可降解地膜覆蓋和有機(jī)無機(jī)氮肥配施對胡麻干物質(zhì)和產(chǎn)量的影響

王月萍，郭麗琢1,，高玉紅1,，李江龍,3，劉宏勝，夏張祥

(1.甘肅省干旱生境作物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；3.海油富島(上海)化學(xué)有限公司華北分公司，河北 石家莊 050000；4.甘肅省會(huì)寧縣農(nóng)牧局，甘肅 會(huì)寧 730799)

地膜覆蓋的增溫、保墑、增產(chǎn)作用顯著，是旱地作物生產(chǎn)中重要的農(nóng)藝措施[1]。普通地膜在自然條件下難以降解且回收困難[2]，殘留污染嚴(yán)重。解決這一問題的關(guān)鍵措施之一就是替代以環(huán)保材料可降解地膜。地膜覆蓋使得作物生育前期生長速度加快，過早過多消耗了土壤養(yǎng)分和水分，容易導(dǎo)致生育后期的肥水虧缺而出現(xiàn)“生理性”早衰現(xiàn)象，減產(chǎn)嚴(yán)重[3]。地膜覆蓋下肥料的合理運(yùn)籌是發(fā)揮覆膜增產(chǎn)潛能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。有機(jī)無機(jī)肥配施可有效平衡養(yǎng)分供應(yīng)強(qiáng)度及容量和作物需求之間的關(guān)系[4-5]，在提高農(nóng)作物產(chǎn)量等方面效果顯著[6]。覆膜條件下追肥困難，若能在基肥施用中將有機(jī)和無機(jī)肥合理配合，應(yīng)能緩解或避免覆膜下的生理性早衰，充分發(fā)揮覆膜的增產(chǎn)潛質(zhì)。

胡麻(LinumusitatissimumL.)是廣布全球的特色油料作物[7]，因富含干燥性強(qiáng)的不飽和脂肪酸而被普遍應(yīng)用于除食品之外的油漆、油墨、印刷、制革等工業(yè)領(lǐng)域；對籽粒中富含的木酚素等特色有益成分功能挖掘的日漸深入，引發(fā)了以胡麻為原料的更具特色和價(jià)值的產(chǎn)品開發(fā)潮流[8]。廣泛的用途及較高的經(jīng)濟(jì)附加值，使得提高胡麻產(chǎn)量非常必要。我國胡麻主要分布于華北和西北地區(qū)的干旱半干旱地區(qū)，干旱和土壤瘠薄是低產(chǎn)的主要原因。通過覆膜改善土壤的水熱條件是旱區(qū)胡麻生產(chǎn)中常用的栽培措施。覆蓋普通地膜的研究相對較多，而可降解膜的研究極少，且覆膜下有機(jī)無機(jī)肥配施對胡麻生長及產(chǎn)量的影響鮮見報(bào)道。

本研究通過田間試驗(yàn)，探討了不同材料的地膜覆蓋和有機(jī)無機(jī)氮肥配施對胡麻干物質(zhì)積累、籽粒灌漿和產(chǎn)量的影響，以期為篩選旱區(qū)胡麻適宜的覆膜材料和施肥方式奠定理論依據(jù)和技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試點(diǎn)地處甘肅會(huì)寧縣的會(huì)師鎮(zhèn)南嘴村(35°38′03.1″N，105°03′09.3″E)，旱川地，海拔1 759 m，年均氣溫8.3℃，無霜期155 d,≥10℃有效活動(dòng)積溫2 664℃左右，平均降雨量356.70 mm，年平均蒸發(fā)量1 800 mm。試驗(yàn)?zāi)甓群樯陂g的降雨量為343.7 mm，遠(yuǎn)高于常年的平均值。

參試土壤為黃綿土，全氮1.67 g·kg-1，硝態(tài)氮5.26 mg·kg-1，銨態(tài)氮1.17 mg·kg-1，速效磷37.10 mg·kg-1，速效鉀107.99 mg·kg-1，有機(jī)質(zhì)11.36 g·kg-1，pH值8.12。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試胡麻品種為隴亞13號(hào)。試驗(yàn)開展于2018年，是在2017年基礎(chǔ)上進(jìn)行的定位試驗(yàn)。試驗(yàn)因素為地膜和氮肥種類。地膜設(shè)不覆膜(P0)、普通地膜(P1)、0.008 mm生物降解膜(P2)、0.010 mm生物降解膜(P3)和0.012 mm生物降解膜(P4)5個(gè)水平，生物降解膜的成分為生物降解塑料聚丁二酸丁二醇酯(廣東金發(fā)科技有限公司)；氮肥設(shè)不施氮(N0)、化學(xué)氮肥(N1，120 kg·hm-2)、化學(xué)氮肥與有機(jī)氮肥配合(N2，120 kg·hm-2，其中2/3為化學(xué)氮肥，1/3為有機(jī)氮肥)3個(gè)水平，化學(xué)氮肥和有機(jī)氮肥分別為尿素和肉蛋白(石家莊金太陽生物有機(jī)肥有限公司，N 3%，P2O52%，K2O 1%)。有機(jī)肥中所含的除氮之外的其它營養(yǎng)元素，均在3個(gè)施氮水平下通過施用化學(xué)肥料加以平衡。試驗(yàn)共15個(gè)處理，三次重復(fù)。

小區(qū)面積6.7 m×3 m=20.1 m2。各處理均施磷肥75 kg·hm-2、鉀肥52.5 kg·hm-2。磷肥、鉀肥分別為過磷酸鈣和硫酸鉀，N2中扣除肉蛋白所含的磷、鉀外，不足部分以化肥提供。所有肥料均基施。先施肥，后覆膜穴播。基本苗600萬株·hm-2，行距15 cm，穴距11 cm，播深3 cm。病蟲草害的防治同一般的大田管理。

1.3 測定指標(biāo)與方法

生育時(shí)期觀察與記載。

干物質(zhì)積累量[9]：烘干法，分別于出苗期、分莖期、現(xiàn)蕾期、開花期、青果期和成熟期分器官測定。

灌漿速率：現(xiàn)蕾期選取同一天現(xiàn)蕾、高度和長勢整齊一致、無傷病的植株，掛牌標(biāo)記；開花時(shí)進(jìn)行定株，即只保留同一天開花的植株，解除其余的標(biāo)簽。開花后第7天開始取樣，直至成熟，取樣間隔時(shí)間為7 d。各小區(qū)均選取主莖上相同部位的蒴果5個(gè)，剝?nèi)∽蚜?0粒，依次測定其鮮重和干重。灌漿速率( mg·d-1·粒-1) = 每次測定的籽粒干物質(zhì)增量/測定間隔天數(shù)[10]。

產(chǎn)量構(gòu)成因素：成熟期采集代表性的樣株考種，測定單株蒴果數(shù)、蒴果籽粒數(shù)和千粒重。

籽粒產(chǎn)量：以小區(qū)為單位單收單打單曬，曬干后稱重，計(jì)算產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理及分析

利用Microsoft Excel 2016處理數(shù)據(jù)和制圖，采用SPSS 24.0軟件對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)因子方差分析，Duncan法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同類型地膜覆蓋和有機(jī)無機(jī)氮肥配施對胡麻生育期的影響

由表1可知，出苗及現(xiàn)蕾，覆膜較露地分別提前4～6 d及1～2 d，普通地膜較生物降解膜分別提前2～3 d及0.3～1.3 d；覆膜較露地、普通膜較可降解膜，開花期分別滯后2～4 d及0.3～2 d，青果期分別滯后1～4 d及2～3 d；覆膜較露地生育期縮短了2～4 d，可降解地膜較普通地膜縮短1～2 d；覆膜縮短營養(yǎng)生長期5～8 d，延長生殖生長期2～7 d，可降解地膜對兩個(gè)階段時(shí)長變化的影響力度均小于普通地膜。結(jié)果表明，可降解地膜與普通地膜對胡麻生育進(jìn)程的影響差異較小；3種可降解地膜間，隨厚度增加，其對生育進(jìn)程的影響效果越接近于普通地膜，厚度較大的0.012 mm生物降解地膜與普通地膜間的差異最小。

表1 不同類型地膜覆蓋和施肥對胡麻生育進(jìn)程的影響(m-d)Table 1 Effects of different types of film mulching and fertilization on growth process of oil flax

施肥對生育進(jìn)程的影響較小，僅N2出苗較N0提前1 d，而生殖生長期的現(xiàn)蕾～青果延長了1 d。施肥與否及有機(jī)無機(jī)肥配施不影響胡麻的生育期長短。

2.2 不同類型地膜覆蓋與有機(jī)無機(jī)氮肥配施對胡麻干物質(zhì)積累量的影響

由表2可知，覆膜和施肥顯著影響除出苗之外其它各生育時(shí)期的干物質(zhì)積累量，且出苗期和成熟期覆膜的影響大于施肥，其余時(shí)期相反。這反映了覆膜的主要調(diào)節(jié)作用體現(xiàn)在群體郁閉度較小的前期和后期，而施肥的影響主要體現(xiàn)在作物對養(yǎng)分吸收較高的旺盛生長時(shí)期。覆膜和施肥的互作效應(yīng)顯著影響了分莖期、現(xiàn)蕾期、青果期和成熟期的干物質(zhì)積累量。

分莖、現(xiàn)蕾、開花、青果和成熟期的干物質(zhì)積累量，覆膜(P1、P2、P3、P4)較P0分別提高了10.76%～50.00%、23.51%～69.91%、68.11%～101.26%、77.31%～129.66%和13.03%～194.00%，P1較P2、P3、P4分別提高了15.75%～27.76%、22.69%～27.31%、19.69%～70.05%、29.52%～114.44%和12.88%～160.23%，各階段均呈現(xiàn)覆膜>露地、普通地膜>可降解膜的趨勢；降解地膜之間的差異，分莖及現(xiàn)蕾期較小(最大變幅分別為15.9%和6.6%)，開花、青果及成熟期較大(最大變幅分別為99.00%、121.00%和130.00%)；且生殖生長期均呈現(xiàn)P4大于P2、P3的趨勢，P4較P2、P3的增幅隨生育時(shí)期的推進(jìn)而增加；厚度較大的0.012 mm可降解地膜的促生作用更接近于普通地膜。這表明覆膜促進(jìn)了植株的干物質(zhì)累積，具有顯著的促生作用，且促生效果普通地膜大于可降解地膜，降解程度低的地膜大于降解程度較高的地膜。這是因?yàn)楦材び绊懥送寥赖乃疅釥顩r，前期具有較好的保溫保水作用，后期對溫度的調(diào)節(jié)作用也較為明顯；且普通地膜對水熱的改善作用大于可降解地膜，降解速度較慢的地膜保水保溫作用相對較強(qiáng)。

施氮條件下，干物質(zhì)積累量，分莖期和成熟期N2、N1比N0分別高52.41%、31.03%和37.48%、34.01%，且N2較N1高16.44%、2.59%；現(xiàn)蕾期、開花期和青果期，N2、N1比N0高28.78%～95.57%，N2、N1間無顯著差異。這表明氮素營養(yǎng)狀況的改善顯著促進(jìn)了干物質(zhì)的積累，因出苗前對營養(yǎng)的需求較少，施肥的促生作用體現(xiàn)在出苗之后的各個(gè)生育階段；而有機(jī)無機(jī)氮肥配施較單施無機(jī)氮肥的顯著促生作用主要體現(xiàn)在營養(yǎng)生長階段。

覆膜和施肥對分莖、現(xiàn)蕾、青果及成熟期的干物質(zhì)積累量均有顯著的交互作用，4個(gè)時(shí)期積累量最高的處理分別為P1N1、P1N2、P1N2和P4N2，分別比其它處理增加了6.69%～171.61%、6.69%～34.73%、25.37%～368.29%和6.69%～171.61%，表明普通地膜覆蓋下增施氮肥有利于青果及其之前各階段的干物質(zhì)積累，而0.012 mm可降解膜覆蓋下增施氮肥利于提高成熟期的干物質(zhì)積累量；覆膜下氮肥對干物質(zhì)積累的提升作用，單一速效化學(xué)氮肥主要體現(xiàn)在營養(yǎng)生長前期，而有機(jī)無機(jī)氮肥配施在整個(gè)生殖生長階段均有顯著的體現(xiàn)，這充分表明了有機(jī)無機(jī)肥配施對地膜覆蓋下生理性早衰的顯著緩解作用。

2.3 不同類型地膜覆蓋與有機(jī)無機(jī)氮肥配施對胡麻籽粒灌漿速率的影響

由圖1和表3可知，覆膜及施肥未改變籽粒灌漿速率變化的基本趨勢，各處理花后14～35 d的灌漿速率遠(yuǎn)高于7 d和42 d；覆膜顯著影響花后14 d的灌漿速率，而施氮顯著影響花后21 d和35 d的灌漿速率。

表3 不同類型地膜覆蓋與施肥對胡麻籽粒灌漿速率影響的方差分析Table 3 ANOVA results of the effects of different types of film mulching and fertilization on grain filling rate of oil flax

花后14 d籽粒灌漿速率表現(xiàn)為P1、P4>P2、P3>P0(P<0.05)，覆膜比露地提高8.98%～24.98%，P4比P3提高12.66%。覆膜主要提高了灌漿前期(花后0～14 d)的灌漿速率，而對后期無顯著影響；覆膜對灌漿速率的增加作用，以普通地膜最高，可降解地膜中厚度大者效果好，0.012 mm的可降解膜與普通地膜間，整個(gè)灌漿進(jìn)程中速率均無顯著差異。

施氮對灌漿速率的提升作用主要體現(xiàn)在灌漿中后期，花后21～42 d，施氮比不施氮的灌漿速率平均增加6.22%～11.15%；而N2較N1的灌漿速率，花后21、35 d的變幅分別為-1.13%和5.19%，可見，有機(jī)無機(jī)氮肥配施較單施氮肥，對灌漿速率的提高作用較小。

2.4 不同類型地膜覆蓋與有機(jī)無機(jī)氮肥配施對胡麻產(chǎn)量構(gòu)成因素及籽粒產(chǎn)量的影響

由表4可知，覆膜和施氮對籽粒產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素均無互作效應(yīng)，對增產(chǎn)的主效應(yīng)，施氮顯著大于覆膜。

表4 覆膜與施肥對胡麻產(chǎn)量構(gòu)成因素及籽粒產(chǎn)量影響的方差分析Table 4 ANOVA results of the influence of mulching and fertilization on yield components and yield of oil flax

對地膜因素的5個(gè)水平間進(jìn)行多重比較(圖2)，可以得出，覆膜后的籽粒產(chǎn)量較露地平均增加了12.99%～23.11%，但普通地膜與可降解地膜之間、3種可降解膜之間均無顯著差異，表明參試的3種厚度可降解地膜，具有與普通地膜同等的增產(chǎn)作用。

同理對氮肥因素的3個(gè)水平間進(jìn)行多重比較，從表5可以看出，施氮后單株蒴果數(shù)較不施肥提高18.78%～25.85%，有機(jī)無機(jī)肥配施后的單果籽粒數(shù)也較不施肥提高6.91%，施氮對蒴果和籽粒形成能力提高，使籽粒產(chǎn)量增加23.62%～25.44%(P<0.05)。有機(jī)無機(jī)氮肥配施較單施化肥，僅使單果籽粒數(shù)增加了6.91%，對籽粒形成能力的小幅增加，沒有導(dǎo)致二者籽粒產(chǎn)量之間的顯著差異。

3 結(jié)論與討論

3.1 不同類型地膜覆蓋和有機(jī)無機(jī)氮肥配施對胡麻干物質(zhì)積累的影響

0.012 mm的可降解膜對生育進(jìn)程的影響最接近普通地膜；施肥與否及有機(jī)無機(jī)肥配施不影響胡麻的生育期。

許多研究表明，生物降解膜對生育進(jìn)程的影響與普通地膜無顯著差異[11-12]，本研究也印證了這一觀點(diǎn)。降解膜的完整性持續(xù)時(shí)間和降解速率決定了其和普通地膜間的覆蓋效果差異，本研究表明，可降解地膜中，0.012 mm可降解地膜裂解程度最小，其對生育進(jìn)程的影響與普通地膜最為接近，此結(jié)果與閆曉光等[13]的研究結(jié)果一致。

無論單施無機(jī)肥或有機(jī)肥，或者是二者配施，均對作物的生育時(shí)期無顯著影響[14]，本研究也得出了相同結(jié)論。

3.2 不同類型地膜覆蓋和有機(jī)無機(jī)氮肥配施對胡麻干物質(zhì)積累的影響

覆膜的促進(jìn)生長作用以普通地膜最大，0.012 mm可降解地膜次之；有機(jī)無機(jī)氮肥配施較單施無機(jī)氮肥更有利于干物質(zhì)的積累。

地膜的降解狀況影響其保水調(diào)溫能力，進(jìn)而影響其促生作用效果。許多研究表明，因降解膜相對較高的降解速率，降解膜對作物干物質(zhì)積累的促進(jìn)作用低于普通地膜[15]。本研究中，生物降解膜和普通地膜對干物質(zhì)積累量的提高作用即如此；且進(jìn)一步證明了厚度較高的0.012 mm降解膜的促生作用優(yōu)于其他降解膜。也有研究表明，覆蓋生物降解膜和普通地膜對干物質(zhì)積累的促進(jìn)作用無顯著差異[16]。可見，降解膜的覆蓋效果因其自身的組成、試區(qū)環(huán)境條件及覆蓋作物而有所差異，應(yīng)根據(jù)具體生境下的降解狀況及由此產(chǎn)生的水熱調(diào)控差異[17-18]，因地制宜篩選適宜的可降解地膜。

無機(jī)氮肥和有機(jī)肥對干物質(zhì)積累的影響，以配施更顯著提高了最大積累速率和積累總量[19-20]。配施和單施無機(jī)氮肥的促生作用在不同生育階段存在差異。許多一季試驗(yàn)表明，配施的促進(jìn)效果主要體現(xiàn)在生殖生長的前中期[21-22]；而本研究為定位試驗(yàn)的第二年，結(jié)果表明，配施對干物質(zhì)積累的促進(jìn)作用主要體現(xiàn)在營養(yǎng)生長階段的中后期，結(jié)果差異與施肥效果的累積作用有關(guān)。有機(jī)肥肥效緩慢，長期施用對土壤性狀及作物生長狀況的改善效果才能凸顯，特別是在覆膜條件下容易產(chǎn)生生理性早衰時(shí)。

3.3 不同類型地膜覆蓋和有機(jī)無機(jī)氮肥配施對胡麻籽粒灌漿的影響

0.012 mm可降解膜對籽粒灌漿速率的影響與普通地膜間無顯著差異，有機(jī)無機(jī)氮肥配施較單施無機(jī)氮肥對灌漿速率的提高作用小。

灌漿過程分為漸增期、快增期和緩增期，對籽粒干物質(zhì)積累的貢獻(xiàn)，快增期最大，漸增期次之[23-24]，通過調(diào)控措施延長此二階段的持續(xù)時(shí)間并提高其灌漿速率，對于增加粒重至關(guān)重要。夏玉米上的研究表明，普通地膜覆蓋主要延長了漸增期的持續(xù)時(shí)間，并提升了灌漿速率，降解地膜的效用在后兩個(gè)時(shí)期才漸次展現(xiàn)[23]。而冬小麥上的研究表明，不同覆膜條件下，漸增期持續(xù)時(shí)間差異顯著，露地>降解膜>普通地膜，平均灌漿速率以降解膜下最大；其它兩個(gè)時(shí)期的持續(xù)時(shí)間均以降解膜下最長，平均灌漿速率最小[24]。本研究表明，可降解地膜和普通地膜均顯著提高了灌漿前中期的灌漿速率，0.012 mm可降解地膜與普通地膜之間無顯著差異。可見，地膜可降解與否對籽粒灌漿的影響差異，在3個(gè)階段的持續(xù)時(shí)長和速率上均有體現(xiàn)。通過覆膜種類調(diào)控增加粒重，應(yīng)因地制宜篩選適宜降解特性的地膜。

氮肥施用主要通過影響起始生長勢而調(diào)控籽粒灌漿的起始時(shí)間及速率[23]。施氮對籽粒灌漿的促進(jìn)作用主要體現(xiàn)在灌漿前期，隨之影響籽粒建成，最終使粒重增加[25]，本研究也驗(yàn)證了這一結(jié)論；本定位試驗(yàn)進(jìn)一步表明，有機(jī)無機(jī)氮肥配施較單施無機(jī)氮肥對灌漿速率的提高作用小。

3.4 不同類型地膜覆蓋和有機(jī)無機(jī)氮肥配施對胡麻產(chǎn)量的影響

參試的3種可降解地膜具有與普通地膜同等的增產(chǎn)作用，有機(jī)無機(jī)氮肥配施對籽粒產(chǎn)量的影響與單施無機(jī)氮肥之間無顯著差異。

與普通地膜覆蓋相比，降解膜的產(chǎn)量效應(yīng)因其降解狀況及覆蓋作物的水溫生態(tài)適應(yīng)性類別等而異[14,18,26-30]。降解較慢、前期相對完整的降解膜，覆蓋后的籽粒產(chǎn)量與普通地膜間無顯著性差異[13,26-28]；降解速度過快的降解地膜，保溫增墑作用有限，相對于普通地膜減產(chǎn)[18]；降解較快的可降解膜，對于喜冷涼的馬鈴薯，覆蓋后的塊莖產(chǎn)量顯著高于普通地膜處理[29]。本研究中，覆蓋生物降解膜及普通地膜下的籽粒產(chǎn)量均較露地顯著增加，但兩類地膜間的增產(chǎn)效果無顯著差異。

化肥和有機(jī)肥配施通過調(diào)控土壤養(yǎng)分的固持和釋放容量及速率而使養(yǎng)分的供需節(jié)奏趨于協(xié)調(diào)[30-31]，為作物高產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。長期定位試驗(yàn)表明，等量供氮條件下，有機(jī)無機(jī)肥配施比單施無機(jī)肥更利于籽粒產(chǎn)量的增加[32]。大豆的田間一季試驗(yàn)表明，有機(jī)與無機(jī)肥配施下的產(chǎn)量，不僅高于單施化肥，而且顯著高于常規(guī)用量150%～200%的有機(jī)肥處理[33]。本研究中，有機(jī)無機(jī)氮肥配施雖較單施無機(jī)氮肥提高了地上部分的生物產(chǎn)量，但對經(jīng)濟(jì)系數(shù)無顯著的增加作用，故配施和單施的籽粒產(chǎn)量無顯著差異。綜上，0.012 mm可降解膜在試區(qū)具有生態(tài)及產(chǎn)量效益可行性。