李富春，王 琦，張登奎

(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 草業(yè)學(xué)院/草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/甘肅省草業(yè)工程實(shí)驗(yàn)室/中-美草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究中心，甘肅 蘭州 730070)

為了提高降水資源利用率，減少降水無效蒸發(fā)損失和土壤養(yǎng)分流失，當(dāng)?shù)剞r(nóng)民使用壟溝集雨種植技術(shù)進(jìn)行雨水收集和利用，其技術(shù)指平地或緩坡地沿等高線起壟，形成壟溝相間微地形，壟覆膜作為集雨區(qū)，溝覆蓋或無覆蓋作為種植區(qū)。壟溝集雨種植結(jié)合覆蓋技術(shù)有效利用膜壟集水功能和溝覆蓋的蓄水保墑功能，使壟上徑流和降水在溝中產(chǎn)生疊加，通過降水和徑流疊加將無效降水(<5 mm)轉(zhuǎn)換為有效降水(>5 mm)，沿等高線修筑壟減慢徑流在地表流動(dòng)速度，增加徑流在溝內(nèi)滯留時(shí)間，從而增加種植區(qū)(溝)土壤含水量[6-8]。同時(shí)，覆蓋材料阻斷土壤水分和溫度與大氣間交換通道，降低土壤水分無效蒸發(fā)速率，增加降水在溝內(nèi)下滲深度，減緩?fù)寥罍囟葧円棺兓?，從而改善溝中土壤水分和溫度狀況，進(jìn)而有效提高作物產(chǎn)量和水分利用效率(WUE)[9-10]。壟溝集雨覆蓋種植技術(shù)將部分土地面積作為集雨區(qū)，收集徑流，從而減少作物種植面積和相對(duì)種植密度。該技術(shù)中，作物生長(zhǎng)前期通常消耗大量土壤水分和養(yǎng)分，導(dǎo)致作物生長(zhǎng)后期出現(xiàn)脫水、脫肥等現(xiàn)象[11-12]。段義忠等[13]研究表明，與無覆蓋相比，普通地膜、秸稈、綠肥和液體地膜覆蓋材料處理下耕層土壤0～25 cm日平均溫度分別提高3.62、2.01、1.50和2.38℃，平均含水率也增加3.25%、2.24%、2.40%和2.50%，馬鈴薯塊莖產(chǎn)量分別增加10.33%、23.03%、20.27%和27.17%。

壟溝集雨種植覆蓋材料主要為普通地膜[14-15]，普通地膜覆蓋易造成大量地膜殘留，引起白色污染，地膜殘留阻礙土壤中水分、養(yǎng)分、空氣等的交換，妨礙作物根系延伸和對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素的吸收，從而引起作物產(chǎn)量下降和土壤污染[16]。利用生物可降解材料(作物秸稈、樹葉、樹皮、干草等有機(jī)材料)進(jìn)行覆蓋能有效降低土壤污染，該覆蓋材料具有透氣、透水、集雨保墑、易降解和增產(chǎn)等效果[17]。試驗(yàn)研究溝覆蓋材料對(duì)土壤水分、土壤溫度及高粱產(chǎn)量等的影響，為壟溝集雨種植溝覆蓋材料選擇提供依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

田間試驗(yàn)于2014年4月9日～10月3日在中國(guó)氣象局蘭州干旱氣象研究所定西干旱氣象與生態(tài)環(huán)境試驗(yàn)基地進(jìn)行，地理位置N 35°33′，E 104°35′，海拔1 896.7 m。試驗(yàn)基地位于甘肅省定西市安定區(qū)，屬黃土高原西部丘陵區(qū)和半干旱地區(qū)。光能較多，熱量資源不足，雨熱同季，氣候干燥，屬典型的溫帶大陸性季風(fēng)氣候。年均≧0℃積溫2 933.5℃，年均≧10℃積溫2 239.1℃。年日照時(shí)間為2 433 h，年均氣溫6.7℃，極端最高最低氣溫分別為34.3和-27.1℃。空氣相對(duì)濕度65.8%，年均降水量386.1 mm。降水較少，且極不規(guī)律，5～10月降水量占年降水量的86.9%；蒸發(fā)強(qiáng)烈，年蒸發(fā)量是年均降水量的4.0倍；無霜期為140 d。

試驗(yàn)地地勢(shì)平坦，表層土壤為重壤土，地力相對(duì)均勻。田間持水率的質(zhì)量含水率為25.6%，凋萎系數(shù)為6.7%，試驗(yàn)區(qū)土壤肥力狀況(表1)。當(dāng)?shù)馗髦贫葹?年1熟，主要種植作物有春小麥(Triticumaestivum)、燕麥(Avenasativa)、高粱(Sorghumbicolor)、蠶豆(Viciafaba)、馬鈴薯(Solanumtuberosum)、谷子(Panicummiliaceum)和胡麻(Sesamumindicum)等，主要種植牧草有紫花苜蓿(Medicagosative)和紅豆草(Onobrychisviciaefolia)。2014年月降水量(圖1)。

表1 試驗(yàn)區(qū)土壤肥力

圖1 2014年月降水量Fig.1 Month rainfall in 2014

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)以高粱為供試作物，采用完全隨機(jī)設(shè)計(jì)，利用壟溝集雨種植技術(shù)，各處理壟上覆蓋均為生物可降解地膜，作為集雨區(qū)，溝覆蓋不同材料(生物可降解地膜、生物可降解液體地膜和秸稈)，作為種植區(qū)，共設(shè)4個(gè)處理(3種不同溝覆蓋材料+無覆蓋)，重復(fù)3次，以無覆蓋作為對(duì)照。根據(jù)當(dāng)?shù)貕艤霞攴N植經(jīng)驗(yàn)，壟坡約為40°，壟高為15～20 cm，壟沿等高線修筑，壟長(zhǎng)10 m。見種植示意圖2。生物可降解地膜為德國(guó)BASF化工廠生產(chǎn)(基料為淀粉和生物材料，生物材料來源于玉米秸稈和其他可再利用原材料)，厚度為0.008 mm，寬度為1.4 m，將寬度1.4 m生物可降解地膜切割為寬0.6 m和寬0.8 m，將寬度0.6 m生物可降解地膜覆蓋于寬度45 cm壟上和寬度0.8 m生物可降解地膜覆蓋于寬度60 cm溝中，在壟角處生物可降解地膜埋入土壤深度為5～10 cm。秸稈覆蓋采用當(dāng)?shù)匮帑溄斩?，粉碎?～10 cm長(zhǎng)的碎段，一次性均勻覆蓋在溝內(nèi)，覆蓋量為9 000 kg/hm2，然后撒4 000～5 000 kg/hm2碎土覆于秸稈上，以免秸稈被風(fēng)吹走。

圖2 高粱壟溝覆蓋種植示意圖Fig.2 Schematic diagram in ridge-furrow rainwater harvesting for sorghum production

生物可降解液體地膜生產(chǎn)于北京金尚禾生物科技有限公司，在噴施之前，將粉狀生物可降解液體地膜與水按1∶15混合，混合液攪拌5～10 min，待粉狀生物可降解液體地膜充分溶解后，用噴霧器將混合液均勻噴施于種植區(qū)表面，粉狀生物可降解液體地膜噴施量為90 kg/hm2(混合液施量為1 440 kg/hm2)。生物可降解液體地膜使用壽命約為2～3個(gè)月，在高粱生育期，生物可降解液體地膜噴施2次，噴施時(shí)間分別為4月22日和6月28日。

1.3 種植管理

2014年高粱播種前(4月8日)對(duì)試驗(yàn)地分別翻地和耱地各1次。根據(jù)當(dāng)?shù)厥┓式?jīng)驗(yàn)，施加420 kg/hm2過磷酸鈣和220 kg/hm2尿素作為基肥，播種前將2種肥料混合撒在土壤表面，然后翻入土壤，施肥深度20～30 cm。2014年4月9日穴播播種高粱，每試驗(yàn)小區(qū)分別有3條溝和4條壟，每條溝面積為6 m2(長(zhǎng)10 m×寬0.6 m)，每條壟面積為4.5 m2(長(zhǎng)10 m×寬0.45 m)，每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)的總面積為36 m2，播種3條溝面積和為18 m2相同。播種密度1.05×104株/hm2，播種深度3～5 cm，每條溝種植2行高粱，每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)種植6行高粱，高粱播種完成后，為了保護(hù)土壤水分，即刻在種植溝內(nèi)覆蓋生物可降解地膜、生物可降解液體地膜和秸稈。在2014年5月2日下午6∶00～8∶00點(diǎn)放苗，高粱整個(gè)生育期不追肥和灌溉。采用人工除草，禁止人為踩踏集雨區(qū)(壟)和破壞壟覆蓋材料，除草時(shí)間分別為2014年5月10日、6月15日和7月23日。2014年10月3日手工收獲高粱，高粱收獲后，將生物可降解地膜和秸稈殘留翻耕埋入土壤。

3.實(shí)行競(jìng)爭(zhēng)上崗制度。采油廠對(duì)技術(shù)含量較高、知識(shí)相對(duì)密集的崗位，在全廠范圍內(nèi)進(jìn)行公開招聘，實(shí)行競(jìng)爭(zhēng)上崗。對(duì)擬招聘的崗位和應(yīng)聘者學(xué)歷、技術(shù)職務(wù)等進(jìn)行公示，經(jīng)筆試、面試和答辯后，成績(jī)最優(yōu)者優(yōu)先上崗，給廣大干部提供便捷的成才渠道，搭建充分展示自我才華的平臺(tái)，激發(fā)干部工作的積極性和能動(dòng)性。

1.4 樣品采集和測(cè)定

2014年4月9日～10月3日在高粱全生育期，采用河北省武強(qiáng)縣紅星儀表廠制造的直角曲管水銀地溫計(jì)(測(cè)定范圍-20℃～50℃)測(cè)定各處理溝中和壟上土壤溫度，測(cè)定土壤深度為5、10、15、20和25 cm，每5 d測(cè)定1次，測(cè)定時(shí)間為8∶00，14∶00和18∶00。將3次測(cè)得平均值作為當(dāng)天土壤溫度。

在高粱播種前1 d(2014年4月8日)、收獲后1 d(2014年10月4日)和降水(降水量>5 mm)后1 d測(cè)定種植區(qū)溝中土壤含水量。測(cè)定深度140 cm，按0～10、10～20、20～40、40～60、60～80、80～100、100～120和120～140 cm分層，采用烘干法(105℃，10 h)測(cè)定土壤含水量，每1小區(qū)隨機(jī)選取3個(gè)樣點(diǎn)，同1層次3個(gè)樣點(diǎn)的土樣均勻混合。采用環(huán)刀法測(cè)定土壤容重，測(cè)定深度和分層與土壤含水量測(cè)定相同。

根據(jù)公式計(jì)算土壤貯水量和水分利用效率。

W=θ×BD×H×10

(1)

(2)

(3)

式中：W為土壤貯水量(mm)，θ為土壤質(zhì)量含水量(%)，BD為土壤容量(g/cm3)，H為土壤深度(cm)，10為換算系數(shù)，ET為作物蒸散量(mm)，P為高粱全生育期降水量(mm)，Re為壟平均徑流效率，h1和h2分別為壟寬(cm)和溝寬(cm)，W1和W2分別為播種前1 d和收獲后1 d測(cè)定140 cm土壤深度的土壤貯水量(mm)，WUE為水分利用效率[kg/(hm2·mm)]，GY為集雨壟種植的高粱年凈籽粒產(chǎn)量(kg/hm2)[4]。

2014年10月3日在高粱成熟期，每溝選取6株高粱(每小區(qū)選取18株高粱)測(cè)定產(chǎn)量構(gòu)成要素，剩余植株用于測(cè)定高粱籽粒產(chǎn)量。

利用完全隨機(jī)模型分析壟溝集雨種植溝覆蓋材料對(duì)土壤水分、土壤溫度、高粱產(chǎn)量及水分利用效率的影響，數(shù)據(jù)采用SPASS 17.0與Excel 2010軟件進(jìn)行方差分析和顯著性檢驗(yàn)；方差分析多重比較采用Duncan法(P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 溝覆蓋材料對(duì)土壤貯水量的影響

隨高粱生育期延伸土壤貯水量先降低后增加，高粱苗期，各處理土壤貯水量之間差異顯著；高粱拔節(jié)期，生物可降解地膜覆蓋和秸稈覆蓋的土壤貯水量顯著高于生物可降解液體地膜覆蓋，生物可降解液體地膜覆蓋的土壤貯水量顯著高于無覆蓋，生物可降解地膜覆蓋與秸稈覆蓋之間相差不顯著；高粱抽穗開花期，秸稈覆蓋的土壤貯水量顯著高于生物可降解液體地膜覆蓋，生物可降解液體地膜覆蓋的土壤貯水量顯著高于無覆蓋，秸稈覆蓋與生物可降解地膜覆蓋之間、生物可降解地膜覆蓋與生物可降解液體地膜覆蓋之間相差不顯著；高粱成熟期，秸稈覆蓋的土壤貯水量顯著高于生物可降解地膜覆蓋和生物可降解液體地膜覆蓋，生物可降解地膜覆蓋和生物可降解液體地膜覆蓋的土壤貯水量顯著高于無覆蓋，生物可降解地膜覆蓋與生物可降解液體地膜覆蓋之間差異不顯著。就高粱全生育期平均土壤貯水量而言，無覆蓋、生物可降解地膜覆蓋、生物可降解液體地膜覆蓋和秸稈覆蓋的值分別為244.1、264.8、255.8和272.9 mm，與無覆蓋相比，生物可降解地膜覆蓋、生物可降解液體地膜覆蓋和秸稈覆蓋的土壤貯水量分別增加20.7,11.7和28.9 mm(圖3)，各處理土壤貯水量排列次序?yàn)榻斩捀采w>生物可降解地膜覆蓋>生物可降解液體地膜覆蓋>無覆蓋。溝內(nèi)覆蓋材料阻礙表層土壤界面與大氣熱交換，從而減緩了土壤溫度的晝夜變化，減少溝中土壤水分蒸發(fā)，從而使生物可降解地膜覆蓋、生物可降解液體地膜覆蓋和秸稈覆蓋的土壤貯水量顯著高于無覆蓋。

圖3 覆蓋材料處理下溝中0～140 cm土壤的貯水量Fig.3 Effects of mulching materials on soil water storage on 0 to 140 cm soil depth at furrow bottoms注：LM、NM、BM和SM分別代表生物可降解液體地膜覆蓋、無覆蓋、生物可降解地膜覆蓋和秸稈覆蓋

2.2 溝覆蓋材料對(duì)土壤含水量的影響

就高粱全生育期平均土壤含水量而言，隨土層深度增加各處理土壤含水量呈先增加后減小再增加的趨勢(shì)，而且隨土層深度增加土壤含水量變化程度減小(圖4)。

圖4 覆蓋材料處理下溝中0～140 cm土壤的含水量Fig.4 Effects of mulching materials on soil water content on 0 to 140 cm soil depth at furrow bottoms

在高粱全生育期，與無覆蓋相比，生物可降解地膜覆蓋、生物可降解液體地膜覆蓋和秸稈覆蓋的土壤含水量分別提高5.7%，0.9%和8.7%，各處理土壤含水量排列次序?yàn)榻斩捀采w>生物可降解地膜覆蓋>生物可降解液體地膜覆蓋>無覆蓋。不同覆蓋材料都有一定的蓄水保墑作用，但由于受降水、蒸散、溫度和作物自身生長(zhǎng)發(fā)育階段所需水量多少等因素的影響，不同覆蓋材料下的土壤含水量隨時(shí)間出現(xiàn)一定的變化。

2.3 溝覆蓋材料對(duì)土壤溫度的影響

在高粱全生育期，壟上覆蓋材料對(duì)土壤溫度影響不明顯，但溝中覆蓋材料對(duì)土壤溫度影響明顯(圖5)。生物可降解地膜覆蓋、生物可降解液體地膜覆蓋和無覆蓋明顯高于秸稈覆蓋，溝中土壤溫度排列次序?yàn)樯锟山到獾啬じ采w>生物可降解液體地膜覆蓋>無覆蓋>秸稈覆蓋。就高粱全生育期溝中平均土壤溫度而言，無覆蓋、生物可降解地膜覆蓋、生物可降解液體地膜覆蓋和秸稈覆蓋的值分別為18.8、20.1、19.3和18.6℃，與無覆蓋相比，生物可降解地膜覆蓋和生物可降解液體地膜覆蓋的溝中平均土壤溫度分別增加1.3和0.5℃，秸稈覆蓋的溝中平均土壤溫度降低0.3℃。在高粱生長(zhǎng)前期，不同處理溝中和壟上土壤溫度變化幅度相對(duì)較大，尤其在高粱播種期和出苗期。隨著高粱生育期延伸和覆蓋材料的降解，溝中和壟上土壤溫度的變化幅度相對(duì)減小。

圖5 覆蓋材料處理下壟上和溝中土壤的溫度變化Fig.5 Effects of mulching materials on soil temperature at ridge tops and at furrow bottoms

2.4 溝覆蓋材料對(duì)不同土壤層次溫度變化的影響

在8∶00，14∶00和18∶00不同時(shí)間對(duì)各處理高粱全生育期內(nèi)土壤溫度求平均值，得到不同測(cè)定時(shí)間土壤溫度隨土壤深度變化。在8∶00，溝中土壤溫度隨土壤深度的增加先減小后增加，在土壤深度10 cm處土壤溫度最低。對(duì)于溝中土壤溫度平均值而言，生物可降解地膜覆蓋>生物可降解液體地膜覆蓋>秸稈覆蓋>無覆蓋。與無覆蓋相比，生物可降解地膜覆蓋、生物可降解液體地膜覆蓋和秸稈覆蓋的平均土壤溫度分別增加1.1，0.6和0.3℃。日出前，土壤溫度隨土壤深度的增加而增加，日出后，地表吸收太陽輻射，增加表層土壤溫度，使5 cm土壤溫度高于10 cm土壤溫度，土壤深度增加減緩?fù)寥罒崃肯蛳聜鬟f，使10 cm以下土壤溫度隨土壤深度的增加而增加。

在14∶00，溝中土壤溫度隨土壤深度增加而降低。對(duì)于溝中土壤溫度平均值而言，與無覆蓋相比，生物可降解地膜覆蓋和生物可降解液體地膜覆蓋的平均土壤溫度分別增加0.3和0.1℃，秸稈覆蓋的平均土壤溫度降低0.8℃。在18∶00測(cè)定土壤溫度變化規(guī)律與14∶00測(cè)定類似，與無覆蓋相比，生物可降解地膜覆蓋和生物可降解液體地膜覆蓋的平均土壤溫度分別增加2.0和0.1℃，秸稈覆蓋的平均土壤溫度降低0.5℃(圖6)。

2.5 溝覆蓋材料對(duì)高粱地上生物量、籽粒產(chǎn)量及構(gòu)成要素的影響

不同溝覆蓋材料對(duì)高粱株高、地上生物量、籽粒產(chǎn)量及構(gòu)成要素因土壤水分、溫度不同表現(xiàn)出明顯的差異(表2)。與無覆蓋相比，生物可降解地膜覆蓋、生物可降解液體地膜覆蓋和秸稈覆蓋的高粱株高分別提高5.8%，4.0%和11.0%；不同溝覆蓋材料下生物可降解地膜覆蓋的穂長(zhǎng)顯著高于生物可降解液體地膜覆蓋、秸稈覆蓋和無覆蓋，生物可降解液體地膜覆蓋與無覆蓋之間、秸稈覆蓋與無覆蓋之間差異不顯著，穂長(zhǎng)排列次序?yàn)樯锟山到獾啬じ采w>秸稈覆蓋>生物可降解液體地膜覆蓋>無覆蓋。各處理千粒質(zhì)量之間差異不顯著。

圖6 8∶00，14∶00和18∶00各覆蓋材料不同土壤深度的溫度動(dòng)態(tài)Fig.6 Effects of mulching materials on soil temperature at furrow bottoms at 8∶00 am,2∶00 pm and 6∶00 pm

處理株高/cm穂長(zhǎng)/cm千粒質(zhì)量/g地上生物量/(kg·hm-2)籽粒產(chǎn)量/(kg·hm-2)WUE/kg·(hm-2·mm-1)BM152.8b17.8a20.0a7490a2548a19.78aLM150.1b15.7c19.6a5966bc2139b16.72bSM160.3a16.8b20.9a6115b2291b18.14abNM144.4c16.2bc18.8a5721c1867c14.54c

注：LM、NM、BM和SM分別代表生物可降解液體地膜覆蓋、無覆蓋、生物可降解地膜覆蓋和秸稈覆蓋。同列數(shù)字后的不同字母表示差異顯著(P<0.05)

生物可降解地膜覆蓋的高粱地上生物量和籽粒產(chǎn)量顯著高于無覆蓋、生物可降解液體地膜覆蓋和秸稈覆蓋，生物可降解液體地膜覆蓋和秸稈覆蓋之間差異不顯著，高粱地上生物量和籽粒產(chǎn)量排列次序?yàn)樯锟山到獾啬じ采w>秸稈覆蓋>生物可降解液體地膜覆蓋>無覆蓋(表2)。就高粱全生育期地上生物量和籽粒產(chǎn)量而言，無覆蓋、生物可降解地膜覆蓋、生物可降解液體地膜覆蓋和秸稈覆蓋的地上生物量值分別為5 721、7 490、5 966和6 115 kg/hm2，籽粒產(chǎn)量值分別為1 867、2 548、2 139和2 291 kg/hm2，與無覆蓋相比，生物可降解地膜覆蓋、生物可降解液體地膜覆蓋和秸稈覆蓋的高粱地上生物量分別提高31%，4%和7%，籽粒產(chǎn)量分別提高36%，15%和23%。溝覆蓋材料增加土壤含水量和土壤溫度，促進(jìn)植株生長(zhǎng)，從而有效提高高粱地上生物量和籽粒產(chǎn)量。

2.6 溝覆蓋材料對(duì)水分利用效率的影響

就高粱全生育期WUE而言，生物可降解地膜覆蓋的WUE顯著高于無覆蓋和生物可降解液體地膜覆蓋，生物可降解地膜覆蓋與秸稈覆蓋之間、生物可降解液體地膜覆蓋與秸稈覆蓋之間差異不顯著(表2)。高粱全生育期WUE排列次序?yàn)樯锟山到獾啬じ采w>秸稈覆蓋>生物可降解液體地膜覆蓋>無覆蓋。就高粱全生育期水分利用效率而言，無覆蓋、生物可降解地膜覆蓋、生物可降解液體地膜覆蓋和秸稈覆蓋的值分別為14.54、19.78、16.72和18.14 kg/(hm2· mm)，與無覆蓋相比，生物可降解地膜覆蓋、生物可降解液體地膜覆蓋和秸稈覆蓋的WUE分別提高36.04%，14.99%和24.76%。

3 討論

在旱作雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)，降水資源短缺，土地貧瘠，旱災(zāi)頻發(fā)，風(fēng)蝕、水蝕和沙化嚴(yán)重，生態(tài)環(huán)境脆弱，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力低下，但土地和光熱資源較豐富，蘊(yùn)藏著巨大的增產(chǎn)潛力[18]。壟溝集雨種植有利于改善作物生長(zhǎng)環(huán)境狀況，有效提高土壤溫度，減小風(fēng)速，攔截徑流，減少土壤流失，增加土壤蓄水量，達(dá)到集水、保墑、增溫的效果，同時(shí)有利于作物通風(fēng)透光，充分發(fā)揮邊行優(yōu)勢(shì)[19-20]。壟覆膜將無效或微效降水(< 5 mm)很快形成徑流貯存到膜下作物根部，使降水在種植區(qū)(溝)內(nèi)形成空間再分配，有效提高種植區(qū)土壤含水量，增加土壤水分利用效率，從而有利于作物產(chǎn)量的提高[21]。同時(shí)，溝內(nèi)覆蓋可進(jìn)一步減少土壤水分無效蒸發(fā)，有利于改善種植區(qū)土壤水分、溫度等狀況，促進(jìn)微生物大量繁殖，增加土壤微生物數(shù)量，利于土壤養(yǎng)分的有效化[22]。生物可降解地膜覆蓋和生物可降解液體地膜覆蓋有利于雨水向土壤中滲入，保持土壤水分，并能自然降解減少環(huán)境污染；秸稈覆蓋具有透光性差，通氣性良好，能充分利用自然降水，集雨效果好等特點(diǎn)。覆蓋增強(qiáng)土壤蓄水保墑能力，改善土壤理化性狀和農(nóng)田小氣候，而后期秸稈腐爛后釋放速效養(yǎng)分，改善作物生長(zhǎng)所需營(yíng)養(yǎng)狀況，促進(jìn)水肥高效利用，為高粱生長(zhǎng)發(fā)育提供有利條件。

壟溝集雨種植技術(shù)通過收集無效降水、抑制蒸發(fā)和促進(jìn)雨水入滲深度來改善土壤水分狀況。壟覆膜有效匯集自然降水，增加作物根際土壤水分[23]。生物可降解地膜覆蓋和生物可降解液體地膜覆蓋使地表裸露面積減少，蒸發(fā)量降低，秸稈覆蓋有利于充分利用自然降水并且增加土壤水分入滲，使株間蒸發(fā)減少，從而提高土壤含水量[24]。研究結(jié)果表明，在高粱全生育期，與無覆蓋相比，生物可降解地膜覆蓋、生物可降解液體地膜覆蓋和秸稈覆蓋的平均土壤貯水量分別增加20.7，11.7和28.9 mm，土壤含水量分別提高5.7%，0.9%和8.7%。

土壤溫度作為土壤熱狀況的綜合表征指標(biāo)，是作物生長(zhǎng)的重要環(huán)境因子之一[25]。土壤溫度的高低直接影響作物播種和出苗的遲早、土壤微生物的活動(dòng)和有機(jī)物質(zhì)的分解[26]。壟溝集雨種植結(jié)合覆蓋技術(shù)在土壤表層形成隔離層，阻礙土壤與大氣水溫交換，達(dá)到保水、增溫的作用。李榮等[27]研究表明，與無覆蓋相比，溝覆普通地膜和溝覆生物降解膜處理4年玉米苗期5～25 cm平均土壤溫度分別提高2.4和2.1℃；溝覆秸稈處理降低1.7℃。試驗(yàn)表明，與無覆蓋相比，生物可降解地膜覆蓋和生物可降解液體地膜覆蓋的高粱全生育期溝中平均土壤溫度分別增加1.3℃和0.5℃，秸稈覆蓋的高粱全生育期溝中平均土壤溫度降低0.3℃。生物可降解地膜覆蓋和生物可降解液體地膜覆蓋透光性強(qiáng)，有利于增加壟面溫度，同時(shí)覆蓋減少地表向大氣輻射，進(jìn)而升高地溫，從而使生物可降解地膜覆蓋和生物可降解液體地膜覆蓋溝中土壤溫度明顯高于無覆蓋。秸稈覆蓋后在土壤表面形成一道物理隔離層，阻礙光照直接到達(dá)地面和土壤與大氣間的水熱交換，從而使覆蓋后的土壤溫度比無覆蓋低。

壟溝集雨結(jié)合覆蓋技術(shù)均能顯著改善土壤水分溫度狀況，促進(jìn)作物生長(zhǎng)、增加作物地上生物量、籽粒產(chǎn)量和提高水分利用效率。張杰等[28]研究表明，與無覆蓋相比，普通地膜覆蓋和生物可降解地膜覆蓋的玉米籽粒產(chǎn)量分別提高19.96%和19.67%，水分利用效率分別提高32.08%和31.81%，均與對(duì)照呈顯著性差異，生物可降解液體地膜覆蓋的籽粒產(chǎn)量及水分利用效率與對(duì)照無顯著性差異。研究表明，與無覆蓋相比，生物可降解地膜覆蓋、生物可降解液體地膜覆蓋和秸稈覆蓋的高粱地上生物量分別提高31%，4%和7%，籽粒產(chǎn)量分別提高36%，15%和23%，WUE分別提高36.0%，15.0%和24.8%。壟溝集雨種植技術(shù)將兩個(gè)面上的降水集中到一個(gè)面上，使其入滲更深，土壤水分入滲更深，蒸發(fā)損失越少，有利于增加土壤含水率，同時(shí)，溝內(nèi)覆蓋地膜或秸稈，可進(jìn)一步減少土壤蒸發(fā)，將無效的棵間蒸發(fā)轉(zhuǎn)化為有效的植株蒸騰，從而有利于提高高粱地上生物量、籽粒產(chǎn)量和水分利用效率。

4 結(jié)論

壟溝集雨種植技術(shù)使無效或微效降水充分有效化，改變降水空間分布格局，使有限降水集中在種植區(qū)(溝)，增加降水入滲深度，同時(shí)，溝覆蓋能顯著改善土壤水溫狀況，促進(jìn)作物生長(zhǎng)、增加作物產(chǎn)量和提高水分利用效率。此次研究結(jié)果表明，在高粱全生育期，與無覆蓋相比，生物可降解地膜覆蓋、生物可降解液體地膜覆蓋和秸稈覆蓋的平均土壤貯水量分別增加20.7，11.7和28.9 mm，土壤含水量分別提高5.7%，0.9%和8.7%；生物可降解地膜覆蓋和生物可降解液體地膜覆蓋的溝中平均土壤溫度分別增加1.3℃和0.5℃，秸稈覆蓋的溝中平均土壤溫度降低0.3℃；生物可降解地膜覆蓋、生物可降解液體地膜覆蓋和秸稈覆蓋的高粱地上生物量分別提高31%，4%和7%，籽粒產(chǎn)量分別提高36%，15%和23%，WUE分別提高36.0%、15.0%和24.8%。與無覆蓋相比，生物可降解地膜覆蓋和秸稈覆蓋具有較高土壤水分，地上生物量，籽粒產(chǎn)量和水分利用效率。生物可降解液體地膜覆蓋效果不明顯。

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