覆膜與補(bǔ)灌對冬小麥葉綠素和比葉面積的影響

武 榮，閆小紅，李援農(nóng)

(1.楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 楊凌 712100；2.西北農(nóng)林科技大學(xué) 旱區(qū)農(nóng)業(yè)水土工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 楊凌 712100)

地膜覆蓋具有明顯的增溫保墑作用[1]，對于我國三北地區(qū)的低溫、少雨、干旱貧瘠、無霜期短等限制農(nóng)業(yè)發(fā)展的因素，具有很強(qiáng)的針對性和適用性[2]。地膜覆蓋后，切斷了土壤與大氣之間的水分直接轉(zhuǎn)換，有效阻止土壤水分的蒸發(fā)[3]，并促進(jìn)了土壤與作物之間水分的良性循環(huán)，提高了降水在土壤中的保蓄率。而且，因?yàn)榈啬?nèi)溫度較高，增加了土壤熱量梯度的差異變化，將使土壤深層的水分上移并在上層聚積，形成提水上升的保墑效應(yīng)。

目前，覆蓋種植技術(shù)在我國的北方干旱地區(qū)以及高原寒區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展中廣泛應(yīng)用。但由于目前生產(chǎn)中使用的地膜基本為聚乙烯塑料地膜，在自然條件下很難降解，在土壤中可以殘存200 a以上[4, 5]。隨著地膜的連年使用，農(nóng)田中殘膜量越來越多，不僅造成耕層土壤透氣性降低，阻礙作物根系發(fā)育和對水分、養(yǎng)分的吸收，還污染生態(tài)環(huán)境[3]。近年來，各種環(huán)保地膜先后問世，可降解地膜因其容易降解而減少地膜殘留，降低回收成本，減輕環(huán)境污染等成為國內(nèi)外研究較多的一種環(huán)保地膜?？山到饽ぴ诒ＷC水分利用率與產(chǎn)量的前提下代替普通塑料膜可以有效解決農(nóng)田污染問題，為旱區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)支持與理論基礎(chǔ)[6]。

在作物需水期進(jìn)行適量補(bǔ)充灌溉能大幅提高作物產(chǎn)量。研究表明[7, 8]旱區(qū)冬小麥最佳補(bǔ)灌時(shí)期為返青至拔節(jié)期，而關(guān)于壟溝集雨種植結(jié)合需水關(guān)鍵期補(bǔ)灌的研究較少。本文以冬小麥為研究對象，設(shè)置不同地膜覆蓋(普通地膜和氧化—生物雙降解地膜)與補(bǔ)灌量組合，分析覆膜結(jié)合補(bǔ)灌對冬小麥不同生育期葉綠素、株高和比葉面積的影響，為冬小麥高產(chǎn)高效生產(chǎn)以及農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2016-2017年在陜西楊凌西北農(nóng)林科技大學(xué)教育部旱區(qū)農(nóng)業(yè)水土工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的灌溉試驗(yàn)站進(jìn)行。該區(qū)位于東經(jīng)108°24′，北緯34°20′，海拔 521 m，全年無霜期 210 d，年均氣溫 13 ℃，多年平均降水量為 632 mm，年均蒸發(fā)量 1 500 mm。試驗(yàn)地土壤質(zhì)地為中壤土，土壤平均田間持水率為 24%(質(zhì)量含水率)，平均干容重 1.35 g/cm3。耕層土壤(0～30 cm)pH值為7.92，基礎(chǔ)肥力(質(zhì)量比)為：有機(jī)質(zhì)含量為10.08 g/kg，硝態(tài)氮29.35 mg/kg，速效磷17.13 mg/kg，速效鉀68.22 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)材料與設(shè)計(jì)

供試冬小麥品種為“小偃22”，試驗(yàn)所用地膜為普通地膜和氧化—生物雙降解生態(tài)地膜，其中氧化—生物雙降解生態(tài)地膜由山東天壯環(huán)?？萍加邢薰狙兄粕a(chǎn)。膜寬為100 cm，膜厚0.008 mm。試驗(yàn)所用氮肥為尿素(總氮≥46.4%)，鉀肥為農(nóng)用硫酸鉀(氧化鉀≥51.0%)，磷肥為過磷酸鈣(全磷≥16.0%)。

試驗(yàn)設(shè)計(jì)覆膜灌水處理，2種地膜覆蓋：普通地膜(P)、氧化—生物雙降解生態(tài)地膜(B)；4個(gè)灌溉水平：0、30、60、90 mm，分別記為W0、W1、W2、W3，另設(shè)不覆膜不灌水處理(CK)作對照，3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列。采用起壟溝播，播量150 kg/hm2。小區(qū)面積14 m2(3.5 m×4 m)，各小區(qū)之間間隔1 m，試驗(yàn)區(qū)周圍設(shè)1 m保護(hù)帶。播前旋耕并平整土地，施氮肥120 kg/hm2，基追比3∶2，各處理基施磷肥、鉀肥分別為150、60 kg/hm2，追施氮肥和灌水在拔節(jié)初進(jìn)行。2016年10月19日播種，2017年6月7日收獲。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

葉綠素含量。采用浸提法[9]分別測定拔節(jié)期、抽穗期和灌漿期各處理最后一片展開葉中葉綠素a和葉綠素b含量，重復(fù)3次，取其均值。

株高、比葉面積。分別在拔節(jié)期、抽穗期和灌漿期隨機(jī)選取5株冬小麥，用卷尺測量主莖株高和葉面積，取其均值，然后105 ℃殺青0.5 h，75 ℃烘干至恒重。株高在拔節(jié)期和抽穗期從地面量至葉頂，灌漿期時(shí)從地面量至穗頂；葉面積用長寬系數(shù)法[10]計(jì)算，再計(jì)算比葉面積[11]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2016對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；SPSS12.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，多重比較使用LSD法(P<0.05)；Origin 8.5軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同地膜覆蓋與補(bǔ)灌量對冬小麥葉綠素a含量的影響

各處理不同生育期葉綠素a含量變化如圖1所示。由圖1分析可知，各處理葉綠素a含量隨生育期推進(jìn)逐漸增大，在灌漿期均達(dá)到最大值。在拔節(jié)期，各處理間差異顯著，降解膜覆蓋下，葉綠素a含量顯著高于對照處理(p<0.05，下同)，且隨補(bǔ)灌量增加而增大，BW3處理葉綠素a含量最大，為2.27 mg/g；普通膜覆蓋下，葉綠素a含量隨補(bǔ)灌量增加呈先增大后減小的趨勢，W0和W1處理顯著低于對照處理，PW2處理的葉綠素a含量最大，為2.37 mg/g；相同補(bǔ)灌量下，除W2外，降解膜處理的葉綠素a含量均顯著高于普通膜，平均高出普通膜0.11 mg/g。抽穗期除W1外均無顯著差異，而灌漿期時(shí)只有W2無顯著差異，兩個(gè)生育期中降解膜和普通膜覆蓋下葉綠素a含量均顯著高于CK，且隨補(bǔ)灌量增加呈先增大后減小的趨勢，在W2時(shí)達(dá)到最大值，抽穗期分別為2.93、2.94 mg/g，灌漿期分別為3.30、3.29 mg/g。抽穗期和灌漿期W3處理的葉綠素a含量都顯著低于W2處理，B覆蓋分別下降了0.09和0.03 mg/g，P覆蓋分別下降了0.10和0.08 mg/g，表明過量補(bǔ)灌時(shí)，B覆蓋下的葉綠素a含量下降幅度小于P覆蓋。說明灌水有利于提高各生育期葉綠素a含量，而過量灌水提高葉綠素a含量的效果會(huì)降低，過量灌水時(shí)B覆蓋有減緩葉綠素a下降的作用。

圖1 不同處理對冬小麥葉綠素a含量的影響Fig.1 Effects of different treatments on chlorophyll-a content in winter wheat

2.2 不同地膜覆蓋與補(bǔ)灌量對冬小麥葉綠素b含量的影響

各處理不同生育期葉綠素b含量變化如圖2所示。從圖2可知，各處理的葉綠素b含量隨生育期推進(jìn)而增大，均在灌漿期達(dá)到最大值，最大值分別為1.21 mg/g(BW2)和1.20 mg/g(PW2)。拔節(jié)期PW0的葉綠素b含量顯著低于對照，PW2處理的葉綠素b含量最大，為0.69 mg/g，其他處理與CK相當(dāng)或略高。抽穗期和灌漿期各處理葉綠素b含量顯著高于CK，且均隨補(bǔ)灌量增加呈先增大后減小。B和P覆蓋下，隨補(bǔ)灌量增加葉綠素b含量增加顯著，W2時(shí)達(dá)到最大值，抽穗期分別為0.94和0.93 mg/g，灌漿期分別為1.21和1.20 mg/g?？梢?，補(bǔ)灌可增加葉綠素b含量，過量補(bǔ)灌增加葉綠素b含量的效果減弱。抽穗期和灌漿期W3處理的葉綠素b含量都顯著低于W2處理，B覆蓋分別下降了0.04和0.05 mg/g，P覆蓋分別下降了0.06和0.08 mg/g，表明過量補(bǔ)灌時(shí)，B覆蓋下的葉綠素b含量下降幅度小于P覆蓋。

圖2 不同處理對冬小麥葉綠素b含量的影響Fig.2 Effects of different treatments on chlorophyll-b content in winter wheat

2.3 不同地膜覆蓋與補(bǔ)灌量對冬小麥葉綠素a/b的影響

葉綠素 a /b的比值前期高，后期低，既能增加光合產(chǎn)物，又能延長葉片的功能期，從而積累較多的有機(jī)物質(zhì)，獲得較高的產(chǎn)量[12]。各處理不同生育期葉綠素a/b變化如圖3所示。整體來看，各處理的葉綠素a/b值呈隨生育期逐漸降低的趨勢。拔節(jié)期B和J覆蓋下，葉綠素a/b隨補(bǔ)灌量增加而先增大后減小，W2時(shí)最大，分別為3.56和3.46；B覆蓋下的葉綠素a/b顯著高于CK和P，而P覆蓋下僅W2和W3高于對照，說明B覆蓋更有利于提高葉綠素a/b。抽穗期和灌漿期，各處理的葉綠素a/b值顯著低于CK；同種地膜覆蓋下，葉綠素a/b值隨補(bǔ)灌量增加呈先減小后增大，W2時(shí)達(dá)到最小值，抽穗期分別為3.12和3.16，灌漿期分別為2.74和2.75；相同補(bǔ)灌量下，抽穗期B覆蓋的葉綠素a/b顯著低于P覆蓋，灌漿期除BW0高于PW0外，B覆蓋的葉綠素a/b均低于P覆蓋。可見，補(bǔ)灌和B覆蓋有利于提高拔節(jié)期葉綠素a/b值，降低抽穗期和灌漿期葉綠素a/b值。

圖3 不同處理對冬小麥葉綠素a/b的影響Fig.3 Effects of different treatments on chlorophyll a/b of winter wheat

2.4 不同地膜覆蓋與補(bǔ)灌量對冬小麥株高的影響

表1為各處理不同生育期株高。由表1分析可知，不同生育期各處理的株高顯著高于對照。B覆蓋下，各處理間株高差異顯著，在拔節(jié)期隨補(bǔ)灌量增加而增大，W3處理最大，為72.8 cm；在抽穗期和灌漿期均隨補(bǔ)灌量增加呈先增大后減小，W2時(shí)達(dá)到最大值，分別為87.0和95.0 cm；P覆蓋下，株高除拔節(jié)期和抽穗期的W1與W3處理無顯著差異外，其他處理間差異顯著，3個(gè)生育期的株高均隨補(bǔ)灌量增加呈先增大后減小，W2達(dá)到最大值，分別為71.3、86.0和93.5 cm。同一補(bǔ)灌量下，兩種地膜覆蓋的株高均隨生育期推進(jìn)逐漸增大，灌漿期達(dá)到最大，與CK相比，分別提高6.2%～17.3%(B)和7.4%～15.4%(P)；在拔節(jié)期W3下，B比P處理大3.1 cm，抽穗期W2和W3下B分別比P大1和1.5 cm，灌漿期W1～W3下B分別比P大1、1.5和0.5 cm?？梢姡瑑煞N地膜覆蓋下，補(bǔ)灌有利于提高冬小麥株高，過量補(bǔ)灌其效果減弱；隨生育期推進(jìn)，降解膜逐漸裂解，改善了土壤通氣透水性能，降解膜在抽穗和灌漿期提高株高的作用好于普通膜。

表1 不同覆膜和補(bǔ)灌量對冬小麥株高、比葉面積的影響Tab.1 Effects of different film mulching and supplementary irrigation on plant height and specific leaf area of winter wheat

注：同列數(shù)據(jù)后小寫字母表示在0.05水平差異顯著。

2.5 不同地膜覆蓋與補(bǔ)灌量對冬小麥比葉面積的影響

各處理不同生育期比葉面積見表1。拔節(jié)期(除W0外)和抽穗期各處理的比葉面積顯著高于對照，而灌漿期顯著低于對照。相同補(bǔ)灌量下各處理的比葉面積均隨生育期推進(jìn)而逐漸減小，W2和W3降幅較大，平均分別為17.69、13.73 cm2/g(W2)和22.96、13.66 cm2/g(W3)。B與P覆蓋在拔節(jié)期和抽穗期的比葉面積均隨補(bǔ)灌量增加而增大，W3時(shí)達(dá)到最大，分別為50.18、29.69和52.18、26.74 cm2/g，而且拔節(jié)期P覆蓋大于B覆蓋，其中W2、W3達(dá)顯著水平，分別提高了7.5%和4.0%，抽穗期B覆蓋顯著大于P覆蓋，提高了3.8%～11.0%。灌漿期兩種地膜覆蓋下比葉面積隨補(bǔ)灌量增加呈先減小后增大，且B覆蓋大于P覆蓋，W2時(shí)最小，分別為13.05 和12.92 cm2/g。可見，補(bǔ)灌能促進(jìn)冬小麥葉片伸展和干物質(zhì)積累，拔節(jié)期P覆蓋效果優(yōu)于B覆蓋，抽穗期和灌漿期B覆蓋優(yōu)勢顯現(xiàn)。

3 討 論

(1)葉綠素a、葉綠素b和葉綠素a/b。葉綠素含量是植物光合作用中最重要的色素，葉綠素含量和葉綠素a /b比值是對光合功能具有重要影響的生理指標(biāo)。本研究中，覆膜和補(bǔ)灌有利于提高各生育期葉綠素a和葉綠素b含量，而且兩者變化趨勢相似；各處理葉綠素a和葉綠素b含量隨生育期推進(jìn)逐漸增大，在灌漿期均達(dá)到最大值，與呂麗華[13]研究結(jié)果一致。拔節(jié)期B覆蓋的葉綠素a含量隨補(bǔ)灌量增加而增大，BW3最大，為2.27 mg/g，P覆蓋則隨補(bǔ)灌量增加呈先增大后減小的趨勢，PW2最大，為2.37 mg/g；抽穗期和灌漿期B和P覆蓋下，葉綠素a和葉綠素b含量隨補(bǔ)灌量增加呈先增大后減小的趨勢，在W2時(shí)達(dá)到最大值。但過量灌水效果會(huì)降低，而且B覆蓋有減緩葉綠素a和葉綠素b下降的作用。抽穗期和灌漿期W3處理的葉綠素a和葉綠素b含量都顯著低于W2處理，B和P覆蓋葉綠素a分別下降了0.09、0.03 mg/g和0.10、0.08 mg/g，葉綠素b分別下降了0.04、0.05 mg/g和0.06、0.08 mg/g，B覆蓋下的葉綠素a和葉綠素b含量下降幅度小于P覆蓋。

整體來說，各處理的葉綠素a/b值隨生育期逐漸降低，各處理葉綠素a/b值變化規(guī)律相近，而且補(bǔ)灌和B覆蓋有利于提高拔節(jié)期葉綠素a/b值，降低抽穗期和灌漿期葉綠素a/b值。與呂麗華[13]研究結(jié)果不盡相同，與牛立元等[12]研究結(jié)果一致。本研究中拔節(jié)期B和J覆蓋下，葉綠素a/b隨補(bǔ)灌量增加而先增大后減小，B覆蓋下的葉綠素a/b顯著高于P。抽穗期和灌漿期，葉綠素a/b值均隨補(bǔ)灌量增加呈先減小后增大，W2時(shí)達(dá)到最小值；相同補(bǔ)灌量下，抽穗期B覆蓋的葉綠素a/b顯著低于P覆蓋，灌漿期B覆蓋的葉綠素a/b均低于P覆蓋(除W0外)。

(2)比葉面積。比葉面積是評價(jià)植物葉片功能特性的重要參數(shù)[14]。營養(yǎng)需求得到充分滿足的植物比葉面積達(dá)到最小值，而葉片很薄時(shí)比葉面積達(dá)到最大值[15]。本研究中同一補(bǔ)灌量下，各處理的比葉面積均隨生育期推進(jìn)而逐漸減小，與喬玉輝等[16]研究結(jié)果相似。B與P覆蓋在拔節(jié)期和抽穗期的比葉面積均隨補(bǔ)灌量增加而增大，而且拔節(jié)期P覆蓋大于B覆蓋，抽穗期則相反。灌漿期兩種地膜覆蓋下比葉面積隨補(bǔ)灌量增加呈先減小后增大，且B覆蓋大于P覆蓋。這是因?yàn)榘喂?jié)期和抽穗期以營養(yǎng)生長為主，比葉面積較大有利于光合作用，為后期干物質(zhì)快速積累打好基礎(chǔ)，灌漿期以生殖生長為主，補(bǔ)灌過量造成前期莖葉陡長和養(yǎng)分消耗，不利于灌漿期干物質(zhì)積累。拔節(jié)期氣溫較低，P覆蓋保溫較好，因此對比葉面積的影響優(yōu)于B覆蓋，抽穗期氣溫回升，冬小麥生長迅速，對養(yǎng)分水分等需求大，根系生化反應(yīng)活躍，加之B裂解改善了土壤狀況，B覆蓋優(yōu)勢顯現(xiàn)。

4 結(jié) 語

覆膜和補(bǔ)灌有利于提高各生育期葉綠素a和葉綠素b含量，但過量灌水效果會(huì)降低，而且B覆蓋效果好于P覆蓋。B覆蓋和補(bǔ)灌有利于提高拔節(jié)期葉綠素a/b值，降低抽穗期和灌漿期葉綠素a/b值。覆膜和補(bǔ)灌能促進(jìn)冬小麥葉片伸展和干物質(zhì)積累，拔節(jié)期P覆蓋效果優(yōu)于B覆蓋，抽穗期和灌漿期B覆蓋優(yōu)勢顯現(xiàn)。