不同覆膜种植对旱塬冬小麦水分利用的影响

黄 涛 ，谢英荷 ，2，李廷亮 ，2，李 超 ，加武斌 ，高惠洲

（1.山西农业大学资源环境学院，山西太谷030801；2.山西农业大学农业资源与环境国家级实验教学示范中心，山西太谷030801）

水分胁迫是限制旱地冬小麦生产的主要因素[1-5]，地膜覆盖能最大限度地蓄水保墒，特别是在干旱地区和大旱年份，能非常有效地利用水分，保证小麦稳产高产。山西省是我国几个较大的小麦主产区之一，且旱地小麦种植面积占该省小麦种植面积的70%以上[6]。山西省年降水量在500 mm左右，夏闲期7—9月的降水量超过全年降水的60%，干旱缺水是晋南小麦生产迫切需要解决的关键问题。因此，就不同覆膜种植方式对旱地麦田土壤水分利用率和水分动态变化的研究具有重要的意义。如何保蓄自然降水和提高麦田土壤的水分利用效率是实现旱地小麦稳产高产的主要措施。李永平等[7]研究发现，起垄覆膜能有效地调节农田水分分配机制，增加水分供应量，降低干旱胁迫下的水分亏缺度。王秀领等[8]研究表明，垄作膜侧种植有利于促根壮苗、稳产增产。大量学者研究发现[9-12]，覆膜能有效抑制蒸发，减少水分的无效损失，利于集水保墒，从而提高水分利用效率，实现增产。有研究表明[13-17]，覆膜比裸地能增加生育期耗水量6.7%～135%，提高水分利用率5.06%～37.11%。目前，大部分研究主要集中在水分利用率与产量的关系上，对于不同土层深度的耗水情况和水分休闲状况的研究较少。

本研究在晋南旱塬小麦区以传统裸地无覆盖种植为对照，研究垄膜沟播和平膜穴播种植对冬小麦土壤水分利用率、降水生产效率、休闲效率及不同深度土层耗水量的影响，旨在认知地膜覆盖蓄水保墒机制，为提高冬小麦水分高效利用提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验地位于山西省临汾市洪洞县刘家垣镇东梁村，属暖温带半湿润大陆性季风气候，年平均日照时数2 419 h左右，有效积温3 326.9℃，年均气温 12.3℃，无霜期 180～210 d。2016年 6月至2017年6月降雨量为504.30 mm，其中，夏闲期7—9月降水量占全年降水量的58%以上，冬小麦生育期降雨量为146.7 mm。研究区土壤为石灰性褐土。

1.2 试验材料

供试冬小麦品种为晋麦47。

1.3 试验设计

试验采用随机区组排列，共4次重复，各处理小区面积126～416 m2。设3个处理，即测控施肥（测控施肥量，不覆膜裸地种植）、垄膜沟播（测控施肥量、起垄覆膜沟侧种植）、平膜穴播（测控施肥量、平铺地膜覆盖穴播），具体设计方案如表1所示。播量为150kg/hm2，生育期不灌溉。播种日期为2016年10月6日，2017年6月9日收获。

表1 试验设计方案

1.4 测定项目及方法

用烘干法分别测定2016—2017年播前和收获时2 m土层的水分含量，每20 cm土层为一个样本。

贮水量（mm）＝土壤容重（g/cm3）×土层深度（cm）×土壤含水量/10[1]；耗水量（mm）＝播前2 m土壤贮水量-收获后2 m土壤贮水量+生育期有效降水量；休闲效率＝（休闲期结束时土壤贮水量－上季收获时土壤贮水量）/休闲期降水量×100%[12]；水分利用效率（kg/（hm2·mm））＝籽粒产量（kg/hm2）/耗水量（mm）；降水生产效率（kg/（hm2·mm））＝籽粒产量（kg/hm2）/降水量（mm）。

各个小区随机收获4 m2×3＝12 m2脱粒计产；同时收获各小区中所标记的1 m的小麦样段（3个），并分别测算公顷穗数、穗粒数和千粒质量。

1.5 数据处理

试验数据采用Excel图表和DPS统计软件进行分析，显著水平为 0.05。

2 结果与分析

2.1 覆膜对冬小麦产量及产量构成要素的影响

表2 覆膜对冬小麦产量及构成要素的影响

从表2可以看出，覆膜处理小麦的生物产量和经济产量都显著高于测控施肥处理，且平膜穴播产量最高，生物产量和经济产量分别比测控施肥处理和垄 膜沟 播 处 理 高 43.65% ，14.08% 和 48.07% ，13.03%。从产量构成因素来看，垄膜沟播处理和平膜穴播处理公顷穗数、穗粒数、千粒质量都高于测控施肥处理，其中，公顷穗数分别比测控施肥处理高24.28%和35.55%，穗粒数分别比测控施肥处理高15.35%和18.14%，且差异显著，公顷穗数和穗粒数是影响冬小麦生物产量与经济产量的主要因素。覆膜种植增产机制主要是增加了单位面积的小麦穗数，提高了单株小麦的穗粒数，从而增加单位面积的籽粒产量和生物产量，与范颖丹等[18]的研究结果基本一致。

2.2 覆膜种植对200 cm土层耗水量及水分利用率的影响

表3结果表明，冬小麦整个生育期耗水量2个覆膜处理均高于不覆膜的测控施肥处理，占全年降雨量的60%以上，并且平膜穴播耗水量最大；垄膜沟播和平膜穴播处理的耗水量分别比测控施肥处理提高了0.65%和4.73%，籽粒产量却分别增加了38.04%和48.07%，所以，水分利用率相对于测控施肥处理有了显著提高，分别提高30.18%和41.45%，且达到显著水平（P＜0.05）。表明覆膜能有效地促进小麦对水分的吸收和利用，并且旱地冬小麦对土壤耗水量的变化异常敏感，较小耗水量的增加就能促进产量的大幅度增长，所以，覆膜种植是保障旱地小麦实现稳产高产的重要措施。

表3 不同覆膜种植对土壤水分利用率的影响

2.3 不同覆膜处理对小麦生育期土壤不同深度水分消耗的影响

从图1可以看出，0～200 cm土层的贮水量减少趋势是覆膜大于对照，其中，平膜穴播处理比测控施肥处理提高了9%，且达到显著水平；垄膜沟播的贮水量减少量大于测控施肥处理，但差异不显著。在0～100 cm土层贮水量减少的趋势则是测控施肥处理最大，垄膜沟播次之，平膜穴播最低，表明不覆膜对浅层水的消耗要高于覆膜种植，可能是不覆膜增加了浅层水的蒸发损耗。在100～200 cm土层中，垄膜沟播和平膜穴播的贮水量变化量分别达到了 86.59，104.09 mm，分别比测控施肥处理提高了11.5%和34.1%，且均达到了显著水平。以上结果表明，覆膜对土壤2 m土层水分的消耗均大于测控施肥处理，且覆膜对水分的消耗主要集中在100～200 cm土层深度，占整个2 m土层水分消耗的60%左右。因此，覆膜处理的优势在于对土壤深层水的吸收和利用，它改变了土壤耗水结构，提高了深层水的生产参与率，从而提高了水分利用效率，实现增产。

2.4 不同覆膜种植下冬小麦对年降水和夏闲期降水的利用情况

从表4可以看出，旱地小麦夏闲期降水量为295.8 mm，占全年降水量的 58.7%；另外，在降水生产效率上，覆膜处理与不覆膜处理间差异显著，垄膜沟播和平膜穴播分别比测控施肥处理提高了31.01%和48.05%，而覆膜间差异不显著，平膜穴播比垄膜沟播高了13.01%，说明覆膜处理对增加生物产量有着非常好的效果；从水分的休闲效率来看，2个覆膜处理分别比测控施肥处理提高了1.6%和4.9%，但是差异不显著，说明覆膜对水分的休闲效率影响不显著。

表4 不同覆膜种植下冬小麦对降水的利用情况

3 结论

本研究认为，覆膜种植改善了土壤耗水结构，增加了小麦对水分的有效利用。覆膜种植通过增加小麦单位面积的穗数与穗粒数实现增产，并且增产幅度达到了48%。另外，覆膜增加了2 m土层特别是100～200 cm深层水分的吸收和利用，极大地提高了水分利用率，其中，平膜穴播处理产量最高，比测控施肥处理高48.07%，且差异显著。小麦产量对耗水量的变化异常敏感，二者呈极显著正相关。覆膜种植的降水生产效率远远高于测控施肥处理，垄膜沟播和平膜穴播处理分别比测控施肥处理提高了31%和48%，且差异达到显著水平。覆膜种植水分休闲效率高于对照，但差异不显著。这些结果充分说明了覆膜对水分的利用有着非常积极的效果，无论是生育期降水、夏闲期降水还是年降水，覆膜种植都能有效地促进和增加小麦对土壤水分的利用。因此，覆膜种植特别是平膜穴播是促进旱地小麦土壤水分高效利用的重要措施，是值得在旱地农业区域推广应用的覆膜种植技术。

参考文献：

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