旱地全膜覆土穴播蕎麥田土壤水熱及產(chǎn)量效應(yīng)研究

方彥杰 張緒成 于顯楓 侯慧芝 王紅麗 馬一凡

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旱地全膜覆土穴播蕎麥田土壤水熱及產(chǎn)量效應(yīng)研究

方彥杰 張緒成*于顯楓 侯慧芝 王紅麗 馬一凡

甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院旱地農(nóng)業(yè)研究所 / 甘肅省旱作區(qū)水資源高效利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 甘肅蘭州 730070

2015—2017年在西北黃土高原半干旱區(qū)設(shè)全膜覆土穴播(FMS)和露地穴播(CK) 2種種植方式, 研究西北黃土高原全膜覆土穴播對(duì)旱地蕎麥農(nóng)田土壤水分和溫度、產(chǎn)量及水分利用效率的影響, 為尋求半干旱區(qū)蕎麥高產(chǎn)高效的技術(shù)途徑提供理論依據(jù)。結(jié)果表明, FMS較CK使蕎麥苗期提前2.0~2.7 d, 分枝期提前2~3 d, 現(xiàn)蕾期提前0~1.7 d, 而灌漿期延長(zhǎng)4.7~7.0 d。全膜覆土穴播(FMS)提高平水年(2015)和欠水年(2016)蕎麥農(nóng)田的土壤貯水量, 較CK增加16.9 mm和25.59 mm, 提高2.91%和5.79%, 差異顯著(<0.05), 但豐水年(2017)處理間差異不顯著。在平水年和豐水年, 0~25 cm土壤平均溫度FMS較CK分別增加2.27℃和2.20℃, 但是在高溫干旱年, FMS分枝期至灌漿期明顯低于CK, 全生育期內(nèi)0~25 cm土壤平均溫度FMS較CK降低。成熟期FMS干物質(zhì)量較CK增加13.46%~137.87%, 葉面積指數(shù)增加16.22%~52.55%, 株高增加12.78%~48.91%, 單株粒重增加33.39%~60.90%, 籽粒飽滿率提高8.48%~9.14%。3年全膜覆土穴播蕎麥生育期0~300 cm土壤耗水量增加3.89%, 但差異不顯著, 產(chǎn)量增加7.26%~95.25%, 水分利用效率提高7.59%~87.08%, 差異顯著(<0.05), 而且越干旱年份增產(chǎn)增效愈加明顯。全膜覆土穴播能夠提高蕎麥播前土壤貯水量, 降低高溫時(shí)段的土壤溫度, 延長(zhǎng)灌漿期, 顯著提高葉面積指數(shù)和生物量, 促進(jìn)蕎麥植株發(fā)育, 使得產(chǎn)量和水分利用效率明顯升高。

半干旱區(qū); 蕎麥; 全膜覆土穴播; 土壤水分; 土壤溫度; 水分利用效率

蕎麥?zhǔn)侵袊?guó)主要的小宗雜糧作物之一, 對(duì)中國(guó)特色農(nóng)業(yè)發(fā)展及區(qū)域種植結(jié)構(gòu)調(diào)整有著重要的作用[1]。西北地區(qū)降水不足且分配不均, 適宜種植抗旱性強(qiáng)且耗水量小的作物[2-3], 蕎麥具備這些特點(diǎn)[4]。受自然干旱和傳統(tǒng)種植觀念等的影響[5-6], 蕎麥產(chǎn)量和資源利用效率較低, 制約了蕎麥產(chǎn)業(yè)發(fā)展和效益提高[1]。為此, 在中國(guó)蕎麥主產(chǎn)地黃土高原半干旱區(qū), 研究旱地蕎麥高產(chǎn)高效技術(shù)及其機(jī)制, 對(duì)區(qū)域農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義。地膜覆蓋是黃土高原半干旱區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)解決土壤水分問(wèn)題的最有效措施, 能夠顯著提高作物對(duì)資源的利用效率[7], 可以對(duì)農(nóng)田土壤水分進(jìn)行再分配, 有效提高土壤含水量10.0%~16.4%[8], 提高土壤溫度1.8℃[9], 提早出苗8~11 d[9-10], 促進(jìn)生長(zhǎng)發(fā)育[11], 提高降水資源利用效率8.0%~27.0%[12-13], 顯著增加產(chǎn)量29.13%~ 220.00%[8-15]。

受蕎麥為耐瘠作物的傳統(tǒng)觀念影響, 一般不注重土壤水分管理。然而, 研究認(rèn)為蕎麥?zhǔn)且环N對(duì)水分較敏感的作物, 充足的水分供應(yīng)對(duì)提高蕎麥產(chǎn)量品質(zhì)具有重要的作用[16]。干旱模擬試驗(yàn)表明, 干旱缺水對(duì)蕎麥種子的萌發(fā)和發(fā)育有顯著影響[17]。旱地全膜覆土穴播技術(shù)是一項(xiàng)集全地面平鋪地膜+膜上覆土+穴播種植為一體的旱地作物高效栽培技術(shù)[15], 在西北黃土高原被廣泛應(yīng)用[13]。目前, 全膜覆土穴播技術(shù)的保墑和增產(chǎn)效應(yīng)基本明確, 但關(guān)于全膜覆土穴播對(duì)蕎麥農(nóng)田土壤水熱狀況的影響及其對(duì)蕎麥生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量形成的作用機(jī)理仍不清楚。為此, 在黃土高原半干旱區(qū)將全膜覆土穴播技術(shù)應(yīng)用到旱地蕎麥栽培中, 以期改善蕎麥麥田水熱特性, 提高蕎麥生長(zhǎng)熱量和水分需求與生育周期的吻合度, 建立適用于旱地蕎麥的高效生產(chǎn)技術(shù)。本研究測(cè)定蕎麥全生育期土壤溫度、土壤含水量及生長(zhǎng)狀態(tài)指標(biāo), 旨在闡明全膜覆土穴播對(duì)蕎麥農(nóng)田土壤水熱狀況的影響及其對(duì)蕎麥生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量形成的作用機(jī)制, 為尋求半干旱區(qū)旱地蕎麥高產(chǎn)高效的種植技術(shù)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院定西試驗(yàn)站(甘肅省定西市安定區(qū)團(tuán)結(jié)鎮(zhèn)唐家堡村, 104°36′E, 35°35′N), 海拔1 970 m, 年平均氣溫6.2℃, 年輻射總量5898 MJ m–2, 年日照時(shí)數(shù)2500 h, ≥10℃積溫2075.1℃, 無(wú)霜期140 d, 屬中溫帶半干旱氣候。作物一年一熟, 為典型旱地雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)。年均降水量415 mm, 6月至9月降水量占年降水量的68%, 降水相對(duì)變率為24%, 400 mm降水保證率為48%。試驗(yàn)區(qū)土壤為黃綿土, 0~30 cm土層平均容重1.25 g cm–3, 田間持水量為21.18%, 凋萎系數(shù)為7.2%。土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、NH4+-N、NO3-N、速效磷、速效鉀含量分別為 11.99 g kg–1、1.16 g kg–1、0.25 g kg–1、17.3 g kg–1、4.8 mg kg–1、0.8 mg kg–1、8.67 mg kg–1和121.50 mg kg–1, pH 8.35。試驗(yàn)田為旱川地, 前茬作物為馬鈴薯。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以苦蕎麥([L.] Gaertn.)為供試材料, 品種為云蕎2號(hào)。設(shè)置全膜覆土(FMS, 地膜平鋪整個(gè)地面, 在膜上覆細(xì)土1~2 cm)和傳統(tǒng)露地穴播(CK) 2種種植方式, 每個(gè)處理3次重復(fù), 小區(qū)面積35 m2(5 m × 7 m), 采用完全隨機(jī)試驗(yàn)設(shè)計(jì)。FMS每年均在3月下旬整地施肥覆膜, 2個(gè)處理均用穴播機(jī)播種, 播深3~4 cm, 每穴5~7粒, 行距30 cm, 穴距12 cm, 密度180萬(wàn)株hm–2。施肥量為純N 40 kg hm–2、P2O530 kg hm–2、K2O 20 kg hm–2, 肥料均作為基肥一次性施入。2015年5月6日播種, 8月31日收獲; 2016年5月29日播種, 9月5日收獲; 2017年5月26日播種, 9月12日收獲。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 土壤水分 分別在苗期、分枝期、現(xiàn)蕾期、盛花期、灌漿期和成熟期用烘干法測(cè)定土壤含水量。土壤深度為 0~300 cm, 每20 cm為步長(zhǎng)于蕎麥穴間取土。

1.3.2 土壤溫度 用曲管地溫計(jì)在兩穴植株間定位測(cè)定5、10、15、20和25 cm處地溫。每7 d在8:00、14:00、20:00各測(cè)定一次。

1.3.3 生物量測(cè)定 分別在苗期、分枝期、現(xiàn)蕾期、盛花期、灌漿期和成熟期從每小區(qū)隨機(jī)采樣10株, 采用烘干法測(cè)定地上部分的干物質(zhì)累積量。

1.3.4 土壤貯水量 0~300 cm土壤儲(chǔ)水量, SWS = 10×××式中,代表土壤深度(cm),代表土壤容重(g cm–3),代表體積含水量(m3m–3)。

1.3.5 土壤耗水量 0~300 cm耗水量ET =+WSs?WSh, 式中,為降水量(mm), WSs和WSh分別是播種前和收獲后的0~300 cm土層的土壤儲(chǔ)水量(mm)。

1.3.6 水分利用效率 水分利用效率(kg hm–2mm–1) WUE =/ET, 式中,為作物籽粒產(chǎn)量(kg hm–2), ET為作物耗水量(mm)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

用Microsoft Excel 2010軟件作圖, DPS數(shù)據(jù)處理軟件統(tǒng)計(jì)分析, 用Tukey法檢驗(yàn)處理間的差異顯著性(<0.05和<0.01)。

2 結(jié)果與分析

2.1 試驗(yàn)?zāi)攴菔w麥生育期降雨量及氣溫變化

根據(jù)甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院定西試驗(yàn)站氣象資料統(tǒng)計(jì), 蕎麥生育期多年平均降雨量為189.3 mm, 多年平均氣溫為16.78℃。2015年蕎麥生育期平均氣溫為16.32℃, 降低2.76%, 降雨量為193.4 mm, 為同期多年平均的102.19%, 且各關(guān)鍵生育期降雨分布較均勻, 屬平水年。2016年蕎麥生育期平均氣溫為19.04℃, 增加13.46%, 降雨量為149.3 mm, 為同期多年平均的78.89%, 屬干旱高溫欠水年。2017年蕎麥生育期平均氣溫為17.80℃, 增加6.08%, 降雨量為242.9 mm, 為同期多年平均的128.34%, 灌漿前干旱, 降雨偏少, 灌漿期降雨146.7 mm, 占全生育期的60.4%, 對(duì)蕎麥生育有影響, 屬豐水年, 但降雨分布不均衡(圖1)。

2.2 全膜覆土穴播對(duì)蕎麥生育進(jìn)程的影響

全膜覆土穴播對(duì)蕎麥生育進(jìn)程有顯著影響(圖2)。與CK相比, FMS能夠延長(zhǎng)蕎麥生育期1.3~2.3 d, 苗期提前2.0~2.7 d, 分枝期提前2~3 d, 現(xiàn)蕾期提前0~1.7 d, 而灌漿期延長(zhǎng)4.7~7.0 d?？梢?jiàn), FMS能夠延長(zhǎng)蕎麥生育期, 縮短營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和延長(zhǎng)生殖生長(zhǎng)。

圖1 蕎麥生育期降雨和氣溫變化

圖2 全膜覆土穴播對(duì)蕎麥生育進(jìn)程的影響

FMS: 全膜覆土穴播種植; CK: 露地穴播種植。

FMS: whole field soil-plastic mulching with hole-sowing; CK: hole-sowing on bare soils.

2.3 全膜覆土穴播對(duì)0~300 cm土層土壤水分時(shí)空變化的影響

2.3.1 土壤貯水量動(dòng)態(tài)變化 土壤貯水量受降水影響差異明顯(圖3)。2個(gè)處理土壤貯水量在平水年和欠水年均隨生育進(jìn)程呈下降趨勢(shì), 且FMS高于CK。豐水年播種至花前土壤貯水量隨蕎麥生長(zhǎng)而減少, 花后隨著降雨量增加(7月22日至成熟降雨164.2 mm)而增加; 分枝前FMS的土壤貯水量高于CK, 而分枝后則低于CK。平水年FMS的土壤貯水量與CK達(dá)顯著差異(<0.05), 平均增加16.9 mm, 提高2.91%。除灌漿期外, 欠水年FMS較CK平均增加25.59 mm, 提高5.79%, 差異顯著(<0.05)。豐水年FMS與CK的土壤貯水量在分枝期和成熟期無(wú)顯著差異, 播種至苗期FMS較CK分別高54.57 mm和43.77 mm, 但分枝期后FMS土壤貯水量顯著低于CK。

2.3.2 全膜覆土穴播對(duì)0~300 cm土層土壤水分垂直變化的影響 蕎麥生育期內(nèi)0~300 cm 土層土壤含水量垂直變化與地膜覆蓋、生育進(jìn)程及降雨分布密切相關(guān)(圖4)。平水年播前和苗期0~100 cm土層土壤含水量FMS均高于CK, 苗期0~60 cm差異顯著(0.05), 花期0~60 cm則低于CK, 差異顯著(0.05)。欠水年播前、苗期和分枝期處理間土壤含水量表現(xiàn)相似, 0~180 cm土層土壤含水量FMS高于CK, 差異明顯, 成熟期100~200 cm FMS低于CK, 但200 cm以下高于CK, 且差異顯著(0.05)。豐水年播前和苗期0~200 cm土層土壤平均含水量FMS高于CK, 且0~100 cm差異顯著(0.05), 分枝期80~100 cm土層差異顯著(0.05), 花期140~180 cm土層差異顯著(0.05), 灌漿期120~180 cm FMS低于CK, 差異顯著(0.05), 260~300 cm差異顯著(0.05)。

圖3 蕎麥生育期0~300 cm土層土壤貯水量變化

FMS: 全膜覆土穴播種植; CK: 露地穴播種植。

FMS: whole field soil-plastic mulching with hole-sowing; CK: hole-sowing on bare soils.

圖4 蕎麥不同生長(zhǎng)時(shí)期0~300 cm土層土壤含水量變化

FMS: 全膜覆土穴播種植; CK: 露地穴播種植。

FMS: whole field soil-plastic mulching with hole-sowing; CK: hole-sowing on bare soils.

2.4 全膜覆土穴播對(duì)0~25 cm土層土壤溫度動(dòng)態(tài)變化的影響

兩個(gè)處理0~25 cm土層的土壤平均溫度和平均氣溫變化總體趨勢(shì)相似(圖5)。在平水年和豐水年, FMS 0~25 cm土層的土壤溫度均高于CK, 分別增加2.27℃和2.20℃, 并且在蕎麥生殖生長(zhǎng)階段的增溫效果更為明顯。欠水年在播種至苗期階段, FMS比CK增加2.07℃; 分枝后FMS低于CK, 并且在分枝期至灌漿期的降溫效果尤為明顯, 下降了0.14℃?？梢?jiàn), 全膜覆土穴播對(duì)0~25 cm土壤溫度有明顯的調(diào)節(jié)作用。

2.5 全膜覆土穴播對(duì)蕎麥地上部干物質(zhì)積累的影響

全膜覆土穴播種植對(duì)蕎麥單株干物質(zhì)積累有顯著影響(表1), 3年內(nèi)各生育期FMS的單株干物質(zhì)均顯著高于CK (<0.05)。平水年FMS在苗期~成熟期較CK分別增加了13.46%~103.53%, 欠水年增加了80.95%~292.35%, 豐水年增加了18.40%~181.55%。說(shuō)明全膜覆土穴播種植顯著促進(jìn)蕎麥干物質(zhì)積累, 并且在干旱年份更加明顯。

圖5 蕎麥生育階段0~25 cm土壤平均溫度變化

FMS: 全膜覆土穴播種植; CK:露地穴播種植; SO~SE: 播種到苗期; SE~BR: 苗期到分枝期; BR~FL: 分枝期到花期; FL~FI: 花期到灌漿期; FI~MA: 灌漿期到成熟期。

FMS: whole field soil-plastic mulching with hole-sowing; CK: hole-sowing on bare soils; SO–SE: sowing-seeding; SE–BR: seeding-branching; BR–FL: branching-flowing; FL–FI: flowing-filling; FI–MA: filling-maturing.

表1 全膜覆土穴播對(duì)蕎麥單株地上部分干物質(zhì)積累的影響

同一年度中, 同列的數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間差異顯著(< 0.05)。FMS: 全膜覆土穴播種植; CK: 露地穴播種植。

In each growing season, mean values (= 3) followed by different letters within a column are significantly different among treatments (< 0.05). FMS: whole field soil-plastic mulching with hole-sowing; CK: hole-sowing on bare soils.

2.6 全膜覆土穴播對(duì)蕎麥葉片LAI的影響

兩個(gè)處理LAI在花期最高(表2), 而且豐水年>平水年>欠水年。平水年和豐水年處理間的LAI在各生育期均達(dá)到顯著差異(0.05), FMS 較CK分別高5.35%~56.19%和36.52%~118.43%; 欠水年2個(gè)處理在分枝期無(wú)顯著差異, 其余生育時(shí)期FMS 較CK高9.62%~112.16%, 差異顯著(<0.05)。表明全膜覆土穴播能促進(jìn)蕎麥的群體發(fā)育, 顯著提高LAI, 這為提高產(chǎn)量奠定了基礎(chǔ)。

2.7 全膜覆土穴播對(duì)蕎麥生長(zhǎng)和產(chǎn)量性狀的影響

全膜覆土種植對(duì)蕎麥生長(zhǎng)和產(chǎn)量性狀有顯著影響(表3)。FMS成穗數(shù)較CK降低3.19%~4.32%, 但無(wú)顯著差異。FMS的株高較CK增加了12.78%~ 48.91%, 并在欠水年達(dá)到顯著差異(0.05)。FMS的籽粒位高顯著低于CK (0.05), 有利于高產(chǎn)并降低倒伏率。FMS的單株粒重較CK增加33.39%~ 60.90%, 差異顯著(0.05)。處理間的籽粒飽滿率無(wú)顯著差異。表明全膜覆土穴播蕎麥在不同年份均有利于蕎麥生長(zhǎng), 但株高增加可能會(huì)導(dǎo)致倒伏, 影響產(chǎn)量。

2.8 全膜覆土穴播對(duì)蕎麥產(chǎn)量、耗水量及水分利用效率的影響

全膜覆土穴播對(duì)蕎麥產(chǎn)量、耗水量及水分利用效率(WUE)有顯著影響(表4), 對(duì)3年蕎麥產(chǎn)量和WUE的綜合分析表明, 種植方式(<0.01)、年份(<0.01)及二因素交互作用對(duì)蕎麥產(chǎn)量和WUE影響極顯著(表5)。3年試驗(yàn)中FMS產(chǎn)量顯著高于CK (0.05)。平水年FMS產(chǎn)量為2774.52 kg hm–2, 較CK增加7.26%; 欠水年為2158.22 kg hm–2, 較CK增加95.25%; 豐水年為2712.78 kg hm–2, 較CK增加11.46%。3年FMS較CK平均增產(chǎn)638.41 kg hm–2, 增加33.42%。在平水年和欠水年, 蕎麥耗水量處理間差異不顯著; 豐水年FMS 耗水量較CK增加11.46%, 差異顯著(0.05)。FMS的WUE在平水年、欠水年和豐水年較CK分別增加了7.59%、87.08%和19.41%, 差異顯著(0.05)。

表2 不同生育期蕎麥葉面積指數(shù)(LAI)

同一年度中, 同列的數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間差異顯著(< 0.05)。

In each growing season, mean values (= 3) followed by different letters within a column are significantly different among treatments (< 0.05). FMS: whole field soil-plastic mulching with hole-sowing; CK: hole-sowing on bare soils.

表3 蕎麥生育期生長(zhǎng)性狀特征

同一年度中, 同列的數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間差異顯著(< 0.05)。FMS: 全膜覆土穴播種植; CK: 露地穴播種植。

In each growing season, mean values (= 3) followed by different letters within a column are significantly different among treatments (< 0.05). FMS: whole field soil-plastic mulching with hole-sowing; CK: hole-sowing on bare soils.

表4 不同處理蕎麥產(chǎn)量、耗水量及水分利用效率

同一年度中, 同列的數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間差異顯著(< 0.05)。FMS:全膜覆土穴播種植; CK:露地穴播種植。

In each growing season, mean values (= 3) followed by different letters within a column are significantly different among treatments (< 0.05). FMS: whole field soil-plastic mulching with hole-sowing; CK: hole-sowing on bare soils.

表5 年份和種植方式對(duì)產(chǎn)量及WUE的方差分析

3 討論

3.1 半干旱區(qū)全膜覆土穴播對(duì)蕎麥農(nóng)田土壤水熱環(huán)境的影響

水熱條件是影響作物生長(zhǎng)發(fā)育最重要的因素之一, 全膜覆土穴播種植技術(shù)能顯著調(diào)節(jié)土壤水熱狀況[18], 進(jìn)而影響作物的產(chǎn)量和水分利用[13-15]。本研究2015—2016年FMS能夠使農(nóng)田0~300 cm土層土壤貯水量在蕎麥不同生育階段均高于CK, 分別增加16.9 mm和25.59 mm, 提高2.91%和5.79%, 差異顯著(0.05), 這一結(jié)果與在春小麥全膜覆土穴播種植的研究一致[19], 但在豐水年減小了4.07 mm, 降低0.85%, 差異不顯著(0.05)。由此可知, 全膜覆土穴播能夠有效增加平水年和欠水年蕎麥農(nóng)田0~300 cm土壤貯水量, 為蕎麥生長(zhǎng)提供較好的土壤水分環(huán)境, 有利于蕎麥根系吸收利用[20]。

黃土高原半干旱區(qū)蕎麥播種期在5月中下旬, 此期降雨少, 氣溫較高, 全膜覆土穴播技術(shù)有效改善了土壤水分, 對(duì)保證蕎麥苗齊苗壯意義重大[8-10]。本研究蕎麥生育期對(duì)全膜覆土穴播蕎麥土壤水分垂直分布有顯著影響。無(wú)論何種降水年份, 由于休閑期覆蓋作用, 抑制土壤棵間蒸發(fā), 減少無(wú)效耗水, FMS播前、苗期和分枝期0~60 cm土層土壤含水量顯著高于CK (<0.05)。可見(jiàn), FMS通過(guò)提高生育前期貯水量, 為蕎麥花前正常生長(zhǎng)提供土壤水分保證。已有研究表明, 全膜覆土穴播小麥在拔節(jié)期和灌漿期, FMS 0~200 cm土層土壤含水量在欠水和豐水年份均比CK低[11]。然而, 本研究2015年和2016年0~300 cm土層土壤平均含水量FMS分別較CK高3.60%、5.33%, 而2017年低3.34%[9], 這種不一致可能是覆蓋方式和作物種類差異所致。2017年, 蕎麥灌漿期260~300 cm土層土壤含水量FMS均顯著低于CK (<0.05), 表明FMS利用了260~300 cm土層土壤水分, 對(duì)蕎麥農(nóng)田0~300 cm土壤水分有影響, 這與前人對(duì)小麥的研究結(jié)果相似[10]。

地膜覆蓋通過(guò)增加吸收太陽(yáng)輻射達(dá)到增溫作用[21-22], 可緩解低溫對(duì)種子萌發(fā)和苗期形態(tài)建成的不利影響[8]。對(duì)全膜覆土穴播的土壤溫度效應(yīng)研究表明, FMS能夠使西北春小麥0~25 cm土壤平均溫度較露地種植提高1.8℃[9], 冬小麥10 cm深土壤日均溫度較露地種植平均增加3.8%。本研究中, FMS在平水年和豐水年生育期0~25 cm平均溫度較CK分別增加2.27℃和2.20℃, 體現(xiàn)了地膜覆蓋的增溫效應(yīng)[23]。本研究在生育期平均氣溫19.04℃的欠水年, FMS分枝期至灌漿期0~25 cm平均溫度明顯低于CK, 全生育期內(nèi)0~25 cm平均溫度FMS較CK降低0.14℃。分析認(rèn)為FMS在氣溫較低及降雨較多豐水年份可以增加0~25 cm土壤平均溫度, 促進(jìn)根系活力, 而在高溫干旱欠水年份, 可以降低土壤平均溫度, 延緩根系衰老。可見(jiàn), 全膜覆土穴播蕎麥可以根據(jù)不同的降雨及熱量條件, 調(diào)節(jié)土壤溫度, 使其均有利于蕎麥根系生長(zhǎng)。

3.2 全膜覆土穴播對(duì)旱地蕎麥生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響

地膜覆蓋通過(guò)提高作物生育前期土壤積溫和改善土壤水分條件, 加快作物生育進(jìn)程, 延長(zhǎng)作物生殖生長(zhǎng)階段[24]。本研究3年結(jié)果表明, FMS較CK苗期、分枝期、現(xiàn)蕾期均提前, 整個(gè)生育期延長(zhǎng)1.3~2.3 d, 灌漿期延長(zhǎng)4.7~7.0 d。表明全膜覆土穴播種植能夠使蕎麥提早花前各生育階段, 延長(zhǎng)花后生殖生育時(shí)間。植株干物質(zhì)量的大小直接影響作物的產(chǎn)量形成[25], 葉面積指數(shù)、株高、成穗數(shù)、單株粒重等性狀指標(biāo)與產(chǎn)量息息相關(guān)[26-27]。本研究認(rèn)為, 由于全膜覆蓋蕎麥生長(zhǎng)快、生長(zhǎng)旺盛, 干物質(zhì)量和LAI均較CK差異顯著(<0.05), 2015—2017年, 成熟期干物質(zhì)量FMS較CK增加13.46%~137.87%, 葉面積指數(shù)增加16.22%~52.55%, 株高增加12.78%~ 48.91%, 單株粒重增加33.39%~60.90%, 籽粒飽滿率均提高8.48%~9.14%。但是蕎麥成穗數(shù)則表現(xiàn)為FMS較CK減少3.19%~4.32%, 認(rèn)為主要原因是全膜覆土穴播蕎麥部分幼苗與穴孔錯(cuò)位, 發(fā)生燒苗, 降低了成穗數(shù)。3年試驗(yàn)中, FMS較CK在不同年份都有利于蕎麥生長(zhǎng)性狀表現(xiàn), 有利于蕎麥產(chǎn)量形成, 但應(yīng)控制全膜覆土穴播蕎麥的株高, 以防發(fā)生倒伏。

國(guó)內(nèi)關(guān)于地膜覆蓋種植技術(shù)的研究中, 提高作物產(chǎn)量和水分利用效率是共同的認(rèn)識(shí), 但因年份、地域和覆蓋方式而有差異[28-30]。侯慧芝研究得出, 半干旱區(qū)不同降水年份全膜覆土穴播種植對(duì)春小麥產(chǎn)量和水分利用效率影響顯著[10], 本研究結(jié)果得出, 2015—2017年種植方式(<0.01)、年份(<0.01)與對(duì)蕎麥產(chǎn)量和WUE影響極顯著, 表明在半干旱區(qū)旱地條件下, 蕎麥產(chǎn)量和WUE的高低是由不同年份自然因素(主要是降雨)和種植方式共同影響的。在本試驗(yàn)條件下, FMS與CK產(chǎn)量和WUE差異顯著(<0.05), 在平水年、欠水年、豐水年產(chǎn)量分別增加7.26%、95.25%、11.46%, 水分利用效率分別提高7.59%、87.08%、19.41%, 生育期0~300 cm耗水量平均高11.95 mm, 增加3.89%。蕎麥全膜覆土穴播種植后, 前期減少土壤無(wú)效蒸發(fā), 后期由于生物量和葉面積指數(shù)增加, 植株蒸騰耗水增加, 使更多的干物質(zhì)轉(zhuǎn)化為籽粒產(chǎn)量。雖然生育期總耗水量增加, 但差異不顯著(>0.05), 而產(chǎn)量和WUE提高差異顯著(<0.05)。可見(jiàn), 全膜覆土穴播種植可以顯著增加蕎麥經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量, 提高降水資源的利用效率, 并且在高溫干旱的欠水年份表現(xiàn)尤為突出。

4 結(jié)論

全膜覆土穴播種植可增加蕎麥生育期的土壤溫度, 提高播前土壤含水量, 促使提早出苗, 縮短營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)并延長(zhǎng)生殖生長(zhǎng), 調(diào)節(jié)土壤水分時(shí)空分布, 為蕎麥生長(zhǎng)提供良好的水分環(huán)境, 增加株高、干物質(zhì)量、葉面積指數(shù), 以及提高成熟期的經(jīng)濟(jì)性狀, 這對(duì)蕎麥高產(chǎn)高效有利, 使產(chǎn)量增加7.26%~95.25%, 水分利用效率提高7.59%~87.08%, 而且在干旱年份效果更為明顯。因此, 全膜覆土穴播技術(shù)可以作為黃土高原半干旱區(qū)蕎麥適宜的種植方式。

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Effects of whole soil-plastic mulching with hole-sowing on soil temperature, moisture and yield of buckwheat in aridlands

FANG Yan-Jie, ZHANG Xu-Cheng*, YU Xian-Feng, HOU Hui-Zhi, WANG Hong-Li, and MA Yi-Fan

Institute of Dry-Land Agriculture, Gansu Academy of Agricultural Sciences / Key Laboratory of High Water Utilization on Dryland of Gansu Pro-vince, Lanzhou 730070, Gansu, China

To provide a theoretical basis for exploring a high-yield and high-efficiency technique for buckwheat ([L.] Gaertn.) in semiarid areas of China, we carried out long-term field experiments (2015 to 2017) at the Dingxi Experiment Station of Gansu Academy of Agricultural Sciences in the Loess Plateau of northwestern China. Two planting patterns, namely whole field soil-plastic mulching with hole-sowing (FMS), and hole-sowing on bare soils (CK), were set to investigate the effects of FMS on soil temperature, moisture, yield and water use efficiency (WUE) of buckwheat. Compared with CK, FMS advanced seedling stage of buckwheat 2.0 to 2.7 days earlier, branching stage 2 to 3 days earlier, and budding stage 0 to 1.7 days earlier, and extended the filling stage 4.7 to 7.0 days longer. FMS increased soil water storage (SWS) of 0 to 300 cm layer in normal (2015) and dry years (2016) by 2.91% (16.9 mm) and 5.79% (25.59 mm) (< 0.05), respectively. However, no significant difference was found between them in the wet year of 2017. FMS increased average soil temperature (s) in 0?25 cm layer by 2.27℃ and 2.20℃ in normal and wet years, respectively. While in dry year with higher temperature, FMS lowered Ts during branching to filling stages. Similarly, FMS appreciably decreased seasonal meansof 0 to 25 cm layer compared with CK. At maturity, FMS increased dry matter weight (DM) by 13.46% to 137.87%, leaf area index (LAI) by 16.22% to 52.55%, plant height by 12.78% to 48.91%, grain weight per plant by 33.39% to 60.90%, and grain plumpness rates by 8.48% to 9.14%. On average, FMS increased crop water consumption in 0 to 300 cm soil layer by 3.89% during the three consecutive years, but the difference was not significant (> 0.05). Nevertheless, FMS increased yield by 7.26% to 95.25%, and WUE by 7.59% to 87.08% (< 0.05). The results demonstrated that the high-yield and high-efficiency of FMS were more significant during drier years. In conclusion, FMS could increase SWS prior to sowing, decreasesduring high-temperature periods, prolong filling stage, and markedly increase LAI and DM, resulting in the promoted the development of plants, and the significantly enhanced yield and WUE of buckwheat.

semi-arid area; buckwheat; whole field soil-plastic mulching with hole-sowing; soil water; soil temperature; water use efficiency

2018-12-14;

2019-04-15;

2019-04-18.

10.3724/SP.J.1006.2019.81089

張緒成, E-mail: gszhangxuch@163.com, Tel: 0931-7614864

本研究由國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31760367), 國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2015BAD22B04)和甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新專項(xiàng)計(jì)劃(2017GAAS27)資助。

The work was supported by the National Natural Science Foundation of China (31760367), the National Science and Technology Research Projects of China (2015BAD22B04), and the Agricultural Science and Technology Innovation Program of GAAS (2017GAAS27).

URL: http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20190417.1144.004.html