基于灰色關聯法評價覆膜方式對旱地谷子生長特性及產量的影響研究

中圖分類號：S512 文獻標識碼：A 文章編號：0488-5368（2025）07-0008-07

Effects of Mulching Methods on Growth Characteristics and Yield of Foxtail Millet in Dryland Areas Based on Grey Relational Analysis Method

WANG Zhihao ^1，2 ，LONG Jiawen1，2， YANG Shuangshuang2，ZHOU Tianyou2，LIU Qinhui2 WANG Xiaolin ^2，3 ，ZHANG Xiong23，J Xiaoling2，3 （1.Xinhe County Rural Revitalisation serviceCentre，Xinhe，Xinjiang 8421oo，China; 2.CollegeofLife Sciences，YulinUniversity，Yulin，Shaanxi719ooO，China； 3.Shaanxi Provincial EngineeringandTechnology Research Center for Crop Water-Saving intheAridAreasof NorthernShaanxi，Yulin，Shaanxi719OoO，China）

Abstract： To explore the effects of diferent mulching methods on the growth characteristics and yield of foxtail millet in dryland areas of the Loess Plateau，this study evaluated six treatments ： biodegradable film mulching （M1），water -permeable film mulching （M2），black plastic film mulching （M3），white plastic film mulching （M4），ridge-furrow plastic film mulching（M5），and bare land cultivation（CK）.The effcts on the soil hydrothermal environment，chlorophyll content，plant height，aboveground biomass accumulation，and yield were analyzed，and a comprehensive evaluation was conducted using the grey relational analysis method.The results showed that （1）M4 and M5 treatments significantly increased soil moisture by 12.0%～23.8% and soil temperature by 1.0%～23.8% （ plt;0.05 ）at both the jointing and maturity stages.（2）M5 significantly enhanced plant height by 12.4%～34.9% ，chlorophyll content by 8.3%～11.7% ，aboveground biomass accumulation by 25.7%～241.6% ，and thousand -kernel weight by 118.4% （ ）throughout the growth period.（3） Compared to CK，M4 and M5increased grain yield by 77.7% and 121.0% ，respectively.（4）The comprehensive grey relational grades for treatments were：CK（0.57），M1（0.74），M2（0.67），M3（0.61），M4 （0.75），and M5（O.88）.Overall，all mulching methods effectively improve foxtail millet growth and yield in dryland conditions，with the performance ranking as follows： M5gt;M4gt;M1gt;M2gt;M3 ：

KeyWords：Mulching method；Dryland foxtail millet；Yield；LoessPlateau region

干旱和半干旱地區占世界陸地面積的近40% ，覆蓋50多個國家或地區，耕地面積達到了14億 hm² ，其中 85%～90% 用于旱地耕作[1，2]。在中國，約三分之一的耕地屬于旱地農業，其中約40% 位于黃土高原[3]。黃土高原地區擁有豐富的光照和能源資源，是理想的旱地農業發展地區。然而，黃土高原地區面臨著缺水、水土流失、霜凍、風沙以及生產技術落后等挑戰[4]。在眾多農業的技術中，地膜覆蓋技術的增溫、保和除草等作用在很大程度上解決了黃土高原地區農業生產能力脆弱的問題[5]

谷子作為重要的糧食作物，其品質和產量的提升對糧食安全具有重要的意義。地膜覆蓋技術是農業生產中的一項重要農藝措施，廣泛應用于各類農作物[6.7]。地膜覆蓋能改善谷子生長過程中的水分利用特性、增加作物生殖生長階段的蒸騰作用、干物質的累積和冠層的形成等，從而顯著提高水分利用效率和產量的形成[8]。生物降解地膜覆蓋種植在使用后可被土壤生物降解，在節省勞動力和處理成本的同時還能保護生態系統[9，10]。當供水不足或自然降雨量較低時，傳統地膜覆蓋會阻止土壤吸收雨水，而滲水地膜覆蓋種植則能有效收集滲過地膜的雨水。滲水地膜覆蓋種植具有滲水、保濕、增溫和通氣等多重功效。因此，它能有效收集滲人地膜的雨水[9，10]。黑色地膜覆蓋種植可以限制光照和光合作用，進而影響作物生長[]。此外，雙壟溝地膜覆蓋種植在半干旱地區越來越受歡迎。雙壟溝地膜覆蓋種植能有效收集小雨，截留大雨徑流，減少蒸發[12]

當前，關于黃土高原地區旱地農業的研究多聚焦于單一覆膜處理對作物生長及產量的影響[13-15]，缺乏系統比較多種覆膜方式下作物生長特性及產量形成機制的全面分析。盡管已有研究認識到覆膜處理對土壤水熱環境的改善作用[15，16]，但針對特定作物（如谷子）在不同覆膜模式下的生長響應及產量潛力挖掘尚不充分。此外，關于覆膜處理如何影響作物生理生化特性（如葉綠素含量、生物量累積等）進而促進產量提升的具體機制尚需進一步深人探討。因此，本研究在旱地谷子栽培中，通過系統分析生物降解地膜覆蓋種植（M1）滲水地膜覆蓋種植（M2）、黑色地膜覆蓋種植（M3）、白色地膜覆蓋種植（M4）雙壟溝地膜覆蓋種植（M5）與裸地種植（CK）六種處理對其土壤水熱環境、生長特性及最終產量的影響并使用灰色關聯法進行綜合評價，旨在揭示覆膜處理對旱地谷子生長和產量的影響機制，為優化覆膜技術、提高農業生產效益提供科學依據。

本研究采用田間試驗的方法，以旱地谷子為研究對象，通過六種不同的覆膜處理對旱地谷子在不同生育期間的土壤含水量、土壤溫度、株高、葉綠素含量、生物量累積、產量及產量構成要素等生長指標進行測定和分析，并使用灰色關聯法進行綜合評價。旨在探討不同覆膜方式下土壤水熱效應變化規律，不同覆膜方式下谷子形態發育、葉綠素含量、地上部生物量累積及分配規律，不同覆膜方式對谷子產量的影響及不同覆膜方式對旱地谷子栽培的綜合效應。篩選出合適黃土高原地區的旱地谷子種植覆膜方式，為這一地區谷子實現豐收和優質栽培提供一定的理論依據和切實可行的技術指導。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗田位于省榆林市神木市趙家溝（ 37^° 49^′～38^°58^′N ， 108^°58^′～110^°24^′E） 。屬暖溫帶和溫帶半干旱早期大陸性季風氣候，四季分明，日照差異明顯，無霜期短。該地區光能資源豐富，年日照時數為 2739～2914h ，日照百分率為 62% ～66% 。年平均氣溫在 7.9～8.5°C 之間， ?5C 積溫達 3397^°C ，持續時間為 154～176d 。無霜期為134～153d. 。該地區年降雨量在 316.4～513.3 mm 之間，平均為 412.4mm 。大部分降雨發生在6月至9月，占 69%～76% 。該地區容易遭受各種氣象災害，包括干旱、霜凍、暴雨、大風和冰雹。干旱、冰雹和霜凍的危害尤為嚴重，幾乎每年都會發生。

1.2 材料

供試的谷子品種為山西省農業科學院經濟作物研究所選育的“晉谷21號”。生物降解地膜、滲水地膜、黑色地膜、白色地膜、均由靖邊華偉塑業有限公司生產，其中雙壟溝覆膜采用白色地膜。

1.3 試驗設計

在2019年采用常規耕作法進行整地、翻地、起壟和分塊，各處理均采用起壟種植。小區面積為30m² ，每塊地 5m×6m ，行距 50cm ，株距 5cm 。小區間距為 0.5m ，以防止土壤濕度和養分流失。種子風干后，成簇播種在膜際 3～5cm 的地膜中，覆土并壓實。

試驗采用隨機區組設計，設6個處理，重復4次。裸地種植（CK）、生物降解地膜覆蓋種植（M1）、滲水地膜覆蓋種植（M2）、黑色地膜覆蓋種植（M3）、白色地膜覆蓋種植（M4）和雙壟溝地膜覆蓋種植（M5）。

1.4 測定方法

1.4.1土壤含水量和溫度的測定在拔節期、揚花期和灌漿期采用烘干法測量 0～30cm 處的土壤含水量，每個小區重復3次。采集到的樣本迅速密封在鋁盒中并做上標記，送往實驗室后立即對濕土進行稱重，記錄數據，在 105^°C 的烤箱中烘烤以保持重量恒定，并對烘烤后的土壤重量進行稱重。

在拔節期、揚花期和灌漿期使用角桿土壤溫度計測量谷子 0～30cm 土層的土壤溫度，每個小區取3個重復。

1.4.2葉綠素含量的測定在拔節期、揚花期和灌漿期，每個小區隨機選擇20株谷子植株的頂三葉測定葉綠素含量。

1.4.3地上部生物量的測定在拔節期、揚花期、灌漿期和成熟期，隨機選取5株谷子測定地上部生物量，將其分成莖葉、穗，然后在 65^°C 的烘箱中烘干至恒重，稱重測定生物量。

1.4.4產量及農藝性狀的測定在成熟期從每個小區的中心隨機抽取20個相同植株的樣本，在實驗室測量株高、穗長、穗粗、千粒重和產量。

1.4.5灰色關聯法計算每個對應點的參考序列（Y₀ ）與比較序列（ Y_i ）之差的絕對值如下：

其中， Y_i 和 Y₀ 分別為比較級數和參考級數每個試驗指標（最大值）用參考序列的值表示。

在使用該方法時，對原始數據進行了標準化處理，各指標的評價必須根據參考系列數據轉化為實際值。消除了各指標大小的影響[17]。使用公式Υ_i（k）= 參考數據/原始數據序列進行無量綱化，將數據轉換到0，1的區間。

隨后，利用二階最大值（ Υ_i（k）_max， ）與二階最小值 （Υ_i（k）_min ）之差確定相關系數，如下：

ξ_i（k）=rY₀（k），Y_i（k）=

式中， ξ_i（k），Y 和 Y_i 分別為參考曲線和 k 點的相對值。 Y 序列在 1?i?m 時為正，在 k 點處，僅在 處， i（k） 為絕對值， ρ 為 0～1 范圍內的分辨系數。 Δ_Max 和 分別為各點絕對差值的最大值和最小值。這里， ?_Sρ 被人為地設置為0.5。

最后，對不同覆膜方式下旱地谷子的生長和產量進行了綜合評價，綜合評價值 G_k 的公式可以表示為：

1.5 數據統計和分析

使用SPSS26.0統計軟件評估了不同覆蓋方式對谷子的土壤含水量、土壤溫度、株高、葉綠素含量、生物量和產量。然后，進行了單因素方差分析、多重比較（LSD），圖表中的數據為均值 ± 標準差。圖表使用 0rigin2021 和ArcGIS10.8生成。

2 結果與分析

2.1不同時期不同覆膜方式下谷子地土壤含水量差異

由圖1所示，不同的覆膜方式種植對谷子土壤含水量有明顯差異。在拔節期，各覆膜處理相較于未覆膜對照（CK）均展現出土壤含水量的提升，其中M4與M5處理分別顯著提高了 12.5% 和18.8% 的土壤含水量（ plt;0.05 ，為谷子初期生長提供了更為有利的水分環境。在揚花期，各覆膜處理繼續促進土壤含水量的提高，其中M5處理的土壤含水量較CK顯著提高了 12.2% （ plt;0.05 ，對保障谷子花期正常生理活動及授粉過程至關重要。在成熟期，M4與M5處理分別顯著提高了 12.0% 和 15.5% 的土壤含水量（ plt;0.05 ），為谷子產量的穩定和品質的提升奠定了堅實的基礎。

圖1不同覆膜方式下谷子地土壤含水量

注：CK（裸地種植）;M1（生物降解地膜覆蓋種植）；M2（滲水地膜覆蓋種植）;M3（黑色地膜覆蓋種植）： M4 （白色地膜覆蓋種植）;M5（雙壟溝地膜覆蓋種植）;柱狀圖上部不同小寫字母表示處理間差異顯著， α=0.05 。下同。

2.2不同時期不同覆膜方式下谷子地土壤溫度差異

由圖2所示，覆膜處理在谷子各生育階段對土壤溫度有顯著調控作用。在拔節期，各覆膜處理相較于CK均顯著提高了土壤溫度（ _.plt;0.05 ，具體增幅分別為M1（ 3.8% ）、M2（6. 2% ）、M3（7.5% ） .M4（23.3%） 和M5（ 23.8% ），為谷子初期生長提供了有利的溫度條件。在揚花期，覆膜處理對土壤溫度的影響發生了逆轉。與CK相比，各覆膜處理顯著降低了王壤溫度（ _.plt;0.05 ），具體降幅為M1（ 4.2% ）、M2（ 7.5% ）、 M3 （ 10.6% ）、M41 11.9% ）和 M5（15.0%） 。在成熟期，覆膜處理再次表現出對土壤溫度的積極影響，各覆膜處理相較于CK均顯著提高了土壤溫度（ ），增幅分別為M1（ 1.3% ）、 M2 （1. 0% ）、M3（ 2.8% ）、M41 （4.0% ）和 M5（3.5%） 。

圖2不同覆膜方式下谷子地土壤溫度

2.3 不同時期不同覆膜方式下谷子株高的差異

由圖3所示，覆膜處理在谷子各生育階段對株高有積極的促進作用。在拔節期，覆膜處理的谷子株高顯著高于C K（plt;0.05） ，其中M5處理的株高相較于CK顯著提高了 32.7% 。在揚花期，M4與M5處理的株高顯著高于CK及其他覆膜處理（ plt; 0.05），相較于CK分別顯著提高了 31.5% 和

34.9% 。在灌漿期時，M5處理的株高顯著高于CK、M3及M4處理 ?plt;0.05） ），相較于CK的株高顯著提高了 13.3% ，為谷子生長關鍵期對株高維持與增及最終產量的形成具有積極作用。在成熟期，M5處理的株高再次顯著高于其他處理組（ plt; 0.05），相較于CK的株高顯著提高了 12.4% 。

圖3不同覆膜方式下谷子株高的差異

2.4不同時期不同覆膜方式下谷子葉綠素含量的差異

如圖4所示，不同的覆膜方式對谷子葉綠素含量影響顯著。M4和M5處理在拔節期分別顯著提高了谷子 5.8% 和 8.3% （ plt;0.05 的葉綠素含量。在揚花期，M1、M4及M5處理進一步彰顯了其優勢，葉綠素含量較CK與M3處理顯著提高， M1?M4 和M5處理較CK分別顯著提高了 14.7% 、17.2和11.7% （ plt;0.05 。在成熟期，M5處理持續展現其優勢，葉綠素含量較CK顯著提高了 8.8% （ plt; 0.05），為旱地谷子光合作用與最終產量奠定了堅實基礎。

圖4不同覆膜方式下谷子葉綠素含量差異

2.5 不同覆膜方式下谷子地上部生物量的累積與分配

由圖5所示，覆膜處理對谷子各生育期地上部的生物量累積差異顯著。在拔節期，M4和M5處理的生物量顯著高于CK及其他覆膜處理（ plt; 0.05），較CK分別顯著提高了 285.2% 和 1241.6% 。在揚花期時M4與M5處理的優勢依然顯著，其生物量累積較CK分別提高了 122.5% 和 121.0% （ p lt;0.05 ）。在灌漿期，M5處理的生物量累積顯著高于其他處理（ （plt;0. 05 ），其中較CK提高了25.7% 。在成熟期M4和M5處理的生物量累積顯著高于其他處理（ plt;0.05 ），分別較CK顯著提高了 29.1% 和 47.6% 。

圖5不同覆膜方式下谷子生物量的累積

注：T1（拔節期）;T2（揚花期）;T3（灌漿期）;T4（成熟期）;柱狀圖上部不同小寫字母表示處理間差異顯著， α=0.05 ，條形圖表示 sp 0

2.6不同覆膜方式下谷子的產量及構成變化

由表1所示，覆膜處理顯著影響了旱地谷子的產量。各覆膜處理較裸地種植的旱地谷子產量均有所提高，分別為M1 （12.4% ）、M2（ 13.7% ）、M3（21.4% ） .M4（77.7% 和M5 （121.0% ），其中M4和M5處理的產量提高顯著 （plt;0.05） 。較裸地種植（CK），各覆膜處理均增加了谷子穗長、穗粗和千粒重。其中M1和M2處理分別顯著提高了谷子的穗長和穗粗（ _.plt;0.05） ，較CK分別顯著提高了36.4% 、 28.6% 的穗長和 200.0% ！ 156.5% 的穗粗。M4和M5處理較CK的千粒重分別顯著提高了谷子 86.0% .118.4% 的千粒重。M4和M5處理有效的增加了旱地谷子的千粒重。

表1不同覆膜方式下旱地谷子穗長、穗粗、千粒重和產量

2.7 灰色關聯分析

如表2所示，不同覆膜處理下旱地谷子生長特性和產量的灰色關聯系數存在較大差異。該分析通過計算灰色關系系數，量化了各處理與理想生長狀態之間的關聯程度，進而評估不同處理對旱地谷子生長發育的影響。結果顯示，M5處理以0.88的綜合評價值達到最高。其次的M1（0.74）和M4（0.75）處理也表現出對旱地谷子生長發育的顯著促進作用。此外，M2（0.67）和M3處理（0.61）相比CK（0.57）也分別表現了良好的關聯度。

表2不同覆膜方式下旱地谷子灰色關聯分析

3 結論與討論

本研究通過對不同覆膜方式下旱地谷子土壤水熱環境、葉綠素含量、株高、生物量累積及產量的研究，揭示了覆膜技術的顯著正面效應。

降水和灌溉是干旱和半干旱地區土壤水分的主要來源，蒸散損失是土壤水分損失的主要形式，受土壤特性、氣象因子（降水、蒸散、氣溫和太陽輻射）、作物（作物生育期、植被覆蓋度等）的影響[18]。地膜覆蓋后，不同程度阻礙了土壤水分的蒸散通徑，有效減少了土壤水分的無效蒸散，從而達到保蓄水分和提高土壤濕度[19]。在本研究中，覆膜處理顯著提升了土壤水分保持能力（圖3），尤其在拔節期與成熟期，M4與M5處理分別顯著提高了 23.3%.23.8% 與 12.0%.15.5% 的土攘含水量，為谷子生長提供了穩定的水分供應，促進了地上部分的發育。

土壤溫度的變化是太陽輻射平衡、土壤熱量平衡和土壤熱學性質相互作用共同影響的結果[20]在本研究中，覆膜處理展現了其靈活性與高效性（圖2）。拔節期，覆膜處理有效提高了 3.8% ～23.8% 的土壤溫度，加速了種子萌發與幼苗的生長；而揚花期，則通過減少太陽直射降低了 4.2% ～15.0% 的土壤溫度，緩解了高溫對谷子敏感生理過程的負面影響。在成熟期，覆膜處理再次有效提高了土壤溫度，雖然提高幅度相對較小（ 1.0% ～4.0% ），但這對于促進旱地谷子的成熟和品質提升具有重要的意義。

株高、生物量和葉綠素含量共同決定了谷子的生長狀況、光能利用效率、養分吸收能力，對谷子的最終的產量和品質有重要的影響[21]。本研究中，M5處理顯著促進了谷子株高增加與地上部生物量累積（圖3和圖5），尤其是在拔節期和揚花期，分別顯著提高了 32.7%.34.9% 的株高和241.6% 、121.0%的地上部生物量累積，這為其光合作用及后續產量形成奠定了良好基礎。此外，M5處理顯著促進了旱地谷子葉綠素含的合成，全生育期顯著提高了 8.3%～11.7% 的葉綠素含量，這有效增強了光合效能，從而促進了干物質積累與產量增長（圖4）。

產量作為作物生產的核心指標，直接反映了作物單位面積上的生產能力和經濟效益，對農業生產的可持續性、農民的收入水平以及全球糧食安全具有決定性影響[22]。在本研究中，各覆膜處理相較于裸地種植均實現了產量的提升（表1），其中M4與M5處理分別實現了 77.7% 與 121.0% 的產量提升，展現了該覆膜技術在旱地谷子增產中的巨大潛力。同時覆膜還優化了穗部性狀，如穗長、穗粗與千粒重（表1），提升了谷子的商品價值與市場競爭力。

灰色關聯分析通過綜合評價，避免了傳統方法通過單一指標評價引起的片面、不可靠的情況，為探討不同覆膜處理對旱地谷子的生長特性及產量的影響提供了更加全面、更加準確可靠的參考依據[23]。本研究中，M5 處理在綜合評價值上表現最優（0.88），成為促進旱地谷子生長發育的最佳覆膜方式。M1（0.74）、M2（0.67）、M3（0.61）和M4（0.75）處理雖綜合評價值低于M5，但相較于CK（0.57）均表現出不同程度的改善作用，進一步驗證了覆膜技術的廣泛適用性和有效性。

綜上所述，本研究說明了覆膜處理在旱地谷子生產中的積極作用，通過精細調控土壤水分與溫度，促進植株生長與光合作用，最終顯著提升地上部生物量累積與產量。未來研究應深人探索不同覆膜材料、厚度及覆蓋方式的優化策略，以進一步提升生產效益并促進環境友好型農業的發展。

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