不同覆膜種植對旱塬冬小麥水分利用的影響

黃 濤 ，謝英荷 ，2，李廷亮 ，2，李 超 ，加武斌 ，高惠洲

（1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，山西太谷030801；2.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境國家級實驗教學(xué)示范中心，山西太谷030801）

水分脅迫是限制旱地冬小麥生產(chǎn)的主要因素[1-5]，地膜覆蓋能最大限度地蓄水保墑，特別是在干旱地區(qū)和大旱年份，能非常有效地利用水分，保證小麥穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)。山西省是我國幾個較大的小麥主產(chǎn)區(qū)之一，且旱地小麥種植面積占該省小麥種植面積的70%以上[6]。山西省年降水量在500 mm左右，夏閑期7—9月的降水量超過全年降水的60%，干旱缺水是晉南小麥生產(chǎn)迫切需要解決的關(guān)鍵問題。因此，就不同覆膜種植方式對旱地麥田土壤水分利用率和水分動態(tài)變化的研究具有重要的意義。如何保蓄自然降水和提高麥田土壤的水分利用效率是實現(xiàn)旱地小麥穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的主要措施。李永平等[7]研究發(fā)現(xiàn)，起壟覆膜能有效地調(diào)節(jié)農(nóng)田水分分配機制，增加水分供應(yīng)量，降低干旱脅迫下的水分虧缺度。王秀領(lǐng)等[8]研究表明，壟作膜側(cè)種植有利于促根壯苗、穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)。大量學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)[9-12]，覆膜能有效抑制蒸發(fā)，減少水分的無效損失，利于集水保墑，從而提高水分利用效率，實現(xiàn)增產(chǎn)。有研究表明[13-17]，覆膜比裸地能增加生育期耗水量6.7%～135%，提高水分利用率5.06%～37.11%。目前，大部分研究主要集中在水分利用率與產(chǎn)量的關(guān)系上，對于不同土層深度的耗水情況和水分休閑狀況的研究較少。

本研究在晉南旱塬小麥區(qū)以傳統(tǒng)裸地?zé)o覆蓋種植為對照，研究壟膜溝播和平膜穴播種植對冬小麥土壤水分利用率、降水生產(chǎn)效率、休閑效率及不同深度土層耗水量的影響，旨在認知地膜覆蓋蓄水保墑機制，為提高冬小麥水分高效利用提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于山西省臨汾市洪洞縣劉家垣鎮(zhèn)東梁村，屬暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候，年平均日照時數(shù)2 419 h左右，有效積溫3 326.9℃，年均氣溫 12.3℃，無霜期 180～210 d。2016年 6月至2017年6月降雨量為504.30 mm，其中，夏閑期7—9月降水量占全年降水量的58%以上，冬小麥生育期降雨量為146.7 mm。研究區(qū)土壤為石灰性褐土。

1.2 試驗材料

供試冬小麥品種為晉麥47。

1.3 試驗設(shè)計

試驗采用隨機區(qū)組排列，共4次重復(fù)，各處理小區(qū)面積126～416 m2。設(shè)3個處理，即測控施肥（測控施肥量，不覆膜裸地種植）、壟膜溝播（測控施肥量、起壟覆膜溝側(cè)種植）、平膜穴播（測控施肥量、平鋪地膜覆蓋穴播），具體設(shè)計方案如表1所示。播量為150kg/hm2，生育期不灌溉。播種日期為2016年10月6日，2017年6月9日收獲。

表1 試驗設(shè)計方案

1.4 測定項目及方法

用烘干法分別測定2016—2017年播前和收獲時2 m土層的水分含量，每20 cm土層為一個樣本。

貯水量（mm）＝土壤容重（g/cm3）×土層深度（cm）×土壤含水量/10[1]；耗水量（mm）＝播前2 m土壤貯水量-收獲后2 m土壤貯水量+生育期有效降水量；休閑效率＝（休閑期結(jié)束時土壤貯水量－上季收獲時土壤貯水量）/休閑期降水量×100%[12]；水分利用效率（kg/（hm2·mm））＝籽粒產(chǎn)量（kg/hm2）/耗水量（mm）；降水生產(chǎn)效率（kg/（hm2·mm））＝籽粒產(chǎn)量（kg/hm2）/降水量（mm）。

各個小區(qū)隨機收獲4 m2×3＝12 m2脫粒計產(chǎn)；同時收獲各小區(qū)中所標記的1 m的小麥樣段（3個），并分別測算公頃穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量。

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用Excel圖表和DPS統(tǒng)計軟件進行分析，顯著水平為 0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 覆膜對冬小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成要素的影響

表2 覆膜對冬小麥產(chǎn)量及構(gòu)成要素的影響

從表2可以看出，覆膜處理小麥的生物產(chǎn)量和經(jīng)濟產(chǎn)量都顯著高于測控施肥處理，且平膜穴播產(chǎn)量最高，生物產(chǎn)量和經(jīng)濟產(chǎn)量分別比測控施肥處理和壟 膜溝 播 處 理 高 43.65% ，14.08% 和 48.07% ，13.03%。從產(chǎn)量構(gòu)成因素來看，壟膜溝播處理和平膜穴播處理公頃穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量都高于測控施肥處理，其中，公頃穗數(shù)分別比測控施肥處理高24.28%和35.55%，穗粒數(shù)分別比測控施肥處理高15.35%和18.14%，且差異顯著，公頃穗數(shù)和穗粒數(shù)是影響冬小麥生物產(chǎn)量與經(jīng)濟產(chǎn)量的主要因素。覆膜種植增產(chǎn)機制主要是增加了單位面積的小麥穗數(shù)，提高了單株小麥的穗粒數(shù)，從而增加單位面積的籽粒產(chǎn)量和生物產(chǎn)量，與范穎丹等[18]的研究結(jié)果基本一致。

2.2 覆膜種植對200 cm土層耗水量及水分利用率的影響

表3結(jié)果表明，冬小麥整個生育期耗水量2個覆膜處理均高于不覆膜的測控施肥處理，占全年降雨量的60%以上，并且平膜穴播耗水量最大；壟膜溝播和平膜穴播處理的耗水量分別比測控施肥處理提高了0.65%和4.73%，籽粒產(chǎn)量卻分別增加了38.04%和48.07%，所以，水分利用率相對于測控施肥處理有了顯著提高，分別提高30.18%和41.45%，且達到顯著水平（P＜0.05）。表明覆膜能有效地促進小麥對水分的吸收和利用，并且旱地冬小麥對土壤耗水量的變化異常敏感，較小耗水量的增加就能促進產(chǎn)量的大幅度增長，所以，覆膜種植是保障旱地小麥實現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的重要措施。

表3 不同覆膜種植對土壤水分利用率的影響

2.3 不同覆膜處理對小麥生育期土壤不同深度水分消耗的影響

從圖1可以看出，0～200 cm土層的貯水量減少趨勢是覆膜大于對照，其中，平膜穴播處理比測控施肥處理提高了9%，且達到顯著水平；壟膜溝播的貯水量減少量大于測控施肥處理，但差異不顯著。在0～100 cm土層貯水量減少的趨勢則是測控施肥處理最大，壟膜溝播次之，平膜穴播最低，表明不覆膜對淺層水的消耗要高于覆膜種植，可能是不覆膜增加了淺層水的蒸發(fā)損耗。在100～200 cm土層中，壟膜溝播和平膜穴播的貯水量變化量分別達到了 86.59，104.09 mm，分別比測控施肥處理提高了11.5%和34.1%，且均達到了顯著水平。以上結(jié)果表明，覆膜對土壤2 m土層水分的消耗均大于測控施肥處理，且覆膜對水分的消耗主要集中在100～200 cm土層深度，占整個2 m土層水分消耗的60%左右。因此，覆膜處理的優(yōu)勢在于對土壤深層水的吸收和利用，它改變了土壤耗水結(jié)構(gòu)，提高了深層水的生產(chǎn)參與率，從而提高了水分利用效率，實現(xiàn)增產(chǎn)。

2.4 不同覆膜種植下冬小麥對年降水和夏閑期降水的利用情況

從表4可以看出，旱地小麥夏閑期降水量為295.8 mm，占全年降水量的 58.7%；另外，在降水生產(chǎn)效率上，覆膜處理與不覆膜處理間差異顯著，壟膜溝播和平膜穴播分別比測控施肥處理提高了31.01%和48.05%，而覆膜間差異不顯著，平膜穴播比壟膜溝播高了13.01%，說明覆膜處理對增加生物產(chǎn)量有著非常好的效果；從水分的休閑效率來看，2個覆膜處理分別比測控施肥處理提高了1.6%和4.9%，但是差異不顯著，說明覆膜對水分的休閑效率影響不顯著。

表4 不同覆膜種植下冬小麥對降水的利用情況

3 結(jié)論

本研究認為，覆膜種植改善了土壤耗水結(jié)構(gòu)，增加了小麥對水分的有效利用。覆膜種植通過增加小麥單位面積的穗數(shù)與穗粒數(shù)實現(xiàn)增產(chǎn)，并且增產(chǎn)幅度達到了48%。另外，覆膜增加了2 m土層特別是100～200 cm深層水分的吸收和利用，極大地提高了水分利用率，其中，平膜穴播處理產(chǎn)量最高，比測控施肥處理高48.07%，且差異顯著。小麥產(chǎn)量對耗水量的變化異常敏感，二者呈極顯著正相關(guān)。覆膜種植的降水生產(chǎn)效率遠遠高于測控施肥處理，壟膜溝播和平膜穴播處理分別比測控施肥處理提高了31%和48%，且差異達到顯著水平。覆膜種植水分休閑效率高于對照，但差異不顯著。這些結(jié)果充分說明了覆膜對水分的利用有著非常積極的效果，無論是生育期降水、夏閑期降水還是年降水，覆膜種植都能有效地促進和增加小麥對土壤水分的利用。因此，覆膜種植特別是平膜穴播是促進旱地小麥土壤水分高效利用的重要措施，是值得在旱地農(nóng)業(yè)區(qū)域推廣應(yīng)用的覆膜種植技術(shù)。

參考文獻：

［1］柴守璽，楊長剛，張淑芳，等.不同覆膜方式對旱地冬小麥土壤水分和產(chǎn)量的影響[J].作物學(xué)報，2015，41（5）：787-796.

［2］李廷亮，謝英荷，洪堅平，等.晉南旱地麥田夏閑期土壤水分和養(yǎng)分變化特征[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2013，24（6）：1601-1608.

［3］GAOY J，ZHENGXF，LI S Q，et al.Requirements of water and nitrogenous fertilizer toincrease winter wheat yield under strawmulch[J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering，2008，24（1）：55-59.

［4］ZHANG S L，SADRAS V，CHENX P，et al.Water use efficiency of dryland wheat in the Loess Plateau in response tosoil and crop management[J].Field Crops Research，2013，151：9-18.

［5］高慧洲，謝英荷，李廷亮，等.覆膜對旱地冬小麥產(chǎn)量與土壤水分動態(tài)的影響[J].山西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，44（12）：1793-1795.

［6］謝英荷，李廷亮，洪堅平，等.施氮和壟膜溝播種植對晉南旱地冬小麥水分利用的影響 [J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2011，22（8）：2038-2044.

［7］李永平，賈志寬，劉世新，等.起壟覆膜集水技術(shù)對苜蓿土壤水分狀況的影響[J].西北農(nóng)業(yè)學(xué)報，2008（6）：237-241.

［8］王秀領(lǐng)，閆旭東，徐玉鵬，等.不同覆膜方式對旱地春玉米生長和產(chǎn)量的影響[J].天津農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，22（9）：126-128.

［9］郭孟楚，趙鵬飛，劉全清，等.覆膜及灌溉對冬小麥生長及產(chǎn)量的影響[J].華北農(nóng)學(xué)報，2014，29（2）：223-227.

［10］薛澄，王朝輝，李富翠，等.渭北旱塬不同施肥與覆蓋栽培對冬小麥產(chǎn)量形成及土壤水分利用的影響 [J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，44（21）：4395-4405.

［11］QINS H，ZHANG J L，DAI H L，et al.Effect of ridge-furrow and plastic-mulching planting patterns on yield formation and water movement of potato in a semi-arid area[J].Agricultural Water Management，2014，131：87-94.

［12］GAOY H，XIE Y P，JIANG H Y，et al.Soil water status and root distribution across the rooting zone in maize with plastic film mulching[J].Field Crops Research，2014，156：40-47.

［13］楊長剛，柴守璽，常磊.半干旱雨養(yǎng)區(qū)不同覆膜方式對冬小麥土壤水分利用及產(chǎn)量的影響 [J].生態(tài)學(xué)報，2015，35（8）：2676-2685.

［14］趙曉東，謝英荷，李廷亮，等.不同保水措施對旱地麥田土壤酶活性及小麥產(chǎn)量的影響 [J].山西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，42（8）：838-841.

［15］溫斐斐，孫敏，鄧聯(lián)峰，等.旱地小麥休閑期深翻覆蓋對土壤水分及其利用效率的影響[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報，2013，21（11）：1358-1364.

［16］石斯佳，李芳花，鄭文生.玉米不同覆膜方式對土壤水分和產(chǎn)量的影響[J].灌溉排水學(xué)報，2013，32（4）：88-91.

［17］王穎慧，蒙美蓮，陳有君，等.覆膜方式對旱作馬鈴薯產(chǎn)量和土壤水分的影響[J].中國農(nóng)學(xué)通報，2013，29（3）：147-152.

［18］范穎丹，柴守璽，程宏波，等.覆蓋方式對旱地冬小麥土壤水分的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2013，24（11）：3137-3144.