李 鶴， 李曙光， 劉新潮， 張 卓

(內(nèi)蒙古自治區(qū)通遼市水利技術(shù)推廣站，內(nèi)蒙古通遼 028000)

我國(guó)北方地區(qū)春季干旱少雨且地溫較低，一定程度上威脅著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，而適宜的的土壤水熱條件直接影響著作物的正常生長(zhǎng)和產(chǎn)量的形成[1-2]。有研究表明，地表覆蓋地膜后，能夠有效地將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為熱能，同時(shí)具有較好的保墑效果，從而更好地調(diào)節(jié)了土壤水熱條件，有利于作物生長(zhǎng)發(fā)育和水分利用效率的提高，因此在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用[3-4]。但有研究發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期地膜覆蓋同樣會(huì)產(chǎn)生一定的負(fù)面影響。李世清等研究得出，地膜覆蓋的增產(chǎn)效應(yīng)主要是以過(guò)度消耗土壤養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)為代價(jià)獲得的，但這也使得作物生長(zhǎng)后期養(yǎng)分不足的問(wèn)題凸顯，直接導(dǎo)致作物的減產(chǎn)[5]。張冬梅等研究表明，由于地膜覆蓋提高了耕層土壤溫度，加快了玉米的生長(zhǎng)進(jìn)程，使得玉米生育期提前，但這也使玉米在生育后期的關(guān)鍵生育期受到了水分脅迫作用，產(chǎn)量顯著降低[6]。Zaongo等研究指出，地膜覆蓋后加速了作物的前期生長(zhǎng)，但對(duì)土壤養(yǎng)分及水分的消耗嚴(yán)重，這也造成作物生育后期土壤的脫肥、脫水現(xiàn)象的發(fā)生，使得作物減產(chǎn)[7]。由此可見(jiàn)，如果地膜覆蓋技術(shù)應(yīng)用不當(dāng)，不但不能達(dá)到增產(chǎn)增收的效果，還會(huì)造成作物的減產(chǎn)。但有研究表明，土壤中施用有機(jī)肥后，能夠有效提高作物根系活力和衰老進(jìn)程[8-9]，同時(shí)為作物的后期生長(zhǎng)提供充足的肥料供應(yīng)，因此有望采用地膜覆蓋結(jié)合施用有機(jī)肥的措施來(lái)緩解作物早衰現(xiàn)象的發(fā)生，以期達(dá)到作物的增產(chǎn)增收和水分高效利用的效果。

基于前人的研究成果，本研究在地膜覆蓋的基礎(chǔ)上，增加了施用有機(jī)肥和有機(jī)肥+地膜處理，以不覆膜不施用有機(jī)肥處理為對(duì)照，對(duì)比研究了不同處理對(duì)土壤溫度、小麥生育期耗水規(guī)律及對(duì)產(chǎn)量和水分利用效率的影響，以期選出最優(yōu)的覆蓋方式，達(dá)到小麥的增產(chǎn)增收和水分的高效利用，對(duì)內(nèi)蒙古通遼市農(nóng)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

本試驗(yàn)于2015年4月16日至7月21日在內(nèi)蒙古通遼市科爾沁左翼中旗腰林毛都鎮(zhèn)進(jìn)行，該地區(qū)多年平均降水量 208 mm，蒸發(fā)量為2 027 mm，多年平均日照時(shí)數(shù)2 927 h，多年平均風(fēng)速3.9 m/s，最大凍土深180 cm，無(wú)霜期150～160 d，屬于典型的半干旱季風(fēng)氣候區(qū)。試驗(yàn)區(qū)土壤類(lèi)型主要為沙壤土，0～100 cm土壤平均容重為1.38 g/cm3，田間持量為25.31%，灌溉水源為地下水。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置施用有機(jī)肥、地膜覆蓋、有機(jī)肥+地膜和對(duì)照(不施有機(jī)肥、不覆膜)4個(gè)處理。施用有機(jī)肥處理于整地前施肥，施入量4 t/hm2，施入后進(jìn)行機(jī)械翻地整勻，然后進(jìn)行春灌。待土壤落干后，進(jìn)行整地播種小麥，其中地膜覆蓋于春播期進(jìn)行機(jī)器覆膜、人工點(diǎn)播，地膜采用膜寬為70 cm的聚乙烯普通農(nóng)用地膜；其他處理采用機(jī)械播種；試驗(yàn)小區(qū)采用隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)，每個(gè)處理重復(fù)3次，小區(qū)規(guī)格50 m×10 m；為防止小區(qū)間水分串通，影響各小區(qū)實(shí)際含水率變化，在各小區(qū)間垂向埋設(shè)1 m深塑料膜隔離。

小麥品種選用長(zhǎng)武134，播種量為450 kg/hm2，播種時(shí)施足底肥(磷酸二銨)450 kg/hm2，按當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)耕作措施進(jìn)行灌溉、施肥，第1次灌溉時(shí)施尿素450 kg/hm2，第2次灌溉時(shí)施尿素225 kg/hm2。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

田間微氣象站采集小麥生育期氣象資料，每隔10 d在各處理小區(qū)內(nèi)取土，采樣深度為100 cm，每隔20 cm為一層，采用烘干稱(chēng)質(zhì)量法測(cè)定土壤含水率，各3次重復(fù)。土壤溫度采用意大利產(chǎn)145-20型數(shù)顯探針式地溫計(jì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，測(cè)定深度分別為5、10、15、20 cm，各生育期連續(xù)3 d從08：00至 20：00 每隔2 h讀取1次。小麥成熟期，各處理選取3個(gè)完整取樣區(qū)域1 m2范圍內(nèi)全部植株進(jìn)行風(fēng)干后測(cè)產(chǎn)。

1.4 水分利用效率(WUE)計(jì)算

WUE=Y/ET；

ET=ΔW+P+I。

式中：Y為小麥經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量(kg/hm2)；ET為小麥生育期總耗水量(mm)；ΔW為小麥生育期內(nèi)0～100 cm土壤貯水量變化(mm)；P為小麥生育期有效降水量(mm)；I為灌溉量(mm)。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2003進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并繪制圖表；采用SPSS 17.0進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)春小麥生育期土壤日平均溫度的影響

由表1可知，小麥苗期內(nèi)，各處理不同土層土壤溫度均較對(duì)照處理有不同程度的增加，且以表層5 cm處增幅最大，施用有機(jī)肥、地膜覆蓋和有機(jī)肥+地膜處理平均較對(duì)照處理高0.04、0.94、0.41 ℃，且隨土層深度的增加增溫效果減弱，這是由于土層深度越深，受外界環(huán)境影響逐漸減弱所致[10]。只地膜覆蓋處理較對(duì)照處理增溫效果最為顯著，且各土層溫度顯著高于其他各處理(P<0.05)，此階段各處理土壤溫度大小依次為地膜>有機(jī)肥+地膜>有機(jī)肥>對(duì)照。同時(shí)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，該生育階段內(nèi)，只施用有機(jī)肥處理的增溫效果較對(duì)照處理不顯著(P>0.05)，這可能是由于此階段氣溫相對(duì)較低，有機(jī)肥不易分解所致。

小麥進(jìn)入拔節(jié)期以后，由于有機(jī)肥、地膜覆蓋和有機(jī)肥+地膜覆蓋處理更好地調(diào)節(jié)了土壤的水熱條件，從而使得小麥植株生長(zhǎng)更為茂盛，遮陰效果較強(qiáng)，此時(shí)各處理土壤溫度均顯著低于對(duì)照處理(P<0.05)，有機(jī)肥、地膜覆蓋和有機(jī)肥+地膜覆蓋處理5～20 cm土壤溫度平均較對(duì)照處理低1.59、2.01、2.60 ℃，起到了良好的降溫效應(yīng)，而此階段是小麥的生長(zhǎng)關(guān)鍵期，一定的降溫效應(yīng)更有利于根系的生長(zhǎng)發(fā)育和對(duì)養(yǎng)分的吸收利用，從而有利于小麥的生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量的形成。

小麥進(jìn)入揚(yáng)花期和灌漿期以后，逐漸由營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)轉(zhuǎn)向生殖生長(zhǎng)，而各處理小麥均較對(duì)照處理生長(zhǎng)進(jìn)程有所提前，同時(shí)進(jìn)入生育后期部分葉片逐漸凋亡，地面覆蓋度相對(duì)降低，此時(shí)各處理地表5、10 cm處溫度較對(duì)照處理有所提高，且部分處理差異達(dá)到了顯著水平(P<0.05)，揚(yáng)花期以處理有機(jī)肥+地膜增溫最為明顯，5 cm土壤平均土壤溫度較對(duì)照處理高 1.05 ℃；灌漿期則以施用有機(jī)肥處理增溫最為明顯，5、10 cm土壤平均溫度分別較對(duì)照處理高1.04、0.34 ℃。同時(shí)對(duì)比施用有機(jī)肥、地膜覆蓋和有機(jī)肥+地膜覆蓋處理發(fā)現(xiàn)，小麥灌漿期施用有機(jī)肥和有機(jī)肥+地膜覆蓋處理各土層溫度要明顯高于地膜覆蓋處理，這主要是由于小麥生育后期，塑料地膜的透光性減弱以及土壤肥料分解加速[11]。

表1 不同處理?xiàng)l件下5～20 cm土壤日平均溫度變化

注：同一生育期同列數(shù)據(jù)后不同小寫(xiě)字母表示在0.05水平上差異顯著。下表同。

2.2 不同處理對(duì)春小麥各生育期耗水量的影響

由表2可知，小麥各生育期耗水量整體表現(xiàn)為先增大后減小的趨勢(shì)，且在小麥拔節(jié)期至揚(yáng)花期達(dá)到了全生育期的峰值，而后隨小麥的成熟，植株逐漸衰老凋亡，耗水量逐漸降低。

各處理較對(duì)照處理生育期總耗水量顯著增加，施用有機(jī)肥、地膜覆蓋和有機(jī)肥+地膜處理分別較對(duì)照處理高 11.91%、12.62%和15.73%，差異顯著(P<0.05)。同時(shí)研究發(fā)現(xiàn)，在小麥拔節(jié)期至揚(yáng)花期各處理較對(duì)照處理耗水量增幅最大，平均較對(duì)照處理高18.06%、12.71%和15.11%，差異顯著(P<0.05)，而該階段小麥耗水量越高說(shuō)明其生長(zhǎng)越旺盛，從而更有利于小麥成穗和總產(chǎn)量的提高。

表2 不同處理?xiàng)l件下小麥各生育期耗水量變化

2.3 不同處理對(duì)春小麥產(chǎn)量及水分利用效率的影響

由表3可知，施用有機(jī)肥、地膜覆蓋和有機(jī)肥+地膜處理間小麥產(chǎn)量指標(biāo)穗長(zhǎng)、穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量差異不顯著(P>0.05)，但均顯著高于對(duì)照處理(P<0.05)。地膜覆蓋和有機(jī)肥+地膜處理間小麥生物量差異不顯著，但均顯著高于只施用有機(jī)肥處理和對(duì)照處理，主要是由于施用有機(jī)肥一定程度上抑制小麥前期生長(zhǎng)。對(duì)比各處理經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量發(fā)現(xiàn)，各處理均顯著高于對(duì)照處理(P<0.05)，施用有機(jī)肥、地膜覆蓋和有機(jī) 肥+ 地膜處理平均較對(duì)照處理高27.15%、26.14%和 32.82%，且以有機(jī)肥+地膜處理增產(chǎn)效應(yīng)最為顯著，這一研究結(jié)論與陳玉華等的研究結(jié)果[11]一致。這主要是由于該處理在促進(jìn)小麥前期生長(zhǎng)的同時(shí)，也為小麥后期的生長(zhǎng)提供了充足的肥料供應(yīng)。

表3 不同處理?xiàng)l件下小麥產(chǎn)量指標(biāo)變化

對(duì)于干旱和半干旱區(qū)來(lái)說(shuō)，農(nóng)業(yè)用水日益緊缺是制約當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素，因此如何實(shí)現(xiàn)灌溉用水的高效利用是決定農(nóng)業(yè)正常發(fā)展的主要問(wèn)題。作物水分利用效率是綜合反映作物對(duì)水分利用程度的量化指標(biāo)。由表4可知，不同處理?xiàng)l件下小麥的水分利用效率大小依次為有機(jī)肥+地膜>有機(jī)肥>地膜>對(duì)照，分別較對(duì)照處理高14.75%、13.54%和11.99%，差異性顯著(P<0.05)，但三者間水分利用效率差異不顯著(P>0.05)。這主要是因?yàn)楦采w在一定程度上抑制了小麥棵間土壤蒸發(fā)量， 使得這部分無(wú)效蒸發(fā)被作物有效利用，提高了水分利用效率。

表4 不同處理?xiàng)l件下水分利用效率的變化

3 討論與結(jié)論

有研究表明[12]，地膜覆蓋在小麥生長(zhǎng)后期的增溫效應(yīng)減弱，甚至在高溫季節(jié)有一定的降溫效應(yīng)，從而避免了高溫的危害，提高了小麥產(chǎn)量。同時(shí)有研究表明，地膜覆蓋后顯著提升了小麥生長(zhǎng)前期耕層土壤溫度，從而加速了小麥的生長(zhǎng)進(jìn)程，為小麥的高產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)，而生育后期，地膜覆蓋反而對(duì)作物的根系生長(zhǎng)發(fā)育以及蒸發(fā)蒸騰作用產(chǎn)生了抑制作用，會(huì)造成小麥的減產(chǎn)[9]。本研究在地膜覆蓋的基礎(chǔ)上，增加了施用有機(jī)肥和有機(jī)肥+地膜處理，與不覆膜不施用有機(jī)肥處理進(jìn)行了對(duì)比研究，結(jié)果表明，覆膜在生育前期起到了良好的增溫保溫效果，有利于小麥苗期的生長(zhǎng)發(fā)育，而生育后期由于植株生長(zhǎng)更為旺盛，地膜覆蓋條件后期增溫效應(yīng)減弱，起到了降溫效應(yīng)，有利于小麥的生長(zhǎng)發(fā)育，從而為小麥的增產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)；施用有機(jī)肥后，在小麥生育前期，一定程度上減弱了增溫效果，但在生育后期增溫效果顯著，在一定程度上促進(jìn)了小麥的灌漿成熟[11]。

作物的耗水強(qiáng)度表征作物的生長(zhǎng)狀況，同時(shí)耗水強(qiáng)度在一定程度上也影響著作物對(duì)水分的利用率，本研究發(fā)現(xiàn)，由于各處理?xiàng)l件小麥長(zhǎng)勢(shì)優(yōu)于對(duì)照處理，所以整個(gè)生育期耗水量顯著高于對(duì)照處理，施用有機(jī)肥、地膜覆蓋和有機(jī)肥+地膜處理分別較對(duì)照處理高11.91%、12.62%和15.73%，且在小麥拔節(jié)期至揚(yáng)花期各處理較對(duì)照處理耗水更強(qiáng)，而該階段小麥耗水量越高說(shuō)明其生長(zhǎng)越旺盛，從而更有利于小麥成穗和總產(chǎn)量的提高。

由于地膜覆蓋和土壤施用有機(jī)肥后，更好地調(diào)節(jié)了土壤的水肥氣熱條件，有利于小麥根系及枝葉的生長(zhǎng)發(fā)育，增強(qiáng)對(duì)土壤養(yǎng)分的吸收利用，進(jìn)而提高了小麥產(chǎn)量[9，13]。本研究發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照處理相比，無(wú)論只覆蓋地膜還是只施用有機(jī)肥均可顯著提高作物產(chǎn)量指標(biāo)，且在兩者結(jié)合實(shí)施下，即處理有機(jī) 肥+ 地膜處理?xiàng)l件下小麥的增產(chǎn)增收效果最為顯著，平均較對(duì)照處理增產(chǎn)32.82%。但對(duì)于干旱半干旱區(qū)來(lái)說(shuō)，在實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)水分的高效利用才是保證農(nóng)業(yè)健康發(fā)展的關(guān)鍵所在，通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，有機(jī)肥、地膜覆蓋和有機(jī)肥+地膜覆蓋處理三者間水分利用效率差異性不顯著(P>0.05)，但平均較對(duì)照處理高13.54%、11.99%和14.75%，差異達(dá)到了顯著性水平。綜合分析，該地區(qū)小麥種植建議采用有機(jī)肥+地膜覆蓋的種植方式。