地膜覆盖种植方式的土壤水效应及对春油菜生长的影响

曾秀存，陈其鲜，许耀照，宋雄儒，范宏伟

(1.河西学院 农业与生物技术学院/甘肃省河西走廊特色资源利用重点实验室，甘肃 张掖 734000； 2.甘肃省农业技术推广总站，甘肃 兰州 730000； 3.甘肃省民乐县农业技术推广中心，甘肃 民乐 734500)

油菜是我国主要的油料作物之一，在我国的种植面积约 670万 hm2，产量占世界总产量的1/3[1]。按播种和收获季节将油菜划分为春油菜和冬油菜，其中春油菜主要分布在我国西北高纬度地区，而甘肃河西走廊中部是春油菜的主产区之一[2]，其冷凉湿润的气候特点与油菜的生物学特性相适应，光照长，昼夜温差大，有利于积累光合产物，油菜商品性佳。春油菜产区多属旱地，一般无灌溉条件，土壤保墒是关键，生育期短和生育进程快是的春油菜显著特点，需最大限度地利用光、热和水等资源获得高产。目前，河西走廊中部春油菜产区仍存在春旱制约和产量不稳定等问题，深入研究和推广抗旱高产种植方式具有重要的意义。

农田地面覆盖可有效减少土壤水分的无效蒸发，提高作物水分利用效率。因此，地表覆盖技术作为一项有效的旱作增产措施，已在我国干旱或半干旱区广泛推广应用[3]。目前生产中应用的覆盖材料主要为塑料地膜，是农业生产的重要物质资料之一。地膜覆盖具有增温、保墒和调水等效果，可大幅度提高作物的经济产量[4]。我国是世界上地膜栽培面积最大的国家，其栽培理论和技术有了重大突破和创新[5,6]。张东昱等[7]研究全膜覆盖沟播、全膜覆盖平播和膜侧沟播的油菜栽培方式获得高产；景军胜等[8]研究旱地油菜膜上穴播、膜侧沟播和膜内沟播的栽培方式能提高油菜水分利用率和明显增产；武军艳等[9]研究甘肃中部地区甘蓝型冬油菜覆盖栽培可采用地膜覆盖和土覆盖增产50.94%和8.57%；杜社妮等[10]研究地膜覆盖使玉米地0～10 cm土层的含水量比露地增加18.84%，产量比对照增产19.16%，生物量比对照增加9.41%。张掖市民乐县是甘肃省西部主要的春油菜产区，但目前关于该生产区地膜覆盖种植方式对土壤水效应和春油菜生长特性的影响报道较少。本研究选择白膜平铺穴播、白膜微垄沟播、黑膜平铺穴播、黑膜微垄沟播和黑膜膜侧沟播5 种春油菜地膜覆盖种植方式，以裸地条播为对照，比较地膜覆盖种植方式的土壤水效应及春油菜植株性状和产量的变化，旨在探讨适宜西北高海拔冷凉区气候条件下春油菜地膜覆盖种植方式，为春油菜高产种植提供部分技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验设在甘肃河西走廊中部张掖市民乐县南古镇南关村(东经100.91°，北纬38.16°)民乐县农业局试验基地，海拔2 505 m，属于走廊温带草原气候，年日照时数2 600 h，年总辐射量120 kcal·cm-2，年平均气温0～2 ℃，年总降水量346～451 mm，主要集中在每年7-9月，年蒸发量为1 711 mm，无霜期120～135 d。试验地前茬作物为大麦，播种前依次旋耕、耙耱和镇压一次，土壤为耕灌栗钙土，土层深厚，土壤肥力中等，地势平坦，播前施用尿素(N 46%)300 kg·hm-2、磷酸二铵(N 18%，P2O546%)375 kg·hm-2和过磷酸钙(P2O512%～16%)600 kg·hm-2做基肥。0～20 cm土壤含有机质23.15 g·kg-1、全氮1.31 g·kg-1、有效磷34.20 mg·kg-1、速效钾291.00 mg·kg-1、全磷3.88 g·kg-1、全钾14.50 g·kg-1、碱解氮80.15 mg·kg-1、有效铁4.23 mg·kg-1、有效锰15.37 mg·kg-1、有效铜1.99 mg·kg-1、有效锌0.52 mg·kg-1、有效硼0.17 mg·kg-1和水溶性盐总量4.40 g·kg-1。

1.2 试验材料

供试春油菜品种“青杂5号”为指示作物，由青海省农林科学院春油菜研究开发中心选育，甘肃省张掖市民乐县农业局提供，适宜于甘肃省春油菜主产区种植。供试白色地膜为聚乙烯吹塑农用薄膜，厚度为0.008 mm，黑色地膜为低压聚乙烯为原料的农用膜，厚度为0.01 mm，均由甘肃省天水天宝塑业有限责任公司生产。

1.3 试验设计与方法

试验设白膜平铺穴播(Hole sowing with the flat white plastic-film mulching，用BPX代替，下同)、黑膜平铺穴播(Hole sowing with the flat black plastic-film mulching，HPX)、白膜微垄沟播(Furrow sowing with ridge planting white plastic-film mulching，BWG)、黑膜微垄沟播(Furrow sowing with ridge planting black plastic-film mulching，HWG)、黑膜膜侧沟播(Furrow sowing with black plastic-film-covered ridges，HCG)和裸地条播(Open ground drilling，CK) 6种种植方式。白膜平铺穴播种植和黑膜平铺穴播(HPX)种植是用幅宽120 cm的白(黑)地膜紧贴地面覆盖，在膜与膜重叠处覆土，每隔3 m压土腰带，用玉米点播器在种植沟内穴播，每穴4～5粒；白膜微垄沟播种植和黑膜微垄沟播种植是采用微垄起垄器先人工开沟深为15 cm，沟间距为20 cm的5个微垄，再用幅宽120 cm的白(黑)地膜全地面覆盖，同时在膜上每隔3 m压土腰带；黑膜膜侧沟播种植是采用2BM 21′2 型膜侧机，每垄种植双行，垄面宽30 cm，垄高10 cm，垄距25 cm起垄覆盖幅宽40 cm黑膜，然后人工开沟撒播，油菜播种于膜侧5 cm处；裸地条播种植，播前整地后不覆盖地膜，是当地春油菜常规种植方式；各处理3次重复，种植小区面积为20 m2(4 m×5 m)，随机区组排列，各处理中春油菜行距 20 cm，株距15 cm，播种深度3～4 cm，每公顷下种6～7.5 kg，每公顷保苗45～60万株。播前用燕麦畏2.25 kg·hm-2和氟乐灵2.25 kg·hm-2处理土壤，齐苗后2～3片真叶间苗，4～5片真叶结合锄草定苗，在盛花期灌水一次，每公顷追肥尿素75 kg，试验于2015年5-9月进行。

1.4 测定项目与方法

土壤含水量：在春油菜苗期、现蕾期、初花期、盛花期、终花期和灌浆期分别采用土钻铝盒烘干法测定地膜覆盖种植方式的春油菜不同土层深度的土壤含水量。在每个处理小区设一个测定点，取土位置为每个处理小区中间同一行春油菜植株相邻两株的中间，测定土层深度为100 cm，每隔20 cm用土钻人工取样，置于已称重标记的铝盒中，带回实验室烘至恒重后，计算不同土层深度的土壤含水量，每个小区测定1次，3次重复。

生育期记载: 参照伍晓明等[11]方法记录春油菜播种期、现蕾期、初花期、盛花期、终花期和灌浆期的日期。

经济性状：参照伍晓明[11]等的方法在春油菜成熟期后每个处理中随机取10株，测定株高(cm)、分枝部位(cm)、一次分枝数(个)、二次分枝数(个)、总枝数(个)、主花序有效长度(cm)、主花序有效角果数(个)、全株有效角果数(个)、结角数(万·hm-2)、结角密度(个·cm-1)、角果长度(cm)、角粒数(粒)、千粒重(g)和单株产量(g·株-1)，3次重复。

产量：以种植小区为单位收获和脱粒，计小区总产量，折合为公顷产量，3次重复。

1.5 数据处理

采用 Excel 2003软件作图，用DPS 9.50软件对数据进行新复极差显著性、相关性和聚类分析。

2 结果与分析

2.1 地膜覆盖种植方式对春油菜土壤水效应的影响

由图1看出，随着随土层深度增加,苗期、现蕾期和初花期的土壤含水量逐渐增加，而盛花期、终花期和灌浆期的土壤含水量有所下降。不同种植方式下，春油菜不同生育期0～100 cm的土壤含水量存在显著差异(P<0.05)(图2)。苗期0～100 cm不同土层的土壤含水量为12.5%～16.7%(图2)，其中在80～100 cm 土层的增幅最大，为CK的1.76%(图1 A)，不同种覆盖植方式下的苗期土壤含水量表现为HPX>HWG>BWG>BPX>HCG>CK，说明地膜覆盖可提高苗期土壤的含水量，而黑膜覆盖后的含水量最高，保墒效果最好。

现蕾期0～100 cm土壤的平均含水量在10.81%～17.88%之间，地膜覆盖后的土壤平均含水量较CK平均增加了2.51%(图2)，其中在0～20 cm土层含水量增幅较大，较CK增加了3.04%(图1B)，现蕾期土壤含水量依次为：HPX>HWG>BWG>BPX>HCG>CK，表明地膜覆盖可提高春油菜现蕾期含水量，其中黑膜覆效果最好。

图1 地膜覆盖种植方式的春油菜各生育时期0～100 cm分层土壤含水量的动态变化Fig.1 Soil moisture content in the depth between 0 and 100 cm of different treatments at different developmental stage of spring rapeseed 注：A:苗期; B:现蕾期; C:初花期;D:盛花期;E:终花期;F:灌浆期。CK:露地条播;BPX:白膜平铺穴播;BWG:白膜微垄沟播;HPX:黑膜平铺穴播;HCG:黑膜膜侧沟播;HWG:黑膜微垄沟播。Note:A: Seedling stage; B: Squaring stage,C: Beginning-flower stage; D: Peak flower stage; E: Final flower stage; F: Pustulation stage. CK: Open ground drilling; BPX: Hole sowing with the flat white plastic-film mulching; BWG: Furrow sowing with ridge planting white plastic-film mulching; HPX: Hole sowing with the flat black plastic-film mulching; HCG:Furrow sowing with black plastic-film-covered ridges; HWG:Furrow sowing with ridge planting black plastic-film mulching.

初花期0～100 cm土壤的平均含水量在8.28%～16.66%之间，地膜覆盖后的土壤平均含水量较CK平均增加了3.37%(图2)，其中80～100 cm 土层含水量增幅最大，较CK平均增加了4.33%(图1C)。土壤含水量依次为：HPX>HWG>BPX>HCG>BWG>CK，表明地膜覆盖可提高春油菜初花期土壤含水量，其中黑膜覆效果最好。

盛花期0～100 cm土壤的平均含水量在13.44%～18.57%之间，地膜覆盖处理的土壤平均含水量较CK平均增加了1.43%(图2)，在80～100 cm 土层土壤含水量较CK(13.44%)平均增加了1.45%(图1D)。不同种植方式的土壤含水量为：HCG>HWG>BWG>HPX>BPX>CK，表明盛花期黑膜覆盖保墒效果较好。

终花期0～100 cm土壤的平均含水量在15.66%～18.89%之间，地膜覆盖处理的土壤平均含水量较CK平均增加了0.75%(图2)，80～100 cm 土层土壤含水量较CK(15.66%)平均增加了1.52% (图1E)。土壤含水量表现为：BPX>BWG>HWG>HCG>HPX>CK处理。表明春油菜终花期白膜覆盖保墒效果较好。

灌浆期0～100 cm土壤的平均含水量在15.44%～19.02%之间，地膜覆盖处理的土壤平均含水量较CK平均增加了0.85%(图2)，在40～60 cm 土层土壤含水量较CK(15.60%)平均增加了1.12%；(图1F)，土壤含水量表现为：

图2 地膜覆盖种植方式下春油菜各生育时期0～100 cm土壤平均含水量变化Fig.2 Average soil moisture content in 0-100 cm soil layer in different mulching plastic covering and Growth stages planting pattern in each development stage of Spring rape 注：图中生育期内的不同小写字母表示P<0.05水平的差异显著性。Note: The bars with different small letters are significantly different from each other at P<0.05.

BPX>BWG>HPX>HWG>HCG>CK。表明春油菜灌浆期白膜覆盖的保墒效果较好。

2.2 地膜覆盖种植方式对春油菜生育进程的影响

由表1看出，与裸地条播(CK)相比，地膜覆盖种植的春油菜出苗期提前5 d，生殖生长期(现蕾期-开花期)提前3～6 d，终花期和成熟期较CK(8月10日和9月20日) 推迟3～8 d，成熟期推迟，从全生育期来看，地膜覆盖使春油菜全生育期较CK (139 d)延长6～8 d。由此说明，地膜覆盖可使土壤保持较高土壤含水量，从而满足春油菜生长发育对水分的需求同时，地膜覆盖种植可延长春油菜生长时间，为增产奠定基础。

表1 地膜覆盖种植方式的春油菜的生育进程Table 1 Growth and development progresses of spring rapeseed in different plastic-film mulching and planting pattern

注：M/D: 月/日。

Note: M/D: month/day

2.3 地膜覆盖种植方式对春油菜经济性状的影响

地膜覆盖种植对春油菜经济性状有明显的影响(表2)。地膜覆盖种植的春油菜株高在171.5～184.3 cm之间，其中HCG和BWG使油菜株高明显增加，较CK分别增加了5.9 cm和0.8 cm，而BPX、HWG和HPX的油菜株高较CK下降，依次降低6.9 cm、5.8 cm和3 cm，达到显著差异(P<0.05)。HCG、BPX和HWG种植使春油菜的分枝部位较CK增加，而HPX和BWG种植的油菜分枝部位较CK分别降低14.4 cm和2.6 cm (P<0.05)。BPX和HCG种植的油菜一次有效分枝数位较CK增加，而HWG处理较CK明显降低 (P<0.05)。地膜覆盖种植的春油菜二次有效分枝数、主花序长度、主花序有效角果数、每角果粒数和结角密度(除HCG)与CK相比均有不同程度的降低，但油菜角果长度、千粒重均和单株单量均明显增加。

表2 地膜覆盖种植方式的春油菜经济性状的比较Table 2 Economic characters of spring rape treated with different plastic-film mulching and planting pattern

注：表中同行不同小写字母表示P<0.05水平的差异显著性。

Note:Values followed by the different small letters in the same column are significantly different from each other atP<0.05.

2.4 地膜覆盖种植方式对春油菜产量的影响

地膜覆盖种植方式对春油菜产量有明显的影响。由表3可以看出，地膜覆盖种植的春油菜公顷产量在3 835.25～4 835.75 kg之间，且表现为BPX>HPX>CK>BWG>HCG>HWG。BPX和HPX公顷产量较CK增产21.27%(产量位次1)和16.25%(产量位次2)。HWG、HCG和 BWG公顷产量较CK依次降低了619.36、152.46和114.35 kg，其中HWG产量较CK减产15.53%，处理间差异显著(P<0.05)。由此说明BPX和HPX种植方式可提高春油菜产量。

2.5 地膜覆盖种植方式的春油菜单株产量与各指标的相关性分析

分析地膜覆盖种植的油菜苗期到灌浆期0～100 cm土壤平均含水量、油菜经济性状与油菜单株产量之间相关性(表4)。结果表明，油菜单株产量与全株有效角果数呈极显著正相关(P<0.01)，与每角果粒数呈显著负相关(P<0.05)。春油菜生育期内0～100 cm土壤平均含水量对单株产量的正效益表现为：X5>X6>X1>X3>X2，负效应是X4，表明春油菜终花期0～100 cm土壤平均含水量(X5)对单株产量影响较大(相关系数为0.74)，要增加春油菜产量必须保证终花期高的土壤含水量，但盛花期0～100 cm土壤平均含水量(X4)太高会影响产量增加。对春油菜单株产量有正效应强弱的指标有X10>X7>X11，春油菜第一次有效分支数(X10)对单株产量影响的相关系数为0.45；对春油菜单株产量提高有负效应有强到弱的指标依次X8>X18>X13>X17>X15>X9>X12，表明株高(X8)抑制单株产量增加的相关系数为-0.71。 因此，地膜覆盖种植方式的春油菜可通过增加全株有效角果数和降低每角果粒数来提高油菜产量(表2)。

表3地膜覆盖种植方式的春油菜产量结果

Table3 Spring rapeseed yield with different plastic-film mulching and planting pattern

处理Treatments小区产量/kg·20m-2Areaproduction公顷产量/kg·hm-2yieldperhectare比对照增减/%OverCK产量位次YieldrankCK8.373987.71±16.38c-3BPX10.154835.75±23.18a21.271BWG8.133873.36±22.01d-2.874HPX9.734635.65±34.49b16.252HCG8.053835.25±21.97e-3.825HWG7.073368.35±32.95d-15.536

注：表中同列不同小写字母表示P<0.05水平的差异显著性。

Note:Values in the same column followed by the different letters are significantly different from each other atP<0.05.

表4地膜覆盖种植方式的春油菜单株产量与0～100 cm土壤含水量及经济性状相关系数

Table4 Correlation coefficient between seed yield per plant and average soil moisture at depth between 0～100 cm and economic characters of spring rapeseed treated with different patterns

指标IndexX19指标IndexX19X10.4X100.45X20.24X110.17X30.33X12-0.04X4-0.56X13-0.51X50.74X141.00**X60.62X15-0.11X70.25X16-0.77*X8-0.71X17-0.48X9-0.09X18-0.56

注：X1～X19分别表示苗期0～100 cm土壤平均含水量、现蕾期0～100 cm土壤平均含水量、初花期0～100 cm土壤平均含水量、盛花期0～100 cm土壤平均含水量、终花期0～100 cm土壤平均含水量、灌浆期0～100 cm土壤平均含水量、生育期、株高、分支部位、第一次有效分支数、第二次有效分支数、主花序长度、主花序有效角果数、全株有效角果数、角果长度、每角果粒数、结角密度、千粒重、单株产量。*表示显著相关(P<0.05)；**表示极显著相关(P<0.01)。

Note: X1 to X19 refered to Average soil moisture content in 0～100 cm soil of Emerging, Average soil moisture content in 0～100 cm soil of Squaring, Average soil moisture content in 0～100 cm soil of Beginning-Flower,Average soil moisture content in 0～100 cm soil of Peak flower,Average soil moisture content in 0～100 cm soil of Final flower,Average soil moisture content in 0～100 cm soil of Pustulation, Whole Growing, Plant height, Branch height, First branch number, Second branch number, Main inflorescence length, Main pod number of inflorescence, Whole plant pod number, Pod length, Seeds number, Pod density, Thousand seed weight, Seed yield per plant. *Correlation is significant at the 0.05 level(2-tailed);**Correlation is significant at the 0.01 level(2-tailed).

2.6 地膜覆盖种植方式的春油菜19个指标的系统聚类分析

对6种不同种植方式的春油菜19个性状指标的数据进行标准化处理，采用DPS 9.50软件进行系统聚类分析，根据欧氏距离以最短距离聚类分析结果进行系统聚类(图3)，将6种种植方式分为3类，第1类为CK、BWG、HWG和HCG，第2类为HPX，第3类为BPX。以欧氏距离31.10来分地膜覆盖种植方式下春油菜可采用BPX处理和HPX处理。

图3 地膜覆盖种植方式的春油菜测定指标的聚类分析Fig.3 Cluster analysis of Spring rapeseed determination indexes with different plastic-film mulching and planting pattern

3 讨论

发展抗旱节水农业是甘肃省农业发展的必然选择[12]，地膜覆盖能提高农田水分的利用效率，可使粮食作物增产20%～35%，经济作物增产20%～60%[13]。Mahajan 等[14]研究表明地膜覆盖平作和垄膜沟种等种植方式均能明显改善农田土壤水温生态条件，提高作物产量和水分利用效率。本研究结果表明，白膜平铺穴播、白膜微垄沟播、黑膜平铺穴播、黑膜膜侧沟播和黑膜微垄沟播都能增加春油菜不同生育时期0～100 cm土层土壤平均含水量。地膜覆盖种植方式提前油菜的营养生长，延长生殖生长，全生育期延长。春油菜生育期内0～100 cm土壤平均含水量对单株产量的正效益从强到弱是终花期0～100 cm土壤平均含水量、灌浆期0～100 cm土壤平均含水量，苗期0～100 cm土壤平均含水量、初花期0～100 cm土壤平均含水量、现蕾期0～100 cm土壤平均含水量，春油菜终花期土壤含水量对产量影响较大，要保持适宜土壤含水量，而盛花期土壤含水量太高会抑制油菜产量的增加，因此，春油菜种植时盛花期和终花期土壤含水量是决定产量的关键。

已有研究认为地表覆盖栽培方式均对作物生长性状产生较大影响[15,16]。地膜覆盖可加速油菜生长发育进程。决定油菜80%以上产量的是主序角果数，角果粒数和单株产量，其中单株产量决定油菜30%左右的产量[17]。傅寿仲等[18]认为增加油菜单位面积产量需增加油菜有效分枝的比例。本研究发现白膜平铺穴播处理能明显提高油菜分枝部位、增加第一次有效分枝数、全株有效角果数、角果长度，千粒重和单株产量，奠定了增产的基础；白膜微垄沟播处理增加油菜株高、角果长度和千粒重，但降低了全株有效角果数、每角果粒数、主花序有效角果数、分枝部位、第二次有效分枝数和主花序长度，减弱了油菜增产的全株有效角果数、每角果粒数；黑膜平铺穴播处理增加油菜全株有效角果数、角果长度、千粒重和单株产量，但降低了分枝部位、主花序长度、主花序有效角果数，增加单株产量保证了增产。黑膜膜侧沟播处理能增加油菜株高、分枝部位、第一次有效分枝数、角果长度、结角密度和千粒重，但降低了主花序长度、主花序有效角果数、全株有效角果数、单株产量；黑膜微垄沟播处理能提高油菜分枝部位和增加角果长度、千粒重，但降低了第一次有效分枝数、第二次有效分枝数、主花序长度、主花序有效角果数、全株有效角果数。白膜平铺穴播和黑膜平铺穴播 2 种地膜覆盖种植方式对油菜植株一次分枝有一定的促进作用，能够显著增加全株有效角果数，角果粒数和单株产量，为高产奠定基础。

4 结论

地膜覆盖种植春油菜可提高0～100 cm土壤的含水量；春油菜全生育期黑膜覆盖的保墒效果优于白膜覆盖。地膜覆盖种植后，春油菜盛花期和终花期土壤含水量对产量影响较大。

地膜覆盖种植使春油菜出苗期和生殖期提前，成熟期延长。 BPX的春油菜分枝部位、第一次有效分枝数、全株有效角果数、角果长度、千粒重和单株产量较CK分别显著增加，但其株高较CK明显降低；与CK 相比，BPX和HPX公顷产量显著增加，而HWG、HCG和BWG显著减产。地膜覆盖种植的春油菜通过增加全株有效角果数、单株产量和降低每角果粒数来提高产量。因此，河西走廊中部高海拔冷凉区春油菜种植区宜采用白膜平铺穴播(BPX)，为一项较好的春油菜地膜覆盖种植技术。

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