雙膜覆蓋對棉田土壤及棉花生長的影響

王 碩，白云崗,，王興鵬，余其鷹，劉洪波

(1.塔里木大學(xué) 水利與建筑工程學(xué)院, 新疆 阿拉爾 843300；2.新疆水利水電科學(xué)研究院， 新疆 烏魯木齊 830049；3.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利與土木工程學(xué)院， 新疆 烏魯木齊 830052)

膜下滴灌技術(shù)的廣泛使用，使棉花產(chǎn)業(yè)得到了穩(wěn)步、快速的發(fā)展，對于中度鹽漬化土壤，雙膜覆蓋技術(shù)較好地解決了適期早播、缺苗和晚發(fā)的問題[1]，有效的解決了播種至出苗后揭去上層膜期間的降雨災(zāi)害、棉花產(chǎn)量和品質(zhì)降低的一系列問題[2]，對棉花的生長發(fā)育起到了至關(guān)重要的作用，不僅有效地解決了新疆春季“旱氣候，晝夜溫差大，天氣干燥，光照時間長，雨量稀少”一系列棘手問題，而且切實可行地解決了抑制土壤次生鹽堿，有效的改善了植株生長發(fā)育的進度和質(zhì)量，最終獲得了早熟、優(yōu)質(zhì)和高產(chǎn)，這項技術(shù)得到了普遍的推廣使用，雙膜覆蓋技術(shù)是首先進行正常的播種，然后在土層上鋪地膜，上面接著再鋪一層膜，達到一定的生育期要求后再將上層覆蓋移除的操作[3]，最近幾年，雙膜覆蓋的技術(shù)在整個新疆地區(qū)有了較大范圍的使用，學(xué)者們針對這項技術(shù)做了大量的研究[4-9]，能夠有效提高棉花的產(chǎn)量，對棉花的生長發(fā)育具有重大的意義，為進一步揭示雙膜覆蓋的增產(chǎn)機制，確定優(yōu)化的生產(chǎn)管理模式，通過對棉田建立單膜覆蓋、雙膜覆蓋這兩種不同的對照組，對棉花生長過程中的狀況和各項指標(biāo)等進行長期的觀測，從而可以為新疆地區(qū)乃至全國干旱鹽堿地區(qū)棉花的高效增產(chǎn)提供適合的方法并揭示其規(guī)律。

1 材料與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

該研究區(qū)位于巴音郭楞蒙古自治州(簡稱巴州)的尉犁縣境內(nèi)。海拔高度為864 m～870 m，地勢起伏和緩，它屬于暖溫帶大陸性干旱氣候，主導(dǎo)風(fēng)向東北風(fēng)，生態(tài)環(huán)境不容樂觀。土壤類型多以灌溉草甸土、風(fēng)沙土、鹽土、沼澤土等為主。

1.2 試驗設(shè)計

該試驗設(shè)置單膜覆蓋、雙膜覆蓋這兩種不同的處理組，一次性解決播種、覆土的前期試驗操作，鋪膜的寬度為1.25 m。試驗田開始播種的時間是4月11日，出苗后4月21日揭取上層膜。該試驗小區(qū)的面積為42 m2，通過隨機排列實現(xiàn)試驗設(shè)置，進行四次重復(fù)處理，每兩行棉花之間均勻的鋪設(shè)一條滴灌帶，覆膜寬度、窄行、寬行、膜間距分別是125 cm、65 cm、12 cm 、20 cm。

1.2.1 地溫計的鋪設(shè)

地溫監(jiān)測使用Microlite型自動監(jiān)測地溫計，分別埋放于寬行、窄行和膜間，測量深度分別為5 cm、10 cm、15 cm、20 cm、30 cm。

1.2.2 灌水和施肥設(shè)計

試驗開始的時間是5月，灌水次數(shù)一共是12次，一周進行1次灌溉，冬灌采用大水漫灌，定額約為2 700 m3/hm2。棉花種植規(guī)劃的方案及滴灌帶排列如下圖所示(見圖1)。全生育期內(nèi)純氮磷鉀施用量分別為300 kg/hm2、120 kg/hm2、90 kg/hm2；氮肥用尿素(46%)，磷肥用酸性滴灌二銨(N：18%；P2O5：46%)，鉀肥用滴灌鉀肥(K2O：60%)。棉花的種植密度為21.9 萬株/hm2。

圖1 棉花種植規(guī)劃方案及滴灌帶排列

1.2.3 土樣的采集

土壤樣品采集時間為棉花雙膜揭膜前1天，揭膜后第7天、揭膜后第14天，采用土鉆對寬行、窄行和膜間三個位置進行采集土壤，取樣深度分別為0 cm、0 cm～20 cm、20 cm～40 cm、40 cm～60 cm。

1.2.4 水鹽的測定

通過實驗室烘干法對土壤含水率進行測定，接著稱量土樣濕重，在烘干箱中進行 105 ℃條件下烘干，烘干的時間維持在8 h左右，稱量干重最終獲得含水率，將烘干后的土樣過2 mm 篩，按土水比1∶5進行配置溶液，攪拌過濾，使用烘干后的土樣測定電導(dǎo)率，用電導(dǎo)率儀(DDS-307)進行測定。

1.2.5 棉花生長指標(biāo)的測定

出苗率調(diào)查：每個試驗小區(qū)選3條膜，每條膜下調(diào)查100穴，取其平均值代表該小區(qū)的出苗率。

生長指標(biāo)：在每個處理標(biāo)記長勢均等健壯的棉花，內(nèi)行3株和外行3株，在棉花的四個生育期分別進行測定其株高、莖粗、葉片數(shù)、葉面積、果枝數(shù)、蕾數(shù)，并在每個小區(qū)采集長勢與標(biāo)記棉花相同的3株棉花，帶回實驗室烘干后測得各個器官的干物質(zhì)重。每個生育期一次植株調(diào)查。在試驗后期對棉花進行測產(chǎn)。

株高：為從土表到棉花主莖最高分叉處的高度，用卷尺或鋼尺測定。

葉面積：在選定棉花中選擇不為相同、長勢均勻且具有代表性的葉片，分別量取其葉長和葉寬。

測產(chǎn)：試驗后期在每個小區(qū)內(nèi)選取1 m2的樣方，分別測定每個樣方內(nèi)準(zhǔn)確的棉花株數(shù)以及棉花桃數(shù)，取其平均值作為單位面積內(nèi)的棉花株數(shù)和單株棉花的桃數(shù)，然后在小區(qū)內(nèi)隨機采摘50朵棉花，稱重后取其平均值作為單朵籽棉重，計算單位面積內(nèi)的棉花產(chǎn)量，再折合成畝產(chǎn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 雙膜覆蓋對土壤的影響

2.1.1 雙膜覆蓋對土壤溫度的影響

從圖2可以看出，播種至出苗期間溫度的提高較為明顯，下圖均為4月11日至22日每天不同時段溫度的平均值。由圖2(a)、圖2(b)、圖2(c)可以看到：5 cm土層的變化趨勢與20 cm～30 cm的土壤溫度變化趨勢大體一致，雙膜覆蓋比單膜覆蓋的溫度普遍要高，這是因為雙膜覆蓋可以減少水分的蒸發(fā)，有較好的保水作用。

由圖2(d)、圖2(e)、圖2(f)可以看到：在垂直方向上，單膜覆蓋和雙膜覆蓋下的土壤溫度均隨著土壤深度的增加而遞減。水平方向上，土壤溫度的變化均表現(xiàn)為：雙膜覆蓋比單膜覆蓋在寬行、窄行和膜間的分布方式下的溫度都要高，且兩種處理下的溫度均滿足：寬行>膜間>窄行，三種方式的日平均溫度是逐漸降低的，膜間的溫度基本保持不變，在0～1 d單膜覆蓋和雙膜覆蓋溫度基本一致；而在1 d～11 d，在寬行、窄行和膜間的三種分布方式下，雙膜覆蓋基本比單膜覆蓋溫度高，日平均溫度增幅2℃。

2.1.2 雙膜覆蓋對土壤鹽分的影響

從圖3中可以看出，單膜覆蓋下的土壤深度為0～20 cm處，膜間、窄行、寬行的電導(dǎo)率由最大值逐漸趨于相等，且變化較趨勢較大，其中膜間的電導(dǎo)率是最大的，最小的電導(dǎo)率是寬行的分布方式，電導(dǎo)率變化較小的土壤深度為20 cm～60 cm處，基本變化不大。雙膜覆蓋下，膜間、窄行、寬行的電導(dǎo)率由最大值逐漸趨于平穩(wěn)，且變化較趨勢較大，其中膜間的電導(dǎo)率最大，最小的電導(dǎo)率是窄行的分布方式。在垂直方向上，土壤深度為0時，雙膜覆蓋窄行分布方式下的電導(dǎo)率明顯要比單膜覆蓋低，減幅210 uS/cm；雙膜覆蓋和單膜覆蓋的寬行分布方式下電導(dǎo)率保持不變；單膜覆蓋下土壤深度為40 cm～60 cm處電導(dǎo)率大體不變，而雙膜覆蓋下的土壤深度為40 cm～60 cm處，三個位置的電導(dǎo)率逐漸增大，效果顯著。雙膜覆蓋對抑制土壤鹽分的積累和水分的散失有著積極的作用。

2.1.3 雙膜覆蓋對土壤含水率的影響

從圖4中可以看出，在垂直方向上，單膜處理下土壤含水率隨著耕層土壤深度的增加而逐漸變大，而雙膜處理下的土壤含水率的變化趨勢先增加后減??；在水平方向上，土壤含水率最大的是寬行，窄行次之，膜間最小。

隨著土層深度的增加，土壤水分逐漸增加，因為表層的土壤水分被蒸發(fā)，導(dǎo)致表層的土壤含水率降低，土層深度越深蒸發(fā)越小，含水率越大，同時，還可以看出，在0～40 cm的土層，雙膜覆蓋的土壤含水率較單膜覆蓋的含水率高，主要原因是雙膜覆蓋對抑制水分的散失有著積極的作用。

2.2 雙膜和單膜覆蓋對出苗率及棉花生長狀況的影響

由不同生育期棉花的生長狀況可以看出(見表1)，雙膜覆蓋較單膜覆蓋更利于棉花的生長。在苗期，雙膜覆蓋處理下較單膜覆蓋處理下的棉花株高提高了1.45 cm，葉(干物質(zhì))增加0.92 g；蕾期株高增加9.45 cm，莖粗增加0.86 cm，根(干物質(zhì))增加0.41 g，莖(干物質(zhì))增加1.89 g，葉(干物質(zhì))增加1.91 g；花鈴期株高增加4.32 cm，莖粗增加0.81 cm，莖(干物質(zhì))增加1.77 g，葉(干物質(zhì))增加1.40 g；吐絮期株高增加10.35 cm，莖粗增加1.16 cm，根(干物質(zhì))增加2.21 g，莖(干物質(zhì))增加10.43 g，葉(干物質(zhì))增加12.57 g；用LSD法比較，除蕾期、花鈴期、吐絮期的莖粗差異明顯外，其他差異皆不明顯,主要因為雙膜覆蓋增加的幅度不大，導(dǎo)致差異不明顯。

通過生育期觀察統(tǒng)計得知，單膜覆蓋處理下的棉花出苗較雙膜覆蓋晚。由不同覆膜方式下棉花出苗率(見圖5)可以看出，雙膜覆蓋處理下的棉花出苗率較單膜覆蓋下的棉花出苗率增加4.06%，不同覆膜方式處理下的棉花出苗率存在顯著性差異。

圖2 兩種覆蓋方式下0～30 cm土壤溫度變化情況

圖3 單膜覆膜、雙膜覆蓋方式的土壤鹽分變化情況

圖4 單膜覆膜、雙膜覆蓋方式的土壤含水率變化情況

表1 單膜覆膜、雙膜覆蓋方式對棉花生長的影響

圖5 單膜覆膜、雙膜覆蓋方式下對出苗的影響

2.3 雙膜和單膜覆蓋對產(chǎn)量的影響

從單膜覆膜、雙膜覆蓋方式對棉花產(chǎn)量的影響(見表2)分析，雙膜覆蓋的各項指標(biāo)都比單膜的要大。用LSD法比較分析，雙膜覆蓋比單膜覆蓋產(chǎn)量高，但是雙膜覆蓋和單膜覆蓋之間的單株成鈴數(shù)、單鈴重、籽棉產(chǎn)量之間差異不顯著。

表2 單膜覆膜、雙膜覆蓋方式對棉花產(chǎn)量的影響

3 討 論

衡量單膜覆蓋、雙膜覆蓋的重要因素有很多，土壤溫度就是其中一個。婁善偉等[10]和張玉梅等[11]研究表明：雙膜覆蓋的有良好的增溫效果，可以有效提高土壤的溫度，與本研究中的雙膜覆蓋對溫度的影響、棉花產(chǎn)量的影響以及雙膜覆蓋對棉花的出苗率的實驗結(jié)果大體一致，雙膜覆蓋能夠有效提高棉田的溫度，單膜覆蓋的保溫效果較差。

不同的分布方式造成了土壤剖面含鹽量的差異，有學(xué)者研究顯示：雙膜覆蓋方式下更好地抑制了土壤水分蒸發(fā)，阻止土壤鹽分的表聚[12]。與該研究中雙膜覆蓋對土壤鹽分的影響試驗結(jié)果相符。通過雙膜、單膜覆蓋的栽培試驗，土壤深度為0時，雙膜覆蓋窄行分布方式下的電導(dǎo)率明顯要比單膜覆蓋低，減幅210 uS/cm；雙膜覆蓋和單膜覆蓋的寬行分布方式下電導(dǎo)率保持不變；單膜覆蓋下土壤深度為40 cm～60 cm處電導(dǎo)率大體不變，而雙膜覆蓋下的土壤深度為40 cm～60 cm處，電導(dǎo)率逐漸增大，不同分布方式下造成了土壤剖面含鹽量不同。鹽分空間分布特點是：鹽分在0～20 cm處差別較大，20 cm～40 cm處差別不大，40 cm～60 cm處單膜覆蓋方式下差別不大，雙膜覆蓋下電導(dǎo)率逐漸增大，主要因為雙膜覆蓋對土壤中的鹽分有抑制作用，而且能顯著減少土壤中水分的散失。雙膜覆蓋對抑制土壤鹽分的積累和水分的散失有著積極的作用。

雙膜覆蓋的涵水作用較強。在垂直方向上，隨著土層深度的增加，單膜處理下土壤含水率逐漸增加，而雙膜處理下的土壤含水率呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢；在水平方向上，土壤含水率的大小依次為：寬行>窄行>膜間。隨著土層深度的增加，土壤水分逐漸增加，因為表層的土壤水分被蒸發(fā)，導(dǎo)致表層的土壤含量降低，土層深度越深蒸發(fā)越小，含水率越大。同時，還可以看出，在0～40 cm的土層，雙膜覆蓋的土壤含水率較單膜覆蓋的高，主要原因是雙膜覆蓋顯著減少土壤中水分的散失。棉花的根系主要分布在0～40 cm的土層，雙膜覆蓋下有較高的水分，具有較好的儲水能力，為棉花的生長創(chuàng)造了有利的條件。

前人實驗結(jié)果表明，雙大膜覆蓋植株生長量大。雙膜覆蓋對植株生長發(fā)育過程中的促進作用比較明顯，這種覆膜方式有利于植株的生長。這是因為雙膜覆蓋有良好的保溫作用，抑制水分的蒸發(fā)，增溫保墑效果良好。楊培等研究顯示：普通地膜增溫保墑作用，可滿足作物生長需要[17]。與該研究中雙膜覆蓋對作物的生長作用相符。新疆鹽堿土分布廣泛，棉田大多分布在鹽堿土上，土壤孔隙度較小、易于板結(jié)、透水透氣性較大[18-19]。有學(xué)者研究顯示：雙膜覆蓋對棉花的產(chǎn)量有促進作用[20-21]。通過雙膜、單膜覆蓋的栽培試驗，雙膜覆蓋的產(chǎn)量比較高，主要是因為雙膜覆蓋對土壤溫度、鹽分、棉花出苗率有積極作用，為棉花的產(chǎn)量提供了良好的生長條件，進而促進了產(chǎn)量的增加。

4 結(jié) 論

(1) 雙膜覆蓋比單膜覆蓋有更好的增溫效果，單膜覆蓋效果不佳。雙膜覆蓋能增加土壤的積溫作用，從而有效促進棉花出苗和生長發(fā)育進程，增溫效應(yīng)隨土壤深度的增加而逐漸減弱。

(2) 雙膜覆蓋對抑制土壤鹽分的積累和水分的散失有著積極的作用。雙膜覆蓋保墑效果較好，降低水分蒸發(fā)、抑制地表鹽分累積，為種子的萌發(fā)提供了合適的土壤鹽分；同時可降低土壤結(jié)殼和積鹽，提高棉花生長和發(fā)芽率。

(3) 雙膜覆蓋對出苗有促進作用，出苗率比單膜覆蓋高，具有顯著增產(chǎn)效應(yīng)。