揭膜時(shí)間對北疆棉花生長發(fā)育和產(chǎn)量形成的影響

占東霞，阿力木江·克來木，趙強(qiáng)，依爾登畢力克

（新疆農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052）

地膜覆蓋在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著巨大的作用[1-6]。然而，隨著連年覆膜種植，耕作層累積的大量地膜造成農(nóng)田機(jī)械作業(yè)不便、阻礙土壤中水分與養(yǎng)分運(yùn)移等問題，從而影響作物的生長發(fā)育，導(dǎo)致產(chǎn)量降低，嚴(yán)重影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)[7-8]。新疆是我國重要棉花產(chǎn)區(qū)，棉花種植面積占作物總種植面積的近1/2，棉田鋪膜率達(dá)100%[9]。覆膜可以使棉田土壤溫度提高0.7～3.2 ℃，加快棉花生育進(jìn)程，極大地提高了新疆棉花產(chǎn)量。但棉花種植區(qū)屬我國地膜污染最嚴(yán)重的地區(qū)，棉田中每年有18 kg/hm2的地膜殘留在土壤中，覆膜20 a 的棉田土壤中平均殘留量高達(dá)300 kg/hm2[10-11]。隨著覆膜技術(shù)的不斷推廣和應(yīng)用，土壤中地膜殘留不斷累積，嚴(yán)重破壞了土壤質(zhì)量，并且覆膜易造成植株早衰[12-13]，限制了棉花產(chǎn)量和品質(zhì)的進(jìn)一步提高[14-15]。因此，少使用或不使用地膜成為棉花種植業(yè)發(fā)展的迫切需要。

在新疆棉區(qū)，6 月底棉花處于初花期，根系已基本建成，營養(yǎng)生長轉(zhuǎn)為以生殖生長為主，隨著氣溫不斷提高，地膜增溫、保墑的作用已經(jīng)完成[16]。在棉花生育期內(nèi)揭膜對植株前期發(fā)育影響較小，并且可以最大化地回收地膜，降低殘膜污染。有研究表明，在頭水前揭膜棉花單株鈴數(shù)、單鈴質(zhì)量和產(chǎn)量與不揭膜差異不大，但地膜回收率達(dá)到80.2%[17]。肖光順等[18]研究表明，揭膜對膜下滴灌棉花株高、蕾數(shù)、根系干物質(zhì)量影響較顯著，而對成鈴數(shù)、鈴質(zhì)量和衣分影響不明顯。宿俊吉等[14]研究發(fā)現(xiàn)，適時(shí)揭膜能增加作物根系的透氣性和活性，有利于棉花后期生長發(fā)育，對延緩地膜棉早衰和增產(chǎn)具有重要作用。YANG 等[19]研究認(rèn)為，適期揭膜可增加棉花根系的長度、表面積和體積，但只有在降雨較少的年份才有利于根干物質(zhì)的積累。目前，在北疆地區(qū)已經(jīng)開始實(shí)施機(jī)械揭膜和半機(jī)械揭膜，但有關(guān)棉田的適宜揭膜期尚未明確。因此，在綜合考慮環(huán)境保護(hù)和棉花種植效益的前提下，通過測定不同時(shí)期揭膜處理后棉田土壤含水量、棉花主要生育時(shí)期形態(tài)指標(biāo)的變化，并調(diào)查棉田地膜殘留情況，探討滴灌棉田不同揭膜時(shí)間處理后棉花的生長發(fā)育特征和干物質(zhì)積累變化過程，明確北疆棉田的適宜揭膜期，為新疆棉田可持續(xù)利用和殘膜污染治理提供理論參考。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2018—2019年在新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)三坪農(nóng)場進(jìn)行。試驗(yàn)地土壤為砂壤土，pH值8.1左右，土層0～60 cm平均有機(jī)質(zhì)含量13.17 g/kg，全氮0.73 g/kg，速效氮43.0 mg/kg，速效磷26.5 mg/kg，速效鉀172 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以當(dāng)?shù)卦缡熘髟云贩N新陸早42號為試驗(yàn)材料，設(shè)置4 個(gè)揭膜處理，分別為全生育期覆膜處理（CK，對照）；頭水前10 d（2018、2019 年分別于出苗后35、33 d 揭除地膜）揭膜處理（T10）；頭水前1 d（2018、2019 年分別于出苗后44、42 d 揭除地膜）揭膜處理（T1）；二水前1 d（2018、2019 年分別于出苗后54、52 d 揭除地膜）揭膜處理（E1）。試驗(yàn)處理隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)4 次。不同揭膜處理均采用人工揭膜方式。

試驗(yàn)采用膜下滴灌種植方式，2018 年播種密度為1.6×105株/hm2，2019 年播種密度為1.8×105株/hm2。一膜2 行，地膜寬度為80 cm，膜面為60 cm，地膜厚度是0.008 mm。小區(qū)面積為10 m×3 m，周邊留有1 m 的保護(hù)區(qū)。其他田間管理措施同大田膜下滴灌棉花。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

1.3.1 土壤含水量 于棉花盛花期、盛鈴期和吐絮期，各處理在棉花行間取土樣，取樣深度分別為0～40 cm，取樣后立即置于鋁盒中，稱鮮質(zhì)量，帶回實(shí)驗(yàn)室在105 ℃下烘干至恒質(zhì)量，計(jì)算各處理土壤含水量。重復(fù)3次。

1.3.2 棉株農(nóng)藝性狀和干物質(zhì) 于棉花盛花期和吐絮期，各處理分別選取長勢均勻、有代表性的連續(xù)5 株棉株，測定株高、主莖葉片數(shù)、莖粗、果枝數(shù)、蕾數(shù)和鈴數(shù)。然后將棉花的葉片、棉鈴和莖稈分開后，裝紙袋置于干燥箱，于105 ℃下殺青30 min，80 ℃下烘干至恒質(zhì)量后稱干質(zhì)量。

1.3.3 棉花產(chǎn)量 于棉花收獲期在各處理隨機(jī)選取代表性樣點(diǎn)4 個(gè)，樣點(diǎn)面積為9.9 m2，調(diào)查每個(gè)取樣點(diǎn)的株數(shù)、結(jié)鈴數(shù)和單鈴質(zhì)量。產(chǎn)量（kg/hm2）=單位面積有效株數(shù)×單株結(jié)鈴數(shù)×單鈴質(zhì)量。

1.3.4 棉田不同耕層深度殘膜量 各處理隨機(jī)選取3個(gè)測量點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)面積為1 m2。將0～30 cm土層的殘膜人工揀出，裝入塑料袋，然后洗凈、曬干并稱質(zhì)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采 用SPSS 21.0 統(tǒng)計(jì)軟件(SPSS Inc.，Chicago，IL，USA)分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)，用LSD法對不同處理進(jìn)行方差分析(P＜0.05)，用SigmaPlot 12.5（Systat Software，San Jose，CA）軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 揭膜處理對棉田0～40 cm土層土壤含水量的影響

由圖1 可見，不同時(shí)間揭膜處理棉田0～40 cm土層土壤含水量均降低。2018 年，T10、T1 和E1 處理0～40 cm 土層的土壤含水量在盛花期較CK 分別降低20.5%、12.9%和3.8%，在盛鈴期較CK 分別降低8.2%、8.9%和5.2%，在吐絮期較CK 分別降低22.3%、11.2%和15.5%。2019 年T10、T1 和E1 處理的0～40 cm 土壤含水量在盛花期較CK 分別降低16.8%、6.6%和10.2%，在盛鈴期較CK 分別降低15.0%、14.0%和16.2%，在吐絮期較CK 分別降低14.8%、11.4%和14.6%。由此說明，第1 次灌溉前10 d（T10）揭膜對0～40 cm土壤含水量的影響較大。

2.2 揭膜處理對棉花農(nóng)藝性狀的影響

不同揭膜處理棉花植株農(nóng)藝性狀變化見表1。2018 年，4 個(gè)處理之間棉花株高、莖粗、主莖葉片數(shù)和果枝數(shù)均無顯著差異；盛花期T10 和T1 處理蕾數(shù)與CK 無顯著差異，但是E1 處理蕾數(shù)顯著高于CK，增幅為13.7%；盛花期4 個(gè)處理的鈴數(shù)無顯著差異，但吐絮期T10 和E1 處理鈴數(shù)顯著高于T1 處理和CK。2019 年，在盛花期和吐絮期，T10 和T1 處理株高均顯著低于CK，并且吐絮期E1 處理株高顯著高于CK；盛花期T10 處理主莖葉片數(shù)顯著低于其他3個(gè)處理，吐絮期T1處理主莖葉片數(shù)顯著低于CK和E1 處理，而與T10 處理無顯著差異；盛花期和吐絮期T10 處理果枝數(shù)均顯著低于CK，T1 處理與CK 無顯著差異。綜合分析2018 年和2019 年的試驗(yàn)結(jié)果可知，棉花吐絮期，與CK 相比，T10 和T1 處理株高分別降低4.4%～18.8%和4.2%～19.7%，主莖葉片數(shù)分別降低4.8%～16.3%和2.7%～22.8%，果枝數(shù)分別降低2.8%～26.0%和4.7%～18.0%。

表1 不同揭膜處理對棉花農(nóng)藝性狀的影響Tab.1 Effect of different plastic film uncovering treatments on cotton agronomic traits

2.3 揭膜處理對棉花干物質(zhì)積累與分配的影響

由圖2 可見，揭膜處理棉花干物質(zhì)積累量總體下降。E1 處理單株干物質(zhì)積累量在2018 年盛絮期比CK 高4.2 g，在2019 年初絮期比CK 低4.5 g，2 個(gè)處理單株干質(zhì)量差異較小。T10 和T1 處理單株干物質(zhì)積累量在2018 年盛絮期分別較CK 降低21.6%和13.3%，在2019年初絮期分別較CK降低32.5%和29.5%。

進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，CK 和E1 處理莖、葉、鈴干質(zhì)量均高于T10 和T1 處理。2018 年盛絮期，T10 和T1處理單株鈴質(zhì)量較CK 分別降低28.0%和11.7%，2019 年初絮期，T10 和T1 處理單株鈴質(zhì)量較CK 分別降低33.9%和25.8%。

2.4 揭膜處理對棉花產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

由表2 可見，不同揭膜處理影響了棉花產(chǎn)量。2018 年，E1 處理皮棉產(chǎn)量顯著高于CK、T10、T1 處理。與CK 相比，E1 處理皮棉產(chǎn)量增加15.1%，T10和T1 處理皮棉產(chǎn)量分別降低4.4%和11.8%；2019年，T10 處理皮棉產(chǎn)量顯著低于CK，T1 和E1 處理皮棉產(chǎn)量與CK 差異不顯著，T10、T1 和E1 處理皮棉產(chǎn)量較CK 分別降低23.2%、17.2%和5.2%。進(jìn)一步分析產(chǎn)量構(gòu)成因素發(fā)現(xiàn)，揭膜處理對單株成鈴數(shù)和單鈴質(zhì)量有顯著影響。

表2 不同揭膜處理棉花產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素Tab.2 Yield and composition factors of cotton under different plastic film uncovering treatments

相關(guān)分析表明，籽棉產(chǎn)量與單株成鈴數(shù)和單鈴質(zhì)量呈顯著正相關(guān)，其中與單鈴質(zhì)量的相關(guān)系數(shù)高于單株成鈴數(shù)（表3）；皮棉產(chǎn)量也與單株成鈴數(shù)和單鈴質(zhì)量呈顯著正相關(guān)，但是與衣分的相關(guān)性未達(dá)到顯著水平。由此說明，揭膜對棉花籽棉和皮棉產(chǎn)量的影響主要是通過影響其單鈴質(zhì)量和單株結(jié)鈴數(shù)。

表3 棉花產(chǎn)量與產(chǎn)量構(gòu)成因素的相關(guān)分析Tabl.3 Correlations between cotton yield and composition factors

2.5 揭膜處理對土壤殘膜量的影響

隨著土層深度增加，棉田的殘膜量逐漸降低，大部分殘膜集中在0～10 cm 淺層土壤中，占總殘膜量的75%～89%，20～30 cm 土層中的殘膜最少，占總殘膜量的10%～24%（圖3）。揭膜處理顯著降低了棉田0～10 cm 土層的殘膜量，與CK 相比，T10、T1 和E1處理0～10 cm 土層殘膜量分別降低54.6%、54.8%和58.6%，而揭膜處理對10～20 cm 和20～30 cm 土層的殘膜量無顯著影響。

3 結(jié)論與討論

在干旱和半干旱區(qū)，地膜覆蓋降低了土壤的蒸發(fā)面積，因此，可以通過覆膜降低土壤水分蒸發(fā)量，提高水分利用效率。在作物生長早期，冠層覆蓋度低，地膜覆蓋有助于減少土壤水分蒸發(fā)量，保持表層土壤水分[20]，而在生長中期，田間封壟后，冠層底部的光輻射較低，因此作物冠層覆蓋有利于抑制水分的蒸發(fā)[21]。YANG 等[20]認(rèn)為，覆膜條件下作物根系區(qū)域的土壤水分消耗更多。李君等[21]研究發(fā)現(xiàn)，棉花花期前揭膜可導(dǎo)致土壤含水量顯著降低，而在花期后揭膜對土壤含水量無顯著影響。本研究表明，頭水前10 d 揭膜處理的土壤含水率最低，盛花期、盛鈴期和吐絮期土壤含水量較CK 分別降低16.8%～20.5%、8.2%～15.0% 和14.8%～22.3%，說明過早揭膜不利于棉田保墑。

盡管第1次灌溉前揭膜處理對土壤含水率的影響較小，但是影響了棉花的正常發(fā)育，進(jìn)而影響其干物質(zhì)積累量和產(chǎn)量。本研究表明，2018 年吐絮期T10、T1、E1 處理棉花株高較CK 分別降低3.5、3.6、0.5 cm，2019 年吐絮期T10 和T1 處理株高顯著低于CK 和E1 處理，而E1 處理株高較CK 增加6.1%。此外，2018年吐絮期T10處理主莖葉片數(shù)和T1處理果枝數(shù)均最低，2019 年吐絮期T1 處理主莖葉片數(shù)和T10處理果枝數(shù)均最低。這些變化使T10和T1處理在2 個(gè)生長季的干物質(zhì)積累量較CK 分別降低21.6%～32.5%、13.3%～29.5%，而E1 處理與CK 的干物質(zhì)量差異較小。最終，T10 和T1 處理在2 個(gè)生長季的皮棉產(chǎn)量較CK 分別降低4.4%～23.2% 和11.8%～17.2%，而E1處理在2018年皮棉產(chǎn)量顯著高于CK，增幅為15.1%，2019 年降低5.2%，與CK 無顯著差異。前人研究表明，揭膜對棉花株高、蕾數(shù)、根系干質(zhì)量影響較顯著，對成鈴數(shù)、鈴質(zhì)量和衣分等產(chǎn)量構(gòu)成因子影響不明顯[18,22]。楊相昆[23]研究發(fā)現(xiàn)，2015 年覆膜處理與揭膜處理單株鈴數(shù)和產(chǎn)量有顯著差異，2017 年2 個(gè)棉花品種均是第2 次灌溉前揭膜處理的產(chǎn)量最高，而最早揭膜時(shí)間的處理，依然表現(xiàn)為減產(chǎn)。本研究還表明，籽棉和皮棉產(chǎn)量均與單株結(jié)鈴數(shù)和單鈴質(zhì)量呈顯著正相關(guān)。由此說明，過早揭膜使地膜對棉田土壤的增溫和保水作用減弱，不利于棉花個(gè)體發(fā)育，導(dǎo)致產(chǎn)量降低；而第2 次灌溉前1 天揭膜對棉花生長發(fā)育、干物質(zhì)積累和產(chǎn)量沒有產(chǎn)生明顯的不利影響。

在新疆棉田，殘膜主要存在于0～30 cm 土層[24]。本研究表明，0～30 cm 土層中，CK 0～10 cm 土層殘膜量達(dá)到89%，揭膜處理顯著降低了0～10 cm 土層的殘膜量，而對10～20 cm 和20～30 cm 的殘膜量無顯著影響?？傊?，在棉花第2次灌溉前揭膜，對棉花干物質(zhì)積累量和產(chǎn)量影響較小，并且使表層（0～10 cm）土壤的殘膜量降低50%以上，因此，棉花地膜覆蓋的適宜期為播種至第2次灌溉前。需要說明的是棉花生長受環(huán)境因子、品種和栽培措施的綜合影響，以播種后天數(shù)、生育時(shí)期或者是農(nóng)田管理的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)來判斷揭膜時(shí)間仍具有一定的局限性。因此，進(jìn)一步研究棉花地上部冠層結(jié)構(gòu)與土壤水熱的定量關(guān)系，可為新疆棉花地膜覆蓋栽培的精準(zhǔn)調(diào)控提供理論依據(jù)。

綜上，在本試驗(yàn)區(qū)和種植條件下，揭膜降低了棉田0～40 cm 土層的含水量，且揭膜時(shí)間越早，土壤水分含量越低。第1次灌溉前揭膜處理降低了棉花吐絮期的株高、主莖葉片數(shù)和果枝數(shù)，造成干物質(zhì)積累量降低，影響棉花的單株結(jié)鈴數(shù)和單鈴質(zhì)量，最終造成產(chǎn)量降低。在棉花第2 次灌溉前揭膜，對棉株干物質(zhì)積累量和產(chǎn)量影響較小，并且使表層（0～10 cm）土壤的殘膜量降低58.6%。因此棉花地膜覆蓋的適宜期為播種至第2次灌溉前。