全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2015, 41(5): 778786 http://zwxb.chinacrops.org/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

本研究由国家“十二五”科技支撑计划项目(2012BAD14B10), 甘肃省干旱生境作物学重点实验室开放课题(GSCS-2012-06)和国家重
点基础发展计划(973计划)前期项目(2012CB722902)资助。
* 通讯作者(Corresponding author): 柴强, E-mail: chaiq@gsau.edu.cn, Tel: 0931-7631104
第一作者联系方式: E-mail: yuaizh@gsau.edu.cn, Tel: 0931-7631156
Received(收稿日期): 2014-10-13; Accepted(接受日期): 2015-02-06; Published online(网络出版日期): 2015-03-04.
URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20150304.1609.001.html
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2015.00778
供水与地膜覆盖对干旱灌区玉米产量的影响
于爱忠 柴 强*
甘肃省干旱生境作物学重点实验室 / 甘肃农业大学农学院, 甘肃兰州 730070
摘 要: 研究限量供水与地膜覆盖对玉米产量的耦合效应, 对于充实干旱内陆灌区水资源高效利用理论具有重要意
义。在甘肃河西石羊河流域通过田间试验研究了不同覆膜方式(全膜覆盖、半膜覆盖和未覆膜)和不同灌水水平(7200、
6450和 5700 m3 hm–2)对玉米产量的影响。结果表明, 地膜覆盖方式与灌水量对玉米籽粒产量、收获指数、双穗率、
穗粒数、粒重及水分利用效率有显著影响, 且二者互作效应显著。全膜覆盖高、中灌水量条件下, 玉米籽粒产量分别
达到 13 275.5 kg hm–2和 12 880.5 kg hm–2, 显著高于同等灌水量的半膜覆盖和未覆膜处理, 增幅达 7.0%~31.0%。全
膜覆盖条件下, 玉米水分利用效率达到 16.9 kg mm–1 hm–2, 较半膜覆盖和未覆膜处理分别高 12.7%和 6.3%, 差异显
著。全膜覆盖结合高灌水量玉米的双穗率、穗粒数和粒重在各处理中均表现最高, 分别达到 23.9%、658.6 粒 穗–1
和 36.4 g 100粒–1。全膜和半膜覆盖条件下, 高灌水量处理玉米全生育期平均叶面积指数(LAI)分别达到 2.8和 2.7, 显
著高于对应低灌水处理, 中等灌水量处理与低灌水量处理的平均 LAI 差异不显著; 全膜高灌水处理 0~30 cm 土壤含
水量和 0~25 cm土层＞0℃积温分别达到 23.9%和 3717.9℃, 显著高于其他各处理。通径分析结果进一步说明, 地膜
覆盖主要是通过提高双穗率、增加叶面积指数提高了玉米粒重和穗粒数, 从而提高玉米籽粒产量, 进而双穗率、平均
叶面积指数的提高均可归因于耕层土壤水热状况的改善。
关键词: 地膜覆盖; 产量; 土壤水分; 土壤积温; 叶面积指数
Effects of Plastic Film Mulching and Irrigation Quota on Yield of Corn in Arid
Oasis Irrigation Area
YU Ai-Zhong and CHAI Qiang*
Key Laboratory of Arid Land Crop Science in Gansu Province / College of Agronomy, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, China
Abstract: The knowledge on coupling effect of plastic film mulching and limited water supply on corn yield in inland irrigation
area is essential in developing effective cropping systems. A field experiment was conducted to reveal yield formation process and
mechanism of corn under different plastic film mulching patterns (full-film, half-film and no mulching) and irrigation quota
treatments (7200, 6450, and 5700 m3 ha–1) in Shiyanghe River Basin of Gansu Hexi Corridor. The results showed that plastic film
mulching patterns and irrigation levels had significant effect on grain yield, harvest index, double-ear rate, seed number per ear,
seed weight and water use efficiency(WUE). The grain yield reached 13 275.5 and 12 880.5 kg ha–1 under full-film mulching with
high and moderate irrigation levels, respectively, which was 7.0% to 31.0% higher than that under half-film mulching and no
mulching with the same irrigation level.The WUE reached 16.9 kg mm–1 hm–2 under full-film mulching treatment, which was
12.7% and 6.3% higher than that under half-film mulching and no mulching treatments, respectively. Full-film mulching with high
irrigation level had the greatest double-ear rate, seed number per ear and seed weight, which were 23.9%, 658.6 per ear, and 36.4
g per 100 grain respectively. The average leaf area index (LAI) achieved 2.8 and 2.7 under full-film and half-film mulching with
high irrigation level, respectively, which were significantly higher than that with low irrigation level. Moreover, soil water content
in the soil layer from 0 to 30 cm and accumulated soil temperature of 0 to 25 cm was up to 23.9% and 3717.9℃, which was sig-
nificantly higher than those in other treatments. It can be concluded that plastic film mulching increased the grain yield by im-
proving seed number per ear and seed weight, resulting from the enhancement of double-ear rate and average LAI due to improv-
第 5期 于爱忠等: 供水与地膜覆盖对干旱灌区玉米产量的影响 779


ing soil thermal characteristics.
Keywords: Plastic film mulching; Yield; Soil water; Accumulated soil temperature; LAI
近年来, 随着水资源的日趋紧缺, 地膜覆盖作
为一项轻简易化的农业节水生产技术再次受到研究
者的关注。许多研究结果表明, 在我国北方半干旱
旱作农业区小麦[1-2]、玉米[3-5]、油菜[6]、糜子[7]、西
瓜 [8]等作物生产过程中, 采用地膜覆盖技术显著改
善了耕层土壤温度、水分状况, 提高了产量及水分
利用效率。在丘陵地区, 与传统栽培技术相比, 地膜
覆盖还可提高水稻品质[9]。地膜覆盖结合施肥、起
垄等技术措施 , 可充分发挥技术之间的耦合效应 ,
增产效果显著[10-11]。另外, 地膜覆盖对于改善土壤
入渗特征[12]、增加土壤微生物的数量和活性[13-16]、
缓解养分流失[17]、增加土壤供肥能力[18]也有明显作
用。西北干旱绿洲灌区是我国水资源最为短缺的地
区之一 , 地膜覆盖技术被广泛应用于玉米生产过
程。一些研究者分析了地膜覆盖条件下, 区域内主
栽作物春小麦、玉米的耗水特征及产量效应 [19-20],
但限量供水和地膜覆盖对玉米产量的耦合效应的理
论研究薄弱, 在一定程度上限制了对该项技术的科
学评价和推广应用。本研究重点探讨了不同地膜覆
盖方式及供水水平对玉米产量的影响, 以期为区域
内发展节水型高产农作制模式提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试区概况
2011 年和 2012 年在甘肃农业大学绿洲农业综
合实验站进行试验。该站位于河西走廊东端, 平均
海拔 1506 m, 属于典型的干旱内陆气候, 冬春季较
干旱, 年蒸发量超过 2400 mm, 年平均气温 7.2℃,
全年无霜期 156 d, 年日照时数 2945 h, 年太阳辐射
总量 504~630 kJ cm–2, 主要种植作物有小麦、玉米、
豌豆、马铃薯等。属于典型的两季不足、一季有余
的自然生态区, 土壤为荒漠灌淤土。试区多年平均
降水量和试验期间降水量如图 1。

图 1 试区降水量
Fig. 1 Precipitation of the experimental site

1.2 试验设计
设全膜覆盖、半膜覆盖和未覆膜3种地膜覆盖方
式。每种覆盖方式下设高、中、低3个灌水水平, 相
应灌溉制度如表1, 共9个处理, 采用完全随机区组
设计, 重复3次。
全膜覆盖处理 , 采用宽幅140 cm地膜覆(厚度
0.008 mm, 无色聚乙烯薄膜), 每幅膜种3行 ; 半膜
覆盖, 采用宽幅70 cm地膜覆(图2)。4月20日播种, 用
玉米点播器将种子破膜穴播在膜下, 行距50 cm、株
距24 cm, 保苗82 500株 hm–2。
参试玉米品种为武科 2号。采用统一施肥水平,
基肥施纯氮 450 kg hm–2，按基肥∶拔节期追肥∶大
喇叭口期追肥 3∶5∶2施用；P2O5 225 kg hm–2，K2O
135 kg hm–2。
1.3 测定指标与方法
1.3.1 土壤含水量 0~30 cm土层用烘干法测定,
每 10 cm为一层; 30~110 cm用水分中子仪(美国CPN
公司 503 DR)测定, 每 20 cm为一层。玉米播种前和
收获后各测定一次, 生育期内每 15 d 测定一次, 灌
水前后分别加测一次。

表 1 试验处理灌溉制度
Table 1 Irrigation regimes of the experimental treatments
灌水定额 Irrigation amount at different stages (m3 hm–2) 灌水水平
Irrigation level 冬储灌
Before winter
拔节期
Jointing
大喇叭口期
Big trumpet
抽雄吐丝期
Heading
灌浆期
Filling
灌溉定额
Irrigation quota
(m3 hm–2)
高 High 1800 1350 1350 1350 1350 7200
中 Moderate 1800 1275 1125 1125 1125 6450
低 Low 1800 1050 975 975 900 5700
780 作 物 学 报 第 41卷


图 2 3种地膜覆盖方式示意图
Fig. 2 Three mulching patterns
a: 全膜覆盖; b: 半膜覆盖; c: 未覆膜。
a: Full-film mulching; b: Half-film mulching; c: No mulching.

全膜覆盖和半膜覆盖, 分别在小区中央的覆膜
带和未覆膜带安装一根中子管。
1.3.2 土壤温度 采用曲管地温计测定 5、10、
15、20和 25 cm土壤温度, 每隔 7 d在 8:00、14:00
和 18:00连续观测 3 d。玉米某一阶段平均土壤温度
和天数的乘积即为该生育阶段 0~25 cm土层范围内
的土壤积温。
1.3.3 叶面积 选择每小区长势一致的植株标记,
采用长宽系数法, 每隔 20 d测定一次叶面积。叶面
积指数(LAI)为单位面积上所有叶片表面积的总和
与相应土地面积之比。
1.3.4 产量及产量性状 按小区单独收获计产
(除去取样植株所占面积), 并随机选取 10 穗考种,
测定穗行数、行粒数、百粒重。
1.3.5 水分利用效率
水分利用效率 WUE = Y/ET (1)
ET = Pc + I + U – R – Dw – S (2)
式(1)中, Y 为玉米籽粒产量; ET 为玉米全生育期耗
水量。式(2)中, Pc表示玉米生育期有效降雨量; I为
玉米生育期内灌水量; U 为补给到作物根区地下水
量; R为地表径流量; Dw为渗漏量; S为 0~110 cm
土层范围内土壤含水量的变化[21]。
本研究中试区地下水埋深超过 15 m; 试验条件
控制, 无径流产生; 经测定无渗漏。因此, U、R、Dw
均取值为 0。
1.4 数据处理
采用SPSS 13.0进行方差分析和通径分析, 前者
为二因素方差分析 , 后者以SPSS线性回归实现 [22],
对于多重比较(Post Hoc Multiple Comparisons)选择
Duncan’s multiple range tests (P<0.05)。
2 结果与分析
2.1 玉米籽粒产量、收获指数与水分利用效率
如表 2所示, 2011年和 2012年度, 地膜覆盖方
式、灌水量对玉米籽粒产量影响显著, 对玉米籽粒
产量、收获指数和 WUE 存在显著互作效应。2012
年玉米籽粒产量达到 12 341.7 kg hm–2, 较 2011年高
14.7%, 差异显著。从两年结果平均值来看, 全膜和
半膜覆盖条件下 , 产量分别较未覆膜高 28.9%和
20.7%, 差异显著; 高灌水水平下, 产量分别较中、
低灌水水平高 4.2%和 8.8%, 差异显著。其中, 全膜
覆盖高、中灌水量条件下, 玉米籽粒产量分别达到
13 275.5 kg hm–2和 12 880.5 kg hm–2, 显著高于同等
灌水量的半膜覆盖和未覆膜处理。全膜覆盖和半膜
覆盖条件下, 玉米收获指数分别达到 0.51 和 0.49,
显著高于未覆膜处理。高灌水水平下, 收获指数达
到 0.50, 显著高于中、低灌水水平。其中, 全膜覆盖
高、中灌水水平处理、半膜覆盖高灌水水平处理收
获指数均大于 0.50, 显著高于其他处理。全膜覆盖
条件下玉米WUE达到 16.9 kg mm–1 hm–2, 分别较半
膜覆盖和未覆膜处理高 12.7%和 6.3%, 差异显著;
不同灌水量对 WUE 无显著影响, 但中灌水量条件
下, 全膜覆盖和半膜覆盖处理 WUE 分别达到 17.8
kg mm–1 hm–2和 16.8 kg mm–1 hm–2, 显著高于未覆
第 5期 于爱忠等: 供水与地膜覆盖对干旱灌区玉米产量的影响 781


表 2 不同覆膜方式及供水水平下玉米产量、收获指数及水分利用效率
Table 2 Grain yield, harvest index and water use efficiency of maize under different mulching models and irrigation levels
因素及互作
Main factors and interaction
籽粒产量
Grain yield
(kg hm–2)
收获指数
Harvest index
水分利用效率
Water use efficiency
(kg mm–1hm–2)
年 Year
2011 10758.0 b 0.46 16.7
2012 12341.7 a 0.48 17.2
地膜覆盖方式 Plastic film mulching (P)
全膜 Full-film mulching (F) 12776.2 a 0.51 a 16.9 a
半膜 Half-film mulching (H) 11961.7 b 0.49 a 15.0 b
未覆膜 No mulching (N) 9911.8 c 0.42 b 15.9 b
灌水量 Irrigation level (I)
高 High 12037.4 a 0.50 a 16.9
中 Moderate 11552.5 b 0.47 b 16.3
低 Low 11059.7 b 0.45 b 16.9
地膜覆盖方式×灌水量 P × I
全膜 F 高 High 13275.5 a 0.54 a 17.1 b
中 Moderate 12880.5 ab 0.51 b 17.8 ab
低 Low 12172.6 cd 0.49 bc 19.4 a
半膜 H 高 High 12409.9 bc 0.53 a 17.8 ab
中 Moderate 11947.2 cd 0.48 c 16.8 b
低 Low 11527.9 d 0.46 d 17.7 ab
未覆膜 N 高 High 10427.0 e 0.44 e 16.1 bc
中 Moderate 9829.5 f 0.41 f 14.0 c
低 Low 9478.5 f 0.41 f 15.0 c

年 Year (Y) * NS NS
地膜覆盖方式 Plastic film mulching (P) ** ** *
灌水量 Irrigation level (I) ** * NS
年×地膜覆盖方式 Y×P NS NS NS
年×灌水量 Y×I NS NS NS
地膜覆盖方式×灌水量 P×I * * *
年×地膜覆盖方式×灌水量 Y×P×I NS NS NS
NS、*和**分别表示无显著差异及在 0.05和 0.01水平上差异显著。同一列数字后的不同小写字母表示在 0.05水平上差异显著。
NS, *, ** indicate non-significant or significant at P < 0.05 or P < 0.01, respectively. Means followed by different letters within a
column are significantly different at P < 0.05.

膜处理。说明干旱绿洲灌区全膜覆盖条件下, 适当
增加灌水量可提高玉米收获指数, 增加玉米籽粒产
量, 并可获得较高的水分利用效率。
2.2 产量构成因素
2.2.1 双穗率、穗粒数、粒重 在保证各处理基
本苗一致的情况下 , 分析了不同处理对玉米双穗
率、穗粒数和粒重的影响。如表 3 所示, 地膜覆盖
方式及灌水量对玉米双穗率、穗粒数和粒重影响显
著, 二者对 3 个指标的互作效应显著。2012 年, 双
穗率达到 19.0%, 较 2011年高 2.3个百分点, 差异显
著; 2012年穗粒数达到 631.2粒 穗–1, 较 2011年高
12.4%, 差异显著。就不同覆膜方式而言, 全膜覆盖
条件下 , 双穗率、穗粒数和粒重分别达到 22.3%,
638.8粒 穗–1和 35.2 g 100粒–1, 分别较未覆膜处理
高 75.6%、19.0%和 12.5%, 差异显著; 半膜覆盖条
件下, 双穗率和穗粒数显著高于未覆膜处理, 而粒
重与未覆膜无显著差异。对不同灌水量而言, 高灌
水量处理双穗率、穗粒数和粒重分别达到 20.9%、
626.4粒 穗–1和 34.6 g 100粒–1, 分别较低灌水量处
理高 29.0%、10.0%和 8.1%, 差异显著; 中等灌水量
782 作 物 学 报 第 41卷

条件下, 穗粒数显著高于低灌水量处理, 其双穗率
和粒重则差异不显著。从地膜覆盖方式与灌水量的
组合结果来看, 全膜覆盖结合高灌水量双穗率、穗
粒数和粒重分别达到 23.9%、658.6粒 穗–1和 36.4 g
100 粒–1, 显著高于其他各处理, 为该处理条件下获
得高产奠定了基础。

表 3 不同覆膜方式及供水水平下玉米产量构成因素
Table 3 Component factors on grain yield of maize under different mulching models and irrigation levels
因素及互作
Main factors and interaction
双穗率
Double ear rate (%)
穗粒数
Seed number per ear
粒重
Seed weight (g 100 seed–1)
年 Year
2011 16.7 b 631.2 a 32.7
2012 19.0 a 560.5 b 33.8
地膜覆盖方式 Plastic film mulching (P)
全膜 Full-film mulching (F) 22.3 a 638.8 a 35.2 a
半膜 Half-film mulching (H) 18.8 b 612.5 a 33.3 b
未覆膜 No mulching (N) 12.7 c 536.6 b 31.3 b
灌水量 Irrigation level (I)
高 High 20.9 a 626.4 a 34.6 a
中 Moderate 16.4 b 591.7 b 33.3 b
低 Low 16.2 b 569.5 c 32.0 b
地膜覆盖方式×灌水量 P × I
全膜 F 高 High 23.9 a 658.6 a 36.4 a
中 Moderate 21.7 b 636.3 b 35.2 ab
低 Low 21.5 b 621.5 b 34.1 bc
半膜 H 高 High 23.9 a 648.2 a 34.7 b
中 Moderate 16.4 c 596.6 c 33.0 c
低 Low 16.1 c 592.8 c 32.1 d
未覆膜 N 高 High 15.0 c 572.6 cd 32.6 cd
中 Moderate 11.2 d 542.4 d 31.6 d
低 Low 11.0 d 494.1 e 29.9 e

年 Year (Y) * * NS
地膜覆盖方式 Plastic film mulching (P) ** ** *
灌水量 Irrigation level (I) ** ** *
年×地膜覆盖方式 Y×P NS NS NS
年×灌水量 Y×I NS NS NS
地膜覆盖方式×灌水量 P×I * * *
年×地膜覆盖方式×灌水量 Y×P×I NS NS NS
NS、*和**分别表示无显著差异及在 0.05和 0.01水平上差异显著。同一列数字后的不同小写字母表示在 0.05水平上差异显著。
NS, *, ** indicate non-significant or significant at P < 0.05 or P < 0.01, respectively. Means followed by different letters within a
column are significantly different at P < 0.05.

2.2.2 叶面积指数 不同地膜覆盖及供水条件下
玉米全生育期叶面积指数(LAI)动态变化及平均叶
面积指数如图 3和图 4。从 2011、2012两年平均结
果来看 , 不同处理峰值差异明显 , 其中 , 全膜覆盖
条件下的高灌水处理和中等灌水处理及半膜覆盖条
件下高灌水处理 LAI峰值均大于 5.0, 显著高于其他
处理。从玉米全生育期平均叶面积指数来看, 全膜
和半膜覆盖条件下, 高灌水量处理平均 LAI 分别达
到 2.8 和 2.7, 显著高于对应低灌水处理; 中等灌水
量处理与低灌水量处理, 平均 LAI 差异不显著。未
覆膜条件下, 3个灌水量处理 LAI差异不显著。这说
明全膜覆盖条件下的高灌水量处理和中等灌水量处
理及半膜覆盖条件下高灌水量处理可以获得较高的
LAI 峰值, 且均大于 5.0。与此同时, 平均 LAI 亦显
第 5期 于爱忠等: 供水与地膜覆盖对干旱灌区玉米产量的影响 783


著高于对应覆膜条件下的低灌水水平, 且均大于 2.6,
为获得高产创造了较大的光合源。

图 3 不同地膜覆盖及供水条件下玉米叶面积指数动态变化
Fig. 3 Dynamics of leaf area index (LAI) of maize under
different mulching and irrigation treatments
FH、FM和 FL分别表示全膜覆盖高、中、低灌水量处理; HH、
HM和 HL分别表示半膜覆盖高、中、低灌水量处理; NH、NM
和 NL分别表示未覆膜高、中、低灌水量处理。图中 NS表示无
显著差异; 上方数字表示 LSD值。
FH, FM, and FL stand for full-film mulching with high, moderate
and low irrigation level, respectively. HH, HM and HL stand for
half-film mulching with high, moderate and low irrigation level
respectively. NH, NM, and NL stand for no mulching with high,
moderate and low irrigation level respectively. NS means no sig-
nificant. Numbers at the top of figure reflect LSD value.

图 4 不同地膜覆盖及供水条件下玉米全生育期平均叶面积
指数
Fig. 4 Average leaf area index across growing season of maize
under different mulching and irrigation treatments
处理之间不同小写字母表示在 0.05水平差异显著。缩写同图 3。
Bars superscripted by different letters are significantly different at
P<0.05. Abbreviations are the same as those given in Figure 3.

2.3 土壤水热状况
不同覆膜方式及供水水平下玉米全生育期
0~110 cm平均土壤含水量及 0~25 cm土壤积温结果
如表 4。2011和 2012年度, 土壤含水量差异不显著,
但土壤积温存在显著差异。地膜覆盖方式及灌水量
对 0~30 cm土壤含水量及 0~25 cm土壤积温影响显
著。地膜覆盖方式与灌水量对玉米上述 2 个指标存
在显著的互作效应。地膜覆盖方式及灌水量对
30~110 cm 土壤含水量无显著影响, 这可能是试区
长期采用传统翻耕技术(深度为 30 cm 左右)致使该
土层以下形成了犁底层, 在一定程度上阻止了水分
纵向运移。就不同覆膜方式而言, 全膜及半膜覆盖
条件下, 0~30 cm 土壤含水量分别较未覆膜处理高
15.5%和 9.8%, 0~25 cm土壤积温分别较未覆膜处理
高 5.8%和 5.0%, 差异显著。从不同灌水量来看, 随
着灌水量减少, 0~30 cm土壤含水量呈递减趋势, 差
异显著, 高灌水量土壤积温分别较中等灌水量和低
灌水量高 4.1%和 4.3%。从地膜覆盖方式与灌水量的
组合结果来看, 全膜覆盖高灌水量处理 0~30 cm 土
壤含水量和 0~25 cm 土壤积温分别达到 23.9%和
3717.9℃, 显著高于其他处理。这说明地膜覆盖显著
改善了玉米全生育期耕层土壤水热状况, 适当增加
灌水量在提高土壤含水量的同时, 实现了土壤积温
的同步提高, 其中以高灌水量效果显著。
2.4 产量效益机制分析
不同地膜覆盖及供水条件下, 玉米籽粒产量与
双穗率、穗粒数、粒重、平均叶面积指数、0~30 cm
土壤含水量、土壤积温的相关分析和通径分析结果
表明, 玉米籽粒产量与上述指标均呈显著正相关。
由籽粒产量与上述指标的直接通径系数可以看出 ,
地膜覆盖及灌水量对玉米产量因素的影响顺序为 :
穗粒数 (0.461)>粒重 (0.339)>0~30 cm 土壤含水量
(0.323)>土壤积温(0.307)>平均叶面积指数(0.226)>
双穗率(0.044)。由籽粒产量与上述指标的间接通径
系数可以看出, 双穗率通过粒重对产量的贡献率最
大(0.319), 平均叶面积指数通过穗粒数对产量的贡
献最大(0.269), 土壤含水量通过双穗率对产量的贡
献最大(0.523), 土壤积温通过粒重对产量的贡献最
大(0.619)。值得注意的是, 0~30 cm 土壤含水量和
0~25 cm 土壤积温对双穗率、穗粒数、粒重、平均
叶面积指数 4个指标的间接通径系数均高于 0.3, 由
此说明适宜的地膜覆盖方式与灌水量主要是通过提
高双穗率、增加叶面积指数来提高玉米粒重和穗粒
数, 从而提高玉米籽粒产量, 而双穗率、平均叶面积
指数的提高均可归因于土壤水热状况的改善。
3 讨论
水分亏缺是干旱缺水地区限制作物产量提高的
主要因子。地膜覆盖从减少土壤水分蒸发, 提高土
壤温度两个方面改善了作物生长环境, 为作物增产
奠定了基础。本研究发现, 在西北干旱绿洲灌区, 相
对于露地栽培, 采用全膜覆盖或半膜覆盖均能明显
改善玉米农田耕层土壤水热状况。这一结果与一些研
784 作 物 学 报 第 41卷

表 4 不同覆膜方式及供水水平下玉米全生育期平均土壤含水量及土壤温度
Table 4 Average soil water content and accumulated soil temperature during maize growth stage at the 0–30 cm soil profile under
different mulching and irrigation treatments
土壤含水量 Soil water content (%) 因素及互作
Main factors and interaction 0–30 cm 30–110 cm
土壤积温
Accumulated soil temperature (℃)
年 Year (Y)
2011 20.7 25.1 3411.2 b
2012 21.0 25.3 3535.3 a
地膜覆盖方式 Plastic film mulching (P)
全膜 Full-film mulching (F) 22.4 a 25.3 3610.3 a
半膜 Half-film mulching (H) 21.3 b 25.1 3584.0 a
未覆膜 No mulching (N) 19.4 c 24.9 3411.8 b
灌水量 Irrigation level (I)
高 High (H) 22.0 a 25.4 3643.1 a
中 Moderate (M) 21.0 b 25.2 3498.9 b
低 Low (L) 20.2 c 24.7 3464.0 b
地膜覆盖方式×灌水量 P × I
全膜 F 高 H 23.9 a 25.7 3717.9 a
中 M 22.1 b 25.4 3549.7 b
低 L 21.4 bc 25.0 3563.2 b
半膜 H 高 H 22.0 b 25.5 3669.6 a
中 M 21.1 bc 25.2 3567.3 b
低 L 20.7 c 24.6 3515.0 b
未覆膜 N 高 H 20.2 c 25.2 3541.8 b
中 M 19.7 cd 25.1 3379.7 c
低 L 18.4 d 24.5 3313.8 c
年 Y NS NS *
地膜覆盖方式 P ** NS **
灌水量 I ** NS *
年 × 地膜覆盖方式 Y × P NS NS NS
年 × 灌水量 Y × I NS NS NS
地膜覆盖方式 × 灌水量 P × I ** NS *
年 × 地膜覆盖方式 × 灌水量 Y × P × I NS NS NS
NS、*和**分别表示无显著差异及在 0.05和 0.01水平上差异显著。同一列数字后的不同小写字母表示在 0.05水平上差异显著。
NS, *, ** indicate non-significant or significant at P < 0.05 or P < 0.01, respectively. Means followed by different letters within a
column are significantly different at P < 0.05.

表 5 不同地膜覆盖及供水条件下玉米籽粒产量与产量因素及土壤水热特征指标的相关系数和通径系数
Table 5 Correlation coefficient and path coefficient of maize grain yield with yield component factors, soil water content,
accumulated soil temperature, respectively
间接通径系数 Indirect path coefficient

与籽粒产量的简单相关系数
Correlation coefficient with yield
直接通径系数
Direct path coefficient X1 X2 X3 X4 X5 X6
X1 0.938** 0.044 0.044 0.319 0.134 0.039 0.062
X2 0.960** 0.461 0.042 0.325 0.132 0.055 0.043
X3 0.934** 0.339 0.041 0.442 0.111 0.046 0.037
X4 0.688* 0.226 0.026 0.269 0.167 0.058 0.032
X5 0.947** 0.323 0.523 0.412 0.399 0.365 0.069
X6 0.835** 0.307 0.420 0.568 0.619 0.423 0.012
*, **分别表示在 0.05和 0.01水平上显著相关; X1、X2、X3、X4、X5和 X6分别表示玉米双穗率、穗粒数、粒重、平均叶面积指数、
0~30 cm平均土壤含水量和 0~25 cm土壤积温。
*, ** Correlation is significant at the 0.05 and 0.01 levels respectively. X1, X2, X3, X4, X5, and X6 indicate double ear rate, seed number per
ear, 100-grain weight, average leaf area index, average soil water content of 0–30 cm layer and accumulated soil temperature of 0–30 cm
layer respectively.
第 5期 于爱忠等: 供水与地膜覆盖对干旱灌区玉米产量的影响 785


究者对黄土高原半干旱区的研究结果较为一致[2-3,5],
由此说明, 在水资源紧缺、春季气温较低的西北干
旱、半干旱地区, 采用地膜覆盖技术是改善玉米生
长水热环境的有效措施。
对于禾谷类作物而言, 产量构成因素之间的协
调发展是实现高产的基础。地膜覆盖增产的主要原
因是玉米穗长和穗粒数的增加, 地膜覆盖的增产效
应主要表现在拔节至抽雄及雌穗分化发育阶段[23]。
此外, 地膜覆盖后由于明显增加了玉米的光合面积
和光合势, 从而使同化能力明显加速[24]。本研究发
现, 无论采用全膜覆盖、还是半膜覆盖, 玉米籽粒产
量、收获指数均显著高于不覆盖处理, 这一结果与
Liu等[4]在我国半干旱区的研究结果一致。通径分析
结果进一步说明 , 穗粒数的提高对产量的贡献最
大。此外, 地膜覆盖措施显著改善了耕层土壤水热
状况, 通过提高玉米双穗率、增加叶面积指数来提
高穗粒数和粒重, 成为增产的主要原因。本研究还
发现, 地膜覆盖方式与灌水量对玉米产量影响的互
作效应显著, 但在全膜覆盖条件下, 高灌水量和中
等灌水量处理产量分别为13 275.5 kg hm–2和12 880.5
kg hm–2, 差异不显著, 并且二者可以获得较高的水
分利用效率。这主要是因为相对于露地栽培, 地膜
可隔断土壤与大气间的水分交换, 有效抑制土壤蒸
发, 提高作物水分利用效率[25]。对于相同覆膜方式,
在产量不降低的情况下, 适当降低灌溉量是提高水
分利用效率的有效途径。因此, 全膜覆盖中等灌水
量可以作为该区域玉米高产、节水型农作制模式技
术。另外, 地膜覆盖带来的地膜污染问题, 有望通过
政府补偿及正在实施的残膜机械化回收技术得到一
定程度的缓解。
4 结论
干旱绿洲灌区全膜覆盖高、中灌水量条件下 ,
玉米籽粒产量分别达到13 275.5 kg hm–2和12 880.5
kg hm–2, 显著高于同等灌水量的半膜覆盖和未覆膜
处理。上述两个处理可以获得较高的LAI, 这为获得
高产创造了较大的光合源。其中, 全膜覆盖结合高
灌水量处理双穗率、穗粒数和粒重分别达到23.9%、
658.6粒 穗–1和36.4 g 100 粒–1, 显著高于其他各处
理, 为该处理条件下获得高产奠定了基础。此外, 全
膜覆盖高、中灌水量条件下可获得较高的水分利用
效率, 这对于资源性缺水问题比较突出的干旱绿洲
灌区有重要意义。
全膜覆盖高灌水量处理 0~30 cm土壤含水量和
0~25 cm土壤积温分别达到 23.9%和 3717.9℃, 显著
高于其他处理。地膜覆盖措施结合适宜的灌水量主
要是通过提高双穗率、增加叶面积指数来提高玉米
粒重和穗粒数, 从而提高玉米籽粒产量, 而双穗率、
平均叶面积指数的提高均可归因于土壤水热状况的
改善。
References
[1] Li F M, Wang J, Xu J Z. Plastic film mulch effect on spring
wheat in a semiarid region. J Sustain Agric, 2005, 25: 5–17
[2] 王红丽, 宋尚有, 张绪成, 高世铭, 于显枫, 马一凡. 半干旱
区旱地春小麦全膜覆土穴播对土壤水热效应及产量的影响.
生态学报, 2013, 33: 5580–5588
Wang H L, Song S Y, Zhang X C, Gao S M, Yu X F, Ma Y F. Ef-
fects of using plastic film as mulch combined with bunch plant-
ing on soil temperature, moisture and yield of spring wheat in a
semi-arid area in drylands of Gansu, China. Acta Ecol Sin, 2013,
33: 5580–5588 (in Chinese with English abstract)
[3] Zhou L M, Li F M, Jin S L, Song Y J. How two ridges and the
furrow mulched with plastic film affect soil water, soil tempera-
ture and yield of maize on the semiarid Loess Plateau of China.
Field Crops Res, 2009, 113: 41–47
[4] Liu C A, Jin S L, Zhou L M, Jia Y, Li F M, Xiong Y C, Li X G.
Effects of plastic film mulch and tillage on maize productivity
and soil parameters. Eur J Agron, 2009, 31: 241–249
[5] 李尚中, 王勇, 樊廷录, 王立明, 赵刚, 唐小明, 党翼, 王磊,
张建军. 旱地玉米不同覆膜方式的水温及增产效应. 中国农
业科学, 2010, 43: 922–931
Li S Z, Wang Y, Fan T L, Wang L M, Zhao G, Tang X M, Dang Y,
Wang L, Zhang J J. Effects of different plastic film mulching
modes on soil moisture, temperature and yield of dry land maize.
Sci Agric Sin, 2010, 43: 922–931 (in Chinese with English ab-
stract)
[6] 任军荣, 杨建利, 李殿荣. 旱地油菜地膜覆盖栽培的水热效应
研究. 中国油料作物学报, 2001, 23(3): 34–37
Ren J R, Yang J L, Li D R. Moisture and thermal effect of rape-
seed cultivated by mulching plastic film in dry land. Chin J Oil
Crop Sci, 2001, 23(3): 34–37 (in Chinese with English abstract)
[7] Liao Y C, Zhang D Q, Jia Z K, Zhang L, Lu Y M. Effects of plas-
tic film mulching of millet on soil moisture and temperature in
semi-arid areas in south Ningxia of China. Agric Sci China, 2005,
4: 865–871
[8] 马忠明, 杜少平, 薛亮. 不同覆膜方式对旱砂田土壤水热效应
及西瓜生长的影响. 生态学报, 2011, 31: 1295–1302
Ma Z M, Du S P, Xue L. Influences of different plastic film
mulches on temperature and moisture of soil and growth of wa-
termelon in gravel-mulched land. Acta Ecol Sin, 2011, 31:
1295–1302 (in Chinese with English abstract)
[9] Lu X H, Wu L H, Pang L J, Li Y S, Wu J G, Shi C H, Zhang F Z.
Effects of plastic film mulching cultivation under non-flooded
condition on rice quality. J Sci Food Agric, 2007, 87: 334–339
[10] Gao Y H, Xie Y P, Jiang H Y, Wu B, Niu J Y. Soil water status
and root distribution across the rooting zone in maize with plastic
786 作 物 学 报 第 41卷

film mulching. Field Crops Res, 2014, 156: 40–47
[11] Hu B, Jia Y, Zhao Z H, Li F M, Siddique K H M. Soil P availabil-
ity, inorganic P fractions and yield effect in a calcareous soil with
plastic-film-mulched spring wheat. Field Crops Res, 2012, 137:
221–229
[12] 谢文, 潘木军, 翟均平. 不同垄作覆盖栽培对土壤理化性状耗
水特性和玉米产量的影响. 西南农业学报, 2007, 20: 365–369
Xie W, Pan M J, Zhai J P. Effects of different ridge culture and
mulch pattern on soil physico-chemical properties, water con-
sumption feature and maize yield. Southwest China J Agric Sci,
2007, 20: 365–369 (in Chinese with English abstract)
[13] 李世朋, 蔡祖聪, 杨浩, 汪景宽.长期定位施肥与地膜覆盖对土
壤肥力和生物学性质的影响. 生态学报, 2009, 29: 2489–2498
Li S P, Cai Z C, Yang H, Wang J K. Effects of long-term fertiliza-
tion and plastic film covering on some soil fertility and microbial
properties. Acta Ecol Sin, 2009, 29: 2489–2498 (in Chinese with
English abstract)
[14] 员学锋, 吴普特, 汪有科, 徐福利. 免耕条件下秸秆覆盖保墒
灌溉的土壤水、热及作物效应研究. 农业工程学报, 2006, 22(7):
22–26
Yuan X F, Wu P T, Wang Y K, Xu F L. Soil moisture conserving
irrigation under straw mulch with no-tillage. Trans CSAE, 2006,
22(7): 22–26 (in Chinese with English abstract)
[15] 王丽宏, 胡跃高, 杨光立, 曾昭海. 农田冬季覆盖作物对土壤
有机碳含量和主作物产量的影响. 干旱地区农业研究, 2006,
24(6): 64–67
Wang L H, Hu Y G, Yang G L, Zeng Z H. The effect of winter
cover crop on soil organic carbon and crop yield. Agric Res Arid
Areas, 2006, 24(6): 64–67 (in Chinese with English abstract)
[16] 林雁冰, 薛泉宏, 颜霞. 覆盖模式及小麦根系对土壤微生物区
系的影响. 中国生态农业学报, 2008, 16: 1389–1393
Lin Y B, Xue Q H, Yan X. Effect of mulching mode and wheat
root on soil microbial flora. Chin J Eco-agric, 2008, 16:
1389–1393 (in Chinese with English abstract)
[17] 罗付香, 林超文, 涂仕华, 庞良玉, 张建华, 罗春燕, 黄晶晶,
朱永群. 氮肥形态和地膜覆盖对坡耕地玉米产量和土壤氮素
流失的影响. 水土保持学报, 2012, 26(6): 11–16
Luo F X, Lin C W, Tu S H, Pang L Y, Zhang J H, Luo C Y, Huang
J J, Zhu Y Q. Effects of different nitrogenous fertilizer modality
and film mulching on corn yield and soil nitrogen loss of slope
land. J Soil Water Conserv, 2012, 26(6): 11–16 (in Chinese with
English abstract)
[18] Li F M, Wang J, Xu J Z, Xu H L. Productivity and soil response
to plastic film mulching durations for spring wheat on entisols in
the semiarid Loess Plateau of China. Soil Till Res, 2004, 78: 9–20
[19] Xie Z K, Wang Y J, Li F M. Effect of plastic mulching on soil
water use and spring wheat yield in arid region of northwest
China. Agric Water Manag, 2005,75: 71–83
[20] Li S E, Kang S Z, Zhang L, Samuel O F, Li F S, Du T S, Tong L,
Wang S F, Mark I, Guo W H. Measuring and modeling maize
evapotranspiration under plastic film-mulching condition. J
Hydrol, 2013, 503: 153–168
[21] Chai Q, Gan Y, Turner N C, Zhang R Z, Yang C, Niu Y, Siddique
K H M. Water-saving innovations in Chinese agriculture. Adv
Agron, 2014, 126: 147–197
[22] 杜家菊, 陈志伟. 使用 SPSS 线性回归实现通径分析的方法.
生物学通报, 2010, 45(2): 4–6
Du J J, Chen Z W. SPSS linear regression method realizes path
analysis. Bull Biol, 2010, 45(2): 4–6 (in Chinese with English ab-
stract)
[23] 卜玉山, 苗果园, 邵海林, 王建程. 对地膜和秸秆覆盖玉米生
长发育与产量的分析. 作物学报, 2006, 32: 1090–1093
Bu Y S, Miao G Y, Shao H L, Wang J C. Analysis of growth and
development and yield of corn mulched with plastic film and
straw. Acta Agron Sin, 2006, 32: 1090–1093 (in Chinese with
English abstract)
[24] 王喜庆, 李生秀, 高亚军. 地膜覆盖对旱地春玉米生理生态和
产量的影响. 作物学报, 1998, 24: 348–353
Wang X Q, Li S X, Gao Y J. Effect of plastic film mulching on
ecophysiology and yield of the spring maize on the arid land. Acta
Agron Sin, 1998, 24: 348–353 (in Chinese with English abstract)
[25] 张清涛, 邱国玉, 李莉, 王丽明. 抑制农田土壤蒸发的研究进
展. 中国生态农业学报, 2006, 14(1): 87–89
Zhang Q T, Qiu G Y, Li L, Wang L M. Advances in the inhi-
bition of soil evaporation in farmland. Chin J Eco-Agric, 2006,
14(1): 87–89 (in Chinese with English abstract)