不同覆蓋材料對西北旱地冬小麥地溫及產量的影響

蘭雪梅，黃彩霞，李博文，李守蕾，宋雅麗，柴雨葳，程宏波，常 磊，柴守璽

(1.甘肅省干旱生境作物學重點實驗室/甘肅農業大學農學院,甘肅蘭州 730070； 2.甘肅農業大學工學院,甘肅蘭州 730070； 3.甘肅農業大學生命科學與技術學院,甘肅蘭州 730070)

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不同覆蓋材料對西北旱地冬小麥地溫及產量的影響

蘭雪梅1，黃彩霞2，李博文1，李守蕾1，宋雅麗1，柴雨葳1，程宏波3，常 磊1，柴守璽1

(1.甘肅省干旱生境作物學重點實驗室/甘肅農業大學農學院,甘肅蘭州 730070； 2.甘肅農業大學工學院,甘肅蘭州 730070； 3.甘肅農業大學生命科學與技術學院,甘肅蘭州 730070)

為探尋不同覆蓋材料下西北旱地冬小麥地溫與產量的特征及其相關性，以冬小麥蘭天26號為材料，在秸稈帶狀覆蓋(常規條播：SM1；寬幅條播：SM2)、全膜覆土穴播(PM)條件下，以無覆蓋露地種植為對照(CK)，研究了冬小麥生育期地溫的差異及其與產量構成的相關性。結果表明，秸稈帶狀覆蓋種植技術可有效平抑氣溫對小麥的激變，實現了小麥的穩定增產。與CK相比，秸稈帶狀覆蓋冬小麥0～25 cm土層全生育期平均降溫0.61 ℃，但在不同生育時期卻存在增溫和降溫的雙重效應，苗期至返青期平均增溫0.76 ℃，SM1增溫效應低于SM2；返青期以后平均降溫1.43 ℃，SM1降溫效應高于SM2；地膜覆蓋全生育期平均增溫1.01 ℃。秸稈帶狀覆蓋全生育期各土層總體均表現降溫效應，且以降溫效應突出的SM1在25 cm降幅最大，平均為1.20 ℃，5 cm處最低，為0.55 ℃；地膜覆蓋全生育期各土層均表現增溫效應，以5 cm處增幅最大，平均為1.14 ℃，15 cm最低，平均為0.84 ℃。從生育時期和土層看，各處理間地溫以越冬期差異最大，變異系數為17.25%～46.6%；土層間以25 cm最大，變異系數為5.5%～46.6%。與CK相比，秸稈帶狀覆蓋全天均具有降溫效應，降溫幅度依次為中午>傍晚>早晨，且SM1全天的降溫效應均高于SM2；而地膜覆蓋全天均具有增溫效應；覆蓋均可使冬小麥顯著增產，秸稈帶狀覆蓋平均增產25.3%，SM2增產率(27.0%)高于SM1(23.0%)，地膜覆蓋增產30.4%。產量與有效穗數和千粒重呈顯著正相關，增產的原因主要是有效穗數的增加和粒重的提高，土壤溫度指標與產量、產量構成要素間相關不顯著。

西北旱地；冬小麥；秸稈帶狀覆蓋；土壤溫度；產量

旱農技術研究與發展是旱地農業可持續發展的共同趨勢[1]。我國西北地區的主要糧食作物-小麥產區多分布在光照充足、自然降水少、氣候冷涼、年降水250～600 mm的內陸半干旱地區[2]。早春易遇低溫及干旱[3-6]，使產量低而不穩。發展以水分利用效率為核心的旱地農業技術，是解決半干旱地區農業可持續發展和糧食供給安全的關鍵[7]。地膜覆蓋和秸稈覆蓋技術被認為是旱地農業區實現糧食增產的主要技術。地膜覆蓋栽培由于顯著的保墑和增溫效應，已成為促進旱地小麥增產的主流技術，但其“白色污染”問題嚴重限制了該技術的推廣。秸稈覆蓋不僅可以蓄水保墑，還可改善土壤結構、防止土壤流失，同時減輕因秸稈焚燒造成的污染，保護生態環境[8-10]。然而在生產實踐中，由于秸稈層阻礙了光照直接到達地面，使被覆蓋土壤溫度較低[11]，從而影響小麥出苗和生長，導致產量降低[12-14]。

由于西北地區積溫不足，作物生長對溫度的反應比較敏感。為解決秸稈覆蓋保墑與降溫的矛盾，2012-2015年甘肅農業大學研發的“旱地秸稈帶狀覆蓋種植新技術”[15]，在充分論證的基礎上，采取“種的地方不覆蓋、覆蓋的地方不種、不降播量、局部密植”的試驗原則，經過三年多的試驗表明，該技術可較露地實現大幅度增產，且產量與地膜覆蓋接近[15-17]，可以有效解決秸稈全地面覆蓋技術保墑與降溫的矛盾，促進秸稈覆蓋技術在干旱地區的推廣應用。但在“旱地秸稈帶狀覆蓋種植新技術”實際推廣中發現，最初研究提出的“雙30”帶狀覆蓋技術(覆蓋帶∶種植帶=30 cm∶30 cm)在推廣應用上存在覆蓋帶較窄，不方便覆蓋作業的缺陷。

本研究以“旱地秸稈帶狀覆蓋種植新技術”研發的西北旱地農業典型代表區的2個冬小麥試驗站為依托，圍繞秸稈帶狀覆蓋采用常規條播和寬幅條播2種不同種植方式，以露地條播作為對照，通過與西北旱作區應用較廣的全膜覆土穴播種植技術比較，分析不同處理與冬小麥地溫和產量間的關系，以期明確最優覆蓋模式，為“旱地秸稈帶狀覆蓋種植新技術“的優化提供科學依據，以實現農機、農藝的有效結合，推動該項技術的大面積推廣。

1　材料與方法

1.1試點概況

試驗于2014年9月至2015年7月在甘肅省通渭縣常河鎮和平襄鎮甘肅農業大學試驗基地進行。試驗基地為西北旱地農業典型代表區，屬溫帶半干旱季風氣候，土壤為黃綿土，常河鎮和平襄鎮冬小麥生長期有效降水量(≥5 mm)分別為307.5 mm和301.6 mm。試驗基地多年平均氣候數據見表1。前茬為露地胡麻。

1.2試驗設計

試驗共設4個處理，其中秸稈帶狀覆蓋處理2個(SM1、SM2)，地膜覆蓋處理1個(PM)，露地種植為對照(CK)。小區面積45 m2(5 m×9 m)，3次重復，隨機區組排列。各處理如下：

秸稈帶狀覆蓋常規條播(SM1)：覆蓋帶與種植帶共80 cm；播種時預留覆蓋帶46 cm，于小麥3葉期(2014年11月8日)將玉米整稈放置于覆蓋帶；種植帶用普通條播機等行距播種3行小麥，行寬約3 cm，每小區種19行，播量為270 kg·hm-2。

秸稈帶狀覆蓋寬幅條播(SM2)：覆蓋帶與種植帶共100 cm；覆蓋帶寬度54 cm，秸稈覆蓋方法同SM1；用寬幅條播機等行距播種3行小麥，行寬約8 cm，每區種15行，播量270 kg·hm-2。

全膜覆土穴播(PM)：地膜全地面平鋪覆蓋，膜面覆土1 cm左右(2014年9月11日)，穴播，穴距12 cm，行距20 cm，每小區種25行，播量270 kg·hm-2。

地膜采用幅寬120 cm、厚度0.008 mm高強度地膜；秸稈覆蓋量為風干玉米整稈9 000 kg·hm-2。供試品種為冬小麥蘭天26號，播期為2014年9月18日。播前結合旋耕整地將純N 150 kg·hm-2、P2O5120 kg·hm-2作基肥一次性施入，生育期不再追肥。所施氮肥為尿素，磷肥為磷酸二銨。灌漿前期將葉面肥、殺蟲劑和殺菌劑等混合噴施，用于防止后期病蟲害、干熱風和冬小麥植株早衰。

1.3土壤溫度測定

分別測定5、10、15、20與25 cm土層土壤溫度，地溫計埋入各小區中間行間。選干燥晴天，分別在早晨(6:00～8:00)、中午(12:00～14:00)和傍晚(17:00～18:30)測定，日均溫為3次測定平均值。

1.4小麥產量及其構成因素測定

成熟時每小區全部實收，單獨脫粒、計產，同時每小區隨機取20株測定穗粒數、千粒重。

1.5數據處理

數據用Microsoft Excel 2010作圖，用SPSS 22.0軟件進行統計分析，采用Duncan法進行差異顯著性檢驗。

表1　試驗基地多年平均氣候數據

2　結果與分析

2.1不同處理下小麥全生育期0～25 cm土壤平均溫度的差異

由圖1可以看出，SM處理下，小麥全生育期0～25 cm土壤平均溫度顯著低于CK和PM，平均較CK和PM低0.6和1.6 ℃；SM1降溫效應顯著大于SM2，平均相差0.4 ℃。不同生育時期不同處理對土壤溫度的效應不同，總體表現為：隨著生育進程的推進，0～25 cm土壤溫度變化趨勢與大氣溫度一致，呈“高-低-高”趨勢，越冬期最低；處理間的差異以越冬期最小，變幅為23.9%～25.3%，越冬后差異(3.6%～10.8%)大于越冬前(3.5%～5.1%)；與CK相比，SM不同生育時期0～25 cm土壤平均溫度具有顯著的增溫和降溫雙重效應(P<0.05)，拔節前表現增溫效應，平均增溫0.76 ℃，拔節后表現降溫，平均降溫1.43 ℃，總體表現降溫效應，SM1降溫效應高于 SM2。PM表現增溫效應，平均增溫1.02 ℃。

2.2不同處理下小麥全生育期各土層土壤溫度的差異

由圖2可以看出，各處理小麥全生育期土壤平均溫度均隨著土層加深而降低。與CK相比，SM各土層土壤溫度均表現降溫效應，降溫效應突出的SM1在25 cm土層降溫幅度最大，平均為1.20 ℃，5 cm處降溫幅度最低，為0.55 ℃；PM各土層均表現增溫效應，以5 cm處增幅最大，平均為1.14 ℃，15 cm處最小，平均為0.84 ℃。

2.3不同處理下小麥不同生育時期不同土層土壤溫度的變化

由圖3、圖4可以看出，不同處理不同土層土壤溫度差異較大。總體上，處理間差異以越冬期最大，變異系數為17.25%～46.6%，返青期次之，變異系數為6.7%～15.6%。不同土層比較，處理間差異以25 cm土層最大，變異系數為5.5%～46.6%，5 cm處最小，變異系數為4.3%～17.3%。2個試點SM的土壤溫度在拔節前均具有增溫效應，均以返青期增幅最大；常河鎮20 cm土層增溫最明顯，平均增加2.5 ℃，平襄鎮5 cm和10 cm土層增溫最大，平均增加1.4 ℃；拔節后具有降溫效應，常河鎮以抽穗期10 cm土層降溫最明顯，降幅為4.0 ℃，平襄鎮以完熟期15 cm土層降幅最大，為2.4 ℃。PM在不同時期和土層均具有明顯的增溫效應，2試點均以返青期增幅最大，常河鎮20～25 cm增幅為3.1 ℃，平襄鎮5 cm增幅為2.7 ℃。由此可見，SM引起的土壤溫度效應受地域、季節影響較為明顯。

圖柱上不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)；a：苗期；b：越冬期;c:返青期;d:拔節期;e:孕穗期;f:開花期;g:灌漿期;h:完熟期。下同。

Different small letters above columns mean significant difference among different treatments(P<0.05)； a:Seedling stage;b:Over-winter stage;c:Turning green stage;d:Jointing stage;e:Booting stage;f:Flowering stage;g:Filling stage;h:Ripening stage.The same as below.

圖1不同處理下小麥全生育期0～25 cm土壤的平均溫度

Fig.1Mean soil temperature in 0-25 cm during whole growth period under different treatments

圖2　不同處理下小麥全生育期各土層的土壤溫度

圖3　常河鎮不同土層小麥不同生育階段的土壤溫度

圖4　平襄鎮不同土層小麥不同生育階段的土壤溫度

2.4不同處理下小麥全生育期不同土層溫度的日變化

如圖5所示，2試點小麥全生育期不同土層溫度日變化趨勢均表現為：早晨隨著土壤深度的增加而增加，中午和傍晚隨土層加深而降低。與CK相比，SM無論早晨、中午還是傍晚都具有降溫效應，降溫幅度依次為中午>傍晚>早晨，且SM1的降溫效應均高于SM2；PM的增溫效應依次呈傍晚>中午和早晨。覆蓋處理土壤日變化在土層上的差異均以中午最大，傍晚次之，早晨最小，但2試點土壤溫度的最大差異不同，常河鎮以中午5 cm和晚上25 cm土層最大，變異系數為6.1%和8.7%，平襄鎮以中午25 cm土層差異最大，變異系數為8.5%。由此可見，不同覆蓋材料引起的土壤溫度效應受地域、氣溫影響較為明顯。

2.5產量及其構成因素與土壤溫度的相關性

由表2可以看出，覆蓋處理較CK具有顯著的增產作用，其中，SM增產25.3%，PM增產30.4%，但2試點SM1與SM2處理的增產效果差異程度不同，說明SM方式受地域環境條件的影響較大。

覆蓋處理可顯著提高小麥千粒重；對常河點小麥有效穗數提高顯著，在平襄點僅PM處理有顯著提高，說明有效穗數與環境有關。常河鎮站點，PM處理產量最高，且有效穗數和千粒重最大，平襄鎮以SM2處理產量最高，且千粒重最大，可見，不同農藝措施的增產因素因地域而異。

對產量及其構成因素與不同土層土壤溫度進行相關分析發現(表3)，產量與有效穗數和千粒重顯著相關，說明本試驗條件下小麥增產的原因主要是有效穗數和千粒重的提高。土壤溫度與產量及其構成要素間的相關性不顯著(-0.629～0.094)，再次證明西北旱地冬小麥產量與覆蓋引起的土壤溫度變化沒有直接關系[16]。

圖5　不同處理下小麥全生育期不同土層土壤溫度的日變化

試驗點Experimentalstation處理Treatment穗粒數Grainsperspike千粒重Thousandkernelweight/g有效穗數Numberofproductiveear/(×104·hm-2)產量Yield/(kg·hm-2)常河鎮ChanghetownSM128.9a47.3a381.0ab4734.0abSM228.1a47.8a375.0b4654.5bPM28.8a48.2a406.5a4995.0aCK28.1a43.0b331.5c3651.0c平襄鎮PingxiangtownSM130.4ab45.8b380.3ab5076.0bSM230.3ab48.3a381.8ab5466.0aPM28.8b47.9a416.3a5355.0aCK31.3a42.5c336.8b4318.5c

數據后不同字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。

Different letters following data mean significant difference among different treatments(P<0.05).

表3　小麥產量及其構成因素與土層溫度的相關性

*:P<0.05;**:P<0.01.

3　討 論

本研究表明，冬小麥0～25 cm土層全生育期平均溫度隨著冬小麥生育進程的推進和土層的加深，地膜覆蓋處理表現為增溫效應，秸稈帶狀覆蓋處理總體表現為降溫效應，秸稈帶狀覆蓋處理在不同生育時期具有增溫和降溫的雙重作用，苗期至返青期有增溫效應，拔節期至完熟期表現降溫效應。而且秸稈覆蓋降溫效應以25 cm降溫幅度較大，平均降溫1.20 ℃，5 cm處降溫幅度最低，平均降溫0.55 ℃。這與陳素英等[11]研究成果相一致。陳玉章等[17]也認為，秸稈覆蓋具有明顯增溫和降溫效應(P<0.05)，且增溫效應主要集中在拔節前，拔節后有明顯的降溫效應。土壤溫度作為土壤熱狀況的綜合表征指標[18]，會直接或間接影響植物生長和發育[19]。因此，秸稈帶狀覆蓋引起的土壤溫度效應也必然會對冬小麥的生長發育產生影響。

秸稈帶狀覆蓋引發的溫度效應主要是通過冬小麥根系對溫度的感知實現。冬小麥生長發育對地溫比氣溫更敏感[20]，根系可以感受、識別根區的逆境信號，并向地上部轉導，從而遙控作物生長發育[21]。自然條件下植物根所處環境溫度不同，根系內部溫度也不同，根部溫度變化與作物生長變化直接相關。Walker等[22]研究表明，根系土壤溫度變化1 ℃就能引起植物生長的明顯變化。張志賢等[13]研究表明，苗期地溫低可能會造成出苗不整齊、且不利于小麥植株的生長，基本苗降低，群體結構不合理，可直接導致減產；而越冬前地溫低，則不易形成壯苗，直接降低越冬率；由于越冬期根系受凍，在返青后根系生長緩慢，對水分和養分的吸收不足，導致冬小麥生育后期常有干熱風危害[23-24]，植株容易受到水分脅迫影響，從而加速植株早衰，影響了灌漿速率和灌漿質量，最終影響到籽粒質量[25]。

地溫變化會直接影響冬小麥生長，由生長導致的有效穗數、穗粒數和粒重變化又對產量起主導作用。本研究表明，秸稈帶狀覆蓋可使冬小麥顯著增產，有效穗數、千粒重是引起覆蓋冬小麥增產的主要因素；覆蓋對有效穗數的影響與環境有關。各土層土壤溫度與產量及其構成要素均無顯著相關性，但這并不能說明土壤溫度的變化對冬小麥產量沒有影響。實際上秸稈帶狀覆蓋帶來的增溫、降溫雙重效應可有效調控土壤水分的蒸發或吸收，促進冬小麥生長，進而對產量產生間接影響。程宏波等[16]的研究表明，秸稈帶狀覆蓋不僅可蓄水保墑，還能增溫保溫，保護土壤表層，改善土壤物理性狀，提高水分利用率[26-27]，增加作物產量。

秸稈帶狀寬幅條播覆蓋種植技術不僅具有常規秸稈帶狀覆蓋的優勢，且比最初提出的“雙30”帶狀覆蓋技術更方便覆蓋作業，很好地實現了與農機農藝的有效結合，在西北旱作農業區有著更加廣泛的研究推廣空間。由于本研究側重于對秸稈帶狀覆蓋常規條播和寬幅條播、全膜覆土穴播、露地條播的地溫及產量進行比較，以探尋不同覆蓋材料下溫度與產量的特征及關系，在試驗設計上除使用常見的全膜覆土穴播外，僅對寬幅條播與常規條播兩種秸稈覆蓋方式進行研究，下一步將在現有成果基礎上，繼續跟進研究，尋找最佳寬幅，使“旱地秸稈帶狀覆蓋種植新技術”得以更好地推廣。

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Effect of Different Mulching Materials on Soil Temperature and Yield of Winter Wheat in Northwest Arid Land of China

LAN Xuemei1，HUANG Caixia2，LI Bowen1，LI Shoulei1，SONG Yali1，CHAI Yuwei1，CHENG Hongbo3，CHANG Lei1，CHAI Shouxi1

(1.Gansu Provincial Key Lab of Arid Land Crop Science/College of Agronomy,Gansu Agricultural University,Lanzhou,Gansu 730070,China; 2.College of Engineering,Gansu Agricultural University,Lanzhou,Gansu 730070,China;3.College of Life Science and Technology,Gansu Agricultural University,Lanzhou,Gansu 730070,China)

In order to reveal the relationship and characteristics between soil temperature and yield of winter wheat under different mulching materials in northwest arid land of China,winter wheat Lantian 26 was used to investigate the difference of soil temperature,along with its relationship with grain yield components in whole growth cycle under SM as conventional drilling(SM1), SM as wide drilling(SM2),and plastic film mulching(PM),with non-mulching as control(CK).The results showed that SM can adjust the temperature of environment to wheat,and the stability of wheat yield could be achieved.The average soil temperature in 0-25 cm soil layer under SM conditions showed an average decrease of 0.61 ℃ during the whole growth cycle.But SM had the double effects with increasing temperature from seedling stage to turning green stage(average increase of 0.76 ℃,and SM1>SM2) and cooling temperature after turning green stage(average decrease of 1.43 ℃,and SM1 evening > morning.The cooling temperature of SM1 was higher than that of SM2,while the PM showed increasing temperature effects in day.Mulching could significantly increase the yield of winter wheat,with the average increase rate of 25.33% with SM,compared with the yield of CK.The increase rate of yield under SM2 was 27.0%,which was higher than that of SM1(23.0%),and the increase rate with PM was 30.4%.The number of ear and thousand kernel weight showed highly positive correlation with the grain yield.Grain yield was increased because of the increase of ear number and thousand kernel weight.There was no correlation found among soil temperature index,yield and yield components.

Northwest arid land；Winter wheat; Straw strip mulching; Soil temperature;Yield

2016-01-18

2016-02-20

國家公益性行業(農業)科研專項(201303104);現代農業產業技術體系建設專項(CARS-3-2-49);盛彤笙科技創新基金項目(GSAU-STS-1512,GSAU-STS-1526);甘肅省自然科學基金項目(145RJZA228)

E-mail：shirley_lan2014@sina.com

柴守璽(E-mail:sxchai@126.com)

S512.1；S318

A

1009-1041(2016)08-1084-09

網絡出版時間：2016-08-01

網絡出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20160801.1123.038.html