地膜覆盖对谷田土壤水热状况及谷子水分利用效率的影响

常 乐，王丽霞

（1.长治职业技术学院，山西长治046000；2.山西省农业科学院谷子研究所，山西长治046000）

谷子是我国主要杂粮作物之一，也是山西省小杂粮王国的代表性作物，在山西发展有机旱作农业的战略中发挥着重要作用[1-2]。地膜覆盖是一项重要的增温保墒、节水增产的栽培技术[3]，在积温足够的地区同时有控草的重要作用[4]，目前在谷子生产上已大面积应用。广大农业科研人员围绕谷子渗水地膜、可降解地膜、黑色地膜、液体地膜等覆盖材料进行了诸多研究，得出了重要结论，丰富了谷子地膜栽培研究理论[5-9]。但是有关普通白色地膜、渗水地膜、黑色地膜在同一生态条件下对谷子田间土壤贮水量、温度及水分利用效率的研究还鲜有报道。

本试验探讨了不同地膜覆盖对谷田土壤水热状况及谷子籽粒水分利用效率的影响，旨在为生产上谷子地膜覆盖栽培提供参考。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验于2015 年在山西省长治市壶关县西庄村进行。试验田0～20 cm 土壤有机质含量17.9 g/kg，全氮含量1.65 g/kg，铵态氮含量6.03 mg/kg，碱解氮含量66.2 mg/kg，有效磷含量18.9 mg/kg，速效钾含量154.0 mg/kg，pH 值8.41。谷子生育期（5 月19 日—10 月7 日）降雨量293.4 mm，较常年降雨量（430 mm）减少136.6 mm。

1.2 试验材料

供试谷子品种为长农35 号。

1.3 试验设计

试验设3 种地膜（白色聚乙烯地膜（WP）、渗水地膜（SP）、黑色地膜（BP））和1 个对照。随机区组排列，3 次重复，小区面积5 m×10 m，15 行区。3 种地膜幅宽均为800 mm，厚度0.01 mm。5 月19 日铺膜穴播，行距33.3 cm，留苗密度为37.5 万株/hm2。底肥施N 150 kg/hm2、P2O575 kg/hm2、K2O 45 kg/hm2。

1.4 测定项目及方法

1.4.1 土壤贮水量的测定 采用常规土钻烘干法，在播前、苗期、拔节期、抽穗期、灌浆期、成熟期测定土壤含水量（0～100 cm），3 次重复取平均值。

式中，ν 为土壤贮水量（mm）；ρ 为地段实测土壤容重，本研究取1.35 g/cm3；h 为土层厚度（cm）；ω为土壤含水量（%）。

1.4.2 土壤温度的测定 应用曲管地温计在6：00，10：00，14：00，18：00 分别测定5，10，15，20 cm 深度的地温（晴天），每点读数3 次，4 个时间点的温度平均值为该层土壤日平均温度。

1.4.3 水分利用效率的测定 水分利用效率计算公式如下。

式中，Ya为单位面积的经济产量（kg/hm2）；WUE 为作物水分利用效（kg/（mm·hm2））；ETa为作物耗水量；EP 为降水量；Δν 为收获后与播种前土壤贮水量差值（mm）。

1.4.4 农艺性状及产量测定 成熟后每小区取7—9 行，约4.0 m2（1 m×4 m）调查穗数后收取20 株，对穗质量、穗粒质量和千粒质量等农艺性状进行记载，全区收获计产。

1.5 数据分析

数据应用Excel 和SPSS 软件进行分析和绘图。

2 结果与分析

2.1 不同地膜覆盖对谷田土壤贮水量的影响

从图1 可以看出，0～100 cm 贮水量在不同时期趋势基本一致，与CK 相比，覆膜处理能显著增加贮水量，其中，WP、SP、BP 处理全生育期平均贮水量分别为261.5，264.9，264.1 mm，分别较CK 增加18.7%，20.2%，19.9%；在苗期、拔节期SP 处理贮水量均最高，分别为270.8，300.1 mm，较WP 处理分别增加1.9%，2.8%，较BP 处理分别增加1.2%，5.1%，但无显著差异；在抽穗、灌浆、成熟3 个时期以BP处理贮水量最高，分别达263.0，280.8，264.5 mm，较WP 处理分别增加2.6%，5.3%，3.2%，较SP 处理分别增加1.4%，3.2%，1.7%，但无显著差异。

2.2 不同地膜覆盖对谷田土壤温度的影响

从图2 可以看出，不同深度的土壤温室随着生育进程的推进温度变化趋势一致，0～20 cm 土壤温室均以拔节期最高、成熟期降到最低；3 种地膜处理日均土壤温室均高于CK，5 cm 土壤日平均温度较CK 提高了1.0～2.4 ℃，10 cm 土壤日平均温度较CK 提高了0.7～1.9 ℃，15 cm 土壤日平均温度较CK 提高0.5～1.3 ℃，20 cm 土壤日平均温度较CK 提高0.3～0.7 ℃；3 种地膜处理全生育期0～20 cm 土壤日均温分别为19.9，19.5，19.0 ℃，分别较CK 增加1.6，1.2，0.7 ℃；拔节期各地膜处理增温幅度最大，增幅为1.7%～16.8%，成熟期各地膜处理增温效果降低，增幅为1.2%～4.4%；3 种地膜处理土壤温度以WP 最高、SP 次之、BP 最低。

2.3 不同地膜覆盖对谷子农艺性状及产量的影响

由表1 可知，3 种地膜覆盖处理实收穗数以BP处理最高，WP、SP、BP 处理穗数较CK 分别增加9.1%，12.5%，16.7%，有极显著差异；3 种地膜处理穗质量较CK 分别增加了14.6%，14.8%，13.9%，有极显著差异；出谷率较CK 分别增加了4.2%，4.1%，5.2%，有极显著差异；4 个处理谷子的千粒质量之间无显著差异；3 种地膜覆盖处理产量极显著高于CK，分别较CK 增产35.5%，38.7%，41.9%，其中，BP处理产量最高，达6 052.5 kg/hm2，较WP、SP 处理分别增产4.7%，2.3%，且显著高于WP 处理。

表1 4 种处理对谷子产量及农艺性状的影响

2.4 不同地膜覆盖对谷子水分利用效率的影响

从图3 可以看出，WP、SP、BP 处理的水分利用效率较CK 分别提高了63.4%，69.4%，76.1%，有极显著差异；3 种地膜处理的水分利用效率以BP 处理最高，达23.6 kg/（mm·hm2），较WP 处理提高7.8%，较SP 处理提高4.0%。

3 结论与讨论

土壤蓄水能力在作物抵抗干旱逆境方面起着重要作用。表层土壤（0～20 cm）贮水量的多少直接影响作物播种和苗期生长，深层土壤（20～100 cm）是作物根系的主要分布层，贮水量的多少对作物生长有重要意义[10-11]。地膜可有效减少土壤表面水分蒸发，特别是渗水地膜能有效积蓄无效降雨，更加高效利用降水，提高土壤蓄水能力。本研究中，WP、SP、BP 处理在成熟期贮水量较CK 处理分别增加26.6%，28.5%，30.7%，较播前贮水量增加了28.9，32.7，37.1 mm，而CK 则较播前贮水量减少了25 mm，处于亏缺状态，说明覆膜能有效增加0～100 mm 土层贮水量，其中，以黑色地膜效果最好，这也与卢成达等[12]的研究相一致。

地膜覆盖在作物生长初期主要起增温保墒作用，非常适宜在春旱等不利条件下应用[13]。本研究中，不同薄膜材料在不同生长阶段具有不同的升温效果。在拔节期WP 处理5 cm 日均温度为26.4 ℃，较SP、BP 处理分别增加0.4，2.1 ℃，随着谷子生育进程的推进、封垄和薄膜的破损，地膜的升温效果逐渐减弱。WP 处理5 cm 日均地温在成熟期较SP、BP 分别增加0.1，0.6 ℃，其余深度地温变化趋势类似，与路海东等[14-15]的研究结果类似。

不同地膜覆盖处理产量及构成因子有显著差异，3 种覆膜处理较对照产量极显著增加，其中，有效收获穗数、谷穗质量、千粒质量的增加、出谷率的提高是3 种覆膜处理产量增加的主要原因。WP、SP、BP 处理中，BP 处理产量最高，且显著高于WP处理，有效穗数的增加是BP 产量提高的主要原因，另外，BP 处理对杂草的抑制，从而减少养分和水分的消耗，也可能是产量较WP、SP 提高的重要原因[16]，没有考虑到不同覆膜处理对杂草的影响，也是本试验的不足之处。

地膜覆盖减少了土壤水分的无效蒸发，更多的用于谷子的蒸腾作用，进而增强谷子叶片光合作用[17]。本试验中，WP、SP、BP 处理生育期耗水量分别为264.5，260.7，256.3 mm，较CK 耗水量分别降低了53.9，57.7，62.1 mm，地膜覆盖起到了典型的保墒效果[18]，在3 种覆膜处理显著增产的情况下，生育期耗水量反而有所减少，从而使得WP、SP、BP 处理的水分利用效率在特殊干旱之年（较常年同期降雨减少32%）较对照极显著增加。其中，BP 处理后期叶片衰老的延缓，可能是水分利用效率较WP、SP处理增加的重要原因[19]。

总之，与对照相比，覆膜处理提高了0～100 cm贮水量，增加了0～20 cm 耕层地温，促进了谷子生长发育，穗数、穗质量、千粒质量等农艺性状得到显著改善，产量极显著增加，谷子籽粒水分利用效率极显著提高。3 种地膜覆盖处理中，黑色地膜具有较好的保蓄水性、后期增温效果减缓、水分利用效率最高，渗水地膜和普通地膜效果次之。