穴播條件下地膜覆蓋及播種量對春小麥土壤水鹽分布的影響

白崗栓, 苗慶豐, 鄒超煜, 杜社妮, 任志宏

(1.西北農林科技大學 水土保持研究所, 陜西 楊凌 712100; 2.中國科學院 水利部水土保持研究所, 陜西 楊凌 712100; 3.內蒙古農業大學 水利與土木建筑工程學院, 內蒙古 呼和浩特 010020; 4.吉安市濕地管理中心, 江西 吉安 343000; 5.內蒙古自治區水利科學研究院, 內蒙古 呼和浩特 010020)

地膜覆蓋不但可減少地表土壤水分蒸發，抑制土壤鹽分表聚，減輕土壤鹽漬化[1-2]，而且可保持土壤水分，調節土壤溫度，促進土壤微生物活動，提高作物產量[3-7]。適宜的播種量可協調小麥生長發育過程中個體與群體間的關系，促進個體生長發育及干物質積累并建立適宜的群體結構，以防止倒伏，提高單位面積產量[8-13]。春小麥以主莖成穗為主，播種量顯著影響其個體發育、群體結構及單位面積產量[14-17]。河套平原是中國北方優質春小麥生產基地[18-19]，但其鹽漬化面積大，土壤含鹽量高，而春小麥的抗鹽性較弱，土壤鹽漬化嚴重威脅著春小麥的播種面積及優質、高產與穩產[20-23]。地膜覆蓋不但可提高春小麥產量，而且可促進春小麥提早成熟，利于春小麥收獲后復種并充分利用自然光熱資源[19,24]。地膜冬小麥在甘肅、陜西等地種植較多，對提高土壤水分利用效率、提高冬小麥產量有著積極的作用[25-29]。有關河套平原地膜春小麥的適宜播種量已有報道[30]，但關于不同播種量對土壤水分、鹽分的影響還未見報道。為了減輕土壤鹽漬化，提高土壤水分利用效率，穩固河套平原地膜春小麥的播種面積，本文2015年以穴播不同量的露地春小麥為對照，開展了不同穴播量的地膜春小麥對土壤水分、鹽分及其產量的影響研究。

1 材料和方法

1.1 試驗區概況

試驗地位于內蒙古自治區河套平原西部的磴口縣壩楞村，地理位置為40°24′32″N，107°02′19″E，海拔1 048.6 m，年均氣溫7.1 ℃，降水量142.1 mm，水面蒸發量2 346.4 mm，干燥度16.51，年均風速2.57 m/s，日照時數3 187.3 h，無霜期178 d。試驗地土壤為灌淤土，灌淤層厚1.5～1.8 m，耕層(0—20 cm土層)土壤田間持水量23.23%，萎蔫系數7.48%。0—100 cm土層土壤質地均一，平均土壤容重為1.48 g/cm3，地下水位3.0 m以下。試驗地耕層土壤有機質9.80 g/kg，速效氮、速效磷和速效鉀分別為63.24，12.6和171.4 mg/kg，pH值8.8，土壤鹽分1.50 g/kg左右，主要為氯化物—硫酸鹽。灌溉水為過境黃河水，礦化度0.32 g/L左右，pH值8.1。試驗地長60.0 m，寬40.0 m。

1.2 試驗材料與設計

試驗采用裂區設計，主區是地膜覆蓋和露地穴播，副區是穴播量，穴播量以粒為單位，分別是8，10，12，14和16粒，為當地常規露地條播量337.50 kg/hm2的55.97%，69.96%，83.95%，97.94%和111.93%。試驗共計30個小區，重復3次。

供試春小麥為永良4號。地膜為白色聚乙烯地膜，寬110 cm，厚0.008 mm，采用平畦覆蓋，膜與膜之間留45 cm寬的監測帶及取土帶，覆蓋率為70.97%。春小麥行距為15 cm，穴距為12 cm，密度為55.556穴/m2。地膜覆蓋的每個小區均由兩幅相鄰的地膜帶組成，長12.2 m，寬2.65 m，每個小區種植春小麥14行，每行100穴。露地穴播的每個小區長12.2 m，寬2.65 m(中間留45 cm寬的監測帶)，每個小區種植春小麥14行，每行100穴。

地膜覆蓋和露地穴播均于2015年3月18日人工施肥及平整地面，并于當天覆蓋地膜。3月20日用點播器根據不同穴播量在膜上打孔并人工穴播，同時用點播器在露地區進行人工穴播。地膜覆蓋和露地穴播均在整地前施磷酸二銨375.0 kg/hm2，氯化鉀37.5 kg/hm2，折合N 172.5 kg/hm2，P2O567.5 kg/hm2，K2O 21.5 kg/hm2。孕穗期隨灌水追施尿素150.0 kg/hm2，折合N 69.0 kg/hm2。不同處理的施肥量、灌水量及灌溉次數、除草等管理措施相同。

1.3 監測項目

(1) 降水量。試驗地旁設有農田小氣候監測儀，記錄春小麥播種至收獲期間的降水量。

(2) 灌水量。灌水方式為畦灌，每次灌水均由潛水泵從試驗地旁的灌溉渠抽水來灌溉。灌溉時記錄每次的灌水時期及灌水量。灌水量設置為同一水平，不同處理的每次灌水量均為90 mm，由潛水泵的抽水時間來控制。

(3) 土壤水分。播種前和分蘗期、孕穗期、灌漿期灌水前及收獲期，每個小區選擇3個采樣點，以10 cm為一層，在種植行中部用土鉆分層采集0—100 cm土層土壤(每次采樣后進行標記，以防下次采樣處于同一位置，每次采樣水平距離間隔60 cm以上)，烘干法測定土壤質量含水量(%)，然后根據不同土層的土壤質量含水量、土壤容重(春小麥收獲后，按棋盤法采樣，整塊試驗地挖深120 cm的5個土壤剖面，以10 cm為一層，分層采集0—100 cm土層原狀土壤，環刀法測定土壤容重)、土層厚度換算出不同土層的土壤貯水量(mm)及不同生育期的土壤水分消耗量[5,18-19]。

(4) 土壤鹽分。在采集土壤水分樣品時，以10 cm土層為1層，分層采集0—100 cm土層土壤，電導法測定不同土層的土壤電導率，然后換算為不同土層的土壤水溶性全鹽質量分數[5,18-19]。

Y=3.471L+0.015

(1)

式中：Y——土壤鹽分質量分數(g/kg)；L——25 ℃時待測土壤1∶5土壤水浸出液的電導率(mS/cm)。

(5) 春小麥經濟性狀。成熟期以1.0 m2為單位(55.56穴)采樣，測定不同處理的春小麥生物量、穗數、穗長、穗粒數、千粒重和籽粒產量等，并計算經濟系數。由于實際種植面積僅占耕地面積的70.97%，而所取的樣品均來自于種植面積，故生產中單位面積的生物量、籽粒產量應為樣品的70.97%。根據生產中單位面積的籽粒產量、生物量和耗水量計算不同處理的水分利用效率和水分產出率[5,18-19]。

1.4 數據處理

試驗數據用Excel 2010制作圖表，地膜覆蓋和露地穴播主區不同穴播量的差異顯著性用鄧肯氏新復極差檢驗法進行多重比較。地膜覆蓋和露地穴播不同主區同一穴播量的差異顯著性采用t檢驗進行檢驗。

2 結果與分析

2.1 試驗期間的降水量與灌溉量

2015年春小麥播種到收獲期間共降水65.7 mm，主要集中在播種—分蘗期和孕穗—揚花期，其中4月1日降水量達19.4 mm，其他生長期降水較少(表1)。分蘗期(5月10日)、孕穗期(5月20日)、揚花期(6月20)和灌漿期(7月5日)各灌水1次，每次灌水量均為90 mm(表1)。

表1 地膜覆蓋和露地穴播不同生長期的降水量及灌水量

注：括號內為露地穴播春小麥的物候期。

2.2 不同處理對土壤貯水量的影響

從播種到灌漿期，地膜覆蓋和露地穴播不同穴播量0—100 cm土層土壤貯水量均逐漸降低，受降水、灌溉及春小麥生長的影響，不同處理的土壤貯水量在灌漿期降低到最低值，灌漿期至收獲期則有較大幅度上升(表2)。分蘗期至孕穗期地膜覆蓋0—100 cm土層土壤貯水量略高于其對應露地，揚花期至收獲期則略低于其對應露地。地膜覆蓋和露地穴播不同穴播量的土壤貯水量均隨穴播量的增加而降低。隨著春小麥的生長，不同穴播量的土壤貯水量差異逐漸加大，至灌漿期出現顯著差異，灌漿期地膜覆蓋和露地穴播8粒的均顯著高于同一播種區穴播14粒和穴播16粒，其中地膜覆蓋穴播8粒的較地膜覆蓋穴播16粒的高出6.75%，露地穴播8粒的較露地穴播16粒的高出6.28%，地膜覆蓋不同穴播量的差異略高于露地不同穴播量的差異(表2)。

受上年“秋澆”及冬季土壤蒸發的影響，播種前地膜覆蓋和露地穴播0—30 cm土層土壤貯水量均較高，30 cm土層以下則緩慢上升且不同地塊間無顯著差異(表2)。

分蘗期地膜覆蓋和露地穴播0—30 cm土層土壤貯水量均隨穴播量的增加而降低但無顯著差異，30—100 cm 土層則不隨穴播量的增加而減少且基本一致(表2)。分蘗期地膜覆蓋穴播8，10，12，14和16粒0—30 cm土層土壤貯水量較其對應露地分別高出了7.6，6.7，6.32，6.69和6.45 mm，均達顯著差異(p<0.05)；30—100 cm，0—100 cm土層則與其對應露地基本一致且無顯著差異(表2)。

孕穗期地膜覆蓋和露地穴播0—60 cm土層土壤貯水量均隨穴播量的增加而降低，露地穴播不同穴播量無顯著差異；地膜覆蓋穴播8粒較地膜覆蓋穴播12，14和16粒分別高出了12.46，14.12和14.86 mm，穴播10粒較穴播14粒和16粒分別高出了10.10和10.84 mm，均達顯著差異(p<0.05)。地膜覆蓋穴播8，10，12，14和16粒較其對應露地分別高出了11.92，11.77，6.37，5.68和6.15 mm，其中地膜覆蓋穴播8粒和穴播10粒顯著高于(p<0.05)對應露地。地膜覆蓋和露地穴播不同穴播量60—100 cm 土層土壤貯水量則基本一致，無顯著差異。地膜覆蓋0—100 cm土層土壤貯水量略高于其對應露地，無顯著差異(表2)。

揚花期地膜覆蓋和露地穴播0—60 cm土層土壤貯水量均隨穴播量的增加而降低，露地穴播8粒較露地穴播12，14和16粒分別高出了9.15，10.53和11.60 mm，均達顯著差異(p<0.05)；地膜覆蓋穴播8粒較地膜覆蓋穴播12，14和16粒分別高出了7.22，8.61和10.12 mm，穴播10粒較穴播16粒高出了7.77 mm，均達顯著差異(p<0.05)；地膜覆蓋穴播8，10，12，14和16粒較其對應露地分別降低了16.52，14.40，14.59，14.60和15.04 mm，均達顯著差異(p<0.05)。地膜覆蓋和露地穴播60—100 cm 土層土壤貯水量均隨土層深度的增加而緩慢增加，不同穴播量及地膜覆蓋和露地穴播相同穴播量均無顯著差異。地膜覆蓋和露地穴播0—100 cm 土層土壤貯水量均隨穴播量的增加而降低，不同穴播量無顯著差異；地膜覆蓋穴播8，10，12，14和16粒較其對應露地分別降低了17.89，15.98，15.89，15.59和15.99 mm，地膜覆蓋穴播8粒和16粒顯著低于(p<0.05)其對應露地(表2)。

表2 地膜覆蓋和露地穴播不同生長期不同土層的土壤貯水量 mm

注：表中不同小寫字母表示同一種植模式不同播種量存在顯著差異； *和**表示地膜覆蓋與露地穴播相同播種量存在顯著和極顯著差異。下同。

灌漿期地膜覆蓋和露地穴播0—70 cm土層土壤的貯水量均隨穴播量增加而降低，露地穴播8粒較露地穴播12，14和16粒分別高出了9.15，10.20和11.07 mm，均達顯著差異(p<0.05)；地膜覆蓋穴播8粒較地膜覆蓋穴播12，14和16粒分別高出了7.93，9.54和10.74 mm，穴播10粒較穴播16粒高出了7.04 mm，均達顯著差異(p<0.05)；地膜覆蓋穴播8，10，12，14和16粒較其對應露地分別降低了17.68，16.31，16.46，17.02和17.35 mm，均達極顯著差異(p<0.01)。地膜覆蓋和露地穴播70—100 cm土層土壤貯水量均基本一致，不同穴播量及地膜覆蓋和露地穴播相同穴播量間均無顯著差異。地膜覆蓋和露地穴播0—100 cm 土層土壤貯水量均隨穴播量的增加而降低，露地穴播8粒較露地穴播10，12，14和16粒分別高出了6.00，10.60，11.91和13.22 mm，其中露地穴播8粒顯著高于(p<0.05)露地穴播14和16粒；地膜覆蓋8粒較地膜覆蓋10，12，14和16粒分別高出了4.57，9.55，11.55和12.87 mm，其中地膜覆蓋8粒顯著高于(p<0.05)地膜覆蓋14和16粒；地膜覆蓋穴播8，10，12，14和16粒0—100 cm 土層土壤貯水量較其對應露地分別降低了19.98，18.55，18.93，19.62和19.63 mm，地膜覆蓋顯著低于(p<0.01)其對應露地(表2)。

成熟期地膜覆蓋和露地穴播0—70 cm土層土壤貯水量均隨穴播量的增加而降低，露地穴播8粒較露地穴播16粒高出了12.14 mm，達顯著差異(p<0.05)；地膜覆蓋穴播8粒較地膜覆蓋穴播14，16粒分別高出了9.38和10.74 mm，達顯著差異(p<0.05)；地膜覆蓋穴播8，10，12，14和16粒較其對應露地分別降低了10.92，10.87，10.99，10.58和9.04 mm，均達顯著差異(p<0.05)。地膜覆蓋和露地穴播不同穴播量70—100 cm 土層土壤貯水量則基本一致，地膜覆蓋和露地穴播相同穴播量無顯著差異。地膜覆蓋和露地穴播0—100 cm土層土壤貯水量均隨穴播量的增加而降低，不同穴播量及地膜覆蓋與露地穴播相同穴播量均無顯著差異(表2)。

2.3 不同處理對土壤鹽分的影響

從播種至收獲期，地膜覆蓋主要影響0—30 cm土層土壤鹽分，對30 cm以下土層基本無顯著影響，且對孕穗期0—30 cm土層土壤鹽分影響較大，其次為分蘗期和揚花期，成熟期和灌漿期則相對較小。從分蘗期到收獲期，地膜覆蓋、露地穴播不同穴播量0—30 cm土層土壤鹽分均隨穴播量的增加而降低但無顯著差異；地膜覆蓋不同穴播量0—30 cm土層土壤鹽分極顯著(p<0.01)低于其對應露地，0—100 cm土層顯著(p<0.05)低于其對應露地，30—100 cm土層則略低于其對應露地(表3)。受上年“秋澆”的影響，播種前不同播區0—30 cm土層土壤鹽分較低，30 cm以下則隨土層深度的加深而逐漸升高，且不同播種區不同穴播量的土壤鹽分基本一致(表3)。分蘗期地膜覆蓋穴播8，10，12，14粒和16粒0—30 cm土層土壤鹽分較其對應露地分別降低了19.52%，19.94%，20.73%，20.21%和20.07%，均達極顯著差異(p<0.01)；30—100 cm土層分別降低了3.72%，3.45%，3.24%，3.49%和3.50%，均無顯著差異；0—100 cm土層分別降低了7.60%，7.41%，7.42%，7.47%和7.42%，均達顯著差異(p<0.05)(表3)。孕穗期地膜覆蓋穴播8，10，12，14粒和16粒0—30 cm土層土壤鹽分較其對應露地分別降低了22.99%，22.37%，23.84%，23.95%和23.91%，均達極顯著差異(p<0.01)；30—100 cm分別降低了0.74%，0.49%，0.74%，0.68%和0.56%，均無顯著差異；0—100 cm土層分別降低了6.87%，6.39%，6.93%，6.95%和6.78%，均達顯著差異(p<0.05)(表3)。揚花期地膜覆蓋穴播8，10，12，14和16粒0—30 cm土層土壤鹽分較其對應露地分別降低了19.88%，19.85%，20.59%，21.20%和21.40%，均達極顯著差異(p<0.01)；30—100 cm分別降低了1.71%，1.91%，1.97%，2.10%和2.35%，均無顯著差異；0—100 cm土層分別降低了6.41%，6.41%，6.57%，6.79%和7.07%，均達顯著差異(p<0.05)(表3)。灌漿期地膜覆蓋穴播8，10，12，14和16粒0—30 cm土層土壤鹽分較其對應露地分別降低了19.32%，19.58%，19.83%，19.97%和20.22%，均達極顯著差異(p<0.01)；30—100 cm土層分別降低了1.71%，1.65%，1.72%，1.66%和1.79%，均無顯著差異；0—100 cm土層分別降低了6.18%，6.22%，6.25%，6.33%和6.42%，均達顯著差異(p<0.05)(表3)。成熟期地膜覆蓋穴播8，10，12，14粒和16粒0—30 cm土層土壤鹽分較其對應露地分別降低了18.23%，18.29%，18.10%，18.07%和18.09%，均達極顯著差異(p<0.01)；30—100 cm分別降低了1.68%，1.06%，1.51%，1.51%和1.77%，均無顯著差異；0—100 cm土層分別降低了5.79%，5.82%，5.66%，5.62%和5.84%，均達顯著差異(p<0.05)(表3)。

2.4 不同處理對春小麥產量的影響

地膜覆蓋與露地穴播的單穴穗數均隨穴播量的增加而增加且地膜覆蓋穴播8，10粒和12粒極顯著高于(p<0.01)其對應露地。地膜覆蓋與露地穴播的穗長、單穗籽粒產量、穗粒數、小穗數和不孕小穗數均隨穴播量的增加而降低且存在顯著差異(p<0.05)，地膜覆蓋極顯著高于(p<0.01)其對應露地。露地穴播的單穴產量以穴播8粒的最低，穴播14粒的最高；地膜覆蓋則以穴播16粒的最低，穴播12粒的最高。相同穴播量下地膜覆蓋的春小麥籽粒產量極顯著高于(p<0.01)其對應露地。地膜覆蓋與露地穴播的經濟系數均隨穴播量的增加而降低，地膜覆蓋的千粒重極顯著低于(p<0.01)其對應露地；地膜覆蓋穴播8，10粒和12粒的經濟系數顯著低于(p<0.05)其對應露地，14粒和16粒的則極顯著低于(p<0.01)其對應露地(表4)。

表3 地膜覆蓋和露地穴播不同生長期不同土層的平均土壤鹽分含量

表4 地膜覆蓋與露地穴播不同穴播量的春小麥產量

2.5 不同處理對土壤水分利用效率的影響

地膜覆蓋與露地穴播播種期與收獲期的土壤貯水量差值均隨穴播量的增加而增加且存在顯著差異(p<0.05)，地膜覆蓋的顯著高于(p<0.05)其對應露地(表5)。

地膜覆蓋與露地穴播的耗水量均隨穴播量的增加而增加，地膜覆蓋的略高于其對應露地。地膜覆蓋與露地穴播的水分利用效率均隨穴播量的增加而增加且存在一定的顯著差異(p<0.05)，地膜覆蓋的極顯著高于(p<0.01)其對應露地穴播。露地穴播的水分產出率以穴播14粒的最高，8粒的最低；地膜覆蓋的以穴播10粒的最高，其次是12粒，16粒的最低，地膜覆蓋的水分產出率極顯著高于(p<0.01)其對應露地。

表5 不同種植模式的水分利用效率

3 討 論

河套灌區降水稀少，土壤貯水量主要與灌溉量、地表蒸發、作物耗水量及灌溉時期等密切相關。春小麥孕穗期之前植株較小，葉面積指數低，葉片蒸騰弱，土壤水分散失以地表蒸發為主。地膜覆蓋阻礙了土壤水分蒸發[5,31-32]，減少了土壤水分消耗，因而孕穗期之前地膜覆蓋的土壤貯水量高于露地。孕穗期之后春小麥進入快速生長階段，覆蓋度高，葉片蒸騰強度高，蒸騰量大而地表蒸發弱，由于地膜覆蓋的單穴莖數多，葉面積指數高，因而地膜覆蓋的土壤水分消耗量大，土壤貯水量低。不同種植模式的穴播量越大，單穴莖數越多，蒸騰量則越大，故地膜覆蓋與露地穴播的土壤貯水量隨穴播量的增加而降低。

試驗地平整，成土母質及地下水位基本一致，地膜覆蓋與露地穴播的土壤鹽分主要與土壤水分蒸散密切相關[13,18-19,21-24]。播種到孕穗期春小麥的覆蓋度低，土壤含水量高，地表蒸發強烈，鹽隨水走，水去鹽留，形成土壤鹽分表聚，造成露地穴播的表層土壤聚集了大量的鹽分[13,18-19,21-24]。地膜覆蓋切斷了土壤水分向大氣蒸發的通道，土壤中上行的水汽遇到地膜阻隔，冷凝后形成水珠返回地表，可促使表層土壤鹽分向深層土壤運移，具有一定的洗鹽作用[5]，故地膜覆蓋0—30 cm土層土壤鹽分低于露地。穴播量越大，單穴莖數及春小麥的覆蓋度越高，表層土壤裸露越少，土壤蒸發量則越少，因而0—30 cm土層土壤鹽分隨穴播量的增加而降低。受地膜覆蓋的影響，地膜覆蓋不同穴播量的表層土壤蒸發量小，因而不同穴播量的土壤鹽分含量無顯著差異。露地穴播的春小麥覆蓋度雖然隨穴播量的增加而增加，但由于不同穴播量的覆蓋度差異小，未形成顯著差異，故對表層土壤水分蒸發、鹽分表聚影響較小，因而不同穴播量的土壤鹽分無顯著差異。

河套灌區土壤鹽漬化是影響春小麥生長的主要因素。播種到孕穗期地膜覆蓋改善了土壤的水、熱、鹽等環境[1-7]，為春小麥分蘗、分蘗成穗、穗分化及小穗分化提供了良好的土壤環境[30]，因而地膜覆蓋的單穴穗數多，穗較長且小穗數多。春小麥生長后期地膜覆蓋的施肥量、灌水量及灌溉次數等管理措施與露地一致，由于地膜覆蓋的分蘗力強，成苗多，單穴穗數多[30]，耗水、耗肥量大，導致生長后期土壤水分及土壤養分匱乏[16]，影響分蘗成穗、授粉授精、灌漿等，造成不孕小穗數增多，千粒重降低。穴播量越大單穴穗數越多[30]，生長后期則土壤水分、養分虧缺越多，因而灌漿越差，千粒重越低。生長前期穴播量越小土壤水分越高，小穗分化越多，但生長后期土壤水分、土壤養分不足，影響小穗的正常生長，因而不孕小穗也增多[30]。春小麥產量與單位面積穗數、穗粒數和千粒重等密切相關，不同穴播量中，雖然穴播量越少小穗越多，穗粒數越多，千粒重越重，但單位面積穗數較少，因而露地穴播的以穴播14粒產量最高，其次為16粒，而地膜覆蓋的則以穴播12粒產量最高，其次為10粒。地膜覆蓋提高了單位面積穗數，因而在播種量較低的情況下可以取得高產并提高土壤水分利用效率和土壤水分產出率。

4 結 論

(1) 地膜覆蓋與露地穴播的土壤貯水量隨穴播量的增加而降低且存在一定的差異。孕穗期之前，地膜覆蓋的土壤貯水量高于其對應露地，揚花期后則低于其對應露地。地膜覆蓋與露地穴播的土壤鹽分隨穴播量的增加略有降低但無顯著差異，地膜覆蓋極顯著降低了0—30 cm土層土壤鹽分，但對30—100 cm土層土壤鹽分無顯著影響。

(2) 地膜覆蓋春小麥以穴播12粒的產量最高，其次為10粒；露地穴播以穴播14粒的最高，其次為16粒。地膜覆蓋與露地穴播的水分利用效率均隨穴播量的增加而增加，水分產出率露地穴播以穴播14粒的最高，地膜覆蓋以穴播10粒的最高。地膜覆蓋的春小麥產量、水分利用效率和水分產出率均高于其對應露地，經濟系數和千粒重則低于其對應露地。

(3) 河套平原地膜春小麥穴播量應為10至12粒，即為當地露地常規條播量的70%至84%。地膜覆蓋春小麥生長后期應加強水肥管理。