覆膜与补灌对冬小麦叶绿素和比叶面积的影响

武 荣，闫小红，李援农

(1.杨凌职业技术学院，陕西 杨凌 712100；2.西北农林科技大学 旱区农业水土工程教育部重点实验室，陕西 杨凌 712100)

地膜覆盖具有明显的增温保墒作用[1]，对于我国三北地区的低温、少雨、干旱贫瘠、无霜期短等限制农业发展的因素，具有很强的针对性和适用性[2]。地膜覆盖后，切断了土壤与大气之间的水分直接转换，有效阻止土壤水分的蒸发[3]，并促进了土壤与作物之间水分的良性循环，提高了降水在土壤中的保蓄率。而且，因为地膜内温度较高，增加了土壤热量梯度的差异变化，将使土壤深层的水分上移并在上层聚积，形成提水上升的保墒效应。

目前，覆盖种植技术在我国的北方干旱地区以及高原寒区农业发展中广泛应用。但由于目前生产中使用的地膜基本为聚乙烯塑料地膜，在自然条件下很难降解，在土壤中可以残存200 a以上[4, 5]。随着地膜的连年使用，农田中残膜量越来越多，不仅造成耕层土壤透气性降低，阻碍作物根系发育和对水分、养分的吸收，还污染生态环境[3]。近年来，各种环保地膜先后问世，可降解地膜因其容易降解而减少地膜残留，降低回收成本，减轻环境污染等成为国内外研究较多的一种环保地膜。可降解膜在保证水分利用率与产量的前提下代替普通塑料膜可以有效解决农田污染问题，为旱区农业可持续发展提供技术支持与理论基础[6]。

在作物需水期进行适量补充灌溉能大幅提高作物产量。研究表明[7, 8]旱区冬小麦最佳补灌时期为返青至拔节期，而关于垄沟集雨种植结合需水关键期补灌的研究较少。本文以冬小麦为研究对象，设置不同地膜覆盖(普通地膜和氧化—生物双降解地膜)与补灌量组合，分析覆膜结合补灌对冬小麦不同生育期叶绿素、株高和比叶面积的影响，为冬小麦高产高效生产以及农业的可持续发展提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2016-2017年在陕西杨凌西北农林科技大学教育部旱区农业水土工程重点实验室的灌溉试验站进行。该区位于东经108°24′，北纬34°20′，海拔 521 m，全年无霜期 210 d，年均气温 13 ℃，多年平均降水量为 632 mm，年均蒸发量 1 500 mm。试验地土壤质地为中壤土，土壤平均田间持水率为 24%(质量含水率)，平均干容重 1.35 g/cm3。耕层土壤(0～30 cm)pH值为7.92，基础肥力(质量比)为：有机质含量为10.08 g/kg，硝态氮29.35 mg/kg，速效磷17.13 mg/kg，速效钾68.22 mg/kg。

1.2 试验材料与设计

供试冬小麦品种为“小偃22”，试验所用地膜为普通地膜和氧化—生物双降解生态地膜，其中氧化—生物双降解生态地膜由山东天壮环保科技有限公司研制生产。膜宽为100 cm，膜厚0.008 mm。试验所用氮肥为尿素(总氮≥46.4%)，钾肥为农用硫酸钾(氧化钾≥51.0%)，磷肥为过磷酸钙(全磷≥16.0%)。

试验设计覆膜灌水处理，2种地膜覆盖：普通地膜(P)、氧化—生物双降解生态地膜(B)；4个灌溉水平：0、30、60、90 mm，分别记为W0、W1、W2、W3，另设不覆膜不灌水处理(CK)作对照，3次重复，随机区组排列。采用起垄沟播，播量150 kg/hm2。小区面积14 m2(3.5 m×4 m)，各小区之间间隔1 m，试验区周围设1 m保护带。播前旋耕并平整土地，施氮肥120 kg/hm2，基追比3∶2，各处理基施磷肥、钾肥分别为150、60 kg/hm2，追施氮肥和灌水在拔节初进行。2016年10月19日播种，2017年6月7日收获。

1.3 测定项目与方法

叶绿素含量。采用浸提法[9]分别测定拔节期、抽穗期和灌浆期各处理最后一片展开叶中叶绿素a和叶绿素b含量，重复3次，取其均值。

株高、比叶面积。分别在拔节期、抽穗期和灌浆期随机选取5株冬小麦，用卷尺测量主茎株高和叶面积，取其均值，然后105 ℃杀青0.5 h，75 ℃烘干至恒重。株高在拔节期和抽穗期从地面量至叶顶，灌浆期时从地面量至穗顶；叶面积用长宽系数法[10]计算，再计算比叶面积[11]。

1.4 数据处理

采用Excel 2016对数据进行处理；SPSS12.0软件进行统计分析，多重比较使用LSD法(P<0.05)；Origin 8.5软件作图。

2 结果与分析

2.1 不同地膜覆盖与补灌量对冬小麦叶绿素a含量的影响

各处理不同生育期叶绿素a含量变化如图1所示。由图1分析可知，各处理叶绿素a含量随生育期推进逐渐增大，在灌浆期均达到最大值。在拔节期，各处理间差异显著，降解膜覆盖下，叶绿素a含量显著高于对照处理(p<0.05，下同)，且随补灌量增加而增大，BW3处理叶绿素a含量最大，为2.27 mg/g；普通膜覆盖下，叶绿素a含量随补灌量增加呈先增大后减小的趋势，W0和W1处理显著低于对照处理，PW2处理的叶绿素a含量最大，为2.37 mg/g；相同补灌量下，除W2外，降解膜处理的叶绿素a含量均显著高于普通膜，平均高出普通膜0.11 mg/g。抽穗期除W1外均无显著差异，而灌浆期时只有W2无显著差异，两个生育期中降解膜和普通膜覆盖下叶绿素a含量均显著高于CK，且随补灌量增加呈先增大后减小的趋势，在W2时达到最大值，抽穗期分别为2.93、2.94 mg/g，灌浆期分别为3.30、3.29 mg/g。抽穗期和灌浆期W3处理的叶绿素a含量都显著低于W2处理，B覆盖分别下降了0.09和0.03 mg/g，P覆盖分别下降了0.10和0.08 mg/g，表明过量补灌时，B覆盖下的叶绿素a含量下降幅度小于P覆盖。说明灌水有利于提高各生育期叶绿素a含量，而过量灌水提高叶绿素a含量的效果会降低，过量灌水时B覆盖有减缓叶绿素a下降的作用。

图1 不同处理对冬小麦叶绿素a含量的影响Fig.1 Effects of different treatments on chlorophyll-a content in winter wheat

2.2 不同地膜覆盖与补灌量对冬小麦叶绿素b含量的影响

各处理不同生育期叶绿素b含量变化如图2所示。从图2可知，各处理的叶绿素b含量随生育期推进而增大，均在灌浆期达到最大值，最大值分别为1.21 mg/g(BW2)和1.20 mg/g(PW2)。拔节期PW0的叶绿素b含量显著低于对照，PW2处理的叶绿素b含量最大，为0.69 mg/g，其他处理与CK相当或略高。抽穗期和灌浆期各处理叶绿素b含量显著高于CK，且均随补灌量增加呈先增大后减小。B和P覆盖下，随补灌量增加叶绿素b含量增加显著，W2时达到最大值，抽穗期分别为0.94和0.93 mg/g，灌浆期分别为1.21和1.20 mg/g。可见，补灌可增加叶绿素b含量，过量补灌增加叶绿素b含量的效果减弱。抽穗期和灌浆期W3处理的叶绿素b含量都显著低于W2处理，B覆盖分别下降了0.04和0.05 mg/g，P覆盖分别下降了0.06和0.08 mg/g，表明过量补灌时，B覆盖下的叶绿素b含量下降幅度小于P覆盖。

图2 不同处理对冬小麦叶绿素b含量的影响Fig.2 Effects of different treatments on chlorophyll-b content in winter wheat

2.3 不同地膜覆盖与补灌量对冬小麦叶绿素a/b的影响

叶绿素 a /b的比值前期高，后期低，既能增加光合产物，又能延长叶片的功能期，从而积累较多的有机物质，获得较高的产量[12]。各处理不同生育期叶绿素a/b变化如图3所示。整体来看，各处理的叶绿素a/b值呈随生育期逐渐降低的趋势。拔节期B和J覆盖下，叶绿素a/b随补灌量增加而先增大后减小，W2时最大，分别为3.56和3.46；B覆盖下的叶绿素a/b显著高于CK和P，而P覆盖下仅W2和W3高于对照，说明B覆盖更有利于提高叶绿素a/b。抽穗期和灌浆期，各处理的叶绿素a/b值显著低于CK；同种地膜覆盖下，叶绿素a/b值随补灌量增加呈先减小后增大，W2时达到最小值，抽穗期分别为3.12和3.16，灌浆期分别为2.74和2.75；相同补灌量下，抽穗期B覆盖的叶绿素a/b显著低于P覆盖，灌浆期除BW0高于PW0外，B覆盖的叶绿素a/b均低于P覆盖。可见，补灌和B覆盖有利于提高拔节期叶绿素a/b值，降低抽穗期和灌浆期叶绿素a/b值。

图3 不同处理对冬小麦叶绿素a/b的影响Fig.3 Effects of different treatments on chlorophyll a/b of winter wheat

2.4 不同地膜覆盖与补灌量对冬小麦株高的影响

表1为各处理不同生育期株高。由表1分析可知，不同生育期各处理的株高显著高于对照。B覆盖下，各处理间株高差异显著，在拔节期随补灌量增加而增大，W3处理最大，为72.8 cm；在抽穗期和灌浆期均随补灌量增加呈先增大后减小，W2时达到最大值，分别为87.0和95.0 cm；P覆盖下，株高除拔节期和抽穗期的W1与W3处理无显著差异外，其他处理间差异显著，3个生育期的株高均随补灌量增加呈先增大后减小，W2达到最大值，分别为71.3、86.0和93.5 cm。同一补灌量下，两种地膜覆盖的株高均随生育期推进逐渐增大，灌浆期达到最大，与CK相比，分别提高6.2%～17.3%(B)和7.4%～15.4%(P)；在拔节期W3下，B比P处理大3.1 cm，抽穗期W2和W3下B分别比P大1和1.5 cm，灌浆期W1～W3下B分别比P大1、1.5和0.5 cm。可见，两种地膜覆盖下，补灌有利于提高冬小麦株高，过量补灌其效果减弱；随生育期推进，降解膜逐渐裂解，改善了土壤通气透水性能，降解膜在抽穗和灌浆期提高株高的作用好于普通膜。

表1 不同覆膜和补灌量对冬小麦株高、比叶面积的影响Tab.1 Effects of different film mulching and supplementary irrigation on plant height and specific leaf area of winter wheat

注：同列数据后小写字母表示在0.05水平差异显著。

2.5 不同地膜覆盖与补灌量对冬小麦比叶面积的影响

各处理不同生育期比叶面积见表1。拔节期(除W0外)和抽穗期各处理的比叶面积显著高于对照，而灌浆期显著低于对照。相同补灌量下各处理的比叶面积均随生育期推进而逐渐减小，W2和W3降幅较大，平均分别为17.69、13.73 cm2/g(W2)和22.96、13.66 cm2/g(W3)。B与P覆盖在拔节期和抽穗期的比叶面积均随补灌量增加而增大，W3时达到最大，分别为50.18、29.69和52.18、26.74 cm2/g，而且拔节期P覆盖大于B覆盖，其中W2、W3达显著水平，分别提高了7.5%和4.0%，抽穗期B覆盖显著大于P覆盖，提高了3.8%～11.0%。灌浆期两种地膜覆盖下比叶面积随补灌量增加呈先减小后增大，且B覆盖大于P覆盖，W2时最小，分别为13.05 和12.92 cm2/g。可见，补灌能促进冬小麦叶片伸展和干物质积累，拔节期P覆盖效果优于B覆盖，抽穗期和灌浆期B覆盖优势显现。

3 讨 论

(1)叶绿素a、叶绿素b和叶绿素a/b。叶绿素含量是植物光合作用中最重要的色素，叶绿素含量和叶绿素a /b比值是对光合功能具有重要影响的生理指标。本研究中，覆膜和补灌有利于提高各生育期叶绿素a和叶绿素b含量，而且两者变化趋势相似；各处理叶绿素a和叶绿素b含量随生育期推进逐渐增大，在灌浆期均达到最大值，与吕丽华[13]研究结果一致。拔节期B覆盖的叶绿素a含量随补灌量增加而增大，BW3最大，为2.27 mg/g，P覆盖则随补灌量增加呈先增大后减小的趋势，PW2最大，为2.37 mg/g；抽穗期和灌浆期B和P覆盖下，叶绿素a和叶绿素b含量随补灌量增加呈先增大后减小的趋势，在W2时达到最大值。但过量灌水效果会降低，而且B覆盖有减缓叶绿素a和叶绿素b下降的作用。抽穗期和灌浆期W3处理的叶绿素a和叶绿素b含量都显著低于W2处理，B和P覆盖叶绿素a分别下降了0.09、0.03 mg/g和0.10、0.08 mg/g，叶绿素b分别下降了0.04、0.05 mg/g和0.06、0.08 mg/g，B覆盖下的叶绿素a和叶绿素b含量下降幅度小于P覆盖。

整体来说，各处理的叶绿素a/b值随生育期逐渐降低，各处理叶绿素a/b值变化规律相近，而且补灌和B覆盖有利于提高拔节期叶绿素a/b值，降低抽穗期和灌浆期叶绿素a/b值。与吕丽华[13]研究结果不尽相同，与牛立元等[12]研究结果一致。本研究中拔节期B和J覆盖下，叶绿素a/b随补灌量增加而先增大后减小，B覆盖下的叶绿素a/b显著高于P。抽穗期和灌浆期，叶绿素a/b值均随补灌量增加呈先减小后增大，W2时达到最小值；相同补灌量下，抽穗期B覆盖的叶绿素a/b显著低于P覆盖，灌浆期B覆盖的叶绿素a/b均低于P覆盖(除W0外)。

(2)比叶面积。比叶面积是评价植物叶片功能特性的重要参数[14]。营养需求得到充分满足的植物比叶面积达到最小值，而叶片很薄时比叶面积达到最大值[15]。本研究中同一补灌量下，各处理的比叶面积均随生育期推进而逐渐减小，与乔玉辉等[16]研究结果相似。B与P覆盖在拔节期和抽穗期的比叶面积均随补灌量增加而增大，而且拔节期P覆盖大于B覆盖，抽穗期则相反。灌浆期两种地膜覆盖下比叶面积随补灌量增加呈先减小后增大，且B覆盖大于P覆盖。这是因为拔节期和抽穗期以营养生长为主，比叶面积较大有利于光合作用，为后期干物质快速积累打好基础，灌浆期以生殖生长为主，补灌过量造成前期茎叶陡长和养分消耗，不利于灌浆期干物质积累。拔节期气温较低，P覆盖保温较好，因此对比叶面积的影响优于B覆盖，抽穗期气温回升，冬小麦生长迅速，对养分水分等需求大，根系生化反应活跃，加之B裂解改善了土壤状况，B覆盖优势显现。

4 结 语

覆膜和补灌有利于提高各生育期叶绿素a和叶绿素b含量，但过量灌水效果会降低，而且B覆盖效果好于P覆盖。B覆盖和补灌有利于提高拔节期叶绿素a/b值，降低抽穗期和灌浆期叶绿素a/b值。覆膜和补灌能促进冬小麦叶片伸展和干物质积累，拔节期P覆盖效果优于B覆盖，抽穗期和灌浆期B覆盖优势显现。