旱地谷子滲水地膜覆蓋栽培的土壤水溫效應(yīng)及其生長發(fā)育研究

任瑞玉，何繼紅，董孔軍，劉天鵬，張　磊，楊天育

(甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所， 甘肅 蘭州 730070)

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旱地谷子滲水地膜覆蓋栽培的土壤水溫效應(yīng)及其生長發(fā)育研究

任瑞玉，何繼紅，董孔軍，劉天鵬，張磊，楊天育

(甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所， 甘肅 蘭州 730070)

摘要：為了給旱地谷子滲水地膜覆蓋栽培技術(shù)的推廣應(yīng)用提供參考，在年降雨量400 mm的甘肅中部半干旱地區(qū)研究了旱地谷子滲水地膜覆蓋種植的土壤水分、地溫效應(yīng)及對(duì)其生長發(fā)育的影響。試驗(yàn)設(shè)露地、普通地膜覆蓋、滲水地膜覆蓋3個(gè)處理，采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，在谷子出苗期、抽穗期、成熟期分別測定各處理耕層含水量、溫度，收獲后記產(chǎn)。結(jié)果表明：滲水地膜的滲水作用使其比普通地膜能接納更多的雨水(在抽穗期，滲水地膜下0～20、20～40、40～60 cm耕層的含水量分別為8.1%、10.3%、12.7%，而普通地膜為8.1%、9.3%、12.6%，在成熟期，滲水地膜覆蓋0～20、20～40、40～60 cm耕層的含水量分別為7.4%、9.6%、10.7%，而普通地膜為5.8%、6.3%、9.1%，均是T1>T2)；滲水地膜和普通地膜都具有提高地溫的作用，而且滲水地膜在溫度較低時(shí)提高地溫的效果更優(yōu)于普通地膜(在谷子成熟期，當(dāng)溫度低于15℃時(shí)，T1>T2)，在溫度較高時(shí)滲水地膜的微氣孔張開，具有調(diào)溫作用，使得在氣溫較高時(shí)滲水地膜覆蓋下的地溫明顯低于普通地膜覆蓋下的地溫(在出苗期的12∶00和18∶00普通地膜下溫度超過30℃時(shí)，T2、T1之間的差值明顯增大)；滲水地膜覆蓋處理較普通地膜相比，具有改善谷子農(nóng)藝性狀的作用，且使谷子增產(chǎn)6.75%。

關(guān)鍵詞：滲水地膜；旱地谷子；土壤水分；地溫；產(chǎn)量

在西北干旱地區(qū)，干旱缺水是制約農(nóng)作物生產(chǎn)的重要因素，干旱常造成作物減產(chǎn)甚至絕收。如何有效應(yīng)用抗旱保墑和集雨技術(shù)，挖掘現(xiàn)有降水生產(chǎn)潛力，是發(fā)展旱作農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要途徑之一[1]。張德奇[2]研究指出，地表覆蓋可有效保蓄土壤水分，減少蒸發(fā)，協(xié)調(diào)作物生長用水、需水矛盾，并且可促進(jìn)深層水分的利用。因此，以地膜覆蓋為主的地表覆蓋栽培成為增加旱地土壤貯水和提高作物產(chǎn)量的一個(gè)重要措施，在北方旱區(qū)大面積推廣應(yīng)用[3-4]。但地膜覆蓋技術(shù)雖然有較強(qiáng)的增溫、保墑作用，在接納雨水方面， 卻起了阻隔作用[5]，由姚建明等[6-8]專家研制的滲水地膜可使水分從膜面直接滲入土壤，具有滲水、保水、增溫、微通氣、耐老化等功能。滲水地膜面世后，研制單位和其它研究單位對(duì)滲水地膜在小麥[9]、玉米[10-11]、高粱[12]、水地谷子[13]等大田作物上的應(yīng)用進(jìn)行了大量研究，為不斷完善干旱半干旱地區(qū)作物覆蓋栽培理論與技術(shù)體系起到積極推動(dòng)作用[8]。谷子是北方干旱半干旱地區(qū)重要的秋糧作物, 在旱作農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占有重要地位。實(shí)踐證明, 谷子地膜覆蓋栽培技術(shù)是一項(xiàng)增產(chǎn)增效的農(nóng)業(yè)實(shí)用技術(shù), 它改變了舊的谷子耕作栽培習(xí)慣, 給旱地谷子生產(chǎn)帶來了新的發(fā)展契機(jī)[14]。研究也表明，旱地谷子滲水地膜覆蓋種植，可提高土壤溫度[15]，保持土壤水分，提高降水利用率[16]，提高旱地谷子產(chǎn)量[17]。但是對(duì)年降雨量400 mm的半干旱區(qū)旱地谷子滲水地膜覆蓋栽培的土壤水分、溫度效應(yīng)及對(duì)谷子農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的影響研究尚未見報(bào)道。本研究旨在通過研究旱地谷子滲水地膜覆蓋種植的土壤水分、溫度效應(yīng)及對(duì)谷子農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的影響,為谷子滲水地膜覆蓋栽培技術(shù)的推廣應(yīng)用提供參考。

1試驗(yàn)材料及方法

1.1試區(qū)概況

試驗(yàn)設(shè)在甘肅省會(huì)寧縣中川鄉(xiāng)王河村，位于北緯35°40′，東經(jīng)105°06′，海拔1 800.5 m，屬半干旱地區(qū)。常年降雨量約400 mm，無霜期130 d左右，年平均氣溫在10.0℃～15．5℃之間，年日照時(shí)數(shù)2 520 h,≥10℃的積溫1 860℃；當(dāng)年降雨量為423 mm，無霜期129 d，年平均氣溫9.5℃，年日照時(shí)數(shù)2 372 h。試驗(yàn)?zāi)攴莸臍庀筚Y料與常年相比，降雨量增加了23 mm，無霜期、年平均氣溫、年日照時(shí)數(shù)均低于常年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。試驗(yàn)地前茬為小麥，試驗(yàn)地為旱川地，土壤為黃綿土，地勢平坦。

1.2試驗(yàn)材料與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試材料為甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物所育成的早熟谷子品種隴谷7號(hào)，設(shè)滲水地膜覆蓋處理(T1)、普通地膜覆蓋處理(T2)、露地處理(T3)3個(gè)處理，隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)，小區(qū)面積43 m2(4.8 m×9 m)。試驗(yàn)于7月2日在小麥?zhǔn)斋@后的地塊復(fù)種，試驗(yàn)用普通地膜厚度0.008 mm，寬度1.2 m，滲水地膜厚度0.006 mm，寬度1.2 m。滲水地膜和普通地膜每膜種植5行，用穴播機(jī)穴播，穴距13 cm，每穴保苗2株；露地處理小區(qū)播種方式和留苗密度與地膜覆蓋的一致。

1.3測定項(xiàng)目及方法

土壤水分測定采用烘干法，在出苗期、抽穗期和成熟期采用三點(diǎn)式取樣，分別測定0～20、20～40、40～60 cm耕層土壤水分；土壤溫度在出苗期、抽穗期和成熟期采用地溫儀分別測定8∶00、12∶00、18∶00耕層5、10、15、20、25 cm的溫度；記載生育時(shí)期，成熟后各處理每小區(qū)隨機(jī)取樣10株，參照《谷子種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》[18]分別對(duì)株高、主莖粗、主莖節(jié)數(shù)、主穗長、單株穗重、單株粒重、千粒重等性狀進(jìn)行室內(nèi)考種，以3次重復(fù)平均值作為各處理性狀指標(biāo)的代表值；各處理小區(qū)單獨(dú)收獲、脫粒、記產(chǎn)。

1.4數(shù)據(jù)處理與分析

數(shù)據(jù)整理采用Excel，方差分析采用DPS，多重比較采用Duncan新復(fù)極差法。

2結(jié)果與分析

2.1不同處理耕層土壤含水量的變化

表1是滲水地膜、普通地膜、露地3個(gè)覆蓋處理分別在出苗期、抽穗期、成熟期不同耕層的土壤含水量。從表1可以看出，各處理不同生育期的各耕層土壤含水量有所不同，在出苗期、抽穗期、成熟期0～60 cm耕層的平均含水量，T1比T3高1.36%；分別比較T1、T3在出苗期、抽穗期、成熟期0～20、20～40、40～60 cm耕層的土壤含水量，均是T1>T3；說明在此試驗(yàn)中，滲水地膜覆蓋與露地相比，具有明顯的蓄水、保墑作用。比較滲水地膜處理和普通地膜處理，在出苗期滲水地膜下0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm耕層的含水量分別為15.1%、16.8%、16.9%，而普通地膜為17.1%、17.2%、16.9%，T2>T1，但從兩組數(shù)據(jù)來看，滲水地膜水分下滲、蓄水效果更好；在抽穗期，滲水地膜下0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm耕層的含水量分別為8.1%、10.3%、12.7%，而普通地膜為8.1%、9.3%、12.6%，在0～20 cm耕層T1=T2，在20～40 cm和40～60 cm耕層都是T1>T2；在成熟期，滲水地膜下0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm耕層的含水量分別為7.4%、9.6%、10.7%，而普通地膜為5.8%、6.3%、9.1%，均是T1>T2，說明滲水地膜與普通地膜相比不僅水分下滲、蓄水效果更好，而且在降雨量較小、尤其為日降水較小的小雨時(shí)，通過微孔入滲能夠接納更多的雨水。比較T1、T2在出苗期、抽穗期、成熟期3個(gè)耕層含水量的變異系數(shù)，T1為30.14，T2為41.20，是T2>T1，更加說明滲水地膜的保水、調(diào)節(jié)水分供給的效果優(yōu)于普通地膜。

2.2不同處理耕層土壤溫度的變化

圖1、圖2、圖3分別是谷子出苗期、抽穗期和成熟期3個(gè)處理不同耕層的土壤溫度變化情況。從圖1可以看出，在谷子出苗期，滲水地膜覆蓋處理與露地處理相比，在8∶00、12∶00、18∶00測定的膜下5、10、15、20、25 cm各土層平均溫度，均是T1>T3，說明滲水地膜覆蓋具有提高土壤耕層溫度的作用；再比較滲水地膜覆蓋處理和普通地膜覆蓋處理，在8∶00、12∶00、18∶00測定的膜下5、10、15、20、25 cm各土層平均溫度，均是T2>T1，但是在12∶00和18∶00普通地膜下溫度超過30℃時(shí)，T2、T1之間的差值明顯增大，說明在溫度較高時(shí)滲水地膜的微氣孔張開，具有調(diào)溫作用，使得滲水地膜覆蓋下的地溫在氣溫較高時(shí)明顯低于普通地膜覆蓋下的地溫，這能起到保護(hù)作物根部的作用，有利于作物生長發(fā)育。

從圖2可以看出，在谷子抽穗期，3個(gè)處理不同耕層、不同時(shí)間段測定的溫度在20℃～30℃之間，均是T2>T1>T3，而且T1、T2之間的溫差較小，說明滲水地膜和普通地膜在這里同樣發(fā)揮了提高地溫的作用。

圖2抽穗期不同處理耕層土壤溫度變化

Fig.2Soil temperature variation of different layer

among treatments at heading stage

從圖3可以看出，在谷子成熟期，當(dāng)溫度比較低時(shí)，T1>T2，例如8∶00測定的5 cm耕層溫度，T1為10.0℃、T2為9.1℃，10 cm耕層溫度T1為10.7℃、T2為10.3℃；當(dāng)溫度≥15℃時(shí)，測定的耕層溫度是T2>T1，而且在谷子成熟期的不同耕層、不同時(shí)間段測定的溫度均是T3最小，說明滲水地膜和普通地膜都具有提高地溫的作用，而且滲水地膜在溫度較低時(shí)提高地溫的效果更優(yōu)于普通地膜。

圖3成熟期不同處理耕層土壤溫度變化

Fig.3Soil temperature variation of different layer

among treatments at maturation stage

2.3不同處理對(duì)谷子生育期及農(nóng)藝性狀的影響

從表3可以看出，與露地種植相比，滲水地膜覆蓋種植谷子成熟期提前5 d，株高增加23.26 cm，穗長增加4.53 cm，株穗重增加4.96 g，株粒重增加4.14 g，方差分析表明以上各指標(biāo)滲水地膜和露地處理間差異均達(dá)到顯著水平，說明旱地谷子滲水地膜覆蓋種植與露地相比具有明顯縮短谷子生育期、改善谷子農(nóng)藝性狀的作用；與普通地膜覆蓋種植相比，滲水地膜覆蓋種植谷子成熟期推后3 d，穗長增長2.62 cm，兩性狀之間差異達(dá)到顯著水平，而株高、株穗重、株粒重、千粒重等指標(biāo)均高于后者，但兩者間差異均不顯著，說明滲水地膜在改善谷子農(nóng)藝性狀方面效果更優(yōu)于普通地膜。

注：不同字母表示差異顯著(P<0.05)，數(shù)值為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。

Note： Different letters mean significant difference at 0.05 probability level. Values are means±SE.

2.4不同處理對(duì)谷子產(chǎn)量的影響

從表3可以看出，谷子滲水地膜覆蓋種植產(chǎn)量比露地提高了1 095.755 kg·hm-2，增產(chǎn)151.71%，產(chǎn)量差異達(dá)到極顯著水平；比普通地膜覆蓋種植產(chǎn)量增加115.05 kg·hm-2，增產(chǎn)6.75%，產(chǎn)量差異不顯著。說明旱地谷子利用滲水地膜覆蓋種植和普通地膜覆蓋種植與露地相比均具有極顯著的增產(chǎn)作用，滲水地膜覆蓋種植與普通地膜覆蓋種植相比具有增產(chǎn)作用，但產(chǎn)量差異不顯著。

3結(jié)論與討論

滲水地膜具有滲水、保水、增溫、微通氣等功能[7]。張全發(fā)等[11]研究指出：滲水地膜的主要功能之一是小雨可充分入滲，能最大限度地利用降水；滲水地膜具有微通透性，不僅可以將小雨及時(shí)入滲， 而且當(dāng)膜下溫度增高時(shí)膜孔開張又具有調(diào)溫作用。這種調(diào)節(jié)極端最高溫度的作用是其它任何普通地膜所不及的；薛玉華[18]研究表明：滲水地膜具有滲水性、保水性、調(diào)溫性，在春季或氣溫較低的季節(jié)，滲水地膜與普通地膜有相似的保溫增溫效應(yīng)，滲水地膜的膜下地溫僅比普通地膜的低1℃左右。在盛夏或高溫季節(jié)(氣溫35℃)時(shí)，滲水地膜下的地溫明顯低于普通地膜下的地溫，且隨氣溫的升高與普通地膜下的溫差增大。這樣，在低溫季節(jié)利于作物生長．在高溫特別是極端高溫季節(jié)或高溫時(shí)刻由于比普通地膜的地溫低，更能起到護(hù)根和促進(jìn)作物生長的作用。徐瀾等[19]研究表明：滲水地膜覆蓋旱作玉米能顯著地改善土壤水、溫條件，水分利用效率增加，最終表現(xiàn)為產(chǎn)量的增加。李開宇等[20]研究表明：滲水地膜的增溫、緩溫效應(yīng)，提高了土壤的溫度，使土壤溫度的變化幅度較小，在晴天中午其溫度低于露地，避免根系受到高溫危害；不同覆蓋方式均能增加玉米產(chǎn)量，其中以滲水地膜覆蓋增產(chǎn)效果最為明顯。

本試驗(yàn)研究表明：(1)不同覆蓋方式的谷子栽培試驗(yàn)土壤含水量存在一定的差異，滲水地膜和普通地膜與露地相比都具有蓄水保水的作用，但滲水地膜覆蓋的土壤耕層平均含水量大于普通地膜的土壤耕層平均含水量。在谷子出苗期降雨量較大時(shí)，普通地膜通過側(cè)滲，膜下含水量高于滲水地膜，在谷子抽穗期和成熟期降雨量較小，尤其為日降水較小的小雨時(shí)，由于滲水地膜的小雨入滲作用，使得滲水地膜覆蓋下的耕層含水量大于普通地膜覆蓋下的耕層含水量。這一研究結(jié)論與張全發(fā)等[11]、薛玉華[18]等學(xué)者的研究結(jié)論一致。(2)與露地相比，滲水地膜和普通地膜覆蓋都具有明顯的增溫和保溫效果。當(dāng)溫度比較低時(shí)，滲水地膜下耕層溫度高于普通地膜下溫度；當(dāng)溫度在15℃～30℃時(shí)，滲水地膜下耕層溫度略低于普通地膜下耕層溫度；當(dāng)溫度>30℃時(shí)，滲水地膜下耕層溫度明顯低于普通地膜下溫度。說明滲水地膜和普通地膜都具有提高地溫的作用，而且滲水地膜在溫度較低時(shí)提高地溫的效果更優(yōu)于普通地膜，在溫度較高時(shí)滲水地膜的微氣孔張開，具有調(diào)溫作用，使得滲水地膜下的溫度明顯低于普通地膜。這一研究結(jié)論也與張全發(fā)等[11]、薛玉華等[21]學(xué)者的研究結(jié)論一致。(3)滲水地膜覆蓋處理和普通地膜處理與露地處理對(duì)比，具有縮短谷子生育期、改善谷子農(nóng)藝性狀、顯著提高谷子產(chǎn)量的作用；滲水地膜覆蓋處理谷子產(chǎn)量比普通地膜覆蓋處理的谷子產(chǎn)量增產(chǎn)6.75%。這一研究結(jié)論與徐瀾等[19]、李開宇等[20]學(xué)者的研究結(jié)論一致。

本試驗(yàn)研究還表明：利用滲水地膜覆蓋的谷子成熟期比普通地膜覆蓋的推遲3 d，這一結(jié)論與郭秀卿等[17]、李開宇等[20]研究結(jié)論有所不同，這可能與本試驗(yàn)是在麥后復(fù)種，生長季節(jié)主要8—9月份，與4—7月份相比，當(dāng)季熱量不足，谷子營養(yǎng)生長期滲水地膜覆蓋下的耕層溫度略低于普通地膜膜下溫度有關(guān),具體原因還需要進(jìn)一步研究探討。

參 考 文 獻(xiàn)：

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Effects of water-permeability plastic film mulching on soil moisture,temperature and growth and development of foxtail millet in dry land

REN Rui-yu, HE Ji-hong, DONG Kong-jun, LIU Tian-peng, ZHANG Lei, YANG Tian-yu

(CropResearchInstitute,GansuProvinceAcademyofAgriculturalSciences,Lanzhou,Gansu730070,China)

Keywords:water-permeability plastic membrane; foxtail millet; soil moisture; soil temperature; yield

Abstract：In order to provide reference for the popularization and application of water-permeability plastic film mulching cultivation technology on foxtail millet in dryland, effects of water-permeability plastic film mulching on soil moisture, temperature and growth and development of foxtail millet in dry land were investigated on the study. In semi-arid area of central Gansu where annual rainfall is about 400 mm, the single factor randomized block design with open ground, common plastic film mulching, and water-permeability plastic film treatments were adopted and soil moisture content, soil temperature, and yield were measured at emergence, heading, and maturation stages in the experiment. The results showed that water-permeability plastic film with moisture permeable function enabled soil to absorb more water than common plastic film (the average soil moisture content of water-permeability plastic film is higher than the common plastic film in each growth period). Water-permeability plastic membrane and common plastic film mulching both increased soil temperature. However, due to the regulatory function of micropores in water-permeability plastic film, it was easier to have temperature increased at low temperatures and cause temperature reduced at high temperatures than the common plastic film. Compared with common plastic film, water-permeability plastic film treatment can improve agronomic traits and increase foxtail millet yield by 6.75%.

文章編號(hào)：1000-7601(2016)03-0127-05

doi:10.7606/j.issn.1000-7601.2016.03.20

收稿日期：2015-05-22

基金項(xiàng)目：國家科技支撐計(jì)劃(2014BAD07B01；2013BAD01B05-9)

作者簡介：任瑞玉(1966—)，甘肅臨洮人，高級(jí)農(nóng)藝師，主要從事小雜糧育種與種質(zhì)資源研究。E-mail:lzhrry2006@163.com。 通信作者：楊天育(1968—)，甘肅渭源人，研究員，主要從事小雜糧育種與種質(zhì)資源研究。E-mail:13519638111@163.com。

中圖分類號(hào)：S318； S515

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A