不同覆膜方式对胡麻根系生长和产量的影响

刘 杰，王宗胜，杨 丽，，范天天，张岩松

（1.平凉市农业科学院，甘肃平凉 744000；2.甘肃省会宁县韩家集镇人民政府，甘肃会宁 730700）

胡麻是陇东半干旱雨养农业区重要的油料作物之一，主要种植在该区贫瘠的山塬地，由于水热资源分布不均导致的出苗不齐、生长缓慢、产量低而不稳的问题已成为影响当地胡麻生产的主要问题之一。地膜覆膜栽培技术在蓄水保墒、提高作物产量及水分利用效率方面效果显著，能够有效解决胡麻生育期缺水造成的一系列问题［1-2］。根系是作物吸收水分和养分的重要器官，其形态和空间分布对农作物产量形成起着至关重要的作用［3-4］。因此，研究覆膜条件下作物根系生长发育规律对提高产量具有重要意义。

根系能够根据生长环境的变化相应地调节自身的生长发育［5-6］，而地膜覆盖能够提高土壤含水量、改善土壤结构、促进土壤养分循环及微生物活动，为根系生长发育提供良好的环境［7-10］。研究表明，覆膜显著提高不同土层中玉米根质量，扩大根系在土壤垂直和水平方向上的分布［11-13］。覆膜也能够促进春小麦根系的生长［14-15］。崔红艳等［16］研究表明，施氮对于胡麻根长、根系直径、根表面积和根体积的增加具有积极作用。不同的地膜覆盖方式对胡麻根系生长的影响不同，从而导致增产效果的差异。为了系统地探索覆膜对胡麻植株的全面影响，完善地膜胡麻生长发育规律，本试验研究陇东旱塬区普遍应用的两种覆膜方式下土壤含水量、胡麻根系直径、根干质量、根冠比等的变化情况，从地膜影响胡麻根系生长的角度分析地膜覆盖如何影响胡麻产量构成，为陇东旱塬区胡麻生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验地设在甘肃省平凉市泾川县平凉市农科院高平试验站。该地区属于半干旱雨养农业区，海拔1 359 m，年均气温8.5 ℃，年均无霜期175d；多年平均降雨量570 mm，年蒸发量1 130.9mm。试验区土壤为黑垆土，土壤肥力中等，贮水性能良好；试验地前茬作物为小麦。试验期间（2018 年）当地降雨量及平均温度如图1所示。

1.2 试验设计

采用单因素随机区组设计，试验设全膜覆土穴播（T1）、膜侧条播（T2）和露地条播共设3个处理，重复3 次，共计9 个小区，每小区面积为4m×8m。以露地条播为对照（CK）：整地后人工开沟撒播；全膜覆土穴播（T1）：地膜规格120 cm 宽，0.01 mm 厚，膜 上 覆 土，厚 度1cm 左 右，穴播机播种，播深3～4cm，穴距由穴播机规格决定；膜侧条播（T2）：起垄半圆形宽25cm、高10 cm，垄上覆膜，地膜规格35cm 宽，沟内播种两行胡麻，播种沟宽25cm，行距20cm。

图1 试验区胡麻全生育期（3-8月）平均温度与降雨量Fig.1 Monthly rainfall and average temperature of tested area at growth stage of oil flax（Mar.-Aug.）

供试胡麻品种为‘陇亚10号’，露地条播播种量为60kg·hm-2，全膜覆土穴播与膜侧条播播种量为45kg·hm-2。各处理按照当地胡麻种植普遍应用的常规施肥量，施纯 P2O5120 kg·hm-2，纯 氮 150 kg · hm-2，K2O 75 kg·hm-2。于2018-03-28 播 种，7 月28 日 收获，胡麻生长期各小区田间杂草用辛酰溴苯腈（1 500g·hm-2）结合人工除草。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 土壤含水量 在胡麻播种期（3 月28日）、现蕾期（5月23日）、盛花期（6月12日）和成熟期（7月25日）采用烘干法［17］测定0～100cm土层的土壤含水量，每10cm 为一个土层，重复3 次。

1.3.2 胡麻根系 根干质量与主根直径：于胡麻现蕾期、盛花期、成熟期采用土壤剖面挖根法测定胡麻根系，取根深度30cm。选取代表性好的区域，以一穴为中心，挖掘长、宽、深均为30cm 的土柱，置于40 目尼龙网袋中用低压流水冲洗，冲洗干净后收集所有胡麻根系置于80 ℃烘箱内烘干至恒量，计算单位面积根干质量。将主根与侧根分离，从子叶节处开始测量主根0cm、5cm、10cm 处直径。

地上部干质量：根系取样的同时，将植株从子叶节处分为根系和地上部分，将地上部植株置于105℃烘箱内杀青30min，并在80℃下烘至恒质量，计算单位面积地上部分干质量。

根冠比=单位面积根干质量／单位面积地上部干质量

1.3.3 胡麻产量 每小区实收测产，在室内考察单株有效果数、果粒数、千粒质量，晒干后称量籽粒产量。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2010 和SPSS 19.0进行数据分析和处理，用Duncan’s法进行多重比较，数据用“平均值±标准误”表示。

2 结果与分析

2.1 不同覆膜方式对胡麻田土壤水分的影响

由图2可知，不同处理0～100cm 土层土壤含水量在胡麻现蕾期和成熟期差异不显著，在盛花期，T1处理0～100cm 土层土壤平均含水量显著高于CK 和T2 处理，较CK 和T2 分别高出21.71%和16.91%。与现蕾期相比，盛花期CK、T1、T2处理0～100cm 土层土壤平均含水量分别降低15.78%、3.19%、14.09%；在成熟期，T1处理0～100cm 土层土壤平均含水量较盛花期降低5.55%，CK 和T2较盛花期分别增加11.26%和7.31%。这表明在盛花期后，全膜覆土穴播处理下胡麻生长耗水量大于膜侧条播和露地条播。

图2 不同覆膜方式胡麻田0～100cm 土层土壤含水量Fig.2 Soil moisture content in 0-100cm soil layers in different mulching methods of oil flax field

2.2 不同覆膜方式对胡麻根系的影响

2.2.1 对胡麻主根直径的影响 不同覆膜方式对胡麻主根直径的影响在不同生育期差异明显。由图3可知，在现蕾期，两种覆膜处理下5cm 和10cm 胡麻主根直径明显高于CK，T1 处理下5cm 和10cm 胡麻主根直径较CK 显著提高103.39% 和89.63%，T2 处 理 较 CK 提 高66.29%和43.52%，但T2与CK 处理之间差异不显著。盛花期，T1 处理下胡麻0cm、5cm、10cm 主根直径均显著高于CK，分别较CK 提高26.87%、53.60%、43.81%，T2 和CK 之 间 差 异不显著，这说明全膜覆盖处理对胡麻主根生长的促进效应优于膜侧沟播。成熟期，两种覆膜处理下0cm、5cm、10cm 主根直径与CK 之间均无显著差异，由此可见，在成熟期，覆膜处理对主根直径的影响效应逐渐减小。

图3 不同覆膜方式胡麻主根直径（0～10cm）Fig.3 Main root diameter（0-10cm）of oil flax under different mulching patterns

2.2.2 对胡麻根干质量的影响 不同覆膜方式处理下胡麻根干质量在不同生育期的变化不同（图4）。由图4可见，T1处理下胡麻根干质量呈现出先增高后降低的变化趋势，根干质量在盛花期达到最大值，T2和CK 处理下胡麻根干质量则随着生育期的推进呈现出逐渐增加的变化趋势，根干质量在成熟期达到最大值。现蕾期，T2处理下胡麻根干质量显著高于CK，较CK 增加了26.08%；盛花期T1处理下胡麻根干质量较CK显著提高了30.98%，T1与T2处理间差异不显著；成熟期不同处理下胡麻根干质量差异不显著。从现蕾期至盛花期，3个处理下根干质量分别增加1.47、2.25、1.60g。这说明覆膜处理较露地条播更有利于胡麻根系的生长发育，且全膜覆土穴播处理对胡麻根系生长的促进作用优于膜侧条播。从盛花期至成熟期，CK 和T2处理下胡麻根干质量分别增加0.73g和0.37g，而T1处理降低1.12g，这说明在胡麻成熟期，全膜覆土穴播处理下胡麻部分根系开始出现衰老、死亡，而膜侧条播和露地条播处理下胡麻根系仍处于生长阶段。

2.3 不同覆膜方式对胡麻根冠比的影响

图4 不同覆膜方式胡麻根干质量Fig.4 Root dry mass of oil flax under different mulching patterns

图5 不同覆膜方式胡麻根冠比Fig.5 Root shoot ratio of oil flax under different mulching patterns

由图5可见，不同覆膜方式下胡麻根冠比随着生育期的推进逐渐降低。在现蕾期，CK 处理下胡麻根冠比显著高于T2，T1与T2处理之间差异不显著，T1和T2处理下胡麻根冠比较CK降低21.35%和41.76%；盛花期和成熟期不同处理下胡麻根冠比差异不显著。从现蕾期至盛花期，不同处理胡麻根冠比降低至现蕾期29.83%、34.61%和40.07%，在盛花期后，覆膜处理对于胡麻根冠比的影响逐渐减弱，胡麻根冠比的变化逐渐趋于稳定。

2.4 不同覆膜方式对胡麻产量的影响

由表1可见，不同覆膜方式下胡麻籽粒产量明显高于露地条播。其中，T1处理下胡麻籽粒产量显著高于CK，较CK 提高20.34%，T2处理下胡麻籽粒产量较CK 提高10.44%，T2与CK 间差异不显著。不同覆膜方式处理下胡麻单株有效果数、千粒质量的变化趋势与籽粒产量变化趋势一致，但不同处理下果粒数之间无显著差异。2018年胡麻籽粒产量较往年减产50%以上，这主要是由于胡麻生育后期降雨量较大，胡麻倒伏严重，对胡麻产量的形成造成极大影响。

表1 不同覆膜方式胡麻籽粒产量及其构成因子Table 1 Yield components and output of oil flax under different mulching patterns

3 讨论与结论

地膜覆盖能够减少土壤无效水分蒸发，提高农田降雨利用率，对旱地作物产量提升有积极作用［18］。本研究表明，全膜覆土穴播处理下0～100 cm 土层土壤平均含水量（盛花期）和胡麻籽粒产量较露地条播分别显著提高21.71%和20.34%。这与前人研究结果基本一致［18-19］。这是由于覆膜减小了水分无效蒸发，积蓄了更多降雨量，改善了土壤水热状况［20］，促进了胡麻生殖生长，提高了胡麻产量。膜侧条播处理下0～100cm 土层土壤含水量和胡麻籽粒产量较露地条播提高16.91%和10.44%，但与露地条播之间差异不显著，这与前人在其他作物上的研究结果存在差异［21-22］。这可能是由于垄膜覆盖下土壤表层温度更高，胡麻生长耗水量更高［23］，土壤含水量的增加并不能平衡胡麻生长耗水量的增加，导致土壤含水量增加并不明显。同时本研究还发现，从盛花期至成熟期，全膜覆土穴播处理下土壤含水量降低5.55%，CK 和膜侧条播分别增加11.26%和7.31%，这是由于在盛花期后，全膜覆土穴播处理下土壤温度更为适宜［24］，胡麻生长加速，耗水量增加，降低了土壤含水量。综合分析，全膜覆盖较膜侧条播更有利于提高土壤水分含量和胡麻籽粒产量。

适宜的土壤条件有利于根系的生长发育［25-26］。本研究发现，采用地膜覆盖可以明显地改善胡麻根系的生长状况。在胡麻现蕾期和盛花期，全膜覆土穴播处理下胡麻（盛花期）0cm、5cm、10cm 主根直径较露地条播显著提高26.87%～103.39%，根干质量较露地条播分别显著增加30.98%，膜侧条播处理下胡麻根干质量较露地条播显著提高26.08%和21.76%，主根直径虽然略高于露地条播，但与露地条播之间差异不显著。这是由于在盛花期前，覆膜提高了土壤水分含量和土壤表层温度［27-28］，为根系生长提供了良好的水热条件，胡麻根系生长较露地条播更为旺盛。在成熟期不同处理下胡麻主根直径、根干质量无显著差异，分析其原因可能是由于盛花期后胡麻根系逐渐发育成熟，覆膜对胡麻根系生长的影响也逐渐减小。本研究还发现，从盛花期至成熟期，全膜覆土穴播处理下胡麻根干质量降低1.12g，膜侧条播和露地条播则分别增加0.37g和0.73g，这可能是由于全膜覆土穴播处理下优良的土壤水热条件加快了胡麻生育进程，胡麻提早成熟所导致的［19］。

作物根系的生长发育状况直接影响到地上部的生长［29］。根冠比能够反映出作物的生长环境条件对根系与地上部分生长的不同影响［30］。本研究发现，在胡麻现蕾期覆膜处理下胡麻根冠比较露地种植降低21.35%和41.76%。这与前人在其他作物上的研究结果类似［31］，分析其原因可能是由于在现蕾期覆膜处理下土壤水热条件更优，促进了胡麻根系与地上部分的生长，而露地条播处理下虽然根系生长旺盛，但地上部分的生长速率相对于覆膜条件下不具有优势，导致露地条播处理下胡麻根冠比较覆膜处理更大。从现蕾期至盛花期，胡麻根冠比呈现出逐渐降低的趋势，且露地条播处理下胡麻根冠比的变化量大于覆膜处理，这是由于在这一生长阶段，随着降雨量与温度的快速增长，露地条播处理下胡麻根系与地上部分快速生长，与覆膜处理之间由于水热条件差异造成的根冠比的差异逐渐缩小，根冠比快速降低。在盛花期和成熟期胡麻根系逐渐发育成熟，胡麻地上部与地下部干物质分配达到平衡，根冠比逐渐稳定。

综上所述，与露地条播相比，全膜覆土穴播和膜侧条播均能明显提高0～100cm 土层土壤含水量和胡麻籽粒产量，且全膜覆土穴播较膜侧条播效果更优。在现蕾期和盛花期，全膜覆土穴播促进了胡麻根系的生长，而膜侧条播对胡麻根系的影响不显著。在盛花期后，覆膜对胡麻根系的影响逐渐减弱。