羅世武，李 凱，來幸樑，程炳文

（寧夏農(nóng)林科學(xué)院固原分院 寧夏旱作農(nóng)業(yè)工程研究中心，寧夏 固原 756000）

在年降雨量約400 mm 的寧夏回族自治區(qū)南部干旱半干旱地區(qū)，土壤含水量是制約作物生長發(fā)育和產(chǎn)量的關(guān)鍵因子，干旱缺水常常導(dǎo)致作物嚴(yán)重減產(chǎn)甚至絕收，而該地區(qū)的水分大部分來源于自然降雨，且具有季節(jié)分配不均的現(xiàn)象[1?3]。因此，如何有效利用降水，達(dá)到抗旱保墑、長期為作物供水的目的，是旱區(qū)實(shí)施高效節(jié)水現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展技術(shù)的重中之重。研究發(fā)現(xiàn)，地膜覆蓋搭配合理的栽培技術(shù)是保障土壤水分含量和作物增產(chǎn)的重要措施，地膜覆蓋的保水提墑作用主要體現(xiàn)在：在春季降雨少、刮風(fēng)多的情況下地膜覆蓋能夠減少土壤水分蒸發(fā)、提高土壤墑情，且還能夠促進(jìn)深層水分有效利用，協(xié)調(diào)作物用水、供水矛盾，從而達(dá)到保墑提墑、增產(chǎn)的目的[4?6]。另外，地膜覆蓋還具有增溫作用，不僅保障谷子在苗期免受低溫凍害，還能夠增加有效積溫，將谷子適宜種植區(qū)由海拔1 800 m 提升到2 200 m[7]。雖然普通地膜覆蓋能夠保墑提墑，但在發(fā)生降雨時(shí)其不通透性阻隔了雨水的下滲，且在高溫天氣地膜的保溫作用使得土表溫度增加，溫度過高會(huì)影響植物根系的生長。姚建民[8]研發(fā)的具有滲水、調(diào)溫、微通氣等多種功能的滲水地膜很好地解決了這個(gè)問題，滲水地膜能夠使降到地膜表面的雨水通過滲水孔下滲，提高土壤含水量，且在氣溫較高時(shí)其微透氣性使得地膜表面的溫度降低，保護(hù)植物根系不受高溫傷害。雖然滲水地膜和普通地膜均具有提墑保濕增產(chǎn)的效果，但地膜大量投入使用帶來的塑料垃圾污染問題非常嚴(yán)重。因此，生物可降解地膜問世，生物可降解地膜在一定程度上既能實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)，又能減少污染[9]。

谷子是寧南干旱半干旱地區(qū)的重要糧飼兼用及特色雜糧作物[10]，而覆膜種植技術(shù)是干旱地區(qū)谷子最重要的栽培措施之一，尤其是在2021年異常干旱的年份（固原市氣象局2021年氣象資料顯示，5—8 月降雨量較常年均值減少34.7%），覆膜技術(shù)在谷子增產(chǎn)方面的效果越發(fā)明顯。研究發(fā)現(xiàn)，滲水地膜、普通地膜覆蓋種植較露地種植能夠提高谷子產(chǎn)量及水分利用效率，且滲水地膜覆蓋種植的增產(chǎn)效果顯著高于普通地膜覆蓋種植[11]。白雪等[12]研究發(fā)現(xiàn)，覆膜處理在土壤5 cm 深度的增溫效果明顯，苗期土壤日均溫較不覆膜處理提高3.9～5.9 ℃。目前，有關(guān)滲水地膜、普通地膜、生物降解地膜對谷子生長發(fā)育的影響研究較多[13?16]，但關(guān)于這3種地膜的對比研究較少[16]。閆乃桐等[16]利用知網(wǎng)宏觀大數(shù)據(jù)分析了降解地膜和滲水地膜對作物增產(chǎn)和水分利用效率的影響，但尚未見同等環(huán)境和栽培條件下滲水地膜、普通地膜、生物降解地膜3種地膜覆蓋對土壤水溫、谷子生長及產(chǎn)量的影響研究。為此，在寧夏回族自治區(qū)干旱半干旱地區(qū)研究滲水地膜、普通地膜、生物降解地膜覆蓋和露地4個(gè)處理對土壤含水量、水分利用效率、土壤溫度和谷子生長發(fā)育、產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益的影響，為寧夏回族自治區(qū)干旱半干旱區(qū)谷子地膜覆蓋栽培技術(shù)的推廣應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況及試驗(yàn)材料

試驗(yàn)在寧夏農(nóng)林科學(xué)院固原分院頭營科研基地（固原市原州區(qū)頭營鎮(zhèn)徐河村，106°44′E、36°44′N）進(jìn)行，該地海拔1 586 m，春季干旱少雨多風(fēng)，冬季寒冷，年均氣溫7.4 ℃，≥10 ℃積溫2 500～2 800 ℃，無霜期130～150 d，年均降水量380～430 mm，干燥度1.70，屬北溫帶半干旱氣候區(qū)。試驗(yàn)區(qū)土壤質(zhì)地是黃綿土，地勢平坦，肥力均勻。

供試谷子品種為河北巡天種業(yè)公司生產(chǎn)的張雜谷13號。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)滲水地膜覆蓋（T1）、生物降解地膜覆蓋（T2）、普通地膜覆蓋（T3）和露地（T4，對照）4 個(gè)處理，4 次重復(fù)，小區(qū)面積15 m2（3 m×5 m），共16 個(gè)小區(qū)。試驗(yàn)用地膜規(guī)格見表1，于2021 年4 月28 日采用人工覆膜、膜上點(diǎn)播播種，每膜種植5行，行距35 cm，穴距20 cm，每穴保苗2～3 株，露地播種方式和留苗密度與地膜覆蓋處理一致。播前所有處理結(jié)合淺翻施有機(jī)肥（羊糞）15 000 kg/hm2、谷子專用緩釋肥（含N≥29%、P2O5≥17%、K2O≥6%，控釋氮≥13%）600 kg/hm2。

表1 不同種類地膜生產(chǎn)廠家及規(guī)格Tab.1 Manufacturers and specifications of different kinds of plastic film

1.3 測定項(xiàng)目及方法

1.3.1 土壤含水量、溫度和養(yǎng)分狀況 土壤含水量采用烘干法，在播前、苗期、抽穗期、成熟期采用三點(diǎn)式取樣法測定0～20 cm 耕層土壤含水量，測定收獲期貯水量，并計(jì)算土壤耗水量及水分利用效率。其中，水分利用效率=籽粒產(chǎn)量/耗水量。

在苗期、拔節(jié)期、抽穗期、成熟期，采用TMS-4土壤溫濕度記錄儀分別于8：00、10：00、12：00、14：00、16：00和18：00測定耕層5 cm處土壤溫度。

在播種前和成熟期用土鉆取0～20 cm 土層土壤，參考鮑士坦[17]的方法測定土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、速效磷和速效鉀含量。

1.3.2 葉綠素含量及干物質(zhì)積累量 選取5株長勢一致的谷子植株掛牌標(biāo)記，分別于苗期、拔節(jié)期、抽穗期和成熟期采用SPAD-502型便攜式葉綠素儀測定葉綠素含量（SPAD值）。

在苗期、拔節(jié)期、抽穗期和成熟期，隨機(jī)選取5株長勢一致的谷子，稱鮮質(zhì)量，烘箱中105 ℃殺青30 min，80 ℃烘干至恒質(zhì)量，稱干質(zhì)量。

1.3.3 農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益 在成熟期，每小區(qū)選取10 株測定株高、穗長、穗頸長、穗碼數(shù)、主穗粒質(zhì)量、主穗質(zhì)量和千粒質(zhì)量；各處理小區(qū)單獨(dú)收獲、脫粒、測產(chǎn)，并計(jì)算經(jīng)濟(jì)效益。

滲水地膜、普通地膜、生物降解地膜的費(fèi)用分別為1 080、1 050、3 000 元/hm2，種子費(fèi)用為1 050元/hm2，機(jī)耕費(fèi)為3 000 元/hm2，地膜處理播種及間苗定苗用工費(fèi)為3 000 元/hm2，露地處理播種及間苗定苗用工費(fèi)為2 400 元/hm2，肥料費(fèi)用為3 300元/hm2，谷子價(jià)格為5元/kg，谷草價(jià)格為1元/kg。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、制圖，用DPS 軟件進(jìn)行方差分析，采用Duncan’s 新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種類地膜覆蓋對谷子生育進(jìn)程的影響

由表2 可知，地膜覆蓋處理谷子苗期較露地處理提早5 d，拔節(jié)期提早4 d，抽穗期和成熟期均表現(xiàn)為T1 和T3 處理相同、T2 和T4 處理相同，前二者較后二者分別提早3 d 和7 d。T1 和T3 處理谷子生育期相同，均最短，為116 d；T2處理谷子生育期最長，為123 d；T4 處理谷子生育期居中，為118 d；T1、T3處理谷子生育期較T2和T4處理分別提前2 d和7 d。

表2 不同種類地膜覆蓋對谷子生育進(jìn)程的影響 月-日Tab.2 Effect of different kinds of plastic film mulching on growth process of foxtail millet Month?day

2.2 不同種類地膜覆蓋對土壤含水量及水分利用效率的影響

2.2.1 土壤含水量 由圖1 可知，播前不同處理土壤含水量無差異；在苗期、抽穗期，地膜覆蓋處理土壤含水量均高于露地處理，具體表現(xiàn)為T1>T2>T3>T4，說明這3種地膜均能夠達(dá)到蓄水保墑的作用；在成熟期，由于生物降解地膜的降解作用使得部分土地裸露，表層土壤水分蒸發(fā)，故其土壤含水量低于露地處理。從全生育期土壤含水量平均值來看，T1>T3>T2>T4，T1 處理土壤含水量分別較T2、T3 和T4處理提高了28.82%、21.13%和34.91%，說明滲水地膜的保水、調(diào)節(jié)水分供給的效果優(yōu)于生物降解地膜和普通地膜。

圖1 不同種類地膜覆蓋對土壤含水量的影響Fig.1 Effect of different kinds of plastic film mulching on soil water content

2.2.2 水分利用效率 2021 年試驗(yàn)地的降水量比往年大幅降低，主要集中在8、9月份，生育期總降水量239.90 mm。由表3可知，不同種類地膜覆蓋處理谷子耗水量、貯水量以及水分利用效率存在一定的差異。其中，T1處理谷子生育期耗水量最少，收獲期貯水量最大，水分利用效率最高，分別為120.68 mm、276.87 mm、28.51 kg/（hm2·mm）；其次為T3 處理，分別為176.09 mm、221.46 mm、19.49 kg/（hm2·mm），兩者均高于T4和T2處理。T2處理貯水量和水分利用效率分別為178.23 mm 和14.43 kg/（hm2·mm），貯水量低于T4 處理，但水分利用效率高于T4 處理。水分利用效率具體表現(xiàn)為T1>T3>T2>T4，T1 處理較T2、T3、T4 處理分別提高97.57%、46.28%、105.11%。綜上，滲水地膜的蓄水保墑能力最優(yōu)，水分利用效率最高。

表3 不同種類地膜覆蓋對水分利用效率的影響Tab.3 Effect of different kinds of plastic film mulching on water use efficiency

2.3 不同種類地膜覆蓋對谷子各生育時(shí)期土壤溫度日變化的影響

由圖2 可以看出，苗期、拔節(jié)期、抽穗期T1、T2、T3 處理的土壤日溫差高于T4 處理，尤其是在苗期，土壤日溫差較T4 處理分別增加2.44、2.25、1.88 ℃。3 種地膜覆蓋處理間，苗期總體以T1 處理土壤溫度最高，T1 處理的日溫差較T2 和T3 處理分別提高18.10%和22.32%，在氣溫較低的18:00 時(shí)，T1 處理土壤溫度較T2 和T3 處理分別提高1.50 ℃和0.86 ℃；拔節(jié)期，T1 處理的日溫差較T3 處理低0.93 ℃，較T2處理高0.56 ℃；抽穗期，T1處理的日溫差較T2 和T3 處理分別降低2.19 ℃和4.56 ℃，且在氣溫最高的12：00—14：00 時(shí)間段，T1 處理土壤溫度較其他處理降低0.19～3.75 ℃；成熟期，T1 處理土壤日溫差較T2 處理增加0.44 ℃，較T3 處理降低0.44 ℃。

圖2 不同種類地膜覆蓋對谷子各生育時(shí)期土壤溫度日變化的影響Fig.2 Effect of different kinds of plastic film mulching on diurnal variation of soil temperature at different growth stages of foxtail millet

2.4 不同種類地膜覆蓋對土壤養(yǎng)分含量的影響

由表4可知，與播前相比，不同種類地膜覆蓋處理成熟期土壤養(yǎng)分含量總體上均有不同程度的降低（T2 和T4 處理全磷含量及T2—T4 處理全鉀含量除外）。其中，土壤堿解氮含量降低幅度最大，為48.13%～80.63%；其次是速效鉀含量，降低幅度為23.34%～43.03%；速效磷含量降低幅度為7.85%～23.10%；全氮含量降低幅度為1.47%～23.53%；對于全磷含量，T1 和T3 處理消耗較少，T2 和T4 處理試驗(yàn)前后沒有變化；對于全鉀含量，T1處理消耗較少，T2—T4 處理增加；有機(jī)質(zhì)含量降低了0.21%～2.40%。

表4 不同種類地膜覆蓋處理土壤養(yǎng)分含量Tab.4 Soil nutrient contents under different kinds of plastic film mulching treatment

成熟期，與露地處理相比，覆膜處理的土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效鉀含量總體上均增加，全磷和全鉀含量總體上均降低。其中，有機(jī)質(zhì)含量增幅為0～25.77%，全氮含量增幅為3.85%～28.85%，速效鉀含量增幅為17.65%～34.56%，全磷含量降低幅度為0～9.68%，全鉀含量降低幅度為1.04%～16.67%。堿解氮含量表現(xiàn)為T1 和T2 處理較T4 處理提高84.44%和15.56%，T3 處理較T4 處理降低31.11%；速效磷含量表現(xiàn)為T2 處理較T4 處理提高4.46%，T1 和T3處理較T4 處理分別降低8.66%和12.87%。T1 處理有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、速效鉀含量均高于T2 和T3處理，全磷和全鉀含量則低于T2和T3處理，速效磷含量表現(xiàn)為T1 處理較T2 處理降低12.56%，較T3 處理提高4.83%。

2.5 不同種類地膜覆蓋對谷子SPAD值及干物質(zhì)積累量的影響

2.5.1 SPAD 值 由圖3 可知，T1、T2、T3 處理谷子各生育時(shí)期的SPAD 值均高于T4處理（拔節(jié)期T2處理和成熟期T3 處理除外），苗期較T4 處理分別提高6.45%、7.12%、5.40%，拔節(jié)期分別提高8.46%、0、11.48%，抽 穗 期 分 別 提 高13.51%、11.61%、13.03%，成熟期分別提高5.95%、4.32%、0。SPAD值平均值表現(xiàn)為T1>T3>T2，T1 處理SPAD 值較T3、T2處理分別提高2.48%、6.77%。

圖3 不同種類地膜覆蓋對谷子葉片SPAD值的影響Fig.3 Effect of different kinds of plastic film mulching on SPAD value of foxtail millet leaves

2.5.2 干物質(zhì)積累量 由圖4 可知，與露地處理相比，地膜覆蓋處理谷子干物質(zhì)積累量提高。其中，苗期，T1、T2、T3 處理分別提高186.36%、90.91%、127.27%，拔節(jié)期分別提高115.00%、80.00%、83.50%，抽穗期分別提高18.64%、1.05%、7.09%，成熟期分別提高60.04%、31.08%、58.97%。各生育時(shí)期均表現(xiàn)為T1>T3>T2，苗期T1 處理谷子干物質(zhì)積累量較T2、T3 處理分別提高50.00%、26.00%，拔節(jié)期分別提高19.44%、17.17%，抽穗期分別提高17.40%、10.78%，成熟期分別提高22.09%、0.67%。

圖4 不同種類地膜覆蓋對谷子各生育時(shí)期干物質(zhì)積累量的影響Fig.4 Effect of different kinds of plastic film mulching on dry matter accumulation of foxtail millet at different growth stages

2.6 不同種類地膜覆蓋對谷子農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益的影響

2.6.1 農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量 由表5 可知，與T4 處理相比，T1、T2、T3處理的株高、穗長、穗頸長、穗碼數(shù)、主穗粒質(zhì)量、主穗質(zhì)量、千粒質(zhì)量、產(chǎn)量均有不同幅度的增加。其中，株高和穗頸長均達(dá)到顯著水平，但T1、T2、T3 處理間差異不顯著；穗長和穗碼數(shù)在T1、T2、T3 處理間差異均不顯著，T1 和T3 處理與T4 處理間的差異達(dá)到顯著水平；主穗粒質(zhì)量達(dá)到顯著水平，分別提高138.33%、118.59%、84.73%，T1、T2 處理顯著高于T3 處理；主穗質(zhì)量達(dá)到顯著水平，分別提高107.11%、69.66%、43.50%，T1、T2、T3 處理間差異顯著；千粒質(zhì)量在T1、T2、T3 處理間差異不顯著，T3 處理顯著高于T4 處理，T1、T2、T3 處理較T4 處理分別提高3.45%、10.34%、13.79%。產(chǎn)量表現(xiàn)為T1>T3>T2>T4，T1和T3處理間差異不顯著，但均顯著高于T2 處理，T1、T3、T2 處理分別較T4 處理顯著提高22.08%、21.77%、12.30%，說明3 種地膜覆蓋處理均有顯著增產(chǎn)作用，且T1 和T3 處理的增產(chǎn)效果優(yōu)于T2處理。

2.6.2 經(jīng)濟(jì)效益 由表6 可知，T1 處理經(jīng)濟(jì)效益最高，純 收 入 為9 210.6 元/hm2，較T4 處 理 提 高28.69%，產(chǎn)投比為1.81；其次是T3 處理，純收入為9 187.5 元/hm2，較T4 處理提高28.34%，產(chǎn)投比為1.81；T4 處理純收入為7 157.4 元/hm2，較T2 處理提高27.19%，產(chǎn)投比為1.73；T2 處理純收入最低，為5 627.4 元/hm2，產(chǎn)投比最低，為1.42，主要是由生物降解地膜成本較高所致。3 種地膜覆蓋處理中T1和T3處理的產(chǎn)投比相當(dāng)，均較T2處理增加26.97%，經(jīng)濟(jì)效益較高。

表6 不同種類地膜覆蓋對谷子經(jīng)濟(jì)效益的影響 元/hm2Tab.6 Effect of different kinds of plastic film mulching on economic benefit of foxtail millet Yuan/ha

3 結(jié)論與討論

在我國北方旱地農(nóng)田，約50%的水分通過蒸發(fā)損失[18]。在干旱地區(qū)進(jìn)行地膜覆蓋可以有效保蓄土壤水分，改善農(nóng)田生態(tài)環(huán)境，提高作物產(chǎn)量，在旱地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有十分重要的意義。

由于干旱半干旱區(qū)谷子出苗、收獲極易受低溫及早晚霜危害，覆膜技術(shù)不僅能節(jié)水而且能有效地解決春旱造成的抓苗難和伏旱造成的抽穗難問題[19]，這在本研究中得到證實(shí)。本研究發(fā)現(xiàn)，在谷子生長前期，與露地處理相比，地膜覆蓋處理谷子苗期提早5 d，株高和干物質(zhì)積累量增加，說明在苗期地膜的保溫作用不僅能夠保障谷子幼苗免受低溫凍害，其地膜的增溫作用還會(huì)在地膜表面凝聚成小水珠滴入土壤，補(bǔ)充土壤水分，解決苗期春旱缺水抓苗難的問題。此外，滲水地膜覆蓋和普通地膜覆蓋處理谷子抽穗期和成熟期均提早，生育期縮短，可以避開低溫早霜威脅，保證正常成熟。

地膜覆蓋種植是農(nóng)業(yè)上常見的一種增溫保墑栽培措施，地膜覆蓋后會(huì)減少耕層表面與大氣的水熱交換損失，使得膜下耕層溫度提高，土壤有效積溫增加，土壤墑情得到改善[20?22]。本研究發(fā)現(xiàn)，在谷子生長前期，地膜覆蓋處理5 cm 深度土壤日溫差高于露地處理，尤其在抗寒能力較弱的苗期，以滲水地膜處理最優(yōu)；此外，當(dāng)谷子處于抽穗期，尤其是大氣溫度較高的12：00—14：00時(shí)，滲水地膜處理土壤耕層溫度低于其他地膜處理?？傮w上，地膜覆蓋處理均具有增溫作用，3 種地膜中滲水地膜提高耕層土壤溫度的效果優(yōu)于生物降解地膜和普通地膜，這與前人[23]研究結(jié)果類似。另外，在高溫天氣時(shí)，滲水地膜表面的膜延展度增加，微氣孔張開，膜面高溫水汽透過氣孔向外擴(kuò)散，其調(diào)溫作用使得耕層土壤溫度低于生物降解地膜和普通地膜。谷子生育后期出現(xiàn)滲水地膜處理5 cm 深土壤溫度低于普通地膜的現(xiàn)象，這可能是由于滲水地膜膜面在高溫時(shí)期的延展性使得其在后期的保溫效果降低造成的。

本研究發(fā)現(xiàn)，總體上地膜覆蓋處理土壤含水量和水分利用效率均高于露地處理，以滲水地膜處理最高，說明滲水地膜的蓄水保墑能力最優(yōu)，這與王俊鵬等[24]的研究結(jié)果基本一致?？傮w上，地膜覆蓋處理土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、速效鉀含量較露地處理增加，株高、穗長、穗頸長、穗碼數(shù)、主穗粒質(zhì)量、主穗質(zhì)量、千粒質(zhì)量和產(chǎn)量提高，總體以滲水地膜處理表現(xiàn)最好，增產(chǎn)效果顯著，這與閆乃桐等[16]的研究結(jié)果相符。