不同覆盖物对芸豆保墒效果及效益的影响研究

高运青, 郑丽珍, 李姝彤, 赵 芳, 尚启兵, 徐东旭

(张家口市农业科学院, 河北 张家口 075000)

冀西北坝上地区光照充足,昼夜温差大,生产的红芸豆颗粒大,色泽鲜红,品质上乘。由于气候干旱、无霜期短,覆膜的增温保墒作用在当地作物生产中尤为重要。覆膜技术已在玉米[1-3]、油菜[4-5]、马铃薯[6]等作物[7-10]上广泛应用,并対不同覆膜材料、不同颜色地膜或不同覆膜方式对土壤水热状况、理化性质、作物干物质积累、产量及品质等做了较深入研究,而针对芸豆栽培中的覆膜效果研究相对较少。本试验选用了普通的黑膜、白膜、以及全生物降解渗水地膜,并应用了黑膜膜下滴灌技术进行了比较研究,为芸豆覆膜生产提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料与试验地概况

试验设在河北省张家口市张北县二台镇王家村,海拔1 400 m,年日照时数2 700 h,年均气温2.6 ℃,无霜期100 d左右。土壤为栗钙土。供试品种为粒用红芸豆冀张芸2号。试验于5月19日播种,9月1日收获。

1.2 试验设计

设置5个处理:不覆膜、黑膜、白膜、全生物降解渗水地膜、黑膜膜下滴灌。试验采取大区对比,每处理种植一大区,面积900 m2,行距50 cm,株距20 cm,密度1.3万株/667 m2。试验统一施用桂湖复合肥(N-P-K=18-18-18)25 kg/667 m2,结合耕地一次性施入。

1.3 测定指标与方法

1) 测定土壤含水量:于种植前、生育期内每10 d以及收获后,测定0～60 cm土壤含水量,每10 cm测定一层。监测生育期内降水量,监测不覆膜处理喷灌用水量以及膜下滴灌处理灌水量。

水分重量百分数/%=[(湿土重-干土重)/干土重]×100%。

土壤贮水量/%=土层厚度×土壤容重×水分重量百分数;

2) 土壤容重:用环刀法测定0～60 cm土壤容重。

3) 调查各处理的植株性状:每10 d取样3株,记录生育时期、株高、主茎分枝、主茎节数、植株叶面积(用叶面积仪测定)等。

4) 收获时,测定株高、主茎分枝数、主茎节数、荚长、单荚粒数、单株荚数等产量性状,取3点测定产量。

5) 计算耗水量、效益、水分利用效率。

作物耗水量=播种期土壤贮水量+生育期降水量+生育期灌水量-收获期土壤贮水量。

2 结果与分析

2.1 各处理耗水量分析

由于播种后土壤干旱,严重影响种子发芽,对不覆膜处理进行了喷灌浇水,喷灌16.7 mm;膜下滴灌处理在生育后期的鼓粒灌浆过程中灌水2次,分别为36.3 mm和31.1 mm。

由表1可以看出,芸豆全生育期降水量194.8 mm,耗水量在254.9～318.8 mm之间。黑膜与白膜处理的耗水量相差不大,分别为263.0 mm,269.7 mm;渗水膜由于渗水作用,能够很好地利用雨水透过地膜进入土壤中,耗水量最低,为254.9 mm;不覆膜处理耗水量为299.9 mm;膜下滴灌处理耗水量最高,为318.8 mm。

表1 不同处理耗水量

在播种期到开花期这一阶段,降水量为120.8 mm,各处理耗水量相差不大,黑膜和膜下滴灌耗水量分别为169.4 mm和169.7 mm;白膜耗水量172.9 mm;渗水膜由于渗水作用耗水量最低,为151.8 mm;不覆膜由于出苗前喷灌16.7 mm,耗水量最高,为184.2 mm。

在开花期到成熟期这一阶段,降水量74 mm,各处理耗水量有所差异。黑膜与白膜耗水量相差不大,分别为93.6 mm与96.8 mm;渗水膜耗水量103.1 mm;不覆膜耗水量为115.7 mm;膜下滴灌由于滴灌2次,耗水量最高,为149.1 mm。

2.2 叶面积测定分析

在芸豆生育期中,从6月30日到8月22日对各处理分别进行了叶面积的测定,到8月底芸豆成熟,叶片变黄,不再测定叶面积。由图1可以看出,各覆膜处理叶面积在各时期均高于不覆膜处理,8月10日前后,各处理叶面积均达到最大值,随后快速下降,8月22日测定叶面积,白膜叶面积下降较快,出现衰败,其他处理叶面积高于不覆膜处理,而膜下滴灌处理由于后期水分充足,叶面积最大。

图1 各处理不同时期叶面积

2.3 各处理产量性状分析

由表2可以看出,在5个处理中,覆膜可以增加植株高度,白膜株高最高,为47.2 cm,其次是黑膜(44.0 cm),膜下滴灌(43.4 cm),不覆膜株高最低,为34.8 cm;单荚粒数不覆膜最低,为4.2粒/荚,膜下滴灌为5.2粒/荚,白膜4.8粒/荚,黑膜5.4粒/荚,渗水膜4.6粒/荚;单株荚数中,膜下滴灌最高,为12.2个/株,其次为黑膜(11.6个/株),白膜10.2个/株,渗水膜8.0个/株,不覆膜9.0个/株。产量以膜下滴灌最高,为2 335.6 kg/hm2,比不覆膜增产30.0%;白膜其次,为2 047.7 kg/hm2,比不覆膜增产14.0%;黑膜为1 942.5 kg/hm2,比不覆膜增产8.1%,渗水膜最低,为1 790.9 kg/hm2,比不覆膜减产0.3%。

表2 各处理产量性状调查

2.4 各处理经济效益与水分利用效率

产量效益按芸豆价格8元/kg计算。成本计算中,耕地、播种与收获机械费1 650元/hm2,中耕机械费375元/hm2,无人机飞防150元/hm2,种子费750元/hm2,防控药剂费750元/hm2,肥料1 500元/hm2,黑膜600元/hm2,白膜600元/hm2,渗水膜1 800元/hm2,滴灌带1 350元/hm2。由于不覆膜处理杂草较多,于6月12日人工除草1次,7月10日人工拔大草1次,所用人工费用计入成本。

表3表明,种植芸豆收益以膜下滴灌最高,为11 559.8元/hm2,其次为白膜(10 606.6元/hm2),黑膜为9 765.0元/hm2,渗水膜7 352.2元/hm2,不覆膜由于人工费用高,收益最低,为6 996.0元/hm2。

表3 各处理经济效益与水分利用效率

结合耗水量计算水分利用效率,白膜水分利用率最高,为7.59 kg/(hm2·mm);黑膜与膜下滴灌相差不大,分别为7.39 kg/(hm2·mm)与7.33 kg/(hm2·mm);渗水膜为7.03 kg/(hm2·mm),不覆膜最低,为5.99 kg/(hm2·mm)。

3 结论与讨论

试验结果表明,芸豆全生育期耗水量在254.9～318.8 mm之间。渗水膜耗水量最低,为254.9 mm;膜下滴灌耗水量最高,为318.8 mm;黑膜与白膜处理的耗水量相差不大,分别为263.0 mm与269.7 mm;不覆膜处理耗水量299.9 mm。

种植芸豆收益以膜下滴灌最高,为11 559.8元/hm2,其次为白膜(10 606.6元/hm2),黑膜为9 765.0元/hm2,渗水膜7 352.2元/hm2,不覆膜由于人工费用高,收益最低,为6 996.0元/hm2。白膜水分利用效率最高,为7.59 kg/(hm2·mm);黑膜与膜下滴灌相差不大,分别为7.39 kg/(hm2·mm)与7.33 kg/(hm2·mm);渗水膜为7.03 kg/(hm2·mm),不覆膜最低,为5.99 kg/(hm2·mm)。

覆膜可以增加作物产量,与田效琴等[5]对油菜、王雯等[2]对春玉米的研究一致。覆膜可以提高水分利用效率,与王雯等[2]对不同覆膜材料下春玉米产量及水分利用效率高于裸地的研究结果相一致。

在本试验中,渗水膜无论是株高还是产量,都没有表现出覆膜的优势,可能是在高寒区,温度对植物生长起着关键作用,植株生长需要足够的积温,白膜可以迅速增温,促进植株生长,产量也相应比黑膜、渗水膜要高,而渗水膜易开裂,保温效果不如普通地膜效果好。