徐守振,馬 麒,寧新柱,李吉蓮,陳 紅,王方永,韓煥勇,林 海

(新疆農(nóng)墾科學(xué)院棉花研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部西北內(nèi)陸區(qū)棉花生物學(xué)與遺傳育種重點實驗室/新疆兵團(tuán)棉花改良與高產(chǎn)栽培重點實驗室,新疆 石河子 832000)

膜下滴灌作為新疆棉區(qū)一項重要的栽培技術(shù)極大地緩解了新疆農(nóng)業(yè)水資源不足的問題,推動了該地區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展[1-2]。地膜覆蓋不僅可以改善土壤水熱環(huán)境、減輕蟲害、降低土壤鹽漬化危害和提高產(chǎn)量[3-5],還對田間雜草具有良好的控制效果[6-9]。目前,地膜覆蓋技術(shù)已廣泛應(yīng)用到我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)之中,具有一定的不可替代性[10]。多年來,眾多學(xué)者以覆膜滴灌栽培技術(shù)為基礎(chǔ),對大田棉花群體生理生態(tài)狀況進(jìn)行了廣泛研究[11-13],但隨著國家對生態(tài)保護(hù)及農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重視,覆膜栽培的弊端也逐漸顯露出來。嚴(yán)昌榮等[14]通過對北疆石河子地區(qū)棉田地膜殘留研究指出,當(dāng)前棉田土壤中平均殘留量高達(dá)300.65±49.32 kg·hm-2,且隨著覆膜年限增加,土壤健康將受到嚴(yán)重影響。隨著塑料地膜在土壤中殘留量的增加,棉花產(chǎn)量也呈現(xiàn)顯著降低趨勢[15]。為了新疆農(nóng)業(yè)的健康發(fā)展,合理利用地膜覆蓋技術(shù)、研制新型環(huán)境友好型地膜產(chǎn)品和研發(fā)“白色污染”防治技術(shù)迫在眉睫[10]。為應(yīng)對該需求,新疆兵團(tuán)于20世紀(jì)80年代中后期就開始進(jìn)行殘膜清理機(jī)械的研制工作,但由于殘膜遍布整個耕層、地膜強(qiáng)度差、殘膜與秸稈分離困難以及作業(yè)時間有限等因素的影響,農(nóng)田殘膜清理工作進(jìn)展緩慢[16],而成本高昂及降解不可控性也導(dǎo)致環(huán)境友好型降解膜也未得到大面積推廣[17]。

宿俊吉等[18]研究表明,適時揭膜有利于減緩棉花早衰,降低土壤殘膜回收難度,張大斌等[19]設(shè)計了一種苗期揭膜機(jī)以解決殘膜造成的環(huán)境及土壤污染問題;有學(xué)者通過研究早期揭膜條件下棉田土壤水熱及棉花成鈴的變化情況指出,過早揭膜會明顯降低棉株外圍成鈴率及土壤水分和溫度,對棉花產(chǎn)量造成不良影響[20];李君等[21]指出棉花花期后揭膜對棉田土壤水分和棉花產(chǎn)量無顯著影響,但難以避免棉花機(jī)械損傷和地膜殘留,且成本高還費(fèi)時費(fèi)力。在現(xiàn)有機(jī)械輔助的基礎(chǔ)上,本研究通過探索不同地膜覆蓋方法和揭膜方式對棉花生長的影響,提出一種新型的地膜覆蓋及配套揭膜方式,在保證產(chǎn)量和品質(zhì)的基礎(chǔ)上提高揭膜效率,為實現(xiàn)地膜覆蓋“零污染”提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計與方法

試驗于2019年在新疆農(nóng)墾科學(xué)院棉花所庫爾勒試驗站(新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第二師29團(tuán)2斗7號地,86°06′E,41°68′N)進(jìn)行,供試品種為‘新陸中45號’。設(shè)置5個處理,即膜側(cè)播種+雙膜覆蓋+苗后頭水前揭膜(T1)、膜側(cè)播種+雙膜覆蓋+苗后揭上膜(T2)、裸播(T3)、膜下播種+單膜覆蓋+苗后揭膜(T4)、膜下播種+雙膜覆蓋+苗后揭上膜(CK),每個處理重復(fù)3次。隨機(jī)區(qū)組設(shè)計,小區(qū)面積為15 m2(10.0 m×1.5 m)。采用一膜一管四行種植模式,播幅4.5 m(3膜),行距45 cm,株距10 cm(圖1)。

試驗于4月11日播種,理論密度約為26.25萬株·hm-2;全生育期共灌水10次,其中隨水滴肥8次,共滴施尿素553.5 kg·hm-2、磷酸二氫鉀346.5 kg·hm-2;全生育期采用縮節(jié)胺化控5次,總用量為435 g·hm-2;9月15日噴施脫葉催熟劑,9月28日進(jìn)行機(jī)采收獲;其他田間管理措施參照當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)田。

1.2 測定項目與方法

1.2.1 棉株農(nóng)藝性狀 分別于5月25日(現(xiàn)蕾期,初次揭膜后30 d)、6月25日(初花期,第2次揭膜后30 d)、7月20日(打頂后10 d),每個處理選取長勢均勻連續(xù)具有代表性的10株棉花(邊行中行各5株),重復(fù)3次,定點定株對棉花株高(子葉節(jié)至頂端高度)、果枝始節(jié)高度(地面到第1臺果枝的長度)、株式圖進(jìn)行調(diào)查記錄。

1.2.2 棉田雜草數(shù)量調(diào)查 根據(jù)揭膜方式的不同,分別于5月25日(現(xiàn)蕾期,初次揭膜后30 d)、6月25日(初花期,第二次揭膜后30 d)調(diào)查各處理小區(qū)內(nèi)全部雜草數(shù)量并記錄。

1.2.3 生育時期調(diào)查 記載不同處理出苗期(50%棉株達(dá)到出苗的日期)、現(xiàn)蕾期(50%棉株開始現(xiàn)蕾的日期)、盛蕾期(50%棉株出現(xiàn)第4臺果枝的日期)、開花期(50%棉株開始開花的日期)、吐絮期(50%棉株達(dá)到吐絮的日期)和生育期天數(shù)(從出苗期到吐絮期的時間,d)。

1.2.4 產(chǎn)量及品質(zhì)指標(biāo) 于吐絮期每個處理選取單位面積為6.67 m2的樣點,重復(fù)3～4次,調(diào)查樣點內(nèi)全部株數(shù)和鈴數(shù),折算出單株結(jié)鈴數(shù)和單位面積總鈴數(shù)并估算產(chǎn)量;于吐絮后期每個處理選擇長勢一致的棉花分層取上、中、下吐絮棉鈴各20個,重復(fù)3次,分開裝袋、稱重,測定單鈴重及衣分;測定衣分后取棉纖維樣品進(jìn)行品質(zhì)測定。棉花產(chǎn)量按下式計算：

單位面積產(chǎn)量(kg)=單位面積總鈴數(shù)(個)×單鈴重(g)/1000

(1)

籽棉產(chǎn)量(kg)=單位面積產(chǎn)量(kg)×100

(2)

皮棉產(chǎn)量(kg)=籽棉產(chǎn)量(kg)×衣分(%)

(3)

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2016和SPSS 25.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析,不同處理之間所得的均值采用Duncan新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較,然后經(jīng)過t檢驗(α=0.05),采用SigmaPlot 12.5作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理下棉花株高及始節(jié)高的差異

如圖2所示,不同揭膜方式之間棉花果枝始節(jié)高度差異不顯著(P>0.05)。受揭膜方式影響,5月25日,T1、T2和T4處理棉花株高較CK處理降低37.79%～63.52%(P<0.05),T3處理株高顯著低于CK處理,降幅為109.63%(P<0.05);6月25日,T1與CK處理株高差異不顯著(P>0.05),而T2、T3和T4處理較CK處理降低26.41%～72.14%(P<0.05);7月20日打頂后,株高不再增長,此時T3處理棉花株高較CK處理降低38.61%(P<0.05),其他處理與CK相比差異不顯著(P>0.05)。綜上可知,初次揭膜后30 d內(nèi),棉花株高受揭膜方式影響,且處理間差異較大;二次揭膜至打頂后,T1處理對棉花株高影響不顯著(P>0.05),T2和T4處理對棉花株高影響相對較小,而T3處理會顯著低棉花株高,抑制棉花生長。

2.2 不同處理下雜草數(shù)量的差異

棉田覆膜栽培可以有效抑制膜下雜草的生長,不同揭膜方式下雜草數(shù)量的變化可以反映不同處理對雜草生長的控制強(qiáng)度。如圖3所示,受揭膜方式影響,5月25日,T4和T3處理雜草數(shù)量較CK處理高537.54%～737.52%(P<0.05),T1、T2與CK處理差異不顯著(P>0.05);6月25日,T1、T2、T4與CK處理之間雜草數(shù)量差異不顯著(P>0.05),T3處理顯著高于其他處理(P<0.05);初次揭膜至二次揭膜期間,T1、T4和CK處理雜草數(shù)量顯著降低,降幅為78.43%～87.50%(P<0.05);T2和T3處理對雜草數(shù)量的影響相對較小,降幅分別為33.33%和46.27%。

注：FFBH：果枝始節(jié)高度。相同時期不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。Note：FFBH：Node height of the first fruit branch.Values in the same time followed by different lowercase letters indicated significant differencesamong treatments (P<0.05).圖2 不同處理對棉花株高及始節(jié)高的影響Fig.2 Effect of different treatments on plant height and start height in cotton

圖3 不同處理對棉田雜草數(shù)量的影響Fig.3 Effects of different treatments on weed quantity in cotton field

2.3 不同處理下棉花生育時期的差異

如表1所示,與其他處理相比,T3處理各生育期明顯推遲且天數(shù)縮短;T1、T2和T4處理相比于CK處理出苗時間差異不大,但現(xiàn)蕾時間略有延后;T1、T2、T4處理可以加快生育進(jìn)程,但強(qiáng)度存在一定差異,表現(xiàn)為T2>T1>T4。

表1 不同處理對生育時期的影響Table 1 Effects of different treatments on growth stage

2.4 不同處理下棉花產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的差異

2.4.1 棉株各部位鈴重及衣分差異 如表2所示,不同揭膜方式之間,棉株上部及下部鈴重差異不顯著(P>0.05),中部鈴重則表現(xiàn)為T4處理較T1處理顯著減少了7.13%(P<0.05);受揭膜方式的影響,各處理間棉株中部衣分差異不顯著(P>0.05),T3、T4處理下部衣分顯著高于CK處理(P<0.05),CK處理上部衣分顯著高于T3處理(P<0.05)。

表2 不同處理對棉花各部位鈴重及衣分的影響Table 2 Effects of different treatments on boll weight and lint in different parts of cotton

2.4.2 棉株成鈴分布差異 單鈴重是衡量棉花產(chǎn)量水平的重要指標(biāo),受各生育時期有效積溫時長的影響,棉株不同部位的單鈴重具有較大差異,對全株產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率有所不同。如圖4所示,各處理棉株鈴重主要集中在中部,平均單鈴重為5.1～5.5 g;受不同揭膜方式的影響,T1和T2處理鈴重的分布相比于CK處理更加集中,中部平均單鈴重維持在5.3～5.5 g,對全株的貢獻(xiàn)率較大;T1、T2和T3處理棉株上部及下部的單鈴重高于CK處理;T4處理鈴重主要集中在棉株中上部,下部鈴重較低。綜合分析表明,T1和T2處理有助于中部伏桃及上部早秋桃形成和發(fā)育,T2和T4處理有利于下部伏前桃的形成和發(fā)育。

2.4.3 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的差異 如表3所示,不同揭膜方式下,除T2處理鈴重顯著高于CK外,其余指標(biāo)均表現(xiàn)為T1、T2、T4處理與CK之間差異不顯著(P>0.05);T3處理棉田收獲株數(shù)、單株鈴數(shù)顯著高于CK處理(P<0.05),籽棉和皮棉產(chǎn)量顯著低于其他4個處理(P<0.05)。結(jié)合表2和圖4結(jié)果可知,收獲株數(shù)及單株鈴數(shù)的降低是導(dǎo)致T3產(chǎn)量降低的主要原因。

表3 不同處理對棉花產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響Table 3 Effect of different treatments on yield and yield components in cotton

2.5 不同處理下棉花纖維品質(zhì)的差異

如表4所示,不同揭膜方式下,各處理間棉花全株平均衣分、馬克隆值、斷裂伸長率及上半部平均長度等指標(biāo)差異不顯著(P>0.05);而T1處理較T2處理斷裂比強(qiáng)度減少1.12%～11.94%(P<0.05),但與CK處理無顯著差異(P>0.05)。

表4 不同處理對棉鈴纖維品質(zhì)的影響Table 4 Effect of different treatments on the quality of cotton

3 討 論

3.1 不同覆雙膜和揭膜方式處理對棉花產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

針對新疆南疆土壤問題,陳學(xué)庚等[22]于2010年研制了雙膜覆蓋精量播種機(jī),并在兵團(tuán)師市取得了良好的應(yīng)用效果。雙膜覆蓋是原單膜覆蓋基礎(chǔ)上,在原有帶膜孔的地膜上覆蓋一層膜,待棉花出土頂膜時揭去上膜的覆膜方式,雙膜覆蓋投資少、成本低,且可以顯著改善棉花出苗情況,提高棉苗抗性[23-24];本研究在此基礎(chǔ)上設(shè)計了不同覆膜及配套揭膜方式,旨在保證棉花前期生長、減少揭膜機(jī)械損傷和減少地膜污染。

前人指出[18,20,25],不恰當(dāng)?shù)慕夷し绞綄γ藁ㄉ龝r期持續(xù)時間具有不利影響,會顯著縮短棉花生育期,降低棉花產(chǎn)量,適時揭膜則對棉花的早衰防控及增產(chǎn)具有促進(jìn)作用。本研究通過探索不同覆膜方式、揭膜時間及揭膜方式組合條件下棉花生長發(fā)育變化,發(fā)現(xiàn)揭膜方式的變化對棉株鈴重的空間分布及衣分具有一定影響,通過對比前人研究[18,20]可知,揭膜處理導(dǎo)致生育前期土壤水熱狀況變化,進(jìn)而影響了伏前桃的形成;而雙膜覆蓋配合分段揭膜(T1、T2)較裸播(T3)和單膜覆蓋(T4)模式具有一定的增產(chǎn)效果,同時能夠優(yōu)化成鈴發(fā)育,這與前人研究一致。綜合分析表明,本研究提出的“膜側(cè)播種+雙膜覆蓋+苗后頭水前揭膜”(即T1處理)和“膜側(cè)播種+雙膜覆蓋+苗后揭上膜”(即T2處理)模式均能顯著抑制田間雜草生長,對棉花株高及始節(jié)高度、生育期及纖維品質(zhì)的影響不顯著,可降低揭膜對棉花生長發(fā)育造成的傷害,且具有穩(wěn)產(chǎn)和增產(chǎn)潛力。相比于T2處理,T1處理在棉花盛蕾期之前完成了全層揭膜,具有更高的生態(tài)價值。

注：不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。Note：Values followed by different small letters indicated significant differences among treatments (P<0.05).圖4 不同處理棉株各部位成鈴分布Fig.4 Distribution of bolls in cotton plants of different treatment

3.2 不同覆雙膜和揭膜方式對殘膜回收的應(yīng)用價值

針對新疆不同區(qū)域特征和覆膜作物種類,可將殘膜回收方式分為生長期人工+機(jī)械配合適時揭膜回收、苗期揭膜+秋后揭膜結(jié)合回收、秋后機(jī)械或人工揭膜回收和播種前機(jī)械+人工撿拾回收相結(jié)合等4種模式[26],胡燦等[26]還指出現(xiàn)有殘膜回收機(jī)對當(dāng)季膜的回收率為65%～80%,難以避免當(dāng)季膜殘留,在人工輔助回收的情況下回收率也僅為93%～95%,無法做到完全回收,由于人工費(fèi)用高昂,且回收后的殘膜含雜率高難以再利用,棉農(nóng)回收積極性較低。本文提出的“膜側(cè)播種+雙膜覆蓋+苗后頭水前揭膜”方式采用類似“苗期揭膜和秋后揭膜結(jié)合回收”的雙膜覆蓋揭膜方式,但底膜由1.25 m膜改為0.6 m短膜覆蓋,為頭水前二次機(jī)械揭膜奠定了基礎(chǔ);棉花頭水之前,地膜強(qiáng)度高、降解程度低、土壤干燥、棉花矮壯且株行未封壟,此時采用機(jī)械揭去0.6 m短膜,最大限度降低了其對棉花造成的損傷,可對當(dāng)季膜實現(xiàn)100%的回收;該處理兩次揭膜均做到了地膜的完整機(jī)械回收,極大地降低了人工成本,對于新疆現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

4 結(jié) 論

“膜側(cè)播種+雙膜覆蓋+苗后頭水揭膜”方式可以有效控制棉田雜草生長,顯著降低生育期揭膜對棉花生長發(fā)育、產(chǎn)量及纖維品質(zhì)造成的不良影響,有效避免土壤地膜殘留和環(huán)境污染,對于實現(xiàn)新疆農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要的應(yīng)用價值。

共同第一作者貢獻(xiàn)說明：徐守振和馬麒共同完成了本試驗的實施和論文寫作等過程;其中馬麒副研究員主要完成試驗開展和數(shù)據(jù)收集,徐守振助理研究員主要完成數(shù)據(jù)分析和論文寫作。