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期刊：Agricultural Water Management 1区TOP/IF=6.7![]() 可生物降解地膜覆盖降低了玉米产量和灌溉水分生产力；![]() 生物可降解地膜覆盖显著降低土壤二氧化碳排放；![]() 增加灌溉可以弥补生物可降解薄膜覆盖造成的产量损失；![]() 100天诱导期的可生物降解膜是一种理想的覆盖材料。 |
生物可降解膜(BF)作为传统聚乙烯膜(PF)的优良替代品，在国内的应用日益广泛。然而，关于高炉利用在农田碳平衡评价中的应用还存在较大的研究空白。本研究通过在中国典型干旱和半干旱区进行为期两年(2019-2020年)的田间试验，研究了玉米生长、产量、灌溉水分生产力(IWP)、农田净碳汇(NCS)对2种BF类型(BF1, 100天诱导期和BF2, 80天诱导期)和PF以及3种灌水量(I1, I2, I3: 5250, 5625和6000 m3 ha–1)的响应。本研究目的是(1)研究不同BF类型和灌水量对玉米生长、产量和IWP的影响;(2)探讨农田碳汇作用对BF类型和灌水量的响应;(3)建立玉米生长、产量和碳足迹耦合模型;(4)评价两种BF类型与PF在玉米种植中的生态经济效益。2019 - 2020年，在新疆石河子大学新疆生产建设兵团现代节水灌溉重点实验站(85°59′47”E，44°19′28”N，412 m a.s.l.;图1).典型的温带大陆性气候，两年的年平均降雨量、蒸发量、日照、无霜日和气温分别为207 mm、1660 mm、2865 h、170 d和7.2℃。累计温度超过10℃和15℃的天数分别为3463.5℃d和2960.0℃d。站内地下水埋深在8 m以下。0 - 100的初始土壤特性 厘米深度(中壤土)如下:0.212 立方厘米cm-3田间持水量,有机质含量为1.27%,1.53 g cm–3干容重、总氮为0.76%,0.93 g kg–1总磷,0.73 g kg–1总钾、0.31g kg–1可用磷、0.42 g kg–1可用钾。2019年和2020年TRM-ZS2自动气象站记录的玉米生长季(5 - 9月)降水和气温时间序列图(图2)。![]()
玉米(Zea mays L.)在新疆栽培作物中占有重要地位。本研究选用本地玉米品种“新玉66”。两年试验的播种日期分别为2019年5月2日和2020年5月4日，收获日期分别为2019年9月6日和2020年9月8日。玉米种植模式包括宽行(60厘米)和窄行(30厘米)交替，植株行距为20厘米，播种深度为4厘米(图3)，即每公顷82500株的种植密度。采用地膜滴灌，地膜宽度为1.45 m，每膜覆盖4行玉米。新疆天业节水灌溉有限公司生产的旧滴灌带，横放在窄排的中间。所使用滴灌带的参数为:外径16mm，壁厚0.3 mm，公称流量2.6 L h - 1，滴灌器间距30cm，毛细管间距90cm。![]()
本研究采用裂区设计，主区代表三种类型的薄膜，副区代表三种灌溉量。每个处理在3个重复中重复，共得到27个田间小区。每个地块测量5.0 m × 4.5 m，独立灌溉。本研究用的PF 是从新疆天业节水灌溉有限公司获得的。 BF 采购自山东天庄环保科技有限公司，有两种变种，诱导期分别为100天(BF1)和80天(BF2)。三种薄膜的厚度均为0.01 mm。3种灌溉水量分别为5250 m3 ha−1 (I1)、5625 m3 ha−1 (I2)和6000 m3 ha−1 (I3)。田间管理实践遵循当地玉米田生产标准。根据玉米的具体生长阶段分配灌溉量，比例分配如下:苗期(SP，灌一次)10%，拔节期(JP，灌三次)20%，抽雄期(TP，灌三次)45%，灌浆期(GP，灌两次)15%，成熟期(MP，灌一次)10%。在玉米整个生育期，施用尿素270 kg ha-1，磷肥105 kg ha-1，硫酸钾60 kg ha-1，施肥比例与灌溉比例一致。肥料与水充分混合，然后用泵输送到农田。不同地膜覆盖条件下玉米生长特性研究
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图4 2019年和2020年不同覆膜条件下3种灌水量对玉米株高(PH， (a-f))、叶面积指数(LAI， (g-l))和总生物量(TB， (m-r))的影响。总生物量包括根、茎、叶和穗的生物量。
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不同地膜覆盖下土壤CO2排放速率和累积CO2排放
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图5 2019 - 2020年不同覆膜和灌溉量的玉米田土壤CO2排放速率(Rs, mg m–2 h–1)。I1 (a)、I2 (b)和I3 (c)灌溉水平下不同覆膜下的Rs值。
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图6 2019年(a)和2020年(b)不同覆膜和灌溉量的玉米田生长过程中种植后天数的累积CO2排放量(CEco2,t ha–1)，以及2019年(c)和2020年(d)土壤CO2总排放量(t ha–1)。
不同地膜覆盖下玉米碳平衡研究
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图7 玉米收获株高、抽穗叶面积指数(LAI)和总生物量与玉米产量((a)、(b)、(c))、累积CO2排放量(Sco2、(d)、(e)、(f))和净碳固存(NCS、(g)、(h)、(i))的相关性。生物可降解膜覆盖显著降低了玉米的生长速度、产量和灌溉水生产力(IWP)，降低了生物可降解膜的诱导期。然而，实施适当的灌溉策略可以有效地抵消BFM的负面影响。此外，增加BF诱导期对土壤CO2排放量有积极的影响。尽管农田净碳固存量随着灌溉量的增加而增加，但这种增加主要归因于玉米总生物量的增加。与聚乙烯膜覆盖相比，聚乙烯膜覆盖降低了土壤CO2排放量(5.74 ~ 12.37%)，但对玉米田短期NCS无显著影响。其中，玉米株高、叶面积指数和总生物量与CO2总排放量和NCS呈正相关。在两年研究中，在BF诱导期100天，灌水量5625 m3 ha–1的情况下，在保持玉米产量的同时，实现了PFM的预期效果(p > 0.05)，减少农田土壤CO2排放。综上所述，基于田间经济效益和生态可持续性，在适当的灌溉策略下，较长诱导期的BF覆盖可以有效替代PFM。本研究为生物可降解膜在干旱、半干旱地区的推广利用提供了理论参考和依据。(欢迎大家投稿、转发和建议，也希望与您共同讨论相关知识，共同进步！)
