地膜覆蓋對谷田土壤水熱狀況及谷子水分利用效率的影響

常 樂，王麗霞

（1.長治職業(yè)技術(shù)學院，山西長治046000；2.山西省農(nóng)業(yè)科學院谷子研究所，山西長治046000）

谷子是我國主要雜糧作物之一，也是山西省小雜糧王國的代表性作物，在山西發(fā)展有機旱作農(nóng)業(yè)的戰(zhàn)略中發(fā)揮著重要作用[1-2]。地膜覆蓋是一項重要的增溫保墑、節(jié)水增產(chǎn)的栽培技術(shù)[3]，在積溫足夠的地區(qū)同時有控草的重要作用[4]，目前在谷子生產(chǎn)上已大面積應用。廣大農(nóng)業(yè)科研人員圍繞谷子滲水地膜、可降解地膜、黑色地膜、液體地膜等覆蓋材料進行了諸多研究，得出了重要結(jié)論，豐富了谷子地膜栽培研究理論[5-9]。但是有關(guān)普通白色地膜、滲水地膜、黑色地膜在同一生態(tài)條件下對谷子田間土壤貯水量、溫度及水分利用效率的研究還鮮有報道。

本試驗探討了不同地膜覆蓋對谷田土壤水熱狀況及谷子籽粒水分利用效率的影響，旨在為生產(chǎn)上谷子地膜覆蓋栽培提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗于2015 年在山西省長治市壺關(guān)縣西莊村進行。試驗田0～20 cm 土壤有機質(zhì)含量17.9 g/kg，全氮含量1.65 g/kg，銨態(tài)氮含量6.03 mg/kg，堿解氮含量66.2 mg/kg，有效磷含量18.9 mg/kg，速效鉀含量154.0 mg/kg，pH 值8.41。谷子生育期（5 月19 日—10 月7 日）降雨量293.4 mm，較常年降雨量（430 mm）減少136.6 mm。

1.2 試驗材料

供試谷子品種為長農(nóng)35 號。

1.3 試驗設(shè)計

試驗設(shè)3 種地膜（白色聚乙烯地膜（WP）、滲水地膜（SP）、黑色地膜（BP））和1 個對照。隨機區(qū)組排列，3 次重復，小區(qū)面積5 m×10 m，15 行區(qū)。3 種地膜幅寬均為800 mm，厚度0.01 mm。5 月19 日鋪膜穴播，行距33.3 cm，留苗密度為37.5 萬株/hm2。底肥施N 150 kg/hm2、P2O575 kg/hm2、K2O 45 kg/hm2。

1.4 測定項目及方法

1.4.1 土壤貯水量的測定 采用常規(guī)土鉆烘干法，在播前、苗期、拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期、成熟期測定土壤含水量（0～100 cm），3 次重復取平均值。

式中，ν 為土壤貯水量（mm）；ρ 為地段實測土壤容重，本研究取1.35 g/cm3；h 為土層厚度（cm）；ω為土壤含水量（%）。

1.4.2 土壤溫度的測定 應用曲管地溫計在6：00，10：00，14：00，18：00 分別測定5，10，15，20 cm 深度的地溫（晴天），每點讀數(shù)3 次，4 個時間點的溫度平均值為該層土壤日平均溫度。

1.4.3 水分利用效率的測定 水分利用效率計算公式如下。

式中，Ya為單位面積的經(jīng)濟產(chǎn)量（kg/hm2）；WUE 為作物水分利用效（kg/（mm·hm2））；ETa為作物耗水量；EP 為降水量；Δν 為收獲后與播種前土壤貯水量差值（mm）。

1.4.4 農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量測定 成熟后每小區(qū)取7—9 行，約4.0 m2（1 m×4 m）調(diào)查穗數(shù)后收取20 株，對穗質(zhì)量、穗粒質(zhì)量和千粒質(zhì)量等農(nóng)藝性狀進行記載，全區(qū)收獲計產(chǎn)。

1.5 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)應用Excel 和SPSS 軟件進行分析和繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同地膜覆蓋對谷田土壤貯水量的影響

從圖1 可以看出，0～100 cm 貯水量在不同時期趨勢基本一致，與CK 相比，覆膜處理能顯著增加貯水量，其中，WP、SP、BP 處理全生育期平均貯水量分別為261.5，264.9，264.1 mm，分別較CK 增加18.7%，20.2%，19.9%；在苗期、拔節(jié)期SP 處理貯水量均最高，分別為270.8，300.1 mm，較WP 處理分別增加1.9%，2.8%，較BP 處理分別增加1.2%，5.1%，但無顯著差異；在抽穗、灌漿、成熟3 個時期以BP處理貯水量最高，分別達263.0，280.8，264.5 mm，較WP 處理分別增加2.6%，5.3%，3.2%，較SP 處理分別增加1.4%，3.2%，1.7%，但無顯著差異。

2.2 不同地膜覆蓋對谷田土壤溫度的影響

從圖2 可以看出，不同深度的土壤溫室隨著生育進程的推進溫度變化趨勢一致，0～20 cm 土壤溫室均以拔節(jié)期最高、成熟期降到最低；3 種地膜處理日均土壤溫室均高于CK，5 cm 土壤日平均溫度較CK 提高了1.0～2.4 ℃，10 cm 土壤日平均溫度較CK 提高了0.7～1.9 ℃，15 cm 土壤日平均溫度較CK 提高0.5～1.3 ℃，20 cm 土壤日平均溫度較CK 提高0.3～0.7 ℃；3 種地膜處理全生育期0～20 cm 土壤日均溫分別為19.9，19.5，19.0 ℃，分別較CK 增加1.6，1.2，0.7 ℃；拔節(jié)期各地膜處理增溫幅度最大，增幅為1.7%～16.8%，成熟期各地膜處理增溫效果降低，增幅為1.2%～4.4%；3 種地膜處理土壤溫度以WP 最高、SP 次之、BP 最低。

2.3 不同地膜覆蓋對谷子農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的影響

由表1 可知，3 種地膜覆蓋處理實收穗數(shù)以BP處理最高，WP、SP、BP 處理穗數(shù)較CK 分別增加9.1%，12.5%，16.7%，有極顯著差異；3 種地膜處理穗質(zhì)量較CK 分別增加了14.6%，14.8%，13.9%，有極顯著差異；出谷率較CK 分別增加了4.2%，4.1%，5.2%，有極顯著差異；4 個處理谷子的千粒質(zhì)量之間無顯著差異；3 種地膜覆蓋處理產(chǎn)量極顯著高于CK，分別較CK 增產(chǎn)35.5%，38.7%，41.9%，其中，BP處理產(chǎn)量最高，達6 052.5 kg/hm2，較WP、SP 處理分別增產(chǎn)4.7%，2.3%，且顯著高于WP 處理。

表1 4 種處理對谷子產(chǎn)量及農(nóng)藝性狀的影響

2.4 不同地膜覆蓋對谷子水分利用效率的影響

從圖3 可以看出，WP、SP、BP 處理的水分利用效率較CK 分別提高了63.4%，69.4%，76.1%，有極顯著差異；3 種地膜處理的水分利用效率以BP 處理最高，達23.6 kg/（mm·hm2），較WP 處理提高7.8%，較SP 處理提高4.0%。

3 結(jié)論與討論

土壤蓄水能力在作物抵抗干旱逆境方面起著重要作用。表層土壤（0～20 cm）貯水量的多少直接影響作物播種和苗期生長，深層土壤（20～100 cm）是作物根系的主要分布層，貯水量的多少對作物生長有重要意義[10-11]。地膜可有效減少土壤表面水分蒸發(fā)，特別是滲水地膜能有效積蓄無效降雨，更加高效利用降水，提高土壤蓄水能力。本研究中，WP、SP、BP 處理在成熟期貯水量較CK 處理分別增加26.6%，28.5%，30.7%，較播前貯水量增加了28.9，32.7，37.1 mm，而CK 則較播前貯水量減少了25 mm，處于虧缺狀態(tài)，說明覆膜能有效增加0～100 mm 土層貯水量，其中，以黑色地膜效果最好，這也與盧成達等[12]的研究相一致。

地膜覆蓋在作物生長初期主要起增溫保墑作用，非常適宜在春旱等不利條件下應用[13]。本研究中，不同薄膜材料在不同生長階段具有不同的升溫效果。在拔節(jié)期WP 處理5 cm 日均溫度為26.4 ℃，較SP、BP 處理分別增加0.4，2.1 ℃，隨著谷子生育進程的推進、封壟和薄膜的破損，地膜的升溫效果逐漸減弱。WP 處理5 cm 日均地溫在成熟期較SP、BP 分別增加0.1，0.6 ℃，其余深度地溫變化趨勢類似，與路海東等[14-15]的研究結(jié)果類似。

不同地膜覆蓋處理產(chǎn)量及構(gòu)成因子有顯著差異，3 種覆膜處理較對照產(chǎn)量極顯著增加，其中，有效收獲穗數(shù)、谷穗質(zhì)量、千粒質(zhì)量的增加、出谷率的提高是3 種覆膜處理產(chǎn)量增加的主要原因。WP、SP、BP 處理中，BP 處理產(chǎn)量最高，且顯著高于WP處理，有效穗數(shù)的增加是BP 產(chǎn)量提高的主要原因，另外，BP 處理對雜草的抑制，從而減少養(yǎng)分和水分的消耗，也可能是產(chǎn)量較WP、SP 提高的重要原因[16]，沒有考慮到不同覆膜處理對雜草的影響，也是本試驗的不足之處。

地膜覆蓋減少了土壤水分的無效蒸發(fā)，更多的用于谷子的蒸騰作用，進而增強谷子葉片光合作用[17]。本試驗中，WP、SP、BP 處理生育期耗水量分別為264.5，260.7，256.3 mm，較CK 耗水量分別降低了53.9，57.7，62.1 mm，地膜覆蓋起到了典型的保墑效果[18]，在3 種覆膜處理顯著增產(chǎn)的情況下，生育期耗水量反而有所減少，從而使得WP、SP、BP 處理的水分利用效率在特殊干旱之年（較常年同期降雨減少32%）較對照極顯著增加。其中，BP 處理后期葉片衰老的延緩，可能是水分利用效率較WP、SP處理增加的重要原因[19]。

總之，與對照相比，覆膜處理提高了0～100 cm貯水量，增加了0～20 cm 耕層地溫，促進了谷子生長發(fā)育，穗數(shù)、穗質(zhì)量、千粒質(zhì)量等農(nóng)藝性狀得到顯著改善，產(chǎn)量極顯著增加，谷子籽粒水分利用效率極顯著提高。3 種地膜覆蓋處理中，黑色地膜具有較好的保蓄水性、后期增溫效果減緩、水分利用效率最高，滲水地膜和普通地膜效果次之。