玉米田覆盖化学除草地膜对后茬冬小麦生长发育的影响

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(1.平凉市农业科学院，甘肃 平凉 744000；2.甘肃省农业科学院 植物保护研究所，甘肃 兰州 730030；3.北京市农林科学院 植物保护环境保护研究所，北京 100097)

0 引 言

冬小麦是我国重要的粮食作物，其生产能力和供需状况事关国民经济发展和粮食安全等重大战略问题。甘肃省常年播种冬小麦面积为72.2万 hm2，占粮食作物总面积的26%、小麦总面积的60%，主要分布在河东的陇东黄土高原、陇西黄土高原的渭河上游及陇南地区，其中陇东黄土高原占到52.3%[1]。覆盖栽培是确保我国北方旱作农业区粮食增产增收的重要保证[2-3]，其中全膜双垄沟播技术是甘肃省大力推广应用的抗旱新技术，全省采取全膜双垄沟栽培的玉米面积超过66.7万hm2[4]，占全省旱作玉米总面积的80%以上，全膜双垄沟播玉米已成为冬小麦最主要的前茬作物。

地膜是全膜双垄沟播玉米栽培中必需的覆盖资料，生产中广泛应用的为普通白色地膜(以下简称白色地膜)，但该种地膜对全膜双垄沟播玉米田的控草作用较差，易导致杂草大发生，对玉米生长发育会造成严重影响[5]。现阶段,主要采取覆膜前地面喷施土壤封闭除草剂、在玉米生长期定向喷施茎叶除草剂和人工拔草等方法防控杂草，但这些措施不能将农艺和农机措施有机结合起来，劳动强度大，生产成本高，并存在较大的药害和环境污染风险，不宜大面积应用。化学除草地膜是在白色地膜生产原料中加入化学除草剂并经特殊工艺制成的具有除草功能的一种农用覆盖薄膜，具备增温、保墒和除草等多重作用，现已广泛应用于普通栽培方式(除全膜双垄沟播之外的其它栽培方式)下的多种作物田[6-11]，也被成功应用于全膜双垄沟播玉米田。以往的研究结果表明，全膜双垄沟播玉米田覆盖化学除草地膜不但可有效防除田间杂草，显著提高玉米产量，还可实现除草剂施用与农机措施的有机配套，从而大幅度提高农业机械化水平和农业生产效率，具有大面积推广的应用价值，是机械化精准防除全膜双垄沟播玉米田杂草的新途径[12]。大量的研究[13-24]表明，一些常用除草剂特别是施用长效除草剂后，残留于土壤中的有效成分对后茬作物存在不同程度的安全问题，甚至会引起较严重的环境污染[25]，是除草剂应用中值得重视和亟待解决的问题。化学除草地膜中的除草剂成分进入土壤后对后茬作物的影响则鲜有研究报道，有研究表明，在覆盖过化学除草地膜的全膜双垄沟播玉米田可安排种植后茬亚麻[22]，但对冬小麦等后茬作物的安全性尚不明确，为了探明其作用效应，笔者于2014-2015年在陇东旱塬区代表性区域，试验测定了覆盖化学除草地膜对后茬露地冬小麦出苗、株高、分蘖、生物量、穗部性状及产量的影响，以期为合理安排冬小麦适宜茬口提供科学依据。

1 材料和方法

1.1 试验区概况

试验安排在甘肃省泾川县高平镇上湾村 (35°17′26.6″N，107°29′43.8″E)，该村位于六盘山以东的泾川县南部塬区，海拔1 360 m，常年日照时数2 263 h ，平均气温10.3℃，年降水量540 mm，7-9月降水量占年降水量60%左右，年蒸发量1 466 mm，无霜期189 d。冬季至春季多风少雨，气候干燥，夏季多伴有初夏旱和伏旱，是典型的旱作农业区。试验地土壤为覆盖黑垆土，黄绵土质，其地面平整，土层深厚，田间持水量24.3%，pH 8.1，有机质12.4 g·kg-1，全氮0.94 g·kg-1，全磷0.56 g·kg-1，土壤颗粒中黏粒占33.7%。2014年和2015年春至初夏均较为干旱，2014年秋季降水较充足，与常年气候状况基本吻合。

1.2 供试材料

本文供试覆盖材料为化学除草地膜和白色地膜，其厚度均为0.01 mm，宽度均为1 200 mm，前者由广东省生物工程研究所生物材料研发中心研制生产，后者由天水天宝塑业有限责任公司生产；冬小麦品种为‘普冰9946’，由西北农林科技大学食品科学与工程学院及中国农业科学院作物科学研究所育成。

1.3 试验设计

试验设2个处理：在覆盖化学除草地膜的全膜双垄沟播玉米田以露地栽培方式种植后茬冬小麦(HXM)；在覆盖白色地膜的全膜双垄沟播玉米田以露地栽培方式种植后茬冬小麦(BSM)，该处理为对照(CK)。试验采取随机区组设计，小区面积4.45 m×4.50 m=20 m2，重复3次。

当年春季(4月23-24日)，各处理均按半干旱地区全膜双垄沟播技术规程[26]播种当茬玉米。播前，各小区四周均筑起土埂并按小区等量施入尿素和磷酸二铵，施用量分别为300 kg·hm-2和225 kg·hm-2；随后依次耙地、起垄、覆膜和播种，玉米种子用点播器在垄沟处膜面上打孔播入土壤，孔距27.5 cm，每孔播3粒；玉米4叶期，每孔保留健壮苗1株。玉米苗后管理同大田。

当茬玉米收获后，及时清除田间残留地膜，并按原小区依次人工深翻土壤(深度20 cm)、施肥(各小区施肥及施用量同上一荐玉米一致)、浅耕和耙磨，上述过程中确保原有各小区间的土埂完好无损并避免小区间的土壤相互混合。当年秋季(9月27日)，在原各小区内均采取露地栽培方式播种后茬冬小麦，按行等量条播，行距18.6 cm，行长4.45 m，行播量401粒。冬小麦出苗至成熟期(2014年10月至2015年7月)，对其生长发育状况进行系统的调查与测定，比较分析全膜双垄沟播玉米田覆盖化学除草地膜对后茬露地冬小麦的作用效应。

1.4 调查测定项目及方法

1.4.1 冬小麦出苗率调查。对照区冬小麦苗出齐后，每小区斜对角线3点取样，每点单行0.5 m长，记载其中的出苗数。

1.4.2 冬小麦株高测定。冬小麦拔节期(4月10日)、6叶1心期(4月24日)和成熟期(7月15日)各测量1次株高，每小区斜对角线3点取样，每点随机量取10株株高。

1.4.3 冬小麦干物质量测定。入冬前(10月24日)和拔节期(4月10日)各测定1次植株干重，每小区斜对角线5点取样，每点随机选取2株，5点混合后室内烘干[27]，分别称取地上部和根部干重。

1.4.4 冬小麦分蘖能力调查。土壤封冻前(11月21日)，调查分蘖数，每小区斜对角线3点取样，每点随机选取10株，逐株记载分蘖数。

1.4.5 冬小麦产量性状及产量测定。冬小麦收获前，每小区斜对角线3点取样，每点单行0.5 m长，逐点记载有效穗数；冬小麦成熟后，按小区收获计产并考种，每小区随机选取20穗，记载籽粒数，每小区随机选取1 000粒籽粒称重。

1.5 数据处理

利用Microsoft Office Excel 2007软件对数据进行整理统计，采用DPS7.05统计软件和Duncan氏新复极差法进行显著性分析。

2 结果与分析

2.1 对后茬冬小麦出苗的影响

在覆盖化学除草地膜和覆盖白色地膜的全膜双垄沟播玉米田种植后茬冬小麦，冬小麦的出苗率分别为84.2%和86.9%，二者之间无显著差异(P>0.05)，见表1。可见，全膜双垄沟播玉米田覆盖化学除草地膜对后茬露地冬小麦出苗的影响不明显。

表1 不同处理冬小麦出苗率Table 1 Germination rate of winter wheat with different treatments

注：同列不同字母表示处理间差异显著(P<0.05)(数据为平均值±标准差，重复数为n=3)；下同。

Note:Different letters in the same column mean significant difference between treatments at 0.05 level(Data are average value±standard deviation with 3 replications).The same is as below.

2.2 对后茬冬小麦株高的影响

株高是衡量作物生长发育是否正常的重要依据之一，与作物产量水平密切相关[28-29]。全膜双垄沟播玉米田覆盖化学除草地膜，其后茬冬小麦的株高较覆盖白色地膜处理有所降低，降低的幅度在冬小麦拔节期、6叶1心期和成熟期分别为0、0.1 cm和1.2 cm，但在两种地膜处理间均无显著差异，见表2。由上看出，在覆盖过化学除草地膜的全膜双垄沟播玉米田种植后茬露地冬小麦，对冬小麦株高有较小的负面影响，其抑制效应随冬小麦生育时期的推后呈逐渐增强的态势。

表2 不同处理冬小麦株高(cm)Table 2 Plant height of winter wheat with different treatments

2.3 对后茬冬小麦植株生物量的影响

全膜双垄沟播玉米田覆盖化学除草地膜对后茬作物生物量影响程度的大小是衡量化学除草地膜对后茬作物是否安全的重要指标。同覆盖白色地膜处理的全膜双垄勾播玉米田相比，覆盖化学除草地膜的全膜双垄沟播玉米田，降低了后茬冬小麦植株在入冬前的根部干重和根冠比，增加了地上部干重；而拔节期却相反，增加了根部干重和根冠比，降低了地上部干重，但两种地膜处理间均无显著差异，见表3。可见，全膜双垄沟播玉米田覆盖化学除草地膜对后茬冬小麦植株的根、冠生长及二者比例关系的影响较轻微，入冬前，根部生长稍有抑制，地上部生长稍有促进，根冠比略有降低；拔节期，根部生长稍有促进，地上部稍有抑制，根冠比略有提高。

表3 不同处理冬小麦植株干重(g·plant-1)Table 3 Dry weight of winter wheat with different treatments

2.4 对后茬冬小麦分蘖能力的影响

对于覆盖过化学除草地膜的全膜双垄沟播玉米田，其后茬冬小麦的分蘖数较覆盖白色地膜处理减少0.02个·plant-1，但在两种地膜处理间无显著差异，见表4。可见，全膜双垄沟播玉米田覆盖化学除草地膜对后茬冬小麦的分蘖能力无明显影响。

2.5 对后茬冬小麦产量构成因子的影响

在覆盖化学除草地膜的全膜双垄沟播玉米田种植后茬露地冬小麦，其冬小麦有效穗数和穗粒数分别为543.6穗·m-2和27.7粒，较覆盖白色地膜处理分别减少17.9穗·m-2和2.4粒，两种处理间均未达到显著差异；冬小麦籽粒千粒重为38.0 g，较覆盖白色地膜处理显著增加1.6 g(P<0.05)，见表4。可见，全膜双垄沟播玉米田覆盖化学除草地膜对后茬露地冬小麦的有效穗数和穗粒数有较小的负面影响，但可显著提高子粒的千粒重。

表4 不同处理冬小麦分蘖数及其结实性状Table 4 Tiller number and seed setting character of winter wheat with different treatments

2.6 对后茬冬小麦籽粒产量的影响

作物栽培所追求的主要目的之一就是提高其经济产量，化学除草地膜对后茬作物籽粒产量的影响程度是全面评价化学除草地膜安全性的重要依据。在覆盖过化学除草地膜的全膜双垄沟播玉米田，以露地方式播种后茬冬小麦，冬小麦的籽粒产量为5 922 kg·hm-2，较覆盖白色地膜处理减产2.47%，但并未达到显著差异，见表4。上述结果表明，在全膜双垄沟播玉米田覆盖化学除草地膜可引起后茬冬小麦减产，但其效应较小。

3 讨 论

全膜双垄沟播玉米田覆盖化学除草地膜后，其中的除草剂被逐渐“释放”并溶解到膜面水滴中，在重力作用下随水滴落入土壤，成为影响土壤理化、生物性状的外源性因子[30-32]，对后茬作物的种子萌发、出苗、株高、分蘖、光合产物去向及累积、根冠比、穗部性状及产量均可产生一定的影响[33-39]，系统测定并掌握其影响程度可为全面评价化学除草地膜对后茬作物的安全性提供重要的理论依据。一般情况下，绝大多数土壤处理剂残留期不长，但均三氮类、磺酰脲类、咪唑啉酮类及三唑嘧啶磺酰胺类等除草剂中的一些品种残留期较长，对后茬敏感作物的出苗及生长发育会造成明显甚至较重的影响[40-41]。有效快速降解土壤中残留的除草剂和使用残留期短的除草剂是减轻或避免除草剂残留药害的主要途径,除草剂在土壤中残留期限、残留量及其降解方式受当地的生态条件、气候特点、土壤环境和除草剂化学结构、理化性状等因素的综合影响[42-45]，适宜的条件利于其较快降解，全膜双垄沟播栽培使地面处于全封闭状态，加之其特有的集水、保墒及增温等效应，明显改变了膜下土壤的生态环境，这种变化对土壤残留除草剂的降解方式、降解速率及其对后茬作物的作用效应如何，目前尚缺乏系统的研究报道。

本研究结果显示，在覆盖化学除草地膜的全膜双垄沟播玉米田以露地方式播种后茬冬小麦，冬小麦的出苗率、株高、分蘖数、有效穗数、穗粒数、籽粒产量等较覆盖白色地膜处理略有降低，降低幅度依次为2.7%、0～1.2 cm(拔节期至成熟期)、0.02个·plant-1、17.9穗·m-2、2.4粒和2.47%；入冬前的根部干重、地上部干重和根冠比较覆盖白色地膜处理略有增减，其幅度依次为降低0.002 g·plant-1、增加0.007 g·plant-1和降低0.045，拔节期的根部干重、地上部干重和根冠比较覆盖白色地膜处理亦略有增减，其幅度依次为增加0.004 g·plant-1、降低0.087 g·plant-1和增加0.013；千粒重则较覆盖白色地膜处理有明显增加，增加幅度为1.6 g。究其原因主要是因为全膜双垄沟栽培的覆膜时期多在秋季,部分在翌年顶凌期[46]，覆膜前的土壤温度较低甚至接近封冻状态，覆膜后使地面处于全封闭状态，明显提高了膜下土壤温湿度[47]，而温湿度的适度提高有利于增加土壤微生物的活性和数量[48]，也有利于降低土壤对除草剂的吸附量并增加除草剂的水解量[40]，从而显著提高了土壤残留除草剂的降解速度，缩短残留期限，降低残留量，明显减轻了对后茬冬小麦生长发育的影响。

该试验实施于甘肃省泾川县南部塬区的高平镇，其生态、气候及土壤等条件在陇东旱作农业区具有典型代表性，其研究结论对陇东地区冬小麦的安全生产具有较大的指导价值。本试验仅开展了一年，其数据的代表性或有欠缺，今后还应开展多年、多点田间试验，以明确全膜双垄沟播玉米田覆盖化学除草地膜对后茬冬小麦生长发育影响在年际间的差异性，全面评价在覆盖化学除草地膜的全膜双垄沟播玉米田种植后茬冬小麦的可行性。甘肃省旱作农业区主要分布在中、东部黄土高原区[49]，其地域跨度大，气候条件、土壤环境、种植制度等差异明显，各地应立足当地特有的耕作制度和环境条件，系统研究全膜双垄沟播玉米田覆盖化学除草地膜对后茬冬小麦的作用效应，以求为当地冬小麦安全生产提供更加全面的技术指导。

4 结 论

化学除草地膜在全膜双垄沟播玉米田具有大面积推广应用的价值[12]，但其中的除草剂进入土壤后对冬小麦等主要后茬作物的安全性如何也应得到重视。本研究显示，全膜双垄沟播玉米栽培中以化学除草地膜替代白色地膜，对其后茬冬小麦的出苗、株高、分蘖数、有效穗数、穗粒数、籽粒产量等均有较小或微弱的负面影响，对冬小麦的根、冠生长及二者质量比有较轻微的影响，并可明显提高冬小麦籽粒的饱满度。由此可见，在甘肃省陇东旱塬区覆盖化学除草地膜的全膜双垄沟播玉米田，以露地栽培方式种植后茬冬小麦，对冬小麦的生长发育没有产生明显的不利影响，玉米收获并彻底清除残留化学除草地膜后可安排播种后茬冬小麦。

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