滨海盐碱地预覆膜起垄的生态效应及对棉花苗期的影响

张 谦，冯国艺，雷晓鹏，祁 虹，王树林，王 燕，梁青龙，林永增

(河北省农林科学院棉花研究所，农业部黄淮海半干旱区棉花生物学与遗传育种重点实验室，河北 石家庄 050051)

棉花是开发利用盐碱地的先锋作物[1]，利用棉花耐盐性强的特点发展滨海盐碱地植棉，对于充分利用土地资源、缓解粮棉争地矛盾、进行农业种植结构调整具有重要意义。河北省滨海盐碱耕地分布于东部低平原区和滨海平原区，覆盖沧州市、唐山市、秦皇岛市等地，面积约7.8×105hm2，占总耕地面积的10.4%[2]，其中，沧州市盐碱地面积就有3.0×105hm2，后备土地资源丰富；该地区属于暖温带半湿润季风型大陆性气候，年平均气温10.8～12.6℃，有效积温3 800～4 400℃，无霜期180～200 d，年平均降雨量600～700 mm[3]，光照充足，秋季气温高且多风，具有发展棉花种植及生产优质棉的气候条件。盐碱地集中分布区域都是我国主要的棉花产区，但土壤类型复杂、盐分春季积返严重、淡水资源匮乏等问题严重影响了河北滨海盐碱地植棉水平。

针对滨海盐碱地出苗难、缺苗断垄严重等问题，科研人员采取耐盐品种筛选、种衣剂浸种、地膜预覆盖、沟畦覆盖等技术[4]，在出苗成苗期抑制盐分对种子萌发和发育的影响。目前，耐盐育种进展缓慢，真正有效且推广种植的耐盐品种很少，外源物质浸种对棉花耐盐性的提高作用也有待增强，通过栽培措施来驱盐避盐是盐碱地植棉的主要有效途径[8]。沟畦覆盖植棉通过诱导根区盐分差异分布，改善了沟畦中间根系的生态环境，有效减轻了盐害；在无淡水压盐和造墒条件的轻度和中度盐碱地采用播前预覆膜，可以实现增温、保墒和抑盐作用，比传统覆膜栽培成苗率提高11.4%，皮棉单产提高7.1%[9]。河北滨海盐碱地常规植棉模式多为雨养旱作，无淡水压盐条件，春季多风，土壤积返盐严重，早春轧地提墒，播种时利用分土器将盐分含量高的表层土壤推至两侧，之后覆膜播种。前人对预覆膜和沟畦覆盖对棉花播种后的根区土壤理化特点及出苗影响进行了研究，对预覆膜+起垄对耕层生态效应(土壤含盐量、含水量、温度)影响及不同起垄方式的控盐效果鲜有报道。本研究将起垄沟播与预覆膜结合，研究不同处理对耕层土壤水热盐等生态因素的影响，以期为预覆膜起垄沟播技术提供理论依据并丰富滨海盐碱地植棉技术体系。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验于2016年在河北省国营海兴农场试验站进行，试验区属滨海氯化物盐土，表层土pH值8～9，土壤含盐量多分布于0.2%～1.0%之间，属黏质壤土，周年监测数据显示，地下水埋深0.8～2.2 m，地下水矿化度最高值在30.6 g·L-1。选择春季0～20 cm土壤含盐量小于0.2%和0.2%～0.4%的轻度、中度盐碱地为试验地块，面积0.1 hm2。棉花收获后粉碎秸秆，3月中下旬耕地并镇压保墒。试验处理为预覆膜和起垄，预覆膜为播种前约1个月对垄和播种沟进行地膜覆盖，起垄为中间起垄和两侧起垄。共设4个处理：处理1(T1)为中间高垄预覆膜。将两侧宽30 cm、深5 cm的表土翻到中间，形成下部宽30 cm、上部宽10 cm、高15 cm的高垄，垄与垄两侧播种行预覆膜。处理2(T2)为两侧低垄预覆膜。将中间宽60 cm、深5 cm的表土翻到两侧，形成下部宽30 cm、上部宽10 cm、高7.5 cm的低垄，垄与垄间播种行预覆膜。处理3(T3)为不起垄预覆膜(图1)。处理4(CK)为常规播种，不起垄且无预覆膜，在播种时推开表层5 cm表土，开沟播种覆膜。4月1日进行起垄预覆膜处理，4月28日播种，棉花品种为冀棉151，由河北省农林科学院棉花研究所选育。

1.2 测定项目和方法

土壤水分、含盐量测定：分别在处理前、播种前进行取土，取土深度20 cm，T1，T2取土位置分别为垄上、播种行，T3取土位置为膜内中间位置，利用烘干法和电导率法测定土壤含水量及含盐量。

地温测定：4月14日-5月5日利用多点土壤温度记录仪YM-04测定T1，T2垄上和播种行、T3膜内膜外地温，测定深度为0、5、10、15 cm。

棉花出苗率及棉苗干物质测定：4月28日人工播种，每穴5粒，播种20 d后调查出苗数，计算出苗率：出苗率=出苗粒数/(实际播种粒数×种子发芽率)×100%；定苗前调查成苗情况，计算成苗率，成苗率=苗株数/(实际播种粒数×种子发芽率)×100%；播种后30 d每小区取代表性棉株5株，测定单株干重。

注：T1、T2、T3分别代表中间高垄预覆膜、两侧低垄预覆膜、不起垄预覆膜，下同；箭头标注处为取土样点和土壤温度监测点。Note: T1、T2、T3 represent middle and high ridge with early plastic mulching, bilateral and low ridge with early plastic mulching, early plastic mulching without ridging,traditional seeding, respectively. Same as below. Arrow marks are soil sampling points and soil temperature monitoring points.图1 不同预覆膜起垄处理示意图Fig.1 Schematic diagram under different early plastic mulching and ridging

1.3 数据处理

试验数据采用Excel 2010、DPS 7.05等软件系统进行处理和统计分析。

2 结果与分析

2.1 预覆膜起垄对耕层土壤含盐量的影响

从表1可以看出，在轻度和中度盐碱土中，不覆膜处理含盐量分别增加19.27%、16.57%，平铺覆膜T3的含盐量分别降低6.99%、7.55%，可见播前预覆膜能够有效抑制春季返盐，降低20 cm耕层的含盐量。预覆膜的同时进行起垄会加速耕层降盐效率，盐分随水分向高处的垄上积聚，播种行内含盐量明显降低，在轻度盐碱土中，T1垄上与播种行内含盐量分别增加24.04%和降低2.3%，T2垄上与播种行内含盐量分别增加16.66%和降低9.11%，两侧低垄对盐分在垄上和播种行内的差异化分布影响大于中间高垄处理；中度盐碱土中，T1垄上与播种行内含盐量分别增加26.97%和降低17.62%，T2垄上与播种行内含盐量分别增加41.03%和降低30.72%，两侧低垄对盐分在垄上和播种行内的差异化分布影响同样大于中间高垄处理。

表1 不同预覆膜起垄处理对0～20 cm耕层土壤平均含盐量的影响Table 1 Effects of early plastic mulching and ridging on soil salinity in 0～20 cm soil layer

2.2 预覆膜起垄对耕层土壤含水量的影响

从表2可以看出，预覆膜可以增加耕层土壤含水量，具有明显的保墒作用。T1、T2处理中垄上与播种行内20 cm土层平均含水量分别为18.24%，19.92%和18.31%，20.42%，平铺覆膜T3的20 cm土层平均含水量为19.94%，均显著高于未覆膜对照，且T2播种行内耕层含水量最高；T1、T2播种行和 T3各土层含水量均为0～5 cm土层最高，对照为15～20 cm土层含水量最高。

2.3 不同预覆膜起垄处理对土壤温度的影响

由图2可见，覆膜可以有效增加耕层地温，在4月15日至5月7日的预覆膜播种前和播种出苗期，膜下0、5、10、15 cm土层日平均温度分别比膜外提高3.7、3.6、3.1、2.8℃，日平均温度最大值分别高7.1、6.0、4.8、4.2℃；不同起垄方式的播种行日平均温度相比较(图3)，除地表温度T1>T2,两侧低垄比中间高垄处理低1.6℃，耕层内各土层地温均为T2>T1，两侧低垄5、10、15 cm处地温比中间高垄分别高1.3、1.2、0.7℃，有利于促进种子萌发。

表2 不同预覆膜起垄处理对0～20 cm耕层土壤含水量的影响Table 2 Effects of early plastic mulching and ridging on soil moisture in 0～20 cm soil layer

注：同一列后的不同字母表示差异显著(P<0.05)，下同。

Note: Different letters in the same column indicate significant difference atP<0.05. Same as below.

2.4 不同预覆膜起垄处理对棉花出苗率、成苗率及干物质量的影响

由表3可见，播前预覆膜与常规模式相比，预覆膜可明显提高轻度、中度盐碱地棉花出苗率、成苗率及苗期干物质；轻度盐碱土中，不同起垄处理的出苗率相当，T1、T2、T3出苗率分别为89.2%、86.2%、85.6%，显著高于常规模式，但成苗率T2最高，比T1、T3、CK分别提高了12.3%、18.3%和34.8%，T1、T2、T3单株干重差异不明显；中度盐碱土中，T2出苗率、成苗率、单株干重均表现最高，出苗率比T1、T3、CK分别提高了7.6%、15.4%和45.9%，成苗率提高了16.1%、42.9%和70.7%，单株干重提高了8.3%、18.2%和44.4%，预覆膜且两侧低垄处理的出苗保苗效果最好。

图2 不同覆膜处理下各土层日均温度变化Fig.2 Daily average temperature variations of different early plastic mulching and ridging at different soil layers

图3 不同覆膜起垄方式下各土层日均温度变化Fig.3 Daily average temperature variations of ridging patterns with different early plastic mulching at different soil layers

表3 不同预覆膜起垄处理下棉花的出苗率、成苗率及干物质量Table 3 Effects of early plastic mulching and ridging on seedling emergence rate, seedling rate and plant biomass of cotton

3 结论与讨论

本试验比较了预覆膜与常规的播后覆膜以及不同预覆膜起垄方式对棉花出苗的影响，进一步验证并表明了盐碱植棉利用地膜覆盖可以有效提高出苗成苗，同时，预覆膜结合起垄可以加速盐分向垄上积聚，为棉种创造一个低盐适墒适温的萌发环境。结果表明：(1)播前预覆膜能够有效抑制春季返盐，降低耕层含盐量，在轻度和中度盐碱土20 cm耕层中，不覆膜处理含盐量分别增加19.27%、16.57%，平铺覆膜分别降低6.99%、7.55%，预覆膜的同时起垄会加速耕层降盐，中间高垄处理播种行内含盐量分别降低2.3%和17.62%，两侧低垄分别降低9.11%和30.72%，两侧低垄对盐分在垄上和播种行内的差异化分布影响大于中间高垄处理，且在中度盐碱土效果更明显；(2)预覆膜可以增加耕层土壤含水量，有明显的保墒作用，中间高垄、两侧低垄和平铺覆膜播种行耕层平均含水量分别为19.92%、20.42%和19.94%，均显著高于未覆膜对照；(3)预覆膜还可以增加耕层地温，膜下0、5、10、15 cm土层日平均温度分别比膜外提高3.7、3.6、3.1、2.8℃，两侧低垄在5、10、15 cm处地温比中间高垄分别高1.3、1.2、0.7℃，有利于促进种子萌发；(4)预覆膜起垄对耕层微生态环境的改变直接影响了棉花的苗期生长，轻度盐碱土中，各预覆膜起垄处理的出苗率均显著高于常规模式，成苗率方面，预覆膜同时两侧低垄最高，比常规模式提高了34.8%；中度盐碱土中，预覆膜同时两侧低垄的出苗率、成苗率、单株干重均表现最高，比对照模式分别提高了45.9%、70.7%和44.4%，预覆膜且两侧低垄处理的出苗保苗效果最好。

地膜覆盖技术应用于盐碱地植棉已有30余年的历史，该技术有效地保证了盐碱地棉花出苗、立苗和成苗[10-11]。先前的大量研究表明，地膜覆盖能够显著改善棉花生长的微生态环境，表现为增温、增墒保墒和抑制返盐[12-14]，预覆膜在无灌溉条件地区可明显提高出苗及皮棉产量，起垄沟播可以诱导盐分在根区差异分布以提高成苗率[15-16]。以往研究多集中在山东、新疆等播前可灌水压盐地区，播种前利用淡水压盐为种子萌发创造了低盐适墒环境，对于雨养旱作棉田，在播种时依靠推开表层土来降低播层含盐量，然后沟播。试验地区棉花苗期降雨以5 mm左右的微量降雨为主，棉花播前也常会有2～3次的微量降雨，2016年4月份有两次6 mm左右的微量降雨，雨后在垄下膜间间隔20 cm左右膜上打孔，雨水入渗后及时壅土堵孔，苗期起垄覆膜的集雨作用显现。本研究采取预覆膜起垄处理，充分发挥了地膜和起垄的覆盖保墒、增温、抑盐、集雨压盐等作用，在播前为棉花创造出低盐适墒适温的萌发环境，能显著提高棉花的出苗成苗率。预覆膜期无微量降雨情况下的耕层盐分、含水量变化情况以及生产中是否可以通过垄上打孔增加土壤蒸发量、播种时加大推土深度等措施提高出苗成苗率有待进一步研究。