揭膜时间对北疆棉花生长发育和产量形成的影响

占东霞，阿力木江·克来木，赵强，依尔登毕力克

（新疆农业大学 农学院，新疆 乌鲁木齐 830052）

地膜覆盖在农业生产中发挥着巨大的作用[1-6]。然而，随着连年覆膜种植，耕作层累积的大量地膜造成农田机械作业不便、阻碍土壤中水分与养分运移等问题，从而影响作物的生长发育，导致产量降低，严重影响农业生产[7-8]。新疆是我国重要棉花产区，棉花种植面积占作物总种植面积的近1/2，棉田铺膜率达100%[9]。覆膜可以使棉田土壤温度提高0.7～3.2 ℃，加快棉花生育进程，极大地提高了新疆棉花产量。但棉花种植区属我国地膜污染最严重的地区，棉田中每年有18 kg/hm2的地膜残留在土壤中，覆膜20 a 的棉田土壤中平均残留量高达300 kg/hm2[10-11]。随着覆膜技术的不断推广和应用，土壤中地膜残留不断累积，严重破坏了土壤质量，并且覆膜易造成植株早衰[12-13]，限制了棉花产量和品质的进一步提高[14-15]。因此，少使用或不使用地膜成为棉花种植业发展的迫切需要。

在新疆棉区，6 月底棉花处于初花期，根系已基本建成，营养生长转为以生殖生长为主，随着气温不断提高，地膜增温、保墒的作用已经完成[16]。在棉花生育期内揭膜对植株前期发育影响较小，并且可以最大化地回收地膜，降低残膜污染。有研究表明，在头水前揭膜棉花单株铃数、单铃质量和产量与不揭膜差异不大，但地膜回收率达到80.2%[17]。肖光顺等[18]研究表明，揭膜对膜下滴灌棉花株高、蕾数、根系干物质量影响较显著，而对成铃数、铃质量和衣分影响不明显。宿俊吉等[14]研究发现，适时揭膜能增加作物根系的透气性和活性，有利于棉花后期生长发育，对延缓地膜棉早衰和增产具有重要作用。YANG 等[19]研究认为，适期揭膜可增加棉花根系的长度、表面积和体积，但只有在降雨较少的年份才有利于根干物质的积累。目前，在北疆地区已经开始实施机械揭膜和半机械揭膜，但有关棉田的适宜揭膜期尚未明确。因此，在综合考虑环境保护和棉花种植效益的前提下，通过测定不同时期揭膜处理后棉田土壤含水量、棉花主要生育时期形态指标的变化，并调查棉田地膜残留情况，探讨滴灌棉田不同揭膜时间处理后棉花的生长发育特征和干物质积累变化过程，明确北疆棉田的适宜揭膜期，为新疆棉田可持续利用和残膜污染治理提供理论参考。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验于2018—2019年在新疆农业大学三坪农场进行。试验地土壤为砂壤土，pH值8.1左右，土层0～60 cm平均有机质含量13.17 g/kg，全氮0.73 g/kg，速效氮43.0 mg/kg，速效磷26.5 mg/kg，速效钾172 mg/kg。

1.2 试验设计

以当地早熟主栽品种新陆早42号为试验材料，设置4 个揭膜处理，分别为全生育期覆膜处理（CK，对照）；头水前10 d（2018、2019 年分别于出苗后35、33 d 揭除地膜）揭膜处理（T10）；头水前1 d（2018、2019 年分别于出苗后44、42 d 揭除地膜）揭膜处理（T1）；二水前1 d（2018、2019 年分别于出苗后54、52 d 揭除地膜）揭膜处理（E1）。试验处理随机区组排列，重复4 次。不同揭膜处理均采用人工揭膜方式。

试验采用膜下滴灌种植方式，2018 年播种密度为1.6×105株/hm2，2019 年播种密度为1.8×105株/hm2。一膜2 行，地膜宽度为80 cm，膜面为60 cm，地膜厚度是0.008 mm。小区面积为10 m×3 m，周边留有1 m 的保护区。其他田间管理措施同大田膜下滴灌棉花。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 土壤含水量 于棉花盛花期、盛铃期和吐絮期，各处理在棉花行间取土样，取样深度分别为0～40 cm，取样后立即置于铝盒中，称鲜质量，带回实验室在105 ℃下烘干至恒质量，计算各处理土壤含水量。重复3次。

1.3.2 棉株农艺性状和干物质 于棉花盛花期和吐絮期，各处理分别选取长势均匀、有代表性的连续5 株棉株，测定株高、主茎叶片数、茎粗、果枝数、蕾数和铃数。然后将棉花的叶片、棉铃和茎秆分开后，装纸袋置于干燥箱，于105 ℃下杀青30 min，80 ℃下烘干至恒质量后称干质量。

1.3.3 棉花产量 于棉花收获期在各处理随机选取代表性样点4 个，样点面积为9.9 m2，调查每个取样点的株数、结铃数和单铃质量。产量（kg/hm2）=单位面积有效株数×单株结铃数×单铃质量。

1.3.4 棉田不同耕层深度残膜量 各处理随机选取3个测量点，每个点面积为1 m2。将0～30 cm土层的残膜人工拣出，装入塑料袋，然后洗净、晒干并称质量。

1.4 数据处理

采 用SPSS 21.0 统计软件(SPSS Inc.，Chicago，IL，USA)分析试验数据，用LSD法对不同处理进行方差分析(P＜0.05)，用SigmaPlot 12.5（Systat Software，San Jose，CA）软件作图。

2 结果与分析

2.1 揭膜处理对棉田0～40 cm土层土壤含水量的影响

由图1 可见，不同时间揭膜处理棉田0～40 cm土层土壤含水量均降低。2018 年，T10、T1 和E1 处理0～40 cm 土层的土壤含水量在盛花期较CK 分别降低20.5%、12.9%和3.8%，在盛铃期较CK 分别降低8.2%、8.9%和5.2%，在吐絮期较CK 分别降低22.3%、11.2%和15.5%。2019 年T10、T1 和E1 处理的0～40 cm 土壤含水量在盛花期较CK 分别降低16.8%、6.6%和10.2%，在盛铃期较CK 分别降低15.0%、14.0%和16.2%，在吐絮期较CK 分别降低14.8%、11.4%和14.6%。由此说明，第1 次灌溉前10 d（T10）揭膜对0～40 cm土壤含水量的影响较大。

2.2 揭膜处理对棉花农艺性状的影响

不同揭膜处理棉花植株农艺性状变化见表1。2018 年，4 个处理之间棉花株高、茎粗、主茎叶片数和果枝数均无显著差异；盛花期T10 和T1 处理蕾数与CK 无显著差异，但是E1 处理蕾数显著高于CK，增幅为13.7%；盛花期4 个处理的铃数无显著差异，但吐絮期T10 和E1 处理铃数显著高于T1 处理和CK。2019 年，在盛花期和吐絮期，T10 和T1 处理株高均显著低于CK，并且吐絮期E1 处理株高显著高于CK；盛花期T10 处理主茎叶片数显著低于其他3个处理，吐絮期T1处理主茎叶片数显著低于CK和E1 处理，而与T10 处理无显著差异；盛花期和吐絮期T10 处理果枝数均显著低于CK，T1 处理与CK 无显著差异。综合分析2018 年和2019 年的试验结果可知，棉花吐絮期，与CK 相比，T10 和T1 处理株高分别降低4.4%～18.8%和4.2%～19.7%，主茎叶片数分别降低4.8%～16.3%和2.7%～22.8%，果枝数分别降低2.8%～26.0%和4.7%～18.0%。

表1 不同揭膜处理对棉花农艺性状的影响Tab.1 Effect of different plastic film uncovering treatments on cotton agronomic traits

2.3 揭膜处理对棉花干物质积累与分配的影响

由图2 可见，揭膜处理棉花干物质积累量总体下降。E1 处理单株干物质积累量在2018 年盛絮期比CK 高4.2 g，在2019 年初絮期比CK 低4.5 g，2 个处理单株干质量差异较小。T10 和T1 处理单株干物质积累量在2018 年盛絮期分别较CK 降低21.6%和13.3%，在2019年初絮期分别较CK降低32.5%和29.5%。

进一步分析发现，CK 和E1 处理茎、叶、铃干质量均高于T10 和T1 处理。2018 年盛絮期，T10 和T1处理单株铃质量较CK 分别降低28.0%和11.7%，2019 年初絮期，T10 和T1 处理单株铃质量较CK 分别降低33.9%和25.8%。

2.4 揭膜处理对棉花产量及产量构成因素的影响

由表2 可见，不同揭膜处理影响了棉花产量。2018 年，E1 处理皮棉产量显著高于CK、T10、T1 处理。与CK 相比，E1 处理皮棉产量增加15.1%，T10和T1 处理皮棉产量分别降低4.4%和11.8%；2019年，T10 处理皮棉产量显著低于CK，T1 和E1 处理皮棉产量与CK 差异不显著，T10、T1 和E1 处理皮棉产量较CK 分别降低23.2%、17.2%和5.2%。进一步分析产量构成因素发现，揭膜处理对单株成铃数和单铃质量有显著影响。

表2 不同揭膜处理棉花产量及产量构成因素Tab.2 Yield and composition factors of cotton under different plastic film uncovering treatments

相关分析表明，籽棉产量与单株成铃数和单铃质量呈显著正相关，其中与单铃质量的相关系数高于单株成铃数（表3）；皮棉产量也与单株成铃数和单铃质量呈显著正相关，但是与衣分的相关性未达到显著水平。由此说明，揭膜对棉花籽棉和皮棉产量的影响主要是通过影响其单铃质量和单株结铃数。

表3 棉花产量与产量构成因素的相关分析Tabl.3 Correlations between cotton yield and composition factors

2.5 揭膜处理对土壤残膜量的影响

随着土层深度增加，棉田的残膜量逐渐降低，大部分残膜集中在0～10 cm 浅层土壤中，占总残膜量的75%～89%，20～30 cm 土层中的残膜最少，占总残膜量的10%～24%（图3）。揭膜处理显著降低了棉田0～10 cm 土层的残膜量，与CK 相比，T10、T1 和E1处理0～10 cm 土层残膜量分别降低54.6%、54.8%和58.6%，而揭膜处理对10～20 cm 和20～30 cm 土层的残膜量无显著影响。

3 结论与讨论

在干旱和半干旱区，地膜覆盖降低了土壤的蒸发面积，因此，可以通过覆膜降低土壤水分蒸发量，提高水分利用效率。在作物生长早期，冠层覆盖度低，地膜覆盖有助于减少土壤水分蒸发量，保持表层土壤水分[20]，而在生长中期，田间封垄后，冠层底部的光辐射较低，因此作物冠层覆盖有利于抑制水分的蒸发[21]。YANG 等[20]认为，覆膜条件下作物根系区域的土壤水分消耗更多。李君等[21]研究发现，棉花花期前揭膜可导致土壤含水量显著降低，而在花期后揭膜对土壤含水量无显著影响。本研究表明，头水前10 d 揭膜处理的土壤含水率最低，盛花期、盛铃期和吐絮期土壤含水量较CK 分别降低16.8%～20.5%、8.2%～15.0% 和14.8%～22.3%，说明过早揭膜不利于棉田保墒。

尽管第1次灌溉前揭膜处理对土壤含水率的影响较小，但是影响了棉花的正常发育，进而影响其干物质积累量和产量。本研究表明，2018 年吐絮期T10、T1、E1 处理棉花株高较CK 分别降低3.5、3.6、0.5 cm，2019 年吐絮期T10 和T1 处理株高显著低于CK 和E1 处理，而E1 处理株高较CK 增加6.1%。此外，2018年吐絮期T10处理主茎叶片数和T1处理果枝数均最低，2019 年吐絮期T1 处理主茎叶片数和T10处理果枝数均最低。这些变化使T10和T1处理在2 个生长季的干物质积累量较CK 分别降低21.6%～32.5%、13.3%～29.5%，而E1 处理与CK 的干物质量差异较小。最终，T10 和T1 处理在2 个生长季的皮棉产量较CK 分别降低4.4%～23.2% 和11.8%～17.2%，而E1处理在2018年皮棉产量显著高于CK，增幅为15.1%，2019 年降低5.2%，与CK 无显著差异。前人研究表明，揭膜对棉花株高、蕾数、根系干质量影响较显著，对成铃数、铃质量和衣分等产量构成因子影响不明显[18,22]。杨相昆[23]研究发现，2015 年覆膜处理与揭膜处理单株铃数和产量有显著差异，2017 年2 个棉花品种均是第2 次灌溉前揭膜处理的产量最高，而最早揭膜时间的处理，依然表现为减产。本研究还表明，籽棉和皮棉产量均与单株结铃数和单铃质量呈显著正相关。由此说明，过早揭膜使地膜对棉田土壤的增温和保水作用减弱，不利于棉花个体发育，导致产量降低；而第2 次灌溉前1 天揭膜对棉花生长发育、干物质积累和产量没有产生明显的不利影响。

在新疆棉田，残膜主要存在于0～30 cm 土层[24]。本研究表明，0～30 cm 土层中，CK 0～10 cm 土层残膜量达到89%，揭膜处理显著降低了0～10 cm 土层的残膜量，而对10～20 cm 和20～30 cm 的残膜量无显著影响。总之，在棉花第2次灌溉前揭膜，对棉花干物质积累量和产量影响较小，并且使表层（0～10 cm）土壤的残膜量降低50%以上，因此，棉花地膜覆盖的适宜期为播种至第2次灌溉前。需要说明的是棉花生长受环境因子、品种和栽培措施的综合影响，以播种后天数、生育时期或者是农田管理的关键节点来判断揭膜时间仍具有一定的局限性。因此，进一步研究棉花地上部冠层结构与土壤水热的定量关系，可为新疆棉花地膜覆盖栽培的精准调控提供理论依据。

综上，在本试验区和种植条件下，揭膜降低了棉田0～40 cm 土层的含水量，且揭膜时间越早，土壤水分含量越低。第1次灌溉前揭膜处理降低了棉花吐絮期的株高、主茎叶片数和果枝数，造成干物质积累量降低，影响棉花的单株结铃数和单铃质量，最终造成产量降低。在棉花第2 次灌溉前揭膜，对棉株干物质积累量和产量影响较小，并且使表层（0～10 cm）土壤的残膜量降低58.6%。因此棉花地膜覆盖的适宜期为播种至第2次灌溉前。