双膜覆盖对棉田土壤及棉花生长的影响

王 硕，白云岗,，王兴鹏，余其鹰，刘洪波

(1.塔里木大学 水利与建筑工程学院, 新疆 阿拉尔 843300；2.新疆水利水电科学研究院， 新疆 乌鲁木齐 830049；3.新疆农业大学 水利与土木工程学院， 新疆 乌鲁木齐 830052)

膜下滴灌技术的广泛使用，使棉花产业得到了稳步、快速的发展，对于中度盐渍化土壤，双膜覆盖技术较好地解决了适期早播、缺苗和晚发的问题[1]，有效的解决了播种至出苗后揭去上层膜期间的降雨灾害、棉花产量和品质降低的一系列问题[2]，对棉花的生长发育起到了至关重要的作用，不仅有效地解决了新疆春季“旱气候，昼夜温差大，天气干燥，光照时间长，雨量稀少”一系列棘手问题，而且切实可行地解决了抑制土壤次生盐碱，有效的改善了植株生长发育的进度和质量，最终获得了早熟、优质和高产，这项技术得到了普遍的推广使用，双膜覆盖技术是首先进行正常的播种，然后在土层上铺地膜，上面接着再铺一层膜，达到一定的生育期要求后再将上层覆盖移除的操作[3]，最近几年，双膜覆盖的技术在整个新疆地区有了较大范围的使用，学者们针对这项技术做了大量的研究[4-9]，能够有效提高棉花的产量，对棉花的生长发育具有重大的意义，为进一步揭示双膜覆盖的增产机制，确定优化的生产管理模式，通过对棉田建立单膜覆盖、双膜覆盖这两种不同的对照组，对棉花生长过程中的状况和各项指标等进行长期的观测，从而可以为新疆地区乃至全国干旱盐碱地区棉花的高效增产提供适合的方法并揭示其规律。

1 材料与研究方法

1.1 研究区概况

该研究区位于巴音郭楞蒙古自治州(简称巴州)的尉犁县境内。海拔高度为864 m～870 m，地势起伏和缓，它属于暖温带大陆性干旱气候，主导风向东北风，生态环境不容乐观。土壤类型多以灌溉草甸土、风沙土、盐土、沼泽土等为主。

1.2 试验设计

该试验设置单膜覆盖、双膜覆盖这两种不同的处理组，一次性解决播种、覆土的前期试验操作，铺膜的宽度为1.25 m。试验田开始播种的时间是4月11日，出苗后4月21日揭取上层膜。该试验小区的面积为42 m2，通过随机排列实现试验设置，进行四次重复处理，每两行棉花之间均匀的铺设一条滴灌带，覆膜宽度、窄行、宽行、膜间距分别是125 cm、65 cm、12 cm 、20 cm。

1.2.1 地温计的铺设

地温监测使用Microlite型自动监测地温计，分别埋放于宽行、窄行和膜间，测量深度分别为5 cm、10 cm、15 cm、20 cm、30 cm。

1.2.2 灌水和施肥设计

试验开始的时间是5月，灌水次数一共是12次，一周进行1次灌溉，冬灌采用大水漫灌，定额约为2 700 m3/hm2。棉花种植规划的方案及滴灌带排列如下图所示(见图1)。全生育期内纯氮磷钾施用量分别为300 kg/hm2、120 kg/hm2、90 kg/hm2；氮肥用尿素(46%)，磷肥用酸性滴灌二铵(N：18%；P2O5：46%)，钾肥用滴灌钾肥(K2O：60%)。棉花的种植密度为21.9 万株/hm2。

图1 棉花种植规划方案及滴灌带排列

1.2.3 土样的采集

土壤样品采集时间为棉花双膜揭膜前1天，揭膜后第7天、揭膜后第14天，采用土钻对宽行、窄行和膜间三个位置进行采集土壤，取样深度分别为0 cm、0 cm～20 cm、20 cm～40 cm、40 cm～60 cm。

1.2.4 水盐的测定

通过实验室烘干法对土壤含水率进行测定，接着称量土样湿重，在烘干箱中进行 105 ℃条件下烘干，烘干的时间维持在8 h左右，称量干重最终获得含水率，将烘干后的土样过2 mm 筛，按土水比1∶5进行配置溶液，搅拌过滤，使用烘干后的土样测定电导率，用电导率仪(DDS-307)进行测定。

1.2.5 棉花生长指标的测定

出苗率调查：每个试验小区选3条膜，每条膜下调查100穴，取其平均值代表该小区的出苗率。

生长指标：在每个处理标记长势均等健壮的棉花，内行3株和外行3株，在棉花的四个生育期分别进行测定其株高、茎粗、叶片数、叶面积、果枝数、蕾数，并在每个小区采集长势与标记棉花相同的3株棉花，带回实验室烘干后测得各个器官的干物质重。每个生育期一次植株调查。在试验后期对棉花进行测产。

株高：为从土表到棉花主茎最高分叉处的高度，用卷尺或钢尺测定。

叶面积：在选定棉花中选择不为相同、长势均匀且具有代表性的叶片，分别量取其叶长和叶宽。

测产：试验后期在每个小区内选取1 m2的样方，分别测定每个样方内准确的棉花株数以及棉花桃数，取其平均值作为单位面积内的棉花株数和单株棉花的桃数，然后在小区内随机采摘50朵棉花，称重后取其平均值作为单朵籽棉重，计算单位面积内的棉花产量，再折合成亩产。

2 结果与分析

2.1 双膜覆盖对土壤的影响

2.1.1 双膜覆盖对土壤温度的影响

从图2可以看出，播种至出苗期间温度的提高较为明显，下图均为4月11日至22日每天不同时段温度的平均值。由图2(a)、图2(b)、图2(c)可以看到：5 cm土层的变化趋势与20 cm～30 cm的土壤温度变化趋势大体一致，双膜覆盖比单膜覆盖的温度普遍要高，这是因为双膜覆盖可以减少水分的蒸发，有较好的保水作用。

由图2(d)、图2(e)、图2(f)可以看到：在垂直方向上，单膜覆盖和双膜覆盖下的土壤温度均随着土壤深度的增加而递减。水平方向上，土壤温度的变化均表现为：双膜覆盖比单膜覆盖在宽行、窄行和膜间的分布方式下的温度都要高，且两种处理下的温度均满足：宽行>膜间>窄行，三种方式的日平均温度是逐渐降低的，膜间的温度基本保持不变，在0～1 d单膜覆盖和双膜覆盖温度基本一致；而在1 d～11 d，在宽行、窄行和膜间的三种分布方式下，双膜覆盖基本比单膜覆盖温度高，日平均温度增幅2℃。

2.1.2 双膜覆盖对土壤盐分的影响

从图3中可以看出，单膜覆盖下的土壤深度为0～20 cm处，膜间、窄行、宽行的电导率由最大值逐渐趋于相等，且变化较趋势较大，其中膜间的电导率是最大的，最小的电导率是宽行的分布方式，电导率变化较小的土壤深度为20 cm～60 cm处，基本变化不大。双膜覆盖下，膜间、窄行、宽行的电导率由最大值逐渐趋于平稳，且变化较趋势较大，其中膜间的电导率最大，最小的电导率是窄行的分布方式。在垂直方向上，土壤深度为0时，双膜覆盖窄行分布方式下的电导率明显要比单膜覆盖低，减幅210 uS/cm；双膜覆盖和单膜覆盖的宽行分布方式下电导率保持不变；单膜覆盖下土壤深度为40 cm～60 cm处电导率大体不变，而双膜覆盖下的土壤深度为40 cm～60 cm处，三个位置的电导率逐渐增大，效果显著。双膜覆盖对抑制土壤盐分的积累和水分的散失有着积极的作用。

2.1.3 双膜覆盖对土壤含水率的影响

从图4中可以看出，在垂直方向上，单膜处理下土壤含水率随着耕层土壤深度的增加而逐渐变大，而双膜处理下的土壤含水率的变化趋势先增加后减小；在水平方向上，土壤含水率最大的是宽行，窄行次之，膜间最小。

随着土层深度的增加，土壤水分逐渐增加，因为表层的土壤水分被蒸发，导致表层的土壤含水率降低，土层深度越深蒸发越小，含水率越大，同时，还可以看出，在0～40 cm的土层，双膜覆盖的土壤含水率较单膜覆盖的含水率高，主要原因是双膜覆盖对抑制水分的散失有着积极的作用。

2.2 双膜和单膜覆盖对出苗率及棉花生长状况的影响

由不同生育期棉花的生长状况可以看出(见表1)，双膜覆盖较单膜覆盖更利于棉花的生长。在苗期，双膜覆盖处理下较单膜覆盖处理下的棉花株高提高了1.45 cm，叶(干物质)增加0.92 g；蕾期株高增加9.45 cm，茎粗增加0.86 cm，根(干物质)增加0.41 g，茎(干物质)增加1.89 g，叶(干物质)增加1.91 g；花铃期株高增加4.32 cm，茎粗增加0.81 cm，茎(干物质)增加1.77 g，叶(干物质)增加1.40 g；吐絮期株高增加10.35 cm，茎粗增加1.16 cm，根(干物质)增加2.21 g，茎(干物质)增加10.43 g，叶(干物质)增加12.57 g；用LSD法比较，除蕾期、花铃期、吐絮期的茎粗差异明显外，其他差异皆不明显,主要因为双膜覆盖增加的幅度不大，导致差异不明显。

通过生育期观察统计得知，单膜覆盖处理下的棉花出苗较双膜覆盖晚。由不同覆膜方式下棉花出苗率(见图5)可以看出，双膜覆盖处理下的棉花出苗率较单膜覆盖下的棉花出苗率增加4.06%，不同覆膜方式处理下的棉花出苗率存在显著性差异。

图2 两种覆盖方式下0～30 cm土壤温度变化情况

图3 单膜覆膜、双膜覆盖方式的土壤盐分变化情况

图4 单膜覆膜、双膜覆盖方式的土壤含水率变化情况

表1 单膜覆膜、双膜覆盖方式对棉花生长的影响

图5 单膜覆膜、双膜覆盖方式下对出苗的影响

2.3 双膜和单膜覆盖对产量的影响

从单膜覆膜、双膜覆盖方式对棉花产量的影响(见表2)分析，双膜覆盖的各项指标都比单膜的要大。用LSD法比较分析，双膜覆盖比单膜覆盖产量高，但是双膜覆盖和单膜覆盖之间的单株成铃数、单铃重、籽棉产量之间差异不显著。

表2 单膜覆膜、双膜覆盖方式对棉花产量的影响

3 讨 论

衡量单膜覆盖、双膜覆盖的重要因素有很多，土壤温度就是其中一个。娄善伟等[10]和张玉梅等[11]研究表明：双膜覆盖的有良好的增温效果，可以有效提高土壤的温度，与本研究中的双膜覆盖对温度的影响、棉花产量的影响以及双膜覆盖对棉花的出苗率的实验结果大体一致，双膜覆盖能够有效提高棉田的温度，单膜覆盖的保温效果较差。

不同的分布方式造成了土壤剖面含盐量的差异，有学者研究显示：双膜覆盖方式下更好地抑制了土壤水分蒸发，阻止土壤盐分的表聚[12]。与该研究中双膜覆盖对土壤盐分的影响试验结果相符。通过双膜、单膜覆盖的栽培试验，土壤深度为0时，双膜覆盖窄行分布方式下的电导率明显要比单膜覆盖低，减幅210 uS/cm；双膜覆盖和单膜覆盖的宽行分布方式下电导率保持不变；单膜覆盖下土壤深度为40 cm～60 cm处电导率大体不变，而双膜覆盖下的土壤深度为40 cm～60 cm处，电导率逐渐增大，不同分布方式下造成了土壤剖面含盐量不同。盐分空间分布特点是：盐分在0～20 cm处差别较大，20 cm～40 cm处差别不大，40 cm～60 cm处单膜覆盖方式下差别不大，双膜覆盖下电导率逐渐增大，主要因为双膜覆盖对土壤中的盐分有抑制作用，而且能显著减少土壤中水分的散失。双膜覆盖对抑制土壤盐分的积累和水分的散失有着积极的作用。

双膜覆盖的涵水作用较强。在垂直方向上，随着土层深度的增加，单膜处理下土壤含水率逐渐增加，而双膜处理下的土壤含水率呈现先增加后减小的趋势；在水平方向上，土壤含水率的大小依次为：宽行>窄行>膜间。随着土层深度的增加，土壤水分逐渐增加，因为表层的土壤水分被蒸发，导致表层的土壤含量降低，土层深度越深蒸发越小，含水率越大。同时，还可以看出，在0～40 cm的土层，双膜覆盖的土壤含水率较单膜覆盖的高，主要原因是双膜覆盖显著减少土壤中水分的散失。棉花的根系主要分布在0～40 cm的土层，双膜覆盖下有较高的水分，具有较好的储水能力，为棉花的生长创造了有利的条件。

前人实验结果表明，双大膜覆盖植株生长量大。双膜覆盖对植株生长发育过程中的促进作用比较明显，这种覆膜方式有利于植株的生长。这是因为双膜覆盖有良好的保温作用，抑制水分的蒸发，增温保墒效果良好。杨培等研究显示：普通地膜增温保墒作用，可满足作物生长需要[17]。与该研究中双膜覆盖对作物的生长作用相符。新疆盐碱土分布广泛，棉田大多分布在盐碱土上，土壤孔隙度较小、易于板结、透水透气性较大[18-19]。有学者研究显示：双膜覆盖对棉花的产量有促进作用[20-21]。通过双膜、单膜覆盖的栽培试验，双膜覆盖的产量比较高，主要是因为双膜覆盖对土壤温度、盐分、棉花出苗率有积极作用，为棉花的产量提供了良好的生长条件，进而促进了产量的增加。

4 结 论

(1) 双膜覆盖比单膜覆盖有更好的增温效果，单膜覆盖效果不佳。双膜覆盖能增加土壤的积温作用，从而有效促进棉花出苗和生长发育进程，增温效应随土壤深度的增加而逐渐减弱。

(2) 双膜覆盖对抑制土壤盐分的积累和水分的散失有着积极的作用。双膜覆盖保墒效果较好，降低水分蒸发、抑制地表盐分累积，为种子的萌发提供了合适的土壤盐分；同时可降低土壤结壳和积盐，提高棉花生长和发芽率。

(3) 双膜覆盖对出苗有促进作用，出苗率比单膜覆盖高，具有显著增产效应。