早期揭膜對(duì)棉花生育前期土壤水熱微環(huán)境及其成鈴的影響

徐守振，馬麒，孔憲輝，林海，李吉蓮，陳紅，寧新柱

（新疆農(nóng)墾科學(xué)院，新疆 石河子832000）

膜下滴灌作為重要的棉花栽培措施，可以增溫保墑，減輕病蟲害，有效彌補(bǔ)新疆有效積溫不足的氣候條件，顯著提高棉花產(chǎn)量[1-2]。然而，隨著地膜的長(zhǎng)期使用，其帶來的問題也愈發(fā)嚴(yán)重，殘膜污染已經(jīng)導(dǎo)致棉田土壤問題，以及棉花早衰、品質(zhì)下降及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的嚴(yán)重不足[3-5]。以減少地膜污染為目標(biāo)，眾多學(xué)者對(duì)揭膜方式及其配套技術(shù)進(jìn)行了研究[6-7]，指出地膜改良及揭膜配套栽培技術(shù)的研究具有重要意義。 嚴(yán)昌榮等[8]提出的地膜覆蓋安全期的概念為棉田揭膜研究提供了思路。 李君等[9]研究表明，花期后揭膜對(duì)土壤含水量及棉花產(chǎn)量無顯著影響。 祖米來提·吐爾干等[10]研究指出為保證地區(qū)棉花產(chǎn)量，地膜覆蓋以保持100 d 為宜。 宿俊吉等[11]通過對(duì)揭膜條件下土壤水熱環(huán)境的研究指出，適時(shí)揭膜有利于土壤溫度降低及殘膜回收。

由于新疆棉花苗期“蹲苗”的栽培措施，眾多學(xué)者主要圍繞棉花頭水后揭膜方式及時(shí)間進(jìn)行研究，但此時(shí)棉株較高，人工揭膜難度大、成本高，難以滿足新疆棉花生產(chǎn)全程機(jī)械化的發(fā)展要求，而棉花生育前期是最適宜機(jī)械化揭膜的關(guān)鍵時(shí)期。本研究采用不同揭膜處理，探索其對(duì)棉花生育前期耕作層土壤水熱微環(huán)境和棉株成鈴的影響，為實(shí)現(xiàn)棉花早期揭膜提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2020 年在新疆農(nóng)墾科學(xué)院棉花所庫(kù)爾勒試驗(yàn)站試驗(yàn)地（新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第二師29 團(tuán)2 斗7 號(hào)地，86°06′E，41°68′N）進(jìn)行，供試品種為南疆主推品種新陸中41 號(hào)。 小區(qū)面積為15 m2（10.0 m×1.5 m），采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，重復(fù)3 次。采用機(jī)械平作覆膜、 一膜四行的棉花種植模式，播幅4.5 m（3 膜），行距45 cm，株距10 cm，設(shè)早期揭膜（80%棉苗子葉出土展平后采用揭膜處理）和全生育期覆膜2 個(gè)處理。

于4 月11 日播種，留苗密度約為每667 m21.6萬株；全生育期共灌水10 次，其中隨水滴肥8 次，每667 m2共滴施尿素36.9 kg、磷酸二氫鉀23.1 kg；全生育期采用縮節(jié)胺化控5 次，每667 m2總用量為29 g；9 月1 日噴施脫葉催熟劑，9 月28 日進(jìn)行機(jī)采收獲；其他田間管理措施參照當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)田。

4－6 月當(dāng)?shù)刂饕獨(dú)庀髼l件及其與2019 年的對(duì)比情況參見表1。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.2.1土壤溫度測(cè)定。不同處理各埋設(shè)1 套曲管地溫計(jì)，埋設(shè)位置分別位于滴頭正下方距地表5 cm、10 cm、15 cm、20 cm、25 cm 處，4 月14 日至5 月29日（頭水前）每日8：00、13：00、20：00 各觀測(cè)1 次，并作記錄。

1.2.2土壤含水量測(cè)定。 用土鉆采取土樣（取樣深度和時(shí)間同1.2.1）于鋁盒（質(zhì)量為m）中，用精度為0.1 g 的天平進(jìn)行稱重， 將烘干前鋁盒及土樣質(zhì)量記作m1， 在105 ℃的烘箱內(nèi)將土樣烘6～8 h 至恒重，然后測(cè)定烘干后鋁盒及土樣質(zhì)量m2，計(jì)算土壤含水量（ωS）。 公式：ωS＝（m1－m2）/（m1－m）。

1.2.3生育時(shí)期調(diào)查。 記錄不同處理的出苗期（50%棉株達(dá)到出苗的日期）、現(xiàn)蕾期（50%棉株開始現(xiàn)蕾的日期）、盛蕾期（50%棉株出現(xiàn)第4 個(gè)果枝的日期）、初花期（10%棉株開始開花的日期）、開花期（50%棉株開始開花的日期）、吐絮期（50%棉株達(dá)到吐絮的日期）和生育期（從出苗期到吐絮期的時(shí)間，d）。

1.2.4成鈴分布調(diào)查。每個(gè)區(qū)組內(nèi)各取長(zhǎng)勢(shì)均勻連續(xù)的30 株棉花（用紅線標(biāo)記），調(diào)查不同處理下的成鈴分布情況，計(jì)算成鈴率。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2016 和SPSS 25.0 軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，采用Surfer 11.0 地理數(shù)據(jù)網(wǎng)格化繪圖軟件作圖。 為方便處理，作圖中土壤含水量和成鈴率數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為小數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理間土壤溫度變化

2.1.1不同揭膜方式下不同深度土壤溫度變化。由圖1 可知：揭膜方式對(duì)13：00 時(shí)不同深度土壤溫度變化影響最大，20：00 時(shí)其次， 但對(duì)10：00 時(shí)土壤不同深度溫度無明顯影響；13：00、20：00 時(shí)， 隨土壤深度的增加，溫度變化的幅度降低，其中0～10 cm土壤溫度最易受到揭膜方式影響；10：00 以后，全生育期覆膜處理相較于早期揭膜處理可以增加耕作層溫度2.5 ℃。

2.1.213：00 土壤溫度隨時(shí)間的變化。 由圖1 可知，2 種揭膜方式對(duì)13：00 時(shí)不同深度土壤溫度的影響最大；因此，對(duì)該時(shí)段土壤溫度進(jìn)一步分析。由圖2 可知：5 月2 日以后，隨時(shí)間增加，不同揭膜方式處理下13：00 時(shí)，0～15 cm 土壤溫度相對(duì)平穩(wěn)，維持在26 ℃以上；全生育期覆膜處理0～10 cm 土壤溫度略高于早期揭膜處理2.0～2.5 ℃，且該增幅不隨時(shí)間推移而變化。 與早期揭膜處理相比，全生育期覆膜處理等值線更加密集，溫度梯度變化更快。

圖1 不同揭膜方式下不同深度土壤溫度變化

圖2 不同處理下13：00 土壤溫度隨時(shí)間的變化

2.2 13：00 土壤含水量隨時(shí)間的變化

由圖3 可知，全生育期覆膜處理土壤含水量高于早期揭膜處理，0～10 cm 土壤尤為明顯；相較于全生育期覆膜處理， 早期揭膜處理0～15 cm 土壤含水量等值線更加密集， 梯度變化更快；2 種揭膜方式處理下的土壤含水量差異隨土層深度增加而逐漸降低；4 月20 日（揭膜后5 d）早期揭膜處理土壤含水量急速降低， 遠(yuǎn)低于全生育期覆膜處理，該差異隨時(shí)間推移趨于平穩(wěn)。

2.3 不同揭膜處理對(duì)生育期的影響

如表2 所示，2 種揭膜處理對(duì)新陸中41 號(hào)出苗期到開花期的生育進(jìn)程無較大影響，但兩者的吐絮期卻相差6 d， 說明因早期揭膜引起的土壤水熱環(huán)境變化不會(huì)抑制新陸中41 號(hào)的生育進(jìn)程， 反而對(duì)棉鈴?fù)滦跤幸欢ǖ拇龠M(jìn)作用。

表2 不同揭膜處理生育時(shí)期差異

2.4 不同揭膜處理下棉花成鈴分布比較

由圖4 可知：2 種揭膜處理下， 全株第1 果節(jié)平均成鈴率較高（＞0.80）；與全生育期覆膜處理相比， 早期揭膜處理第2 果節(jié)成鈴率降低0.30～0.50；早期揭膜處理第3 果節(jié)基本不成鈴，而全生育期覆膜處理全株第3 果節(jié)成鈴率仍維持在0.20～0.40； 揭膜處理對(duì)上部果枝各果節(jié)成鈴率影響最大，對(duì)下部果枝各果節(jié)成鈴率影響次之，對(duì)中部果枝各果節(jié)成鈴率影響較小；揭膜處理嚴(yán)重影響棉株各果枝第2、3 果節(jié)的成鈴， 對(duì)產(chǎn)量影響較大，對(duì)內(nèi)圍第1 果節(jié)成鈴影響較小。

圖4 不同揭膜處理下棉花的成鈴分布

3 討論

3.1 早期揭膜處理對(duì)棉田生育前期耕作層土壤水熱微環(huán)境的影響

土壤水熱環(huán)境是與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境具有緊密聯(lián)系的物理性質(zhì)[12-13]。有研究表明，揭膜處理有利于土壤降溫[10-11]。本研究結(jié)果表明，早期揭膜處理棉田耕作層溫度較全生育期覆膜處理略低，降幅為2.0～2.5 ℃， 且不受土壤深度及時(shí)間推移影響；揭膜時(shí)間的不同主要影響午間13：00 棉田土壤溫度及土壤含水量的垂直空間變化（圖1、圖3），此時(shí)棉花即將進(jìn)入“午休”狀態(tài)，蒸騰拉力減弱，但是空氣溫度及太陽(yáng)輻射強(qiáng)度較高[14]。 本研究結(jié)果還表明，不同揭膜方式下，土壤溫度及土壤含水量的空間差異主要集中在土壤表層0～15 cm， 但隨時(shí)間推移趨于相對(duì)平穩(wěn)（圖2、圖3）；棉花“蹲苗”期間根系相對(duì)較淺， 早期揭膜處理下0～15 cm 土壤深度下溫度及水分梯度變化較快（圖2、圖3），標(biāo)志著棉花根際水熱環(huán)境變化幅度大，容易引起棉花前期根系受旱受熱， 但有利于棉花苗期根系抗旱及耐熱能力的提升，這還有待于根系生理指標(biāo)研究的進(jìn)一步驗(yàn)證。

3.2 早期揭膜處理對(duì)棉花生育時(shí)期及成鈴的影響

有研究表明，棉花苗期地溫的變化與覆膜方式有著必然聯(lián)系[14]，且對(duì)棉花生育時(shí)期的持續(xù)時(shí)間有所影響，但對(duì)現(xiàn)蕾到開花的持續(xù)時(shí)間影響不明顯[13]。本研究結(jié)果表明，不同揭膜處理下，棉花出苗期至開花期的時(shí)間差異不大（表2），這與前者相符；但早期揭膜處理可以使吐絮期提前， 縮短棉花生育期；早期揭膜處理影響棉株外圍鈴成鈴率，其中下部及上部果枝第2 果節(jié)成鈴率僅為35%，第3 果節(jié)幾乎無法成鈴，說明其產(chǎn)量形成主要依靠?jī)?nèi)圍第1果節(jié)及中部第5～7 果枝第2 果節(jié)成鈴（圖4）。 本課題之前還通過對(duì)10 個(gè)品種產(chǎn)量及品質(zhì)的分析比較，篩選出了多個(gè)無膜栽培下的優(yōu)勢(shì)品種[15]。 結(jié)合上述研究結(jié)果，可以做出如下假設(shè)：早期揭膜處理更加適用于以內(nèi)圍第1 果節(jié)作為主要產(chǎn)量構(gòu)成的緊湊型品種，但這還有待于進(jìn)一步篩選研究。

4 結(jié)論

早期揭膜會(huì)略微降低棉田耕作層土壤溫度，對(duì)0～15 cm 耕作層的土壤水熱環(huán)境造成明顯影響；早期揭膜對(duì)13：00 時(shí)耕作層土壤水熱變化影響最大。早期揭膜可以縮短棉花生育期，促進(jìn)棉花吐絮，但會(huì)嚴(yán)重降低棉株外圍成鈴率。