旱地谷子滲水地膜覆蓋栽培的土壤水溫效應及其生長發育研究

任瑞玉，何繼紅，董孔軍，劉天鵬，張　磊，楊天育

(甘肅省農業科學院作物研究所， 甘肅 蘭州 730070)

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旱地谷子滲水地膜覆蓋栽培的土壤水溫效應及其生長發育研究

任瑞玉，何繼紅，董孔軍，劉天鵬，張磊，楊天育

(甘肅省農業科學院作物研究所， 甘肅 蘭州 730070)

摘要：為了給旱地谷子滲水地膜覆蓋栽培技術的推廣應用提供參考，在年降雨量400 mm的甘肅中部半干旱地區研究了旱地谷子滲水地膜覆蓋種植的土壤水分、地溫效應及對其生長發育的影響。試驗設露地、普通地膜覆蓋、滲水地膜覆蓋3個處理，采用單因素隨機區組設計，在谷子出苗期、抽穗期、成熟期分別測定各處理耕層含水量、溫度，收獲后記產。結果表明：滲水地膜的滲水作用使其比普通地膜能接納更多的雨水(在抽穗期，滲水地膜下0～20、20～40、40～60 cm耕層的含水量分別為8.1%、10.3%、12.7%，而普通地膜為8.1%、9.3%、12.6%，在成熟期，滲水地膜覆蓋0～20、20～40、40～60 cm耕層的含水量分別為7.4%、9.6%、10.7%，而普通地膜為5.8%、6.3%、9.1%，均是T1>T2)；滲水地膜和普通地膜都具有提高地溫的作用，而且滲水地膜在溫度較低時提高地溫的效果更優于普通地膜(在谷子成熟期，當溫度低于15℃時，T1>T2)，在溫度較高時滲水地膜的微氣孔張開，具有調溫作用，使得在氣溫較高時滲水地膜覆蓋下的地溫明顯低于普通地膜覆蓋下的地溫(在出苗期的12∶00和18∶00普通地膜下溫度超過30℃時，T2、T1之間的差值明顯增大)；滲水地膜覆蓋處理較普通地膜相比，具有改善谷子農藝性狀的作用，且使谷子增產6.75%。

關鍵詞：滲水地膜；旱地谷子；土壤水分；地溫；產量

在西北干旱地區，干旱缺水是制約農作物生產的重要因素，干旱常造成作物減產甚至絕收。如何有效應用抗旱保墑和集雨技術，挖掘現有降水生產潛力，是發展旱作農業生產的重要途徑之一[1]。張德奇[2]研究指出，地表覆蓋可有效保蓄土壤水分，減少蒸發，協調作物生長用水、需水矛盾，并且可促進深層水分的利用。因此，以地膜覆蓋為主的地表覆蓋栽培成為增加旱地土壤貯水和提高作物產量的一個重要措施，在北方旱區大面積推廣應用[3-4]。但地膜覆蓋技術雖然有較強的增溫、保墑作用，在接納雨水方面， 卻起了阻隔作用[5]，由姚建明等[6-8]專家研制的滲水地膜可使水分從膜面直接滲入土壤，具有滲水、保水、增溫、微通氣、耐老化等功能。滲水地膜面世后，研制單位和其它研究單位對滲水地膜在小麥[9]、玉米[10-11]、高粱[12]、水地谷子[13]等大田作物上的應用進行了大量研究，為不斷完善干旱半干旱地區作物覆蓋栽培理論與技術體系起到積極推動作用[8]。谷子是北方干旱半干旱地區重要的秋糧作物, 在旱作農業生產中占有重要地位。實踐證明, 谷子地膜覆蓋栽培技術是一項增產增效的農業實用技術, 它改變了舊的谷子耕作栽培習慣, 給旱地谷子生產帶來了新的發展契機[14]。研究也表明，旱地谷子滲水地膜覆蓋種植，可提高土壤溫度[15]，保持土壤水分，提高降水利用率[16]，提高旱地谷子產量[17]。但是對年降雨量400 mm的半干旱區旱地谷子滲水地膜覆蓋栽培的土壤水分、溫度效應及對谷子農藝性狀及產量的影響研究尚未見報道。本研究旨在通過研究旱地谷子滲水地膜覆蓋種植的土壤水分、溫度效應及對谷子農藝性狀及產量的影響,為谷子滲水地膜覆蓋栽培技術的推廣應用提供參考。

1試驗材料及方法

1.1試區概況

試驗設在甘肅省會寧縣中川鄉王河村，位于北緯35°40′，東經105°06′，海拔1 800.5 m，屬半干旱地區。常年降雨量約400 mm，無霜期130 d左右，年平均氣溫在10.0℃～15．5℃之間，年日照時數2 520 h,≥10℃的積溫1 860℃；當年降雨量為423 mm，無霜期129 d，年平均氣溫9.5℃，年日照時數2 372 h。試驗年份的氣象資料與常年相比，降雨量增加了23 mm，無霜期、年平均氣溫、年日照時數均低于常年統計數據。試驗地前茬為小麥，試驗地為旱川地，土壤為黃綿土，地勢平坦。

1.2試驗材料與試驗設計

供試材料為甘肅省農業科學院作物所育成的早熟谷子品種隴谷7號，設滲水地膜覆蓋處理(T1)、普通地膜覆蓋處理(T2)、露地處理(T3)3個處理，隨機區組設計，3次重復，小區面積43 m2(4.8 m×9 m)。試驗于7月2日在小麥收獲后的地塊復種，試驗用普通地膜厚度0.008 mm，寬度1.2 m，滲水地膜厚度0.006 mm，寬度1.2 m。滲水地膜和普通地膜每膜種植5行，用穴播機穴播，穴距13 cm，每穴保苗2株；露地處理小區播種方式和留苗密度與地膜覆蓋的一致。

1.3測定項目及方法

土壤水分測定采用烘干法，在出苗期、抽穗期和成熟期采用三點式取樣，分別測定0～20、20～40、40～60 cm耕層土壤水分；土壤溫度在出苗期、抽穗期和成熟期采用地溫儀分別測定8∶00、12∶00、18∶00耕層5、10、15、20、25 cm的溫度；記載生育時期，成熟后各處理每小區隨機取樣10株，參照《谷子種質資源描述規范和數據標準》[18]分別對株高、主莖粗、主莖節數、主穗長、單株穗重、單株粒重、千粒重等性狀進行室內考種，以3次重復平均值作為各處理性狀指標的代表值；各處理小區單獨收獲、脫粒、記產。

1.4數據處理與分析

數據整理采用Excel，方差分析采用DPS，多重比較采用Duncan新復極差法。

2結果與分析

2.1不同處理耕層土壤含水量的變化

表1是滲水地膜、普通地膜、露地3個覆蓋處理分別在出苗期、抽穗期、成熟期不同耕層的土壤含水量。從表1可以看出，各處理不同生育期的各耕層土壤含水量有所不同，在出苗期、抽穗期、成熟期0～60 cm耕層的平均含水量，T1比T3高1.36%；分別比較T1、T3在出苗期、抽穗期、成熟期0～20、20～40、40～60 cm耕層的土壤含水量，均是T1>T3；說明在此試驗中，滲水地膜覆蓋與露地相比，具有明顯的蓄水、保墑作用。比較滲水地膜處理和普通地膜處理，在出苗期滲水地膜下0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm耕層的含水量分別為15.1%、16.8%、16.9%，而普通地膜為17.1%、17.2%、16.9%，T2>T1，但從兩組數據來看，滲水地膜水分下滲、蓄水效果更好；在抽穗期，滲水地膜下0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm耕層的含水量分別為8.1%、10.3%、12.7%，而普通地膜為8.1%、9.3%、12.6%，在0～20 cm耕層T1=T2，在20～40 cm和40～60 cm耕層都是T1>T2；在成熟期，滲水地膜下0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm耕層的含水量分別為7.4%、9.6%、10.7%，而普通地膜為5.8%、6.3%、9.1%，均是T1>T2，說明滲水地膜與普通地膜相比不僅水分下滲、蓄水效果更好，而且在降雨量較小、尤其為日降水較小的小雨時，通過微孔入滲能夠接納更多的雨水。比較T1、T2在出苗期、抽穗期、成熟期3個耕層含水量的變異系數，T1為30.14，T2為41.20，是T2>T1，更加說明滲水地膜的保水、調節水分供給的效果優于普通地膜。

2.2不同處理耕層土壤溫度的變化

圖1、圖2、圖3分別是谷子出苗期、抽穗期和成熟期3個處理不同耕層的土壤溫度變化情況。從圖1可以看出，在谷子出苗期，滲水地膜覆蓋處理與露地處理相比，在8∶00、12∶00、18∶00測定的膜下5、10、15、20、25 cm各土層平均溫度，均是T1>T3，說明滲水地膜覆蓋具有提高土壤耕層溫度的作用；再比較滲水地膜覆蓋處理和普通地膜覆蓋處理，在8∶00、12∶00、18∶00測定的膜下5、10、15、20、25 cm各土層平均溫度，均是T2>T1，但是在12∶00和18∶00普通地膜下溫度超過30℃時，T2、T1之間的差值明顯增大，說明在溫度較高時滲水地膜的微氣孔張開，具有調溫作用，使得滲水地膜覆蓋下的地溫在氣溫較高時明顯低于普通地膜覆蓋下的地溫，這能起到保護作物根部的作用，有利于作物生長發育。

從圖2可以看出，在谷子抽穗期，3個處理不同耕層、不同時間段測定的溫度在20℃～30℃之間，均是T2>T1>T3，而且T1、T2之間的溫差較小，說明滲水地膜和普通地膜在這里同樣發揮了提高地溫的作用。

圖2抽穗期不同處理耕層土壤溫度變化

Fig.2Soil temperature variation of different layer

among treatments at heading stage

從圖3可以看出，在谷子成熟期，當溫度比較低時，T1>T2，例如8∶00測定的5 cm耕層溫度，T1為10.0℃、T2為9.1℃，10 cm耕層溫度T1為10.7℃、T2為10.3℃；當溫度≥15℃時，測定的耕層溫度是T2>T1，而且在谷子成熟期的不同耕層、不同時間段測定的溫度均是T3最小，說明滲水地膜和普通地膜都具有提高地溫的作用，而且滲水地膜在溫度較低時提高地溫的效果更優于普通地膜。

圖3成熟期不同處理耕層土壤溫度變化

Fig.3Soil temperature variation of different layer

among treatments at maturation stage

2.3不同處理對谷子生育期及農藝性狀的影響

從表3可以看出，與露地種植相比，滲水地膜覆蓋種植谷子成熟期提前5 d，株高增加23.26 cm，穗長增加4.53 cm，株穗重增加4.96 g，株粒重增加4.14 g，方差分析表明以上各指標滲水地膜和露地處理間差異均達到顯著水平，說明旱地谷子滲水地膜覆蓋種植與露地相比具有明顯縮短谷子生育期、改善谷子農藝性狀的作用；與普通地膜覆蓋種植相比，滲水地膜覆蓋種植谷子成熟期推后3 d，穗長增長2.62 cm，兩性狀之間差異達到顯著水平，而株高、株穗重、株粒重、千粒重等指標均高于后者，但兩者間差異均不顯著，說明滲水地膜在改善谷子農藝性狀方面效果更優于普通地膜。

注：不同字母表示差異顯著(P<0.05)，數值為平均值±標準差。

Note： Different letters mean significant difference at 0.05 probability level. Values are means±SE.

2.4不同處理對谷子產量的影響

從表3可以看出，谷子滲水地膜覆蓋種植產量比露地提高了1 095.755 kg·hm-2，增產151.71%，產量差異達到極顯著水平；比普通地膜覆蓋種植產量增加115.05 kg·hm-2，增產6.75%，產量差異不顯著。說明旱地谷子利用滲水地膜覆蓋種植和普通地膜覆蓋種植與露地相比均具有極顯著的增產作用，滲水地膜覆蓋種植與普通地膜覆蓋種植相比具有增產作用，但產量差異不顯著。

3結論與討論

滲水地膜具有滲水、保水、增溫、微通氣等功能[7]。張全發等[11]研究指出：滲水地膜的主要功能之一是小雨可充分入滲，能最大限度地利用降水；滲水地膜具有微通透性，不僅可以將小雨及時入滲， 而且當膜下溫度增高時膜孔開張又具有調溫作用。這種調節極端最高溫度的作用是其它任何普通地膜所不及的；薛玉華[18]研究表明：滲水地膜具有滲水性、保水性、調溫性，在春季或氣溫較低的季節，滲水地膜與普通地膜有相似的保溫增溫效應，滲水地膜的膜下地溫僅比普通地膜的低1℃左右。在盛夏或高溫季節(氣溫35℃)時，滲水地膜下的地溫明顯低于普通地膜下的地溫，且隨氣溫的升高與普通地膜下的溫差增大。這樣，在低溫季節利于作物生長．在高溫特別是極端高溫季節或高溫時刻由于比普通地膜的地溫低，更能起到護根和促進作物生長的作用。徐瀾等[19]研究表明：滲水地膜覆蓋旱作玉米能顯著地改善土壤水、溫條件，水分利用效率增加，最終表現為產量的增加。李開宇等[20]研究表明：滲水地膜的增溫、緩溫效應，提高了土壤的溫度，使土壤溫度的變化幅度較小，在晴天中午其溫度低于露地，避免根系受到高溫危害；不同覆蓋方式均能增加玉米產量，其中以滲水地膜覆蓋增產效果最為明顯。

本試驗研究表明：(1)不同覆蓋方式的谷子栽培試驗土壤含水量存在一定的差異，滲水地膜和普通地膜與露地相比都具有蓄水保水的作用，但滲水地膜覆蓋的土壤耕層平均含水量大于普通地膜的土壤耕層平均含水量。在谷子出苗期降雨量較大時，普通地膜通過側滲，膜下含水量高于滲水地膜，在谷子抽穗期和成熟期降雨量較小，尤其為日降水較小的小雨時，由于滲水地膜的小雨入滲作用，使得滲水地膜覆蓋下的耕層含水量大于普通地膜覆蓋下的耕層含水量。這一研究結論與張全發等[11]、薛玉華[18]等學者的研究結論一致。(2)與露地相比，滲水地膜和普通地膜覆蓋都具有明顯的增溫和保溫效果。當溫度比較低時，滲水地膜下耕層溫度高于普通地膜下溫度；當溫度在15℃～30℃時，滲水地膜下耕層溫度略低于普通地膜下耕層溫度；當溫度>30℃時，滲水地膜下耕層溫度明顯低于普通地膜下溫度。說明滲水地膜和普通地膜都具有提高地溫的作用，而且滲水地膜在溫度較低時提高地溫的效果更優于普通地膜，在溫度較高時滲水地膜的微氣孔張開，具有調溫作用，使得滲水地膜下的溫度明顯低于普通地膜。這一研究結論也與張全發等[11]、薛玉華等[21]學者的研究結論一致。(3)滲水地膜覆蓋處理和普通地膜處理與露地處理對比，具有縮短谷子生育期、改善谷子農藝性狀、顯著提高谷子產量的作用；滲水地膜覆蓋處理谷子產量比普通地膜覆蓋處理的谷子產量增產6.75%。這一研究結論與徐瀾等[19]、李開宇等[20]學者的研究結論一致。

本試驗研究還表明：利用滲水地膜覆蓋的谷子成熟期比普通地膜覆蓋的推遲3 d，這一結論與郭秀卿等[17]、李開宇等[20]研究結論有所不同，這可能與本試驗是在麥后復種，生長季節主要8—9月份，與4—7月份相比，當季熱量不足，谷子營養生長期滲水地膜覆蓋下的耕層溫度略低于普通地膜膜下溫度有關,具體原因還需要進一步研究探討。

參 考 文 獻：

[1]鄒宇鋒，山立．有限水資源條件下西北旱區農業發展途徑[J]．干旱地區農業究，2014，32(2)：257-263．

[2]張德奇，廖允成，賈志寬．旱區地膜覆蓋技術的研究進展及發展前景[J]．干旱地區農業研究，2005，23(1)：208-213．

[3]崔凱，高志強，孫敏，等.休閑期深翻覆蓋對旱地小麥土壤水分運行及產量與品質形成的影響[J]．干旱地區農業研究，2014，32(2)：78-84．

[4]殷海善，姚建民，楊瑞平．仿豐產溝滲水地膜覆蓋栽培技術研究[J]．干旱地區農業研究，2001，19(1)：9-13．

[5]Vernon W R. Agriculture Environment & Health-Sustainable Development in the 21st Century[M]．University of Minnesota Press，USA，1994．

[6]姚建民．滲水地膜研制及其應用[J]．作物學報，2000，26(2)：185-189．

[7]姚建民，殷海善．旱地小雨資源滲水地膜覆蓋利用技術研究[J]．水土保持研究，2000，7(4)：36-37．

[8]徐瀾，安偉，郝建平．滲水膜覆蓋保墑效應研究[J]．山東農業大學學報(自然科學版)，2005，36(3)：341-344．

[9]姚建民，王海存，殷海善．旱地冬小麥滲水地膜全覆膜穴播試驗[J]．山西農業科學，1998，26(1)：7-10．

[10]殷海善，姚建民．滲水地膜覆蓋玉米試驗研究綜述[J]．水土保持研究，2000，7(4)：47-48．

[11]張全發，殷海善．滲水地膜對土壤水分、溫度及玉米產量的影響[J]．中國農業氣象，2002，23(3)：46-48．

[12]崔福柱，郭秀卿，郝建平，等．滲水地膜覆蓋對高粱生育期及產量的影響[J]．山西農業科學，2007，35(8)：59-61．

[13]杜天慶，郝建平，崔福柱，等．滲水地膜對土壤水分、溫度及谷子產量的影響[J]．山西農業大學學報(自然科學版)，2005，25(4)：322-324．

[14]董孔軍,楊天育,何繼紅，等．西北旱作區不同地膜覆蓋種植方式對谷子生長發育的影響[J]．干旱地區農業研究，2013，31(1)：36-40．

[15]崔福柱，郭秀卿，郝建平，等．旱地谷子滲水地膜覆蓋溫度變化研究[J]．山西農業大學學報(自然科學版)，2008，28(2)：172-175．

[16]崔福柱，郭秀卿，郝建平，等．旱地谷子滲水地膜覆蓋周年水分變化研究[J]．山西農業科學，2007，35(9)：34-36．

[17]郭秀卿，崔福柱，郝建平，等．滲水地膜覆蓋對旱地谷子生育時期及產量的影響[J]．山西農業大學學報(自然科學版)，2012，32(2)：107-111．

[18]薛玉華.滲水地膜知多少[J]．北京農業，2010,(22):48.

[19]徐瀾，安偉，郝建平．滲水地膜覆蓋對旱作玉米生理特性、產量構成因素及產量的影響[J]．干旱區資源與環境，2010，24(8)：180-184．

[20]李開宇，李亞男，文鳳，等.不同覆蓋方式對遼西旱地玉米土壤溫度和產量的影響[J].遼寧農業科學，2011(5):7-11．

Effects of water-permeability plastic film mulching on soil moisture,temperature and growth and development of foxtail millet in dry land

REN Rui-yu, HE Ji-hong, DONG Kong-jun, LIU Tian-peng, ZHANG Lei, YANG Tian-yu

(CropResearchInstitute,GansuProvinceAcademyofAgriculturalSciences,Lanzhou,Gansu730070,China)

Keywords:water-permeability plastic membrane; foxtail millet; soil moisture; soil temperature; yield

Abstract：In order to provide reference for the popularization and application of water-permeability plastic film mulching cultivation technology on foxtail millet in dryland, effects of water-permeability plastic film mulching on soil moisture, temperature and growth and development of foxtail millet in dry land were investigated on the study. In semi-arid area of central Gansu where annual rainfall is about 400 mm, the single factor randomized block design with open ground, common plastic film mulching, and water-permeability plastic film treatments were adopted and soil moisture content, soil temperature, and yield were measured at emergence, heading, and maturation stages in the experiment. The results showed that water-permeability plastic film with moisture permeable function enabled soil to absorb more water than common plastic film (the average soil moisture content of water-permeability plastic film is higher than the common plastic film in each growth period). Water-permeability plastic membrane and common plastic film mulching both increased soil temperature. However, due to the regulatory function of micropores in water-permeability plastic film, it was easier to have temperature increased at low temperatures and cause temperature reduced at high temperatures than the common plastic film. Compared with common plastic film, water-permeability plastic film treatment can improve agronomic traits and increase foxtail millet yield by 6.75%.

文章編號：1000-7601(2016)03-0127-05

doi:10.7606/j.issn.1000-7601.2016.03.20

收稿日期：2015-05-22

基金項目：國家科技支撐計劃(2014BAD07B01；2013BAD01B05-9)

作者簡介：任瑞玉(1966—)，甘肅臨洮人，高級農藝師，主要從事小雜糧育種與種質資源研究。E-mail:lzhrry2006@163.com。 通信作者：楊天育(1968—)，甘肅渭源人，研究員，主要從事小雜糧育種與種質資源研究。E-mail:13519638111@163.com。

中圖分類號：S318； S515

文獻標志碼：A