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        地膜再利用對(duì)土壤水鹽及油葵幼苗生長(zhǎng)的影響

        2014-01-26 08:42:41艾海艦李志熙邊利軍
        水土保持通報(bào) 2014年3期
        關(guān)鍵詞:油葵露地鹽分

        艾海艦,李志熙,邊利軍

        (1.榆林學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院,陜西 榆林719000;2.烏蘭布和灌域管理局沙區(qū)灌溉試驗(yàn)站,內(nèi)蒙古 磴口015200)

        地膜是繼農(nóng)藥、化肥之后在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的化學(xué)產(chǎn)品。地膜覆蓋不僅可提高土壤溫度,保持土壤濕度,而且可促進(jìn)土壤微生物生長(zhǎng),提高肥料利用率,減輕水土流失及洪澇災(zāi)害,在干旱、半干旱及高山冷涼地區(qū)成為作物增產(chǎn)的主要途徑[1-6],但地膜覆蓋引起的“白色污染”易造成土壤容重增加,土壤水分移動(dòng)緩慢,作物根系生長(zhǎng)發(fā)育受阻及產(chǎn)量降低,不利于農(nóng)業(yè)健康、持續(xù)發(fā)展[7-9]??山到獾啬ぁ⒁后w地膜具有普通地膜相同的生態(tài)功能,但其拉伸性能、機(jī)械強(qiáng)度等較差,成本較高,難以推廣[10-12]。地膜再利用栽培技術(shù)可顯著改善土壤水熱狀況,提高作物產(chǎn)量及水分利用效率[13-16],膜下滴灌可減少作物根際土壤鹽分積累[17-22]。河套灌區(qū)土壤鹽漬化嚴(yán)重,開展地膜再利用栽培技術(shù)對(duì)土壤水分、鹽分及油葵(Helianthus annuus)生長(zhǎng)方面的研究,不但可減少地膜用量,而且可減少土壤鹽分表聚,提高作物產(chǎn)量,具有節(jié)本增效等功效。

        1 材料與方法

        1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

        試驗(yàn)地位于河套灌區(qū)磴口縣補(bǔ)隆淖爾鎮(zhèn),年均氣溫7.6℃,降雨量142.7mm,蒸發(fā)量2 381.8mm,無霜期136~144d,年日照時(shí)數(shù)3 209.5h,作物生長(zhǎng)期光合有效輻射1.68×105J/cm2。試驗(yàn)地海拔1 047.4m,土壤為灌於土,地下水位在120cm左右,耕層土壤總孔隙度為43.65%,田間持水率23.23%,凋萎系數(shù)7.48%,有機(jī)質(zhì)10.0g/kg左右,含鹽量為1.50g/kg左右,主要為氯化物—硫酸鹽。試驗(yàn)地0—80cm土層土壤容重基本一致,平均為1.48g/cm3[23-24],80—100cm土層土壤容重平均為1.52g/cm3。

        1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及測(cè)定內(nèi)容、方法

        采用玉米—油葵輪作,前一年種植地膜玉米,作為地膜再利用的預(yù)備試驗(yàn)。試驗(yàn)以玉米收獲后清除殘膜、翻耕后的露地為對(duì)照,第2a在玉米后茬的舊地膜覆蓋帶和舊地膜間種植油葵。試驗(yàn)用地膜寬度為70cm,相鄰地膜帶間的露地為40cm,地膜邊沿覆土寬度約為10cm。預(yù)備試驗(yàn)于2011年4—9月進(jìn)行,正式試驗(yàn)于2012年3—6月進(jìn)行,重復(fù)3次,9個(gè)小區(qū),小區(qū)長(zhǎng)20m,寬12m。

        (1)露地種植。秋澆前清除玉米秸稈及殘膜,翻耕30cm。第2a春未夏初(5月25日)在露地上用點(diǎn)播器人工種植油葵。

        (2)舊地膜帶種植。玉米收獲后清除玉米稈,留茬不揭膜,不翻耕,秋澆。第2a春未夏初(5月25日)在舊地膜上用點(diǎn)播器人工種植2行油葵,兩行之間的距離為40cm,即地膜帶為窄行距,地膜間為寬行距。

        (3)舊地膜間種植。玉米收獲后清除玉米稈,留茬不揭膜,不翻耕,秋澆。第2a春未夏初(5月25日)在舊地膜之間的露地用點(diǎn)播器人工種植2行油葵,兩行之間的距離為40cm,即地膜帶為寬行距,地膜間為窄行距。

        1.3 農(nóng)藝措施

        供試油葵品種為G101,地膜為高壓聚乙烯膜,厚度8μm,幅寬70cm。不同小區(qū)均采用寬窄行種植,寬行行距80cm,窄行行距40cm,株距24cm,密度為6 900穴/hm2。5月25日人工種植油葵,每穴1粒種子。向日葵播種后采用點(diǎn)播器,人工施磷酸二銨225kg/hm2,硝酸鉀3.75kg/hm2。

        為了減少土壤鹽分表聚,在土壤返漿期(4月26日)用耘鋤對(duì)露地及舊地膜間進(jìn)行淺耕,并在播種前10d(5月15日)對(duì)各小區(qū)灌水120mm(量水堰測(cè)定),進(jìn)行洗鹽、壓鹽。播種前對(duì)露地及舊地膜間進(jìn)行淺耕。油葵播種到幼苗期間不灌水,不施肥。播種到幼苗期無降水。

        1.4 測(cè)定內(nèi)容及方法

        1.4.1 土壤水分 在露地(窄行中間)、舊地膜帶(地膜覆蓋的中部)、舊地膜附近(距舊地膜邊緣及舊地膜間的種植行各2.5cm)、舊地膜間(原玉米行的寬行,即舊地膜之間的中間位置),每年用土鉆(φ=4cm)每間隔10cm土層采樣1次,在土壤頂凌期(3月25日)、土壤返漿期(4月25日)和油葵種植前(5月25日)、油葵幼苗期(6月25日)用烘干法測(cè)定露地、舊地膜帶、舊地膜間及舊地膜附近0—100cm土層土壤水分(%)。

        1.4.2 土壤鹽分 在采集土壤水分土樣時(shí),分層采集不同測(cè)試點(diǎn)0—100cm土層土樣,烘干后用電導(dǎo)法測(cè)定各層土壤鹽分的電導(dǎo)率,然后根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式換算為土壤全鹽含量[23-24]。

        式中:Y——土壤鹽分含量(g/kg);L——25℃時(shí)待測(cè)土壤1∶5土壤水浸出液的電導(dǎo)率(mS/cm)。

        1.4.3 油葵幼苗生長(zhǎng)狀況 每年5月30日至6月10日調(diào)查不同處理每天的出苗數(shù),并統(tǒng)計(jì)不同處理的出苗率及出苗天數(shù)。油葵幼苗期(6月25日)調(diào)查不同處理油葵幼苗的保存率和株高、根系深度、根系生物量及地上部生物量等。

        式中:D——出苗天數(shù)(d);Gi——播種日至出苗終止日間的逐日出苗數(shù)(株);Ti——與Gi所對(duì)應(yīng)的天數(shù)(d);n——出苗終止天數(shù)(d)。

        1.5 數(shù)據(jù)處理

        試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2003處理,用SPSS 10.0軟件進(jìn)行單因素方差分析;如果差異顯著,則采用鄧肯氏新復(fù)極差檢驗(yàn)法進(jìn)行多重比較,檢驗(yàn)不同處理之間的差異顯著性。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 土壤水分

        從頂凌期到油葵幼苗期,不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)0—100cm土層土壤水分大小順序?yàn)椋喉斄杵冢痉禎{期>播種前>幼苗期(圖1)。試驗(yàn)地地下水位為1.20m左右,入冬前秋澆洗鹽,入冬后土壤凍結(jié),由于深層土壤溫度及水汽壓高,深層土壤水分向上層土壤擴(kuò)散,在上層土壤中凝結(jié)為小冰晶,以固態(tài)水的形式保持在土壤中,并隨上層土壤溫度的不斷下降,凍結(jié)的水分則越多,導(dǎo)致上層土壤水分含量越高。試驗(yàn)地凍土層最深達(dá)110cm,當(dāng)春季氣溫回升,凍土層從上部、下部向中間融化。頂凌期上層融化深度為5.0—7.0cm,深層向上層融化達(dá)到80cm土層,土壤中仍存在70cm厚的凍土層,故土壤水分蒸散量較小,土壤水分高。冬季土壤水分不斷向上層土壤匯集并凝結(jié)成小冰晶,在犁底層形成“冰晶集聚層”。

        在凍土層沒有完全融化之前,犁底層土壤中融化的冰晶不能下滲到深層土壤,只能沿著土壤毛細(xì)管上升到地表,使土壤表層的含水量增多,造成土壤“返漿”。返漿期測(cè)定時(shí)上層土壤融化深度為40cm左右,深層土壤融化深度已上升到60cm土層,雖然返漿期氣溫升高,土壤蒸發(fā)強(qiáng)度增加,但由于大量冰晶融化,故土壤水分略低于頂凌期。頂凌期和返漿期土壤水分散失主要是通過毛細(xì)管從地表蒸發(fā)到大氣中,播種前10d對(duì)各小區(qū)進(jìn)行了灌水洗鹽、壓鹽,但播種前凍土層已完全融化,土壤水分蒸散以氣態(tài)與毛細(xì)管相結(jié)合,蒸散強(qiáng)烈,因而播種前土壤水分低于返漿期。從播種到幼苗期無灌溉及降水過程,隨著氣溫的不斷增加,土壤蒸散量則持續(xù)增加,故幼苗期的土壤水分最低。

        圖1 不同時(shí)期不同處理的土壤水分

        頂凌期舊地膜帶、舊地膜附近、舊地膜間、露地0—10cm土層的土壤水分分別為21.89%,21.06%,19.54%,18.57%,舊地膜帶極顯著高于舊地膜間及露地,舊地膜附近極顯著高于露地,顯著高于舊地膜間。頂凌期10cm土層以下不同測(cè)試點(diǎn)的土壤水分基本相同。土壤返漿期舊地膜帶、舊地膜附近、舊地膜間、露地0—20cm土層土壤水分分別為20.85%,20.11%,19.10%,18.18%,舊地膜帶極顯著高于露地,舊地膜附近顯著高于露地。舊地膜帶、舊地地膜附近、舊地膜間、露地0—40cm土層土壤水分分別為21.04%,20.94%,20.24%,19.47%,舊地膜帶、舊地膜附近顯著高于露地。返漿期40cm土層以下不同測(cè)試點(diǎn)的土壤水分無顯著差異;舊地膜帶、舊地膜附近、舊地膜間、露地0—20cm土層土壤水分分別為21.90%,21.40%,20.73%,20.10%,舊地膜帶、舊地膜附近顯著高于露地。播種前20cm土層以下不同測(cè)試點(diǎn)的土壤水分基本相同。從5~15d到向日葵幼苗期無灌溉及降水過程,油葵幼苗期舊地膜帶、舊地膜附近、舊地膜間、露地0—20cm土層土壤水分分別為16.90%,16.31%,15.86%,15.39%,舊地膜帶、舊地膜附近顯著高于露地;舊地膜帶、舊地膜附近、舊地膜間、露地0—40cm土層土壤水分分別為16.73%,6.36%,16.07%,15.61%,舊地膜帶顯著高于露地。幼苗期40cm土層以下不同測(cè)試點(diǎn)的土壤水分無顯著差異。

        不同測(cè)試點(diǎn)在不同時(shí)期40cm土層以下的土壤水分基本相同且含量較高,變化幅度較小,主要是40cm土層以下土壤水分受地下水的影響較大,損失的水分能夠得到及時(shí)補(bǔ)給,能夠穩(wěn)定在一定的水平。

        2.2 土壤鹽分

        從頂凌期到油葵幼苗期,由于秋澆洗鹽和春季灌水壓鹽,露地、舊地膜帶、舊地膜附近、舊地膜間0—100 cm土層土壤鹽分高低順序?yàn)椋悍禎{期>幼苗期>播種前>頂凌期,且不同測(cè)定時(shí)期土壤鹽分變化幅度為:舊地膜附近>舊地膜間>露地>舊地膜帶(圖2)。

        頂凌期露地、舊地膜帶、舊地膜附近、舊地膜間0—20cm土層土壤含鹽量分別為1.04,0.90,1.21,1.11g/kg,舊地膜附近極顯著高于舊地膜間,舊地膜間顯著高于露地,露地則極顯著高于舊地膜帶。頂凌期20cm土層以下不同測(cè)試點(diǎn)的土壤鹽分基本一致,無顯著差異。返漿期露地、舊地膜帶、舊地膜附近、舊地膜間0—50cm土層土壤含鹽量分別為:1.65,1.28,2.34,1.97g/kg之間存在極顯著差異,且舊地膜附近、舊地膜間0—10cm土層土壤鹽分高達(dá)3.86,3.03g/kg。經(jīng)過春季灌水壓鹽,播種時(shí)不同測(cè)試點(diǎn)的土壤鹽分較返漿期降低。播種時(shí)露地、舊地膜帶、舊地膜附近、舊地膜間0—30cm土層土壤含鹽量分別為:1.35,1.15,1.79,1.60g/kg,之間存在極顯著差異。播種時(shí)30cm土層以下不同測(cè)試點(diǎn)的土壤鹽分含量基本相同。幼苗期露地、舊地膜帶、舊地膜附近、舊地膜間0—30cm土層土壤含鹽量分別為:1.82,1.26,2.24,2.07g/kg,舊地膜附近顯著高于舊地膜間,舊地膜間極顯著高于露地,露地則極顯著高于舊地膜帶。

        不同測(cè)試點(diǎn)不同時(shí)期50cm以下土層的土壤鹽分基本相同,基本穩(wěn)定在較高的水平,主要是50cm以下土壤鹽分受地下水位的影響。

        圖2 不同時(shí)期不同處理的土壤鹽分

        2.3 向日葵幼苗生長(zhǎng)狀況

        從舊地膜帶到露地、舊地膜間,油葵的出苗天數(shù)逐漸延長(zhǎng),出苗率、存活率逐漸降低,之間存在極顯著差異(表1)。從舊地膜帶到露地、舊地膜間,油葵的株高、莖粗、葉片數(shù)、根系深度、根系幅度也逐漸降低,之間也存在著極顯著差異。

        表1 不同處理的出苗狀況及生長(zhǎng)狀況

        從舊地膜帶到裸地、舊地膜間,油葵的葉片、葉柄、莖及根系生物量均逐漸降低,之間存在極顯著差異(表2)。露地的根冠比顯著高于舊地膜帶,舊地膜帶極顯著高于舊地膜間。露地的根冠比比較高,舊地膜間的比較低,主要是適量的土壤鹽分可促進(jìn)油葵根系生長(zhǎng),過量的鹽分則抑制油葵根系生長(zhǎng)[25]。

        表2 不同處理的幼苗生物量

        3 討論

        舊地膜的密閉性雖不及新地膜,但與露地相比,舊地膜帶仍能顯著減少土壤水分蒸發(fā),提高耕層土壤水分,這與閆雅非等[15]的試驗(yàn)結(jié)果相一致;舊地膜帶的土壤水分高于露地,主要是試驗(yàn)地地下水位較高,舊地膜帶的土壤溫度較高[16],土壤中上行水汽蒸發(fā)強(qiáng)烈,受舊地膜覆蓋的影響,舊地膜邊沿及舊地膜間成為土壤水分蒸發(fā)的主要通道[17,23,26-27],因而舊地 膜附近及舊地膜間的土壤水分較露地高;由于舊地膜附近受舊地膜下土壤水汽蒸發(fā)的影響程度大于舊地膜間,因而舊地膜附近耕層土壤的水分高于舊地膜間。一般情況下土壤蒸發(fā)越強(qiáng)烈,土壤鹽分表聚則越多。舊地膜帶的土壤水分上行到地表,遇到舊地膜后不能蒸散到大氣中,而是凝結(jié)成水珠,重新返回到表層土壤(即耕層土壤),起到洗鹽、壓鹽的作用,因而舊地膜帶耕層土壤鹽分較露地低。舊地膜間是舊地膜覆蓋田土壤水分蒸發(fā)的主要區(qū)域,舊地膜間較露地土壤水分含量高,蒸發(fā)強(qiáng)烈,因而表層土壤鹽分表聚較多,鹽分含量較高。由于舊地膜附近土壤水分蒸發(fā)更加強(qiáng)烈,因而土壤鹽分表聚則更嚴(yán)重,鹽分含量則最高。雖然油葵為耐鹽性較強(qiáng)的作物,但由于油葵播種時(shí)舊地膜間、舊地膜附近的土壤水分、鹽分含量較高,導(dǎo)致舊地膜間種植的油葵從播種到幼苗期均處于高濕、高鹽的土壤環(huán)境,導(dǎo)致油葵萌發(fā)、生長(zhǎng)緩慢,出苗率、存活率降低;雖然舊地膜帶的土壤水分較高,但由于土壤鹽分含量較低,且土壤溫度較高[16],因而油葵的出苗期短,出苗率、存活率高且生長(zhǎng)狀況良好。舊地膜間種植的油葵生長(zhǎng)狀況比露地差,該結(jié)果與閆雅非等[15]的不一致,主要是二者試驗(yàn)地的土壤鹽分含量不同,因而作物生長(zhǎng)出現(xiàn)差異。

        4 結(jié)論

        (1)地膜再利用栽培技術(shù)可提高舊地膜帶及舊地膜附近、舊地膜間耕層的土壤水分,降低舊地膜帶耕層的土壤鹽分,但提高了舊地膜附近及舊地膜間耕層的土壤鹽分。地膜再利用栽培技術(shù)對(duì)深層土壤水分、鹽分無顯著影響。

        (2)地膜再利用栽培技術(shù)縮短了舊地膜帶油葵的出苗天數(shù),提高了油葵的出苗率及存活率,促進(jìn)了油葵幼苗生長(zhǎng);但地膜再利用栽培技術(shù)延長(zhǎng)了舊地膜間油葵的出苗天數(shù),降低了油葵的出苗率及存活率,抑制了油葵幼苗生長(zhǎng)。

        (3)應(yīng)用地膜再利用栽培技術(shù)種植油葵時(shí),應(yīng)將油葵種植在舊地膜覆帶上,不應(yīng)將油葵種植在舊地膜之間。

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