不同覆蓋方式對鹽堿原土土壤水分和油葵產(chǎn)量的影響

呂雯 孫兆軍 李茜 羅成科

摘要[目的]研究不同覆蓋方式對鹽堿原土土壤水分和油葵產(chǎn)量的影響。[方法]設(shè)置地膜+秸稈覆蓋（PSM）、地膜覆蓋（PM）、秸稈覆蓋（SM）和無覆蓋常規(guī)種植（CK）4個處理，探討不同覆蓋條件下油葵種植地土壤水分時空特征及對其生長、產(chǎn)量的影響。[結(jié)果]PSM處理在苗期0～30 cm土壤水分顯著低于PM、SM和CK處理（P<0.05），而在現(xiàn)蕾期，PSM處理在該層的土壤含水量顯著高于其他3種處理；PSM處理最大株高和葉片數(shù)為112.3 cm和27.0片，顯著大于PM、CK和SM處理（P<0.05），產(chǎn)量比其他3種處理分別提高了35.45%、120.15%、87.80%（P<0.05），PSM處理的水分利用效率分別比SM和CK處理提高了10.80%、32.72%。[結(jié)論]在鹽堿原土種植油葵采用地膜+秸稈覆蓋能提高天然降水的生產(chǎn)潛力，促進(jìn)節(jié)水生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞覆蓋；土壤水分；產(chǎn)量

中圖分類號S565.5文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號0517-6611（2017）14-0026-03

Abstract[Objective]Effects of different mulching methods on soil water and Helianthus annuus yield were studied.[Method]The field management practices including plastic film and straw dualmulching（PSM），plastic film mulching（PM），straw mulching（SM）and conventional tillage（CK）were designed to study their effects on soil water use efficiency （WUE） and crop yield.[Result] In the seedling stage of H.annuus at the topsoil （0-30 cm），the soil water content in the treatment of PSM was lower （P<0.05） than that of PM，SM and CK，respectively.However，the water content in PSM treatment in the squaring stage was higher （P<0.05） than that in the treatments of PM，SM and CK，respectively.Plant height and leaf number of PSM treatment were 112.3 cm and 27.0，which were significantly greater than other treatments（P<0.05）.The yield of H.annuus in the treatment of PSM was 35.45%，120.15% and 87.80% higher than that in treatments of PM，SM and CK （P<0.05）.The water use efficiency of PSM treatment increased by 10.80% and 32.71%，respectively，compared with the treatments of SM and CK.[Conclusion]Using plastic film and straw dualmulching to plant H.annuus in original saline alkali soil can raise the production potential of natural precipitation and promote watersaving production.

Key words Mulch；Soil moisture；Yield

河套地區(qū)是我國西部地區(qū)重要的生態(tài)屏障，土壤鹽漬化和水資源短缺是該地區(qū)綠洲生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要限制因素。降雨或灌溉后，鹽堿原土分布地區(qū)水分很難下滲，植物生長受到不同程度的限制，成片的鹽堿原土變?yōu)榛牡?。采用旱作地面覆蓋是減少土壤水分蒸發(fā)，增加土壤有效貯水量，減少土壤鹽分表聚和改良鹽堿原土的重要手段[1-5]。油葵是一種耐鹽堿耐旱作物，廣泛種植在新開墾的鹽堿原土和中低產(chǎn)田中。在油葵種植中采用地膜和秸稈單一覆蓋方式種植時，也存在著一些不利因素。由于新開墾的鹽堿原土可耕作性差，采用地膜覆蓋種植作物時出現(xiàn)膜孔泥濘、板結(jié)及積鹽[6-8]等現(xiàn)象，從而造成油葵大幅減產(chǎn)。同時有研究表明，地膜覆蓋會使作物早衰減產(chǎn)[9-10]；秸稈覆蓋會產(chǎn)生前期低溫效應(yīng)[11-15]，從而導(dǎo)致作物產(chǎn)量降低。

目前關(guān)于不同覆蓋方式對鹽堿地土壤種植油葵產(chǎn)量及生長影響的研究較少。筆者對比4種不同覆蓋方式下土壤剖面水分分布及其隨降雨和時間的變化特點(diǎn)，并研究其對油葵生長發(fā)育及產(chǎn)量形成等方面的影響，探索改良鹽堿原土荒地和鹽漬化中低產(chǎn)田，提高耕地土壤保水能力和降水利用效率的方法和途徑，為實現(xiàn)鹽堿地原土改良種植油葵的可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支撐。

1材料與方法

1.1試驗區(qū)概況試驗設(shè)在寧夏銀北西大灘，該地位于寧夏賀蘭山東麓洪積扇邊緣，屬于黃河中上游灌溉地區(qū)（106°24′209″E、38°50′289″N），屬干旱的暖溫帶季風(fēng)氣候；多年平均降水量為 176.5 mm，多年平均蒸發(fā)量為 1 755.1 mm；地下水深埋1.5～2.0 m；土壤堿化度普遍在20%以上，pH 在9以上；土壤有機(jī)質(zhì)和含鹽量低，質(zhì)地黏重（容重1.42～1.74 g/cm3），田間最大持水量為22%～41%，凋萎系數(shù)為14%～18%。

1.2材料供試作物為油葵，品種為KWS203。

1.3試驗設(shè)計設(shè)置地膜+秸稈（PSM）、地膜（PM）、秸稈（SM）和無覆蓋常規(guī)種植（CK）4個處理，各處理 3 次重復(fù)。地膜厚度 0.01 mm、膜寬 200 cm。采用隨機(jī)區(qū)組排列，各小區(qū)8 m×6 m，中間間隔 2 m 作為保護(hù)行，共 12 個小區(qū)。2014年5月31日人工播種油葵，播種量112.50 kg/hm2，行距50 cm、株距25～30 m，10月上旬收獲。整個生育期不灌溉，各處理田間施肥、除草及整蔓等其他管理措施一致。播種前施入有機(jī)肥（牛糞） 30 ×103 kg/hm2、尿素225 kg/hm2、過磷酸鈣60 kg/hm2、硫酸鉀60 kg/hm2。

1.4測定方法

1.4.1土壤含水量。 采用土鉆烘干法測定土壤含水量，測土深度為0～100 cm，取樣間隔為10 cm，取樣時間分別在油葵播種前1 d（5月30日）、苗期（7月4日）、現(xiàn)蕾期（7月31日）、開花期（9月10日）、成熟期（10月9日），3次重復(fù)。

1.4.2產(chǎn)量及生長指標(biāo)。采用常規(guī)方法測定不同處理油葵的植株株高、莖粗、盤直徑、單盤粒質(zhì)量、盤粒數(shù)、百粒質(zhì)量、產(chǎn)量等，定苗后各小區(qū)均在采樣點(diǎn)附近的固定位置選取10株油葵定期進(jìn)行株高、葉片數(shù)觀測。油葵成熟后按小區(qū)單獨(dú)收割、脫粒、曬干后稱質(zhì)量，并計算單位面積油葵產(chǎn)量。

1.4.3作物水分利用效率。

式中，WUE為水分利用效率[kg/（hm2·mm）]；Y為作物產(chǎn)量（kg/hm2），ET為作物生育期內(nèi)蒸散量（mm）。

1.5數(shù)據(jù)處理試驗數(shù)據(jù)采用 Microsoft Excel 2007 軟件進(jìn)行處理，SPSS 22.0 軟件進(jìn)行方差分析，Duncans新復(fù)極差法進(jìn)行差異顯著性檢驗。

2結(jié)果與分析

2.1土壤含水量的時間變化特征不同土層深度土壤含水量在各生育期表現(xiàn)不同。從土壤含水量變化來看，油葵對不同覆蓋處理土壤水分的利用表現(xiàn)出一定的階段性和層次性。從圖1可以看出，不同覆蓋耕作模式處理不同深度土壤水分隨時間的波動過程盡管不盡相同，但是各耕作模式不同深度土壤水分隨時間的波動趨勢整體一致，土壤水分剖面上土壤水分在油葵全生育期內(nèi)總體呈下降趨勢。0～30 cm土壤水分變化劇烈，呈“S”形，土壤水分與降水量響應(yīng)，呈單峰單谷型變化。各覆蓋處理與無覆蓋相比較，與降水量響應(yīng)的峰值時間均有推遲。其中PM和SM覆蓋處理土壤水分峰值推遲10 d，PSM處理土壤水分峰值推遲30 d。作物生長后期4種處理土壤含水量差異較大。在苗期，降水量相對較多時期，0～30 cm土壤水分差異顯著（P<0.05），PSM處理分別比PM、SM和CK處理低14.73%、4.46%、13.39%；而在現(xiàn)蕾期，PSM處理0～30 cm土壤含水量分別比SM和CK處理高出5.78%、10.77%（P<0.05）。

在0～30 cm土壤中PM、SM和CK處理的土層最大含水量時間與降水量響應(yīng)，都出現(xiàn)在苗期；而PSM處理的土壤貯水量最大峰值推遲到降水量較少的現(xiàn)蕾期出現(xiàn)，沒有與降水量同時響應(yīng)。在油葵現(xiàn)蕾期營養(yǎng)和生殖并進(jìn)生長對水分需求較大的時候，正處于降水量較少時期，PSM處理有效保持了0～30 cm根系密集區(qū)的供水。降水量最大的苗期，PSM處理0～30 cm土壤含水量顯著低于CK處理。

在播種至苗期，各處理0～100 cm土壤含水量總體變化與降水量變化一致。0～100 cm土壤含水量變化在PM、SM和CK處理時多為“S”形，PSM處理土壤含水量整體呈倒“V ”字形變化，呈單峰單谷型變化。開花期，PSM、PM、SM處理土壤含水量處于全生育期較低水平。9月，油葵進(jìn)入生育后期，降水量較少，氣溫較高，蒸發(fā)較強(qiáng)，PSM、PM、SM處理土壤含水量處于全生育期最低；CK處理土壤含水量在成熟期較低，在開花期最低。比較成熟期與降水量最大的苗期來看，各覆蓋措施0～100 cm土壤含水量均出現(xiàn)了下降，PSM、PM、SM和CK處理分別降低了44.51%、25.04%、21.14%和31.45%，PSM處理土壤含水量消耗量顯著大于其他3個處理（P<0.05）。

2.2不同覆蓋處理油葵生長狀況從圖2可以看出，整個生育期的株高和葉片數(shù)變化呈倒“S”形。在生育期的不同階段，4種處理均為苗期生長速率相對較低，現(xiàn)蕾期至開花期進(jìn)入植株生長較快階段，該階段為油葵營養(yǎng)生長時期；開花期至乳熟期生長速度減緩，油葵進(jìn)入生殖生長階段；乳熟期至成熟收獲期株高和葉片數(shù)沒有增長，小幅降低。分析后期株高降低與葉片數(shù)減少原因，主要與成熟收獲期油葵的干枯凋零有關(guān)。不同覆蓋條件下油葵株高從高至低排列依次為PSM、PM、CK、SM。PSM、PM處理在8月27日（播種后89 d），CK、SM處理在9月4日（播種后97 d）株高達(dá)到最大值，PSM、PM、CK、SM處理平均株高分別為112.3、93.4、74.5、69.0 cm，其中PSM處理株高最大（112.3 cm），顯著大于PM、CK和SM處理（P<0.05），分別較其他3個處理高20.24%、50.74%和62.75%；PSM、PM、CK、SM處理平均葉片數(shù)為27.0、25.3、22.3、21.0片，PSM處理分別較其他3個處理高5.81%、29.38%和20.80%。

2.3不同覆蓋處理對油葵物候期的影響從表1中可知，不同的覆蓋方式下油葵物候期生育期表現(xiàn)出明顯的差異。PSM、PM、SM和 CK處理生育期天數(shù)分別為119、105、111和114 d，其中PSM處理全生育期最長（119 d）。其中PM處理生育期最短（105 d）。PSM處理在前期播種至開花期與其他3種處理差異不顯著，開花至成熟期時間達(dá)52 d， PM、SM及CK 處理分別為44、45和48 d。PSM處理在開花期至乳熟期時間延長增加了油葵籽粒灌漿的時間，為其產(chǎn)量提高做出了有益的貢獻(xiàn)。PM處理全生育期為105 d，在4種處理中最短，分別比PSM、SM和 CK處理提前了14、6和9 d，出苗時間為6 d，說明單一覆膜能夠加快油葵生育進(jìn)程，縮短生育期[16]。

2.4作物產(chǎn)量及水分利用效率

2.4.1作物產(chǎn)量構(gòu)成因素。由表2可知，PSM處理產(chǎn)量分別比PM、SM和CK處理提高了35.45%、120.15%、87.80%（P<0.05）。產(chǎn)量最高的PSM處理株高最高，莖粗、單盤粒質(zhì)量、百粒重最大，而產(chǎn)量最小的SM處理株高、單盤粒質(zhì)量、莖粗顯著低于CK處理。PSM處理的實秕率顯著高于SM和CK處理（P<0.05），與PM處理的差異不顯著。

2.4.2水分利用效率。由WUE的分析結(jié)果可知，PSM、PM

處理的WUE顯著高于SM、CK處理（P<0.05），PSM、PM處理差異不顯著；PSM處理的WUE比PM 處理小1.26 kg/（hm2·mm），降低了8.03%。PSM處理的WUE分別比SM、CK處理提高了10.82%、32.72%，PM處理的WUE也分別比SM、CK處理提高了20.49%、44.30%。

3討論與結(jié)論

土壤含水量受降水、氣溫、蒸散、蒸騰、土壤耕作等因素及作物根系的明顯影響?？傮w來看，在油葵的生育后期（開花期、成熟期），PSM處理在0～30和0～100 cm土層的土壤含水量顯著低于PM、SM和CK處理（P<0.05）。這可能是由于PSM處理前期水分供應(yīng)充足，植株蒸騰作用增強(qiáng)，增加了后期消耗量。PSM處理的土壤含水量最大峰值推遲到降水量較少的現(xiàn)蕾期出現(xiàn)，沒有與降雨量同時響應(yīng)，能在鹽堿地種植油葵中有效防止苗期土壤水分含量過高，提高苗期存活率。在油葵現(xiàn)蕾期營養(yǎng)和生殖并進(jìn)生長對水分需求較大的時候，正處于降水量較少時期，PSM處理有效保持了0～30 cm根系密集區(qū)的供水。

PSM、PM處理株高、莖粗、單盤粒質(zhì)量、百粒重均顯著高于SM、CK處理（P<0.05），這是PSM、PM處理增產(chǎn)的主要原因。可見，在鹽堿原土中采用膜草覆蓋能顯著提高油葵的產(chǎn)量，更好地發(fā)揮增產(chǎn)效應(yīng)。

PSM處理相對于SM和CK處理，在水分利用效率上有很大提高。分析其原因，可能是PSM處理提高了土壤持水能力，減少了土壤水分無效消耗的同時，促進(jìn)了作物的生長，提高了作物的產(chǎn)量，進(jìn)而提高了水分利用效率。說明在鹽堿原土種植油葵采用PSM處理能更好地提高天然降水的生產(chǎn)潛力，對節(jié)水生產(chǎn)有促進(jìn)效果。

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