隋虹杰 成慧娟 王立新 葛占宇 張姼 潘映雪 孫亞琴

摘要：在全覆膜雙壟溝播、半覆膜雙壟溝播及清種3種不同處理下，對高粱土壤溫度及水分含量動態(tài)變化、植株干物質(zhì)積累程度、高粱農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量、土壤微生物含量等進行系統(tǒng)研究。結(jié)果表明，在土壤溫度上，從播種期到成熟期的整個生育期，全覆膜處理的增溫效應最大，在0～20 cm土層范圍內(nèi)，全覆膜處理比清種的日平均溫度要高2.20 ℃（2015年）和1.78 ℃（2016年）。從各土層的含水量來看，各處理土壤含水量的整體變化趨勢基本一致，但在不同生育階段，不同土層深度的水分含量變化存在一定差異。0～20 cm土層的土壤含水量表現(xiàn)為全覆膜>半覆膜>清種，20～30 cm土層的土壤含水量為半覆膜處理最高。從干物質(zhì)積累上看，覆膜處理的高粱干物質(zhì)積累量在不同生育期均明顯高于清種處理，其中全覆膜處理的干物質(zhì)積累量最大。從不同處理的高粱生育進程來看，全覆膜與半覆膜處理高粱的生育進程分別比清種早出苗3～5、2～3 d;全覆膜、半覆膜處理高粱分別比清種高粱提前成熟8～9、5 d。從產(chǎn)量上看，在干旱年份（2015年），不同處理方式的產(chǎn)量差異顯著，全覆膜處理的產(chǎn)量最高，其次是半覆膜、清種處理;而覆膜處理對于雨水充足的正常年份高粱產(chǎn)量的影響不大，但是縮短了作物的生育期。從全生育期土壤微生物數(shù)量的動態(tài)變化可知，3種處理下細菌、放線菌數(shù)量均呈拋物線形變化，最高值出現(xiàn)在抽穗期或者灌漿期。微生物的數(shù)量受生長環(huán)境的溫、濕度影響較大，大環(huán)境的變化同時可以明顯地影響微生物生長的小環(huán)境，進而改變微生物數(shù)量。

關(guān)鍵詞：高粱;覆膜方式;溫度;濕度;干物質(zhì);微生物;生長發(fā)育;產(chǎn)量

中圖分類號： S514.04

文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2019）15-0133-06

高粱具有抗旱、耐澇、耐鹽堿、適應性強的特點，特別適合在我國北方地區(qū)栽種，因而在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中占有重要位置[1]。高粱雖然屬于小雜糧作物，但是在內(nèi)蒙古赤峰市卻被大面積種植。近幾年的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，高粱在赤峰市山旱地種植的面積約占高粱種植總面積的85%以上，而赤峰市屬中溫帶半干旱大陸性季風氣候區(qū)，春季干旱缺雨風沙大，由于年蒸發(fā)量遠大于年降雨量，使得空氣干燥，干旱加重，這些因素都制約著高粱的播種和出苗[2]。因此，研究旱作高粱的不同種植方式對產(chǎn)量的影響具有重要意義。

地膜覆蓋種植技術(shù)具有水分利用率高、產(chǎn)量高、效益高等特點，被一些地區(qū)視為保障糧食安全的關(guān)鍵舉措和農(nóng)民由傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的接口[3]。近年來，關(guān)于雜交制種高粱覆膜技術(shù)的研究較多，而對多種覆膜方式下山旱地高粱生長發(fā)育和產(chǎn)量效應的報道較少。因此，探索和推廣新的栽培方式，提高農(nóng)田生產(chǎn)力和經(jīng)濟效益是當前內(nèi)蒙古赤峰地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)實需要。本研究通過測定不同覆膜方式對高粱生長發(fā)育和土壤微生物的影響，確定適合內(nèi)蒙古赤峰地區(qū)高粱節(jié)水高產(chǎn)的合理覆膜方式，以期為推廣和完善高粱地膜覆蓋種植技術(shù)、提高高粱產(chǎn)量、增加種植效益提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

本試驗于2015、2016年的5—9月在內(nèi)蒙古赤峰市農(nóng)牧科學研究院羊場試驗地進行，土壤類型為沙壤土。試驗地地勢平坦，地力均勻一致，春播前0～20 cm土層含有機質(zhì) 17.6 g/kg，速效氮77 mg/kg，速效磷47.6 mg/kg，速效鉀 144 mg/kg，pH值為8.25。試驗區(qū)年日照時數(shù)為 2 700～3 100 h，年降水量為300～500 mm。本試驗連續(xù)2年的氣象情況見表1。

1.2 材料與設計

供試高粱品種為當?shù)卦缡炱贩N赤雜110。選用厚度為 0.008 mm 的地膜，寬度分別為120、80 cm。

試驗采用隨機區(qū)組設計，共設3個處理：（1）全覆膜雙壟溝播。采用寬窄行的播種方式，膜內(nèi)播種。帶寬100 cm，大壟寬60 cm，小壟寬40 cm。選用120 cm寬的地膜覆蓋，膜與膜之間不留空隙，相接處用土壓住地膜。（2）半覆膜雙壟溝播。播種方式同全膜溝播。選用幅寬80 cm的地膜覆蓋，凈膜寬50 cm，在大壟膜間留40 cm的空隙。（3）清種（CK）。整地后直接采用60、40 cm的寬窄行方式播種，不覆蓋地膜。

各處理設3次重復，小區(qū)為16行區(qū)，行長8 m，面積為 64 m2，密度為112 500株/hm2。為了排除邊行效應，以中間4行實際產(chǎn)量折算成64 m2小區(qū)產(chǎn)量。先播種后覆膜，底肥使用長效緩控釋肥，用量為600 kg/hm2。試驗模仿旱地高粱的種植模式，全生育期不澆水，其他栽培管理措施相同。

1.3 測定項目與方法

（1）土壤溫度的調(diào)查。在種子萌芽期、苗期、拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期、成熟期各測定1次土壤溫度，測定方法是每天08：30、12：00、16：30各測1次地溫，日均溫度按照1 d 3次的平均值計算。測定土層深度為5、10、15、20 cm。

（2）土壤水分的測定。采用烘干稱質(zhì)量法[4]測定土壤表層0～10、10～20、20～30 cm的水分動態(tài)變化。在種子萌芽期、苗期、拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期、成熟期各測定1次土壤含水量。

（3）干物質(zhì)的測定。用烘干法在不同生育期測定植株地上部干質(zhì)量[5]。

（4）生育期的調(diào)查。主要調(diào)查高粱播種期、出苗期、抽穗期、開花期、成熟期。

（5）高粱生物學指標的調(diào)查。成熟期調(diào)查株高、穗長、莖粗、單穗粒質(zhì)量、千粒質(zhì)量，產(chǎn)量按秋收后小區(qū)實產(chǎn)計算。

（6）土壤微生物的測定。測定主要根層10～20 cm的微生物含量。在苗期、拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期、成熟期分別測定土壤細菌（培養(yǎng)細菌用LB培養(yǎng)基）、放線菌的數(shù)量（培養(yǎng)放線菌用高氏一號培養(yǎng)基），以及真菌的種類和數(shù)量，培養(yǎng)真菌用的是馬鈴薯葡萄糖瓊脂培養(yǎng)基（PDA），測定的真菌包括青霉菌、曲霉菌、鐮刀菌、腐霉菌和毛霉菌。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同覆膜處理對土壤溫度的影響

對表2、表3中2015、2016年2年不同深度、不同覆膜方式各生育期的土壤溫度進行比較，得出表4。結(jié)果表明，土壤溫度在整個生育期內(nèi)以全覆膜處理的增溫效應最大，在土層20 cm處，全覆膜處理的日平均溫度分別比清種的高 2.19 ℃（2015年）、1.78 ℃（2016年）;半覆膜處理的日平均溫度分別比清種的高1.37 ℃（2015年）、1.19 ℃（2016年）。在5—6月中旬，即高粱播種至拔節(jié)期，覆膜處理的增溫效果更明顯。在拔節(jié)期以后，不同處理的溫度變化沒有太大差異。

2.2 不同覆膜處理對土壤含水量的影響

從表5、表6可以看出，不同處理方式下土壤含水量的整體變化趨勢基本一致，但不同生育階段不同土層深度的水分變化存在一定的差異。從2015年各生育期的土壤含水量可以看出，在0～20 cm土層范圍內(nèi)，全覆膜的含水量最高，在20～30 cm土層范圍內(nèi)，半覆膜的含水量最高。分析其原因，可能與降水量有關(guān)：清種種植受外界環(huán)境的影響，蒸發(fā)較快，全覆膜的水分滲透力受到影響，而半覆膜既有利于水分的滲透，又阻礙了水分的蒸發(fā)，因此在20～30 cm土層內(nèi)的含水量較高。從2016年各生育期的土壤含水量上看，各種覆膜方式的含水量變化不明顯，這主要是因為2016的年降水量大，雨水充足，整個生育期土壤含水量都較高。0～20 cm土層的土壤水分狀況是影響高粱播種和出苗的關(guān)鍵，該時期高粱田表層土壤裸露，水分消耗以蒸發(fā)和散失為主，而此時2個覆膜處理的土壤含水量明顯增加，說明覆膜溝播能有效蓄積降水[6-7]。

2.3 不同覆膜處理方式對高粱地上部干物質(zhì)積累的影響

從表7看出，不同種植方式的高粱干物質(zhì)積累動態(tài)變化大致相似，而覆膜處理單株干物質(zhì)各時間段積累量均明顯高于清種（CK）。在2015年，整個生育期全覆膜、半覆膜處理干物質(zhì)積累總量分別比清種高31.90%、17.20%;在2016年，整個生育期全覆膜、半覆膜處理干物質(zhì)積累總量分別比清種高30.85%、14.70%。說明全覆膜雙壟溝播能促進高粱生長，增加干物質(zhì)的積累。

2.4 不同覆膜處理方式對高粱生育進程的影響

由表8看出，不同處理對高粱生育期的影響不同，覆膜處理的增溫效應使高粱各生育期明顯提前。在2015年，全覆膜高粱比清種早出苗5 d，半覆膜比清種早出苗3 d;在2016年，全覆膜高粱比清種早出苗3 d，半覆膜比清種早出苗2 d，說明出苗期與當時土層深度5 cm處的溫度情況關(guān)系密切。2015年5月上旬的溫度要比2016年的溫度低，所以出苗慢，歷經(jīng)時間長。在成熟期上，2015年全覆膜與半覆膜高粱分別比清種高粱早成熟9、5 d;2016年全覆膜與半覆膜高粱分別比清種高粱早成熟8、5 d。這說明地膜覆蓋提高了土壤溫濕度，協(xié)調(diào)穩(wěn)定高粱生長發(fā)育環(huán)境中的熱量、水分、養(yǎng)分、氣體的組合，促進了養(yǎng)分轉(zhuǎn)化，從而加快高粱生長發(fā)育進程[8]。

2.5 不同覆膜處理方式對高粱農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的影響

2.5.1 不同覆膜方式對高粱農(nóng)藝性狀的影響分析 從表9可以看出，不同覆膜處理對高粱農(nóng)藝性狀有一定的影響。在2015年，全覆膜處理的高粱株高為158.2 cm，顯著高于半覆膜和清種處理。在穗長方面，全覆膜和半覆膜處理的穗長均為28.0 cm左右，無顯著差異，但二者穗長均顯著大于清種的高粱穗長。不同覆膜方式對高粱的莖粗無顯著影響。在2016年，不同覆膜處理對高粱的株高、穗長、莖粗沒有顯著影響，說明覆膜處理對于雨水充足的正常年份高粱的農(nóng)藝性狀影響不大。

2.5.2 不同覆膜方式對高粱產(chǎn)量性狀的影響分析 從表10可以看出，2015年不同覆膜處理對高粱產(chǎn)量有一定的影響，全覆膜處理的高粱產(chǎn)量最高，平均產(chǎn)量達到8 871.0 kg/hm2，較清種處理增產(chǎn)15.15%，其次為半覆膜處理，產(chǎn)量為 8 340.0 kg/hm2，較清種處理增產(chǎn)8.26%。對于其他產(chǎn)量性狀而言，不同覆膜方式下穗粒質(zhì)量的變化與產(chǎn)量變化一致，全覆膜處理穗粒質(zhì)量最大，其次為半覆膜、清種處理。不同覆膜方式對高粱千粒質(zhì)量的影響不大，可能與品種的自身特性有關(guān)，受環(huán)境影響較小。

2016年各處理的高粱產(chǎn)量性狀差異不明顯，這主要是因為2016年整個生育期雨水充足，氣溫正常，任何一種處理的高粱植株都能夠正常生長。而2015年卻經(jīng)歷了播種期低溫、灌漿期干旱， 所以對產(chǎn)量性狀的影響較大。通過2年的產(chǎn)量性狀比較看出，覆膜處理對于干旱年份的高粱產(chǎn)量影響很大，對于正常年份的產(chǎn)量影響較小，但縮短了作物的生育期。

2.6 不同覆膜處理方式對土壤微生物含量的影響

根際土壤微生物主要包括3大類群：細菌、真菌和放線菌。土壤中的大部分養(yǎng)料經(jīng)過微生物的分解和轉(zhuǎn)化作用才能被植物吸收、利用。微生物與植物之間通過根系來進行營養(yǎng)物質(zhì)的交換。因此，根際微生物的數(shù)量和種類是影響植物生長發(fā)育的重要因子之一[9]。

2.6.1 不同覆膜方式對土壤細菌數(shù)量的影響分析 對表11的數(shù)據(jù)進行縱向比對可知，在不同覆膜處理下，高粱整個生育期土壤細菌數(shù)量均呈先升高后降低的拋物線形趨勢，在抽穗期達到最高值，說明在高粱出苗至成熟的過程中，土壤細菌數(shù)量隨著溫度的升高而增多，在抽穗期，土壤的水熱條件更利于細菌的生長，到成熟期氣溫下降，細菌數(shù)量也隨之下降。對表11的數(shù)據(jù)進行橫向比對可知，在高粱苗期—灌漿期的各個生育期下，全覆膜處理的土壤細菌含量均明顯高于半覆膜和清種處理，表明覆膜能明顯提高土壤溫度和土壤水分含量，促進細菌的生長繁殖。對表12的數(shù)據(jù)進行縱向比對可知，在不同處理下，隨著高粱的生長發(fā)育，細菌數(shù)量呈拋物線狀變化，最高點均在灌漿期，且呈數(shù)量級幅度升高。對表12的數(shù)據(jù)進行橫向比對可知，在5個主要生育期，全覆膜處理的細菌數(shù)量均明顯高于清種處理，半覆膜處理處于兩者之間。半覆膜處理在抽穗期、灌漿期的細菌數(shù)量較明顯地高于清種。說明土壤細菌含量與土壤溫度密切相關(guān)。

2.6.2 不同覆膜方式對土壤放線菌數(shù)量的影響分析 對表13的數(shù)據(jù)進行縱向比對可知，3種處理下的放線菌數(shù)量在全生育期呈拋物線形變化，最高值出現(xiàn)在抽穗期和灌漿期;對表13的數(shù)據(jù)進行橫向比對可知，放線菌數(shù)量在高粱各個生育階段內(nèi)、不同覆膜方式下無明顯變化。

對表14中的數(shù)據(jù)進行縱向比對可知，不同處理下不同生育階段放線菌數(shù)量的整體變化趨勢基本一致，至灌漿期達到最大值。對表14中的數(shù)據(jù)進行橫向比對可知，在5個主要生育期，全覆膜處理的放線菌數(shù)量均明顯高于半覆膜和清種處理。半覆膜處理的放線菌數(shù)量在苗期、灌漿期、成熟期明顯高于清種。說明覆膜處理增加了土壤中放線菌的數(shù)量。

2.6.3 不同覆膜方式對土壤真菌數(shù)量的影響分析 對表15的數(shù)據(jù)進行縱向比對可知，在3種處理方式下，覆膜處理的真菌數(shù)量在全生育期呈下降趨勢，苗期真菌數(shù)量最大，到成熟期數(shù)量降至最低值。對表15的數(shù)據(jù)進行橫向比對可知，全覆膜種植處理在生育期的各個時段，真菌數(shù)量均明顯高于清種處理，半覆膜處理在苗期和抽穗期的真菌數(shù)量明顯高于清種處理，其他生育期無明顯差異。

對表16中的數(shù)據(jù)進行縱向比對可知，隨著高粱的生長，每個處理的真菌數(shù)量均在灌漿期達到最高值。對表16中的數(shù)據(jù)進行橫向比對可知，在5個主要生育期，全覆膜處理的真菌數(shù)量均明顯高于半覆膜處理和清種處理。半覆膜處理在苗期、拔節(jié)期、成熟期的真菌數(shù)量明顯高于清種處理，說明覆膜處理增加了土壤中真菌的數(shù)量。

覆膜栽培有利于土壤進行生物化學反應，全覆膜處理的微生物含量最高[10]。在2015年的試驗中，比對3種覆膜方式對土壤微生物數(shù)量變化的影響可知，全覆膜下的細菌數(shù)量在出苗至抽穗期都明顯高于其他2種處理，在成熟期三者差異不大;放線菌數(shù)量在全生育期均未產(chǎn)生明顯差異;全覆膜處理下真菌的數(shù)量明顯高于其他處理。觀察微生物在全生育期的動態(tài)變化可知，3種處理下細菌和放線菌數(shù)量均呈拋物線形變化，最高值出現(xiàn)在抽穗期或灌漿期。清種對于真菌而言生長環(huán)境穩(wěn)定，其全生育期數(shù)量表現(xiàn)穩(wěn)定。

在2016年的試驗中，比對3種覆膜方式對土壤微生物含量變化的影響可知，細菌、放線菌、真菌，均在灌漿期出現(xiàn)數(shù)量級增長現(xiàn)象。覆膜處理下的3種微生物數(shù)量明顯多于清種處理，而半覆膜處理則處于中間狀態(tài)。比較不同處理下微生物隨生長期的變化可知，細菌的數(shù)量變化呈明顯的拋物線狀趨勢，而放線菌和真菌的變化幅度不明顯，說明細菌對生長環(huán)境的變化較為敏感。

通過2年的試驗比對說明，微生物的生長環(huán)境受溫度、濕度影響較大，大環(huán)境的變化可以明顯影響微生物生長的小環(huán)境，進而改變微生物數(shù)量。

3 討論與結(jié)論

本試驗結(jié)果表明，在干旱年份的3種處理中，全覆膜雙壟溝播處理的產(chǎn)量最高，其次是半覆膜、清種處理，而對于雨水充足的正常年份，不同處理對產(chǎn)量的影響不大。通過覆膜種植，縮短了生育期，一方面有利于在當?shù)胤N植晚熟豐產(chǎn)高粱品種，另一方面在山旱地氣候比較干旱的情況下，可以保濕增溫，提高高粱產(chǎn)量。不同覆膜方式對種子萌發(fā)和幼苗生長有很大影響，隨著作物生長，植株葉片對地面的遮蓋面積加大，在拔節(jié)期以后，其地溫表現(xiàn)與清種已經(jīng)沒有太大區(qū)別，此時可以揭膜，有利于高粱生長和水分的吸收。

在干旱地區(qū)，不同覆膜方式對高粱的生長發(fā)育產(chǎn)生了較為顯著的影響。全膜種植、半膜種植和清種處理在高粱產(chǎn)量、干物質(zhì)和穗粒質(zhì)量3個方面均顯著形成3個梯度，全膜種植可以顯著增產(chǎn)。前期培育壯稈，貯積更多的干物質(zhì)，后期加強田間管理，提高葉片光合能力，是實現(xiàn)高產(chǎn)的重要途徑。高粱千粒質(zhì)量受品種特征影響較大，在環(huán)境變化閾值之內(nèi)，不同栽培方式的千粒質(zhì)量變化穩(wěn)定。

土壤微生物量是土壤活性養(yǎng)分的儲存庫，可以靈敏地反映環(huán)境因子、土地利用率、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動和氣候條件的變化，被用作評價土壤質(zhì)量和反映微生物群落狀態(tài)與功能變化的指標[11-15]。溫度、水分是影響微生物活動的重要因素[16]。對于微生物活動，土壤水分與土壤溫度對其影響一樣重要。高粱覆膜后膜下土溫升高，有利于土壤微生物活動，從而加速土壤有機質(zhì)的礦化分解，促進了作物對養(yǎng)分的吸收利用，大大提高了作物的水分利用率，使有限的降水得到合理有效的利用[4]。綜合而言，微生物的生長環(huán)境受到多方面的影響，單一條件控制只能做到簡單分析。

地膜覆蓋有明顯的保水作用、增溫效應，增加了土壤中的微生物數(shù)量，對高粱播種和種子萌發(fā)、植株的干物質(zhì)積累、生長發(fā)育進程都有一定的輔助作用。地膜覆蓋同時提高了高粱的灌漿速率、產(chǎn)量和水分利用率，對山旱地高粱種植具有深遠意義。

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