覆蓋滲水地膜對(duì)旱作大豆田土壤水熱效應(yīng)、酶活性及產(chǎn)量的影響

陜北地區(qū)位于黃土高原的中心地帶，屬于典型的旱作雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)，是陜西省重要的大豆生產(chǎn)基地，種植面積和年產(chǎn)量分別占全省總量的55.2% 和 59.0%^[1] ，發(fā)展陜北大豆對(duì)促進(jìn)全省大豆產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義。春播階段常發(fā)性的低溫干旱和生長(zhǎng)季內(nèi)降水資源供應(yīng)不足，是該地區(qū)目前大豆生產(chǎn)中面臨的主要問(wèn)題。因此，優(yōu)化和改進(jìn)現(xiàn)階段的生產(chǎn)栽培方式，有效協(xié)調(diào)大豆生長(zhǎng)發(fā)育與土壤水熱環(huán)境之間的關(guān)系，是該地區(qū)大豆實(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)的首要目標(biāo)。

覆膜栽培技術(shù)因其對(duì)土壤良好的增溫保作用和穩(wěn)定可靠的增產(chǎn)效能，已成為旱作區(qū)作物生產(chǎn)中不可或缺的重要技術(shù)手段之一[2]。諸多研究證實(shí)，覆蓋地膜可有效緩解旱作區(qū)春季低溫對(duì)作物的危害[3]，提高農(nóng)田對(duì)自然降雨的捕獲量[4]，降低農(nóng)田水分的無(wú)效蒸發(fā)5，從而實(shí)現(xiàn)降水資源的跨季節(jié)利用，提高作物的產(chǎn)量和降水利用率[]]然而，在干旱半干旱地區(qū)，降雨資源多以小于10mm 的小雨為主，在特定年份內(nèi)其占總降雨次數(shù)和總降水量可達(dá) 88.17% 和 47.51%^[7] ，生產(chǎn)中PE地膜的物理阻隔作用[8]，無(wú)法將這部分降雨資源有效蓄集于土壤中而加以利用?；诖耍竦萚9-10]在PE地膜的基礎(chǔ)上，采用化學(xué)加機(jī)械的方法成功研制了滲水地膜，其獨(dú)特的單向滲水特性使得小雨資源也能夠被有效利用。研究表明[1-12]，與PE地膜相比，滲水地膜具有明顯的增溫和保水作用，并且顯著提高作物產(chǎn)量和水分利用效率。近年來(lái)，為有效解決地膜殘留對(duì)農(nóng)田的環(huán)境危害[13-14]，該團(tuán)隊(duì)在滲水地膜的基礎(chǔ)之上，又研發(fā)出了生物降解滲水地膜，并在旱地谷子[15]、高梁[16]等作物上取得了良好的增產(chǎn)效果，有效促進(jìn)了旱地農(nóng)業(yè)綠色生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展。目前，滲水地膜應(yīng)用效果的研究在不同作物中均有報(bào)道，但大多數(shù)主要以單一年份的田間試驗(yàn)為主[11，17]，關(guān)于旱作區(qū)春大豆田中連續(xù)多年的應(yīng)用研究鮮有報(bào)道，對(duì)于生物降解滲水地膜的田間應(yīng)用效果也還有待于進(jìn)一步的驗(yàn)證。因此，本研究通過(guò)連續(xù)2a在旱作大豆田覆蓋3種不同類型地膜，比較研究不同覆膜類型對(duì)土壤水熱效應(yīng)、酶活性、產(chǎn)量的影響，綜合評(píng)價(jià)滲水地膜的田間應(yīng)用效果和增產(chǎn)潛力，以期為構(gòu)建陜北地區(qū)大豆高產(chǎn)栽培技術(shù)體系提供科學(xué)依據(jù)。

1材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于 2020-2021 年在延安市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院試驗(yàn)基地 （36^°19^′20^′′N，109^°18^′10^′′E） 進(jìn)行。該試驗(yàn)地位于陜西省延安市中部，屬于黃土高原丘陵溝壑區(qū)，半濕潤(rùn)內(nèi)陸性季風(fēng)氣候，平均海拔1018m ，年日照時(shí)數(shù) 2478.7h ，年平均氣溫8.6^°C ，無(wú)霜期130d左右，年均降水量約526.3mm ，土壤類型為黃綿土，耕層 （0～40cm） 土壤基本理化性質(zhì)分別為土壤體積質(zhì)量 1.38g?cm^-3 ，速效氮 20.7mg?kg^-1 ，速效磷 11.7mg?kg^-1 ，速效鉀 122.2mg?kg^-1 ，全氮 0.6g?kg^-1 ，有機(jī)質(zhì) 8.6g?kg^-1 ，土壤 pH 為8.4。2020和2021年試驗(yàn)期內(nèi)（5一10月）總降水量分別為462.4mm 和 403.3mm ，月降水量和氣溫變化如圖1所示。

1. 2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)地膜類型設(shè)3個(gè)試驗(yàn)處理，分別為：T1（PPC生物降解滲水地膜，膜厚 0. 007mm ），T2（普通滲水地膜，膜厚 0.01mm ）， T3 （PE地膜，膜厚 0.008mm ），以CK（裸地不覆膜）為對(duì)照，PPC生物降解滲水地膜和普通滲水地膜由山西微通滲水膜生物科技有限公司提供，PE地膜購(gòu)自延安市農(nóng)資市場(chǎng)。田間試驗(yàn)小區(qū)完全隨機(jī)區(qū)組排列，3次重復(fù)，小區(qū)面積為 30m²（6m×5m） ，小區(qū)內(nèi)覆4個(gè)地膜帶，膜寬均為 80cm ，帶間距 60cm ，每年播種前人工整平地面后覆膜，地膜一年一換。每年4月中旬結(jié)合旋耕整地時(shí)，將尿素150kg?hm^-2 、磷酸二銨 300kg?hm^-2 、硫酸鉀45kg?hm^-2 一次性施人試驗(yàn)地。參試大豆品種為‘冀豆17，分別于2020-05-05和2021-05-03人工點(diǎn)播，大豆種植行距 0.5m ，株距 0.12m ，密度為16.6萬(wàn)株·hm^-2 ，于2020-10-03 和 2021-10-02收獲，試驗(yàn)期內(nèi)視田間情況進(jìn)行人工除草和病蟲(chóng)害的防治，其他管理同一般大田。

1.3 測(cè)定指標(biāo)與計(jì)算方法

1.3.1土壤水分土壤含水量：采用經(jīng)典烘干法測(cè)定土壤質(zhì)量含水量。測(cè)定深度： 0～20cm ，每10cm 為一層， 20～100cm 每 20cm 為一層，共6個(gè)土層；測(cè)定時(shí)間：大豆播種后每隔10d測(cè)定一次耕層 （0～40cm） 土壤水分，同時(shí)在2個(gè)試驗(yàn)?zāi)攴莸拇蠖共シN前（5月3日、5月1日）、苗期（5月25日、5月23日）、開(kāi)花期（7月15日）鼓粒期（8月16日、8月29日）、成熟期（9月29日、9月26日）測(cè)定 0～100cm 土壤水分，若數(shù)據(jù)測(cè)定期遇下雨天氣時(shí)，測(cè)定時(shí)間進(jìn)行適當(dāng)推遲。

土壤貯水量：

式中，SWS為土壤貯水量（ mm） ： h 為土層厚度 （cm）;a 為土壤體積質(zhì)量 （g?cm^-3 ）， θ 為土壤質(zhì)量含水量， 0～40cm 土層的土壤體積質(zhì)量分別為 1.12，1.44，1.58g?cm^-3 ， 40～100cm 土層平均土壤體積質(zhì)量為 1.60g?cm^-3 。

作物階段耗水量： ET=P+SWt₁-SWt₂

式中，P為 t₁ 至 t₂ 時(shí)間段的降水量 （mm） ，SWt₁Ω，SWt₂ 分別為階段初期和階段末期的土壤貯水量（ ：mm） °

耗水系數(shù)： CP= 各生育階段耗水量/作物全生育期耗水量

1.3.2土壤溫度在大豆行中間膜上插入曲管地溫計(jì)（5支一組）觀測(cè)土壤溫度。測(cè)定深度為5～25cm ，每 5cm 為一土層；測(cè)定時(shí)間與耕層土壤水分的測(cè)定時(shí)間一致。

1.3.3土壤酶活性在大豆開(kāi)花期采集各小區(qū)的土樣，取樣土層為 0～10cm，10～20cm，20～ 40cm ，每小區(qū)取3個(gè)樣點(diǎn)，充分混合后帶回實(shí)驗(yàn)室晾曬陰干，然后測(cè)定土壤酶活性。脲酶采用苯酚鈉一次氯酸鈉比色法，過(guò)氧化氫酶采用高錳酸鉀（濃度為 0.1mol?L^-1 滴定法，堿性磷酸酶采用磷酸苯二鈉法，蔗糖酶采用3，5-二硝基水楊酸比色法測(cè)定。

1.3.4室內(nèi)考種大豆收獲前，按小區(qū)選擇長(zhǎng)勢(shì)均勻的大豆行，連續(xù)取10株大豆植株，帶回室內(nèi)進(jìn)行考種，分別測(cè)定大豆株高、單株有效分枝數(shù)、單株有效莢數(shù)、單株粒數(shù)、單株粒質(zhì)量、百粒質(zhì)量。1.3.5產(chǎn)量和水分利用效率大豆成熟后按小區(qū)進(jìn)行人工收獲，然后用小區(qū)脫粒機(jī)進(jìn)行脫粒，晾曬后稱量計(jì)產(chǎn)（籽粒含水量 13% ）。

水分利用效率： WUE=Y/ET

式中：Y為作物籽粒產(chǎn)量 （kg?hm^-2 ），ET為整個(gè)生育期內(nèi)的耗水量 ：mm ）°

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

利用MicrosoftWPS2016進(jìn)行數(shù)據(jù)整理與制表，用SPSS19.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，以最小顯著差數(shù)（LSD）進(jìn)行多重比較與顯著性檢驗(yàn)1 ?P=0.05） ，用主成分分析法對(duì)相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行綜合分析，采用Sigmaplot12.0進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1不同覆膜類型對(duì)旱作大豆田土壤水分的影響

2.1.1全生育期耕層土壤平均含水量動(dòng)態(tài)變化

地膜覆蓋能夠顯著提高耕層土壤水分含量，不同覆膜處理平均含水量變化與大豆生育進(jìn)程和自然降雨季節(jié)分布關(guān)系密切（圖2）。播種期至苗期，耕層土壤含水量逐漸降低，覆膜處理較CK平均含水量2a分別提高 4.99%～16 ： 40% 和9.35%～15.38% ，處理間表現(xiàn)為 T2gt;T1gt;T3 ，T2處理顯著高于CK，而T1、T3處理間差異不顯著；隨著降水量的增加，苗期至鼓粒期耕層土壤含水量有增有減，T2處理的平均含水量最高，較CK顯著提高 7.02%～17.98% ，尤其是在降雨較少的2021年保效果突出，T1與T3處理相比，年均含水量有所下降，且在開(kāi)花期至鼓粒期減少4.68%～10.06% ，說(shuō)明大豆旺盛生長(zhǎng)期田間保效果 T2gt;T3gt;T1 ;鼓粒期至成熟期，各處理間土壤含水量的差異有所減小，這主要與試區(qū)9月份降雨頻繁有關(guān)，其中處理T1與CK差異最小。以上表明，大豆全生育期內(nèi)T2處理對(duì)耕層的保效果最佳，T3處理次之，T1處理生育前期較好而中后期有所減弱。

2.1.2關(guān)鍵生育期 0～100cm 土層貯水量變化

覆蓋地膜能夠減少土壤水分無(wú)效蒸發(fā)，提高田間水分貯存量，不同覆膜處理在大豆各生育時(shí)期的貯水能力有一定差異（圖3）。 0～40cm 土層中，大豆苗期和開(kāi)花期T1、T2處理貯水量較多，T2處理顯著高于CK；鼓粒期和成熟期T2、T3處理貯水量較多，T1和CK處理差異不顯著，各生育期平均貯水量T1、T2、T3處理分別較CK增加了 3.24%～4.55%.8.05%～10.27%.4.55%～ 8.19% 。說(shuō)明T2處理的保水能力更強(qiáng)，T1處理的貯水能力在生育前期強(qiáng)，中后期逐漸減弱。40～100cm 土層中，除鼓粒期的貯水量有所下降外，其他生育時(shí)期均是T2處理最高，較CK各生育期平均貯水量提高 6.06%～8.45% ，可能是由于滲水地膜后在大豆需水旺盛的鼓粒期調(diào)動(dòng)了更多深層土壤水分，以滿足自身的生長(zhǎng)需求；T1和T3處理各生育時(shí)期的貯水量相比，苗期至鼓粒期T1處理較高，成熟期T3處理較高，但全生育期內(nèi)處理間差異不顯著。

2.1.3不同生育階段土壤耗水量和耗水系數(shù)差異不同覆膜處理在大豆各生育階段的耗水量及耗水比例有一定差異（表1）。地膜覆蓋降低大豆播種至苗期的土壤耗水量，2a較CK平均減少31.53%～37.50% ，其中T2處理降幅最大，達(dá)到46.25%～62.48% ，與CK處理間差異顯著；隨著大豆生育進(jìn)程的加快和對(duì)水分需求的增加，苗期至鼓粒期土壤耗水量大幅提高，占全生育期耗水總量的 78.41%～91.31% ，處理間年均耗水量T2gt;T1gt;T3gt;CK ，其中開(kāi)花期至鼓粒期T2處理分別較T1、T3處理顯著提高 5. 05%～ 12.19%.5.66%～11.08% ；成熟期階段土壤耗水量有所減少，其中CK耗水量最大，T1處理次之，T2處理分別較CK、T1處理顯著下降了64.53%～71.26%.64.79%～68.48% ，T1、CK處理間差異不顯著?？v觀全生育期總耗水量，除2021年T1處理略高于CK外，試驗(yàn)期內(nèi)覆膜處理均降低土壤的耗水量，且在2020年達(dá)顯著水平，T2處理的耗水量最少，T3次之。綜上可見(jiàn)，與其他類型地膜相比，普通滲水地膜能夠降低大豆生育前期和后期的土壤水分消耗，提高大豆旺盛生長(zhǎng)期的耗水量和耗水比例，更能滿足大豆生長(zhǎng)期內(nèi)對(duì)水分的需求。

2.2不同覆膜類型對(duì)旱作大豆田土壤溫度的影響

2.2.1全生育期 5～25cm 土壤平均溫度動(dòng)態(tài)變化地膜覆蓋在大豆全生育期內(nèi)有明顯的增溫效應(yīng)，不同覆膜處理對(duì) 5～25cm 土層的增溫效果年際間有差異（圖4）。可以看出，各處理間土壤溫度的差異隨著大豆生育進(jìn)程的推進(jìn)而呈現(xiàn)出逐漸縮小的趨勢(shì)，2020年和2021年處理間的差異主要集中在大豆成熟期階段（9月15日）和鼓粒前期（8月9日）之前，覆膜處理較CK平均土壤溫度分別提高 和 ，其中T2處理的增幅最大，與CK處理間差異顯著，T1處理略高于T3處理。而在土壤溫度差異逐漸減小的其他生育階段，覆膜處理年際間土壤溫度均表現(xiàn)為 T2gt;T3gt;T1 ，年平均溫度分別較CK處理提高 1.17^°C.0.66^°C.0.25^°C 。以上說(shuō)明，T2處理在大豆全生育期內(nèi)的增溫作用優(yōu)于其他地膜處理，T1和T3處理在生育前期保溫效果差異不大，但中后期T1處理的保溫作用有明顯下降。

2.2.2不同生育階段 5～25cm 土層平均溫度變化大豆全生育期內(nèi)各處理 5～25cm 的土壤溫度均隨土層深度的增加而呈逐漸下降的趨勢(shì)（圖5）。不同生育階段中，苗期至開(kāi)花期覆膜處理與CK的土壤溫度差異最大，說(shuō)明覆蓋地膜的增溫作用主要表現(xiàn)在大豆開(kāi)花期之前，生育前期較高的地溫有利于促進(jìn)大豆的生長(zhǎng)發(fā)育。比較不同處理各土層溫度發(fā)現(xiàn)，覆膜處理明顯提高苗期至開(kāi)花期 5～25cm 的土層溫度，且各處理在每一土層中均表現(xiàn)為 T2gt;T1gt;T3，T2 處理較CK各土層平均溫度顯著增加了 2.07^°C～2.38^°C，T1 和T3處理間差異不顯著；開(kāi)花期至鼓粒期覆膜處理。

在 10cm 以上土層增溫作用較明顯，且各土層溫度均為 T2gt;T3gt;T1，5～10cm 王層平均土壤溫度覆膜處理較CK增加了 T3處理顯著高于CK，T1處理與CK相比，僅在2021年 5～10cm 土層有顯著差異；鼓粒期至成熟期，隨著秋雨增多氣溫下降，各土層溫度均有不同程度的下降，處理間各土層溫度仍為 T2gt;T3 gt;T1gt;CK ，T2處理與CK差異顯著，T1和T3處理間差異不顯著。

2.3不同覆膜類型對(duì)大豆田土壤酶活性的影響

地膜覆蓋提高大豆開(kāi)花期土壤蔗糖酶和堿性磷酸酶活性（表2）。 0～40cm 土層，覆膜處理較CK平均蔗糖酶活性提高 1.98%～11.82% ，其中T2處理的增幅最大，分別較T1和T3處理顯著提高 5.13%～5.77% 和 6.80%～6.96%， T1、T3處理間差異不顯著；與蔗糖酶活性變化相似，堿性磷酸酶活性也是T2處理最高，較之CK顯著提高 5.41%～6.03% ，覆膜處理間沒(méi)有顯著差異，T1、T3處理堿性磷酸酶活性高于CK，且在2021年達(dá)顯著差異水平。

地膜覆蓋降低大豆開(kāi)花期王壤脲酶和過(guò)氧化氫酶活性（表2）。 0～40cm 土層，覆膜處理脲酶活性下降了 0.53%～3.50% ，2020年T2處理降幅最小，分別較T1、T3處理脲酶活性提高1.31%.1.42% ，2021年T3處理降幅最小，T2、T3處理間差異不顯著；覆膜處理過(guò)氧化氫酶活性較CK顯著下降 1.69%～5.47%，2020 年T2處理分別較T1、T3處理顯著提高 1.75% 、 2.65% T1、T3處理間差異不顯著，2021年覆膜處理間過(guò)氧化氫酶活性均沒(méi)有顯著差異。

2.4不同覆膜類型對(duì)旱作大豆產(chǎn)量和水分利用效率的影響

2個(gè)試驗(yàn)?zāi)攴輧?nèi)，地膜覆蓋處理表現(xiàn)出顯著的增產(chǎn)和提高水分利用效率的作用（圖6）。產(chǎn)量方面，T1、T2、T3處理分別較CK顯著增產(chǎn)11.99%～16 ： 09% 、17. 36%～19 ： 31% 、12.66%～13.28% ，其中T2較T3處理顯著提高4.17%～5.32% ， T1 、T3處理在2020年達(dá)顯著差異水平。水分利用效率方面，T1、T2、T3處理分別較CK顯著提高11. 33%～19 二 91% 、24.03%～25.07%.14.68%～18.43%，T2 處理分別較T1和T3處理顯著提高4. 31%～ 11.43% 和 5.62%～8.18% T1 、T3處理間差異不顯著。綜上可見(jiàn)，本試驗(yàn)中普通滲水地膜增產(chǎn)作用和水分高效利用的能力更強(qiáng)，尤其是在旱作 年份，效果更加顯著。

2.5大豆主要農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量構(gòu)成因子的差異

不同覆膜類型條件下大豆的農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量構(gòu)成因子指標(biāo)有一定差異（表3）。與CK相比，地膜覆蓋能夠增加大豆株高、單株有效分枝數(shù)、有效莢數(shù)、粒數(shù)、粒質(zhì)量，尤其是在干旱年份（2021）作用效果顯著，覆膜與否對(duì)大豆百粒質(zhì)量沒(méi)有顯著影響。其中T2處理表現(xiàn)最優(yōu)，較CK平均株高、單株有效分枝數(shù)、有效莢數(shù)、粒數(shù)、粒質(zhì)量分別顯著增加 11.00%?29.98%?16.16.40%?20.32% ，21.88% ；T1與T3處理各指標(biāo)間差異不顯著。

2.6不同覆膜類型田間應(yīng)用效果的綜合評(píng)價(jià)

為綜合評(píng)價(jià)不同類型地膜在大豆田中的應(yīng)用效果，將不同處理下的產(chǎn)量（X1）、WUE（X2）、全生育期 0～40cm 平均土壤含水量（X3）、關(guān)鍵生育時(shí)期貯水量（ ?X4～X7） 、全生育期耗水量（X8）、全生育期 0～25cm 平均土壤溫度（X9）、不同生育階段土壤溫度（ X10～X12） 、主要酶活性Δ[X13-X16 ）、株高（X17）、有效分枝數(shù)（X18）、單株有效莢數(shù)（X19）、單株粒數(shù)（X20）、單株粒質(zhì)量（X21）、百粒質(zhì)量（X22）共22個(gè)指標(biāo)作為變量進(jìn)行主成分分析。按照特征值大于1的原則提取到2個(gè)主成分，其中主成分1特征值為13.93、貢獻(xiàn)率為 63.30% ，主成分2特征值為5.27、貢獻(xiàn)率為23.97% ，以上兩個(gè)主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到87.27% ，說(shuō)明可以反映系統(tǒng)內(nèi) 87.27% 的變異信息，具有一定代表性（表4）。

從主成分初始因子載荷矩陣（圖7）可以看出，PC1主要包括 X1～X8 、 X13～X21 （相關(guān)系數(shù)0.60～0.99） 這些指標(biāo)，可視為產(chǎn)量一水分一酶活性因子，其中 X1～X2，X7，X13～X16，X18～X21 與PC1相關(guān)系數(shù)為正，說(shuō)明以上指標(biāo)對(duì)大豆生長(zhǎng)和產(chǎn)量的形成起促進(jìn)作用；與之相反， X3～X6 ！X8、X17這些指標(biāo)起負(fù)向調(diào)控作用。PC2主要包括指標(biāo) X9～X12 （相關(guān)系數(shù) 0.82～0.98） ，可視為土壤溫度因子，以上指標(biāo)均與PC2相關(guān)系數(shù)為正，說(shuō)明與大豆田土壤的增溫效果關(guān)系密切。圖8是不同覆膜類型田間應(yīng)用效果的綜合得分，可以看出，各處理的綜合得分 T2gt;T3gt;T1gt;CK T2顯著高于T1和T3處理，T1、T3處理間差異不顯著。這說(shuō)明覆蓋普通滲水地膜的田間應(yīng)用效果最佳，更有利于改善土壤水分和溫度狀況，增強(qiáng)土壤酶活性，促進(jìn)大豆產(chǎn)量的提高；PPC生物降解滲水地膜和PE地膜的應(yīng)用效果差異不大。

表4主成分特征值及累計(jì)貢獻(xiàn)率

3討論

3.1 不同覆膜類型的田間保水效果

滲水地膜其良好的保水效果已被大量研究證實(shí)與應(yīng)用[18-20]。劉延超等[17]研究發(fā)現(xiàn)，相比普通地膜，降解滲水地膜具有顯著的保水效果。本研究表明，全生育期內(nèi)對(duì) 0～40cm 土層的保水效果普通滲水地膜最優(yōu)，PE地膜次之，PPC生物降解滲水地膜在大豆生育前期強(qiáng)而中后期逐漸減弱。滲水地膜較強(qiáng)的保水能力主要得益于其獨(dú)特的單向滲水特性，能夠有效蓄集小于 10mm 的降水資源[9，尤其是在干旱的5、6月份，集雨效果明顯。PPC生物降解滲水地膜本身具有降解能力[21」，且降解的始發(fā)期與春大豆的開(kāi)花期基本吻合，一般開(kāi)始于覆膜后60d左右[22]，花后持續(xù)的微降解過(guò)程導(dǎo)致了其保水能力的下降。本研究還發(fā)現(xiàn)，關(guān)鍵生育期的平均貯水量普通滲水地膜最高，PPC生物降解滲水地膜較PE地膜顯著提高苗期和開(kāi)花期的貯水量，但整個(gè)生育期與PE地膜的貯水量差異不大。鼓粒期階段，普通滲水地膜40～100cm 土層貯水量有明顯的下降，這可能是因?yàn)樵撾A段大豆對(duì)水分的需求旺盛，普通滲水地膜通過(guò)自身的調(diào)控作用促使較深層水分向作物可利用層垂直運(yùn)移而引起的[3]。通過(guò)栽培措施調(diào)控有效水資源進(jìn)行合理分配，協(xié)調(diào)作物在不同生長(zhǎng)階段的需水矛盾，是旱作區(qū)作物實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)和水分高效利用的核心要點(diǎn)[23]。本研究中，覆膜處理均降低大豆全生育期田間耗水量，其中普通滲水地膜的耗水量最少，該膜通過(guò)降低生育前期和后期的耗水量，提高大豆旺盛生長(zhǎng)期（苗期 ～ 鼓粒期）的耗水量和耗水比例，進(jìn)一步優(yōu)化了旱作大豆的農(nóng)田耗水結(jié)構(gòu)，為促進(jìn)大豆生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量形成奠定了良好的水分基礎(chǔ)[24]。

3.2不同覆膜類型對(duì)土壤的增溫效應(yīng)

地膜覆蓋是北方旱區(qū)作物抵御早春低溫的有效措施，能夠促進(jìn)作物種子萌發(fā)和苗期的形態(tài)建成，為作物實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)奠定基礎(chǔ)[25]。本研究表明，地膜覆蓋具有明顯的增溫效應(yīng)，且隨著大豆進(jìn)程的推進(jìn)而逐漸減弱，全生育期內(nèi)普通滲水地膜的增溫效果最好，PE地膜次之。滲水地膜（普通型和PPC生物降解型）在大豆開(kāi)花期之前增溫幅度最大，隨后PPC生物降解滲水地膜增溫作用弱于PE地膜。其主要原因是：（1）大豆生育前期地表覆蓋度低，地膜能夠接受更多的太陽(yáng)輻射而促進(jìn)土壤增溫，隨著生育中后期大豆葉面積指數(shù)增加，導(dǎo)致膜上透光率下降，加之大豆成熟期落葉增多阻礙了膜內(nèi)外的水熱交換，因而各處理間土壤溫度差異減小[26-27]；（2）普通滲水地膜在大豆生育前期氣溫較低時(shí)孔徑會(huì)縮小，減少土壤熱量的散失，并且該地膜的膜厚度高于其他兩種地膜，有利于其全生育期增溫能力的保持[18，28]；（3）PPC 生物降解滲水地膜在開(kāi)花期之前有較高的增溫作用，可能與其在前期能夠保持較高的土壤含水量以及降解型地膜材料本身高透光的特性有關(guān)[29-30]。

3.3不同覆膜類型下主要土壤酶活性的差異

地膜覆蓋通過(guò)改善土壤的水熱環(huán)境狀況，進(jìn)而影響微生物的活動(dòng)和土壤酶活性[31-32]。劉高遠(yuǎn)等[33]研究發(fā)現(xiàn)，覆蓋栽培提高土壤蔗糖酶、脲酶及磷酸酶活性，且表層土壤增幅高于亞表層。白雪等[12]研究發(fā)現(xiàn)，地膜覆蓋使得土壤脲酶和過(guò)氧化氫酶活性降低，土壤堿性磷酸酶和蔗糖酶活性則有所升高。本研究表明，覆膜能夠提高大豆開(kāi)花期土壤蔗糖酶和堿性磷酸酶活性，其中普通滲水地膜效果最佳，且蔗糖酶活性顯著高于其他處理。這是因?yàn)殚_(kāi)花期階段大豆對(duì)土壤水分、養(yǎng)分的需求增加，促使作物與土壤間物質(zhì)交換加快，相比于其他地膜，普通滲水地膜提供了更加適宜的土壤水熱環(huán)境，有利于增強(qiáng)土壤微生物的代謝產(chǎn)酶能力，從而促進(jìn)土壤酶活性的提高[34]。本研究還表明，地膜覆蓋降低土壤脲酶和過(guò)氧化氫酶活性，但覆膜處理間年際間變化不一致，2020年這兩種酶活性普通滲水地膜較高，2021年脲酶活性PE地膜較高，而過(guò)氧化氫酶活性覆膜處理間差異不顯著。以上兩種酶活性的下降可能與土壤中養(yǎng)分含量的變化、微生物活動(dòng)以及土壤溫濕度變化有關(guān)。有研究認(rèn)為，當(dāng)土壤速效氮含量顯著增加時(shí)，土壤脲酶活性呈下降的趨勢(shì)，土壤氮素的礦化速度會(huì)減緩，從而引起脲酶活性的降低；氣溫的升高也會(huì)導(dǎo)致脲酶和過(guò)氧化氫酶活性的下降[35-36]]。

3.4不同覆膜類型的增產(chǎn)節(jié)水潛力和應(yīng)用效果的綜合評(píng)價(jià)

本研究發(fā)現(xiàn)，普通滲水地膜的產(chǎn)量和水分利用效率顯著高于PE地膜，PPC生物降解滲水地膜的增產(chǎn)作用與生產(chǎn)年型有關(guān)，其水分利用效率與PE地膜差異不顯著，這與前人的研究結(jié)果基本一致[37-38]。普通滲水地膜能夠促成大豆產(chǎn)量和水分利用效率的協(xié)同提升，主要是因?yàn)樵撃榇蠖股L(zhǎng)提供了適宜的土壤水熱環(huán)境，影響了土攘中微生物活動(dòng)和養(yǎng)分循環(huán)的過(guò)程，提高土壤主要酶活性，從而促進(jìn)了大豆產(chǎn)量相關(guān)因子的形成[39]；并且該膜在提高產(chǎn)量的同時(shí)，有效降低農(nóng)田耗水量，因而水分利用效率較高[40]。與PE地膜相比，PPC生物降解滲水地膜2020年增產(chǎn)顯著，2021年產(chǎn)量略減，這可能與2020年試驗(yàn)區(qū)降水量較少有關(guān)。閆乃桐等[41]統(tǒng)計(jì)比較了降解型地膜和滲水地膜的應(yīng)用效果后認(rèn)為，降解型地膜在降水量大于 500mm 地區(qū)的短生育期作物上更具產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì)。

本試驗(yàn)利用大豆產(chǎn)量、水分利用效率、土壤水分溫度、主要酶活性等多個(gè)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，綜合評(píng)價(jià)不同地膜的應(yīng)用效果。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，普通滲水地膜的綜合得分最高，說(shuō)明該膜的田間應(yīng)用效果優(yōu)于其他類型地膜。此外，本團(tuán)隊(duì)前期對(duì)比了3種類型地膜的經(jīng)濟(jì)效益得出[37]，普通滲水地膜的經(jīng)濟(jì)效益最高，屬于低投入高產(chǎn)出型地膜，PPC生物降解滲水地膜的產(chǎn)出效益雖然與PE地膜相差不大，但生產(chǎn)成本卻增加了345.0元·hm^-2 。綜合比較來(lái)看，普通滲水地膜是本地區(qū)大豆覆膜生產(chǎn)中的最佳選擇。

4結(jié)論

在陜北旱作農(nóng)業(yè)區(qū)，大豆田覆蓋普通滲水地膜能夠改善耕層土壤水熱狀況，具有良好的增溫保作用，有利于大豆關(guān)鍵生育期土壤貯水量的提高和農(nóng)田耗水結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，有效緩解大豆不同生長(zhǎng)階段的需水矛盾，提高大豆開(kāi)花期土壤主要酶活性，促進(jìn)大豆增產(chǎn)和降水資源高效利用。PPC生物降解滲水地膜的增溫保水效果、增產(chǎn)作用和水分利用效率與PE地膜相當(dāng)，符合今后農(nóng)田綠色、可持續(xù)生產(chǎn)的發(fā)展要求，但生產(chǎn)成本問(wèn)題仍需進(jìn)一步解決。因此，建議將普通滲水地膜作為目前本區(qū)域大豆生產(chǎn)中主要的地膜類型進(jìn)行推廣應(yīng)用。

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Effects of Water Permeable Mulch Film on Soil Hydrothermal Effect， Enzyme Activity and Soybean Yield in Dryland

ZHANG Mingjun，DENG Changfang，ZHANG Qiang，DU Juan， WANG Bo，ZOU Yaya， YUN Yanmei and LIANG Fuqin （Yan'an Research Institute of Agricultural Sciences，Yan'an Shaanxi 716ooo，China）

AbstractTo comprehensively evaluate the field application of water-permeable mulch films under dryland conditions，this study investigated changes in soil environmental factors and soybean yield.A two-year field experiment was conducted with three mulching treatments：T1 （PPC biodegradable water-permeable film），T2 （ordinary water-permeable film），and T3 （polyethylene film），with bare soil （no mulching） as the control （CK）.The dynamic changes in soil moisture，temperature，enzyme activity，and soybean yield were monitored，and principal component analysis （PCA）was used to evaluate the comprehensive score of each treatment. The results showed that，compared with CK，the average soil water content in 0-40cm soil layer increased by 3.46% to 4.82% under T1 and by 9.25% to 12.27% under T2 during the entire growth period. At the key growth stages of soybean， T2 had the highest average soil water storage， while Tl significantly increased water storage at seedling and flowering stage compared with T3 ；in terms of water consumption over the full growth period，the order was T1gt;T3gt;T2 ，with T2 reducing water consumption by 3.76%-7.23% compared to CK. Mulching treatments increased soil temperature in the order T2gt;T3gt;T1 ，with mean temperatures in the 5-25cm soil layer rising by 0.59^°C-1.58^°C compared to CK.Before the flowering stage，T1 and T2 increased average soil temperature by and 1.23^°C-1.31^°C ，respectively， compared to T3 ， while temperature differences between treatments gradually diminished after flowering.Tl and T2 increased the activities of soil sucrase and alkaline phosphatase by 1.36%-6.88% and （204號(hào) 0.47%-2.60% ，respectively，compared to T3 ，while urease and catalase activities were reduced by （204號(hào) 1.86%-2.66% and 3.58%-4.43% relative to CK. T2 significantly improved soybean yield components，achieving the highest grain yield and water use efficiency（WUE），with increases of 17.36%- 19.31% and 24.03%-25.07% ，respectively，compared to CK.Principal component analysis indicated that T2 had the highest comprehensive performance score， significantly surpassing both Tl and T3.Therefore，ordinary water-permeable film （T2） is recommended as the preferred mulching material for soybean production in northern Shaanxi.

Key wordsWater permeable film； Soil hydrothermal efect；Soil enzymes；Soybean yield;Water use efficiency

Received 2024-11-19 Returned 2025-02-08 Foundation item National Modern Agriculture Industry Technology System of China（No.CARS-04）; Shaanxi's Modern Agriculture Industry Technology System （No.SNTX-36）.

First authorZHANG Mingjun，male，agronomist. Research area： high-yield cultivation techniques for rainfed soybeans.E-mail：yankszmj@163.com

Corresponding authorLIANG Fuqin， female， senior agronomist. Research area： soybean breeding and cultivation. E-mail：yankslfq@126.com

（責(zé)任編輯：成敏Responsibleeditor：CHENG Min）