閆立偉，趙鐵鋒，王嘉興，黃碩，邊麗梅，洪鐘，于麗紅，于大偉，李欣，李小平，柴曉嬌，李海東*

(1 赤峰市農牧技術推廣中心，內蒙古 赤峰 024000； 2 赤峰市農牧科學研究所，內蒙古 赤峰 024031；3 喀喇沁旗農牧局，內蒙古 赤峰 024400)

谷子具有生長期短、耐旱、耐瘠薄、適應性廣的優(yōu)點，是北方地區(qū)歷史悠久的傳統(tǒng)作物，也是內蒙古赤峰地區(qū)的優(yōu)勢作物[1]。 赤峰市地處中溫帶半干旱大陸性季風氣候區(qū)，自然降水少，水資源匱乏，年平均降水量為381 mm，該地區(qū)山地、丘陵、崗地、川地、平地交錯分布，以雨養(yǎng)農業(yè)為主[2]，水資源短缺成為限制其農業(yè)發(fā)展的主要因素[3]。 赤峰市常年雜糧播種面積達50 萬hm2以上，2022 年其谷子種植面積為19.71 萬hm2，平均產量3 590.85 kg/hm2。如何在提高水分利用效率的同時提高產量成為當前該地區(qū)農業(yè)生產中亟待解決的問題。

覆膜技術自20 世紀70 年代引入我國后得到快速推廣，到80 年代中期，我國地膜覆蓋面積躍居世界第一。 90 年代初期，吳國忠等[4]率先對谷子進行覆膜栽培研究，提出覆膜可以明顯增加谷子產量。葉凡等[5]提出，覆膜可減少土壤水分蒸發(fā)量，增加產量。 覆膜作為干旱地區(qū)谷子栽培的重要技術，尤其在氣候日益干旱的今天，其增產效果日益明顯[6]。 馬曉楠等[7]發(fā)現(xiàn)不同材料地膜均能提高土壤含水量、溫度及谷子產量。 近年來本著生態(tài)優(yōu)先，綠色發(fā)展的理念，對作為新型農膜的生物可降解膜在許多作物上的應用開展了深入的研究，但對不同顏色生物可降解膜與普通地膜對谷子栽培的影響進行比較分析的研究還很少。 本文以白色可降解膜、黑色可降解膜、普通地膜為材料開展試驗，分析對比不同種類地膜覆蓋下春谷田水熱狀況、谷子產量及水分利用效率的動態(tài)變化，旨在為赤峰市春谷子的種植提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2021 年5—9 月在位于內蒙古赤峰市喀喇沁旗乃林鎮(zhèn)的試驗基地(41°86′ N，119°24′ E)進行。 試驗區(qū)海拔526 m，試驗地前茬作物為玉米，土壤類型為壤土。 0 ～20 cm 耕層土壤pH 值為8.24，含有機質20.35 g/kg、有效磷7.82 mg/kg、速效鉀132 mg/kg、堿解氮79.12 mg/kg。 2021 年谷子生育期內降水量為400.1 mm，平均氣溫為18.3 ℃，谷子生育期間試驗地降水與氣溫情況見圖1。

圖1 2021 年谷子生育期試驗地降水量及氣溫情況Fig.1 Precipitation and temperature in the experimentalfield of millet growth period in 2021

1.2 試驗設計

供試谷子品種為赤優(yōu)金苗1 號。 試驗設4 個處理:普通白色地膜(T1)、可降解白色地膜(T2)、可降解黑色地膜(T3)，不覆膜(CK)，供試地膜情況見表1。 試驗采用隨機區(qū)組設計，設3 次重復。

表1 供試地膜性質Table 1 Characteristics of the mulch film

1.3 測定項目與方法

土壤含水量的測定:在谷子播前、苗期、拔節(jié)期、抽穗期及成熟期，利用土鉆采集0 ～20、20 ～40、40 ～60、60～80、80 ～100 cm 土層的土壤，采用烘干法測定土壤含水量。

地溫的測定:在谷子播前、苗期、拔節(jié)期、抽穗期及成熟期，于10:00—10:30 采用五點法測定不同處理深度為5、10、15、20 cm 土層的溫度，求均值。

水分利用效率:采用水量平衡法計算作物生育期耗水量(ET)及水分利用效率(WUE)[8]，計算公式為:

式中:ET為作物實際耗水量；ΔW為生育期前后土壤貯水量的變化值；P為生育期降雨量；I為灌溉定額；D為深層滲漏量，由于未產生深層滲漏，D可忽略不計；R為地表徑流量，由于試驗區(qū)地勢平坦，R可忽略不計；WUE為水分利用效率；Y為作物產量。

谷子產量的測定:谷子成熟后，每個小區(qū)隨機選取4 行5 m 樣本，折算單位面積穗數(shù)，收獲果穗進行脫粒、稱量，計算產量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2010 進行數(shù)據(jù)整理；采用用SPSS 22.0 進行方差分析；采用Origin 2018 繪圖。

2 結果與分析

2.1 不同地膜覆蓋對土壤含水量的影響

根據(jù)圖2，谷子整個生育期不同覆膜處理0 ～40 cm 土層土壤含水量變化不同。 在播前，各處理0 ～100 cm 土層土壤含水量差異不大，均呈“S”型曲線。苗期，覆膜后土壤水分變化明顯，3 個覆膜處理0 ～20 cm 土層土壤含水量均顯著高于CK，表現(xiàn)為T3＞T1＞T2 ＞CK， 分 別 比CK 高10.97%、8.40% 和7.91%。 說明地膜覆蓋均能減少水分蒸騰，增加土壤含水量。 拔節(jié)期至孕穗期，0 ～40 cm 土層土壤含水量從大到小依次為T3＞T1＞T2＞CK，黑色地膜保墑效果優(yōu)于白色地膜。 成熟期，由于降解地膜的降解，地膜破裂透氣，增墑效果減弱，降解膜T2、T3 處理土壤含水量低于普通地膜T1 處理。 由于谷子最大根深為100 cm 左右[9]，苗期根系主要分布在0～20 cm，拔節(jié)期之后大部分根系分布在0～40 cm 土層，因此，谷子生長期0～40 cm 深度土壤水分變化較大[10]。

圖2 不同處理下的土壤含水量動態(tài)變化Fig.2 Dynamic changes of soil water content under different treatments

2.2 不同地膜覆蓋對谷子田地溫的影響

由圖3 可以看出，覆膜會對土壤溫度產生影響，在谷子不同生育時期，各處理地溫變化也不同。 在谷子苗期，覆膜處理的平均地溫明顯高于不覆膜CK處理，黑色降解膜的增溫幅度不及白色地膜，處理T1、T2、T3 分別比CK 高4.35、4.45、3.25 ℃。 谷子拔節(jié)期平均地溫最高，覆膜帶來的溫度變化幅度和苗期相差不大，處理T1、T2、T3 分別比CK 高4.10、4.25、3.33 ℃。 隨著生育進程推進，谷子植株遮陰效果越來越強，地膜覆蓋帶來的增溫效果也逐漸減弱，孕穗期各處理的溫度差異不顯著；成熟期由于降解膜的降解，處理T2 和T3 與CK 無顯著差異。

圖3 不同處理下的地溫變化Fig.3 Changes of ground temperature under different treatments

2.3 不同地膜覆蓋對產量的影響

從表2 可以看出，地膜覆蓋對谷子產量的影響顯著，不同處理的谷子產量表現(xiàn)為T3＞T2＞T1＞CK，T3、T2、T1 均 顯 著 高 于CK，分 別 較CK 提 高 了17.55%、11.79%、6.39%；T3 顯著高于T1，但T1、T2差異不顯著。 每公頃穗數(shù)表現(xiàn)為T2＞T3＞T1＞CK，T2、T3、T1 分別比CK 提高了21.31%、8.53%、4.74%，T2、T3 顯著高于CK 與T1，但T1 與CK 無顯著差異。 各處理谷子的千粒質量均無顯著差異。2021 年春季降雨量少，覆膜提高了谷子出苗及保苗率，顯著增加了每公頃穗數(shù)，從而提高了谷子產量。

2.4 不同地膜覆蓋對水分利用效率的影響

不同覆膜處理谷子的水分利用效率見表3。 各處理谷子的水分利用效率表現(xiàn)為T3＞T2＞T1＞CK，其中T3處理的水分利用效率最高，為10.44 kg/(hm2·mm)，3種地膜覆蓋處理均顯著高于CK，T3、T2、T1 分別比CK 提高了15.79%、10.50%、6.52%。 說明覆膜可顯著提高谷子的水分利用效率。

表3 不同處理下的谷子水分利用效率Table 3 Water use efficiency of millet under different treatments

3 討論

水分虧缺是干旱地區(qū)農業(yè)生產發(fā)展的限制因素[11]。 研究表明，地膜覆蓋可改良土壤環(huán)境，保墑減蒸，提高地溫，促進作物生長發(fā)育[12]，提高糧食產量[13]。 地膜覆蓋對深層土壤的水分影響不大[7]，但對0～40 cm 土層土壤的影響較大[14]。 解文艷等[11]發(fā)現(xiàn)，地膜覆蓋可顯著提高春玉米產量和水分利用效率，同時還提高了肥料利用效率。 溫蕊等[15]研究表明，PE 膜覆蓋的耕層土壤水分含量最高，拔節(jié)期0～30 cm 土層的土壤溫度最高。 本研究發(fā)現(xiàn)，在谷子生長前期，不同類型的地膜覆蓋均能提高土壤水分含量，與葉凡等[5]研究結果一致。

羅世武等[6]研究表明，不同地膜覆蓋均可提高苗期地溫，促進谷子生長，且滲水地膜的保墑增溫效果優(yōu)于生物降解膜和普通地膜。 可降解膜能夠提高谷子苗期土壤水熱，促進谷子生長[16]。 常樂等[17]研究表明，在谷子產量和水分利用方面，黑色地膜優(yōu)于白色普通地膜和滲水地膜。 趙嘉濤等[18]研究了不同生物降解膜對棉花的影響，發(fā)現(xiàn)6 μm 的生物降解膜和普通地膜覆蓋處理下，棉花產量和水分利用效率沒有顯著差異，生物降解膜可以替代普通地膜。 閆乃桐等[19]發(fā)現(xiàn)，與普通地膜相比，降解膜覆蓋下的玉米產量降低，但棉花產量會增高，其他作物產量無顯著差異。 本研究發(fā)現(xiàn)，黑色降解膜處理下谷子的水分利用效率和產量均優(yōu)于白色降解膜和普通地膜，與馬曉楠等[7]研究結果基本一致。

4 結論

綜合分析，與不覆膜相比，3 種覆膜處理均能提供更好的土壤水熱條件，提高谷子產量和水分利用效率。 不同地膜中，黑色降解膜的保墑增產作用最優(yōu)，且其在成熟期可降解，解決了地膜回收難、污染大的難題，為干旱地區(qū)降解地膜取代普通地膜種植谷子提供了科學依據(jù)。