不同地膜覆盖对土壤水热、谷子产量及水分利用效率的影响

闫立伟，赵铁锋，王嘉兴，黄硕，边丽梅，洪钟，于丽红，于大伟，李欣，李小平，柴晓娇，李海东*

(1 赤峰市农牧技术推广中心，内蒙古 赤峰 024000； 2 赤峰市农牧科学研究所，内蒙古 赤峰 024031；3 喀喇沁旗农牧局，内蒙古 赤峰 024400)

谷子具有生长期短、耐旱、耐瘠薄、适应性广的优点，是北方地区历史悠久的传统作物，也是内蒙古赤峰地区的优势作物[1]。 赤峰市地处中温带半干旱大陆性季风气候区，自然降水少，水资源匮乏，年平均降水量为381 mm，该地区山地、丘陵、岗地、川地、平地交错分布，以雨养农业为主[2]，水资源短缺成为限制其农业发展的主要因素[3]。 赤峰市常年杂粮播种面积达50 万hm2以上，2022 年其谷子种植面积为19.71 万hm2，平均产量3 590.85 kg/hm2。如何在提高水分利用效率的同时提高产量成为当前该地区农业生产中亟待解决的问题。

覆膜技术自20 世纪70 年代引入我国后得到快速推广，到80 年代中期，我国地膜覆盖面积跃居世界第一。 90 年代初期，吴国忠等[4]率先对谷子进行覆膜栽培研究，提出覆膜可以明显增加谷子产量。叶凡等[5]提出，覆膜可减少土壤水分蒸发量，增加产量。 覆膜作为干旱地区谷子栽培的重要技术，尤其在气候日益干旱的今天，其增产效果日益明显[6]。 马晓楠等[7]发现不同材料地膜均能提高土壤含水量、温度及谷子产量。 近年来本着生态优先，绿色发展的理念，对作为新型农膜的生物可降解膜在许多作物上的应用开展了深入的研究，但对不同颜色生物可降解膜与普通地膜对谷子栽培的影响进行比较分析的研究还很少。 本文以白色可降解膜、黑色可降解膜、普通地膜为材料开展试验，分析对比不同种类地膜覆盖下春谷田水热状况、谷子产量及水分利用效率的动态变化，旨在为赤峰市春谷子的种植提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2021 年5—9 月在位于内蒙古赤峰市喀喇沁旗乃林镇的试验基地(41°86′ N，119°24′ E)进行。 试验区海拔526 m，试验地前茬作物为玉米，土壤类型为壤土。 0 ～20 cm 耕层土壤pH 值为8.24，含有机质20.35 g/kg、有效磷7.82 mg/kg、速效钾132 mg/kg、碱解氮79.12 mg/kg。 2021 年谷子生育期内降水量为400.1 mm，平均气温为18.3 ℃，谷子生育期间试验地降水与气温情况见图1。

图1 2021 年谷子生育期试验地降水量及气温情况Fig.1 Precipitation and temperature in the experimentalfield of millet growth period in 2021

1.2 试验设计

供试谷子品种为赤优金苗1 号。 试验设4 个处理:普通白色地膜(T1)、可降解白色地膜(T2)、可降解黑色地膜(T3)，不覆膜(CK)，供试地膜情况见表1。 试验采用随机区组设计，设3 次重复。

表1 供试地膜性质Table 1 Characteristics of the mulch film

1.3 测定项目与方法

土壤含水量的测定:在谷子播前、苗期、拔节期、抽穗期及成熟期，利用土钻采集0 ～20、20 ～40、40 ～60、60～80、80 ～100 cm 土层的土壤，采用烘干法测定土壤含水量。

地温的测定:在谷子播前、苗期、拔节期、抽穗期及成熟期，于10:00—10:30 采用五点法测定不同处理深度为5、10、15、20 cm 土层的温度，求均值。

水分利用效率:采用水量平衡法计算作物生育期耗水量(ET)及水分利用效率(WUE)[8]，计算公式为:

式中:ET为作物实际耗水量；ΔW为生育期前后土壤贮水量的变化值；P为生育期降雨量；I为灌溉定额；D为深层渗漏量，由于未产生深层渗漏，D可忽略不计；R为地表径流量，由于试验区地势平坦，R可忽略不计；WUE为水分利用效率；Y为作物产量。

谷子产量的测定:谷子成熟后，每个小区随机选取4 行5 m 样本，折算单位面积穗数，收获果穗进行脱粒、称量，计算产量。

1.4 数据分析

采用Microsoft Excel 2010 进行数据整理；采用用SPSS 22.0 进行方差分析；采用Origin 2018 绘图。

2 结果与分析

2.1 不同地膜覆盖对土壤含水量的影响

根据图2，谷子整个生育期不同覆膜处理0 ～40 cm 土层土壤含水量变化不同。 在播前，各处理0 ～100 cm 土层土壤含水量差异不大，均呈“S”型曲线。苗期，覆膜后土壤水分变化明显，3 个覆膜处理0 ～20 cm 土层土壤含水量均显著高于CK，表现为T3＞T1＞T2 ＞CK， 分 别 比CK 高10.97%、8.40% 和7.91%。 说明地膜覆盖均能减少水分蒸腾，增加土壤含水量。 拔节期至孕穗期，0 ～40 cm 土层土壤含水量从大到小依次为T3＞T1＞T2＞CK，黑色地膜保墒效果优于白色地膜。 成熟期，由于降解地膜的降解，地膜破裂透气，增墒效果减弱，降解膜T2、T3 处理土壤含水量低于普通地膜T1 处理。 由于谷子最大根深为100 cm 左右[9]，苗期根系主要分布在0～20 cm，拔节期之后大部分根系分布在0～40 cm 土层，因此，谷子生长期0～40 cm 深度土壤水分变化较大[10]。

图2 不同处理下的土壤含水量动态变化Fig.2 Dynamic changes of soil water content under different treatments

2.2 不同地膜覆盖对谷子田地温的影响

由图3 可以看出，覆膜会对土壤温度产生影响，在谷子不同生育时期，各处理地温变化也不同。 在谷子苗期，覆膜处理的平均地温明显高于不覆膜CK处理，黑色降解膜的增温幅度不及白色地膜，处理T1、T2、T3 分别比CK 高4.35、4.45、3.25 ℃。 谷子拔节期平均地温最高，覆膜带来的温度变化幅度和苗期相差不大，处理T1、T2、T3 分别比CK 高4.10、4.25、3.33 ℃。 随着生育进程推进，谷子植株遮阴效果越来越强，地膜覆盖带来的增温效果也逐渐减弱，孕穗期各处理的温度差异不显著；成熟期由于降解膜的降解，处理T2 和T3 与CK 无显著差异。

图3 不同处理下的地温变化Fig.3 Changes of ground temperature under different treatments

2.3 不同地膜覆盖对产量的影响

从表2 可以看出，地膜覆盖对谷子产量的影响显著，不同处理的谷子产量表现为T3＞T2＞T1＞CK，T3、T2、T1 均 显 著 高 于CK，分 别 较CK 提 高 了17.55%、11.79%、6.39%；T3 显著高于T1，但T1、T2差异不显著。 每公顷穗数表现为T2＞T3＞T1＞CK，T2、T3、T1 分别比CK 提高了21.31%、8.53%、4.74%，T2、T3 显著高于CK 与T1，但T1 与CK 无显著差异。 各处理谷子的千粒质量均无显著差异。2021 年春季降雨量少，覆膜提高了谷子出苗及保苗率，显著增加了每公顷穗数，从而提高了谷子产量。

2.4 不同地膜覆盖对水分利用效率的影响

不同覆膜处理谷子的水分利用效率见表3。 各处理谷子的水分利用效率表现为T3＞T2＞T1＞CK，其中T3处理的水分利用效率最高，为10.44 kg/(hm2·mm)，3种地膜覆盖处理均显著高于CK，T3、T2、T1 分别比CK 提高了15.79%、10.50%、6.52%。 说明覆膜可显著提高谷子的水分利用效率。

表3 不同处理下的谷子水分利用效率Table 3 Water use efficiency of millet under different treatments

3 讨论

水分亏缺是干旱地区农业生产发展的限制因素[11]。 研究表明，地膜覆盖可改良土壤环境，保墒减蒸，提高地温，促进作物生长发育[12]，提高粮食产量[13]。 地膜覆盖对深层土壤的水分影响不大[7]，但对0～40 cm 土层土壤的影响较大[14]。 解文艳等[11]发现，地膜覆盖可显著提高春玉米产量和水分利用效率，同时还提高了肥料利用效率。 温蕊等[15]研究表明，PE 膜覆盖的耕层土壤水分含量最高，拔节期0～30 cm 土层的土壤温度最高。 本研究发现，在谷子生长前期，不同类型的地膜覆盖均能提高土壤水分含量，与叶凡等[5]研究结果一致。

罗世武等[6]研究表明，不同地膜覆盖均可提高苗期地温，促进谷子生长，且渗水地膜的保墒增温效果优于生物降解膜和普通地膜。 可降解膜能够提高谷子苗期土壤水热，促进谷子生长[16]。 常乐等[17]研究表明，在谷子产量和水分利用方面，黑色地膜优于白色普通地膜和渗水地膜。 赵嘉涛等[18]研究了不同生物降解膜对棉花的影响，发现6 μm 的生物降解膜和普通地膜覆盖处理下，棉花产量和水分利用效率没有显著差异，生物降解膜可以替代普通地膜。 闫乃桐等[19]发现，与普通地膜相比，降解膜覆盖下的玉米产量降低，但棉花产量会增高，其他作物产量无显著差异。 本研究发现，黑色降解膜处理下谷子的水分利用效率和产量均优于白色降解膜和普通地膜，与马晓楠等[7]研究结果基本一致。

4 结论

综合分析，与不覆膜相比，3 种覆膜处理均能提供更好的土壤水热条件，提高谷子产量和水分利用效率。 不同地膜中，黑色降解膜的保墒增产作用最优，且其在成熟期可降解，解决了地膜回收难、污染大的难题，为干旱地区降解地膜取代普通地膜种植谷子提供了科学依据。