![]()
期刊：European Journal of Agronomy 1区TOP/IF=5.2
![]() 高氮下覆盖透明膜玉米产量最高；![]() 覆膜增加了光截距和吸收分数（fAPAR）；![]() 建立了经验回归函数计算冠层fAPAR；![]() 土壤-植物-大气连续介质系统(SPACSYS)模型用修正的辐射输入数据很好地模拟了产量。 |
在中国旱区，地膜覆盖已被广泛应用于提高作物产量。然而，由于底层PM表面的光学特性，不同颜色的PM对作物辐射利用的影响尚不清楚。在西北地区进行了为期两年的田间试验，测定了春玉米(Zea mays L.)生育期光合有效辐射截获和吸收动态(fIPAR和fAPAR)以及截获和吸收辐射的利用效率(RUEi和RUEa)。本研究考虑了2个施肥水平(高、低)和3个 PM处理(透明膜、黑膜和无膜)。同时还开发了经验回归函数来计算冠层fAPAR，包括冠层和下垫面特征。此外，本研究利用冠层吸收辐射驱动土壤-植物-大气连续体系统(SPACSYS)模型模拟玉米生物量和产量。本研究的目的:(1)量化不同施氮方式下玉米冠层辐射利用特征(fIPAR和fAPAR);(2)研究施氮方式对土壤温度和玉米生长的影响;(3)评估在不同施氮方式下结合冠层辐射是否能提高作物模型模拟玉米产量和生物量的准确性。于2019年4月至2020年9月在四川省曙光灌溉研究站(40°43′N, 107°13′E, 海拔1039 m)进行了田间试验。该地区为温带大陆性气候，年平均降雨量为135 毫米，年平均气温为7.8°C。2019年和2020年春玉米生长季(4 - 9月)降雨量分别为63.5 mm和137.5 mm。土壤0 ~ 60 cm土层为粉壤土(根据美国农业部土壤质地三角)，60 ~ 100 cm土层为分布不均砂。分区设计为随机区组设计，包括3个覆盖处理(主区)和2个施肥量(225 (H)和150 (L) kg N hm-2)作为副区。以透膜覆盖(TM)、黑膜覆盖(BM)和不覆盖(CK)为主。因此，采用HTM、LTM、HBM、LBM、HCK和LCK 6个组合处理，每个处理3个重复，共18个小区。每个地块测量了4 m × 12 m(宽×长)，周围有0.35 m宽的路径，并由一个2米的间隙隔开。在缝隙中垂直安装厚塑料膜，深度为1 m，防止相邻地块之间的土壤水盐交换。这些地块被放置在远离防护林的地方，以避免阴影效应。TM和BM处理采用透明和黑色塑料薄膜(厚度为0.010 mm)，反照率分别为0.11和0.09。每处理施用总氮的一半(尿素46%)作基肥，其余在灌浆期施用。H地块和L地块种植时分别施基肥150和100 kg P2O5 ha - 1。边界灌溉采用充足的灌溉水(500 mm)，避免水分胁迫。玉米(JINPING 628），每个地块有8行玉米，分成4条，玉米种子在整个地块纵向播种。播种深度为5 cm，播种间距为30 cm，播种密度为6.6万株hm - 2。种植方式如图S3所示。地膜在施基肥后播种前铺设。在整个生长季节，裸露区域进行人工除草，并使用杀虫剂防治昆虫。![]()
![]()
地面最低温度
![]()
图1 2019年(a)和2020年(b)生长季塑料膜覆盖处理和玉米生长阶段的平均土壤表面温度。V6, 6叶期;V12, 12叶期;VT，抽雄阶段;R3，灌浆阶段;R6，成熟期。处理:HTM、透明膜+高肥料;HBM，黑膜+高肥;HCK，无膜+高肥;LTM，透明膜+低肥;LBM，黑膜+低肥;LCK，无膜+低肥。
![]()
图2 2019年(a, c)和2020年(b, d)玉米生长季所有施肥和地膜覆盖处理叶面积指数(LAI)和相对叶绿素含量(SPAD)的动态变化
![]()
![]()
![]()
图3 所有处理(a) 2019年和(b) 2020年玉米生长季净光合速率的动态变化。![]()
图4 辐射利用效率估计为两个玉米生长季地上生物量与累积截获PAR (a)和吸收PAR (b)线性回归的斜率![]()
![]()
图5 2019年和2020年玉米生长季原始辐射和修正辐射的概率密度分布。蓝色曲线为气象站的辐射数据，橙色曲线为考虑作物吸收能力的估计辐射。蓝色和橙色的虚线分别表示原始辐射和修正后辐射的峰值。
![]()
图6 验证(a)玉米产量和(b)玉米生长季节不同管理措施下的地上生物量。蓝色和橙色分别代表使用SPACSYS模型和气象站辐射的模拟结果，以及考虑作物吸收能力的重新计算辐射。MBE:平均偏差误差，RMSE:均方根误差，R2:决定系数，CCC:一致相关系数，KGE: Kling-Gupta效率，PLA:百分比精度不足，PLP:百分比精度不足。高氮条件下，HTM、HBM和HCK分别为透明膜、黑膜和不覆盖;低氮下LTM、LBM和LCK分别为透明膜、黑色膜和不覆盖。R2、CCC和KGE值非常接近1，表明模型是理想的，而MBE、RMSE、PLA和PLP值接近0，表明模型效率提高。
(1)透膜与高氮配施显著增加了玉米冠层光合有效辐射截获和吸收组分，这主要归因于叶面积指数和相对叶绿素含量的增加。(2)在TM和高氮条件下，玉米产量增加较多，主要是由于玉米吸收吸收辐射利用效率提高、作物光合作用能力增强和籽粒灌浆期延长。(3)结合冠层辐射输入提高了SPACSYS模型模拟玉米生物量和产量的性能。通过分析透明地膜覆盖提高玉米产量的潜在机制，本研究结果建议在玉米种植地区，特别是西北旱地采用透明地膜覆盖。此外，本研究建议获取更多的冠层辐射数据，以提高作物模型模拟作物产量的准确性，特别是在覆盖农业区域。（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！）
