覆蓋材料和溝壟比對土壤貯水量和燕麥出苗率的影響

任　祥，王　琦，張恩和，王鶴齡，劉青林

(1.甘肅農業大學 草業學院/草業生態系統教育部重點實驗室/甘肅省草業工程實驗室/中-美草地畜牧業

可持續發展研究中心，甘肅 蘭州　730070；2.中國氣象局蘭州干旱氣象研究所,甘肅省氣候變化與

減災重點(開放)實驗室，甘肅 蘭州　730020；3.甘肅農業大學 農學院，甘肅 蘭州　730070)

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覆蓋材料和溝壟比對土壤貯水量和燕麥出苗率的影響

任祥1，王琦1，張恩和2，王鶴齡3，劉青林2

(1.甘肅農業大學 草業學院/草業生態系統教育部重點實驗室/甘肅省草業工程實驗室/中-美草地畜牧業

可持續發展研究中心，甘肅 蘭州730070；2.中國氣象局蘭州干旱氣象研究所,甘肅省氣候變化與

減災重點(開放)實驗室，甘肅 蘭州730020；3.甘肅農業大學 農學院，甘肅 蘭州730070)

摘要：試驗在中國氣象局蘭州干旱氣象研究所定西干旱氣象與生態環境試驗基地進行，采用完全隨機設計，研究不同覆蓋材料(普通地膜、生物可降解地膜和土壤結皮)和不同溝壟比(60∶30 cm、60∶45 cm和60∶60 cm)對燕麥土壤貯水量和出苗率的影響。研究結果表明，普通膜壟、可降解膜壟和土壟的土壤貯水量比平作分別提高8%，13%和15%，土壤貯水量隨壟寬增加而增加。普通膜壟、可降解膜壟和土壟燕麥出苗率比平作分別提高8%，28%和33%，燕麥出苗率隨壟寬增加而增加。普通膜壟、可降解膜壟和土壟的燕麥出苗期比平作分別提前1.1，3.9和5.2 d，燕麥出苗期隨壟寬增加而減小。普通覆膜、可降解覆膜和土壟可有效收集地面微降雨和地表徑流，提高土壤含水量及貯水量，改善土壤水分狀況，縮短燕麥出苗期，提高燕麥的出苗率。

關鍵詞：覆蓋材料；溝壟比；燕麥；土壤貯水量；出苗率

甘肅省黃土高原丘陵區降水稀少且氣候不穩定，是中國最貧困的地區之一。干旱、水土流失和土壤侵蝕使該地區糧食產量系列嚴重影響。該地區受季風氣候影響強烈，6～9月的降水量約占年降水量60%，在此期間，包括燕麥(Avenasativa)和小麥(Triticumaestivum)在內的很多作物已經錯過作物關鍵需水期[1]。大多數降水以低強度(<5 mm)降雨為主，不能被農作物利用，而少數雷暴通常會導致巨大的水損失和土壤侵蝕[2]。隨著過去40年極端降水事件的發生頻率增加，該地區旱情趨勢加劇。此外，一方面，地表水有限和地下水水位較低而且地下水礦物質含量較高，不利于灌溉[3]；另一方面，該地區蒸發強烈[4]，潛在蒸發量達1 531 mm。該區域春旱現象嚴重，降水稀少，每年2～3月降水量僅占全年降水量的3%～6%，造成該地區作物出苗難和出苗率低，甚至導致作物歉收或絕產，嚴重威脅當地春播生產。因此，如何提高作物出苗率成為該地區農民關心的問題。

溝壟集雨種植技術具有簡單易操作、廉價、可復制、高效率和適應性強等特點[5]。溝壟集雨通常由修筑在緩坡或平地平行交錯的溝壟組成，壟通常用地膜覆蓋作為集雨區，溝無覆蓋作為種植區，其方法是半干旱地區最有效的集雨應用技術。一方面，溝壟集雨種植提高降水利用效率，而且可以增加低強度雨的最大利用[6]；另一方面，壟上收集徑流和溝內收集雨水疊加促進種植區深層土壤水分入滲[7]，利于貯存降雨和作物對水分的吸收和利用[8]。溝壟集雨種植技術改善土壤貯水量，有利于提高作物出苗率，為作物后期豐產豐收奠定良好基礎。但是，普通地膜覆蓋不僅可以導致環境問題(白色污染)，而且不利于春耕和作物生長。生物可降解膜不僅具有與普通地膜相同的集雨效果，而且生物可降解地膜還具有透氣、透水和易降解等特點，隨著綠色農業的發展，生物可降解地膜在農業生產受到關注。

燕麥為禾本科燕麥屬一年生草本植物，是糧草兼用型作物[11]。燕麥作為牧草飼料，其粗蛋白、粗脂肪和無氮浸出物等含量較高，難以消化的纖維較低，動物生長所需營養物質含量豐富，既可以加工成燕麥青(干)草、青貯燕麥和燕麥籽等精飼料，而且收獲籽實后的干草又是牲畜的優良粗飼料[12]。燕麥相對其他糧食作物，營養價值和經濟價值較高，加工形式多樣[13]。近年來，燕麥一直作為人類主要的早餐和農場動物的重要飼料，由于比小麥具有更長生長期和更高的干旱耐受性，燕麥在該地區已被廣泛種植。

國內外關于溝壟集雨種植的研究多集中于馬鈴薯和玉米等穴播作物[14，15]，對于燕麥等條播類作物研究較少，且覆蓋材料研究多偏重于普通地膜[16，17]，生物可降解膜在溝壟集雨系統的應用較少。通過研究不同覆蓋材料和不同溝壟比(溝寬為定值)對半干旱區燕麥土壤貯水量和出苗率的影響，為半干旱區溝壟集雨種植燕麥提供一定的理論依據。

1材料和方法

1.1試驗地概況

試驗于2012年3月20～8月15日在中國氣象局蘭州干旱氣象研究所定西干旱氣象與生態環境試驗基地進行，地理位置N 35°33′，E 104°35′，海拔1 896.7 m。基地處于黃土高原西部丘陵區，屬半干旱區，光能較多，熱量資源不足，雨熱同季，氣候干燥，屬典型溫帶大陸性季風氣候。≥0℃年積溫2 933.5℃，≥10℃年積溫2 239.1℃。年平均日照時數2 433 h，年平均氣溫6.7℃，年平均降水量383.8 mm。降水較少，且不規律，5～10月降水占全年降水量的86.9%；蒸發強烈，年潛在蒸發量1 531 mm，是年均降水量的4.0倍；無霜期140 d。試驗地地勢平坦，表層土壤為重壤土，田間持水量為25.6%，凋萎系數為6.7%。試驗區0～20 cm土層土壤全氮平均含量為0.90 g/kg，全磷1.65 g/kg、全鉀23.59 g/kg和有機質11.76 g/kg；堿解氮54.3 mg/kg、速效磷14.8 mg kg，速效鉀245 mg/kg。當地種植制度為一年1熟，主要種植農作物有春小麥、玉米(Zeamays)、馬鈴薯(Solanumtuberosum)等糧食作物和胡麻(Sesamumindicum)等經濟作物，主要種植牧草有紫花苜蓿(Medicagosativa)和紅豆草(Onobrychisviciaefolia)。

1.2試驗設計

試驗以裸燕麥‘壩莜8號’為指示作物，采用田間溝壟覆蓋集雨種植設計，壟覆蓋不同材料，作為集雨區，溝不進行覆蓋，作為種植區，小區隨機排列，共設10個處理(3個溝壟比×3個覆蓋材料+1平作)，重復3次。3個壟覆蓋材料分別為普通塑料地膜、生物可降解地膜和土壤結皮，3個溝壟比分別為60 cm∶30 cm、60 cm∶45 cm和60 cm∶60 cm(溝寬∶壟寬),平作無覆蓋作為對照。普通地膜壟、生物可降解地膜壟和土壟代表符號為CMR、BMR和SR。CMR30、CMR45和CMR60(BMR30、BMR45和BMR60或SR30、SR45和SR60)的壟寬分別為30、45和60 cm。根據當地馬鈴薯和玉米等溝壟集雨的種植經驗，壟坡約為40°，壟高為25 cm，壟沿等高線修筑，壟長10 m(圖1)。地膜購于石家莊市開發區永盛塑料制品有限公司，厚度為0.008 mm，寬度為1.2 m 和1.4 m；生物降解膜生產于德國BASF化工廠，生物可降解地膜基料為改性淀粉，淀粉來源于玉米秸稈和其他可再利用原材料，厚度為0.008 mm，寬度為1.4 m；土壟為人工原土夯實，經過風吹雨打形成自然土壤結皮。

1.3田間管理

2012年試驗前試驗地連續種植5年馬鈴薯，2011年馬鈴薯收獲后，對試驗地分別進行翻地和耱地各1次。在燕麥播種前20 d(2012年3月20日)進行整地、劃分小區、起壟和覆膜。根據當地施肥經驗，過磷酸鈣(420 kg/hm2)和尿素(220 kg/hm2)作為基肥，播種前(2012年4月9日)將2種肥料混合撒在土壤表面，然后翻入土壤，施肥深度20～30 cm。2012年4月10日條播播種燕麥。對溝壟集雨種植處理，每1試驗小區3條溝和4條壟，每條溝面積為10 m×0.6 m，每個試驗小區的播種面積(3條溝3 m×6 m)和播種密度(135 kg/hm2)相同，播種深度為2～3 cm，行距為20 cm，每條溝種植3行燕麥，每個試驗小區種植9行燕麥；對平作處理，小區不留集雨區，種植面積為10 m×3.6 m，播種密度、播種深度和播種行距與溝壟集雨種植的種植區(溝)相同，每個小區種植18行燕麥。燕麥整個生育期不追肥和不灌溉。采用人工除草，禁止踩踏集雨區(壟)和破壞壟覆蓋材料，除草時間分別為2012年5月10日、6月15日和7月23日。

圖1　燕麥種植Fig.1　Schematic diagram of naked oat planting

1.4樣品采集及測定

于燕麥播種后1 d用土鉆在溝內取土，采用烘干法(105℃，10 h)測定土壤含水量，測定深度140 cm，按0～10，10～20，20～40，40～60，60～80，80～100，100～120，120～140 cm分層，每個小區取3鉆土樣，同一層次3個土樣混合均勻。

土壤貯水量是指一定土層厚度的土壤總含水量，以土層深度(mm)表示，其計算式為：

W=θ×BD×H×10

(1)

式中：W為土壤貯水量，θ為土壤質量含水量(%)，BD為土壤容量(g/cm3)，H為土壤厚度(cm)，10為系數。

在每個小區隨機選取3個60 cm×60 cm 調查樣方，燕麥播種后8 d，當出苗率達到穩定值時開始測定出苗數目，測定間隔為3 d，共測定5次，計算5次出苗數的平均值。幼苗出土后兩片子葉平展時作為燕麥的出苗標準，當田間50%植株達到出苗標準的日期為出苗期。

1.5數據分析

數據采用Excel 2010和SPSS19.0軟件進行相關性分析和方差分析；方差分析多重比較用Duncan法(P<0.05)。各圖表中數據均為平均值。

2結果與分析

2.1覆蓋材料和溝壟比對土壤貯水量的影響

在土壟種植中，溝壟比對土壤貯水量影響差異不顯著；在生物可降解膜壟種植中，BMR60的土壤貯水量顯著高于BMR45和BMR30，BMR45與BMR30之間土壤貯水量差異不顯著；在普通膜壟種植中，CMR60的土壤貯水量顯著高于CMR30和CMR45，CMR30與CMR45之間土壤貯水量相差不顯著。從總體情況分析，燕麥土壤貯水量隨溝壟比的減小而增加。CMR和BMR的土壤貯水量顯著高于SR，SR的土壤貯水量顯著高于TP，CMR與BMR之間土壤貯水量相差不顯著。燕麥土壤貯水量的排列次序為：CMR>BMR>SR>TP(圖2)。SR，BMR和CMR燕麥土壤貯水量比TP分別提高8%，13%和15%。

圖2　覆蓋材料和溝壟比處理下的燕麥土壤貯水量Fig.2　Effects of mulching material and ratio of furrows to ridges on soil water storage of oat

2.2覆蓋材料和溝壟比對燕麥出苗率的影響

在土壟種植中，溝壟比對燕麥出苗率影響不顯著，在生物可降解膜壟和普通膜壟種植中，BMR60(CMR60)的燕麥出苗率顯著高于BMR30(CMR30)，BMR30(CMR30)和BMR60(CMR60)與BMR45(CMR45)之間燕麥出苗率相差不顯著。燕麥出苗率隨溝壟比的減小而增加。CMR和BMR燕麥出苗率顯著高于SR和TP，CMR與BMR、SR與TP之間相差不顯著。燕麥出苗率排列次序為：CMR>BMR>SR>TP(圖3)。SR、BMR和CMR的燕麥出苗率比TP分別提高8%、28%和33%。同期研究結果表明，SR，BMR和CMR的平均集雨效率分別為32.0%、90.7% 和96.4%，SR，BMR和CMR有較高的集雨效率，從而增加種植帶溝中土壤水分，有利于燕麥種子萌發和燕麥出苗，為提高牧草產量和質量奠定良好基礎。

圖3　覆蓋材料和溝壟比處理下的燕麥出苗率Fig.3　Effects of mulching material and ratio of furrows to ridges on rate of emergency of oat

2.3覆蓋材料和溝壟比對燕麥出苗期的影響

在土壟種植中，SR30燕麥出苗期顯著高于SR45，SR30和SR45與SR60之間燕麥出苗期相差不顯著。生物可降解膜壟和普通膜壟種植中，BMR30(CMR30)燕麥出苗期顯著高于BMR45(CMR45)和(CMR60)，BMR45(CMR45)與BMR60(CMR60)之間燕麥出苗期相差不顯著。燕麥出苗期隨溝壟比的減小而減小。TP燕麥出苗期顯著高于SR，SR燕麥出苗期顯著高于CMR和BMR，CMR與BMR之間燕麥出苗期相差不顯著。燕麥出苗期排列次序為：TP>SR>BMR>CMR。SR，BMR和CMR的燕麥出苗期比TP分別提前1.1、3.9和5.2 d(圖4)。

圖4　覆蓋材料和溝壟比處理下的燕麥出苗期Fig.4　Effects of mulching material and ratio of furrows to ridges on period of emergence of oat

2.4出苗率和土壤貯水量的相關性分析

試驗對燕麥出苗率與土壤貯水量進行相關性分析，得到燕麥出苗率與土壤貯水量的相關性系數為r=0.813(P<0.01)，表明燕麥土壤貯水量越高，出苗率越好，燕麥播種前期良好的貯水量有利于燕麥出苗(圖5)。溝壟集雨技術使燕麥出苗期提前，有利于提高燕麥出苗率，從而促進燕麥后期生長，為作物高產和增產奠定良好基礎。

圖5　出苗率和土壤貯水量相關性分析Fig.5　The correlation between emergence rate and soil water storage

3討論與結論

土壤含水量是限制作物生長的重要因素，尤其在降水量稀少和降水分配不均勻的干旱和半干旱地區。最大限度的增加土壤含水量和減少土壤水分蒸發對半干旱地區農業的可持續發展具有重要意義。溝壟集雨種植作為重要節水措施，可有效抑制土壤水分蒸發，增加種植區土壤含水量，進而改善農田的水分狀況。李榮等[18]研究結果表明，在玉米生長前期，溝壟集雨種植處理可明顯提高土壤貯水量。梁美英等[19]研究結果表明，可降解地膜和普通地膜具有顯著的保水作用。試驗結果表明，普通膜壟和可降解膜壟的土壤貯水量顯著高于土壟，土壟的土壤貯水量顯著高于平作，普通膜壟與可降解膜壟之間土壤貯水量相差不顯著。土壟、可降解膜壟和普通膜壟的燕麥土壤貯水量比平作分別提高8%，13%和15%。溝壟集雨種植收集壟上降雨，提高溝內土壤水分，而且壟覆膜和土壤結皮減少壟上土壤水分蒸發，進而提高種植區土壤貯水量；生物可降解膜壟和普通膜壟的收集雨水效果和抑制土壤蒸發效果好于土壟，生物可降解膜壟和普通膜壟土壤貯水量顯著高于土壟。

燕麥出苗期和出苗率決定燕麥后期生長狀況和產量高低，土壤水分和土壤溫度是燕麥出苗期和出苗率的決定因素。甘肅省黃土高原丘陵半干旱區春季降水較少，春旱現象嚴重，經常導致作物出苗率低和出苗效果較差。溝壟集雨種植對于提高種植區土壤水分和土壤溫度具有較好效果，可以縮短燕麥出苗期，提高燕麥出苗率。尹國麗等[20]研究結果表明，覆膜壟處理的出苗率比平作提高6.1 %，土壟處理出苗率比平作降低4.7 %。馬樹慶等[21]研究結果表明，耕層土壤濕度越大，玉米出苗越快，出苗率越高。結果表明，土壟、可降解膜壟和普通膜壟的燕麥出苗率比平作分別提高8%，28%和33%，土壟、可降解膜壟和普通膜壟的燕麥出苗期比平作分別縮短1.1，3.9和5.2 d。溝壟集雨種植收集壟上和溝中雨水，提高種植區土壤水分，壟覆膜減少土壤水分蒸發和提高土壤溫度，有利于燕麥出苗。

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Effects of ratio of furrows to ridges and mulching material on soil water storage and emergency rate of oat

REN Xiang1,WANG Qi1,ZHANG En-he2，WANG He-ling3,LIU Qing-lin2

(1.CollegeofPrataculturalScience,GansuAgriculturalUniversity，Lanzhou730070,China； 2.AgronomyCollege,GansuAgriculturalUniversity，Lanzhou730070，China；Key(Open)LaboratoryofAridClimaticChangingandReducingDisasterofGansuProvince，InstituteofAridMeteorology，ChinaMeteorologicalAdministration，Lanzhou730020，China)

Abstract：In order to improve soil water content and emergency rate of crops in the semiarid region in northwest China，a field experiment with a randomized complete block design was conducted in 2012 at Dingxi Arid Meteorology and Ecological Environment Experimental Station of Institute of Arid Meteorology of China Meteorological Administration.The experiment investigated the effects of different mulching materials (biodegradable

mulch film，common plastic film，no mulching (compacted soil with soil crust)) and furrow-to-ridge ratios (60 cm∶30 cm，60 cm∶45 cm and 60 cm∶60 cm) of rainfall harvesting cultivation with ridge and furrow on soil water storage and emergency rate of oat. The results showed that the soil water storage of oat under ridge covered with common plastic film (CMR),ridge covered with biodegradable mulch film (BMR) and ridge with compacted soil (SR)planting were 8%，13% and 15% higher than that of traditional planting (TP) respectively，while the emergency rate of oat under CMR，BMR and SR planting were 8%，28% and 33% higher than that of TP respectively. In most cases，soil water storage and emergency rate of oat increased with the increasing of ridge width. The period of emergence under CMR，BMR and SR planting were 1.1，3.9 and 5.2 days slower than that of TP respectively，the emergence period of oat decreased with the increasing of ridge width. CMR，BMR，SR collected light rainfall and runoff from ridges effectively，improved soil water content and soil water storage，decreased emergence period and increased emergency rate of oat.

Key words：mulching material；ratio of furrow to ridge；oat；soil water storage；emergency rate

中圖分類號：S 544

文獻標識碼：A

文章編號：1009-5500(2016)01-0078-06

作者簡介：任祥(1984-)，男，山東萊蕪市人，碩士研究生。

基金項目：國家自然科學基金項目(41161090)資助

收稿日期：2015-03-27； 修回日期：2015-04-17

E-mail：renxiang20031984@163.com

王琦為通訊作者。