劉宏勝，崔紅艷，吳 兵，高玉紅，李 映，牛俊義，武江燕，南炳江

(1.會(huì)寧縣WFP/IFAD農(nóng)村綜合發(fā)展項(xiàng)目辦公室，甘肅會(huì)寧 730799； 2.甘肅省會(huì)寧縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，甘肅會(huì)寧 730799；3.蘭州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院干旱農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，甘肅蘭州 730000； 4.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院，甘肅蘭州 730070； 5.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，甘肅蘭州 730070； 6.甘肅省會(huì)寧縣氣象局，甘肅會(huì)寧 730799)

小麥?zhǔn)屈S土高原半干旱區(qū)保障口糧的主要作物。由于該區(qū)域降雨稀少、蒸發(fā)強(qiáng)、雨水季節(jié)分布不均，加之自然降水和小麥需水規(guī)律不相吻合、春季低溫、伏旱高溫等因素的影響，小麥產(chǎn)量總體水平長期低而不穩(wěn)，一般單產(chǎn)1 500 kg·hm-2左右[1-3]。因此，如何采取有效的耕作技術(shù)和蓄水保墑措施，增加降雨的入滲、保蓄和利用，提高土壤蓄水量[4]，對黃土高原半干旱區(qū)作物生產(chǎn)資源高效利用和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。

地膜覆蓋是西北旱作農(nóng)業(yè)的主要技術(shù)，而全膜覆土穴播技術(shù)是旱作農(nóng)業(yè)的一項(xiàng)重大突破技術(shù)，是旱地小麥栽培的又一場革命[5]。該技術(shù)可以改善耕層的土壤水熱狀況，抑制地面的無效蒸發(fā)，大幅度提高農(nóng)田降水利用效率，緩解干旱和春季地溫對小麥生長的不利影響，增產(chǎn)幅度達(dá)到30%以上[6-8]。保墑和增溫效應(yīng)通常被認(rèn)為是旱作區(qū)地膜覆蓋能大幅度增產(chǎn)的主要原因[9]。地膜覆蓋增溫效應(yīng)的本質(zhì)是由于近地表空氣相對穩(wěn)定且傳導(dǎo)性低，地膜易于捕獲太陽輻射，使土壤表層升溫，并在膜下形成“溫室效應(yīng)”[10-11]。與露地栽培相比，地膜覆蓋具有作物生長前期低溫季節(jié)增溫、后期高溫季節(jié)降溫的雙重效應(yīng)，而且可以平緩地溫在季節(jié)間和晝夜間的劇烈變化[6,12-13]。研究表明，不同的覆蓋方式[14]、覆蓋材料[15]、覆蓋時(shí)期[16]、作物種類、生長季節(jié)等對土壤溫度的影響存在較大的差異[9]。山西旱地冬小麥在全地面覆膜平作穴播下全生育期15 cm處的地溫較膜側(cè)條播處理增加了0.98 ℃，積溫升高了233 ℃[17]。Ram等[18]指出，麥稈覆蓋總體表現(xiàn)出降溫效應(yīng)，其中播種層的地溫較未覆蓋處理降低了2.7～3.1 ℃，但最終仍獲得了高產(chǎn)。地膜覆蓋雖能普遍促進(jìn)作物增產(chǎn)，但覆膜增溫有時(shí)會(huì)引起小麥生長發(fā)育后期出現(xiàn)早衰的現(xiàn)象，粒重也有明顯下降[19]。陳恒洪等[9]研究發(fā)現(xiàn)，春季覆膜和秋季覆膜下旱地春小麥的土壤溫度沒有明顯的差異，膜上覆土與不覆土兩種方式間有較大差異，覆土處理的全生育期0～25 cm平均地溫低于不覆土處理1.57 ℃，但小麥產(chǎn)量卻增加了24.4%。在水溫條件差、大陸性氣候強(qiáng)烈、氣候生態(tài)條件特殊的黃土高原半干旱雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)，旱地春小麥?zhǔn)巧贁?shù)可適宜種植的作物之一[12,20]。然而，前人在西北旱作小麥覆蓋溫度效應(yīng)方面的研究較少，而更多關(guān)注的焦點(diǎn)是覆蓋的保墑效應(yīng)[12]。本研究以傳統(tǒng)無覆蓋的露地種植為對照，比較了3種旱地小麥覆膜栽植方式對土壤溫度和籽粒產(chǎn)量的影響，以期明確最優(yōu)的覆蓋栽培模式，為旱地春小麥高產(chǎn)高效栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)于2015年3-8月在甘肅省會(huì)寧縣會(huì)師鎮(zhèn)南嘴村的旱川地(35°38′E，105°02′N)進(jìn)行。試驗(yàn)區(qū)地處隴中黃土高原丘陵溝壑區(qū)，海拔高度1 772.3 m，年均氣溫8.3 ℃，無霜期155 d，≥10 ℃的有效活動(dòng)積溫2 664 ℃左右，年降雨量356.7 mm。試驗(yàn)地前茬為小麥，地力均勻，肥力中等。前茬作物收后及時(shí)淺耕曬垡，秋季結(jié)合深翻打磨收口施有機(jī)肥(顆粒雞糞)900 kg·hm-2、過磷酸鈣600 kg·hm-2和尿素300 kg·hm-2。試驗(yàn)地土壤屬黃綿土，0～20 cm土壤，有機(jī)質(zhì)含量為0.99%，全氮含量為0.07%，全磷含量為0.07%，全鉀含量為2.15%，速效氮含量為32.10 mg·kg-1，速效磷含量為9.72 mg·kg-1，速效鉀含量為165.80 mg·kg-1，pH值8.47。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)置4個(gè)處理：全膜平作覆土穴播(film mulching on flat and hole-sowing with field soil，記為FFs)，選用寬幅120 cm的地膜全地面平鋪覆蓋，并在鋪好的地膜上面均勻撒厚度約1 cm的細(xì)綿土；全膜壟溝覆土穴播(film mulching on ridge and hole-sowing with field soil，記為FRs)，按壟寬16 cm，壟高5 cm，人工用手鋤開溝起壟，全地面覆蓋地膜，并在壟溝內(nèi)均勻撒約1 cm厚的細(xì)綿土，壟溝內(nèi)每間隔1 m打一個(gè)直徑約5 mm的滲水孔，壟溝內(nèi)穴播一行小麥即可；全膜平作無土穴播(film mulching on flat and hole-sowing without field soil，記為FFn)，將地膜全地面平鋪覆蓋，地膜鋪好后每隔2 m在與地膜走向的垂直方向打一個(gè)土腰帶，防止大風(fēng)吹起地膜；露地穴播(flat planting without film mulching，記為CK)，不覆膜，平作穴播。

所有處理均為人工覆膜、播種，設(shè)3次重復(fù)，小區(qū)面積16.15 m2(5.00 m×3.23 m)，走道寬0.5 m，試驗(yàn)地四周設(shè)置保護(hù)行。供試品種為甘春25號(hào)，2015年3月22日播種，播量為270萬?！m-2，每小區(qū)播20行，行距16 cm，穴距12 cm，每穴播8粒。生育期間其他管理同當(dāng)?shù)卮筇?，收獲期為2015年7月17日。

1.3 項(xiàng)目測定與方法

1.3.1 土壤溫度測定

在春小麥主要生育時(shí)期(苗期、分蘗期、拔節(jié)期、孕穗期、抽穗期、揚(yáng)花期、灌漿期、成熟期)，各小區(qū)分別測定5、10、15、20和25 cm土層的土壤溫度。地溫計(jì)插入各小區(qū)中間的小麥行間，全生育期均在固定的地方讀取地溫?cái)?shù)據(jù)。在干燥晴天測定地溫，各生育時(shí)期測定分別在8:00、12:00、14:00和18:00，日均溫取平均值。

1.3.2 小麥籽粒產(chǎn)量及其構(gòu)成因子的測定

在小麥?zhǔn)斋@期每個(gè)小區(qū)隨機(jī)取20株進(jìn)行室內(nèi)考種，測定株高、穗數(shù)、穗長、每穗小穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重。小區(qū)單打單收，曬干后測定實(shí)際產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2010和SPSS 19.0軟件處理和分析數(shù)據(jù)，用LSD法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 春小麥主要生育時(shí)期不同土層溫度的時(shí)空差異

在春小麥各生育時(shí)期，不同處理的0～25 cm土層溫度存在較大的差異(圖1)?？傮w上，不同覆膜栽培處理間的差異在分蘗期最大，苗期次之，兩個(gè)時(shí)期變異系數(shù)分別為3.64%和3.07%。從不同土層看，不同個(gè)處理間地溫差異以20 cm土層最大，5 cm土層最小，兩個(gè)土層的變異系數(shù)分別為1.64%和1.41%。各處理的土壤日均溫均隨著春小麥生育進(jìn)程的推進(jìn)而逐漸升高，隨著土層的加深而不斷降低。與露地穴播(CK)相比，覆膜處理在春小麥苗期至抽穗期均表現(xiàn)出明顯的增溫效應(yīng)，而在揚(yáng)花期和灌漿期有一定降溫效應(yīng)。就各個(gè)處理的增溫幅度而言，全膜平作覆土穴播(FFs)處理在春小麥孕穗期0～25 cm土層增溫幅度最大，地溫平均增加了1.03 ℃，而全膜壟溝覆土穴播(FRs)處理在分蘗期增溫幅度最大，高達(dá)1.33 ℃；在拔節(jié)期，全膜平作無土穴播(FFn)處理的增溫效應(yīng)較明顯，比CK增加了1.16 ℃。在春小麥揚(yáng)花期和灌漿期，3種覆膜栽培處理的0～25 cm土層平均溫度分別比CK低 0.25和0.43 ℃。由此可見，在春小麥不同生育時(shí)期，覆膜處理在不同程度上較CK有增溫和降溫的雙重效應(yīng)。

a:苗期;b:分蘗期;c:拔節(jié)期;d:孕穗期;e:抽穗期;f:揚(yáng)花期;g:灌漿期;h:成熟期;FFs:全膜平作覆土穴播;FRs:全膜壟溝覆土穴播;FFn:全膜平作無土穴播;CK:露地穴播。圖2同。

a:Seedling stage;b:Tillerinng stage;c:Jointing stage;d:Booting stage;e:Heading stage;f:Flowering stage;g:Filling stage;h:Mature stage.FFs:Film mulching on flat and hole-sowing with field soil;FRs:Film mulching on ridge and hole-sowing with field soil;FFn:Film mulching on flat and hole-sowing without field soil;CK:Flat planting without film mulching.The same in figure 2.

圖1春小麥不同生育時(shí)期各處理0～25cm土層溫度的時(shí)空變化

Fig.1Temporalandspatialchangesoftemperaturein0-25cmsoillayersunderdifferenttreatmentsatdifferentgrowthstages

2.2 春小麥全生育期0～25 cm土層平均溫度的動(dòng)態(tài)差異

從春小麥各個(gè)生育時(shí)期0～25 cm土層平均溫度(圖2A)看，不同生育時(shí)期覆膜栽培處理與露地穴播處理(CK)的差值表現(xiàn)為孕穗期(0.93 ℃)>拔節(jié)期(0.92 ℃)>分蘗期(0.82 ℃)>成熟期(0.69 ℃)>苗期(0.46 ℃)>抽穗期(0.31 ℃)>灌漿期(-0.25 ℃)>揚(yáng)花期(-0.43 ℃)。由圖2B可知，全膜平作覆土穴播(FFs)、全膜壟溝覆土穴播(FRs)和全膜平作無土穴播(FFn)處理在春小麥全生育期0～25 cm土層平均溫度分別為18.19、18.56和18.40 ℃，較CK分別增加了0.12%、2.16%和1.28%，而且FRs、FFn處理與CK之間差異均達(dá)到了顯著水平(P<0.05)。春小麥全生育期在0～25 cm土層溫度的變異系數(shù)表現(xiàn)為CK(20.50%)>FFn(20.33%)> FFs(18.49%)> FRs(18.24%)，覆膜處理的土壤溫度在春小麥生育期間的波動(dòng)明顯低于CK，而且FRs處理的變異系數(shù)最低，對土壤溫度的變化具有較強(qiáng)的平抑作用。

圖柱上不同小寫字母表示處理間在0.05水平上差異顯著。

Different small letters above columns indicate significant difference among treatments at 0.05 level.

圖2春小麥不同生育時(shí)期(A)和全生育期(B)各處理0～25cm土層平均溫度

Fig.2Meantemperatureofdifferenttreatmentsin0-25cmsoillayeratdifferentgrowthstages(A)andduringthewholegrowthperiod(B)ofspringwheat

2.3 春小麥全生育期土壤溫度的垂直變化

由圖3可以看出，各處理小麥全生育期0～25 cm土層平均溫度均表現(xiàn)為隨著土層的加深而遞減，與5 cm地溫相比，全膜平作覆土穴播(FFs)、全膜壟溝覆土穴播(FRs)和全膜平作無土穴播(FFn)處理及CK的25 cm地溫分別降低了5.48、5.60、5.40和5.38 ℃。各個(gè)覆膜處理10 cm地溫的降幅最大，達(dá)到2.05～2.40 ℃；25 cm地溫降幅最小，較20 cm地溫平均降低了0.63 ℃。與CK相比，3個(gè)覆膜處理的5 cm、10 cm、15 cm、20 cm和25 cm平均地溫分別增加了0.45、0.40、0.38、0.37和0.34 ℃。其中，F(xiàn)Fs和FRs處理對5 cm地溫的增加效應(yīng)比較明顯，增幅達(dá)0.41和0.70 ℃；而FFn處理的15 cm地溫增加幅度最大，為0.45 ℃。

2.4 春小麥全生育期不同土層溫度的日變化差異

從小麥全生育期不同土層溫度日變化趨勢(圖4)看，地溫在8:00均隨著土壤深度的增加而不斷增加，在12:00、14:00和18:00則隨土層的加深而逐漸遞減。與CK相比，3種覆膜栽培方式在8:00、12:00和18:00都具有增溫效應(yīng)，而且增溫效應(yīng)以18:00最大，地溫平均比CK增加了1.24 ℃。但在14:00，與CK相比，春小麥全生育期FFs處理的地溫降低了0.65 ℃，而FRs和FFn處理分別增加0.55和0.22 ℃。不同處理間的變異系數(shù)在8:00、12:00、14:00和18:00分別為7.31%、17.26%、17.01%、13.38%，即土壤溫度的日變化在處理間的差異以12:00最大，14:00次之，8:00最小。不同土層間溫度的變異系數(shù)表現(xiàn)為5 cm(25.95%)>10 cm(21.53%)>15 cm(17.03%)>20 cm(10.64%)>25 cm(8.04%)，上層土壤溫度的變化大于下層土壤。

圖3 春小麥全生育期各土層平均溫度

圖4 春小麥全生育期不同土層溫度平均日變化

2.5 不同覆膜栽培方式對春小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

與CK處理相比，覆膜栽培下春小麥產(chǎn)量顯著增加(表1)。其中，F(xiàn)Rs處理的產(chǎn)量最高，增產(chǎn)幅度達(dá)21.92%，而FFs、FFn處理分別增產(chǎn)了21.08%和9.64%。FFs、FRs和FFn處理的春小麥株高分別比CK高10.64%、6.72%、8.60%，而且差異均達(dá)到顯著水平(P<0.05)。不同處理中，F(xiàn)Rs處理的穗數(shù)最多，F(xiàn)Fn處理次之，二者較CK分別增加了6.60%和5.98%，但FRs與FFn處理之間差異不顯著(P>0.05)。春小麥穗長以FRs處理最大，F(xiàn)Fs處理次之，分別比CK處理增加9.94%和7.02%，而FFn處理的穗長最短，較CK處理減少了6.43%。3處理中，F(xiàn)Rs處理的每穗小穗數(shù)最多，而FFn處理最少，分別比CK增加5.88%和5.20%，但FFn與FFs處理間差異未達(dá)到顯著水平。春小麥穗粒數(shù)表現(xiàn)為FFs>FRs>FFn>CK，三個(gè)覆膜處理分別較CK增加15.53%、12.33%和3.00%，其中FFs、FRs處理與CK差異顯著。不同處理間春小麥的千粒重?zé)o顯著差異。這說明覆膜栽培對春小麥增產(chǎn)效應(yīng)主要?dú)w因于穗數(shù)和穗粒數(shù)的增加。

表1不同覆膜栽培方式對春小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

Table1Effectofdifferentfilm-mulchingplantingpatternsongrainyieldanditscomponentsofspringwheat

處理Treatment籽粒產(chǎn)量Grainyield/(kg·hm-2)株高Plantheight/cm穗數(shù)Earnumber/(×104·hm-2)穗長Earlength/cm每穗小穗數(shù)Spikeletnumberperspike穗粒數(shù)Grainnumberperspike千粒重1000?grainweight/gFFs3888．56ab106．51a228．38b7．32b14．31b33．74a50．38aFRs3915．40a102．74b233．94a7．52a14．40a32．80ab51．23aFFn3521．17c104．55ab232．58a7．28b14．28b30．08bc50．68aCK3211．57d96．27c219．45c6．84c13．60c29．20c50．33aCV/%9．204．332．863．962．606．870．82

3 討 論

土壤溫度是作物生長的重要環(huán)境因子之一，甘肅省隴中地區(qū)季節(jié)性低溫對作物出苗和保苗造成了極大的影響。研究表明，地膜覆蓋可明顯降低作物棵間蒸發(fā)，從而改善土壤水熱狀況，對干旱和春季低溫有很好的緩解作用，有利于作物的正常生長發(fā)育，提高產(chǎn)量和降水利用效率[21-22]。本試驗(yàn)條件下，不同覆膜處理下春小麥各生育時(shí)期和0～25 cm土層的溫度存在較大的差異。與露地穴播(CK)處理相比，全膜平作覆土穴播(FFs)和全膜壟溝覆土穴播(FRs)處理分別在春小麥孕穗期、分蘗期的土壤溫度增幅最大，平均增溫1.03和1.33 ℃；而在抽穗期，全膜平作無土穴播(FFn)處理0～25 cm土層的溫度增加明顯，較CK增加了1.16 ℃。此外，在春小麥揚(yáng)花期和灌漿期，3種覆膜栽培處理的0～25 cm土層平均溫度較CK處理分別降低了0.25 和0.43 ℃。從整個(gè)生育期看，不同覆膜處理0～25 cm土層溫度的變異系數(shù)(18.24%～20.33%)均低于CK(20.50%)。這說明覆膜處理可以減輕土壤溫度的波動(dòng)。可見，在不同春小麥生育時(shí)期，覆膜處理在不同程度上有增溫和降溫的雙重效應(yīng)[15]，這與在玉米[23]、冬小麥[24]等作物上的研究結(jié)論相似，而且FRs處理對土壤溫度的變化具有較強(qiáng)的平抑作用。

小麥苗期土壤溫度對根系和葉片的生長發(fā)育影響較大[25]，隨著土壤溫度的升高，植株的干物質(zhì)積累量也逐漸增加，這為小麥的增產(chǎn)奠定了良好的基礎(chǔ)。李世清等[26]認(rèn)為，地膜覆蓋有利于增加農(nóng)田0～5 cm土層的溫度。在本研究中，3種覆膜栽培方式下春小麥全生育期各個(gè)土層均呈現(xiàn)增溫效應(yīng)，以5 cm處增幅最大，平均為0.45 ℃。其中，F(xiàn)Rs處理在5 cm處的增溫效應(yīng)最明顯，增幅達(dá)0.70 ℃，高于其他處理19.27%～43.13%。尤其重要的是覆膜處理在18:00能明顯地提高0～25 cm土層的溫度，比CK平均增加了1.24 ℃。但在14:00，F(xiàn)Fs處理的土壤溫度分別低于其他處理0.65～1.21 ℃，這一效果在灌漿期更加明顯，F(xiàn)Fs處理的地溫比CK降低了0.89 ℃，這可能是由于春小麥灌漿期氣溫較高，F(xiàn)Fs處理地膜表面的一層土可以削弱太陽光的直射，緩解了伏期高溫脅迫對小麥生長的危害[23]。

研究表明，干旱脅迫對西北黃土高原半干旱區(qū)春小麥的生產(chǎn)造成了嚴(yán)重的影響，小麥產(chǎn)量長期處于低而不穩(wěn)甚至絕收的境況[2,27]。地膜覆蓋可以有效調(diào)控土壤水分時(shí)空再分配，促進(jìn)土壤-作物水分的良性循環(huán)[28]，滿足生育期間的水分需求，從而使小麥株高、穗長、穗數(shù)和穗粒數(shù)均增加，最終實(shí)現(xiàn)小麥生產(chǎn)高產(chǎn)高效[8,29]。Du等[30]研究發(fā)現(xiàn)，相比露地栽培而言，覆膜栽培能使春小麥產(chǎn)量和地上部分生物量分別增加38.5%和44.0%。Ren等[31]和朱國慶等[32]指出，與平作無覆蓋相比，壟溝集雨種植的耕層(0～5 cm)土壤溫度增加了1.0～1.2 ℃，春小麥籽粒產(chǎn)量提高了17.6%～72.8%，水分利用效率提高3.05 kg·hm-2·mm-1。本研究中，地膜覆蓋可使春小麥顯著增產(chǎn)，且FFs、FRs和FFn處理的增產(chǎn)率分別為21.08%、21.92%和9.64%?？梢姡現(xiàn)Rs處理更能促進(jìn)旱作春小麥實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)。

在本試驗(yàn)條件下，地膜覆蓋在春小麥生長初期有明顯的增溫效果，0～25 cm土層的平均溫度可比露地提高0.31～0.93 ℃，而在春小麥揚(yáng)花至灌漿期可降低土壤溫度0.25～0.43 ℃。與露地穴播處理相比，覆膜栽培可使春小麥顯著增產(chǎn)9.64%～21.92%，其中全膜壟溝覆土穴播處理的增產(chǎn)效果更佳。有研究指出，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)氣溫每降低1 ℃，作物的生育期將會(huì)減少7 d，氣溫上升或下降1 ℃，糧食產(chǎn)量均具有增產(chǎn)或減產(chǎn)10%的潛力[33]。由此可知，在黃土高原干旱半干旱區(qū)，地膜覆蓋可以提高春小麥生育前期的土壤溫度，有利于加快小麥營養(yǎng)生長期的生育進(jìn)程；而且還可以緩解伏期高溫對小麥生長的脅迫，減緩植株衰老，延長灌漿時(shí)間，從而為春小麥籽粒產(chǎn)量的形成奠定基礎(chǔ)。

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