有機(jī)無機(jī)氮肥配施與地膜互作對(duì)旱地胡麻水分利用、籽粒產(chǎn)量的影響

李江龍，郭麗琢，王月萍，劉宏勝，夏張祥

(1.海油富島〔上海〕化學(xué)有限公司華北分公司 河北石家莊 050000；2.甘肅省干旱生境作物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 甘肅蘭州 730070；3.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院 甘肅蘭州 730070；4.甘肅省會(huì)寧縣農(nóng)牧局 甘肅會(huì)寧 730799)

0 前言

胡麻(LinumusitatissimumL.)是我國(guó)五大油料作物之一[1]，富含α-亞麻酸[2]、木酚素、不飽和脂肪酸、膳食纖維等多種對(duì)人體有益的營(yíng)養(yǎng)成分，是優(yōu)質(zhì)的油料作物[3]。由于胡麻大多種植于我國(guó)干旱半干旱地區(qū)的雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)，干旱加上貧瘠是旱作農(nóng)業(yè)區(qū)土壤生產(chǎn)力的主要限制性因素，施用化肥和覆膜成為實(shí)現(xiàn)作物增產(chǎn)和土壤水分有效利用的主要措施。水肥之間存在耦合效應(yīng)，合理施肥是發(fā)揮肥效的關(guān)鍵，也是打開水土系統(tǒng)生產(chǎn)效能的鑰匙。但施肥在有效改善旱區(qū)降水利用率和土壤生產(chǎn)力的同時(shí)，也帶來了土壤理化性質(zhì)變劣、養(yǎng)分利用率下降、化肥產(chǎn)出比降低、環(huán)境污染日益加重等問題[4]。不同施肥組合對(duì)土壤供水強(qiáng)度影響差異較小，但單施氮肥可提高土壤表層0～20 cm的保水能力，進(jìn)而提高作物產(chǎn)量[5]。通過長(zhǎng)期施氮肥可以提高胡麻產(chǎn)量；氮肥與磷肥、鉀肥配合施用，可以顯著提高旱地胡麻的產(chǎn)量[6-8]。

覆蓋地膜能夠增墑保溫，抑制無效蒸發(fā)，但普通地膜的材料穩(wěn)定性高，降解困難，容易造成“白色污染”[9]，耕層土壤透氣性變差，土壤結(jié)構(gòu)遭到破壞，導(dǎo)致作物減產(chǎn)[10]。因此，發(fā)展可降解地膜是解決農(nóng)業(yè)“白色污染”和促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑之一。覆膜結(jié)合配施有機(jī)肥不僅可以提高作物的生物量和土壤有機(jī)碳含量，而且可增加光合碳的固定及其在作物和土壤中的分配比例[11]。Ni等[12]在研究覆膜和施氮對(duì)作物產(chǎn)量的互作效應(yīng)時(shí)發(fā)現(xiàn)，覆膜和施肥單因素使作物產(chǎn)量分別增加了17%和20%，但互作效應(yīng)不顯著。說明覆膜和施肥雖均可顯著提高作物產(chǎn)量，但互作效應(yīng)程度因作物生長(zhǎng)環(huán)境而異。因此，在胡麻生產(chǎn)中合理施用肥料和利用地膜的種類以達(dá)到土壤水肥平衡，對(duì)實(shí)現(xiàn)胡麻增產(chǎn)具有重要的意義。

本研究從環(huán)境保護(hù)的角度出發(fā)，以改善土壤肥力狀況和提高胡麻產(chǎn)量為目的，結(jié)合甘肅省的實(shí)際氣象特征，對(duì)甘肅省胡麻配施不同氮肥、覆蓋不同地膜，通過2年田間試驗(yàn)，研究氮肥和地膜的互作方式，以期從理論上進(jìn)一步探討可生物降解地膜提高土壤肥力和促進(jìn)胡麻增產(chǎn)的原因和機(jī)理。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2017—2018年在甘肅省會(huì)寧縣會(huì)師鎮(zhèn)南嘴村的旱川地(105°02′N，35°38′E)進(jìn)行，試驗(yàn)區(qū)地處隴中黃土高原丘陵溝壑區(qū)，海拔1 759 m，年均氣溫8.3 ℃，無霜期155 d，大于10 ℃的有效積溫2 664 ℃，多年平均降雨量356.70 mm。試驗(yàn)地前茬作物為玉米，地力均勻、肥力中等，前茬作物收獲后及時(shí)淺耕曬垡，秋季用手扶拖拉機(jī)帶步犁深翻打磨收口。試驗(yàn)田土壤的基本理化性狀見表1，胡麻全生育期降雨量和氣溫見圖1。胡麻全生育期間，2017年降雨量為132.2 mm，2018年為343.7 mm；2017年7月中旬降雨量?jī)H0.9 mm，2018年7月上旬降雨量達(dá)到了147.7 mm。

圖1 胡麻全生育期降雨量和氣溫

表1 試驗(yàn)田土壤的基本理化性狀

1.2 試驗(yàn)材料

選用旱地高產(chǎn)胡麻品種“隴亞13號(hào)”，該品種具有適應(yīng)性廣、抗逆性強(qiáng)、早熟豐產(chǎn)等特性?；瘜W(xué)氮肥為尿素，有機(jī)氮肥為肉蛋白生物有機(jī)肥(石家莊金太陽生物有機(jī)肥有限公司，N-P2O5-K2O=3-2-1)。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)地膜和氮肥2個(gè)因素。地膜設(shè)3個(gè)水平，分別為不覆膜(露地，P0)、普通地膜(P1)、可生物降解膜(P2)；氮肥設(shè)3個(gè)水平，分別為不施氮肥(N0)、化學(xué)氮肥120 kg/hm2(N1)、化學(xué)氮肥80 kg/hm2+有機(jī)氮肥40 kg/hm2(N2)；共9個(gè)處理，3次重復(fù)，27個(gè)小區(qū)。穴播，播深3 cm，行距20 cm，穴距11 cm，每穴播約10粒種子(播60.6萬穴/hm2)，采用幅寬120 cm地膜。小區(qū)長(zhǎng)6.7 m，寬3.0 m，面積20.1 m2。氮肥為化學(xué)氮肥和有機(jī)氮肥，磷肥施用量75 kg/hm2(過磷酸鈣，以P2O5計(jì))，鉀肥施用量52.5 kg/hm2(硫酸鉀，以K2O計(jì))。氮、磷、鉀肥均作為基肥施用，先施肥后覆膜，覆膜后3～5 d穴播。有機(jī)肥中所含的除氮之外的其他營(yíng)養(yǎng)元素，均在3個(gè)施氮水平下通過施用化學(xué)肥料加以平衡。地膜的覆蓋時(shí)間為施肥的第2 d，方式為平畦覆蓋。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.4.1 土壤含水量

在胡麻主要生育時(shí)期(現(xiàn)蕾期、開花期和成熟期)，采用常規(guī)土鉆取土烘干法測(cè)定0～200 cm土層的土壤含水量，每20 cm為一個(gè)土層。按式(1)～(3)計(jì)算土壤含水量、耗水量和水分利用效率[13]：

土壤含水量(cm)=∑(Δ0i×zi)

(1)

式中：Δ0i——土壤某一層次體積含水量；

zi——土壤層次厚度，cm；

i——土壤層次。

耗水量(mm)=播種前土壤貯水量-收獲時(shí)土壤貯水量+生育期降水量

(2)

水分利用效率[kg/(hm2·mm)]=胡麻籽粒產(chǎn)量(kg/hm2)/耗水量(mm)

(3)

1.4.2 土壤溫度

在胡麻各關(guān)鍵生育時(shí)期選擇晴天，分別于08：00、12：00、18：00用曲管溫度計(jì)測(cè)定5、10、15、20、25 cm土層的土壤溫度；從播種后2 d開始，連續(xù)觀測(cè)7 d，之后每周觀測(cè)1次，現(xiàn)蕾后2周觀測(cè)1次，連續(xù)觀測(cè)2個(gè)月。

1.4.3 籽粒灌漿速率的測(cè)定

灌漿速率：首先標(biāo)記相似株，選取花期和大小一致的主莖分枝，然后自花后第7 d開始取樣，每7 d取樣1次，直至成熟；每小區(qū)取10棵主莖，每莖分別取相同部位5個(gè)蒴果，剝?nèi)∽蚜９踩?0粒，測(cè)定籽粒的鮮質(zhì)量后在105 ℃下殺青15 min，然后于80 ℃恒溫下烘24 h至質(zhì)量恒定；按式(4)計(jì)算灌漿速率[14]：

灌漿速率[mg/(d·粒)]=每次測(cè)定籽粒干物質(zhì)質(zhì)量增值/測(cè)定間隔的天數(shù)

(4)

1.4.4 籽粒產(chǎn)量及其構(gòu)成因子的測(cè)定

胡麻收獲時(shí)在每個(gè)小區(qū)取20株進(jìn)行考種，測(cè)定單株蒴果數(shù)、蒴果籽粒數(shù)和千粒質(zhì)量。收獲時(shí)按小區(qū)單打單收，曬干后測(cè)得小區(qū)實(shí)際產(chǎn)量。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2016和Origin 9.1軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并繪圖，采用SPSS 24.0統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，顯著水平為P<0.05。

2 結(jié)果分析

2.1 覆膜與氮肥互作對(duì)胡麻主要生育時(shí)期0～200 cm土層土壤含水量的影響

由圖2可見，0～200 cm土層土壤含水量隨胡麻生育時(shí)期在不同年份存在明顯差異。在2017年和2018年，隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)，0～200 cm土層土壤含水量均呈現(xiàn)出先增加后降低的變化趨勢(shì)；在施肥水平處理下，兩年均表現(xiàn)出胡麻現(xiàn)蕾期、盛花期和成熟期的P1處理在0～80 cm土層土壤含水量顯著高于P0、P2處理的，P1處理比P0處理的提高4.08%～9.16%，較P2處理的提高2.08%～5.16%；2018年的土層土壤含水量水平趨勢(shì)總體較2017年的高；從盛花期開始，P0處理和P2處理的差異不顯著，是因?yàn)榭山到獾啬ら_始降解，水分蒸發(fā)量增大，保水能力開始降低。

圖2 覆膜與氮肥互作對(duì)胡麻主要生育時(shí)期0～200 cm土層土壤含水量的影響

2.2 不同處理對(duì)胡麻主要生育時(shí)期不同土層土壤溫度的影響

由圖3可知，胡麻主要生育時(shí)期的土壤溫度變化規(guī)律是隨土層的加深而降低。在現(xiàn)蕾期，由于胡麻葉面積逐漸增大，田間變得密閉，導(dǎo)致透光率低，覆膜增溫效果減弱，5～25 cm土層土壤平均溫度表現(xiàn)為P1>P2>P0，普通地膜和可降解地膜處理分別較2017年未覆膜時(shí)高1.57、1.23 ℃，比2018年時(shí)高1.30、1.55 ℃。在盛花期，P1、P2處理與P0處理相比，較2017年時(shí)高1.42、0.32 ℃，較2018年時(shí)高1.38、0.76 ℃，說明從現(xiàn)蕾期到開花期雖然覆膜增溫效果減弱，并伴隨著現(xiàn)蕾期可降解地膜開始出現(xiàn)破裂降解，但仍具有一定的保溫效果，現(xiàn)蕾期、盛花期可降解地膜的土壤溫度總體低于普通地膜的。到成熟期葉片逐漸衰老，田間密閉程度減弱，透光率增加，P1處理下0～5、10～15、20～25 cm土層的土壤溫度高于P2、P0處理的；2017年，P1處理的0～5 cm的土層土壤溫度分別較P0、P2處理的高1.47、1.20 ℃，10～15 cm的分別較P0、P2處理的高1.99、1.28 ℃，20～25 cm的相差較??；2018年，P1處理的0～5 cm的土層土壤溫度分別較P0、P2處理的高1.37、1.18 ℃，10～15 cm的分別較P0、P2處理的高1.39、0.88 ℃，20～25 cm的分別較P0、P2處理的高1.91、1.52 ℃；說明隨著可降解地膜逐漸降解，保溫能力呈降低的趨勢(shì)。普通地膜對(duì)0～25 cm土層的保溫效果高于可降解地膜的，但差異不顯著，且覆膜處理的土壤溫度都高于不覆膜處理的。

圖3 不同處理對(duì)胡麻主要生育時(shí)期不同土層土壤溫度的影響

2.3 覆膜與氮肥互作對(duì)胡麻籽粒灌漿速率的影響

覆膜與氮肥互作對(duì)胡麻籽粒灌漿速率的影響是先大后小，在花后28 d達(dá)到最大(見表2)?；ê? d，各處理下的灌漿速率為P1N2>P2N0>P1N0>P0N2>P2N2>P0N0>P1N1>P2N1>P0N1，其中P1N2的顯著大于P0N1的；花后14 d，P1N2的灌漿速率顯著大于P0N0的，比P0N0的大27.53%；花后21 d，P1N1的灌漿速率顯著大于P2N0的，比P2N0的大11.83%；花后28 d，各處理間的灌漿速率無顯著差異，P2N0的達(dá)到最大；花后35 d，P0N2、P1N2的灌漿速率無顯著差異，均顯著大于P0N0的，分別比P0N0的大19.00%、17.48%，其余處理與三者間差異不顯著；花后42 d，各處理間的灌漿速率無顯著差異，P0N2的達(dá)到最大。由此可知，覆膜和氮肥互作處理下的胡麻不僅在灌漿中期能維持較高的灌漿速率，灌漿后期的灌漿速率顯著大于P0N0的，為后期籽粒產(chǎn)量的提高奠定了基礎(chǔ)。

表2 覆膜與氮肥互作對(duì)胡麻籽粒灌漿速率的影響

2.4 覆膜與氮肥互作對(duì)胡麻干物質(zhì)積累量的影響

不同處理對(duì)胡麻干物質(zhì)積累量的影響見圖4。由圖4可知：2017、2018年2個(gè)施肥水平下的干物質(zhì)積累量在各生育時(shí)期均呈現(xiàn)N2>N1>N0的趨勢(shì)，N1處理與N0處理相比，干物質(zhì)積累的促進(jìn)作用無差異，而N2處理的干物質(zhì)積累量比N0處理的顯著增加；從出苗期到成熟期的各生育期，2017年N2處理的干物質(zhì)積累量比N0處理的分別提高了9.10%、21.56%、17.98%、7.55%、6.17%、3.64%，2018年N2處理的干物質(zhì)積累量比N0處理的分別提高了10.36%、18.46%、17.98%、25.78%、15.42%、8.34%；2年都表現(xiàn)出開花期后干物質(zhì)積累量變化幅度減小。以上結(jié)果表明，施用氮肥增加了干物質(zhì)的積累，尤其是有機(jī)無機(jī)氮肥配施對(duì)胡麻的促生作用顯著。

圖4 不同處理胡麻干物質(zhì)積累量的動(dòng)態(tài)變化

由圖4還可發(fā)現(xiàn)，干物質(zhì)積累速率因覆膜和氮肥的種類不同存在差異。除現(xiàn)蕾期至開花期外，覆膜和氮肥互作對(duì)胡麻其余各生育階段干物質(zhì)積累速率的影響顯著，不同種類覆膜下干物質(zhì)的積累速率在各生育時(shí)期均差異顯著，普通地膜覆蓋處理下出苗期至開花期的干物質(zhì)積累速率顯著高于P2、P0處理的，提高幅度為16.38%～81.94%。從全生育期圖形可知：2017年從分莖期至現(xiàn)蕾期干物質(zhì)積累速率最快，2018年從出苗期至開花期干物質(zhì)積累速率最快，施肥類型不影響變化趨勢(shì)。2017年P(guān)1N2處理的干物質(zhì)積累速率最大，達(dá)127.28 mg/(株·d)，較其他處理的高13.26%～78.96%；2018年同樣是P1N2處理的干物質(zhì)積累速率最大，達(dá)130.11 mg/(株·d)，較其他處理的高20.42%～89.62%。從青果期至成熟期，覆膜和氮肥處理下的干物質(zhì)積累速率都表現(xiàn)出下降趨勢(shì)。由此可得出，普通地膜和無機(jī)氮肥對(duì)胡麻生育前期干物質(zhì)積累速率的影響較大，后期則表現(xiàn)為可降解地膜和有機(jī)無機(jī)氮肥對(duì)其影響較大。

2.5 覆膜與氮肥互作對(duì)胡麻籽粒產(chǎn)量的影響

由表3可知，胡麻籽粒產(chǎn)量隨施氮種類的不同呈現(xiàn)不同的趨勢(shì)。在P2、P1覆膜處理下，2017年胡麻籽粒產(chǎn)量分別比P0處理的提高了28.37%、25.29%，2018年比P0處理的提高了24.48%、20.26%，覆膜和氮肥互作下差異不顯著。在同一覆膜處理下，2018年P(guān)2N2處理的胡麻籽粒產(chǎn)量達(dá)到最大值833.68 kg/hm2，與不施氮肥(P0N0、P1N0、P2N0)和不覆膜(P0N1、P0N2)處理的差異顯著；2017年P(guān)2N2處理的胡麻產(chǎn)量達(dá)到最大值822.07 kg/hm2，與不覆膜(P0N0、P0N1、P0N2)處理的差異顯著。在產(chǎn)量構(gòu)成因子中，單株蒴果數(shù)隨氮肥種類不同差異不大；單果籽粒數(shù)在兩年的表現(xiàn)中，P1N2處理的與P0N2、P1N1、P2N1處理的都無顯著性差異。與不施氮肥相比，在無機(jī)氮肥、有機(jī)無機(jī)氮肥水平下，2018年單株蒴果數(shù)分別提高了21.47%、35.25%，2017年單株蒴果數(shù)分別提高了18.11%、22.35%。2018年各處理間的千粒質(zhì)量無顯著性差異，2017年P(guān)2N1、P1N2處理的千粒質(zhì)量與P0N0、P0N1處理的差異顯著。覆膜的胡麻水分利用率比不覆膜的高，且覆膜處理都超過了2 kg/(hm2·mm)。兩年水分利用率相差很大，造成這種差異的原因是2018年的降雨量比2017年高出許多(見圖1)。兩年都表明施氮肥且覆膜處理的籽粒產(chǎn)量與不施氮肥處理的、只覆膜或只施氮肥處理的差異顯著。

表3 覆膜與氮肥互作對(duì)胡麻籽粒產(chǎn)量構(gòu)成因子、產(chǎn)量和水分利用率的影響

3 結(jié)語

黃土高原為半干旱雨養(yǎng)地區(qū)，水分是限制作物生長(zhǎng)和實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的重要因素之一。覆膜可以提高土壤的含水量，進(jìn)而提高作物的水分利用率和產(chǎn)量。王星等[15]的研究表明，在玉米生育中期，可降解地膜具有顯著的增溫效果，但保水效果不明顯。覆膜處理下玉米的穗長(zhǎng)、穗粗、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量和產(chǎn)量均較露地處理的顯著增加；普通地膜和可生物降解地膜處理間的玉米產(chǎn)量差異未達(dá)顯著水平，但均顯著高于露地處理的，且兩者的穗長(zhǎng)、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量也均顯著高于露地處理的[16]。本研究表明地膜覆蓋下的土層含水量高于露地處理的，普通地膜覆蓋可提高胡麻現(xiàn)蕾期0～80 cm土層的土壤含水量；2018年覆蓋普通地膜處理的土壤含水量低于覆蓋可降解地膜處理的，2017年覆蓋普通地膜和可降解地膜處理的土壤含水量無顯著性差異；覆膜處理下，單株蒴果數(shù)、單果籽粒數(shù)較多，長(zhǎng)勢(shì)也較好。

結(jié)果表明，覆膜和施肥顯著促進(jìn)了胡麻生育前中期的干物質(zhì)積累量；營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段有機(jī)無機(jī)氮肥配施的促生作用大于單施無機(jī)氮肥的，而花期相反；施肥提高了灌漿速率；地膜覆蓋下增施氮肥，有利于促進(jìn)干物質(zhì)向籽粒的轉(zhuǎn)移；地膜覆蓋及施用氮肥均顯著提高了籽粒產(chǎn)量，有機(jī)無機(jī)氮肥配施增產(chǎn)效果更顯著。汪航等的研究表明[17]，有機(jī)無機(jī)氮肥配施可以促進(jìn)水稻生長(zhǎng)，加快其分蘗速率，增加干物質(zhì)質(zhì)量和籽粒質(zhì)量。本研究的結(jié)果表明，施肥方式影響胡麻的產(chǎn)量構(gòu)成因子，有機(jī)無機(jī)氮肥配施處理下產(chǎn)量最高，與文獻(xiàn)[17]的研究結(jié)果一致；覆膜和氮肥互作可以顯著提高胡麻單株蒴果數(shù)和單果籽粒數(shù)，最終達(dá)到高產(chǎn)。

胡麻產(chǎn)量在我國(guó)干旱半干旱地區(qū)的雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)普遍不高，一般僅為600～750 kg/hm2[18]。研究結(jié)果表明，胡麻籽粒產(chǎn)量對(duì)施氮種類的響應(yīng)不同；有機(jī)無機(jī)氮肥配施的籽粒產(chǎn)量比單施無機(jī)氮肥要高；從產(chǎn)量構(gòu)成因子看，施有機(jī)無機(jī)氮肥促進(jìn)了單株蒴果數(shù)、單果籽粒數(shù)和單株產(chǎn)量的提高，施氮對(duì)千粒質(zhì)量的影響不顯著。

有機(jī)無機(jī)氮肥配施對(duì)胡麻籽粒灌漿進(jìn)程和產(chǎn)量影響顯著。不同施氮條件下，有機(jī)無機(jī)氮肥配施、無機(jī)氮肥處理的平均灌漿速率和籽粒灌漿速率最大時(shí)的生長(zhǎng)量比不施化肥的分別增加2.23%～3.80%、1.29%～3.12%，且籽粒產(chǎn)量顯著高于不施肥處理的，增幅分別為23.04%～26.14%、17.75%～22.71%。

綜上所述，有機(jī)無機(jī)氮肥配施與地膜互作能提高胡麻產(chǎn)量構(gòu)成因子的單株蒴果數(shù)、單果籽粒數(shù)和單株產(chǎn)量，延長(zhǎng)了胡麻灌漿時(shí)間，提高了胡麻籽粒產(chǎn)量；可降解地膜與普通地膜的作用效果相當(dāng)，可降解地膜可以替代普通地膜，既能保證作物產(chǎn)量，又能減少環(huán)境污染。