不同覆膜種植對旱塬冬小麥水分利用的影響

黃 濤 ，謝英荷 ，2，李廷亮 ，2，李 超 ，加武斌 ，高惠洲

（1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，山西太谷030801；2.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，山西太谷030801）

水分脅迫是限制旱地冬小麥生產(chǎn)的主要因素[1-5]，地膜覆蓋能最大限度地蓄水保墑，特別是在干旱地區(qū)和大旱年份，能非常有效地利用水分，保證小麥穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)。山西省是我國幾個較大的小麥主產(chǎn)區(qū)之一，且旱地小麥種植面積占該省小麥種植面積的70%以上[6]。山西省年降水量在500 mm左右，夏閑期7—9月的降水量超過全年降水的60%，干旱缺水是晉南小麥生產(chǎn)迫切需要解決的關(guān)鍵問題。因此，就不同覆膜種植方式對旱地麥田土壤水分利用率和水分動態(tài)變化的研究具有重要的意義。如何保蓄自然降水和提高麥田土壤的水分利用效率是實(shí)現(xiàn)旱地小麥穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的主要措施。李永平等[7]研究發(fā)現(xiàn)，起壟覆膜能有效地調(diào)節(jié)農(nóng)田水分分配機(jī)制，增加水分供應(yīng)量，降低干旱脅迫下的水分虧缺度。王秀領(lǐng)等[8]研究表明，壟作膜側(cè)種植有利于促根壯苗、穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)。大量學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)[9-12]，覆膜能有效抑制蒸發(fā)，減少水分的無效損失，利于集水保墑，從而提高水分利用效率，實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)。有研究表明[13-17]，覆膜比裸地能增加生育期耗水量6.7%～135%，提高水分利用率5.06%～37.11%。目前，大部分研究主要集中在水分利用率與產(chǎn)量的關(guān)系上，對于不同土層深度的耗水情況和水分休閑狀況的研究較少。

本研究在晉南旱塬小麥區(qū)以傳統(tǒng)裸地?zé)o覆蓋種植為對照，研究壟膜溝播和平膜穴播種植對冬小麥土壤水分利用率、降水生產(chǎn)效率、休閑效率及不同深度土層耗水量的影響，旨在認(rèn)知地膜覆蓋蓄水保墑機(jī)制，為提高冬小麥水分高效利用提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于山西省臨汾市洪洞縣劉家垣鎮(zhèn)東梁村，屬暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候，年平均日照時數(shù)2 419 h左右，有效積溫3 326.9℃，年均氣溫 12.3℃，無霜期 180～210 d。2016年 6月至2017年6月降雨量為504.30 mm，其中，夏閑期7—9月降水量占全年降水量的58%以上，冬小麥生育期降雨量為146.7 mm。研究區(qū)土壤為石灰性褐土。

1.2 試驗(yàn)材料

供試冬小麥品種為晉麥47。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組排列，共4次重復(fù)，各處理小區(qū)面積126～416 m2。設(shè)3個處理，即測控施肥（測控施肥量，不覆膜裸地種植）、壟膜溝播（測控施肥量、起壟覆膜溝側(cè)種植）、平膜穴播（測控施肥量、平鋪地膜覆蓋穴播），具體設(shè)計方案如表1所示。播量為150kg/hm2，生育期不灌溉。播種日期為2016年10月6日，2017年6月9日收獲。

表1 試驗(yàn)設(shè)計方案

1.4 測定項目及方法

用烘干法分別測定2016—2017年播前和收獲時2 m土層的水分含量，每20 cm土層為一個樣本。

貯水量（mm）＝土壤容重（g/cm3）×土層深度（cm）×土壤含水量/10[1]；耗水量（mm）＝播前2 m土壤貯水量-收獲后2 m土壤貯水量+生育期有效降水量；休閑效率＝（休閑期結(jié)束時土壤貯水量－上季收獲時土壤貯水量）/休閑期降水量×100%[12]；水分利用效率（kg/（hm2·mm））＝籽粒產(chǎn)量（kg/hm2）/耗水量（mm）；降水生產(chǎn)效率（kg/（hm2·mm））＝籽粒產(chǎn)量（kg/hm2）/降水量（mm）。

各個小區(qū)隨機(jī)收獲4 m2×3＝12 m2脫粒計產(chǎn)；同時收獲各小區(qū)中所標(biāo)記的1 m的小麥樣段（3個），并分別測算公頃穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量。

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel圖表和DPS統(tǒng)計軟件進(jìn)行分析，顯著水平為 0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 覆膜對冬小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成要素的影響

表2 覆膜對冬小麥產(chǎn)量及構(gòu)成要素的影響

從表2可以看出，覆膜處理小麥的生物產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量都顯著高于測控施肥處理，且平膜穴播產(chǎn)量最高，生物產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量分別比測控施肥處理和壟 膜溝 播 處 理 高 43.65% ，14.08% 和 48.07% ，13.03%。從產(chǎn)量構(gòu)成因素來看，壟膜溝播處理和平膜穴播處理公頃穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量都高于測控施肥處理，其中，公頃穗數(shù)分別比測控施肥處理高24.28%和35.55%，穗粒數(shù)分別比測控施肥處理高15.35%和18.14%，且差異顯著，公頃穗數(shù)和穗粒數(shù)是影響冬小麥生物產(chǎn)量與經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的主要因素。覆膜種植增產(chǎn)機(jī)制主要是增加了單位面積的小麥穗數(shù)，提高了單株小麥的穗粒數(shù)，從而增加單位面積的籽粒產(chǎn)量和生物產(chǎn)量，與范穎丹等[18]的研究結(jié)果基本一致。

2.2 覆膜種植對200 cm土層耗水量及水分利用率的影響

表3結(jié)果表明，冬小麥整個生育期耗水量2個覆膜處理均高于不覆膜的測控施肥處理，占全年降雨量的60%以上，并且平膜穴播耗水量最大；壟膜溝播和平膜穴播處理的耗水量分別比測控施肥處理提高了0.65%和4.73%，籽粒產(chǎn)量卻分別增加了38.04%和48.07%，所以，水分利用率相對于測控施肥處理有了顯著提高，分別提高30.18%和41.45%，且達(dá)到顯著水平（P＜0.05）。表明覆膜能有效地促進(jìn)小麥對水分的吸收和利用，并且旱地冬小麥對土壤耗水量的變化異常敏感，較小耗水量的增加就能促進(jìn)產(chǎn)量的大幅度增長，所以，覆膜種植是保障旱地小麥實(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的重要措施。

表3 不同覆膜種植對土壤水分利用率的影響

2.3 不同覆膜處理對小麥生育期土壤不同深度水分消耗的影響

從圖1可以看出，0～200 cm土層的貯水量減少趨勢是覆膜大于對照，其中，平膜穴播處理比測控施肥處理提高了9%，且達(dá)到顯著水平；壟膜溝播的貯水量減少量大于測控施肥處理，但差異不顯著。在0～100 cm土層貯水量減少的趨勢則是測控施肥處理最大，壟膜溝播次之，平膜穴播最低，表明不覆膜對淺層水的消耗要高于覆膜種植，可能是不覆膜增加了淺層水的蒸發(fā)損耗。在100～200 cm土層中，壟膜溝播和平膜穴播的貯水量變化量分別達(dá)到了 86.59，104.09 mm，分別比測控施肥處理提高了11.5%和34.1%，且均達(dá)到了顯著水平。以上結(jié)果表明，覆膜對土壤2 m土層水分的消耗均大于測控施肥處理，且覆膜對水分的消耗主要集中在100～200 cm土層深度，占整個2 m土層水分消耗的60%左右。因此，覆膜處理的優(yōu)勢在于對土壤深層水的吸收和利用，它改變了土壤耗水結(jié)構(gòu)，提高了深層水的生產(chǎn)參與率，從而提高了水分利用效率，實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)。

2.4 不同覆膜種植下冬小麥對年降水和夏閑期降水的利用情況

從表4可以看出，旱地小麥夏閑期降水量為295.8 mm，占全年降水量的 58.7%；另外，在降水生產(chǎn)效率上，覆膜處理與不覆膜處理間差異顯著，壟膜溝播和平膜穴播分別比測控施肥處理提高了31.01%和48.05%，而覆膜間差異不顯著，平膜穴播比壟膜溝播高了13.01%，說明覆膜處理對增加生物產(chǎn)量有著非常好的效果；從水分的休閑效率來看，2個覆膜處理分別比測控施肥處理提高了1.6%和4.9%，但是差異不顯著，說明覆膜對水分的休閑效率影響不顯著。

表4 不同覆膜種植下冬小麥對降水的利用情況

3 結(jié)論

本研究認(rèn)為，覆膜種植改善了土壤耗水結(jié)構(gòu)，增加了小麥對水分的有效利用。覆膜種植通過增加小麥單位面積的穗數(shù)與穗粒數(shù)實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)，并且增產(chǎn)幅度達(dá)到了48%。另外，覆膜增加了2 m土層特別是100～200 cm深層水分的吸收和利用，極大地提高了水分利用率，其中，平膜穴播處理產(chǎn)量最高，比測控施肥處理高48.07%，且差異顯著。小麥產(chǎn)量對耗水量的變化異常敏感，二者呈極顯著正相關(guān)。覆膜種植的降水生產(chǎn)效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于測控施肥處理，壟膜溝播和平膜穴播處理分別比測控施肥處理提高了31%和48%，且差異達(dá)到顯著水平。覆膜種植水分休閑效率高于對照，但差異不顯著。這些結(jié)果充分說明了覆膜對水分的利用有著非常積極的效果，無論是生育期降水、夏閑期降水還是年降水，覆膜種植都能有效地促進(jìn)和增加小麥對土壤水分的利用。因此，覆膜種植特別是平膜穴播是促進(jìn)旱地小麥土壤水分高效利用的重要措施，是值得在旱地農(nóng)業(yè)區(qū)域推廣應(yīng)用的覆膜種植技術(shù)。

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