生物降解滲水地膜在谷子上的應(yīng)用效果研究

李星星 袁宏安 韓 芳 賈潤(rùn)成

（延安市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，陜西延安 716000）

生物降解滲水地膜是以全生物材料制成的一種可降解地膜，可有效減少農(nóng)田白色污染，改善農(nóng)田環(huán)境。生物降解滲水地膜膜上有微孔，能有效利用無效降雨，提高雨水利用率，增加作物產(chǎn)量。目前，全生物降解地膜在馬鈴薯、玉米、谷子以及蔬菜[1]等作物上的應(yīng)用已有相關(guān)研究。已有研究表明，生物降解滲水地膜能顯著提高馬鈴薯田土壤溫度，促進(jìn)植物生長(zhǎng)發(fā)育，較不覆膜處理增產(chǎn)5 668.5 kg/hm2，有利于提高馬鈴薯的商品薯產(chǎn)量[2]。生物降解地膜能有效調(diào)控土壤水分含量和溫度，促進(jìn)玉米根系生長(zhǎng)發(fā)育，縮短玉米生育進(jìn)程[3-4]。在冬播谷子上的研究發(fā)現(xiàn)，生物降解滲水地膜可以使谷子安全越冬且出苗率高，同時(shí)使谷子生育期提前、產(chǎn)量提高[5]。由于區(qū)域氣候條件和作物種類不同，生物降解滲水地膜的降解程度、保溫保墑特性以及對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)和產(chǎn)量影響也存在差異[6]。延安市屬于黃土高原溝壑區(qū)，是典型的干旱半干旱地區(qū)，雨水不足成為當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)發(fā)展的主要限制因素，如何提高現(xiàn)有農(nóng)田水資源的利用率以及提高無效降雨的利用率，是該地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展亟須解決的問題。因此，本研究以延安地區(qū)典型農(nóng)作物谷子為研究對(duì)象，探究生物降解滲水地膜在該作物上的適用性，以期為延安地區(qū)谷子的產(chǎn)業(yè)發(fā)展和全生物地膜的推廣應(yīng)用提供技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2021年5—10月在延安市安塞區(qū)沿河灣鎮(zhèn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技試驗(yàn)基地進(jìn)行。該地屬中溫帶大陸性半干旱季風(fēng)氣候，年均無霜期160 d、氣溫9.1℃、降水量為506.6 mm。試驗(yàn)地基礎(chǔ)養(yǎng)分為堿解氮36.5 mg/kg，有效磷 6.21 mg/kg，速效鉀 136.7 mg/kg，有機(jī)質(zhì)11.78 g/kg，pH值7.9。該地塊前茬作物為大豆，春季深松耕耙后，播種時(shí)開溝一次性施入復(fù)合有機(jī)肥1 500 kg/hm2。

1.2 供試材料

供試谷子品種為長(zhǎng)生13；供試地膜為普通聚乙烯地膜、生物降解滲水地膜（幅寬1 300 mm、厚度0.007 mm，由山西省微通滲水地膜公司提供）；供試肥料為海德曼復(fù)合肥料（總養(yǎng)分≥40.0%，N∶P2O5∶K2O=22∶8∶10）。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)置4個(gè)處理，分別為露地穴播[行距為30 cm、穴距為20 cm，共10行，小區(qū)面積為54 m2（18 m×3 m）]、露地條播[行距 30 cm、株距 10 cm，共10 行，小區(qū)面積為 54 m2（18 m×3 m）]、普通地膜[膜上行距30 cm、膜間距40 cm、穴距20 cm，共4膜，小區(qū)面積為 86.4 m2（18.0 m×4.8 m）]、生物降解滲水地膜[膜上行距40 cm、膜間距30 cm、穴距20 cm，共4膜，小區(qū)面積為 86.4 m2（18.0 m×4.8 m）]。

1.4 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.4.1 生育期調(diào)查。記載各處理谷子出苗、拔節(jié)、抽穗、開花、成熟日期，觀察其農(nóng)藝性狀。

1.4.2 農(nóng)藝性狀測(cè)定。于谷子成熟期，均勻選取各處理谷子3株，分別測(cè)定株高、莖粗、葉片、莖稈、穗鮮重，并于105℃烘干后測(cè)定其干物質(zhì)重。

1.4.3 光合特性及葉綠素含量（SPAD值）測(cè)定。于谷子灌漿期，均勻選取各處理谷子3株，在谷子倒數(shù)第2片葉子上測(cè)定光合速率、葉綠素含量（SPAD值）等光合指標(biāo)。

1.4.4 產(chǎn)量測(cè)定。待谷穗變黃蠟熟后，全部收割，測(cè)定產(chǎn)量、單穗重、穗粒重以及千粒重。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)錄入整理、作圖，采用SPSS 25.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)谷子生育期的影響

由表1可知，露地條播和露地穴播處理對(duì)谷子生育期無影響，生物降解滲水地膜、普通地膜處理都不同程度提前了谷子各生育期。與露地播種處理相比，生物降解滲水地膜處理谷子出苗期、拔節(jié)期、抽穗期均提前了3 d，灌漿期提前5 d，蠟熟期與露地播種處理相同，都在10月15日；與普通地膜處理相比，生物降解滲水地膜處理出苗期晚1 d，抽穗期晚3 d，而蠟熟期則提前5 d。結(jié)合2021年天氣情況，不同地膜處理對(duì)谷子生育期的影響不明顯，受極端天氣影響，谷子抽穗期、灌漿期較往年延長(zhǎng)，整體生育期推后。

表1 不同處理谷子生育期

2.2 不同處理對(duì)谷子光合特性的影響

由表2可知，不同處理對(duì)谷子的凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度和水分利用效率都會(huì)產(chǎn)生影響，且變化明顯。與露地條播、露地穴播處理相比，生物降解滲水地膜、普通地膜處理谷子葉片凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度都有不同程度增加，其中生物降解滲水地膜處理較露地播種處理的凈光合速率和蒸騰速率分別平均增加86.53%、77.69%，差異顯著。普通地膜處理各光合指標(biāo)較露地播種處理也顯著增加，表明覆膜能有效增強(qiáng)谷子葉片的光合作用，有利于作物干物質(zhì)的積累。生物降解滲水地膜處理和普通地膜處理的氣孔導(dǎo)度、水分利用效率較露地處理均增加，但差異未達(dá)到顯著水平。胞間CO2濃度的變化規(guī)律與上述不同，與露地播種處理相比，生物降解滲水地膜處理和普通地膜處理均有顯著下降，表明覆膜能顯著提高谷子葉片吸收CO2的能力。在上述指標(biāo)中，露地條播處理和露地穴播處理無明顯差異，除胞間CO2濃度外，其他指標(biāo)生物降解滲水地膜處理較普通地膜處理均有所增加。可見，露地條播和露地穴播對(duì)谷子光合特性無明顯影響，而生物降解滲水地膜處理要優(yōu)于普通地膜處理。

表2 不同處理谷子葉片光合特性

2.3 不同處理對(duì)谷子葉綠素含量（SPAD值）的影響

不同處理對(duì)谷子葉片SPAD值的影響也不相同。由圖1可知，SPAD值表現(xiàn)為生物降解滲水地膜＞普通地膜＞露地穴播＞露地條播。生物降解滲水地膜處理SPAD值達(dá)到56.0，較普通地膜、露地穴播、露地條播處理分別增加15.23%、14.29%、8.53%，且與露地條播、露地穴播處理差異顯著；普通地膜處理較露地條播、露地穴播處理分別增加6.17%、5.31%，但差異不顯著。可見，覆膜能在一定程度上增加谷子葉片的葉綠素含量，增強(qiáng)光合作用，特別是生物降解滲水地膜作用更為明顯。

2.4 不同處理對(duì)谷子農(nóng)藝性狀的影響

由表3可知，生物降解滲水地膜和普通地膜處理谷子的株高、莖粗、穗長(zhǎng)、穗粗、葉片干重、莖稈干重均顯著大于露地條播、露地穴播處理。與普通地膜處理相比，生物降解滲水地膜處理莖粗、穗長(zhǎng)、穗粗、葉片干重、莖稈干重較普通地膜處理分別增加9.90%、8.96%、5.76%、34.49%、31.08%， 且除穗粗外均達(dá)到顯著性差異。露地穴播處理與露地條播處理相比，除穗長(zhǎng)外，上述指標(biāo)均有降低，其中葉片干重降低0.95 g/株，且差異顯著。綜上可知，谷子覆膜栽培能顯著增強(qiáng)植株長(zhǎng)勢(shì)和增加干物質(zhì)量，特別是生物降解滲水地膜較普通地膜增加顯著。此外，穴播由于是簇生狀態(tài)，影響了谷子的生長(zhǎng)和干物質(zhì)積累，農(nóng)藝性狀較條播谷子差。

表3 不同處理谷子成熟期農(nóng)藝性狀

2.5 不同處理對(duì)谷子產(chǎn)量的影響

由表4可知，不同處理對(duì)谷子產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響存在一定差異，以生物降解滲水地膜處理谷子產(chǎn)量、穗重、穗粒重最大，普通地膜處理次之。生物降解滲水地膜處理穗重較露地條播、露地穴播分別增加11.25%、15.75%，穗粒重分別增加8.77%、13.36%，產(chǎn)量分別增加86.57%、32.64%；但千粒重僅有2.52 g，較其他處理顯著降低?？梢?，生物降解滲水地膜處理能有效增加谷子產(chǎn)量，但會(huì)降低谷子千粒重。普通地膜處理產(chǎn)量較露地條播、露地穴播處理顯著增加，分別增產(chǎn)71.46%、21.90%，穗重、穗粒重與露地處理差異并不明顯。生物降解滲水地膜處理產(chǎn)量、穗重、穗粒重均大于普通地膜處理，其中產(chǎn)量增加314.72 kg/hm2，增幅8.81%；露地條播處理穗重、穗粒重、千粒重等均大于露地穴播處理，但產(chǎn)量卻低于露地穴播處理。分析發(fā)現(xiàn)，露地穴播產(chǎn)量增加的原因主要是單位面積穗數(shù)增加。

表4 不同處理谷子產(chǎn)量

3 結(jié)論與討論

光合作用是作物干物質(zhì)積累的重要途徑，也是決定產(chǎn)量的重要因素。本研究中使用生物降解滲水地膜覆蓋栽培谷子顯著增加了谷子葉片的凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度等光合參數(shù)，這與前人研究結(jié)果一致[7-8]。光合作用的強(qiáng)弱與植株長(zhǎng)勢(shì)密切相關(guān)，而覆膜能提高土壤水分含量和溫度[9]，提高土壤微生物的活性[10]，促進(jìn)土壤速效養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化，進(jìn)一步改善土壤理化性質(zhì)[11]，促進(jìn)作物生長(zhǎng)，進(jìn)而提高作物產(chǎn)量，縮短作物生育期。受2021年極端天氣影響，谷子孕穗期遭遇數(shù)日干旱，致使谷子難以抽穗，生長(zhǎng)勢(shì)弱，生育期延緩；生育后期又遭遇連續(xù)降雨，進(jìn)一步導(dǎo)致谷子生育期延緩、貪青晚熟，籽粒灌漿不充分，在一定程度上影響了谷子產(chǎn)量。特別是極度干旱嚴(yán)重影響了傳統(tǒng)種植模式（露地條播）谷子生長(zhǎng)發(fā)育，造成大幅度減產(chǎn)。覆膜種植，尤其是生物降解滲水地膜覆蓋栽培，谷子產(chǎn)量達(dá)3 885.69 kg/hm2，表明生物降解滲水地膜的抗旱穩(wěn)產(chǎn)效果明顯。

本試驗(yàn)結(jié)果表明，生物降解滲水地膜覆蓋種植能使谷子提前出苗，與露地種植相比谷子出苗提前3 d，各生育時(shí)期均提前，谷子孕穗期光合特性、葉片SPAD值均顯著增加，其中葉片SPAD值較露地條播、露地穴播分別增加14.29%、8.53%；成熟期谷子產(chǎn)量達(dá)3 885.69 kg/hm2，較露地條播、露地穴播處理分別增加86.57%、32.64%，穗重、穗粒重增加顯著。與普通地膜處理相比，生物降解滲水地膜處理谷子出苗晚1 d。在抽穗開花以后，生物降解滲水地膜處理長(zhǎng)勢(shì)優(yōu)于普通地膜處理，光合特性、SPAD值均大于普通地膜處理，莖粗、穗長(zhǎng)、葉片干重、莖稈干重等指標(biāo)增加顯著；產(chǎn)量較普通地膜處理增加314.72 kg/hm2；穗重、穗粒重均大于普通地膜處理，但千粒重較小。因此，在今后的谷子種植中，可結(jié)合生產(chǎn)條件、機(jī)械化程度優(yōu)先使用生物降解滲水地膜覆蓋種植模式。