黑色全膜覆盖对高粱根区土壤温湿度的影响及杂草抑制效应

张建华，郭瑞峰，曹昌林，白文斌

黑色全膜覆盖对高粱根区土壤温湿度的影响及杂草抑制效应

张建华，郭瑞峰，曹昌林，白文斌

（山西省农业科学院高粱研究所/高粱遗传与种质创新山西省重点实验室，山西晋中 030600）

【】在雨养旱作地区，土壤温度、水分和耕作措施是影响作物生长和产量的重要因素。明确雨养旱作区高粱生产中全膜覆盖对高粱根区土壤环境条件的影响及对杂草的抑制效应，为促进高粱增产奠定基础。在山西省农业科学院高粱研究所修文试验基地，以高粱品种晋糯3号为材料，采用顺序排列设计，于2017和2018年分别开展黑色全膜覆盖、白色全膜覆盖和裸地栽培试验，分析不同处理对高粱根区0—15 cm土壤日地温、0—200 cm土层土壤含水率、杂草的抑制效应和高粱生长、产量及效益的影响。黑色全膜覆盖能有效提高高粱各生育期耕层土壤温度，与白色全膜覆盖处理相比，0—15 cm土壤日地温平均降低1.14℃（＜0.05）；同时，黑色全膜覆盖具有与白色全膜覆盖基本相同的保墒效果，各土层土壤平均含水率略高于白色全膜覆盖区，较裸地平均提高1.89个百分点，并可显著（＜0.05）提高裸地0—160 cm土层的土壤含水率。黑色全膜覆盖显著降低高粱田间杂草发生量，对阔叶杂草和禾本科杂草的株防效和鲜重防效分别达96%和93%以上，防效优于白色全膜覆盖（＜0.05），具有更为彻底的杂草防控作用。黑色全膜覆盖对高粱出苗率、穗长、一级枝梗数、穗粒数等性状无明显影响，但对高粱株高、株高整齐度、生育期、千粒重、产量及效益有影响。黑色全膜覆盖60 d高粱的株高及株高整齐度高于白色全膜覆盖；黑色全膜覆盖生育期与裸地基本相当，而白色全膜覆盖生育期较短，较裸地缩短4—6 d；黑色全膜覆盖千粒重、产量显著（＜0.05）高于白色全膜覆盖和裸地处理，2017和2018年千粒重较白色全膜覆盖分别增加3.72%和3.78%，较裸地分别增加6.95%和7.06%；产量较白色全膜覆盖分别提高6.72%和6.94%，较裸地分别提高19.27%和20.03%；2017和2018年黑色全膜覆盖较白色全膜覆盖分别增收1 529.82和1 599.76元/hm2，较裸地分别增收3 025.38和3 215.52元/hm2。建议在雨养旱作区高粱生产中，采用黑色全膜覆盖替代白色全膜覆盖，促进高粱高产。

黑色全膜覆盖；高粱；土壤含水率和温度；杂草抑制；性状

0 引言

【研究意义】地膜覆盖作为一种农作物增产增收的重要技术，它不仅具有明显的保墒作用[1]，还可以防止土壤流失、控制土壤盐碱度[2]，对干旱半干旱地区的农业生产具有重要意义。【前人研究进展】地膜覆盖方式分为全膜覆盖、半膜覆盖，地膜类型也有白色透明地膜、黑色地膜和特种地膜等，不同的覆盖方式以及地膜类型对农作物生产具有显著影响。全膜覆盖技术由于具有使地面水分散失更少、对水分利用效率更高等优点，更好地解决了自然降水的有效利用问题，被广泛应用于小麦、玉米等作物栽培中。实际生产中应用最广泛的地膜类型为白色地膜，普通白色地膜由于透光性好、热辐射大，显著提高了土壤耕层温度[3]，与裸地种植相比出现了不同程度的早衰现象[4-6]，且膜下杂草危害严重。而黑色地膜透光率只有1%—3%，热辐射只有30%—40%，因其几乎不透光，在增温保墒、延缓早衰、抑制杂草等方面具有独特的作用，因此，日本等发达国家应用广泛，市场份额达到30%以上；中国仅在马铃薯、蔬菜等经济作物及玉米生产中有较广泛地应用。Lifm等[7]、Zaogo等[8]、韩思明等[9]和杜延军等[10]等研究认为地膜覆盖作物因生长前期土壤水分和养分耗竭严重，后期会出现严重脱水、脱肥早衰的现象，导致减产。吴家全等[11]研究表明，由于白色地膜透光性能较好，当田间杂草种子萌芽后，其水、肥、温、光四大因子均适于杂草芽苗的生长与发育，导致膜下杂草大量存在而减产。高赟等[12]研究表明，覆盖黑色地膜对马铃薯田常见杂草和优势种杂草有较好的控制作用，可使田间杂草维持在一个较低水平，防止来年单一杂草暴发。刘露等[13]认为，经黑色地膜覆盖的胡萝卜根冠比在生长后期大于白色地膜，同时黑色膜可以有效控制垄体杂草。王军等[14]发现玉米不同时期土壤含水量以黑色全膜覆盖处理保水保墒效果最好，且产量最高。漆永红等[15]等表明，黑色全膜覆盖对玉米田间杂草具有较为彻底的防控作用。【本研究切入点】近几十年来，全国高粱种植面积大幅下降且种植区域边缘化，学者们关于高粱地膜覆盖研究相对较少，且多集中于白色地膜的增温保墒作用，而忽视了其促进作物生长的同时也加重了杂草发生的负面效应，有关黑色地膜在全膜覆盖高粱栽培中的应用及比较优势更是鲜见报道。【拟解决的关键问题】本研究于2017―2018年系统研究黑色全膜覆盖对高粱根区土壤温湿度的影响及杂草去除效应，旨在为旱作区高粱选择适宜地膜，促进高粱增产增收提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

黑色、白色地膜规格均为宽140 cm×厚0.008 mm，由山东权一塑业公司生产。高粱品种为晋糯3号，由山西省农业科学院高粱研究所选育。

1.2 试验地概况

试验在山西省晋中市榆次区修文镇高粱试验基地（112°42'N，37°35'E）进行，试验地年平均降水量为500 mm左右，地块平整，无灌溉条件，排水较好。土壤类型为壤质土，土壤0—20 cm含有机质11.0 g·kg-1、全氮0.76 g·kg-1、速效磷4.60 mg·kg-1、速效钾120.40 mg·kg-1，pH 7.0。2017年和2018年的年降雨量分别为493和509 mm，降雨主要集中于7月、8月和9月。

1.3 试验设计

2017和2018年试验相同。试验为顺序排列设计，设黑色全膜覆盖，普通白色全膜覆盖和裸地（CK）3个处理，每处理重复3次。小区面积6.0 m×5.0 m=30.0 m2，每小区铺膜4张。

根据试验设计，于2017年4月23日和2018年4月25日进行整地、施肥（施肥量为纯氮300 kg·hm-2，纯磷225 kg·hm-2）；5月3日覆膜、播种高粱，用点播器人工打孔点播，每孔3粒，播后用细湿土封孔，播种孔间距15.5 cm，行距50 cm，每小区共播种高粱10行，定植时每孔选留１株，田间实际密度112 500株/hm2，其他管理同普通大田。

1.4 测定项目与方法

1.4.1 出苗率 高粱定植前，每小区选取5行，调查每行出苗株数，计算出苗率。

出苗率=（每行出苗株数/每行播种粒数）×100%

1.4.2 土壤地温 采用曲管地温计分别在高粱苗期、拔节期、抽穗开花期和灌浆成熟期测定各处理0—15 cm土壤的温度日变化，测定时间为8：00—18：00，每2小时观测1次。

1.4.3 土壤水分 采用烘干法[16]测定不同处理小区 高粱苗期、拔节期、抽穗开花期和灌浆成熟期0—200 cm土层的土壤含水量，每20 cm取一次样，并记载高粱播种至成熟的田间降雨量。

1.4.4 杂草防效 高粱出苗后30和45 d分别调查各小区杂草发生情况，每小区按对角线5点取样，每点0.25 m2，测定所有种类杂草的株数和地上部鲜重质量，计算株防效和鲜重防效。

株防效=[（对照区杂草株数－处理区杂草株数）/对照区杂草株数]×100%

鲜重防效=[（对照区杂草鲜质量－处理区杂草鲜质量）/对照区杂草鲜质量]×100%

1.4.5 株高整齐度 高粱拔节期，每小区选取5行，每行15株，测量每株高粱高度并计算株高整齐度（其值越大，代表株高越整齐）。

整齐度=100×1/S

式中：S为株高标准差，株高单位为cm。

1.4.6 产量 高粱收获时调查小区高粱穗产量。同时选取20个代表性高粱穗进行室内考种，调查统计每小区高粱的穗长（cm）、一级枝梗数（个）、穗粒数（粒/穗）、千粒重（g）。根据20穗折干率计算小区高粱籽粒产量。

1.5 数据分析

采用Excel作图、DPS统计分析软件进行方差分析，采用最小显著差别法（least significant difference，LSD）多重比较。

2 结果

2.1 不同颜色全膜覆盖对土壤温度的影响

通过对2017年和2018年高粱不同生育期各处理条件下0—15 cm土壤平均温度日变化测定（图1），高粱不同生育期各处理0—15 cm的土壤平均温度日变化趋势基本相同，均呈现“∧”字形，土壤气温先升高后缓慢降低，在中午14：00达到最大值，2018年最高温度略高于2017年。就各处理不同生育期进行比较，高粱不同生育期土壤日温度随高粱生长发育进程总体呈先升高后降低的趋势，拔节期温度最高，灌浆成熟期温度最低，苗期与拔节期温度差异不显著。从不同处理来看，各生育期黑色和白色全膜覆盖处理的0—15 cm土壤日地温明显（＜0.05）高于裸地对照；而不同颜色膜间的增温效果却不同，白色全膜覆盖土壤日温度最高，黑色全膜覆盖次之，较裸地对照有一定的增温效果，但明显低于白色全膜，平均较白色全膜低1.14℃；不同颜色全膜间日最高温度差异显著（＜0.05），但日最低温度无明显差异。由此可知，与裸地相比，黑色全膜能够提高高粱0—15 cm的土壤温度起到保温的作用，与白色全膜相比，在白天高温时段其0—15 cm土层的土壤温度相对较低。

图1 不同处理在高粱苗期、拔节期、抽穗开花期和灌浆成熟期地表下0—15 cm土壤平均温度日变化

2.2 不同颜色全膜覆盖对土壤含水率的影响

通过测定2017年和2018年高粱不同生育期各处理条件下0—200 cm土壤平均含水率的变化（图2）。可以看出，随着土层深度的增加，土壤平均含水率总体呈先降低后升高的趋势。从不同处理来看，不同颜色全膜覆盖0—200 cm土壤含水率基本相同，但均高于裸地处理；黑色全膜覆盖区土层土壤平均含水率略高于白色全膜覆盖区，但无明显差异，平均较裸地提高1.89个百分点。在0—160 cm土层，覆膜处理土壤平均含水率显著高于裸地处理（＜0.05），但在160 cm及其以下土层，覆膜处理与裸地处理差异不显著（＞0.05）。由此可知，黑色全膜覆盖与传统的白色全膜覆盖具有相同的保墒效果，可以明显提高土壤含水率。

图2 不同处理2017和2018年全生育期土壤含水率变化

2.3 不同颜色全膜覆盖对高粱田间杂草的防效

通过检测2017年和2018年不同颜色全膜覆盖对高粱田间杂草的防效（表1）。可以看出，与裸地对照相比，采用全膜覆盖对高粱田阔叶杂草和禾本科杂草均具有良好的防控作用，且差异显著。2年黑色全膜覆盖对阔叶杂草和禾本科杂草的株防效和鲜重防效平均达到96%和93%以上。不同颜色地膜间相比较，黑色全膜覆盖防效优于白色全膜，处理间差异显著（＜0.05）；2017年黑色全膜覆盖对阔叶杂草株防效和鲜质量防效较白色全膜分别提高16.40%和14.51%，禾本科杂草株防效和鲜质量防效分别提高12.55%和9.60%；2018年阔叶杂草株防效和鲜质量防效分别提高17.83%和16.56%，禾本科杂草株防效和鲜质量防效分别提高15.21%和12.21%。由此可知，与传统白色全膜覆盖相比，黑色全膜覆盖高粱田杂草发生量显著降低，防除作用更为彻底。

2.4 不同颜色全膜覆盖对高粱生长的影响

通过统计2017年和2018年不同颜色全膜覆盖对高粱生长的影响（表2）。发现2种颜色全膜覆盖均不影响高粱的出苗率，出苗率均高于裸地，但差异不显著（＞0.05）。就株高及整齐度来看，全膜覆盖株高及整齐度均高于裸地，差异显著（＜0.05）；白色全膜30 d株高及株高整齐度高于黑色全膜，黑色全膜60 d株高及株高整齐度高于白色全膜，颜色间差异显著（＜0.05）。就高粱生育期来看，黑色全膜覆盖生育期与裸地基本相当，而白色全膜覆盖生育期较短，较裸地缩短4—6 d。

2.5 不同颜色全膜覆盖对高粱产量及效益的影响

通过统计2017年和2018年不同颜色全膜覆盖对高粱产量的影响（表3）。2种颜色全膜覆盖对高粱的穗长及一级枝梗数无明显影响，与裸地对照相比，差异均不显著（＞0.05）。从产量来看，不同颜色全膜覆盖差异显著（＜0.05），黑色全膜覆盖产量显著高于白色全膜和裸地，2017年和2018年较白色全膜分别提高6.72%和6.94%，较裸地分别提高19.27%和20.03%；从产量构成因素穗粒数和千粒重来看，不同颜色全膜覆盖穗粒数差异不显著，但千粒重差异显著（＜0.05），黑色全膜显著高于白色全膜和裸地处理，2017年和2018年较白色全膜分别增加3.72%和3.78%，较裸地分别增加6.95%和7.06%。从增产效益来看，与白色全膜和裸地相比较，黑色全膜2017年增产高粱764.91和1 962.69 kg·hm-2，2018年增产高粱799.88和2 057.76 kg·hm-2；高粱价格按2元/kg，地膜成本按900元/hm2计算，2017年增收1 529.82和3 025.38元/hm2，2018年增收1 599.76和3 215.52元/hm2，差异显著（＜0.05）。由此可知，与传统白色全膜覆盖相比，黑色全膜覆盖增产增收作用更为明显。

表1 不同全膜覆盖对杂草的防效

不同字母间表示在＜0.05水平差异显著。下同

There are significant differences at＜0.05 between different letters. The same as below

表2 不同全膜覆盖对高粱生长的影响

表3 不同全膜覆盖对高粱产量的影响

3 讨论

温度和水分与农业生产密切相关。在雨养旱作地区，温度和水分是影响作物生长发育的两大主要环境因素，温度影响作物的发育速度，从而影响作物生育期的长短以及各生育期的早晚，土壤温度变化1℃就会对植物生长产生明显的影响[17]；良好的土壤水分环境是作物增产增收的重要条件，土壤温度过高或水分缺乏均可以造成作物生长后期的早衰，造成减产。杂草是影响作物产量的重要因素。杂草发生是杂草种群与周围环境因子相互作用的综合表现，影响杂草发生的环境因素错综复杂，气象因子则是影响杂草发生的一个重要因子[18-21]。路海东等[22-23]、张琴[24]、漆永红等[15]、姜延军等[25]研究了地膜覆盖对玉米根区土壤水分、温度、杂草去除和玉米生长、产量的影响，明确了黑色地膜对玉米的增温保墒、杂草去除效果及与传统白色地膜相比的增产优势。高粱和玉米虽均为大田粮食作物，但生理特性却大不相同。本试验主要研究了黑色全膜覆盖对高粱根区土壤温湿度的影响及杂草抑制效应。

路海东等[22]、张琴[24]对旱地玉米研究结果表明，与白色地膜覆盖相比，黑色地膜覆盖能够有效降低白天0—15 cm土壤温度，且在一日内气温最高时段差异更为明显；黑色地膜与白色地膜对玉米根区土壤保水效果基本相同，但二者均显著高于裸地对照。本研究得出，白色全膜覆盖具有提高高粱根区0—15 cm土壤日地温及0—200 cm土层土壤含水率的作用，但是其覆盖增温过高会对高粱生长产生副作用，造成高粱早衰，而黑色全膜覆盖具有和白色全膜覆盖相同的增温保墒作用，与白色全膜覆盖相比，不仅能够提高土壤含水率，而且其0—15 cm土壤日地温平均较普通白色全膜降低1.14℃，这与路海东等[22-23]、张琴[24]对玉米的研究结果大致相同。这是由于黑色地膜透光率小地膜覆盖土壤中的水分不能直接蒸发掉，当土壤水分蒸发到地表时，受到地膜的阻隔作用，形成水珠在薄膜的下面，然后再回到土壤中，这样就减少了土壤水分的蒸发量，保持了良好的土壤墒情，维持了稳定的土壤含水率；同时由于黑色地膜具有吸热且热辐射小的特性，膜下空气升温及散热慢，因此黑色全膜能稳定调节地温。

高粱是对除草剂比较敏感的作物，因除草剂使用不当造成减产的问题时有发生，而且高粱田专用除草剂种类较少，因此，高粱田草害防控是生产上亟待解决的问题[26]。姜延军等[25]、岳德成等[27-28]对玉米田不同地膜的控草效果研究结果表明，用白色地膜以全膜双垄沟播方式覆盖可以引起膜下杂草大量发生，而使用黑色地膜则可有效控制杂草的发生。漆永红等[15]提出，黑色全膜覆盖不仅有助于提高土壤含水率、降低土壤温度，还可以有效防除田间杂草。本研究得出，与白色全膜覆盖相比，黑色全膜覆盖对阔叶杂草和禾本科杂草防效较好，株防效和鲜重防效分别达96%和93%以上，这与岳德成等[28]、漆永红等[15]研究结果基本相似，表明高粱生产中采用黑色全膜覆盖，对田间杂草具有较为彻底的防控作用。

大量研究认为，土壤温度[29]、水分[30]和耕作措施[31]等对高粱生长和产量具有明显影响，高粱株高、生育期及千粒重等农艺性状与高粱产量水平密切相关，开花后是作物籽粒产量形成的关键时期，同时也是叶片功能开始衰退的时期[32]。张琴[24]、路海东等[22]认为黑色地膜能显著提高玉米千粒重和产量。本研究表明，与白色全膜覆盖相比，黑色全膜具有显著提高高粱籽粒千粒重和产量的作用，这与二者结论基本相同。本研究还得出，黑色全膜不仅能够显著提高千粒重及产量及效益，同时还具有提高高粱株高、株高整齐度、延长生育期的作用。这可能是由于采用黑色全膜覆盖后提高土壤含水量、稳定调节地温的作用，使高粱前期生长速度加快，营养生长时期缩短，后期衰老延缓，生殖生长时期延长，从而促进了高粱籽粒灌浆期光合物质的生产，进一步提高高粱千粒重及产量。

4 结论

在雨养旱作地区高粱生产中，黑色全膜覆盖具有和白色全膜覆盖相同的增温保墒作用，与白色全膜覆盖相比，不仅能够提高土壤含水率，而且其0—15 cm土壤日地温平均较普通白色全膜覆盖降低1.14℃，从而显著改善高粱根区土壤的水温条件，延长高粱的生育期。同时，黑色全膜覆盖较白色全膜覆盖对高粱田间杂草具有更为彻底的防控作用，显著提高高粱的千粒重和产量，因此，建议在本区域高粱生产中，采用黑色全膜覆盖替代白色全膜覆盖，促进高粱高产。

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Effects of black full film mulching on soil temperature and Humidity and weed control in root zone of sorghum

ZHANG JianHua, GUO RuiFeng, CAO ChangLin, BAI WenBin

(Sorghum Research Institute, Shanxi Academy of Agricultural Sciences/Shanxi Key Laboratory of Sorghum Genetic and Germplasm Innovation, Jinzhong 030600, Shanxi)

Soil temperature, moisture and tillage measures are important factors affecting crop growth and yield in rain-fed arid areas. It is of great significance to clarify the effect of full-film mulching on the soil environmental conditions in the root of sorghum, as well as its inhibitory effect on weeds, in order to promote the increase of sorghum yield in rain-fed arid areas.The experimental site is located in The Institute of shanxi Academy of Agricultural Sciences test base. Jinnuo 3 is the tested variety. The experiment adopts sequential arrangement design. Black full-film mulching, white full-film mulching and bare land cultivation experiments were carried out in 2017 and 2018, respectively. The effects of full-film mulching on the daily temperature of 0-15cm soil in the root zone of sorghum, soil moisture content of 0-200 cm soil layer, weedcontrol, the growth, yield and benefit of sorghum were analyzed.The results showed that black full-film mulching could effectively improve the soil temperature of the surface layer in each growth period, soil temperature was lower and made the daily temperature of 0-15cm soil by an average of 1.14℃（＜0.05）, compared with the white full-film mulching . The black and white full-film mulching provided the same degree of soil moisture conservation, the average soil moisture content of each soil layer was slightly higher than white full-film mulching. and increased by 1.89 percentage points on average compared with bare land cultivation, which significantly increased （＜0.05）the moisture content of 0-160 cm soil layer. The black full-film mulching significantly reduced the amount of sorghum weeds in the field. The control effect on broadleaf weeds and grass weeds reached 96% and 93% respectively, which was superior to the white full-film mulching（＜0.05）and had more thorough weed control effect. It was no obvious influence on sorghum seedling rate, ear length, number of first-stage branches and grain number per ear, but had an effect on sorghum plant height, plant height uniformity, birth stage, thousand grain weight, yield and benefit when sorghum was planted on black full-film mulching . The plant height and plant height uniformity of sorghum covered with the black full film for 60 days were higher than that covered with white full-film. The growth period of black full-film mulching sorghum was the same as that of bare land cultivation, while that of white full-film mulching sorghum was shorter, shorter by 4-6 days than that of bare sorghum. The thousand-grain weight and yield of black full-film mulching were significantly higher than that of white full-film mulching and bare land cultivation (＜0.05). Compared with white full-film mulching, the thousand-grain weight increased by 3.72% and 3.78% respectively, and 6.95% and 7.06% respectively compared with bare land cultivation. The yield was 6.72% and 6.94% higher than that of the whole white full-film mulching, 19.27% and 20.03% higher than that of bare land cultivation, respectively. The black full-film mulching increased 1 529.82 yuan/hm2and 1 599.76 yuan/hm2respectively compared with the white full-film mulching, and 3 025.38 yuan/hm2and 3 215.52 yuan/hm2respectively compared with the bare oneIt is suggested that black full-film mulching should be used instead of the traditional white full-film mulching in sorghum production in rain-fed arid areas, so as to promote the high yield of sorghum.

black full-film mulching; sorghum; soil temperature and moisture; weed control; traits

10.3864/j.issn.0578-1752.2019.22.017

2019-06-11；

2019-09-20

山西省科技攻关项目（201703D221011-2）、山西省农科院特色农业技术攻关项目（YGG17013）、山西省重点研发计划重点项目（201703D211010）、国家基础性长期性监测项目（ZX04S040600，ZX03S0406）

张建华，Tel：0354-8593518；E-mail：betty13503503943@163.com。通信作者白文斌，E-mail：baiwenbin1983@126.com

（责任编辑 李莉）