤体积含水率均接近或低于萎蔫系数（7.20%）。连续 2 a 种植玉米 4 种处理土壤贮水量均有不同程度的减少，CPDP
和 CK 处理土壤贮水量分别减少了 68.42 和 68.07 mm，其次为 SFP（53.49 mm），DFP 减少最小（48.98 mm），说明研究
区内玉米生长需要消耗大量土壤水分。SFP 和 DFP 能够增加玉米对降雨和土壤水的利用，不同年份产量水分利用效率较
CK处理分别提高 12.55%～35.71%和 25.11%～54.70%。SFP和DFP耗水量、产量和水分利用效率均无显著差异（P＞0.05），
因此建议在研究区种植玉米时可以采取 SFP 措施，而 CPDP 耗水量较高、产量和水分利用效率相对较低，不宜采取此种
保墒措施。
关键词：土壤；水分；作物；农牧交错带；玉米；产量
doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2015.02.016
中图分类号：S271 文献标识码：A 文章编号：1002-6819(2015)-02-0108-09
陈 林，杨新国，翟德苹，等. 柠条秸秆和地膜覆盖对土壤水分和玉米产量的影响[J].农业工程学报，2015，31(2)：
108－116.
Chen Lin, Yang Xinguo, Zhai Deping, et al. Effects of mulching with Caragana powder and plastic film on soil water and maize
yield[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2015, 31(2): 108－116. (in
Chinese with English abstract)

0 引 言
天然降雨是中国北方旱农地区可利用的主要水资
源[1]，但大多以小雨或暴雨的形式为主，这不但降低了作
物对水分吸收的有效性，而且往往会造成区域的水土流
失[2]。加之降雨时空分布不匀，降雨时期与作物需水时期
不同步，能被作物所利用的降雨仅为总降雨量的 30%～
40%，降雨利用效率仅为 3～6 kg/(hm2·mm)[3]。由于经常
发生干旱，作物受到水分的限制生产潜力衰减高达
67%～75%[4]。因此，干旱缺水是制约旱地雨养农业生产
的关键因素之一[5]，如何采取有效的耕作方法或保墒措
施，增加土壤的有效贮水量，提高作物生产力，是旱作
农业研究的重点内容[1]。
玉米因产量高、适应性强而广泛分布于干旱半干旱
地区，大多依靠天然降雨维持，但往往受到气候条件的
影响，生长受到抑制，造成籽粒不实或空秕。这就要求
提高玉米对有限降雨的吸收、利用，进而提高玉米生产

收稿日期：2015-01-01 修订日期：2015-01-12
基金项目：国家自然科学基金项目（31460123，41101301，41461046）；宁
夏自然科学基金（NZ14006）
作者简介：陈 林，男，湖南湘乡人，助理研究员，主要从事干旱半干旱地区
资源与环境研究。银川 宁夏大学，750021。Email：chenlin198388@163.com
※通信作者：宋乃平，男，陕西扶风人，博士，教授，博士生导师，主要从
事土地利用与生态过程研究。银川 宁夏大学西北退化生态系统恢复与重建
教育部重点实验室，750021。Email：songnp@163.com
效率，转化为生物产量和经济产量[6]。覆盖栽培是减少土
壤水分蒸散损失的主要农技措施[7]，主要包括地膜覆盖和
秸秆覆盖[8]，这 2 种措施是在生产上经常采用的抗旱栽培
措施[7]，且有一定的作用效果[9]，是旱作农业的关键技
术[10]。虽然覆盖具有普遍保墒效应，但对土壤水分的影
响因覆盖方式[11]、覆盖材料种类及其数量[12-13]和覆盖时
期[14]不同而异，也与作物类型、试验地点和年份[15-17]有
关。因此需针对各地不同的生态环境背景、覆盖方式和
作物类型，开展全面系统的比较研究[8]。
柠条作为防风固沙植物，在西北地区广为建植。据
统计，宁夏回族自治区的天然柠条林和人工种植的柠条
林面积为 44.59 万 hm2，生物量高达 77.03 万 t。对于柠条
林的管理，生长一定年限后必须进行平茬抚育，以防止
其出现严重的木质化现象。有研究表明，柠条林的更新
利用周期按 3a 计算，年均更新利用面积为 14.87 万 hm2，
年生产柠条将会达到 50～56 万 t[18]。但目前柠条资源往
往被用作碳薪而浪费，随着种植面积和可开发利用产量
的增加，柠条的资源化利用问题受到越来越多的关注[19]。
柠条秸秆能否通过覆盖还田或直接还田被利用及其效果
如何，目前尚无相关研究。
因此，在不同地区探索和推广适宜的耕作方法或保
墒措施，提高旱地生产力是旱作农业生产的现实需要。
旱地生产力的提高重点要解决水分的问题，如何采取有
效的蓄水保墒措施，提高无效降雨的有效利用，增加土
壤水库有效贮水量，提高玉米产量和水分生产效率已成
第 2 期 陈 林等：柠条秸秆和地膜覆盖对土壤水分和玉米产量的影响

109
为倍受关注的研究内容[20]。本文根据北方农牧交错带降
雨季节分配不均、年际变率较大、干旱发生频繁、农田
产量低而不稳，以不覆膜为对照，比较了该地区不同保
墒措施对土壤体积含水率、贮水量、耗水量以及玉米产
量和水分利用效率的影响，以期为该地区农田水分的保
蓄和高效利用提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 研究区概况
试验于 2013 年和 2014 年在宁夏盐池县皖记沟行政
村（37°47′46″～37°53′31″N，107°24′54″～107°33′11″E）
进行。该区降雨量小，但蒸发量却很大，属于典型中温
带大陆性气候。多年平均气温为 8.46℃，多年平均降雨
量约为 276 mm，年日照时数为 2862.6 h。作物一年一熟，
无灌溉，为典型旱地雨养农业。试验地选择地势相对
平坦，地力均匀一致的地块。土壤为风沙土，容重为
1.61 g/cm3，萎蔫系数为 7.20%，肥力较差，2013 年播种
前土壤基础肥力为有机质 1.91%、活性有机碳 1.36%、碱
解氮 23.32 mg/kg、速效磷 85.40 mg/kg。试验地土壤颗粒
组成见表 1。

表 1 试验地 0～100 cm 土层土壤颗粒组成
Table 1 Soil particle composition of 0-100 cm profile in experimental field %
土层 Soil depth/cm >1.0 mm ≤1.0～0.5 mm ≤0.5～0.106 mm ≤0.106～0.05 mm ≤0.05～0.0385 mm <0.0385 mm
0～10 0.01 0.95 58.58 33.72 3.28 3.52
≥10～20 0.02 1.22 58.27 33.21 4.12 3.13
≥20～40 0.07 2.22 53.35 37.52 3.47 3.31
≥40～60 0.14 3.97 49.27 36.60 4.46 5.51
≥60～80 0.12 6.00 47.48 33.59 5.61 7.08
≥80～100 0.07 4.01 46.37 36.30 5.30 7.89

1.2 试验设计与方法
试验以甘农 118 玉米为研究材料，设置单膜（SFP）、
双膜（DFP）、柠条粉沟覆（CPDP）和裸地（CK）4 个
处理，见表 2。SFP 处理为小区面积内全部用地膜覆盖
1 层，DFP 处理为小区面积内全部用地膜覆盖 2 层，地膜
均为青铜峡华龙塑料工业有限责任公司生产的聚乙烯农
用覆盖薄膜（白色），厚度 0.01 mm、膜宽 90 cm。考虑
到地膜覆盖在阻断耕层土壤蒸发的同时也会阻碍自然降
雨对耕层的入渗补给而导致水渍[21]，在玉米种植处预留
直径 20 cm的圆孔。对于 CPDP 处理，在玉米地间隔 50 cm
开沟 30～40 cm 深，在沟内覆盖长为 1～3 cm 柠条秸秆，
然后填土镇压 1～3 cm 厚，柠条施用量为 7816.5 kg/hm2。
CK 处理为常规种植方式。4 个处理种植玉米的株行距均
为 50 cm。各处理 3 次重复，采用随机区组排列，各小区
长宽各为 4 m，中间间隔 1m 作为保护行，共 12 个小区。

表 2 试验设计
Table 2 Experiment design
处理
Treatments
柠条秸秆
Caragana powder
地膜
Plastic film
裸地 Uncovered and flat planting(CK) 无 No 无 No
单膜覆盖 Single film mulching(SFP) 无 No 单层 Single
双膜覆盖 Double film mulching (DFP) 无 No 双层 Double
柠条秸秆沟埋
Caragana powder ditch buried mulching (CPDP) 有 Yes 无 No

由于 2012 年 10 月 2 日西瓜收获后对土地进行翻耕
并实施覆膜，所以 2013 年播种前没有进行施肥，且全年
无施肥。2014 年 5 月 15 日一次性施底肥后实施覆膜，N、
P2O5、K2O 施肥量分别为 225、150、135 kg/hm2。2013
年 5 月 20 日进行人工点播播种玉米，10 月 1 日收获；
2014 年 6 月 1 日人工点播播种，9 月 30 日收获。为保证
玉米的发芽，2013 年种植时每穴灌水 2.5 kg，折合成降
雨量为 13.25 mm，2014 年种植时每穴灌水 5.0 kg，折合
成降雨量为 26.50 mm，此后则均无灌溉。试验期间进行
2～3 次人工除草。
试验期间月降雨量如图 1 所示。2013 年总降雨量为
284.6 mm，比多年平均降雨量（276.3 mm）多 8.3 mm，
属平水年，而 2014 年总降雨量为 165.1 mm，远低于多年
平均降雨量，属欠水年。 2013 和 2014 年降雨主要分别
分布在 5—10 月（279.5 mm，占全年降雨量的 98.29%）
和 4—7 月（137.0 mm，占全年降雨量的 82.99%）。2013
年在玉米生长季内（5 月 20 日—10 月 1 日），小量级降
雨事件（＜5 mm）的次数较多，占总降雨频次的 72.87%，
但降雨量只占生长季降雨总量的 23.33%，生长季内单次
平均降雨量只有 3.31 mm。2014 在玉米生长季内（6 月
1 日－9 月 30 日），总降雨量为 91.590 mm，＜5 mm 的降
雨量之和（35.696 mm）占生长季总降雨量的 38.97%，生
长季内单次平均降雨量仅为 1.50 mm。

图 1 2013 年和 2014 年研究区月降雨量图
Fig.1 Monthly rainfall in years of 2013 and 2014 in study area

1.3 测定指标及方法
1.3.1 气象资料和土壤水分
降雨量通过美国 Vantage Pro2 型自动气象站获得，采
农业工程学报 2015 年 110
样时间间隔为 30 min。试验期间不定期测定土壤体积含
水率，采用 TRIME-T3 型 TDR 测量系统（德国 IMKO 公
司）进行测定，探管安置于每个小区中央。考虑到玉米
根群主要分布在表土层[22]，0～80 cm 土体根质量比例达
95%以上，1 m 以下根质量比例不足 1%[23]。因此本研究
测定 0～100 cm 土层土壤体积含水率，共分为 5 个层次
测定，测定步长为 20 cm。土壤贮水量的计算公式为[24]：
E = M × H （1）
式中：E 为贮水量，mm；M 为土壤体积含水率，%；H
为土壤厚度，mm。
1.3.2 耗水量及水分利用效率
玉米全生育期耗水量的计算公式为[25]：
ET=W1−W2+R+I （2）
式中：ET 为玉米生育期耗水量，包括植株蒸腾量和植株
间地表蒸发量，mm；W1为播种前土壤贮水量，mm；W2
为收获后土壤贮水量，mm；R 为降雨量，mm；I 为灌溉
量，mm。
玉米成熟期每个小区随机选取（除边行）9 株，收取
生长发育基本一致的植株装入样品袋后带回室内，晾干，
称质量，并计算产量。产量水分利用效率的计算公式为[25]：
WUE=Y/ET （3）
式中：WUE 为玉米水分利用效率，kg/(hm2·mm)；Y 为玉
米产量，kg/hm2。
1.4 数据处理
采用Excel 2010和 SPSS 17.0统计分析软件进行数据
的比较：在数据正态分布检验和数据转换的基础上，计
算平均值和标准差。对不同年份间各处理和各项测定指
标进行单因素方差分析（one-way ANOVA），利用最小显
著性差异（least significant difference，LSD）法进行不同
处理和测定指标的差异显著性多重比较。
2 结果与分析
2.1 不同保墒措施下玉米地土壤体积含水率变化
不同保墒措施下玉米地 0～100 cm 土壤水分含量在
不同时期有明显的差异，与玉米生育时期以及降雨量密
切相关。2013 年玉米生长初期，在 2 次有效降雨（6.6 和
12.0 mm）后，不同保墒措施土壤水分含量均高于萎蔫系
数（7.20%），且各处理间无显著差异（图 2a）。随着玉米
的生长发育，尽管期间降雨量较大，但受玉米生长耗水
和气温的影响，20 cm 土层土壤体积含水率除 CPDP 处理
略有升高外，其他处理变化不大，仍保持较低值，40～
100 cm 土层土壤体积含水率整体明显下降。CPDP 和 CK
处理土壤体积含水率较 SFP 和 DFP 处理低（图 2b）。因
短期内无有效降雨以及高温的影响，CPDP 和 CK 处理
0～40 cm 土层土壤体积含水率显著低于 SFP 和 DFP 处
理，SFP 和 DFP 较 CK 处理保墒效果提高 35.65%～
47.91%，且 20 cm 土层土壤体积含水率远低于萎蔫系数，
而 60～100 cm 的则差异不明显（图 2c）。在玉米收获期，
各处理 0～40 cm 土层受前期几次降雨影响波动较大，土
壤体积含水率均高于播前，且随着土层深度的增加呈快
速下降趋势，40 cm 以下土壤体积含水率随着土层深度的
增加缓慢下降，与苗期相比，玉米生长发育的蒸腾蒸发
耗水使得 40cm 以下土层的土壤水分消耗很大，收获时该
层土壤水分接近或低于萎蔫系数（图 2d）。
2014 年玉米生育期内降雨量比 2013 年少 157.564 mm
（图 1）。在播种时，CK 处理 0～100 cm 土层土壤体积含
水率均低于萎蔫系数，其他处理则接近萎蔫系数（图 2e）。
随着 7 月 8 日一次较大的降雨后（32.28 mm），各处理土
层土壤水分条件大幅改善，降雨入渗补给深度为 60 cm
以上，且可以看出，雨水补给 SFP 和 DFP 处理的土壤水
分较 CK 处理高，主要是由于覆膜后不仅有雨水汇集效
应，而且减少了水分的蒸发损失，因此增加了土壤体积
含水率。而 CPDP 处理也较之 CK 处理高，主要是由于施
用柠条粉使土壤毛管断裂，改变了土体的通透性和导水
能力的连续性，建立了一种不连续的水分运移道路，有
效阻断了土壤水分的上行进而减少了无效蒸发[7]（图 2f）。
但这次土壤水分恢复是暂时和局部的，随着玉米生长的
推进，土壤水分很快被利用，土壤体积含水率迅速下降
接近萎蔫系数（图 2g），由于一直无有效降雨，在玉米收
获期，各处理 40～100 cm 各土层土壤体积含水率均低于
萎蔫系数（图 2h）。
2.2 不同保墒措施下玉米地土壤贮水量变化
不同处理下土壤贮水量变化见表 3。2013 年种植前
0～100 cm 土壤贮水量为 105.27～107.59 mm，各土层土
壤体积含水率均高于萎蔫系数，且各处理间无显著差异。
随着玉米生长耗水和地表蒸发，即使有降雨补充，但各
土层贮水量下降，当年收获后，0～100 cm 土壤贮水量为
75.55～94.47 mm，均低于种植前土壤贮水量。收获后 DFP
处理的 0～40 cm 土壤贮水量显著高于 SFP、CPDP 和 CK
处理（P＜0.05），SFP 处理显著高于 CPDP 和 CK 处理
（P＜0.05），而 CPDP 和 CK 处理间则无显著差异（P＞
0.05）；CK 处理 40～60 cm 土壤贮水量显著低于其他
3 个处理（P＜0.05）；60 cm 以下各处理间无显著差异
（P＞0.05）。
2014 年种植前 0～100 cm 土壤贮水量为 59.83～
84.62 mm，各土层土壤体积含水率接近于萎蔫系数，较
2013 年种植前土壤贮水量减少了 19.62%～44.39%。2014
年收获后，各土层土壤体积含水率均低于萎蔫系数，0～
100 cm 土壤贮水量为 37.20～58.10 mm，同样显著低于当
年种植前土壤贮水量。2013 年和 2014 年种植玉米前和收
获后相比，4 种处理土壤贮水量均有不同程度的减少，
CPDP 和 CK 处理土壤贮水量分别减少了 68.42 和 68.07
mm，其次为 SFP（53.49 mm），DFP 减少最小（48.98 mm），
这表明研究区玉米生育期内的降雨不能满足玉米正常生
长对水分的需要，需消耗大量土壤水分，SFP 和 DFP 处
理对土壤水分消耗较少，CPDP 和 CK 处理则较多。各处
理不同土层间土壤贮水量情况不尽相同，总体来看，SFP
和 DFP 处理土壤贮水量明显高于 CPDP 和 CK 处理。

第 2 期 陈 林等：柠条秸秆和地膜覆盖对土壤水分和玉米产量的影响

111

a. 2013-06-09 b. 2013-08-06 c. 2013-08-20


d. 2013-09-27 e. 2014-06-01 f. 2014-07-10


f. 2014-08-10 g. 2014-09-30
注：CK，裸地处理；SFP，单膜处理；DFP，双膜处理；CPDP，柠条秸秆沟埋处理。
Note: CK, uncovered and flat planting; SFP, single film mulching; DFP, double film mulching; CPDP, Caragana powder ditch buried mulching.

图 2 不同保墒措施对玉米地 0～100 cm 土壤含水率变化的影响
Fig.2 Change of soil water content in 0～100 cm profile affected by different mulching methods

表 3 不同保墒措施下玉米地 0～100 cm 土壤贮水量变化
Table 3 Changes of soil water storage in 0-100 cm profile in different mulching methods mm
种植前 Before sowing 收获后 After harvest 年份
Year
土层
Soil depth/cm CK SFP DFP CPDP CK SFP DFP CPDP
0～20 17.24±0.29 a 18.27±0.84 a 17.96±0.61 a 17.89±0.22 a 18.10±0.30 c 21.50±0.43 b 24.95±1.16 a 18.30±0.63 c
≥20～40 22.64±0.47 a 22.18±0.24 a 22.44±0.97 a 21.47±0.71 a 15.45±0.25 c 17.45±0.10 b 21.30±0.37 a 15.10±0.73 c
≥40～60 23.31±0.20 a 22.60±0.82 a 23.58±1.05 a 23.40±0.48 a 13.25±0.41 b 16.50±0.41 a 16.90±0.17 a 15.63±1.17 a
≥60～80 21.82±0.63 a 21.98±0.41 a 21.67±0.73 a 21.51±0.27 a 14.50±0.31 a 14.50±0.28 a 14.95±0.10 a 14.60±1.40 a
≥80～100 21.91±0.50 a 22.56±0.86 a 21.43±0.46 a 21.00±0.57 a 15.25±0.61 a 15.20±0.43 a 16.37±0.23 a 16.37±0.62 a
2013 年
总计 106.93±2.08 a 107.59±3.17 a 107.08±3.82 a 105.27±2.25 a 76.55±1.88 c 85.15±1.65 b 94.47±2.03 a 80.00±4.54 c
0～20 8.33±0.26 d 14.87±0.29 b 16.25±0.67 a 12.20±0.27 c 11.13±0.27 c 14.80±0.14 b 16.45±1.77 a 14.00±0.28 b
≥20～40 11.60±0.44 b 16.35±1.30 a 12.75±1.14 b 10.25±0.22 b 5.30±0.53 b 10.40±0.00 a 6.90±0.35 b 2.40±0.14 c
≥40～60 12.07±0.64 c 16.65±0.74 a 14.85±0.33 b 16.03±0.69 a 7.28±0.76 ab 9.10±0.35 a 8.15±0.51 a 6.50±0.07 b
≥60～80 13.50±0.63 b 18.85±0.32 a 18.60±0.00 a 19.45±0.56 a 8.00±0.67 c 11.90±0.35 b 13.40±0.14 a 7.60±0.28 c
≥80～100 14.33±0.75 b 17.90±0.93 a 17.20±0.24 a 13.50±0.66 b 6.80±0.92 bc 7.90±0.35 b 13.20±0.87 a 6.70±0.21 c
2014 年
总计 59.83±2.72 c 84.62±3.58 a 79.65±2.38 a 71.43±2.40 b 38.51±3.15 b 54.10±1.20 a 58.10±3.64 a 37.20±0.99 b
注：不同小写字母表示不同处理间在 5%水平上差异显著；下同。
Note: Different letters in each row mean significant differences at 0.05 level; Same as below.
农业工程学报 2015 年 112


2.3 不同保墒措施下玉米耗水量、水分利用效率、产量
及其构成因素
不同覆盖方式对玉米耗水量、产量和水分利用效率
有显著影响并与当年降雨量密切相关，2013 年 CK、SFP、
DFP 和 CPDP 处理的耗水量、产量和水分利用效率均显
著高于 2014 年（P＜0.05）（表 4）。SFP 和 DFP 处理耗水
量在 2013 年显著低于 CPDP 和 CK 处理（P＜0.05），而
SFP 和 DFP 处理、CPDP 和 CK 处理间差异不显著（P＞
0.05）。SFP 和 DFP 处理产量和水分利用效率显著高于 CK
处理（P＜0.05），产量分别提高了 10.67%和 18.96%，水
分利用效率分别提高了 12.55%和 25.11%。而 CPDP 处理
产量和水分利用效率则显著低于 CK 处理（P＜0.05），分
别降低了 27.73%和 27.24%。
2014 年 CPDP 处理耗水量显著高于 SFP、DFP 和 CK
处理（P＜0.05），而 SFP、DFP 和 CK 处理间耗水量差异
不显著（P＞0.05）（表 4）。SFP 和 DFP 处理产量和水分
利用效率均显著高于 CK 处理（P＜0.05），产量分别提高
了 43.73%和 55.12%，水分利用效率分别提高了 35.71%
和 54.70%。CPDP 处理产量和水分利用效率高于 CK 处
理，但两者间差异不显著（P＞0.05）。但 SFP 和 DFP 处
理间的耗水量、产量和水分利用效率均无显著差异（P＞
0.05），且 SFP 处理较 DFP 处理省时省工省钱，因此 SFP
处理是研究区一种降低作物耗水量、提高产量和水分利
用效率的有效蓄水保墒措施。

表 4 不同覆盖方式玉米耗水量、水分利用效率、产量及其构成因素
Table 4 Water consumption, water use efficiency, maize yield and yield components in different mulching methods
年份
Year
处理
Treatments
穗行数
Number of
column per ear
行粒数
Number of
kernels per column
秃尖长
Bare top
length/cm
百粒质量
Weight of
100-kernel/g
穗长
Spike length/
cm
产量
Maize yield/
(kg·hm-2)
耗水量
Water consumption/
mm
水分利用效率
Water use efficiency/
(kg·hm-2·mm-1)
CK 14.96±1.70a 38.89±3.45a 1.79±0.87a 20.75±5.20b 18.06±1.33a 4950.05±424.44b 301.61±3.03a 16.41±0.99b
SFP 15.40±1.96a 39.09±2.18a 2.07±1.47a 24.94±3.22a 18.10±1.89a 5478.00±553.09a 296.66±2.08b 18.47±1.92a
DFP 15.56±1.95a 40.21±3.25a 1.83±0.85a 25.30±4.10a 18.07±1.25a 5888.81±157.51a 286.84±4.10b 20.53±1.55a
2013 年
CPDP 15.73±1.83a 28.88±2.58b 3.41±1.30b 19.44±5.71b 15.52±2.14b 3577.17±732.84c 299.50±1.61a 11.94±2.33c
CK 10.26±1.63a 17.86±4.52a 2.79±0.69a 15.60±2.38b 10.77±2.35a 908.07±135.35b 158.34±1.03b 5.74±0.31b
SFP 11.48±1.53a 20.96±2.03a 2.64±0.73a 19.91±2.34a 11.94±1.27a 1305.13±214.48a 167.53±1.08b 7.79±0.92a
DFP 12.59±1.55a 20.16±3.82a 2.84±1.00a 19.53±2.75a 11.80±1.32a 1408.63±62.65a 158.56±3.10b 8.88±0.55a
2014 年
CPDP 11.04±1.29a 20.20±4.27a 2.96±1.49a 15.79±2.60b 12.22±1.68a 1009.98±109.30b 171.24±1.61a 5.90±0.33b

在产量构成因素方面（表 4），SFP 和 DFP 处理的百
粒质量显著高于 CK 和 CPDP 处理（P＜0.05），各处理间
穗行数在 2 a 均无显著差异（P＞0.05），除 CPDP 处理行
粒数、秃尖长和穗长在 2013 年与其他 3 个处理间存在显
著差异（P＜0.05）外，各处理间无显著差异（P＞0.05）。
可以看出，覆膜（SFP 和 DFP）在产量构成方面增产的
主要原因是百粒质量的显著增加（P＜0.05）。
3 讨 论
3.1 对不同土层土壤水分的影响
本研究中，无论平水年（2013 年）还是欠水年（2014
年），几种措施下种植玉米均对 0～100 cm 土壤水分含量
均有明显的影响，且随着生育期而变化。包含等[26]对毛
乌素沙地有灌溉条件下春玉米生长过程中的土壤水分动
态特征进行了研究，20 cm 深土层是春玉米的主要吸水
层，30～40 cm 是相对干燥层。但王红丽等[27]在半干旱区
的研究结果表明，连续种植 2a 玉米耗水深度从 20～
120 cm 向 120～200 cm 推移，如果种植年限继续增加，
土壤极有可能形成干层。王敏等[28]研究发现，秸秆覆盖
土壤体积含水率高于覆膜和无覆盖对照，秸秆覆盖在前
期主要提高了 0～100 cm 土壤体积含水率，中后期主要
提高了下层（100～200 cm）土壤体积含水率。殷涛等[29]
对秸秆地膜双覆盖措施进行了研究，结果表明秸秆地膜
双覆盖措施可以利用土壤较深层（40～150 cm）储水来
充分满足玉米苗期对水分的需求，而出现大量降雨时，
又能够将更多的水分储藏在土壤深层（110～150 cm）。考
虑到植物根系具有提水现象，因此，今后有必要对深层
（＞100 cm）的土壤水分进行监测和分析，进而更准确
得出该地区种植玉米对土壤水分的影响。
3.2 覆盖地膜的影响
对玉米地膜覆盖种植的研究较为深入，多数认为地
膜透水性差，保墒抑蒸效果好于秸秆覆盖[8]，而且覆膜对
农田蒸散和作物生长过程等具有重要影响，能显著提高
生物产量和水分利用效率[6]。这和本研究的结果一致。SFP
和DFP处理耗水量显著低于CPDP和CK处理（P＜0.05），
这主要是因为地膜覆盖显著改变了农田耕作形式和土壤
水分运移方式，阻断了土壤水分的垂直蒸发和乱流，迫
使膜下水分横向迁移，增大了水分蒸发的阻力，减少了
水分的无效逃逸，从而达到了蓄水保墒的目的[30]。然而
一些研究也证实，在一些特定区域或气候条件下覆膜也
存在负效应，Li 等[31]认为，地膜覆盖导致春小麦产量下
降的机理是播前土壤底墒较好，地膜覆盖由于改善了地
表水温条件，前期大量利用土壤水分，而后期降雨不足，
导致产量下降。郭志利和古世禄[32]也认为地膜覆盖有时
因作物生长前期土壤水分耗竭严重或水分不足，后期会
出现严重的脱水，导致减产。王敏等[28]认为，地膜覆盖
的土壤墒情有时不如露地，覆膜后期经常出现的“青干
现象”可能与过度耗水有关。
3.3 覆盖秸秆的影响
秸秆覆盖一定程度上改变了土壤的渗水性，在作物
第 2 期 陈 林等：柠条秸秆和地膜覆盖对土壤水分和玉米产量的影响

113
生产中可以起到保墒、增产和提高水分利用效率的作用，
同时，秸秆资源得到了利用，减轻了焚烧秸秆对环境的
影响，是发展有机可持续农业的一条有效途径。Chandra
等[33]研究结果表明在干旱的年份里采用秸秆覆盖措施，
能够增加土壤含水率和产量。但赵永敢等[7]对秸秆隔层处
理研究结果表明，秸秆隔层处理由于切断了土壤毛管，
在降低土壤入渗能力的同时，也减弱了土壤的蒸发能力。
并且秸秆在腐解初期会消耗大量水分，而在腐解结束后，
则增加了土壤的保水性，因此秸秆对土壤水分的影响具
有双重性。同时，由于秸秆覆盖会明显降低地温，有时
会导致作物出苗困难、营养生长不良、生育期延迟而减
产。本研究中，CPDP 处理的增产效果不显著，在第一年
的试验中造成了玉米减产，这可能与试验时间较短，秸
秆的腐解率较低[34]，产生与作物争夺水分的现象有关[7]，
也可能与锦鸡儿属植物对玉米具有一定的化感作用有
关[19, 35]。
3.4 不同年型的影响
覆膜能有效改善土壤水分状况，一定程度地提高玉
米产量及水分利用效率，是旱区提高降雨潜力的有效途
径，显著提升了旱区玉米的生产能力。高亚军等[15]研究
表明，在丰水年份，地膜覆盖可有效贮存降雨和防止蒸
发，但在缺水年份，这种作用则不明显，这与本试验研
究结果一致。李尚中等[1]研究表明，覆膜改变微地形后把
＜5 mm 的无效降雨转化为有效水，显著改善了玉米生长
的土壤水分环境，平水年份玉米产量和水分利用效率较
露地分别提高91%和85%，干旱年份较露地分别提高34%
和 33%。范颖丹等[8]认为，在覆盖情况下，有些 5 mm 以
下的无效降雨可能也会蓄集保存在土壤中，只是覆盖条
件下无效变为有效的降雨阈值具体是多少，有待于进一
步研究。但本研究区玉米生育期内无效降雨次数居多，
加之季节降雨分布不均和年际间降雨变率较大，极大的
限制了该区农业生产，本研究结果表明，在干旱年份，
尽管叶片具有一定的吸水作用[36]，但频频发生的无效降
雨加剧了旱区有限降雨资源的低利用率[37]，即使覆膜处
理，只靠天然降雨也是无法达到高产和稳产的效果。
4 结 论
在本研究区，单膜覆盖（SFP）和双膜覆盖（DFP）
可以明显改善 0～40 cm 土层土壤体积含水率，有利于玉
米的生长，进而提高玉米产量和水分利用效率。由于玉
米生长耗水和土壤蒸发作用，土壤体积含水率随着生育
期的推进接近或低于萎蔫系数。连续种植玉米土壤贮水
量会有所减少，说明研究区内的降雨不能满足玉米正常
生长对水分的需要，会消耗土壤水分。
SFP 和 DFP 能够增加玉米对降雨和土壤水的利用，
百粒质量显著高于裸地（CK）处理（P＜0.05），而粒数、
秃尖长和穗长则无显著差异（P＞0.05），这是产量构成方
面增产的主要原因。但 SFP 和 DFP 耗水量、产量和水分
利用效率均无显著差异（P＞0.05），因此建议在研究区种
植玉米时可以采取 SFP 措施，而 CPDP 耗水量较高、产
量和水分利用效率相对较低，不宜采取此种保墒措施。
本研究得出柠条秸秆覆盖初期（第 1 年）会对玉米
产量造成减少的结论，对其产生的原因需要进一步的研
究。同时，由于试验年限较短，这一结论仍需进一步的
验证。

致谢：感谢宁夏大学 2012 级和 2013 级生态学专业
的研究生为本研究所做的基础工作；感谢宁夏大学曲文
杰和周娟同志对英文摘要的润色。

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English abstract)
农业工程学报 2015 年 116


Effects of mulching with Caragana powder and plastic film on soil water
and maize yield

Chen Lin, Yang Xinguo, Zhai Deping, Song Naiping※, Yang Mingxiu, Hou Jing
(Key Lab. for Restoration and Reconstruction of Degraded Ecosystem in North-Western China of Ministry of Education/Breeding Base for
State Key Laboratory of Land Degradation and Ecological Restoration of North-western China/Union Research Center for Ecology and
Exploitation of Biological Resources in Western China, Ningxia University, Yinchuan, Ningxia 750021, China)

Abstract: How to effectively use water and steadily increase crop productivity in arid and semi-arid region has become
the focus of attention. It is well known that soil evaporation does little effect on the formation of crop biomass and yield,
so reducing soil evaporation is important for improving water use efficiency and agricultural water saving management.
Plastic film mulching and straw mulching are effective drought-resistant practices to produce higher crop yield and
improve water use efficiency in arid and semi-arid region (Yanchi country, Ningxia Province, China). However, their
influences on inter-annual and seasonal dynamics of soil water and crop yield are not quite clear. In this paper,
inter-annual and seasonal changes of soil water content in the 0-100 cm soil layer, maize yield, water use efficiency
under different mulching methods were studied. At the same time, ecological effects of different mulching measures on
cropland were evaluated. The experiment was carried out from May to October in 2013 and 2014 respectively. With the
aim of revealing the beneficial effects of straw and plastic mulch on water storage and maize yield, four kinds of
different treatments were designed with three replications respectively: whole field surface single film mulching planting
(SFP), double film mulching planting (DFP), Caragana powder ditch buried mulching planting (CPDP) and uncovered
and flat planting (CK), and the Gannong 118 was taken as an experimental material. Results revealed that the methods of
SFP and DFP greatly improved soil water content by 35.65%-47.91% in 0-40 cm soil layer comparing flat planting (CK),
especially when there was no rainfall and benefit for the growth of maize. But with the development of maize growth
period, the soil water content was closer to or below the wilting coefficient (7.20%) owing to the water consumption of
maize growth and soil evaporation. The soil water storage in four treatments all decreased to different degrees after two
years of planting. The soil water storage of CPDP and CK were in largest decline (by 68.42 and 68.07 mm, respectively),
followed by SFP (53.49 mm) and the least DFP (48.98 mm), which revealed that precipitation couldn’t meet the needs of
normal growth of maize in the study region. In terms of the effect on yield components, the 100-grain weight of SFP and
DFP was significantly higher than CPDP and CK (P<0.05), and the kernel rows per ear in 2 years did not significantly
different in four treatments (P>0.05). Excepting the numbers of kernel rows, bare tip length and panicle length of CPDP
in 2013 had significant differences with the other three treatments (P<0.05), there were no significant differences
between the other treatments (P>0.05). It revealed that the reason why the SFP and DFP treatments produced higher crop
yield than the others were the increase of the 100-grain weight (P<0.05). SFP and DFP could increase the utilization of
rainfall and soil water, and improved water use efficiency in different years by 12.55%-35.71% and 25.11%-54.70%
respectively, comparing with CPDP and CK. There were no significant differences between SFP and DFP in water
consumption, maize yield and water use efficiency (P>0.05). Therefore, SFP could be recommended as a suitable
method when planting maize in this study area. And due to the lower maize yield, water use efficiency and the higher
water consumption, CPDP were not recommended.
Key words: soils; moisture; crops; farming-grazing transitional zone; maize; soil water content; yield