不同地膜覆蓋對(duì)地溫和雜交谷生長(zhǎng)發(fā)育的影響

王東明，宋喜娥，郭平毅，原向陽(yáng)，董淑琦，張海穎，郭大辛

(山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，山西 太谷 030801)

不同地膜覆蓋對(duì)地溫和雜交谷生長(zhǎng)發(fā)育的影響

王東明，宋喜娥*，郭平毅，原向陽(yáng)，董淑琦，張海穎，郭大辛

(山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，山西 太谷 030801)

[目的]研究不同地膜覆蓋對(duì)地溫和雜交谷生長(zhǎng)發(fā)育的影響。[方法]以張雜谷10號(hào)為研究對(duì)象，通過(guò)設(shè)置裸地栽培、白色/黑色普通地膜覆蓋、白色/黑色可降解地膜覆蓋5種處理研究地溫、光合等指標(biāo)。[結(jié)果]生育前期，白色、黑色覆膜處理分別提高0～20 cm的平均地溫約6和4 ℃，生育后期覆膜增溫效果減弱。黑色地膜在一定程度上能避免高溫脅迫。土層越深，日溫差越小，各處理間差異不顯著。覆膜處理SPAD值均高于裸地。白色普通/可降解地膜處理Pn顯著高于裸地栽培，分別高5.17、5.46 μmol·m-2·s-1。黑色地膜處理可顯著提高WUE，黑色普通/可降解地膜較裸地栽培分別高出7.78%、7.05%。覆膜處理較裸地栽培先于7～10 d左右株高達(dá)最大值。黑色地膜增產(chǎn)效果最明顯，其中黑色可降解地膜產(chǎn)量最高，為9 713.3 kg·hm-2。[結(jié)論]與普通地膜相比，可降解地膜在生長(zhǎng)后期逐漸分解，在土壤中的殘留小，在張雜谷生產(chǎn)中替代普通地膜具有一定的可行性。

地膜覆蓋；可降解地膜；地溫；雜交谷；產(chǎn)量

Abstract:[Objective]In order to study the effect of different plastic film mulching on the relationship between ground temperature and hybrid valley.[Methods]This experiment conducted 5 treatments of bare ground, white/black ordinary film and white/black degradable film based on Zhangzagu 10. [Results]The results showed that at the early growth stage, the average temperature at 10～20 cm were improved around 6 ℃ and 4 ℃ under white/black film treatment, the warming effect was weakened at the late growth stage. Black film could avoid high temperature stress to a certain extent. There were smaller difference in daily temperature under deeper soil layer, the difference between the treatments was not significant. SPAD value of plastic film treatment was higher than bare land. Pn under white normal/degradable plastic film treatments were 5.17 and 5.46 μmol·m-2·s-1significantly higher than CK. WUE was significantly improved under black film treatment, ordinary/degradable plastic film were 7.78%, 7.05% higher than CK. The plant height under film mulching treatments were earlier about 7～10 days reached the maximum value than CK. The yield under black film treatment was significant increased, and black degradable plastic film had the highest yield, which was 9713.3 kg·hm-2.[Conclusion]Compared with ordinary plastic film, degradable plastic film gradually decomposed in the late growth stage, and the residue in the soil was small. This study showed that it was feasible to replace ordinary plastic film with degradable plastic film in the production of Zhangzagu.

Keywords:Plastic mulching, Degradable film, Soil temperature, Hybrid millet, Yield

谷子是我國(guó)北方主要的糧食作物之一[1,2]。張家口農(nóng)科院研制的雜交谷子節(jié)水抗旱、抗病抗倒性能強(qiáng)，具有高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)等特點(diǎn)，得到廣泛推廣[3]，與之相配套的覆膜栽培技術(shù)也得到不斷應(yīng)用[4]。

近年來(lái)，有關(guān)不同地膜覆蓋對(duì)作物生理指標(biāo)、農(nóng)藝性狀等的影響已有報(bào)道。楊天育等[5,6]研究表明地膜覆蓋技術(shù)能提高土壤水分利用率、優(yōu)化作物生長(zhǎng)條件；董孔軍等[7,8]發(fā)現(xiàn)地膜覆蓋能提高張雜谷光合速率以及相關(guān)農(nóng)藝性狀，增產(chǎn)效應(yīng)顯著。隨著覆膜技術(shù)的不斷發(fā)展，白色/黑色地膜、可降解地膜等不同材料的地膜已經(jīng)運(yùn)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。盧達(dá)成等[9,10]研究表明，白色、黑色地膜覆蓋較裸地栽培能改善張雜谷出苗率、株高、穗粒重等農(nóng)藝性狀；路海東等[11,12]研究表明黑色地膜除能增溫、保墑之外，較白色地膜在夏季能有效降低地溫、抑制雜草，且增產(chǎn)效果明顯，在果蔬等作物上應(yīng)用較廣。杜延軍等[13]發(fā)現(xiàn)普通地膜覆蓋增產(chǎn)的代價(jià)是土壤養(yǎng)分的下降，長(zhǎng)期使用會(huì)導(dǎo)致作物早衰。大部分普通塑料地膜使用后不能降解、造成殘留，對(duì)環(huán)境危害嚴(yán)重[14]。可降解地膜在作物生長(zhǎng)末期，逐步分解為二氧化碳和水，能解決目前的殘留污染問(wèn)題[15]。申麗霞等[16]研究表明可降解地膜能提高玉米產(chǎn)量，縮短生育期，可以代替普通地膜。

近年來(lái)，有關(guān)地膜覆蓋對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育影響方面的研究，主要集中于普通塑料地膜對(duì)玉米、小麥等作物農(nóng)藝性狀、土壤溫度及水分方面。目前已有針對(duì)不同地膜覆蓋對(duì)張雜谷生長(zhǎng)發(fā)育影響的研究報(bào)道，但系統(tǒng)的研究不同地膜類型對(duì)雜交谷子生長(zhǎng)及地溫的影響還較少。基于此，本研究針對(duì)普通地膜、可降解地膜、白色/黑色地膜覆蓋對(duì)晉中地區(qū)谷田土壤溫度、雜交谷子生長(zhǎng)發(fā)育等的影響進(jìn)行比較系統(tǒng)的研究，旨在為谷田選擇適宜地膜，促進(jìn)谷子增產(chǎn)增效，降低環(huán)境污染提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與設(shè)計(jì)

試驗(yàn)供試地膜為白(B)/黑(H)色普通地膜，膜寬80 cm，膜厚0.008 mm；白(BK)/黑(HK)可降解地膜，膜寬70 cm，膜厚0.01 mm。裸地平作為對(duì)照。供試品種為張雜谷10號(hào)，播種方式為機(jī)器覆膜穴播。

試驗(yàn)于2016年5～10月在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)創(chuàng)新園區(qū)進(jìn)行。試驗(yàn)田平坦開(kāi)闊，水澆地，土壤類型為碳酸鹽褐土，肥力中等。試驗(yàn)采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，共5個(gè)處理。小區(qū)面積6 m×5 m=30 m2，3次重復(fù)。

播前施基肥900 kg·hm-2(N：P2O5：K2O為18∶7∶5)，其余田間管理按當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)進(jìn)行，留苗密度為39萬(wàn)株·hm-2，四周設(shè)1米保護(hù)行。

1.2 測(cè)量指標(biāo)與方法

1.2.1 土壤溫度的測(cè)定

于張雜谷播種后放置地溫計(jì)于膜下，每7 d測(cè)定土層5、10、15、20 cm的土壤溫度，觀測(cè)時(shí)間為8: 00～18: 00，每2 h 觀測(cè)1次。重復(fù)3次。

1.2.2 生理指標(biāo)的測(cè)定

SPAD值：采用SPAD-502便攜式測(cè)定儀于張雜谷拔節(jié)、孕穗、抽穗、灌漿期測(cè)定葉綠素含量相對(duì)值(SPAD)。光合指標(biāo)：采用CI-340便攜式光合儀，測(cè)定凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(E)和氣孔導(dǎo)度(Cs)。葉片水分利用效率(WUE)：WUE=Pn/E。

1.2.3 農(nóng)藝性狀的測(cè)定

每隔10 d測(cè)量株高至成熟期。成熟后在各小區(qū)隨機(jī)采集10株樣本，測(cè)定穗數(shù)、穗粗、千粒重、碼數(shù)、穗粒重、產(chǎn)量等。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用DPS 6.5軟件進(jìn)行方差分析和Duncan新復(fù)極差測(cè)驗(yàn)。運(yùn)用Excel 2010、Origin 8.0等軟件分析制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同地膜覆蓋對(duì)整個(gè)生育期土壤溫度的影響

2.1.1 不同地膜覆蓋對(duì)0～20 cm土壤耕層平均溫度的影響

圖1 不同地膜對(duì)0～20 cm土壤平均溫度的影響Fig.1 Effects on 0～20 cm soil temperature variation under different mulching types

以12:00測(cè)得的溫度為依據(jù)進(jìn)行分析，不同處理對(duì)0～20 cm土壤平均溫度的影響如圖1所示。從圖中可以看出，不同地膜覆蓋，整個(gè)生育時(shí)期土壤溫度變化趨勢(shì)基本一致。播種后1個(gè)半月土壤溫度整體呈上升趨勢(shì)，平均溫度最高可達(dá)33.1 ℃，此后由于張雜谷逐漸進(jìn)入孕穗期，地面透光率低，土壤溫度呈下降趨勢(shì)。6月24日之前，白色、黑色覆膜處理的土壤平均溫度均高于CK，分別高約6 ℃和4 ℃。7月1日前后，覆膜處理的雜交谷已經(jīng)提前進(jìn)入孕穗期，地面覆蓋度高，CK處理的地溫高于覆膜處理，較白色地膜高1.2 ℃，直到7月8日前后，CK處理張雜谷進(jìn)入孕穗期，溫差減小。生育后期，覆膜處理與CK差異不顯著，普通地膜較可降解地膜地溫略高，由于可降解地膜在生育后期已經(jīng)逐漸破損分解，地溫同CK接近。

2.1.2 不同地膜覆蓋對(duì)土壤日溫度的影響

不同處理對(duì)土壤耕層日溫度的影響，以6月9日為例，結(jié)果如圖2所示。0～20 cm不同耕層地溫變化因土層深度、測(cè)量時(shí)間的不同而異，但不同地膜覆蓋對(duì)0～20 cm土層日溫度變化趨勢(shì)一致，在8:00～18:00地溫呈拋物線趨勢(shì)。地溫在10:00之前不同處理間差異較小，10:00之后，覆膜處理提高地溫顯著，B處理地溫高于H處理。黑色地膜透光率比白色地膜低，在高溫條件下，可避免高溫脅迫。

圖2 不同覆膜處理對(duì)土壤日溫度的影響Fig.2 Effects of different mulching treatments on soil day temperature variation

土層5 cm處地溫在14:00達(dá)到峰值，B處理最高溫度達(dá)44.0 ℃，分別高于BK、H、HK和CK處理0.9、3.5、3.8、10.9 ℃。10 cm、15 cm、20 cm地溫均在16:00達(dá)到最大值，最大值分別為39.2、34.1、28.2 ℃，隨土層加深，地溫逐漸降低，各處理間地溫差異也減小。20 cm處地溫，日溫增溫效果減弱，B增溫幅度最大，為3.6 ℃。

2.2不同地膜覆蓋對(duì)張雜谷SPAD、光合指標(biāo)的影響

2.2.1 不同地膜覆蓋對(duì)張雜谷SPAD的影響

葉綠素含量高低影響作物的光合能力，是監(jiān)測(cè)作物生長(zhǎng)的重要指標(biāo)之一。不同地膜覆蓋對(duì)張雜谷的SPAD影響如圖3所示，從拔節(jié)期到灌漿期張雜谷SPAD值逐漸增大。覆膜處理的SPAD值均高于裸地。除抽穗期，B、BK、H、HK與CK間均差異顯著，B與BK、H與HK之間無(wú)顯著差異。

圖3 不同覆膜處理對(duì)SPAD的影響Fig.3 Effects of different mulching treatments on SPAD注:相同生育時(shí)期不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)Note：Different letters show significant difference at the 0.05 level in the same row

2.2.2 不同地膜覆蓋對(duì)灌漿期光合指標(biāo)的影響

灌漿期是產(chǎn)量形成的關(guān)鍵時(shí)期，不同處理對(duì)張雜谷灌漿期葉片凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(E)、氣孔導(dǎo)度(Cs)和葉片水分利用率(WUE)的影響如表1所示。由表1可見(jiàn)，不同處理均提高了張雜谷灌漿期Pn、E、Cs以及WUE。B、BK、H和HK處理Pn分別比CK高5.17(P<0.05)、5.46(P<0.05)、3.13(P<0.05)、3.57 μmol·m-2·s-1(P<0.05)；蒸騰速率分別比CK高0.39、0.45、0.13、0.19 mmol·m-2·s-1；除H處理外，氣孔導(dǎo)度也顯著高于CK。黑色地膜處理張雜谷葉片WUE較大，但黑色普通地膜與可降解地膜之間差異不顯著，H、HK較CK分別高出7.78%、7.05%。

表1不同覆膜處理對(duì)光合指標(biāo)的影響
Table1 Growth change of different mulching treatments on millet photosynthetic characteristics

處理Treatments凈光合速/μmol·m-2·s-1Pn蒸騰速率/mmol·m-2·s-1E氣孔導(dǎo)度/mol·m-2·s-1Cs水分利用效率/mmol·mol-1WUECK22.75c2.36c0.104c9.64dB27.92a2.75a0.137a10.15bBK28.21a2.81a0.132ab10.04cH25.88b2.49b0.117bc10.39aHK26.32ab2.55b0.124ab10.32a

2.3 不同地膜覆蓋對(duì)張雜谷株高的影響

株高是農(nóng)藝性狀的重要指標(biāo)之一，不同處理對(duì)張雜谷株高的影響如圖4所示，整個(gè)生育期內(nèi)，不同地膜覆蓋下張雜谷株高生育前期呈線性生長(zhǎng)，到生育中期生長(zhǎng)減緩。8月中下旬之前，覆膜處理株高較CK高，且B與BK間差異不顯著，除6月5日外，其余時(shí)間H與HK差異均不顯著。平地裸播張雜谷株高最低。8月15日左右，B處理張雜谷株高達(dá)最大值，B與BK分別為158.1 cm和157.4 cm；平地裸播則在8月25日左右達(dá)到最大，為155.2 cm。覆膜處理下張雜谷株高較CK早7～10 d達(dá)到最大值，表明地膜覆蓋能促進(jìn)張雜谷生長(zhǎng)。8月25日及以后，不同地膜覆蓋的株高和CK差異不顯著，表明株高基本定型，植株?duì)I養(yǎng)向籽粒供給，籽粒質(zhì)量加重。生育后期植株逐漸萎蔫，直至成熟末期。

圖4 不同覆膜處理對(duì)株高的影響Fig.4 Effects of different mulching treatments on plant height

2.4 不同地膜覆蓋對(duì)雜交谷產(chǎn)量性狀的影響

本研究測(cè)定了不同處理對(duì)張雜谷碼數(shù)、穗粗、穗數(shù)、穗粒重、千粒重和產(chǎn)量6個(gè)指標(biāo)的影響(表2)。從表2可以看出，覆膜處理均可不同程度地提高張雜谷的碼數(shù)、穗粗、穗數(shù)、千粒重和產(chǎn)量。B、BK、H、HK處理與CK產(chǎn)量差異達(dá)顯著水平，分別提高8.92%、11.95%、15.83%、16.93%，HK產(chǎn)量最高，為9 713.3 kg·hm-2。覆膜處理顯著提高穗數(shù)，其中BK處理穗數(shù)最大，為48.92*104·hm-2，較CK處理提高了31%。所有處理中，H、HK處理較CK處理穗粒重分別提高7.55%、8.18%，而B、BK處理較CK處理降低了穗粒重。覆膜處理較CK處理碼數(shù)和穗粗差異性顯著，而各處理間千粒重?zé)o顯著性差異。無(wú)論何種類型地膜覆蓋，均能有效提高張雜交谷產(chǎn)量。B、BK處理張雜谷主要通過(guò)增加穗數(shù)提高產(chǎn)量；H、HK處理雜交谷主要通過(guò)增加穗數(shù)和穗粒重提高產(chǎn)量。

3 討論與結(jié)論

谷子為喜溫植物，不同地膜覆蓋處理的保溫效應(yīng)促進(jìn)了張雜谷的生長(zhǎng)。在生長(zhǎng)前期，白色較黑色地膜處理地溫高，普通地膜與可降解地膜對(duì)張雜谷的影響差異不明顯。由于黑色地膜增高地溫、促進(jìn)張雜谷生長(zhǎng)的同時(shí)，能夠避免高溫危害，與范士杰等[17]研究結(jié)果一致。覆膜處理積溫增加，白色地膜處理較CK提前7 d左右進(jìn)入孕穗期，覆膜處理株高較CK也提前 7～10 d達(dá)到最大值，這與前人研究結(jié)果相似[18]。生長(zhǎng)后期，地面遮蔭較強(qiáng)，覆膜的增溫效應(yīng)降低，此時(shí)可降解地膜已經(jīng)逐步破損，地溫與裸地基本一致，這與Diaz P在甜椒上的研究結(jié)果相似[19]。5 cm土層日溫差較大，達(dá)16.8 ℃，土層越深，日溫差變化越小，地膜覆蓋的增溫效應(yīng)隨土壤深度的增加而逐漸減弱。不同土層黑色地膜增溫效果低于白色地膜，一定程度上黑色地膜能避免張雜谷受高溫脅迫。

表2 不同地膜覆蓋對(duì)雜交谷產(chǎn)量性狀的影響Table 2 Effects of yield under different mulching treatments on agronomic trait

SPAD、光合作用是反映張雜谷生長(zhǎng)狀況的重要指標(biāo)[20]。本研究中覆膜處理顯著提高了張雜谷Pn、E、Cs和WUE，增加干物質(zhì)積累，促進(jìn)張雜谷物質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)[21]。其中黑色地膜顯著提高了WUE，黑/黑色可降解地膜較CK分別高7.78%、7.05%；與白色地膜相比，黑色地膜能夠更高效用水。

株高作為主要的農(nóng)藝性狀之一，是評(píng)價(jià)生物量的重要組成部分[22]。生育前期，地膜覆蓋提高了土壤溫度，促進(jìn)生長(zhǎng)，株高較不覆膜處理高；白色地膜覆蓋較黑色地膜透光性強(qiáng)，生育進(jìn)程順利，生長(zhǎng)較快，白色地膜處理株高較黑色高。生育后期則差異不明顯。

辛國(guó)勝等[23]研究發(fā)現(xiàn)黑色地膜能提高甘薯產(chǎn)量，路海東等[11]表明黑色地膜較白色地膜玉米產(chǎn)量提高10.36%，本試驗(yàn)表明覆膜處理顯著提高了張雜谷產(chǎn)量，其中黑色可降解地膜覆蓋產(chǎn)量較高，產(chǎn)量較白色地膜和白色可降解地膜分別提高7.36%、4.45%，較裸地處理提高了16.93%。張雜谷生長(zhǎng)前期，白色地膜增溫效果強(qiáng)，雨后易旺長(zhǎng)，生長(zhǎng)速度過(guò)快會(huì)造成谷子早衰。同時(shí)，氮素礦化與土壤溫度呈正相關(guān)，白色地膜覆蓋土壤溫度升高，氮素礦化明顯，造成張雜谷生長(zhǎng)后期氮素下降，營(yíng)養(yǎng)不足[24]。這2種原因都可能使白色地膜較黑色地膜產(chǎn)量低。

綜上所述，覆蓋地膜能提高土壤溫度，促進(jìn)雜交谷的生長(zhǎng)，提高產(chǎn)量，其中黑色可降解地膜增產(chǎn)效果較明顯?？山到獾啬ぴ谔岣弋a(chǎn)量的同時(shí)，后期逐漸分解[25]，在土壤中的殘留少，對(duì)環(huán)境的危害減輕，因此在生產(chǎn)中黑色可降解地膜替代普通地膜具有一定的可行性。但是本研究過(guò)程中的偶然因素不可忽視，需要進(jìn)一步研究本結(jié)果的可靠性，以及可降解地膜在實(shí)際應(yīng)用中的經(jīng)濟(jì)效益，以期為雜交谷高產(chǎn)栽培提供理論依據(jù)。

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(編輯：韓志強(qiáng))

Effectofdifferentplasticmulchingonsoiltemperatureandgrowingdevelopmentonhybridmillet

Wang Dongming, Song Xi’e*, Guo Pingyi, Yuan Xiangyang, Dong Shuqi, Zhang Haiying, Guo Daxin

(CollegeofAgriculture,ShanxiAgriculturalUniversity,Taigu030801,China)

S515

A

1671-8151(2017)10-0690-05

2017-04-20

2017-06-08

王東明(1991-)，男(漢)，山西呂梁人，碩士研究生，研究方向：作物化學(xué)調(diào)控與逆境生理

*通信作者：宋喜娥，副教授，碩士生導(dǎo)師，Tel:18635495389; E-mail:sxndsxe@163.com

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31301269)；國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2014BAD07B01-09)；山西省科技攻關(guān)項(xiàng)目(20150311016-2)；山西省重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目(2015-TN-09)；山西省谷子產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項(xiàng)目(2015-06)