四川盆地3种颜色地膜对秋季土壤温度及黄瓜产量的影响

2021-03-17张泽锦王力明雷晓葵唐丽李跃建

灌溉排水学报 2021年2期

张泽锦，王力明，雷晓葵，唐丽*，李跃建

（1.四川省农业科学院园艺研究所，蔬菜种质与品种创新四川省重点实验室，成都610066；2.农业农村部西南地区园艺作物生物学与种质创制重点实验室，成都610066；3.四川省农业科学院，成都610066）

0 引言

【研究意义】地膜覆盖不仅能够改善土壤温度，提高土壤对水分的保蓄能力，并且能够减少水土流失，为作物生长提供适宜的水热等条件，从而提高作物产量[1]。地膜在棉花、玉米、小麦、水果和蔬菜的增产中起着重要作用，因此，地膜是农业生产中仅次于化肥和农药的第三大农业资材[2]。【研究进展】由于不同颜色地膜对短波和长波辐射的吸收、反射和透射的作用不一样，因此不同颜色的地膜通过改变土壤温度来影响作物的生长[3-4]。梁传静[5]研究表明，不同地膜覆盖均可以提高辣椒根区温度，黑色膜增温最高可达10℃，但是农夫一品地膜覆盖的根区温度升高较缓慢，增温在0.7～2.0℃，其可以保证辣椒根部温度，同时又透气散热，不会造成辣椒根部温度过高，从而促进辣椒生长。刘莉莎等[6]研究了地膜覆盖对甘薯土层温度的影响，发现黑膜覆盖在08:00—14:00 能有效提高0～30 cm 土层的土壤温度，有利于甘薯根系的早期发育，促进甘薯植株的生长，有利于产量提高和提前收获。杨世佳等[7]研究发现，白色地膜和黑色地膜处理均能够增加玉米土壤温度，黑色地膜增温1.08～1.66℃，白色地膜增温2.02～2.49℃，均提高了玉米产量。目前，关于不同颜色（黑、白、红、银、银灰色等）的塑料薄膜对黄瓜生长的影响已有一定的研究报道，与不覆盖相比，覆盖黑色薄膜和透明薄膜促进了黄瓜提早成熟，并且提高了产量[8-10]。【切入点】但是，已有报道的地膜覆盖试验大多在春季和夏季进行，其光照和温度均适合黄瓜生长，然而秋季弱光条件下地膜覆盖对黄瓜的生长和产量的研究鲜有报道。在四川秋季生产黄瓜会增加其市场供应，从而增加农民的收入。【拟解决的关键问题】因此，本试验选用四川常用的透明膜、黑色膜和银灰色膜为覆盖材料，研究其对土壤温度、黄瓜生长和产量的影响，以期为四川秋季弱光条件下黄瓜生产中地膜选择提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

以“川翠3 号”黄瓜品种为试验材料，地膜（透明膜、黑色膜、银灰膜）宽为1.4 m，厚为0.025 mm。

1.2 试验设计

试验于2014年7—12月在四川省农业科学院新都现代农业示范园的塑料大棚中进行。2014年7月，选择籽粒饱满的黄瓜种子，浸种催芽，2～3 d 后露白播种于32 孔育苗穴盘中。8月12日，挑选长势一致的黄瓜幼苗定植于塑料大棚试验小区中，小区长3.6 m，宽1.5 m，每个小区种植18 株，行距40 cm，株距40 cm。定植前按照667 m2施复合肥50 kg、磷酸二氢钾50 kg 作为底肥并覆膜，后期追肥4 次，每次667 m2施入尿素4 kg，中微量元素2 kg。采用水肥一体化进行水肥灌溉，通过自动灌溉系统进行，土壤含水率控制在田间持水率的60%～70%之间。试验共4个处理：透明膜（T1）、黑色膜（T2）、银灰膜（T3），以不覆盖（CK）为对照，每个处理完全随机排列，重复3 次。

1.3 测定项目与方法

测定土壤表面以下5、10 cm 和15 cm 处的土壤温度。数据记录仪（RC-4HC，精创，徐州）每5 min 记录1 次，并存储每日最高，最低和平均土壤温度（从2014年10月21日—11月22日）。土壤温度日积累度（DDsoil）的计算式为：DDsoil=（Tmax+Tmin）/2-Tbase[11-12]，Tmax和Tmin是每日的最高和最低土壤温度，Tbase是基准温度（10℃）。利用光照测量仪（UA-002-64，HOBO，USA）每5 min 记录1 次大棚内的光照强度。

9月中旬对植株第4 片至第6 片叶（从上到下）采样用于光合参数和叶绿素量测定。叶绿素量用80%丙酮萃取，使用分光光度计在波长663 nm 和645 nm的吸光度水平下进行测定，然后根据Arnon 方程进行计算。使用具有标准叶室的便携式光合作用系统（LI-6400）测量净CO2交换率。在标准叶片室中，光强度、空气温度、气流速度和CO2分别设置为800µmol/（m2∙s）、20℃、500 µmol/s 和400 µmol/mol。根据杨劲峰等[13]的方法测定叶面积。

10月上旬，黄瓜盛期测量黄瓜果实单果质量；12月试验结束时，测量黄瓜的株高、两果实节间距。果实质量使用电子秤测量。黄瓜产量根据黄瓜成熟情况，实时进行采摘称质量记录，于12月试验结束时进行总产量的计算。

利用Excel 2007 和SPSS 18.0 软件分析处理数据。在0.05 显著性水平利用LSD 法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 地膜覆盖对根区温度的影响

由表1 可知，3 种颜色地膜覆盖土壤不同深度下根区温度最大值、最小值和平均值均高于CK，但是3 种地膜覆盖之间黄瓜的根区温度基本相同。在5、10 和15 cm 的深度下，T1、T2 和T3 处理的平均根区温度分别比CK 高0.8～0.9、0.5～0.6 和0.2～0.6℃。随着土壤深度的增加，日根区温度差值逐渐减小，在15 cm 深度下日根区温度差值大概是1℃，与5cm 深度的值相比，T1、T2 和T3 处理分别降低了70.6%、66.7%和66.7%。不同颜色地膜覆盖在5、10 和15cm深度土壤温度日积累度均高于CK，且随着土壤深度的加深，土壤温度日积累度越大。其中，15cm 处T1、T2 和T3 处理的土壤温度日积累度为175、179 和179，与CK 相比分别提高了12.18%、14.74%和14.74%。总体而言，地膜覆盖增加了四川弱光条件下土壤深度为5～15cm 下的土壤温度。

表1 地膜覆盖下黄瓜的根区温度Table 1 Theroot zone temperature of cucumbers by plastic film mulching

2.2 地膜覆盖对黄瓜叶片叶绿素、叶面积和净CO2 交换率的影响

表2 为地膜覆盖下黄瓜的含叶绿素量、叶面积和净CO2交换率。由表2 可知，与不覆盖（CK）相比，T1 处理和T3 处理增加了黄瓜叶绿素a、叶绿素b 量和叶绿素总量，T2 处理降低了黄瓜叶绿素a、叶绿素b 和叶绿素总量，但是3 种地膜覆盖和露地间均无显著差异。叶绿素a/叶绿素b 与叶绿素a 相反，T1和T3 处理降低了叶绿素a/叶绿素b，T2 处理增加了叶绿素a/b，4 个处理间也无显著差异。T1、T2 处理和T3 处理对黄瓜叶面积影响较小，与CK 相比，T1和T2 处理降低了黄瓜叶面积，T3 处理增加了黄瓜叶面积，但所有处理间差异均不显著。地膜覆盖与不覆盖间净CO2交换率差异均不显著。说明在秋季弱光条件下不同颜色薄膜覆盖对黄瓜的光合作用没有明显影响。

表2 地膜覆盖下黄瓜的叶含绿素量、叶面积和净CO2 交换率Table 2 Chlorophyll content, leaf area, and net CO2 exchange rate of cucumbers by plastic film mulching

2.3 地膜覆盖对黄瓜生长和产量的影响

表3 显示了黄瓜株高、果实节间距、单株果实数和单果质量。不同颜色地膜覆盖均增加了黄瓜株高，果实节间距、单株果实数。与CK 相比，T1、T2 处理和T3 处理的黄瓜株高分别增加了6.9%、8.7%和15.3%，果实节间距分别增加了23.3%、11.0%和24.7%，单株果实数分别增加了20.6%、20.6%和8.8%。但是地膜覆盖之间黄瓜株高，果实节间距、单株果实数均无显著差异。地膜覆盖（T1、T2 处理和T3 处理）和不覆盖（CK）间均无显著差异。节间距的改变和单株果实数的增加可能是由于株高的增加引起。与CK相比，地膜覆盖对早期收获（9月）和晚期收获（12月）的黄瓜产量均无显著差异。但是，中期10月和11月，地膜覆盖显著增加了黄瓜小区产量，与CK 相比，10月T1 处理和T3 处理的黄瓜小区产量分别增加了17.29%和13.32%。11月T1、T2 和T3 处理的黄瓜小区产量分别增加了35.82%、43.48%和43.06%，可能是地膜对土壤具有保温升温作用，促进了根系生长，从而促进了黄瓜产量的增加。地膜覆盖均增加了试验地块黄瓜的总产量，与CK 相比，T1、T2 和T3处理分别增加了19.25%、7.18%和16.24%，但是3种地膜覆盖之间总产量无显著差异。该结果表明在秋季弱光条件下地膜覆盖增加了黄瓜的产量，但是覆盖地膜的颜色之间对黄瓜产量无显著影响。

表3 地膜覆盖下黄瓜的生长指标和产量Table 3 The growth parameters andyield of cucumber by plastic film mulching

3 讨论

不同颜色地膜的保温性能不同，黑色地膜吸收了96%的短波辐射，其几乎不发生透射和反射[14]。前人研究表明，深色膜比浅色膜反射和透射的短波辐射少，其吸收的短波辐射比浅色膜的短波辐射多，因此，将深色膜用于覆盖时，增加了表土的温度[10,15]。本研究结果表明，在四川盆地秋季弱光条件下，与CK 相比，3 种颜色地膜覆盖均增加了不同深度土壤的根区平均温度、根区最高温度、根区最低温度、日根区温度差值及土壤温度日积累度，且随着土壤深度增加，地膜对土壤温度的影响逐渐降低，但是3 种颜色地膜覆盖之间根区温度无显著差异。这与兰印超等[16]研究结果一致。说明这3 种颜色地膜具有相似的保温升温作用。

有色覆盖物主要通过改变植物周围的光照环境来影响植物的生长和产量[17]。Ibarra-Jimenez 等[10]研究发现，使用黑色覆盖物会降低黄瓜叶片的净CO2交换速率，使用银色覆盖物会提高黄瓜叶片的净CO2交换率，到达地表的光被银色覆盖物部分反射，该反射光可以被叶片利用，从而增加黄瓜叶片的净CO2交换率。本研究结果表明，T1、T2 和T3 处理对黄瓜光合作用影响较小，与CK 相比，叶绿素和净光合速率均无显著差异。产生这种不一致结果的原因有可能是秋季弱光条件的限制。前人研究表明，地膜覆盖的株高显著高于露地植物[18]。这可能是地膜覆盖增加了土壤温度，从而增加了植物茎叶的生长[19]。植物生长受植物激素如ABA（脱落酸），IAA（吲哚-3-乙酸），GA（赤霉素），CTK（细胞分裂素）等的调节，而激素水平会受到根区温度的影响。当根区温度下降时，黄瓜根系中的GA 和IAA 降低，其抑制了植物生长[20]。本研究可能因为根区温度的变化导致了植物激素水平发生改变，其可能导致露地的黄瓜株高和单株果实数量减少。前人研究表明，地膜覆盖能够增加玉米株高和茎粗，构建高壮的高产株型，增加穗长、行粒数，降低秃尖长度，营造良好的产量构成因素，从而达到增加产量的效果[7]。王磊等[21]研究结果表明，黑色地膜覆盖增加了不同株型春玉米的产量。宗睿等[22]在地膜覆盖对夏玉米产量的影响中也得到了相同的结果。本试验中，覆盖3 种颜色地膜均提高了黄瓜产量，这与黄浅等[23]在辣椒中的研究结果一致。说明这3 种颜色地膜对四川盆地秋季弱光条件下黄瓜的产量均有促进作用。可能是因为地膜覆盖提高土壤温度，促进了根系生长，使根系吸收更多的营养，从而达到增产的效果。