程宏波，牛建彪，柴守璽，?！±?，楊長剛（.甘肅農業(yè)大學生命科學與技術學院，干旱生境國家重點實驗室，甘肅蘭州70070；.甘肅省榆中縣農技推廣站，甘肅榆中7000；.甘肅農業(yè)大學農學院，干旱生境國家重點實驗室，甘肅蘭州70070）

不同覆蓋材料和方式對旱地春小麥產量及土壤水溫環(huán)境的影響

程宏波1，牛建彪2，柴守璽3*，常磊3，楊長剛3
（1.甘肅農業(yè)大學生命科學與技術學院，干旱生境國家重點實驗室，甘肅蘭州730070；2.甘肅省榆中縣農技推廣站，甘肅榆中730100；3.甘肅農業(yè)大學農學院，干旱生境國家重點實驗室，甘肅蘭州730070）

在西北半干旱雨養(yǎng)條件下，研究了不同覆蓋材料、覆蓋方式對春小麥土壤水分、土壤溫度、產量及重要農藝指標的影響。試驗以無覆蓋栽培為對照（CK），設置了秸稈覆蓋及地膜覆蓋（平作全地面覆膜、微壟全地面覆膜、大壟半覆膜），共8個覆蓋處理。結果表明：處理間土壤水分、土壤溫度、產量等都存在顯著差異；各覆蓋處理均較CK顯著增產7.6%～44.9%，其中以微壟全地面覆膜增產最顯著，處理間單位面積穗數的差異是引起產量差異的主要結構因素；與CK相比，全生育期0～200 cm土壤水分含量各覆蓋處理均高于CK 0.3%～1.7%，其中以平作黑膜全覆蓋（B2）和微壟白膜全覆蓋（C1）最高；比較全生育期0～25 cm土壤平均溫度差異，除小麥秸稈覆蓋（A1）和大壟黑膜半覆蓋（D2）較CK分別降低1.4和0.9℃外，其他6個覆蓋處理較CK提高0.3～1.8℃，其中以平作白膜全覆蓋（B1）增溫幅度最大；但進一步分時期、分土層比較發(fā)現，各覆蓋處理在不同生育時期和土層，基本出現較CK增墑與降墑、增溫與降溫的雙重效應。各處里增墑點次比例為54.2%～83.3%，相應降墑點次比例為16.7%～45.8%，時期上，增墑效應以開花期和灌漿期最明顯、降墑效應以孕穗期最明顯；土層上，增墑效應以20～40 cm土層最明顯、而降墑效應以60～90 cm土層最明顯。各處理較CK增溫的點次比例為4%～100%，時期上，覆蓋增溫效果以灌漿期最明顯，降溫效果以均分蘗期和開花期最高；從土層來看，以土壤25 cm處增溫幅度最高。

地膜覆蓋；秸稈覆蓋；土壤水分；土壤溫度；春小麥

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程宏波，牛建彪，柴守璽，常磊，楊長剛.不同覆蓋材料和方式對旱地春小麥產量及土壤水溫環(huán)境的影響.草業(yè)學報，2016，25（2）：47-57.

CHENG Hong-Bo，NIU Jian-Biao，CHAI Shou-Xi，CHANG Lei，YANG Chang-Gang.Effect of different mulching materials and methods on soil moisture and temperature and grain yield of dryland spring wheat in northwestern China.Acta Prataculturae Sinica，2016，25（2）：47-57.

春小麥（Triticum aestivum）目前主要分布在西北和東北冬小麥難以越冬的地區(qū)，其中甘肅、寧夏、青海、新疆的寒旱山區(qū)是旱地春小麥集中分布區(qū)。在西北旱地春小麥分布區(qū)，旱情嚴酷，年降水大部分在280～450 mm，并且旱寒同駐，年平均氣溫大多在8℃以下，熱量和水分條件只能滿足一年一熟，受水熱限制，旱地春小麥產量長期低而不穩(wěn)。但春小麥在西北寒旱山區(qū)具有不可替代的特殊地位，首先，它是該地區(qū)最主要口糧作物，也是該地區(qū)少數可適應種植的特色作物；第二，西北寒旱區(qū)屬農牧交錯帶，畜牧業(yè)的比重也相對較大。旱地春小麥既是當地最重要口糧作物，而其秸稈質地柔軟、牲畜喜食，是當地最主要飼草。因此旱地春小麥是當地糧草兼收作物，籽粒產量和秸稈產量都以高產穩(wěn)產為宜。

覆蓋種植是西北雨養(yǎng)農業(yè)區(qū)最主要的作物抗旱栽培方式，其中地膜覆蓋種植在各種作物上已經得到了較普遍應用。秸稈覆蓋在以甘肅為代表的西北雨養(yǎng)農業(yè)區(qū)，受地形和機械化作業(yè)條件、積溫不足等限制，尚處于應用探索階段。地膜覆蓋在應用發(fā)展過程中，從地膜種類、覆蓋方式等方面，通過研究改進，不斷提出了一些地膜覆蓋新技術，例如全膜覆土穴播技術［1］、微壟覆膜技術［2］、壟蓋溝播技術（或膜側種植）［3］、不同顏色地膜覆蓋等［4］，但不同地膜覆蓋技術的應用效果因作物、區(qū)域生態(tài)生產條件的不同而有較大差異，甚至有些技術只能在特定作物、局部地區(qū)適用。已有研究表明，覆蓋可以降低作物棵間蒸發(fā)［1，3-14］，提高土壤含水量［7，15-16］、增加土壤貯水［1，17］，提高根系表面積和根系生物量［18］，從而提高降水利用效率和作物產量［19］。覆蓋下墊面不同，集雨效果和對土壤溫度影響不同。起壟覆蓋種植可提高小于10 mm的降水資源化程度，改善作物根際土壤水分狀況［3，20］，增加農田土壤儲水量和土壤有效積溫［21-22］，提高作物產量30%以上［21-23］。劉勝堯等［24］發(fā)現，在華北旱作區(qū)，起壟覆膜種植的玉米（Zea mays）水分利用效率較平作覆膜提高13.0%，提高0～25 cm土壤全生育期積溫125.7℃，延長生育期4.8 d。同時發(fā)現，覆膜雖能普遍增產，但有時覆膜增溫會導致小麥后期早衰和粒重下降［25］，從而影響增產幅度甚至減產。卜玉山等［6］比較研究后認為，地膜的滲水性較差，秸稈覆蓋可以促進降雨入滲。朱鐘麟等［26］的研究表明，秸稈覆蓋條件下，小麥的水分利用效率可達到23.5 kg/（hm2·mm）以上。景明等［27］認為，秸稈和地膜覆蓋影響土壤蒸發(fā)的因素不同：地膜覆蓋條件下，土壤溫度是影響干旱區(qū)春小麥棵間蒸發(fā)的重要因素和限制因素；而秸稈覆蓋條件下，土壤水分是制約春小麥棵間蒸發(fā)的主要因素；相同生長條件下，秸稈覆蓋日平均棵間蒸發(fā)量少于地膜0.26 mm/d。Ram等［28］在印度西北部對小麥和玉米的研究表明，麥稈覆蓋后地溫低于未覆蓋，其中播種層低2.7～3.1℃，但最終仍顯著提高了作物產量和水分利用率；而馬忠明和徐生明［29］認為，玉米早期秸稈覆蓋（播種前和冬前秸稈覆蓋）降低了土壤溫度，影響玉米出苗和生長，導致玉米減產32.8%～45.0%。王麗娜［4］和Juan等［30］研究發(fā)現，黑膜覆蓋較白膜覆蓋明顯降低根際土壤溫度。

由于覆蓋既顯著影響土壤水分、也顯著影響土壤溫度，水溫之間又存在明顯的相互作用，不同的作物對土壤水分和溫度的敏感性不同，不同的覆蓋材料以及同一覆蓋材料采用不同的覆蓋方式，對土壤水分和溫度的影響差異也可能較大，不同地區(qū)其降水量、降水時空分布、氣溫等基礎氣候生態(tài)條件也存在程度不等差異，因此不同覆蓋技術所適應的作物和地區(qū)可能有很大不同，必須通過比較試驗，確定各覆蓋技術適應的作物及地區(qū)范圍。本研究以西北旱地春小麥分布區(qū)生態(tài)生產條件為背景，結合目前生產上已有的主要覆蓋技術種類和發(fā)展需求，采取不同的覆蓋材料和覆蓋方式，比較研究不同覆蓋技術處理對旱地春小麥土壤水分、溫度、產量、降水利用效率等重要指標的影響，為因地制宜選擇適合西北寒旱區(qū)春小麥覆蓋種植技術模式提供依據，同時深化對覆蓋增產和高效用水機制的認識。

1　材料與方法

1.1研究地區(qū)概況

試驗于2013年3-7月在甘肅省榆中縣甘肅農業(yè)大學試驗基地進行。試驗基地位于東經103°49′15″-104°34′40″，北緯35°34′20″-36°26′30″，屬于溫帶半干旱氣候帶，土壤為黃綿土，年均日照時數2548.5 h，年均氣溫7.0℃，年均降水量372.1 mm。試驗年度春小麥生育期（2013年3月15日-7月13日）的氣候狀況見表1。

1.2試驗設計

春小麥供試品種為西旱3號，地膜采用厚度為0.01 mm高強度地膜。試驗共設9個處理，其中秸稈覆蓋處理2個（A1、A2），地膜覆蓋處理6個（B1、B2、C1、C2、D1、D2），以無覆蓋露地種植為對照（CK）。小區(qū)面積40 m2（8 m×5 m），3次重復，隨機區(qū)組。各處理如下：

小麥秸稈覆蓋（A1）：小麥三葉期時，將小麥秸稈粉碎成5 cm左右，均勻覆蓋于小區(qū)中，覆蓋厚度以不見裸地為宜，覆蓋量為風干重7500 kg/hm2。

玉米秸稈覆蓋（A2）：采用長度為5 cm的玉米碎稈覆蓋，其余同A1。

平作白膜全覆蓋（B1）：選用幅寬120 cm的白色地膜全地面平鋪覆蓋，每隔1 m在與地膜走向的垂直方向打一土腰帶以固定地膜。

平作黑膜全覆蓋（B2）：選用幅寬120 cm的黑色地膜全地面平鋪覆蓋，其余同B1。

微壟白膜全覆蓋（C1）：采用專用微壟覆膜覆土一體機起壟覆膜。壟高5 cm，壟寬、溝寬均為10 cm，全地面均覆白色地膜，并在壟溝內覆土1 cm，用穴播機于壟溝內打一行滲水孔。壟上穴播1行小麥。

微壟黑膜全覆蓋（C2）：壟上、壟溝均覆黑色地膜，其余同C1。

大壟白膜半覆蓋（D1）：選用幅寬40 cm的白色地膜，起壟覆膜，壟溝不覆膜。壟高10 cm，壟底寬25～30 cm，壟溝寬30 cm，下垂到壟溝的兩膜側各壓土5 cm，膜間距20 cm。壟溝膜側穴播2行小麥。

大壟黑膜半覆蓋（D2）：選用幅寬40 cm的黑色地膜，其余同D1。

露地對照（CK）：不覆蓋，平作，穴播。

覆膜時間為2013年3月10日，秸稈覆蓋時期為小麥三葉期。小麥播種期為2013年3月15日，收獲期為2013年7月13日。各處理播種量和施肥量相同。播量按187.5 kg/hm2下種，行距20 cm，穴距12 cm，每穴8粒。播前施優(yōu)質農家肥45 t/hm2，純氮和P2O5各120 kg/hm2，所有肥料在夏季結合滅茬一次性旋耕施入，生育時期不再追肥。灌漿后期進行“一噴三防”。

1.3測定指標與方法

1.3.1土壤含水量測定于播種期（覆膜前）、分蘗期、拔節(jié)期、孕穗期、開花期、灌漿期、完熟期，各小區(qū)取0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～90 cm、90～120 cm、120～150 cm、150～180 cm、180～200 cm八土層土樣采用烘干法測定土壤含水量。其中播種期測定基礎含水量，各處理結果一致。

式中：ET為小麥生育期耗水量；SWD為生育期土壤水分變化量；P為≥5 mm有效降雨量；I為灌溉量；D為灌溉后土壤水向下層流動量；Wg為深層地下水利用量；R為地表徑流；γ為土壤容重。本試驗各土層γ平均為1.25 g/cm3，α、β分別為某一生育階段初始和結束時的土壤含水量。本試驗無灌溉條件，地下水位在10 m以下，且無地表徑流，故I、D、Wg和R可忽略不計。

1.3.2土壤溫度測定分別在分蘗期、拔節(jié)期、孕穗期、開花期、灌漿期，各小區(qū)分5，10，15，20，25 cm 5個土層分別測定，地溫計埋入各小區(qū)中間的小麥行間，全生育期均在固定地方讀取地溫。各測定時間均選在干燥晴天進行，分別在7：30、9：30、11：30、13：30、15：30、17：30、19：30分7次測定，日均溫取每個測定日7次測定的平均值。

1.3.3農藝指標的測定成熟期每小區(qū)選3點測定單位面積穗數。每小區(qū)全部實收、單獨脫粒計產，同時每小區(qū)隨機取30株室內測定穗粒數、千粒重、株高等農藝指標。

式中：GY為籽粒產量。

1.4數據處理

數據用Excel 2016作圖，用SPSS 21.0軟件進行統(tǒng)計分析。

2　結果與分析

2.1產量和主要指標差異

從表2可見，處理間的產量、產量三因素（單位面積穗數、穗粒數、千粒重）、株高、結實小穗數、生育期耗水量、水分利用效率（WUE）均存在顯著差異。

覆蓋較不覆蓋對照（CK）均顯著增產7.6%～44.9%，其中以兩種微壟全覆膜方式（C1和C2）增產幅度最大（41.6%，44.9%）、以2種秸稈覆蓋方式（A1和A2）增產幅度最?。?.6%，12.7%）。C1和C2間、A1和A2間產量差異不顯著。

分類比較平均增產幅度（較CK）表明；在覆蓋材料間，覆膜（32.9%）大于覆稈（10.2%），白膜（34.1%）與黑膜（31.6%）相近（P＜0.05）；在覆蓋方式間，全覆膜（39.4%）高于半覆膜（19.9%），微壟全覆膜（43.3%）高于平作全覆膜（35.5%）（P＜0.05）?？梢姼材づc覆稈、全覆膜與半覆膜間的產量差異遠遠大于其他覆蓋材料和方式間的差異。但同樣在全地面覆膜條件下，微壟產量仍明顯高于平作，微壟和平作產量分別為5374.5，5085.0 kg/hm2，二者產量相差5.7%（P＜0.05）。

表2　產量及主要農藝指標Table2　Grain yield and main agronomic traits

但進一步分類比較產量三因素差異，發(fā)現在不同覆蓋材料和方式間，引起產量差異的產量結構因素仍有明顯不同。增加單位面積穗數是覆膜較覆稈、全覆膜較半覆膜顯著增產的主要原因。覆膜較覆稈穗數平均提高30.1%，穗粒數二者差異不大，但千粒重覆稈卻高出覆膜7.8%；全覆膜較半覆膜穗數、穗粒數分別提高12.3%和7.3%，但千粒重二者相近；微壟與平作穗數相近，產量差異主要來源于穗粒數和千粒重差異，穗粒數微壟高出平作13.0%，但千粒重相反，平作高出微壟13.2%，穗數微壟僅高出平作4.0%；白膜和黑膜覆蓋雖然平均產量相近，但產量三因素都有明顯差異，白膜的穗數和千粒重明顯高于黑膜，分別高出12.1%和7.1%，而穗粒數則相反，黑膜高出白膜17.4%；所有覆蓋處理平均值與CK比較，穗數和穗粒數相差不大，但千粒重平均高出CK 18.8%，表明覆蓋較CK顯著增產的原因主要是提高了千粒重。

分析9種處理間產量三因素的變異系數（CV），總體來講，引起處理間產量差異的主要因素仍然是單位面積穗數，處理間單位面積穗數的變異系數（12.8%）明顯高于穗粒數（9.9%）和千粒重（8.8%）。相關分析表明（表略），產量與單位面積穗數高度正相關（0.788*），水分利用效率與產量極顯著正相關（0.878**），而與耗水量相關不顯著。

比較各覆蓋處理與CK的耗水量發(fā)現，覆蓋可顯著減少土壤耗水量。除平作白膜全覆蓋（B1）略高于CK 8.6 mm外，其他7個覆蓋處理都低于CK 5.5～46.0 mm，以白膜半覆蓋（D1）耗水量最少。覆蓋材料間比較，小麥秸稈和玉米秸稈（A1和A2）、微壟白膜和微壟黑膜（C1和C2）間耗水量無明顯差異，但在半覆蓋條件下，白膜和黑膜耗水量差異較大，黑膜較白膜多耗水40.2 mm。

2.2土壤水分差異

2.2.1全生育期0～200 cm土壤平均含水量從表3可見，無論地膜覆蓋、還是秸稈覆蓋，全生育期0～200 cm土壤平均含水量都高于無覆蓋露地對照（CK），表明覆蓋普遍具有增墑效應。其中以微壟白膜（C1）和平作黑膜全覆蓋（B2）土壤含水量最高，高出CK 1.6%～1.7%（P＜0.05），相當于2 m土體內增加儲水40.0～42.5 mm。以小麥秸稈覆蓋（A1）最低，僅高出CK 0.3%。

分類比較平均值差異，在覆蓋材料間，覆膜高出覆稈0.6%，玉米秸稈覆蓋高出小麥秸稈0.8%，黑膜覆蓋與白膜覆蓋持平。玉米和小麥秸稈覆蓋的土壤水分差異，可能與二者化學成分不同有關，玉米莖稈表層蠟質較多，可能對土壤水分的抑蒸效果更好；在覆蓋方式間，全覆膜高出半覆膜0.3%，微壟全覆膜高出平作全覆膜0.3%。

但具體比較各處理間全生育期0～200 cm土壤平均含水量差異，發(fā)現半覆膜的土壤墑情不一定比全覆膜差，半覆膜的D1與全覆膜的C2間相差無幾，D1甚至高于全覆膜的B10.3%。玉米秸稈覆蓋（A2）與半覆膜的D1和D2之間也沒有明顯差異。以上表明，覆蓋材料和方式可通過集雨入滲、抑蒸保墑的不同途徑，共同影響土壤水分狀況。

2.2.2不同生育時期土壤水分差異比較不同生育時期0～200 cm土壤平均含水量，處理間存在顯著差異。以開花期和灌漿期處理間差異最大、拔節(jié)期最小。在開花期和灌漿期，處理間最大相差（極差）分別為3.9%（C1與CK間）、2.7%（B2與CK、A1間），處理間的變異系數（CV1）分別為11.0%和9.3%。在其他時期，處理間極差為1.7%～2.4%，變異系數為4.6%～5.7%。不同時期處理間土壤水分的差異大小，與各處理隨氣溫變化、土壤蒸發(fā)和植株蒸騰耗水量不同密切相關。

表3　　不同生育時期土壤水分差異Table3　　The temporal differences of soil moisture %

覆蓋較CK的增墑效應仍以開花和灌漿期最明顯。在分蘗期、拔節(jié)期、孕穗期、開花期、灌漿期、收獲期，覆蓋平均分別高出CK 1.4%，1.2%，-0.3%，2.3%，1.7%，0.6%。在開花和灌漿期，以B2、C1、C2增墑最明顯。但在孕穗期，大部分覆蓋處理（A1、A2、B2、C2、D1）出現降墑效應，以A1降墑最明顯，較CK低1.7%（P＜0.05）。比較生育時期間的變異系數（CV2），除小麥秸稈覆蓋（14.3%）大于CK（13.1%）外，其余7個覆蓋處理均低于CK（4.1%～9.0%），表明小麥秸稈覆蓋可明顯加劇生育期間土壤水分波動，而覆膜可明顯平抑生育期間土壤水分的劇烈波動，穩(wěn)定供水能力。CK在生育期間水分波動也較大，主要與地表無覆蓋、土壤水分受大氣更直接的強烈交換有關。小麥秸稈覆蓋生育期間土壤水分波動最大，可能與小麥碎稈覆蓋在地表形成更多孔隙、水分的邊緣擴散效應更大有關。

2.2.3不同土層土壤水分差異比較各土層全生育期土壤平均含水量，處理間也存在顯著差異。處理間的差異40 cm以上土層明顯大于40 cm以下土層，隨著土層加深，處理間的差異逐漸變小，以180～200 cm土層差異最小。在0～20 cm、20～40 cm兩個土層，處理間極差分別為2.9%，3.0%，都出現在C1和CK間，變異系數（CV3）為7.7%，7.2%。在40～200 cm的6個土層，處理間極差1.5%～2.5%，CV3為4.5%～7.5%（表4）。

表4　不同土層含水量差異Table4　The spatial differences of soil moisture%

比較各覆蓋處理平均值與CK的差異，各土層覆蓋平均都高于CK，具有普遍增墑效應，增墑幅度為0.3%～1.9%。其中以0～40 cm耕層增墑幅度最大，較CK高1.7%～1.9%，在60～200 cm土層，覆蓋較CK高0.3%～1.4%；在40 cm以下的各土層，有些覆蓋處理出現低于CK的降墑情況，其中在60～90 cm土層，A1較CK低1.0%。比較各處理在不同土層間變異系數（CV4），無論覆蓋處理、還是CK，CV4都較?。?.6%～5.4%），表明土壤水分的空間分布較為均衡。

2.2.4各時期、各土層土壤水分時空動態(tài)差異上述分析都基于平均值的差異比較。如果詳細比較處理間在各時期、各土層的時空動態(tài)差異，發(fā)現處理間的個別差異更大，處理間極差出現在孕穗期0～20 cm土層的CK與B2間，CK高出B28.5%。具體來講，在分蘗期、拔節(jié)期、孕穗期、開花期、灌漿期、成熟期，處理間在8個土層的極差依次為：3.5%～7.5%、3.0%～7.9%、2.4%～8.5%、2.5%～6.2%、2.5%～4.3%、2.6%～6.7%。

進一步統(tǒng)計8個覆蓋處理在6個時期、8個土層較CK的增墑或降墑點次比例，發(fā)現在覆蓋處理的增墑點次比例平均為72.9%，相應的，降墑效應的點次比例為27.1%。全生育期0～200 cm平均含水量覆蓋平均高出CK 1.2%。從增墑點次比例和增墑幅度來看，顯然覆蓋的增墑效應大于降墑效應；處理間比較，增墑比例以B2最高（83.3%）、A1最低（54.2%），降墑比例則正相反；時期間比較，在開花期和灌漿期，覆蓋的增墑點次比例最高（92.2%）、增墑幅度最大，覆蓋分別高出CK 2.3%和1.7%。而以孕穗期的增墑點次比例（59.4%）和增墑幅度（-0.3%）均最低，可見覆蓋的增墑效應以開花期和灌漿期最明顯，降墑效應以孕穗期最明顯，其中降墑效應最明顯，A1在孕穗期降墑點次比例高達62.5%、降墑幅度達1.7%；從土層比較，覆蓋的增墑點次比例和增墑幅度都以20～40 cm土層最高，分別為83.3%和1.9%，而以60～90 cm土層均最低，分別為60.4%和0.3%，表明覆蓋增墑效應以20～40 cm土層最明顯、而降墑效應以60～90 cm土層最明顯，其中A1在60～90 cm土層降墑點次比例和降墑幅度最高，分別為66.7%和1.0%。

2.3土壤溫度差異

無論各時期、各土層，處理間土壤溫度都存在顯著差異，表明覆蓋對土壤溫度具有明顯影響。處理間的溫度最大差值（或極差）出現在分蘗期土壤15 cm處的A1與B1之間，B1高出A16.6℃；分時期比較0～25 cm平均溫度，處理間的差異以分蘗期最大，該時期溫度極差出現在B1與A1間，為4.9℃，其他時期處理間溫度極差為3.0～3.7℃；分土層比較全生育期平均溫度，處理間的差異以10～20 cm土層最大，處理間溫度極差為3.6～3.7℃，0～5 cm、20～25 cm土層差異相對較小，處理間溫度極差分別為2.8和3.0℃（表5）。

比較全生育期0～25 cm平均溫度，以平作白膜全覆蓋最高、小麥秸稈覆蓋最低，二者高低相差3.2℃。按覆蓋材料和方式分類平均比較，全生育期0～25 cm土壤溫度的總體差異趨勢是：覆膜高于覆稈1.2℃，玉米秸稈高于小麥秸稈1.7℃，白膜高于黑膜1.0℃，全覆膜高于半覆膜1.4℃，微壟高于平作0.2℃。

與CK相比，小麥秸稈覆蓋（A1）和大壟黑膜半覆蓋（D2）具有較明顯的降溫效應，全生育期0～25 cm平均溫度A1和D2的分別較CK降低1.4和0.9℃，而其他5種覆膜處理具有普遍的增溫效應，增溫幅度0.3～1.8℃，以平作白膜全覆蓋（B1）最明顯，兩種微壟覆蓋（C1和C2）次之、二者增溫幅度1.1～1.4℃。

表5　各時期0～25 cm土壤平均溫度Table5　The temporal differences of soil temperature℃

進一步詳細統(tǒng)計各覆蓋處理在5個時期、5個土層共25個測定點次中較CK增溫和降溫的點次比例，發(fā)現除B1全面高于CK外，其他7個覆蓋處理均出現階段性增溫和降溫的雙重效應。A1、A2、B2、C1、C2、D1、D2較CK的增溫點次比例分別為：4%，68%，64%，88%，92%，64%，24%，可見A1和D2的降溫效應大于增溫效應，而其他覆蓋處理的增溫效應則大于降溫效應；從時期來看，以灌漿期平均增溫點次比例（77.5%）和增溫幅度（1.3℃）均最高，表明覆蓋的增溫效應以灌漿期最大，而其他各時期的增溫點次比例為52.5%～67.5%，增溫幅度為0.1～0.2℃。與此相對應，出現降溫效應的點次比例則以分蘗期和開花期最高（47.5%）；從土層來看，覆蓋在各土層增溫點次比例相近（57.5%～67.5%），以土壤25 cm處平均增溫幅度最高（0.7℃），但土壤15 cm處降溫0.1℃（表6）。

表6　不同土層溫度差異Table6　The spatial differences of soil temperature℃

3　討論

3.1覆蓋的水分效應

旱地土壤水分高低取決于雨水蓄納、保墑、耗水（土壤蒸發(fā)和植株蒸騰）幾個方面。從對降水的入滲來講，由于露地栽培地表無覆蓋物阻擋，入滲率露地無疑高于覆蓋、秸稈覆蓋高于地膜覆蓋、半覆膜高于全覆膜。無論微壟覆膜還是大壟覆膜，壟作覆膜都較平作覆膜具有更好集雨和入滲效果［4，28，30］；但在抑制土壤蒸發(fā)方面，全覆膜的效果無疑好于半覆膜和秸稈覆蓋。全地面覆膜土壤基本處于全封閉狀態(tài)，土壤耗水屬植株蒸騰性耗水，而秸稈地表覆蓋物之間有空隙，難免有一定比例的土壤蒸發(fā)耗水，而露地土壤蒸發(fā)耗水的比例更高；同時，不同覆蓋材料和覆蓋方式對土壤溫度的影響不同，而土壤溫度高低必然影響土壤水分的運行交換和植株水分代謝，土壤溫度的升高會加劇土壤水分蒸發(fā)和植株蒸騰，導致耗水加快和土壤含水量下降，反之亦然。因此不同的覆蓋材料和覆蓋方式，可通過抑制土壤蒸發(fā)、影響降水的蓄納入滲和植株蒸騰耗水3個主要途徑共同影響土壤水分狀況，不能單純理解為覆蓋保墑效果的差異。

總體來講，無論地膜覆蓋、還是秸稈覆蓋，全生育期0～200 cm土體土壤水分都高于無覆蓋露地對照。但分時期比較0～200 cm土壤含水量，發(fā)現覆蓋較露地的增墑效應具有階段性，在前期（分蘗～拔節(jié)）和后期（開花～成熟），覆蓋普遍表現增墑，但在生育中期階段的孕穗期，大部分覆蓋處理表現降墑效應，這種主要與覆蓋條件下生長較旺盛，導致蒸騰耗水較多有關。

3.2覆蓋的溫度效應

不同覆蓋材料和方式土壤溫度的差異，主要與吸收太陽輻射熱的能力有關。由于白膜較黑膜能夠透過更多太陽輻射，在同樣覆蓋方式下，白膜的地溫明顯高于黑膜。Juan等［30］通過研究覆蓋對馬鈴薯土壤溫度的影響發(fā)現，黑膜覆蓋較白膜覆蓋平均降溫2.4℃，由于馬鈴薯單株結薯率對根際土壤溫度較敏感，黑膜較白膜單株結薯率顯著提高70.0%，單株鮮薯產量提高了82.8%。覆膜條件下，微壟較平作和大壟地溫高，也與起壟增加了表面積、也有利于接納更多太陽輻射熱有關。

本文研究發(fā)現，與CK相比，雖然覆膜具有較普遍的增溫效應，覆稈具有較普遍的降溫效應，但在玉米秸稈覆蓋（A2）、平作黑膜全覆蓋（B2）、大壟白膜半覆蓋（D1）3個處理間，全生育期0～25 cm平均溫度差異不大，這是由于不同覆蓋材料和覆蓋方式對溫度的作用方向不同，不同材料和方式的溫度效應會疊加或抵消。

從生產角度出發(fā)，覆蓋在前期低溫季節(jié)增溫和中后期高溫季節(jié)降溫［30-33］，有利于小麥的生長和產量形成。本研究表明，單位面積穗數地膜覆蓋顯著高于秸稈覆蓋，這與地膜覆蓋前期具有明顯增溫效應，促進了營養(yǎng)生長、提高了分蘗和分蘗成穗率有關。而秸稈覆蓋千粒重高于地膜覆蓋，與秸稈覆蓋降低地溫、延長灌漿持續(xù)期、減輕后期高溫脅迫有關。

3.3覆蓋對土壤水分和溫度的雙重效應

與露地相比，覆蓋在不同生育時期和土層，都存在增墑與降墑［7，25，33］、增溫與降溫［31-32，34-35］的雙重效應，這與已有的一些研究報道結果一致，表明覆蓋對土壤水分和溫度的影響遠比想象的復雜。增墑效應主要與覆蓋的保墑效應有關，而降墑效應與覆蓋處理小麥旺盛生長伴隨的高耗水有關。增溫效應可能主要與覆蓋有利于吸收和保存太陽輻射熱有關，例如覆蓋不僅會影響土壤與大氣熱量的直接交換、而且覆蓋在抑制土壤水分蒸發(fā)的同時，也會減少土壤水分蒸發(fā)帶來的熱量損失。降溫效應可能主要與覆蓋材料影響熱量在不同土層交換平衡的速度有關。

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Effect of different mulching materials and methods on soil moisture and temperature and grain yield of dryland spring wheat in northwestern China

CHENG Hong-Bo1，NIU Jian-Biao2，CHAI Shou-Xi3*，CHANG Lei3，YANG Chang-Gang3
1.College of Bioscience and Technology，Gansu Provincial Key Lab of Aridland Crop Science，Gansu Agricultural University，Lanzhou 730070，China；2.Gansu Province Yuzhong County Agricultural Technology Extension Station，Yuzhong 730100，China；3.College of Agronomy，Gansu Agricultural University，Lanzhou 730070，China

This study determined effects of different mulching materials and methods on soil water，soil temperature，grain yield（GY）and important agronomic parameters of spring wheat in a semi-arid rain fed area of northwestern China.A total of 8 mulching treatments were tested in this study.These included straw mulching，plastic film mulching such as flatten culture and whole mulching，micro-ridge and whole mulching，large ridge and half mulching，compared with a non-covered treatment as control（CK）.There were significant differences in soil moisture，soil temperature and GY among the various treatments.Compared to the CK，mulching significantly increased GY by 7.7%to 44.9%，with the maximum yield increase occurring in microridge and whole mulched plastic film treatments.The spikes per unit area（SPUA）were the main factor responsible for difference in GY.There was a highly positive correlation（r=0.788*）between SPUA and GY. Compared to the CK，mulching increased the average soil moisture in the 0-200 cm soil layer during the entire growth period by 0.3%-1.7%，and the highest soil moisture levels were those of micro-ridge and whole mulched white film（C1）and large ridge and half mulched black film（D2）.Both mulching with wheat straw （A1）and large ridge and half mulched black film（D2）decreased average soil temperature in the 0-25 cm soil layer during entire growth period by 1.4 and 0.9℃，while soil temperatures of the other 6 mulching treatments were increased by 0.3-1.8℃.The maximum warming occurred in flatten culture and whole mulched white film（B1）treatments.However，more detailed analysis of spatio-temporal differences in soil temperature and soil moisture revealed that the various treatment effects were most strongly seen in different soil layers or in different growth periods.Soil moisture data were recorded at 48 time points in each treatment.Each mulching treatment had 26-40 points with soil moisture higher than the CK，and 8-22 points lower than the CK.During the entire growth period，mulching predominantly increased soil moisture at the flower-filling stage，and decreased soil moisture in the booting stage.Mulching-induced soil moisture increases were most evident in the 20-40 cm soil layer，and mulching tended to decrease moisture in the 60-90 cm soil layer.Soil temperatures were measured and recorded at 25 time points in each treatment，and each of the mulching treatments varied in numbers of points higher（range 0 to 24 points）or lower（range 1 to 25 points）than CK plots.The maximum warming was observed in the 25 cm soil layer.

mulching with plastic film；mulching with straw；soil moisture；soil temperature；spring wheat

10.11686/cyxb2015395

2015-09-01；改回日期：2015-10-26

公益性行業(yè)（農業(yè)）科研專項（201303104）和現代農業(yè)產業(yè)技術體系建設專項（CARS-3-2-49）資助。

程宏波（1976-），女，吉林遼源人，在讀博士。E-mail：chenghbdd@126.com

Corresponding author.E-mail：sxchai@126.com