滲水地膜覆蓋栽培的土壤水溫效應(yīng)及對糜子生育的調(diào)控研究

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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滲水地膜覆蓋栽培的土壤水溫效應(yīng)及對糜子生育的調(diào)控研究

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：在甘肅會寧，以隴糜5號為指示品種，研究了滲水地膜覆蓋(T1)、普通地膜覆蓋(T2)、露地(T3)3種種植方式土壤水分、地溫效應(yīng)及對旱地糜子生長發(fā)育的影響。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(在出苗期、抽穗期和成熟期的20～40 cm及40～60 cm耕層，均是T1>T2)，微氣孔蒸發(fā)作用使得其0～20 cm耕層水分含量略低于普通地膜(在出苗期、抽穗期和成熟期的0～20 cm耕層，均是T2>T1)；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，且增產(chǎn)顯著，增產(chǎn)幅度分別是46.79%和67.13%，但滲水地膜和普通地膜處理之間產(chǎn)量差異不顯著。

關(guān)鍵詞：滲水地膜；旱地糜子；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，干旱造成作物減產(chǎn)甚至絕收。以地膜覆蓋為主的地表覆蓋栽培是提高旱地土壤貯水和作物產(chǎn)量的一個重要措施，并在北方旱區(qū)大面積推廣應(yīng)用[1]。滲水地膜是針對半干旱與半濕潤地區(qū)發(fā)生頻率達70%的小雨資源有效化利用問題，可使水分從膜面直接滲入土壤的新型地膜[2]，具有滲水、保水、增溫、微通氣、耐老化等功能[3]。目前，對滲水地膜覆蓋產(chǎn)量效應(yīng)方面的研究報道有小麥[4]、玉米[5-6]、高粱[7]、水地谷子[8]等，但對旱地糜子利用滲水地膜覆蓋產(chǎn)量效應(yīng)方面的影響尚未見報道。糜子(PanicummiliaceumL．)是我國北方干旱半干旱地區(qū)種植的主要小秋糧食作物[9-11]，具有抗旱、耐貧瘠、耐鹽堿、早熟的特性[12-13]，在我國北方旱作農(nóng)業(yè)區(qū)糧食穩(wěn)產(chǎn)和抗旱避災(zāi)中起著重要的作用[14]。本研究通過試驗，研究了滲水地膜覆蓋栽培對旱地糜子生長發(fā)育的影響及土壤水溫效應(yīng)，旨在為半干旱地區(qū)旱地糜子利用滲水地膜覆蓋栽培生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1試驗材料及方法

1.1試區(qū)概況

試驗設(shè)在甘肅省會寧縣中川鄉(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)，年降雨量約400～450 mm，無霜期130 d左右，年平均氣溫在10.0℃～15.5℃之間，年日照時數(shù)2 520 h。試驗地前茬為小麥，試驗地為旱川地，土壤為黃綿土，地勢平坦。

1.2試驗材料與試驗設(shè)計

試驗于2013年進行，供試糜子品種為隴糜5號。試驗為單因素試驗，分別為滲水地膜鋪蓋處理(T1)、普通地膜覆蓋處理(T2)、露地處理(T3)3個處理，隨機區(qū)組設(shè)計，設(shè)3次重復(fù)。試驗于7月2日在當(dāng)年小麥收獲后的地塊復(fù)種，小區(qū)面積4.8 m×9 m，滲水地膜和普通地膜覆蓋的小區(qū)每區(qū)4膜，用穴播機穴播5行，穴距13 cm，每穴保苗2株；露地處理的小區(qū)播種方式和留苗密度與地膜覆蓋的一致。地膜規(guī)格普通地膜厚度0.008 mm，寬度1.2 m，滲水地膜厚度0.006 mm，寬度1.2 m。

1.3測定項目及方法

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式取樣，分別測定0～20 cm、20～40 cm、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測定耕層5、10、15、20、25 cm在8∶00、12∶00、18∶00時的溫度；記載生育時期，成熟后各處理每小區(qū)隨機取樣10株，參照《黍稷種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標準》[15]，分別對株高、主莖粗、主莖節(jié)數(shù)、主穗長、單株穗重、單株粒重、千粒重等性狀進行室內(nèi)考種，以3次重復(fù)平均值作為各處理性狀指標的代表值；各處理小區(qū)單獨收獲、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

從表1可以看出，在糜子生育期不同的覆蓋處理方式耕層土壤的含水量不同。比較發(fā)現(xiàn)，在出苗期、抽穗期和成熟期0～20、20～40、40～60 cm耕層的土壤含水量，均是滲水地膜覆蓋處理(T1)>露地處理(T3)，說明滲水地膜與露地相比，具有較好的蓄水、保水效果；比較滲水地膜覆蓋處理和普通地膜覆蓋處理，在出苗期、抽穗期和成熟期的0～20 cm耕層，均是T2>T1，3個時期的差值分別是0.6%、0.2%、3.1%，可見在出苗期和抽穗期的0～20 cm耕層，普通地膜下的含水量略高于滲水地膜，但在成熟期普通地膜由于大雨側(cè)滲使得膜下含水量明顯高于滲水地膜下的含水量；在20～40 cm及40～60 cm耕層，均是T1>T2，兩者之間差值在0.1%～1.5%之間，而且在干旱少雨的抽穗期，兩者差值較大，達到1.5%，說明滲水地膜在降雨量較小時能接納更多的雨水，蓄水、保水的能力強于普通地膜。從糜子不同生長發(fā)育階段相同處理的耕層土壤含水量變異系數(shù)來看， T2>T1>T3，說明不同生育期各耕層土壤含水量的差異是普通地膜>滲水地膜>露地。

表1　各處理不同階段耕層土壤含水量/%

2.2不同處理耕層土壤溫度的變化

從圖1、圖2、圖3可以看出，3種處理方式，在不同生育期、不同時間段測定的地溫變化較大。滲水地膜覆蓋的處理與露地處理相比，在出苗期的8∶00、12∶00、18∶00測定的5、10、15、20、25 cm各土層平均溫度分別是22.8℃、28.8℃、32.6℃和20.2℃、24.5℃、28.1℃，滲水地膜下的各耕層平均溫度比露地分別高出2.6℃、4.3℃、4.5℃；在抽穗期的8∶00、12∶00、18∶00測定的5、10、15、20、25 cm各土層平均溫度分別是22.2℃、25.0℃、25.9℃和20.1℃、23.0℃、23.3℃，滲水地膜下的各耕層平均溫度比露地分別高出2.1℃、2.0℃、2.6℃；在成熟期的8∶00、12∶00、18∶00測定的5、10、15、20、25 cm各土層平均溫度分別是12.0℃、17.4℃、18.4℃和10.5℃、15.8℃、17.0℃，滲水地膜下的各耕層平均溫度比露地分別高出1.5℃、1.6℃、1.4℃，可見，在不同生育期，滲水地膜下的各土層平均溫度，比露地高出1.4℃～4.5℃，說明在此試驗中滲水地膜覆蓋具有提高土壤耕層溫度的作用。滲水地膜覆蓋處理與普通地膜覆蓋處理相比，在出苗期、抽穗期和成熟期的8∶00、12∶00、18∶00測定的5、10、15、20、25 cm各土層平均溫度趨勢都是T2>T1，兩者之間差值在0.2℃～3℃之間，而且發(fā)現(xiàn)在氣溫較低時，測定的T1和T2之間溫差較小，兩者之間差值在0℃～1℃左右，而在溫度較高時測定的T1和T2之間溫差較大，例如在出苗期的12∶00測定的5 cm和10 cm耕層的溫度，T2為42.1℃和38.9℃，而T1為38.6℃和32.0℃，說明在溫度較高時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明顯低于普通地膜覆蓋下的地溫，這能起到保護作物根部的作用，有利于作物生長發(fā)育。

圖1　出苗期不同處理耕層土壤溫度變化

圖2　抽穗期不同處理耕層土壤溫度變化

圖3成熟期不同處理耕層土壤溫度變化

Fig.3Soil temperature variations at different layers by treatments at maturation stage

2.3不同處理對糜子生育期及農(nóng)藝性狀的影響

從表2可以看出，利用滲水地膜覆蓋的糜子成熟期比露地提前6 d、株高比露地的高出20.69 cm、主穗長比露地長2.71 cm、株穗重比露地重2.17 g、株粒重比露地重2.62 g、千粒重比露地重1.15 g，而且以上各指標滲水地膜和露地處理間均達到差異顯著水平，說明利用滲水地膜覆蓋與露地相比，具有明顯縮短糜子生育期、提高糜子農(nóng)藝性狀的作用，這有利于作物獲得更高的產(chǎn)量；滲水地膜處理與普通地膜處理相比，糜子成熟期推后2天，主穗長、株穗重、株粒重略高于普通地膜處理的，而莖粗、莖節(jié)數(shù)、株高、千粒重、出谷率略低于普通地膜處理的，但兩處理各指標之間的差異均不顯著，說明滲水地膜和普通地膜同樣具有縮短糜子生育期，提高糜子農(nóng)藝性狀的作用。

表2　各處理生育期及農(nóng)藝性狀

注：不同字母表示差異顯著(P<0.05)，數(shù)值為平均值±標準差。

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

2.4不同處理對糜子產(chǎn)量的影響

從表3可以看出，利用滲水地膜覆蓋的處理與露地處理相比，糜子的產(chǎn)量提高了647.85 kg·hm-2，滲水地膜處理比露地處理的糜子增產(chǎn)幅度達到46.79%，兩種處理的產(chǎn)量差異達到顯著水平，說明滲水地膜處理和露地處理相比，增產(chǎn)顯著；滲水地膜處理與普通地膜處理相比，其糜子產(chǎn)量低于普通地膜處理的產(chǎn)量，但兩處理之間的糜子產(chǎn)量差異不顯著，說明在此試驗中，滲水地膜覆蓋和普通地膜覆蓋與露地相比，都具有顯著的增產(chǎn)作用，但滲水地膜覆蓋與普通地膜覆蓋處理相比，對糜子產(chǎn)量而言，差異不顯著。

表3　不同處理間產(chǎn)量差異

3討論

滲水地膜具有滲水、保水、增溫、微通氣等功能[3]。張全發(fā)等[6]研究指出：滲水膜的主要功能之一是使小雨充分入滲， 達到最大限度地利用，滲水地膜具有微通透性，不僅可以將小雨及時入滲， 而且當(dāng)膜下溫度增高時膜孔開張又具有調(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[16]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。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)或高溫時刻由于比普通地膜的地溫低，更能起到護根和促進作物生長的作用。原紅娟等[17]的研究指出滲水地膜做到了在土壤含水量高于普通地膜的情況下而土壤溫度略高于普通地膜或與其持平，而且土壤溫度較為穩(wěn)定，同時增強了土壤的通氣性；徐瀾等[18]研究表明：滲水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[19]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。

本試驗研究表明：① 不同覆蓋方式的糜子栽培試驗土壤含水量存在一定的差異，滲水地膜在降雨量較小時能接納更多的雨水，蓄水、保水的能力強于普通地膜，這一結(jié)論與張全發(fā)等[6]、原紅娟等[17]。學(xué)者的研究結(jié)論一致，同時本研究表明，微氣孔蒸發(fā)作用使得其0～20 cm耕層水分含量略低于普通地膜，這一結(jié)論以上學(xué)者的研究中未提及；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)氣溫較低時，滲水地膜與普通地膜有相似的保溫增溫效應(yīng)，在溫度較高時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，這一結(jié)論與張全發(fā)等[6]、薛玉華[16]、李開宇等[19]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比，具有縮短糜子生育期，改善糜子農(nóng)藝性狀，顯著提高糜子產(chǎn)量的作用，這點與以上學(xué)者的研究結(jié)論一致。

本試驗研究還表明：利用滲水地膜覆蓋的糜子成熟期比普通地膜覆蓋的推遲2 d，滲水地膜覆蓋處理下糜子產(chǎn)量略低于普通地膜覆蓋處理下的糜子產(chǎn)量，但兩處理之間產(chǎn)量差異不顯著；這一結(jié)論與郭秀卿等[20]、李開宇等[19]研究結(jié)論有所不同，這可能與本試驗是在麥后復(fù)種，生長季節(jié)主要8—9月份，與4—7月份相比，當(dāng)季雨水相對較為充足，尤其熱量不足，而滲水地膜膜下含水量與普通地膜下含水量差異不顯著，溫度略低于普通地膜膜下溫度有關(guān)，具體情況還需要進一步研究探討。

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Study of water-permeable plastic film mulching on soil moisture and temperature and growth and development regulation of broomcornmillet

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

(CropResearchInstitute,GansuProvinceAcademyofAgriculturalSciences,Lanzhou,Gansu730070,China)

Abstract：In Huining county, Gansu province, Longmi 5 was used as the indicator cultivar to study the effects of water-permeable plastic film mulching, common plastic film mulching and no mulching on soil moisture and temperature, growth and development of broomcornmillet. The result showed that water-permeable plastic film with moisture permeable function was more effective on the water retention than common plastic film. However, micropore evaporation of the water-permeable plastic film caused moisture content slightly lower than that of the common plastic film at 0～20 cm soil layer. Compared with open ground, water-permeable plastic film and common plastic film had obvious effects on heat insulation and temperature increasing, which significantly increased broomcorn millet yield by 46.79% and 67.13%, respectively. However, there was no significant difference in yield between plastic film mulching modes.

Keywords:water-permeable plastic film; dry land broomcornmillet; soil moisture; soil temperature; yield

中圖分類號：S516

文獻標志碼：A

作者簡介：任瑞玉(1966—)，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—)，主要從事小雜糧育種與種質(zhì)資源研究。 E-mail:13519638111@163.com。

基金項目：國家科技支撐計劃(2014BAD07B03)；國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系(CARS-07-12.5-A5)；甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院院地科技合作項目(2014GAAS10)

收稿日期：2015-04-01

doi:10.7606/j.issn.1000-7601.2016.02.12

文章編號：1000-7601(2016)02-0076-05