覆膜與補灌對冬小麥葉綠素和比葉面積的影響

武 榮，閆小紅，李援農

(1.楊凌職業技術學院，陜西 楊凌 712100；2.西北農林科技大學 旱區農業水土工程教育部重點實驗室，陜西 楊凌 712100)

地膜覆蓋具有明顯的增溫保墑作用[1]，對于我國三北地區的低溫、少雨、干旱貧瘠、無霜期短等限制農業發展的因素，具有很強的針對性和適用性[2]。地膜覆蓋后，切斷了土壤與大氣之間的水分直接轉換，有效阻止土壤水分的蒸發[3]，并促進了土壤與作物之間水分的良性循環，提高了降水在土壤中的保蓄率。而且，因為地膜內溫度較高，增加了土壤熱量梯度的差異變化，將使土壤深層的水分上移并在上層聚積，形成提水上升的保墑效應。

目前，覆蓋種植技術在我國的北方干旱地區以及高原寒區農業發展中廣泛應用。但由于目前生產中使用的地膜基本為聚乙烯塑料地膜，在自然條件下很難降解，在土壤中可以殘存200 a以上[4, 5]。隨著地膜的連年使用，農田中殘膜量越來越多，不僅造成耕層土壤透氣性降低，阻礙作物根系發育和對水分、養分的吸收，還污染生態環境[3]。近年來，各種環保地膜先后問世，可降解地膜因其容易降解而減少地膜殘留，降低回收成本，減輕環境污染等成為國內外研究較多的一種環保地膜。可降解膜在保證水分利用率與產量的前提下代替普通塑料膜可以有效解決農田污染問題，為旱區農業可持續發展提供技術支持與理論基礎[6]。

在作物需水期進行適量補充灌溉能大幅提高作物產量。研究表明[7, 8]旱區冬小麥最佳補灌時期為返青至拔節期，而關于壟溝集雨種植結合需水關鍵期補灌的研究較少。本文以冬小麥為研究對象，設置不同地膜覆蓋(普通地膜和氧化—生物雙降解地膜)與補灌量組合，分析覆膜結合補灌對冬小麥不同生育期葉綠素、株高和比葉面積的影響，為冬小麥高產高效生產以及農業的可持續發展提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2016-2017年在陜西楊凌西北農林科技大學教育部旱區農業水土工程重點實驗室的灌溉試驗站進行。該區位于東經108°24′，北緯34°20′，海拔 521 m，全年無霜期 210 d，年均氣溫 13 ℃，多年平均降水量為 632 mm，年均蒸發量 1 500 mm。試驗地土壤質地為中壤土，土壤平均田間持水率為 24%(質量含水率)，平均干容重 1.35 g/cm3。耕層土壤(0～30 cm)pH值為7.92，基礎肥力(質量比)為：有機質含量為10.08 g/kg，硝態氮29.35 mg/kg，速效磷17.13 mg/kg，速效鉀68.22 mg/kg。

1.2 試驗材料與設計

供試冬小麥品種為“小偃22”，試驗所用地膜為普通地膜和氧化—生物雙降解生態地膜，其中氧化—生物雙降解生態地膜由山東天壯環保科技有限公司研制生產。膜寬為100 cm，膜厚0.008 mm。試驗所用氮肥為尿素(總氮≥46.4%)，鉀肥為農用硫酸鉀(氧化鉀≥51.0%)，磷肥為過磷酸鈣(全磷≥16.0%)。

試驗設計覆膜灌水處理，2種地膜覆蓋：普通地膜(P)、氧化—生物雙降解生態地膜(B)；4個灌溉水平：0、30、60、90 mm，分別記為W0、W1、W2、W3，另設不覆膜不灌水處理(CK)作對照，3次重復，隨機區組排列。采用起壟溝播，播量150 kg/hm2。小區面積14 m2(3.5 m×4 m)，各小區之間間隔1 m，試驗區周圍設1 m保護帶。播前旋耕并平整土地，施氮肥120 kg/hm2，基追比3∶2，各處理基施磷肥、鉀肥分別為150、60 kg/hm2，追施氮肥和灌水在拔節初進行。2016年10月19日播種，2017年6月7日收獲。

1.3 測定項目與方法

葉綠素含量。采用浸提法[9]分別測定拔節期、抽穗期和灌漿期各處理最后一片展開葉中葉綠素a和葉綠素b含量，重復3次，取其均值。

株高、比葉面積。分別在拔節期、抽穗期和灌漿期隨機選取5株冬小麥，用卷尺測量主莖株高和葉面積，取其均值，然后105 ℃殺青0.5 h，75 ℃烘干至恒重。株高在拔節期和抽穗期從地面量至葉頂，灌漿期時從地面量至穗頂；葉面積用長寬系數法[10]計算，再計算比葉面積[11]。

1.4 數據處理

采用Excel 2016對數據進行處理；SPSS12.0軟件進行統計分析，多重比較使用LSD法(P<0.05)；Origin 8.5軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 不同地膜覆蓋與補灌量對冬小麥葉綠素a含量的影響

各處理不同生育期葉綠素a含量變化如圖1所示。由圖1分析可知，各處理葉綠素a含量隨生育期推進逐漸增大，在灌漿期均達到最大值。在拔節期，各處理間差異顯著，降解膜覆蓋下，葉綠素a含量顯著高于對照處理(p<0.05，下同)，且隨補灌量增加而增大，BW3處理葉綠素a含量最大，為2.27 mg/g；普通膜覆蓋下，葉綠素a含量隨補灌量增加呈先增大后減小的趨勢，W0和W1處理顯著低于對照處理，PW2處理的葉綠素a含量最大，為2.37 mg/g；相同補灌量下，除W2外，降解膜處理的葉綠素a含量均顯著高于普通膜，平均高出普通膜0.11 mg/g。抽穗期除W1外均無顯著差異，而灌漿期時只有W2無顯著差異，兩個生育期中降解膜和普通膜覆蓋下葉綠素a含量均顯著高于CK，且隨補灌量增加呈先增大后減小的趨勢，在W2時達到最大值，抽穗期分別為2.93、2.94 mg/g，灌漿期分別為3.30、3.29 mg/g。抽穗期和灌漿期W3處理的葉綠素a含量都顯著低于W2處理，B覆蓋分別下降了0.09和0.03 mg/g，P覆蓋分別下降了0.10和0.08 mg/g，表明過量補灌時，B覆蓋下的葉綠素a含量下降幅度小于P覆蓋。說明灌水有利于提高各生育期葉綠素a含量，而過量灌水提高葉綠素a含量的效果會降低，過量灌水時B覆蓋有減緩葉綠素a下降的作用。

圖1 不同處理對冬小麥葉綠素a含量的影響Fig.1 Effects of different treatments on chlorophyll-a content in winter wheat

2.2 不同地膜覆蓋與補灌量對冬小麥葉綠素b含量的影響

各處理不同生育期葉綠素b含量變化如圖2所示。從圖2可知，各處理的葉綠素b含量隨生育期推進而增大，均在灌漿期達到最大值，最大值分別為1.21 mg/g(BW2)和1.20 mg/g(PW2)。拔節期PW0的葉綠素b含量顯著低于對照，PW2處理的葉綠素b含量最大，為0.69 mg/g，其他處理與CK相當或略高。抽穗期和灌漿期各處理葉綠素b含量顯著高于CK，且均隨補灌量增加呈先增大后減小。B和P覆蓋下，隨補灌量增加葉綠素b含量增加顯著，W2時達到最大值，抽穗期分別為0.94和0.93 mg/g，灌漿期分別為1.21和1.20 mg/g。可見，補灌可增加葉綠素b含量，過量補灌增加葉綠素b含量的效果減弱。抽穗期和灌漿期W3處理的葉綠素b含量都顯著低于W2處理，B覆蓋分別下降了0.04和0.05 mg/g，P覆蓋分別下降了0.06和0.08 mg/g，表明過量補灌時，B覆蓋下的葉綠素b含量下降幅度小于P覆蓋。

圖2 不同處理對冬小麥葉綠素b含量的影響Fig.2 Effects of different treatments on chlorophyll-b content in winter wheat

2.3 不同地膜覆蓋與補灌量對冬小麥葉綠素a/b的影響

葉綠素 a /b的比值前期高，后期低，既能增加光合產物，又能延長葉片的功能期，從而積累較多的有機物質，獲得較高的產量[12]。各處理不同生育期葉綠素a/b變化如圖3所示。整體來看，各處理的葉綠素a/b值呈隨生育期逐漸降低的趨勢。拔節期B和J覆蓋下，葉綠素a/b隨補灌量增加而先增大后減小，W2時最大，分別為3.56和3.46；B覆蓋下的葉綠素a/b顯著高于CK和P，而P覆蓋下僅W2和W3高于對照，說明B覆蓋更有利于提高葉綠素a/b。抽穗期和灌漿期，各處理的葉綠素a/b值顯著低于CK；同種地膜覆蓋下，葉綠素a/b值隨補灌量增加呈先減小后增大，W2時達到最小值，抽穗期分別為3.12和3.16，灌漿期分別為2.74和2.75；相同補灌量下，抽穗期B覆蓋的葉綠素a/b顯著低于P覆蓋，灌漿期除BW0高于PW0外，B覆蓋的葉綠素a/b均低于P覆蓋。可見，補灌和B覆蓋有利于提高拔節期葉綠素a/b值，降低抽穗期和灌漿期葉綠素a/b值。

圖3 不同處理對冬小麥葉綠素a/b的影響Fig.3 Effects of different treatments on chlorophyll a/b of winter wheat

2.4 不同地膜覆蓋與補灌量對冬小麥株高的影響

表1為各處理不同生育期株高。由表1分析可知，不同生育期各處理的株高顯著高于對照。B覆蓋下，各處理間株高差異顯著，在拔節期隨補灌量增加而增大，W3處理最大，為72.8 cm；在抽穗期和灌漿期均隨補灌量增加呈先增大后減小，W2時達到最大值，分別為87.0和95.0 cm；P覆蓋下，株高除拔節期和抽穗期的W1與W3處理無顯著差異外，其他處理間差異顯著，3個生育期的株高均隨補灌量增加呈先增大后減小，W2達到最大值，分別為71.3、86.0和93.5 cm。同一補灌量下，兩種地膜覆蓋的株高均隨生育期推進逐漸增大，灌漿期達到最大，與CK相比，分別提高6.2%～17.3%(B)和7.4%～15.4%(P)；在拔節期W3下，B比P處理大3.1 cm，抽穗期W2和W3下B分別比P大1和1.5 cm，灌漿期W1～W3下B分別比P大1、1.5和0.5 cm。可見，兩種地膜覆蓋下，補灌有利于提高冬小麥株高，過量補灌其效果減弱；隨生育期推進，降解膜逐漸裂解，改善了土壤通氣透水性能，降解膜在抽穗和灌漿期提高株高的作用好于普通膜。

表1 不同覆膜和補灌量對冬小麥株高、比葉面積的影響Tab.1 Effects of different film mulching and supplementary irrigation on plant height and specific leaf area of winter wheat

注：同列數據后小寫字母表示在0.05水平差異顯著。

2.5 不同地膜覆蓋與補灌量對冬小麥比葉面積的影響

各處理不同生育期比葉面積見表1。拔節期(除W0外)和抽穗期各處理的比葉面積顯著高于對照，而灌漿期顯著低于對照。相同補灌量下各處理的比葉面積均隨生育期推進而逐漸減小，W2和W3降幅較大，平均分別為17.69、13.73 cm2/g(W2)和22.96、13.66 cm2/g(W3)。B與P覆蓋在拔節期和抽穗期的比葉面積均隨補灌量增加而增大，W3時達到最大，分別為50.18、29.69和52.18、26.74 cm2/g，而且拔節期P覆蓋大于B覆蓋，其中W2、W3達顯著水平，分別提高了7.5%和4.0%，抽穗期B覆蓋顯著大于P覆蓋，提高了3.8%～11.0%。灌漿期兩種地膜覆蓋下比葉面積隨補灌量增加呈先減小后增大，且B覆蓋大于P覆蓋，W2時最小，分別為13.05 和12.92 cm2/g。可見，補灌能促進冬小麥葉片伸展和干物質積累，拔節期P覆蓋效果優于B覆蓋，抽穗期和灌漿期B覆蓋優勢顯現。

3 討 論

(1)葉綠素a、葉綠素b和葉綠素a/b。葉綠素含量是植物光合作用中最重要的色素，葉綠素含量和葉綠素a /b比值是對光合功能具有重要影響的生理指標。本研究中，覆膜和補灌有利于提高各生育期葉綠素a和葉綠素b含量，而且兩者變化趨勢相似；各處理葉綠素a和葉綠素b含量隨生育期推進逐漸增大，在灌漿期均達到最大值，與呂麗華[13]研究結果一致。拔節期B覆蓋的葉綠素a含量隨補灌量增加而增大，BW3最大，為2.27 mg/g，P覆蓋則隨補灌量增加呈先增大后減小的趨勢，PW2最大，為2.37 mg/g；抽穗期和灌漿期B和P覆蓋下，葉綠素a和葉綠素b含量隨補灌量增加呈先增大后減小的趨勢，在W2時達到最大值。但過量灌水效果會降低，而且B覆蓋有減緩葉綠素a和葉綠素b下降的作用。抽穗期和灌漿期W3處理的葉綠素a和葉綠素b含量都顯著低于W2處理，B和P覆蓋葉綠素a分別下降了0.09、0.03 mg/g和0.10、0.08 mg/g，葉綠素b分別下降了0.04、0.05 mg/g和0.06、0.08 mg/g，B覆蓋下的葉綠素a和葉綠素b含量下降幅度小于P覆蓋。

整體來說，各處理的葉綠素a/b值隨生育期逐漸降低，各處理葉綠素a/b值變化規律相近，而且補灌和B覆蓋有利于提高拔節期葉綠素a/b值，降低抽穗期和灌漿期葉綠素a/b值。與呂麗華[13]研究結果不盡相同，與牛立元等[12]研究結果一致。本研究中拔節期B和J覆蓋下，葉綠素a/b隨補灌量增加而先增大后減小，B覆蓋下的葉綠素a/b顯著高于P。抽穗期和灌漿期，葉綠素a/b值均隨補灌量增加呈先減小后增大，W2時達到最小值；相同補灌量下，抽穗期B覆蓋的葉綠素a/b顯著低于P覆蓋，灌漿期B覆蓋的葉綠素a/b均低于P覆蓋(除W0外)。

(2)比葉面積。比葉面積是評價植物葉片功能特性的重要參數[14]。營養需求得到充分滿足的植物比葉面積達到最小值，而葉片很薄時比葉面積達到最大值[15]。本研究中同一補灌量下，各處理的比葉面積均隨生育期推進而逐漸減小，與喬玉輝等[16]研究結果相似。B與P覆蓋在拔節期和抽穗期的比葉面積均隨補灌量增加而增大，而且拔節期P覆蓋大于B覆蓋，抽穗期則相反。灌漿期兩種地膜覆蓋下比葉面積隨補灌量增加呈先減小后增大，且B覆蓋大于P覆蓋。這是因為拔節期和抽穗期以營養生長為主，比葉面積較大有利于光合作用，為后期干物質快速積累打好基礎，灌漿期以生殖生長為主，補灌過量造成前期莖葉陡長和養分消耗，不利于灌漿期干物質積累。拔節期氣溫較低，P覆蓋保溫較好，因此對比葉面積的影響優于B覆蓋，抽穗期氣溫回升，冬小麥生長迅速，對養分水分等需求大，根系生化反應活躍，加之B裂解改善了土壤狀況，B覆蓋優勢顯現。

4 結 語

覆膜和補灌有利于提高各生育期葉綠素a和葉綠素b含量，但過量灌水效果會降低，而且B覆蓋效果好于P覆蓋。B覆蓋和補灌有利于提高拔節期葉綠素a/b值，降低抽穗期和灌漿期葉綠素a/b值。覆膜和補灌能促進冬小麥葉片伸展和干物質積累，拔節期P覆蓋效果優于B覆蓋，抽穗期和灌漿期B覆蓋優勢顯現。