不同覆双膜和揭膜方式对南疆棉花产量和品质的影响

2023-05-27徐守振宁新柱李吉莲王方永韩焕勇

干旱地区农业研究 2023年3期

徐守振,马麒,宁新柱,李吉莲,陈红,王方永,韩焕勇,林海

(新疆农垦科学院棉花研究所/农业农村部西北内陆区棉花生物学与遗传育种重点实验室/新疆兵团棉花改良与高产栽培重点实验室,新疆石河子 832000)

膜下滴灌作为新疆棉区一项重要的栽培技术极大地缓解了新疆农业水资源不足的问题,推动了该地区节水农业的快速发展[1-2]。地膜覆盖不仅可以改善土壤水热环境、减轻虫害、降低土壤盐渍化危害和提高产量[3-5],还对田间杂草具有良好的控制效果[6-9]。目前,地膜覆盖技术已广泛应用到我国农业生产之中,具有一定的不可替代性[10]。多年来,众多学者以覆膜滴灌栽培技术为基础,对大田棉花群体生理生态状况进行了广泛研究[11-13],但随着国家对生态保护及农业可持续发展的重视,覆膜栽培的弊端也逐渐显露出来。严昌荣等[14]通过对北疆石河子地区棉田地膜残留研究指出,当前棉田土壤中平均残留量高达300.65±49.32 kg·hm-2,且随着覆膜年限增加,土壤健康将受到严重影响。随着塑料地膜在土壤中残留量的增加,棉花产量也呈现显著降低趋势[15]。为了新疆农业的健康发展,合理利用地膜覆盖技术、研制新型环境友好型地膜产品和研发“白色污染”防治技术迫在眉睫[10]。为应对该需求,新疆兵团于20世纪80年代中后期就开始进行残膜清理机械的研制工作,但由于残膜遍布整个耕层、地膜强度差、残膜与秸秆分离困难以及作业时间有限等因素的影响,农田残膜清理工作进展缓慢[16],而成本高昂及降解不可控性也导致环境友好型降解膜也未得到大面积推广[17]。

宿俊吉等[18]研究表明,适时揭膜有利于减缓棉花早衰,降低土壤残膜回收难度,张大斌等[19]设计了一种苗期揭膜机以解决残膜造成的环境及土壤污染问题;有学者通过研究早期揭膜条件下棉田土壤水热及棉花成铃的变化情况指出,过早揭膜会明显降低棉株外围成铃率及土壤水分和温度,对棉花产量造成不良影响[20];李君等[21]指出棉花花期后揭膜对棉田土壤水分和棉花产量无显著影响,但难以避免棉花机械损伤和地膜残留,且成本高还费时费力。在现有机械辅助的基础上,本研究通过探索不同地膜覆盖方法和揭膜方式对棉花生长的影响,提出一种新型的地膜覆盖及配套揭膜方式,在保证产量和品质的基础上提高揭膜效率,为实现地膜覆盖“零污染”提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计与方法

试验于2019年在新疆农垦科学院棉花所库尔勒试验站(新疆生产建设兵团第二师29团2斗7号地,86°06′E,41°68′N)进行,供试品种为‘新陆中45号’。设置5个处理,即膜侧播种+双膜覆盖+苗后头水前揭膜(T1)、膜侧播种+双膜覆盖+苗后揭上膜(T2)、裸播(T3)、膜下播种+单膜覆盖+苗后揭膜(T4)、膜下播种+双膜覆盖+苗后揭上膜(CK),每个处理重复3次。随机区组设计,小区面积为15 m2(10.0 m×1.5 m)。采用一膜一管四行种植模式,播幅4.5 m(3膜),行距45 cm,株距10 cm(图1)。

试验于4月11日播种,理论密度约为26.25万株·hm-2;全生育期共灌水10次,其中随水滴肥8次,共滴施尿素553.5 kg·hm-2、磷酸二氢钾346.5 kg·hm-2;全生育期采用缩节胺化控5次,总用量为435 g·hm-2;9月15日喷施脱叶催熟剂,9月28日进行机采收获;其他田间管理措施参照当地高产田。

1.2 测定项目与方法

1.2.1 棉株农艺性状分别于5月25日(现蕾期,初次揭膜后30 d)、6月25日(初花期,第2次揭膜后30 d)、7月20日(打顶后10 d),每个处理选取长势均匀连续具有代表性的10株棉花(边行中行各5株),重复3次,定点定株对棉花株高(子叶节至顶端高度)、果枝始节高度(地面到第1台果枝的长度)、株式图进行调查记录。

1.2.2 棉田杂草数量调查根据揭膜方式的不同,分别于5月25日(现蕾期,初次揭膜后30 d)、6月25日(初花期,第二次揭膜后30 d)调查各处理小区内全部杂草数量并记录。

1.2.3 生育时期调查记载不同处理出苗期(50%棉株达到出苗的日期)、现蕾期(50%棉株开始现蕾的日期)、盛蕾期(50%棉株出现第4台果枝的日期)、开花期(50%棉株开始开花的日期)、吐絮期(50%棉株达到吐絮的日期)和生育期天数(从出苗期到吐絮期的时间,d)。

1.2.4 产量及品质指标于吐絮期每个处理选取单位面积为6.67 m2的样点,重复3～4次,调查样点内全部株数和铃数,折算出单株结铃数和单位面积总铃数并估算产量;于吐絮后期每个处理选择长势一致的棉花分层取上、中、下吐絮棉铃各20个,重复3次,分开装袋、称重,测定单铃重及衣分;测定衣分后取棉纤维样品进行品质测定。棉花产量按下式计算：

单位面积产量(kg)=单位面积总铃数(个)×单铃重(g)/1000

(1)

籽棉产量(kg)=单位面积产量(kg)×100

(2)

皮棉产量(kg)=籽棉产量(kg)×衣分(%)

(3)

1.3 数据分析

采用Microsoft Excel 2016和SPSS 25.0软件对数据进行整理分析,不同处理之间所得的均值采用Duncan新复极差法进行多重比较,然后经过t检验(α=0.05),采用SigmaPlot 12.5作图。

2 结果与分析

2.1 不同处理下棉花株高及始节高的差异

如图2所示,不同揭膜方式之间棉花果枝始节高度差异不显著(P>0.05)。受揭膜方式影响,5月25日,T1、T2和T4处理棉花株高较CK处理降低37.79%～63.52%(P<0.05),T3处理株高显著低于CK处理,降幅为109.63%(P<0.05);6月25日,T1与CK处理株高差异不显著(P>0.05),而T2、T3和T4处理较CK处理降低26.41%～72.14%(P<0.05);7月20日打顶后,株高不再增长,此时T3处理棉花株高较CK处理降低38.61%(P<0.05),其他处理与CK相比差异不显著(P>0.05)。综上可知,初次揭膜后30 d内,棉花株高受揭膜方式影响,且处理间差异较大;二次揭膜至打顶后,T1处理对棉花株高影响不显著(P>0.05),T2和T4处理对棉花株高影响相对较小,而T3处理会显著低棉花株高,抑制棉花生长。

2.2 不同处理下杂草数量的差异

棉田覆膜栽培可以有效抑制膜下杂草的生长,不同揭膜方式下杂草数量的变化可以反映不同处理对杂草生长的控制强度。如图3所示,受揭膜方式影响,5月25日,T4和T3处理杂草数量较CK处理高537.54%～737.52%(P<0.05),T1、T2与CK处理差异不显著(P>0.05);6月25日,T1、T2、T4与CK处理之间杂草数量差异不显著(P>0.05),T3处理显著高于其他处理(P<0.05);初次揭膜至二次揭膜期间,T1、T4和CK处理杂草数量显著降低,降幅为78.43%～87.50%(P<0.05);T2和T3处理对杂草数量的影响相对较小,降幅分别为33.33%和46.27%。

注：FFBH：果枝始节高度。相同时期不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)。Note：FFBH：Node height of the first fruit branch.Values in the same time followed by different lowercase letters indicated significant differencesamong treatments (P<0.05).图2 不同处理对棉花株高及始节高的影响Fig.2 Effect of different treatments on plant height and start height in cotton

图3 不同处理对棉田杂草数量的影响Fig.3 Effects of different treatments on weed quantity in cotton field

2.3 不同处理下棉花生育时期的差异

如表1所示,与其他处理相比,T3处理各生育期明显推迟且天数缩短;T1、T2和T4处理相比于CK处理出苗时间差异不大,但现蕾时间略有延后;T1、T2、T4处理可以加快生育进程,但强度存在一定差异,表现为T2>T1>T4。

表1 不同处理对生育时期的影响Table 1 Effects of different treatments on growth stage

2.4 不同处理下棉花产量及其构成因素的差异

2.4.1 棉株各部位铃重及衣分差异如表2所示,不同揭膜方式之间,棉株上部及下部铃重差异不显著(P>0.05),中部铃重则表现为T4处理较T1处理显著减少了7.13%(P<0.05);受揭膜方式的影响,各处理间棉株中部衣分差异不显著(P>0.05),T3、T4处理下部衣分显著高于CK处理(P<0.05),CK处理上部衣分显著高于T3处理(P<0.05)。

表2 不同处理对棉花各部位铃重及衣分的影响Table 2 Effects of different treatments on boll weight and lint in different parts of cotton

2.4.2 棉株成铃分布差异单铃重是衡量棉花产量水平的重要指标,受各生育时期有效积温时长的影响,棉株不同部位的单铃重具有较大差异,对全株产量的贡献率有所不同。如图4所示,各处理棉株铃重主要集中在中部,平均单铃重为5.1～5.5 g;受不同揭膜方式的影响,T1和T2处理铃重的分布相比于CK处理更加集中,中部平均单铃重维持在5.3～5.5 g,对全株的贡献率较大;T1、T2和T3处理棉株上部及下部的单铃重高于CK处理;T4处理铃重主要集中在棉株中上部,下部铃重较低。综合分析表明,T1和T2处理有助于中部伏桃及上部早秋桃形成和发育,T2和T4处理有利于下部伏前桃的形成和发育。

2.4.3 产量及其构成因素的差异如表3所示,不同揭膜方式下,除T2处理铃重显著高于CK外,其余指标均表现为T1、T2、T4处理与CK之间差异不显著(P>0.05);T3处理棉田收获株数、单株铃数显著高于CK处理(P<0.05),籽棉和皮棉产量显著低于其他4个处理(P<0.05)。结合表2和图4结果可知,收获株数及单株铃数的降低是导致T3产量降低的主要原因。

表3 不同处理对棉花产量及产量构成因素的影响Table 3 Effect of different treatments on yield and yield components in cotton

2.5 不同处理下棉花纤维品质的差异

如表4所示,不同揭膜方式下,各处理间棉花全株平均衣分、马克隆值、断裂伸长率及上半部平均长度等指标差异不显著(P>0.05);而T1处理较T2处理断裂比强度减少1.12%～11.94%(P<0.05),但与CK处理无显著差异(P>0.05)。

表4 不同处理对棉铃纤维品质的影响Table 4 Effect of different treatments on the quality of cotton

3 讨论

3.1 不同覆双膜和揭膜方式处理对棉花产量和品质的影响

针对新疆南疆土壤问题,陈学庚等[22]于2010年研制了双膜覆盖精量播种机,并在兵团师市取得了良好的应用效果。双膜覆盖是原单膜覆盖基础上,在原有带膜孔的地膜上覆盖一层膜,待棉花出土顶膜时揭去上膜的覆膜方式,双膜覆盖投资少、成本低,且可以显著改善棉花出苗情况,提高棉苗抗性[23-24];本研究在此基础上设计了不同覆膜及配套揭膜方式,旨在保证棉花前期生长、减少揭膜机械损伤和减少地膜污染。

前人指出[18,20,25],不恰当的揭膜方式对棉花生育时期持续时间具有不利影响,会显著缩短棉花生育期,降低棉花产量,适时揭膜则对棉花的早衰防控及增产具有促进作用。本研究通过探索不同覆膜方式、揭膜时间及揭膜方式组合条件下棉花生长发育变化,发现揭膜方式的变化对棉株铃重的空间分布及衣分具有一定影响,通过对比前人研究[18,20]可知,揭膜处理导致生育前期土壤水热状况变化,进而影响了伏前桃的形成;而双膜覆盖配合分段揭膜(T1、T2)较裸播(T3)和单膜覆盖(T4)模式具有一定的增产效果,同时能够优化成铃发育,这与前人研究一致。综合分析表明,本研究提出的“膜侧播种+双膜覆盖+苗后头水前揭膜”(即T1处理)和“膜侧播种+双膜覆盖+苗后揭上膜”(即T2处理)模式均能显著抑制田间杂草生长,对棉花株高及始节高度、生育期及纤维品质的影响不显著,可降低揭膜对棉花生长发育造成的伤害,且具有稳产和增产潜力。相比于T2处理,T1处理在棉花盛蕾期之前完成了全层揭膜,具有更高的生态价值。

注：不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)。Note：Values followed by different small letters indicated significant differences among treatments (P<0.05).图4 不同处理棉株各部位成铃分布Fig.4 Distribution of bolls in cotton plants of different treatment

3.2 不同覆双膜和揭膜方式对残膜回收的应用价值

针对新疆不同区域特征和覆膜作物种类,可将残膜回收方式分为生长期人工+机械配合适时揭膜回收、苗期揭膜+秋后揭膜结合回收、秋后机械或人工揭膜回收和播种前机械+人工捡拾回收相结合等4种模式[26],胡灿等[26]还指出现有残膜回收机对当季膜的回收率为65%～80%,难以避免当季膜残留,在人工辅助回收的情况下回收率也仅为93%～95%,无法做到完全回收,由于人工费用高昂,且回收后的残膜含杂率高难以再利用,棉农回收积极性较低。本文提出的“膜侧播种+双膜覆盖+苗后头水前揭膜”方式采用类似“苗期揭膜和秋后揭膜结合回收”的双膜覆盖揭膜方式,但底膜由1.25 m膜改为0.6 m短膜覆盖,为头水前二次机械揭膜奠定了基础;棉花头水之前,地膜强度高、降解程度低、土壤干燥、棉花矮壮且株行未封垄,此时采用机械揭去0.6 m短膜,最大限度降低了其对棉花造成的损伤,可对当季膜实现100%的回收;该处理两次揭膜均做到了地膜的完整机械回收,极大地降低了人工成本,对于新疆现代化农业的可持续发展具有重要意义。