渗水地膜覆盖栽培的土壤水温效应及对糜子生育的调控研究

任瑞玉，何继红，董孔军，刘天鹏，张　磊，杨天育

(甘肃省农业科学院作物研究所， 甘肃 兰州 730070)



渗水地膜覆盖栽培的土壤水温效应及对糜子生育的调控研究

任瑞玉，何继红，董孔军，刘天鹏，张磊，杨天育

(甘肃省农业科学院作物研究所， 甘肃 兰州 730070)

摘要：在甘肃会宁，以陇糜5号为指示品种，研究了渗水地膜覆盖(T1)、普通地膜覆盖(T2)、露地(T3)3种种植方式土壤水分、地温效应及对旱地糜子生长发育的影响。结果表明，渗水地膜的渗水作用使其比普通地膜能接纳更多的雨水(在出苗期、抽穗期和成熟期的20～40 cm及40～60 cm耕层，均是T1>T2)，微气孔蒸发作用使得其0～20 cm耕层水分含量略低于普通地膜(在出苗期、抽穗期和成熟期的0～20 cm耕层，均是T2>T1)；与露地相比，渗水地膜和普通地膜覆盖都具有明显的增温和保温效果，且增产显著，增产幅度分别是46.79%和67.13%，但渗水地膜和普通地膜处理之间产量差异不显著。

关键词：渗水地膜；旱地糜子；土壤水分；地温；产量

在西北干旱地区，干旱缺水是制约农作物生产的重要因素，干旱造成作物减产甚至绝收。以地膜覆盖为主的地表覆盖栽培是提高旱地土壤贮水和作物产量的一个重要措施，并在北方旱区大面积推广应用[1]。渗水地膜是针对半干旱与半湿润地区发生频率达70%的小雨资源有效化利用问题，可使水分从膜面直接渗入土壤的新型地膜[2]，具有渗水、保水、增温、微通气、耐老化等功能[3]。目前，对渗水地膜覆盖产量效应方面的研究报道有小麦[4]、玉米[5-6]、高粱[7]、水地谷子[8]等，但对旱地糜子利用渗水地膜覆盖产量效应方面的影响尚未见报道。糜子(PanicummiliaceumL．)是我国北方干旱半干旱地区种植的主要小秋粮食作物[9-11]，具有抗旱、耐贫瘠、耐盐碱、早熟的特性[12-13]，在我国北方旱作农业区粮食稳产和抗旱避灾中起着重要的作用[14]。本研究通过试验，研究了渗水地膜覆盖栽培对旱地糜子生长发育的影响及土壤水温效应，旨在为半干旱地区旱地糜子利用渗水地膜覆盖栽培生产提供理论依据。

1试验材料及方法

1.1试区概况

试验设在甘肃省会宁县中川乡王河村，位于北纬35°40′，东经105°06′，海拔1 800.5 m，属半干旱地区，年降雨量约400～450 mm，无霜期130 d左右，年平均气温在10.0℃～15.5℃之间，年日照时数2 520 h。试验地前茬为小麦，试验地为旱川地，土壤为黄绵土，地势平坦。

1.2试验材料与试验设计

试验于2013年进行，供试糜子品种为陇糜5号。试验为单因素试验，分别为渗水地膜铺盖处理(T1)、普通地膜覆盖处理(T2)、露地处理(T3)3个处理，随机区组设计，设3次重复。试验于7月2日在当年小麦收获后的地块复种，小区面积4.8 m×9 m，渗水地膜和普通地膜覆盖的小区每区4膜，用穴播机穴播5行，穴距13 cm，每穴保苗2株；露地处理的小区播种方式和留苗密度与地膜覆盖的一致。地膜规格普通地膜厚度0.008 mm，宽度1.2 m，渗水地膜厚度0.006 mm，宽度1.2 m。

1.3测定项目及方法

土壤水分测定采用烘干法 ，在出苗期、抽穗期和成熟期采用三点式取样，分别测定0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm 耕层土壤水分；土壤温度在出苗期、抽穗期和成熟期采用地温仪测定耕层5、10、15、20、25 cm在8∶00、12∶00、18∶00时的温度；记载生育时期，成熟后各处理每小区随机取样10株，参照《黍稷种质资源描述规范和数据标准》[15]，分别对株高、主茎粗、主茎节数、主穗长、单株穗重、单株粒重、千粒重等性状进行室内考种，以3次重复平均值作为各处理性状指标的代表值；各处理小区单独收获、脱粒、记产。

1.4数据处理与分析

数据整理采用Excel，方差分析采用DPS，多重比较采用Duncan新复极差法。

2结果与分析

2.1不同处理耕层土壤含水量的变化

从表1可以看出，在糜子生育期不同的覆盖处理方式耕层土壤的含水量不同。比较发现，在出苗期、抽穗期和成熟期0～20、20～40、40～60 cm耕层的土壤含水量，均是渗水地膜覆盖处理(T1)>露地处理(T3)，说明渗水地膜与露地相比，具有较好的蓄水、保水效果；比较渗水地膜覆盖处理和普通地膜覆盖处理，在出苗期、抽穗期和成熟期的0～20 cm耕层，均是T2>T1，3个时期的差值分别是0.6%、0.2%、3.1%，可见在出苗期和抽穗期的0～20 cm耕层，普通地膜下的含水量略高于渗水地膜，但在成熟期普通地膜由于大雨侧渗使得膜下含水量明显高于渗水地膜下的含水量；在20～40 cm及40～60 cm耕层，均是T1>T2，两者之间差值在0.1%～1.5%之间，而且在干旱少雨的抽穗期，两者差值较大，达到1.5%，说明渗水地膜在降雨量较小时能接纳更多的雨水，蓄水、保水的能力强于普通地膜。从糜子不同生长发育阶段相同处理的耕层土壤含水量变异系数来看， T2>T1>T3，说明不同生育期各耕层土壤含水量的差异是普通地膜>渗水地膜>露地。

表1　各处理不同阶段耕层土壤含水量/%

2.2不同处理耕层土壤温度的变化

从图1、图2、图3可以看出，3种处理方式，在不同生育期、不同时间段测定的地温变化较大。渗水地膜覆盖的处理与露地处理相比，在出苗期的8∶00、12∶00、18∶00测定的5、10、15、20、25 cm各土层平均温度分别是22.8℃、28.8℃、32.6℃和20.2℃、24.5℃、28.1℃，渗水地膜下的各耕层平均温度比露地分别高出2.6℃、4.3℃、4.5℃；在抽穗期的8∶00、12∶00、18∶00测定的5、10、15、20、25 cm各土层平均温度分别是22.2℃、25.0℃、25.9℃和20.1℃、23.0℃、23.3℃，渗水地膜下的各耕层平均温度比露地分别高出2.1℃、2.0℃、2.6℃；在成熟期的8∶00、12∶00、18∶00测定的5、10、15、20、25 cm各土层平均温度分别是12.0℃、17.4℃、18.4℃和10.5℃、15.8℃、17.0℃，渗水地膜下的各耕层平均温度比露地分别高出1.5℃、1.6℃、1.4℃，可见，在不同生育期，渗水地膜下的各土层平均温度，比露地高出1.4℃～4.5℃，说明在此试验中渗水地膜覆盖具有提高土壤耕层温度的作用。渗水地膜覆盖处理与普通地膜覆盖处理相比，在出苗期、抽穗期和成熟期的8∶00、12∶00、18∶00测定的5、10、15、20、25 cm各土层平均温度趋势都是T2>T1，两者之间差值在0.2℃～3℃之间，而且发现在气温较低时，测定的T1和T2之间温差较小，两者之间差值在0℃～1℃左右，而在温度较高时测定的T1和T2之间温差较大，例如在出苗期的12∶00测定的5 cm和10 cm耕层的温度，T2为42.1℃和38.9℃，而T1为38.6℃和32.0℃，说明在温度较高时渗水地膜的微气孔张开，具有调温作用，使得渗水地膜覆盖下的地温在气温较高时明显低于普通地膜覆盖下的地温，这能起到保护作物根部的作用，有利于作物生长发育。

图1　出苗期不同处理耕层土壤温度变化

图2　抽穗期不同处理耕层土壤温度变化

图3成熟期不同处理耕层土壤温度变化

Fig.3Soil temperature variations at different layers by treatments at maturation stage

2.3不同处理对糜子生育期及农艺性状的影响

从表2可以看出，利用渗水地膜覆盖的糜子成熟期比露地提前6 d、株高比露地的高出20.69 cm、主穗长比露地长2.71 cm、株穗重比露地重2.17 g、株粒重比露地重2.62 g、千粒重比露地重1.15 g，而且以上各指标渗水地膜和露地处理间均达到差异显著水平，说明利用渗水地膜覆盖与露地相比，具有明显缩短糜子生育期、提高糜子农艺性状的作用，这有利于作物获得更高的产量；渗水地膜处理与普通地膜处理相比，糜子成熟期推后2天，主穗长、株穗重、株粒重略高于普通地膜处理的，而茎粗、茎节数、株高、千粒重、出谷率略低于普通地膜处理的，但两处理各指标之间的差异均不显著，说明渗水地膜和普通地膜同样具有缩短糜子生育期，提高糜子农艺性状的作用。

表2　各处理生育期及农艺性状

注：不同字母表示差异显著(P<0.05)，数值为平均值±标准差。

Note: Different letters mean significant difference at 0.05 probability level. Values are means±SE.

2.4不同处理对糜子产量的影响

从表3可以看出，利用渗水地膜覆盖的处理与露地处理相比，糜子的产量提高了647.85 kg·hm-2，渗水地膜处理比露地处理的糜子增产幅度达到46.79%，两种处理的产量差异达到显著水平，说明渗水地膜处理和露地处理相比，增产显著；渗水地膜处理与普通地膜处理相比，其糜子产量低于普通地膜处理的产量，但两处理之间的糜子产量差异不显著，说明在此试验中，渗水地膜覆盖和普通地膜覆盖与露地相比，都具有显著的增产作用，但渗水地膜覆盖与普通地膜覆盖处理相比，对糜子产量而言，差异不显著。

表3　不同处理间产量差异

3讨论

渗水地膜具有渗水、保水、增温、微通气等功能[3]。张全发等[6]研究指出：渗水膜的主要功能之一是使小雨充分入渗， 达到最大限度地利用，渗水地膜具有微通透性，不仅可以将小雨及时入渗， 而且当膜下温度增高时膜孔开张又具有调温作用。这种调节极端最高温度的作用是其它任何普通地膜所不及的；薛玉华[16]研究表明：渗水地膜具有渗水性、保水性、调温性，在春季或气温较低的季节，渗水地膜与普通地膜有相似的保温增温效应，渗水地膜的膜下地温仅比普通地膜的低1℃左右。在盛夏或高温季节(气温35℃)时。渗水地膜下的地温明显低于普通地膜下的地温，且随气温的升高与普通地膜下的温差增大。这样，在低温季节利于作物生长．在高温特别是极端高温季节或高温时刻由于比普通地膜的地温低，更能起到护根和促进作物生长的作用。原红娟等[17]的研究指出渗水地膜做到了在土壤含水量高于普通地膜的情况下而土壤温度略高于普通地膜或与其持平，而且土壤温度较为稳定，同时增强了土壤的通气性；徐澜等[18]研究表明：渗水膜覆盖旱作玉米能显著地改善土壤水、温条件，水分利用效率增加，最终表现为产量的增加。李开宇等[19]研究表明：渗水地膜的增温、缓温效应，提高了土壤的温度，使土壤温度的变化幅度较小，在晴天中午其温度低于露地，避免根系受到高温危害；不同覆盖方式均能增加玉米产量，其中以渗水地膜覆盖增产效果最为明显。

本试验研究表明：① 不同覆盖方式的糜子栽培试验土壤含水量存在一定的差异，渗水地膜在降雨量较小时能接纳更多的雨水，蓄水、保水的能力强于普通地膜，这一结论与张全发等[6]、原红娟等[17]。学者的研究结论一致，同时本研究表明，微气孔蒸发作用使得其0～20 cm耕层水分含量略低于普通地膜，这一结论以上学者的研究中未提及；② 与露地相比，渗水地膜和普通地膜覆盖都具有明显的增温和保温效果。当气温较低时，渗水地膜与普通地膜有相似的保温增温效应，在温度较高时渗水地膜的微气孔张开，具有调温作用，使得渗水地膜下的温度明显低于普通地膜，这一结论与张全发等[6]、薛玉华[16]、李开宇等[19]学者的研究结论一致；③ 渗水地膜覆盖处理和普通地膜处理与露地处理对比，具有缩短糜子生育期，改善糜子农艺性状，显著提高糜子产量的作用，这点与以上学者的研究结论一致。

本试验研究还表明：利用渗水地膜覆盖的糜子成熟期比普通地膜覆盖的推迟2 d，渗水地膜覆盖处理下糜子产量略低于普通地膜覆盖处理下的糜子产量，但两处理之间产量差异不显著；这一结论与郭秀卿等[20]、李开宇等[19]研究结论有所不同，这可能与本试验是在麦后复种，生长季节主要8—9月份，与4—7月份相比，当季雨水相对较为充足，尤其热量不足，而渗水地膜膜下含水量与普通地膜下含水量差异不显著，温度略低于普通地膜膜下温度有关，具体情况还需要进一步研究探讨。

参 考 文 献：

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Study of water-permeable plastic film mulching on soil moisture and temperature and growth and development regulation of broomcornmillet

REN Rui-yu, HE Ji-hong, DONG Kong-jun, LIU Tian-peng, ZHANG Lei, YANG Tian-yu

(CropResearchInstitute,GansuProvinceAcademyofAgriculturalSciences,Lanzhou,Gansu730070,China)

Abstract：In Huining county, Gansu province, Longmi 5 was used as the indicator cultivar to study the effects of water-permeable plastic film mulching, common plastic film mulching and no mulching on soil moisture and temperature, growth and development of broomcornmillet. The result showed that water-permeable plastic film with moisture permeable function was more effective on the water retention than common plastic film. However, micropore evaporation of the water-permeable plastic film caused moisture content slightly lower than that of the common plastic film at 0～20 cm soil layer. Compared with open ground, water-permeable plastic film and common plastic film had obvious effects on heat insulation and temperature increasing, which significantly increased broomcorn millet yield by 46.79% and 67.13%, respectively. However, there was no significant difference in yield between plastic film mulching modes.

Keywords:water-permeable plastic film; dry land broomcornmillet; soil moisture; soil temperature; yield

中图分类号：S516

文献标志码：A

作者简介：任瑞玉(1966—)，主要从事小杂粮育种与种质资源研究。 E-mail:lzhrry2006@163.com。通信作者：杨天育(1968—)，主要从事小杂粮育种与种质资源研究。 E-mail:13519638111@163.com。

基金项目：国家科技支撑计划(2014BAD07B03)；国家现代农业产业技术体系(CARS-07-12.5-A5)；甘肃省农业科学院院地科技合作项目(2014GAAS10)

收稿日期：2015-04-01

doi:10.7606/j.issn.1000-7601.2016.02.12

文章编号：1000-7601(2016)02-0076-05