不同覆膜方式對(duì)胡麻根系生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響

劉 杰，王宗勝，楊 麗，，范天天，張巖松

（1.平?jīng)鍪修r(nóng)業(yè)科學(xué)院，甘肅平?jīng)?744000；2.甘肅省會(huì)寧縣韓家集鎮(zhèn)人民政府，甘肅會(huì)寧 730700）

胡麻是隴東半干旱雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)重要的油料作物之一，主要種植在該區(qū)貧瘠的山塬地，由于水熱資源分布不均導(dǎo)致的出苗不齊、生長(zhǎng)緩慢、產(chǎn)量低而不穩(wěn)的問(wèn)題已成為影響當(dāng)?shù)睾樯a(chǎn)的主要問(wèn)題之一。地膜覆膜栽培技術(shù)在蓄水保墑、提高作物產(chǎn)量及水分利用效率方面效果顯著，能夠有效解決胡麻生育期缺水造成的一系列問(wèn)題［1-2］。根系是作物吸收水分和養(yǎng)分的重要器官，其形態(tài)和空間分布對(duì)農(nóng)作物產(chǎn)量形成起著至關(guān)重要的作用［3-4］。因此，研究覆膜條件下作物根系生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律對(duì)提高產(chǎn)量具有重要意義。

根系能夠根據(jù)生長(zhǎng)環(huán)境的變化相應(yīng)地調(diào)節(jié)自身的生長(zhǎng)發(fā)育［5-6］，而地膜覆蓋能夠提高土壤含水量、改善土壤結(jié)構(gòu)、促進(jìn)土壤養(yǎng)分循環(huán)及微生物活動(dòng)，為根系生長(zhǎng)發(fā)育提供良好的環(huán)境［7-10］。研究表明，覆膜顯著提高不同土層中玉米根質(zhì)量，擴(kuò)大根系在土壤垂直和水平方向上的分布［11-13］。覆膜也能夠促進(jìn)春小麥根系的生長(zhǎng)［14-15］。崔紅艷等［16］研究表明，施氮對(duì)于胡麻根長(zhǎng)、根系直徑、根表面積和根體積的增加具有積極作用。不同的地膜覆蓋方式對(duì)胡麻根系生長(zhǎng)的影響不同，從而導(dǎo)致增產(chǎn)效果的差異。為了系統(tǒng)地探索覆膜對(duì)胡麻植株的全面影響，完善地膜胡麻生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律，本試驗(yàn)研究隴東旱塬區(qū)普遍應(yīng)用的兩種覆膜方式下土壤含水量、胡麻根系直徑、根干質(zhì)量、根冠比等的變化情況，從地膜影響胡麻根系生長(zhǎng)的角度分析地膜覆蓋如何影響胡麻產(chǎn)量構(gòu)成，為隴東旱塬區(qū)胡麻生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)地設(shè)在甘肅省平?jīng)鍪袥艽h平?jīng)鍪修r(nóng)科院高平試驗(yàn)站。該地區(qū)屬于半干旱雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)，海拔1 359 m，年均氣溫8.5 ℃，年均無(wú)霜期175d；多年平均降雨量570 mm，年蒸發(fā)量1 130.9mm。試驗(yàn)區(qū)土壤為黑壚土，土壤肥力中等，貯水性能良好；試驗(yàn)地前茬作物為小麥。試驗(yàn)期間（2018 年）當(dāng)?shù)亟涤炅考捌骄鶞囟热鐖D1所示。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，試驗(yàn)設(shè)全膜覆土穴播（T1）、膜側(cè)條播（T2）和露地條播共設(shè)3個(gè)處理，重復(fù)3 次，共計(jì)9 個(gè)小區(qū)，每小區(qū)面積為4m×8m。以露地條播為對(duì)照（CK）：整地后人工開(kāi)溝撒播；全膜覆土穴播（T1）：地膜規(guī)格120 cm 寬，0.01 mm 厚，膜 上 覆 土，厚 度1cm 左 右，穴播機(jī)播種，播深3～4cm，穴距由穴播機(jī)規(guī)格決定；膜側(cè)條播（T2）：起壟半圓形寬25cm、高10 cm，壟上覆膜，地膜規(guī)格35cm 寬，溝內(nèi)播種兩行胡麻，播種溝寬25cm，行距20cm。

圖1 試驗(yàn)區(qū)胡麻全生育期（3-8月）平均溫度與降雨量Fig.1 Monthly rainfall and average temperature of tested area at growth stage of oil flax（Mar.-Aug.）

供試胡麻品種為‘隴亞10號(hào)’，露地條播播種量為60kg·hm-2，全膜覆土穴播與膜側(cè)條播播種量為45kg·hm-2。各處理按照當(dāng)?shù)睾榉N植普遍應(yīng)用的常規(guī)施肥量，施純 P2O5120 kg·hm-2，純 氮 150 kg · hm-2，K2O 75 kg·hm-2。于2018-03-28 播 種，7 月28 日 收獲，胡麻生長(zhǎng)期各小區(qū)田間雜草用辛酰溴苯腈（1 500g·hm-2）結(jié)合人工除草。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 土壤含水量 在胡麻播種期（3 月28日）、現(xiàn)蕾期（5月23日）、盛花期（6月12日）和成熟期（7月25日）采用烘干法［17］測(cè)定0～100cm土層的土壤含水量，每10cm 為一個(gè)土層，重復(fù)3 次。

1.3.2 胡麻根系 根干質(zhì)量與主根直徑：于胡麻現(xiàn)蕾期、盛花期、成熟期采用土壤剖面挖根法測(cè)定胡麻根系，取根深度30cm。選取代表性好的區(qū)域，以一穴為中心，挖掘長(zhǎng)、寬、深均為30cm 的土柱，置于40 目尼龍網(wǎng)袋中用低壓流水沖洗，沖洗干凈后收集所有胡麻根系置于80 ℃烘箱內(nèi)烘干至恒量，計(jì)算單位面積根干質(zhì)量。將主根與側(cè)根分離，從子葉節(jié)處開(kāi)始測(cè)量主根0cm、5cm、10cm 處直徑。

地上部干質(zhì)量：根系取樣的同時(shí)，將植株從子葉節(jié)處分為根系和地上部分，將地上部植株置于105℃烘箱內(nèi)殺青30min，并在80℃下烘至恒質(zhì)量，計(jì)算單位面積地上部分干質(zhì)量。

根冠比=單位面積根干質(zhì)量／單位面積地上部干質(zhì)量

1.3.3 胡麻產(chǎn)量 每小區(qū)實(shí)收測(cè)產(chǎn)，在室內(nèi)考察單株有效果數(shù)、果粒數(shù)、千粒質(zhì)量，曬干后稱量籽粒產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2010 和SPSS 19.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理，用Duncan’s法進(jìn)行多重比較，數(shù)據(jù)用“平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤”表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同覆膜方式對(duì)胡麻田土壤水分的影響

由圖2可知，不同處理0～100cm 土層土壤含水量在胡麻現(xiàn)蕾期和成熟期差異不顯著，在盛花期，T1處理0～100cm 土層土壤平均含水量顯著高于CK 和T2 處理，較CK 和T2 分別高出21.71%和16.91%。與現(xiàn)蕾期相比，盛花期CK、T1、T2處理0～100cm 土層土壤平均含水量分別降低15.78%、3.19%、14.09%；在成熟期，T1處理0～100cm 土層土壤平均含水量較盛花期降低5.55%，CK 和T2較盛花期分別增加11.26%和7.31%。這表明在盛花期后，全膜覆土穴播處理下胡麻生長(zhǎng)耗水量大于膜側(cè)條播和露地條播。

圖2 不同覆膜方式胡麻田0～100cm 土層土壤含水量Fig.2 Soil moisture content in 0-100cm soil layers in different mulching methods of oil flax field

2.2 不同覆膜方式對(duì)胡麻根系的影響

2.2.1 對(duì)胡麻主根直徑的影響 不同覆膜方式對(duì)胡麻主根直徑的影響在不同生育期差異明顯。由圖3可知，在現(xiàn)蕾期，兩種覆膜處理下5cm 和10cm 胡麻主根直徑明顯高于CK，T1 處理下5cm 和10cm 胡麻主根直徑較CK 顯著提高103.39% 和89.63%，T2 處 理 較 CK 提 高66.29%和43.52%，但T2與CK 處理之間差異不顯著。盛花期，T1 處理下胡麻0cm、5cm、10cm 主根直徑均顯著高于CK，分別較CK 提高26.87%、53.60%、43.81%，T2 和CK 之 間 差 異不顯著，這說(shuō)明全膜覆蓋處理對(duì)胡麻主根生長(zhǎng)的促進(jìn)效應(yīng)優(yōu)于膜側(cè)溝播。成熟期，兩種覆膜處理下0cm、5cm、10cm 主根直徑與CK 之間均無(wú)顯著差異，由此可見(jiàn)，在成熟期，覆膜處理對(duì)主根直徑的影響效應(yīng)逐漸減小。

圖3 不同覆膜方式胡麻主根直徑（0～10cm）Fig.3 Main root diameter（0-10cm）of oil flax under different mulching patterns

2.2.2 對(duì)胡麻根干質(zhì)量的影響 不同覆膜方式處理下胡麻根干質(zhì)量在不同生育期的變化不同（圖4）。由圖4可見(jiàn)，T1處理下胡麻根干質(zhì)量呈現(xiàn)出先增高后降低的變化趨勢(shì)，根干質(zhì)量在盛花期達(dá)到最大值，T2和CK 處理下胡麻根干質(zhì)量則隨著生育期的推進(jìn)呈現(xiàn)出逐漸增加的變化趨勢(shì)，根干質(zhì)量在成熟期達(dá)到最大值?，F(xiàn)蕾期，T2處理下胡麻根干質(zhì)量顯著高于CK，較CK 增加了26.08%；盛花期T1處理下胡麻根干質(zhì)量較CK顯著提高了30.98%，T1與T2處理間差異不顯著；成熟期不同處理下胡麻根干質(zhì)量差異不顯著。從現(xiàn)蕾期至盛花期，3個(gè)處理下根干質(zhì)量分別增加1.47、2.25、1.60g。這說(shuō)明覆膜處理較露地條播更有利于胡麻根系的生長(zhǎng)發(fā)育，且全膜覆土穴播處理對(duì)胡麻根系生長(zhǎng)的促進(jìn)作用優(yōu)于膜側(cè)條播。從盛花期至成熟期，CK 和T2處理下胡麻根干質(zhì)量分別增加0.73g和0.37g，而T1處理降低1.12g，這說(shuō)明在胡麻成熟期，全膜覆土穴播處理下胡麻部分根系開(kāi)始出現(xiàn)衰老、死亡，而膜側(cè)條播和露地條播處理下胡麻根系仍處于生長(zhǎng)階段。

2.3 不同覆膜方式對(duì)胡麻根冠比的影響

圖4 不同覆膜方式胡麻根干質(zhì)量Fig.4 Root dry mass of oil flax under different mulching patterns

圖5 不同覆膜方式胡麻根冠比Fig.5 Root shoot ratio of oil flax under different mulching patterns

由圖5可見(jiàn)，不同覆膜方式下胡麻根冠比隨著生育期的推進(jìn)逐漸降低。在現(xiàn)蕾期，CK 處理下胡麻根冠比顯著高于T2，T1與T2處理之間差異不顯著，T1和T2處理下胡麻根冠比較CK降低21.35%和41.76%；盛花期和成熟期不同處理下胡麻根冠比差異不顯著。從現(xiàn)蕾期至盛花期，不同處理胡麻根冠比降低至現(xiàn)蕾期29.83%、34.61%和40.07%，在盛花期后，覆膜處理對(duì)于胡麻根冠比的影響逐漸減弱，胡麻根冠比的變化逐漸趨于穩(wěn)定。

2.4 不同覆膜方式對(duì)胡麻產(chǎn)量的影響

由表1可見(jiàn)，不同覆膜方式下胡麻籽粒產(chǎn)量明顯高于露地條播。其中，T1處理下胡麻籽粒產(chǎn)量顯著高于CK，較CK 提高20.34%，T2處理下胡麻籽粒產(chǎn)量較CK 提高10.44%，T2與CK 間差異不顯著。不同覆膜方式處理下胡麻單株有效果數(shù)、千粒質(zhì)量的變化趨勢(shì)與籽粒產(chǎn)量變化趨勢(shì)一致，但不同處理下果粒數(shù)之間無(wú)顯著差異。2018年胡麻籽粒產(chǎn)量較往年減產(chǎn)50%以上，這主要是由于胡麻生育后期降雨量較大，胡麻倒伏嚴(yán)重，對(duì)胡麻產(chǎn)量的形成造成極大影響。

表1 不同覆膜方式胡麻籽粒產(chǎn)量及其構(gòu)成因子Table 1 Yield components and output of oil flax under different mulching patterns

3 討論與結(jié)論

地膜覆蓋能夠減少土壤無(wú)效水分蒸發(fā)，提高農(nóng)田降雨利用率，對(duì)旱地作物產(chǎn)量提升有積極作用［18］。本研究表明，全膜覆土穴播處理下0～100 cm 土層土壤平均含水量（盛花期）和胡麻籽粒產(chǎn)量較露地條播分別顯著提高21.71%和20.34%。這與前人研究結(jié)果基本一致［18-19］。這是由于覆膜減小了水分無(wú)效蒸發(fā)，積蓄了更多降雨量，改善了土壤水熱狀況［20］，促進(jìn)了胡麻生殖生長(zhǎng)，提高了胡麻產(chǎn)量。膜側(cè)條播處理下0～100cm 土層土壤含水量和胡麻籽粒產(chǎn)量較露地條播提高16.91%和10.44%，但與露地條播之間差異不顯著，這與前人在其他作物上的研究結(jié)果存在差異［21-22］。這可能是由于壟膜覆蓋下土壤表層溫度更高，胡麻生長(zhǎng)耗水量更高［23］，土壤含水量的增加并不能平衡胡麻生長(zhǎng)耗水量的增加，導(dǎo)致土壤含水量增加并不明顯。同時(shí)本研究還發(fā)現(xiàn)，從盛花期至成熟期，全膜覆土穴播處理下土壤含水量降低5.55%，CK 和膜側(cè)條播分別增加11.26%和7.31%，這是由于在盛花期后，全膜覆土穴播處理下土壤溫度更為適宜［24］，胡麻生長(zhǎng)加速，耗水量增加，降低了土壤含水量。綜合分析，全膜覆蓋較膜側(cè)條播更有利于提高土壤水分含量和胡麻籽粒產(chǎn)量。

適宜的土壤條件有利于根系的生長(zhǎng)發(fā)育［25-26］。本研究發(fā)現(xiàn)，采用地膜覆蓋可以明顯地改善胡麻根系的生長(zhǎng)狀況。在胡麻現(xiàn)蕾期和盛花期，全膜覆土穴播處理下胡麻（盛花期）0cm、5cm、10cm 主根直徑較露地條播顯著提高26.87%～103.39%，根干質(zhì)量較露地條播分別顯著增加30.98%，膜側(cè)條播處理下胡麻根干質(zhì)量較露地條播顯著提高26.08%和21.76%，主根直徑雖然略高于露地條播，但與露地條播之間差異不顯著。這是由于在盛花期前，覆膜提高了土壤水分含量和土壤表層溫度［27-28］，為根系生長(zhǎng)提供了良好的水熱條件，胡麻根系生長(zhǎng)較露地條播更為旺盛。在成熟期不同處理下胡麻主根直徑、根干質(zhì)量無(wú)顯著差異，分析其原因可能是由于盛花期后胡麻根系逐漸發(fā)育成熟，覆膜對(duì)胡麻根系生長(zhǎng)的影響也逐漸減小。本研究還發(fā)現(xiàn)，從盛花期至成熟期，全膜覆土穴播處理下胡麻根干質(zhì)量降低1.12g，膜側(cè)條播和露地條播則分別增加0.37g和0.73g，這可能是由于全膜覆土穴播處理下優(yōu)良的土壤水熱條件加快了胡麻生育進(jìn)程，胡麻提早成熟所導(dǎo)致的［19］。

作物根系的生長(zhǎng)發(fā)育狀況直接影響到地上部的生長(zhǎng)［29］。根冠比能夠反映出作物的生長(zhǎng)環(huán)境條件對(duì)根系與地上部分生長(zhǎng)的不同影響［30］。本研究發(fā)現(xiàn)，在胡麻現(xiàn)蕾期覆膜處理下胡麻根冠比較露地種植降低21.35%和41.76%。這與前人在其他作物上的研究結(jié)果類似［31］，分析其原因可能是由于在現(xiàn)蕾期覆膜處理下土壤水熱條件更優(yōu)，促進(jìn)了胡麻根系與地上部分的生長(zhǎng)，而露地條播處理下雖然根系生長(zhǎng)旺盛，但地上部分的生長(zhǎng)速率相對(duì)于覆膜條件下不具有優(yōu)勢(shì)，導(dǎo)致露地條播處理下胡麻根冠比較覆膜處理更大。從現(xiàn)蕾期至盛花期，胡麻根冠比呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢(shì)，且露地條播處理下胡麻根冠比的變化量大于覆膜處理，這是由于在這一生長(zhǎng)階段，隨著降雨量與溫度的快速增長(zhǎng)，露地條播處理下胡麻根系與地上部分快速生長(zhǎng)，與覆膜處理之間由于水熱條件差異造成的根冠比的差異逐漸縮小，根冠比快速降低。在盛花期和成熟期胡麻根系逐漸發(fā)育成熟，胡麻地上部與地下部干物質(zhì)分配達(dá)到平衡，根冠比逐漸穩(wěn)定。

綜上所述，與露地條播相比，全膜覆土穴播和膜側(cè)條播均能明顯提高0～100cm 土層土壤含水量和胡麻籽粒產(chǎn)量，且全膜覆土穴播較膜側(cè)條播效果更優(yōu)。在現(xiàn)蕾期和盛花期，全膜覆土穴播促進(jìn)了胡麻根系的生長(zhǎng)，而膜側(cè)條播對(duì)胡麻根系的影響不顯著。在盛花期后，覆膜對(duì)胡麻根系的影響逐漸減弱。