早期揭膜对棉花生育前期土壤水热微环境及其成铃的影响

徐守振，马麒，孔宪辉，林海，李吉莲，陈红，宁新柱

（新疆农垦科学院，新疆 石河子832000）

膜下滴灌作为重要的棉花栽培措施，可以增温保墒，减轻病虫害，有效弥补新疆有效积温不足的气候条件，显著提高棉花产量[1-2]。然而，随着地膜的长期使用，其带来的问题也愈发严重，残膜污染已经导致棉田土壤问题，以及棉花早衰、品质下降及市场竞争力的严重不足[3-5]。以减少地膜污染为目标，众多学者对揭膜方式及其配套技术进行了研究[6-7]，指出地膜改良及揭膜配套栽培技术的研究具有重要意义。 严昌荣等[8]提出的地膜覆盖安全期的概念为棉田揭膜研究提供了思路。 李君等[9]研究表明，花期后揭膜对土壤含水量及棉花产量无显著影响。 祖米来提·吐尔干等[10]研究指出为保证地区棉花产量，地膜覆盖以保持100 d 为宜。 宿俊吉等[11]通过对揭膜条件下土壤水热环境的研究指出，适时揭膜有利于土壤温度降低及残膜回收。

由于新疆棉花苗期“蹲苗”的栽培措施，众多学者主要围绕棉花头水后揭膜方式及时间进行研究，但此时棉株较高，人工揭膜难度大、成本高，难以满足新疆棉花生产全程机械化的发展要求，而棉花生育前期是最适宜机械化揭膜的关键时期。本研究采用不同揭膜处理，探索其对棉花生育前期耕作层土壤水热微环境和棉株成铃的影响，为实现棉花早期揭膜提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验于2020 年在新疆农垦科学院棉花所库尔勒试验站试验地（新疆生产建设兵团第二师29 团2 斗7 号地，86°06′E，41°68′N）进行，供试品种为南疆主推品种新陆中41 号。 小区面积为15 m2（10.0 m×1.5 m），采用随机区组设计，重复3 次。采用机械平作覆膜、 一膜四行的棉花种植模式，播幅4.5 m（3 膜），行距45 cm，株距10 cm，设早期揭膜（80%棉苗子叶出土展平后采用揭膜处理）和全生育期覆膜2 个处理。

于4 月11 日播种，留苗密度约为每667 m21.6万株；全生育期共灌水10 次，其中随水滴肥8 次，每667 m2共滴施尿素36.9 kg、磷酸二氢钾23.1 kg；全生育期采用缩节胺化控5 次，每667 m2总用量为29 g；9 月1 日喷施脱叶催熟剂，9 月28 日进行机采收获；其他田间管理措施参照当地高产田。

4－6 月当地主要气象条件及其与2019 年的对比情况参见表1。

1.2 测定项目与方法

1.2.1土壤温度测定。不同处理各埋设1 套曲管地温计，埋设位置分别位于滴头正下方距地表5 cm、10 cm、15 cm、20 cm、25 cm 处，4 月14 日至5 月29日（头水前）每日8：00、13：00、20：00 各观测1 次，并作记录。

1.2.2土壤含水量测定。 用土钻采取土样（取样深度和时间同1.2.1）于铝盒（质量为m）中，用精度为0.1 g 的天平进行称重， 将烘干前铝盒及土样质量记作m1， 在105 ℃的烘箱内将土样烘6～8 h 至恒重，然后测定烘干后铝盒及土样质量m2，计算土壤含水量（ωS）。 公式：ωS＝（m1－m2）/（m1－m）。

1.2.3生育时期调查。 记录不同处理的出苗期（50%棉株达到出苗的日期）、现蕾期（50%棉株开始现蕾的日期）、盛蕾期（50%棉株出现第4 个果枝的日期）、初花期（10%棉株开始开花的日期）、开花期（50%棉株开始开花的日期）、吐絮期（50%棉株达到吐絮的日期）和生育期（从出苗期到吐絮期的时间，d）。

1.2.4成铃分布调查。每个区组内各取长势均匀连续的30 株棉花（用红线标记），调查不同处理下的成铃分布情况，计算成铃率。

1.3 数据分析

采用Microsoft Excel 2016 和SPSS 25.0 软件对数据进行整理分析，采用Surfer 11.0 地理数据网格化绘图软件作图。 为方便处理，作图中土壤含水量和成铃率数据转换为小数。

2 结果与分析

2.1 不同处理间土壤温度变化

2.1.1不同揭膜方式下不同深度土壤温度变化。由图1 可知：揭膜方式对13：00 时不同深度土壤温度变化影响最大，20：00 时其次， 但对10：00 时土壤不同深度温度无明显影响；13：00、20：00 时， 随土壤深度的增加，温度变化的幅度降低，其中0～10 cm土壤温度最易受到揭膜方式影响；10：00 以后，全生育期覆膜处理相较于早期揭膜处理可以增加耕作层温度2.5 ℃。

2.1.213：00 土壤温度随时间的变化。 由图1 可知，2 种揭膜方式对13：00 时不同深度土壤温度的影响最大；因此，对该时段土壤温度进一步分析。由图2 可知：5 月2 日以后，随时间增加，不同揭膜方式处理下13：00 时，0～15 cm 土壤温度相对平稳，维持在26 ℃以上；全生育期覆膜处理0～10 cm 土壤温度略高于早期揭膜处理2.0～2.5 ℃，且该增幅不随时间推移而变化。 与早期揭膜处理相比，全生育期覆膜处理等值线更加密集，温度梯度变化更快。

图1 不同揭膜方式下不同深度土壤温度变化

图2 不同处理下13：00 土壤温度随时间的变化

2.2 13：00 土壤含水量随时间的变化

由图3 可知，全生育期覆膜处理土壤含水量高于早期揭膜处理，0～10 cm 土壤尤为明显；相较于全生育期覆膜处理， 早期揭膜处理0～15 cm 土壤含水量等值线更加密集， 梯度变化更快；2 种揭膜方式处理下的土壤含水量差异随土层深度增加而逐渐降低；4 月20 日（揭膜后5 d）早期揭膜处理土壤含水量急速降低， 远低于全生育期覆膜处理，该差异随时间推移趋于平稳。

2.3 不同揭膜处理对生育期的影响

如表2 所示，2 种揭膜处理对新陆中41 号出苗期到开花期的生育进程无较大影响，但两者的吐絮期却相差6 d， 说明因早期揭膜引起的土壤水热环境变化不会抑制新陆中41 号的生育进程， 反而对棉铃吐絮有一定的促进作用。

表2 不同揭膜处理生育时期差异

2.4 不同揭膜处理下棉花成铃分布比较

由图4 可知：2 种揭膜处理下， 全株第1 果节平均成铃率较高（＞0.80）；与全生育期覆膜处理相比， 早期揭膜处理第2 果节成铃率降低0.30～0.50；早期揭膜处理第3 果节基本不成铃，而全生育期覆膜处理全株第3 果节成铃率仍维持在0.20～0.40； 揭膜处理对上部果枝各果节成铃率影响最大，对下部果枝各果节成铃率影响次之，对中部果枝各果节成铃率影响较小；揭膜处理严重影响棉株各果枝第2、3 果节的成铃， 对产量影响较大，对内围第1 果节成铃影响较小。

图4 不同揭膜处理下棉花的成铃分布

3 讨论

3.1 早期揭膜处理对棉田生育前期耕作层土壤水热微环境的影响

土壤水热环境是与农业生产和生态环境具有紧密联系的物理性质[12-13]。有研究表明，揭膜处理有利于土壤降温[10-11]。本研究结果表明，早期揭膜处理棉田耕作层温度较全生育期覆膜处理略低，降幅为2.0～2.5 ℃， 且不受土壤深度及时间推移影响；揭膜时间的不同主要影响午间13：00 棉田土壤温度及土壤含水量的垂直空间变化（图1、图3），此时棉花即将进入“午休”状态，蒸腾拉力减弱，但是空气温度及太阳辐射强度较高[14]。 本研究结果还表明，不同揭膜方式下，土壤温度及土壤含水量的空间差异主要集中在土壤表层0～15 cm， 但随时间推移趋于相对平稳（图2、图3）；棉花“蹲苗”期间根系相对较浅， 早期揭膜处理下0～15 cm 土壤深度下温度及水分梯度变化较快（图2、图3），标志着棉花根际水热环境变化幅度大，容易引起棉花前期根系受旱受热， 但有利于棉花苗期根系抗旱及耐热能力的提升，这还有待于根系生理指标研究的进一步验证。

3.2 早期揭膜处理对棉花生育时期及成铃的影响

有研究表明，棉花苗期地温的变化与覆膜方式有着必然联系[14]，且对棉花生育时期的持续时间有所影响，但对现蕾到开花的持续时间影响不明显[13]。本研究结果表明，不同揭膜处理下，棉花出苗期至开花期的时间差异不大（表2），这与前者相符；但早期揭膜处理可以使吐絮期提前， 缩短棉花生育期；早期揭膜处理影响棉株外围铃成铃率，其中下部及上部果枝第2 果节成铃率仅为35%，第3 果节几乎无法成铃，说明其产量形成主要依靠内围第1果节及中部第5～7 果枝第2 果节成铃（图4）。 本课题之前还通过对10 个品种产量及品质的分析比较，筛选出了多个无膜栽培下的优势品种[15]。 结合上述研究结果，可以做出如下假设：早期揭膜处理更加适用于以内围第1 果节作为主要产量构成的紧凑型品种，但这还有待于进一步筛选研究。

4 结论

早期揭膜会略微降低棉田耕作层土壤温度，对0～15 cm 耕作层的土壤水热环境造成明显影响；早期揭膜对13：00 时耕作层土壤水热变化影响最大。早期揭膜可以缩短棉花生育期，促进棉花吐絮，但会严重降低棉株外围成铃率。