作物杂志, 2022, 38(6): 111-117 doi: 10.16035/j.issn.1001-7283.2022.06.016

生理生化·植物营养·栽培耕作

西北黄土高原旱作区不同地膜覆盖种植模式谷田水温效应及水分利用效率研究

温蕊,1, 陈茜午1, 赵雅杰1, 贾祎明1, 卢旭东1, 张继宏2, 李焕春1, 赵沛义1, 张永虎,1

1内蒙古自治区农牧业科学院,010031,内蒙古呼和浩特

2清水河县农牧技术推广中心,011600,内蒙古呼和浩特

Study on Water Temperature Effects and Water Use Efficiency of Paddy Field under Different Plastic Film Mulching Planting Patterns in Arid Area of Loess Plateau in Northwest China

Wen Rui,1, Chen Qianwu1, Zhao Yajie1, Jia Yiming1, Lu Xudong1, Zhang Jihong2, Li Huanchun1, Zhao Peiyi1, Zhang Yonghu,1

1Inner Mongolia Academy of Agricultural and Animal Husbandry Sciences, Huhhot 010031, Inner Mongolia, China

2Qingshuihe County Agricultural and Animal Husbandry Technology Extension Center, Huhhot 011600, Inner Mongolia, China

通讯作者: 张永虎,主要从事谷子育种与栽培研究,E-mail:zhangyonghu0815@126.com

收稿日期: 2022-07-20   修回日期: 2022-09-15   网络出版日期: 2022-10-19

基金资助: 内蒙古自治区科技重大专项(2020ZD0005)
内蒙古农牧业创新基金项目(2021CXJJN02)
财政部和农业农村部:国家现代农业产业技术体系(CARS-06-14.5-B11)

Received: 2022-07-20   Revised: 2022-09-15   Online: 2022-10-19

作者简介 About authors

温蕊,主要从事谷子育种与栽培研究,E-mail:15848120452@163.com

摘要

针对西北黄土高原旱作区年降水量不足、水资源分布不均及春季大风干旱等造成的谷子产量不高、水分利用率低等生产问题,设置裸地平作种植(CK)、PE膜全覆膜起垄穴播(T1)、渗水地膜半覆膜起垄穴播(T2)和PE膜半覆膜起垄穴播(T3)4个处理,研究不同地膜覆盖种植模式对谷田播种前和收获后0~100cm土壤含水量、不同生育期0~40cm土壤含水量、0~30cm土壤温度、谷子农艺性状、产量和水分利用效率的影响。结果表明,3种地膜覆盖模式均不同程度地改善了谷子生育期内土壤的水温状况,提高了谷子的群体水分利用率、产量及相关农艺性状。4种处理播种前和收获后0~100cm土壤含水量、不同生育期0~40cm土壤含水量、0~30cm土壤温度均为T1>T2>T3>CK。3种覆膜处理的单穗重、单穗粒重、千粒重和产量均显著高于CK处理,T1和T2处理与T3处理差异显著。T1、T3和T2处理的群体水分利用率分别较CK处理提高了7.55、1.05和1.65kg/(mm·hm2)。PE膜全覆膜起垄穴播模式可作为西北黄土高原区谷子生产的高产高效栽培技术模式。

关键词: 西北黄土高原; 地膜覆盖; 土壤含水量; 水分利用效率; 产量

Abstract

Aiming at the problems of low millet yield and low water use efficiency caused by insufficient annual precipitation, uneven distribution of water resources and spring gale and drought in the dry farming area of the Loess Plateau in Northwest China. Four treatments were set up, including bare ground flat planting (CK), PE film full-mulching ridging and hole sowing (T1), permeable film half-mulching ridging and hole sowing (T2), and PE film half-mulching ridging and hole sowing (T3). The effects of different treatment on soil moisture content in 0-100cm before sowing and after harvest, soil moisture content in 0-40cm at different growth stages, soil temperature in 0-30cm, agronomic traits, yield and water use efficiency of millet were studied. The results showed that the three plastic film mulching techniques improved the soil water temperature during the growth period of millet and improved the population water use efficiency, yield and related agronomic traits of millet. The soil water content of 0-100cm before sowing and after harvest, the soil water content of 0-40cm at different growth stages, and the soil temperature of 0-30cm in the four treatments were T1 > T2 > T3 > CK. The panicle weight, grain weight per panicle, 1000-grain weight and yield of the three film mulching treatments were significantly higher than that of CK treatment. There were significant differences between T1, T2 and T3 treatments. The population water use efficiency of T1, T3 and T2 treatment were 7.55, 1.05 and 1.65kg/(mm·ha) higher than that of CK. The PE film mulching ridging and hole sowing mode can be used as a high-yield and high- efficiency cultivation technique mode for millet production in the Northwest Loess Plateau.

Keywords: Northwest Loess Plateau; Film mulching; Soil water content; Water use efficiency; Yield

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温蕊, 陈茜午, 赵雅杰, 贾祎明, 卢旭东, 张继宏, 李焕春, 赵沛义, 张永虎. 西北黄土高原旱作区不同地膜覆盖种植模式谷田水温效应及水分利用效率研究. 作物杂志, 2022, 38(6): 111-117 doi:10.16035/j.issn.1001-7283.2022.06.016

Wen Rui, Chen Qianwu, Zhao Yajie, Jia Yiming, Lu Xudong, Zhang Jihong, Li Huanchun, Zhao Peiyi, Zhang Yonghu. Study on Water Temperature Effects and Water Use Efficiency of Paddy Field under Different Plastic Film Mulching Planting Patterns in Arid Area of Loess Plateau in Northwest China. Crops, 2022, 38(6): 111-117 doi:10.16035/j.issn.1001-7283.2022.06.016

水资源短缺已成为世界上所有国家高度关注的问题。黄土高原地处干旱半干旱气候带,区域内海拔800~3000m,年降水量250~500mm,降水时空分布不均,且蒸发强烈,水资源短缺问题更为严峻[1]。因此,如何降低土壤水分蒸发、充分利用有限的自然降水、提高作物对有限水分的利用效率是解决该地区作物产量的关键所在。

农田覆盖能抑制土壤蒸发,提高作物的水分利用效率,已被广泛用于提高旱地农业生态系统的生产力[2-5]。随着农业生产用水的逐年减少,为保障国家粮食安全和提高作物产量,地膜覆盖技术逐步应用到农业生产的每个角落[6-7]。目前生产上广泛应用的地膜种类较多,有PE地膜(普通、白色和黑色)[8]和生物降解地膜[9-12]等,由于渗水膜具有PE膜不具有的渗水性、微通气性、调温性和长效性等优点,近些年,由山西省旱作农业技术专家姚建明研制成功的渗水地膜被广泛应用在干旱农业区小麦[13]、玉米[14]、大豆[15]和谷子[16-19]等作物上。关于不同种类地膜覆盖对谷子农艺性状和产量的影响,前人做了大量研究。任瑞玉等[20]研究了露地、普通地膜覆盖和渗水地膜覆盖3种处理对旱地谷子地膜覆盖种植的土壤水分、地温效应及对其生长发育的影响,结果表明,渗水地膜的渗水作用,使其比普通地膜能接纳更多的雨水,且在温度较低时提高地温的效果更优于普通地膜,在温度较高时渗水地膜的微气孔张开,具有调温作用,更具有改善谷子农艺性状的作用。郭秀卿等[21]研究了不同地膜类型处理对旱地谷子生育时期及产量的影响,结果表明,渗水地膜覆盖不仅加快了谷子的生长发育进程,使谷子提早成熟,而且渗水地膜覆盖处理单位面积穗数明显高于其他处理,产量与其他处理差异极显著,比露地增产50%以上。董孔军等[22]通过研究不同地膜覆盖种植方式对谷子光合作用、生长速度及产量的影响,结果表明,地膜覆盖种植显著提高了谷子生长期间的净光合速率和水分利用效率,有利于光合物质积累,培育大穗饱粒,为高产奠定了基础。大多数研究仅从单一的地膜种植模式或不同类型地膜覆盖对谷子生长发育和产量的影响进行了研究,不同地膜类型和不同种植方式组配对谷田水温效应及谷子产量的影响鲜有报道。本研究在西北黄土高原区谷子主产县(清水河县),采用大区设计,并通过农机与农艺相结合,探讨了PE膜全覆膜、PE膜半覆膜、渗水地膜半覆膜和不覆膜对谷田土壤水热状况及水分利用效率的影响,旨在为本生态区谷子垄膜集雨种植技术提供理论参考,也为脱贫攻坚战提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况和材料

试验设在蒙清农业科技开发有限责任公司试验基地,该基地位于内蒙古清水河县宏河镇高茂泉窑村(111°21′~112°07′ E,39°35′~40°35′ N),平均海拔1373.6m,属典型的黄土高原丘陵旱作雨养农业区,年均降水量219.2mm,≥10℃积温2992.9℃,无霜期125~140d。试验地为沙壤土,据检测[23]土壤有机质6.49g/kg、全氮0.45g/kg、全磷0.74g/kg、全钾18.04g/kg、速效磷1.84mg/kg、速效钾69.78mg/kg。播种时施复合肥750kg/hm2

供试谷子品种为金苗K1,抗拿捕净,生育期116d,由赤峰市农牧业科学院提供。

1.2 试验设计

试验设置PE膜全覆膜起垄穴播(T1)、渗水地膜半覆膜起垄穴播(T2)、PE膜半覆膜起垄穴播(T3)和裸地平作种植(CK)4个处理,大区种植,无重复,顺序排列。各处理面积为0.33hm2,试验地四周种植保护行。全膜幅宽为120cm,半膜幅宽为80cm,膜厚0.008mm。试验于2020年6月2日播种,播深4~6cm,单穴播种8~10粒。10月8日收获。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 土壤含水量

用土钻(直径5.6cm)在每个大区对角线处选3个点进行取样,每10cm为一层。用烘干法[24]在播种前及收获后测定试验地各处理0~100cm土层土壤含水量;在拔节期、抽穗期和成熟期测定各处理0~40cm土壤含水量。土壤含水量(Ws)计算公式为Ws(%)=(W1-W2)/(W2-W3)×100,式中,W1湿土加铝盒重,W2为干土加铝盒重,W3为空铝盒重。

1.3.2 土壤温度

在每个大区的对角线处选3个点,采用数显探针式地温计分别在拔节期、抽穗期和成熟期测定谷子试验地各处理0~30cm土壤温度。

1.3.3 农艺性状及产量性状

拔节期、抽穗期和成熟期分别在每个大区对角线处选5个点,每个点测定20株具有代表性谷子植株的株高、相对叶绿素含量(SPAD)、地上部生物量和植株含水量。成熟期在每个大区的对角线处选5个10m2的点,收取20株,测定其单穗重、单穗粒重和千粒重,计算10m2产量并折合为单位面积产量。

1.3.4 群体水分利用率

群体水分利用率(WUE)计算公式为WUE=Yd/ET,式中,Yd为作物单位面积产量,ET为同面积耗水量(土壤水分变化量加同期降水量)。

1.4 数据处理

采用Excel和SPSS 17.0进行数据统计分析,采用Duncan新复极差法和LSD最小显著差异法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同处理对谷田土壤含水量的影响

2.1.1 不同处理对播前、收获后土壤含水量的影响

图1所示,不同处理播种前和收获后耕层0~30cm土壤含水量差异明显。播种前(图1a),TI、T2和T3处理0~10cm的土壤含水量较CK处理分别增加了166%、74%和56%,达到极显著差异。T1处理10~20cm的土壤含水量较CK处理增加了94%,达到极显著差异;T2处理10~20cm的土壤含水量较CK处理增加了48%,达到显著差异。在20~30、30~40、40~50、50~60、60~70和70~80cm土层,各处理间土壤含水量差异性表现基本一致。T1处理的土壤含水量较CK处理增加范围在57%~ 85%,达到极显著差异;T3、T2和CK处理间差异不显著。T1处理80~90cm的土壤含水量较CK处理增加了75%,达到极显著差异;T2处理80~90cm的土壤含水量较CK处理增加了24%,达到显著差异。T1和T2处理90~100cm的土壤含水量分别较CK处理增加了85%和39%,达到极显著差异;T3处理80~90cm的土壤含水量较CK处理增加了22%,达到显著差异。

图1

图1   不同地膜覆盖对播种前和收获后土层0~100cm土壤含水量的影响

不同大、小写字母分别表示在0.01和0.05水平差异显著。下同

Fig.1   Effects of different plastic film mulching on soil water content in 0-100cm soil layer before sowing and after harvest

Different uppercase and lowercase letters indicate significant difference at P < 0.01 and P < 0.05 levels, respectively. The same below


收获后(图1b),T1处理10~20cm的土壤含水量较CK处理增加了30%,达到极显著差异;T2处理10~20cm的土壤含水量较CK处理增加了19%,达到显著差异;T1和T3处理间差异显著;T1和T2处理间与T3和CK处理间差异不显著。在0~10、20~30、80~90cm土层,各处理间土壤含水量差异性表现基本一致。T1处理0~10、20~30、80~90cm的土壤含水量分别较CK处理增加了43%、27%和89%,达到显著差异;T1、T2和T3处理间差异不显著;T2、T3和CK处理间差异不显著。在30~40、40~50、50~60、60~70和70~80cm土层,各处理间的土壤含水量差异均不显著。

2.1.2 不同处理对不同生育时期耕层土壤含水量的影响

图2可知,T1处理0~40cm土壤含水量均最高,不同生育时期的土壤含水量较CK处理增加范围为18%~111%。

图2

图2   4种处理对不同生育时期土层0~40cm土壤含水量的影响

Fig.2   Effects of four treatments on soil water content in 0-40cm soil layer


图2a发现,拔节期T1处理0~10cm土壤含水量较CK增加了56.26%,达到极显著差异;T1与T3处理间0~10cm土壤含水量差异极显著;T2处理0~10cm土壤含水量较CK处理增加了24.74%,达到显著差异。T1处理0~20cm土壤含水量较CK处理增加了82.08%,达到极显著差异;T1与T2和T3处理0~20cm土壤含水量差异极显著;T2处理0~20cm土壤含水量较CK处理增加了29.78%,达到显著差异。T2处理0~30cm土壤含水量较CK处理增加了53.59%,达到极显著差异;T1处理0~30cm土壤含水量与T3和T2处理差异极显著;T2处理0~30cm土壤含水量较CK处理增加了21.03%,达到显著差异。T1和T2处理0~40cm土壤含水量较CK处理分别增加了27.18%和23.74%,达到显著差异。

图2b发现,抽穗期T1和T2处理0~10cm土壤含水量分别较CK处理增加了93.98%和74.91%,达到极显著差异;T2和T3处理间0~10cm土壤含水量差异极显著。T1和T2处理0~20cm土壤含水量分别较CK处理增加了50.78%和45.04%,达到极显著差异;T2和T3处理间0~20cm土壤含水量差异极显著。T1、T3和T2处理0~30cm土壤含水量分别较CK处理增加了93.02%、50.46%和74.13%,达到极显著差异;T1和 T3处理间0~30cm土壤含水量差异极显著。T1和T2处理0~40cm土壤含水量分别较CK处理增加了43.85%和42.91%,达到极显著差异。

图2c发现,成熟期T1处理0~10cm土壤含水量较CK处理增加了56.14%,达到极显著差异;T2和T3处理0~10cm土壤含水量分别较CK处理增加了30.73%和48.80%,达到显著差异。T1处理0~ 20cm土壤含水量较CK处理增加了17.93%,达到显著差异。T1、T3和T2处理0~30cm土壤含水量分别较CK处理增加了111.08%、44.93%和55.31%,达到极显著差异;T1与T3和T2处理0~30cm土壤含水量差异极显著。T1处理0~40cm土壤含水量较CK处理增加了41.80%,达到极显著差异。

2.2 不同地膜覆盖对谷田土壤温度的影响

土壤温度对谷子生长发育及生育进程发挥着重要的作用。由图3可见,各处理日间0~30cm土壤温度以谷子拔节期最高,在整个生育期T1处理0~30cm土壤温度均高于其他处理。其中,播种前T1处理10~20cm土壤温度较CK处理增加了4.86℃,差异显著;20~30cm土壤温度较T3和CK处理增加了1℃,差异显著。拔节期,0~10、10~20、20~30cm土壤温度T1较CK处理分别增加了6.34℃、0.90℃和1.30℃,T2较CK处理分别增加了5.6℃、0.73℃和1.13℃,差异均达显著水平。抽穗期所有处理间差异均不显著。成熟期,T1和T2处理0~10cm土壤温度较CK处理分别增加了2.86℃和1.96℃,差异显著,且T1和T2处理间差异显著。

图3

图3   4种处理对土壤耕层0~30cm地温的影响

Fig.3   Effects of four treatments on soil temperature in 0-30cm soil layer


2.3 不同处理对谷子农艺性状及产量性状的影响
2.3.1 不同地膜覆盖对谷子株高的影响

株高是反映作物生长发育特征的一个重要指标。如图4a所示,T1、T2和T3处理在不同生育期株高均高于CK处理。拔节期,3种不同地膜覆盖方式间株高差异不显著;T1和T2处理的株高分别较CK处理增加了23%和14%,达到极显著差异;T3处理的株高较CK处理增加了13%,达到显著差异。抽穗期,T1、T3和T2处理的株高分别较CK处理增加了24%、13%和24%,达到极显著差异;T1和T2处理的株高与T3处理差异极显著,但T1与T2处理间株高差异不显著。成熟期,T1、T3和T2处理的株高分别较CK处理增加了7%、1%和7%,4种处理间差异均不显著。

图4

图4   4种处理对谷子不同生育期株高、SPAD、植株含水量以及地上部生物量的影响

Fig.4   Effects of four treatments on plant height, SPAD, plant water content and aboveground biomass in different growth periods of millet


2.3.2 不同地膜覆盖对谷子SPAD的影响

图4b所示,3种不同地膜覆盖方式对谷子不同生育期的SPAD的影响不同。拔节期,T1处理的SPAD较CK处理提高了25%,达到极显著差异;T1处理的SPAD较T3处理差异显著;T2处理的SPAD较CK处理提高了18%,达到显著差异;T3和T2处理间以及T3和CK处理间的SPAD差异不显著。抽穗期,T3和CK处理的SPAD差异不显著,T1和T2处理的SPAD差异不显著。T1和T2处理的SPAD较T3和CK处理平均提高了46%和37%,达到极显著差异。成熟期,T1处理的SPAD较CK处理提高了83%,达到极显著差异;T2处理的SPAD较CK处理提高了28%,达到显著差异;T3和T2处理间以及T3和CK处理间的SPAD差异不显著。

2.3.3 不同地膜覆盖对谷子植株含水量的影响

图4c所示,全生育期不同地膜覆盖方式的植株含水量均呈先增高后下降的趋势,在抽穗期植株含水量达到最大。拔节期,T1、T2和T3处理间的植株含水量差异不显著,但较CK处理分别增加了13%、11%和11%,达到显著差异。抽穗期,T1和T2处理的植株含水量较CK处理分别提高了8%和7%,达到显著差异;T1和T3处理间的植株含水量差异显著,但T3和T2处理间以及T3和CK处理间的植株含水量差异不显著。成熟期,T1、T3和T2处理的植株含水量较CK处理分别增加了16%、11%和12%,但4种处理间的植株含水量差异不显著。

2.3.4 不同地膜覆盖对谷子地上部生物量的影响

地上部生物量可以用于来表示谷子同化物的积累。不同生育期不同地膜覆盖处理的地上部生物量差异如图4d所示。拔节期,3种不同地膜覆盖处理的地上部生物量较裸地平作处理存在一定差异,但差异不显著。抽穗期,T1处理的地上部生物量较CK处理增加了86%,达到极显著差异;T1和T3处理间的地上部生物量差异极显著;T2处理的地上部生物量较裸地平作处理增加了54%,达到显著差异;T3较CK处理的地上部生物量增加了14%,但差异不显著。成熟期,T1较CK处理的地上部生物量增加了226%,达到显著差异;T3和T2较CK处理的地上部生物量分别增加了105%和109%,但差异不显著;3种不同地膜覆盖处理间差异不显著。

2.3.5 不同地膜覆盖对谷子产量性状的影响

表1可知,T1和T2处理的单穗重较CK处理分别增加了112.10%和89.22%,达到极显著差异;T1和T2处理与T3处理的单穗重差异极显著;T1和T2处理间单穗重差异显著;T3和CK处理间差异不显著。

表1   不同处理间产量及其性状与群体水分利用率差异

Table 1  Differences in yield and its traits and population water use efficiency among different treatments

处理
Treatment
单穗重
Panicle weight (g)
单穗粒重
Grain weight per panicle (g)
千粒重
1000-grain weight (g)
产量
Yield (kg/hm2)
群体水分利用率
WUE [kg/(mm∙hm2)]
T110.75±0.48Aa8.25±0.65Aa2.78±0.09Aa3288.31±60.69Aa12.33±0.18Aa
T25.76±0.56Bc4.03±0.3Bc2.61±0.03Abb1567.45±80.28Bb5.83±0.29Bb
T39.59±0.32Ab7.31±0.2Ab2.76±0.05Aa1724.2±135.28Bb6.43±0.49Bb
CK5.07±0.63Bc3.87±0.6Cb2.45±0.08Bc1287.31±80.78Cc4.78±0.32Cc
平均值Mean7.79±2.575.87±2.072.65±0.151966.82±817.387.35±3.08
标准差SD2.802.250.15899.343.39
变异系数CV (%)35.9538.265.8245.7346.21

不同小写字母表示差异显著(P < 0.05),大写字母表示差异极显著(P < 0.01)

Different lowercase letters indicate significant differences at the 0.05 level, different capital letters indicate significant differences at the 0.01 level

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T1、T2和T3处理的单穗粒重较CK处理分别增加了113.26%、88.98%和4.22%,达到极显著差异;T1和T2处理与T3处理的单穗粒重差异极显著;T1和T2处理间单穗粒重差异显著。

T1和T2处理的千粒重较CK处理分别增加了13.38%和12.65%,达到极显著差异;T1和T2处理与T3处理的千粒重差异显著;T3和CK处理间的千粒重差异显著;T1和T2处理间差异不显著。

T1、T2和T3处理的产量较CK处理分别增加了155.44%、33.94%和21.76%,达到极显著差异;T1与T2和T3处理的产量差异极显著;T3和T2处理间差异不显著。

2.4 不同地膜覆盖对群体水分利用率的影响

表1可知,T1、T2和T3处理的群体水分利用率较裸地平作处理分别增加了158.02%、34.54%和22.05%,达到极显著差异;T1与T3和T2处理的产量差异极显著;T3和T2处理间差异不显著。

3 讨论

地膜具有减少土壤表面水分蒸发、提高土壤表面温度、抑制杂草的生长的特性[9],特别是渗水地膜能有效积蓄无效降雨,微通气,更加高效利用降水,提高土壤蓄水能力[25]。不同类型地膜覆盖种植对作物生长的土壤水分和温度、农艺性状以及产量等均产生不同的影响。本研究结果表明,地膜覆盖只影响了谷子的生长速度,对谷子品种自身特性的影响并不大,但不同生育期各处理的株高变化趋势出现了明显的差异。拔节期株高的变化趋势为T1>T3≈T2>CK,而抽穗期和成熟期株高的变化趋势为T1≈T2>T3>CK,这可能是由于该区域拔节期时无有效降雨,T2和T3处理所起到的保温保湿的效果一致,植株的生长发育速度也一致,但均低于T1处理的生长速度。而抽穗期和成熟期正值该区域雨热同期,渗水地膜发挥了其渗水性、微通气性、调温性和长效性等特点,其生长速度显著高于T3处理,略低于T1处理,导致不同生育期各处理的株高变化趋势出现了明显的差异。

解文艳等[26]研究表明,地膜覆盖处理能明显提高春玉米产量和水分利用效率,且能促进作物对氮、磷、钾素的吸收;生物降解地膜在增温保水、改善土壤耕层养分、促进春玉米高产、水肥高效利用及缓解残膜污染等方面效果显著。常乐等[25]比较白膜、渗水地膜、黑膜和不覆膜对谷田土壤水热状况及谷子籽粒水分利用效率的影响,结果表明,谷子田覆盖地膜增产效果显著,黑色地膜在产量和水分利用方面表现更优。任瑞玉等[20]设置露地、普通地膜覆盖和渗水地膜覆盖研究了谷田土温效应,结果表明,渗水地膜和普通地膜均有提高地温的作用,而且渗水地膜在温度较低时提高地温的效果优于普通地膜,在温度较高时渗水地膜的微气孔张开,具有调温作用,使得在气温较高时渗水地膜覆盖下的地温明显低于普通地膜覆盖下的地温;渗水地膜覆盖处理较普通地膜相比,具有改善谷子农艺性状的作用,且使谷子增产6.75%。上述结果与本文所涉及的T2、T3和CK处理结果一致。本文中T2较T3处理不同生育期0~40cm土壤含水量提高0.12%~3.28%;不同生育期0~30cm土壤温度提高0.07℃~1.8℃,其中成熟期0~10cm地温提高的最多,为1.8℃;不同生育期的株高、SPAD、地上部生物量和植株含水量等农艺性状的表现均不同程度地优于T3处理,其中抽穗期SPAD的表现最显著,提高10.75;T2较T3处理的产量提高了156.75kg/hm2,群体水分利用率提高了0.6kg/(mm·hm2),降水生产率提高了0.58kg/(mm·hm2)。虽然渗水地膜处理的增产效果较PE地膜处理未达到显著差异,但产量提高10%左右,对于农业增产、农民增收具有一定的积极作用。本研究对PE膜半覆膜起垄穴播和渗水地膜半覆膜起垄穴播处理进行了比较分析,未设置PE膜全覆膜起垄穴播处理和渗水地膜全覆膜起垄穴播处理,可进一步进行深入研究,了解渗水地膜和PE膜全覆膜起垄穴播处理之间的差异。

4 结论

PE膜全覆膜起垄穴播促进谷子的生长发育进程,促进谷子早出苗,缩短谷子生育期,可有效提高谷子各阶段的株高、SPAD、植株含水量和地上部生物量;PE膜全覆膜起垄穴播能够有效改善谷田土壤的湿度和温度,有利于灌浆和提高产量,平均产量和群体水分利用率分别为3288.31kg/hm2和12.33kg/(mm·hm2),比裸地平作分别提高67.19%和158%,PE膜全覆膜起垄穴播种植模式可在本生态区示范推广。

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Film mulch has gradually been popularized to increase water availability to crops for improving and stabilizing agricultural production in the semiarid areas of Northwest China. To find more sustainable and economic film mulch methods for alleviating drought stress in semiarid region, it is necessary to test optimum planting methods in same cultivation conditions. A field experiment was conducted during 2013 and 2014 to evaluate the effects of different plastic film mulch methods on soil water, soil temperature, water use efficiency (WUE), yield and revenue. The treatments included: (i) the control, conventional flat planting without plastic film mulch (CK); (ii) flat planting with maize rows (60 cm spacing) on plastic film mulch (70 cm wide); (iii) furrow planting of maize (60 cm spacing), separated by consecutive plastic film- mulched ridges (each 50 cm wide and 15 cm tall); (iv) furrow planting of maize (60 cm spacing), separated by alternating large and small plastic film-mulched ridges (large ridges: 70 cm wide and 15 cm tall, small ridges 50 cm wide and 10 cm tall); and (v) furrow-flat planting of maize (60 cm spacing) with a large plastic film-mulched ridge (60 cm wide and 15 cm tall) alternating with a flat without plastic film-mulched space ( 60 cm wide). Topsoil temperature (5-25 cm) was significantly (p < 0.05) higher in field plots with plastic film mulch than the control (CK), and resulted in greater soil water storage (0- 200 cm) up to 40 days after planting. Maize grain yield and WUE were significantly (p < 0.05) higher with the furrow planting methods (consecutive film- mulched ridges and alternating film-mulched ridges) than the check in both years. Maize yield was, on average, 29% (p < 0.05) greater and 28% (p < 0.05) greater with these furrow planting methods, while the average WUE increased by 22.8% (p < 0.05) with consecutive filmmulched ridges and 21.1% (p < 0.05) with alternating film-mulched ridges. The 2-year average net income increased by 1559, 528, and 350 Chinese Yuan (CNY) ha 1 with the consecutive film-mulched ridges, furrow-flat planting and alternating film-mulched ridges, respectively, compared with the control (CK). We conclude that the consecutive film-mulched ridge method was the most productive and profitable for maize in this semi-arid area with limited and erratic precipitation.

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秸秆带状覆盖技术是一种利用玉米整秸秆进行局部覆盖种植的新型旱地覆盖栽培技术.为明确西北黄土高原典型旱作条件下秸秆带状覆盖对冬麦田土壤水热动态特征和产量的影响,在2013—2016年3个生长季,比较了秸秆带状覆盖(BSC)、免耕秸秆覆盖(NTS)、全膜覆土穴播(PFM)和露地种植(CK)下麦田土壤水温动态、小麦耗水特征、产量和水分利用效率的差异.结果表明: PFM显著增加了拔节前5~20 cm土壤温度,而BSC和NTS的增温效应主要在越冬期,但拔节后3种覆盖方式均具有显著的降温效应.BSC和PFM显著提高休闲期土壤蓄水效果,BSC显著改善全生育期0~200 cm土壤墒情,但PFM和NTS对生育期土壤墒情的改善主要集中在抽穗期以前,抽穗后PFM土壤墒情逐渐低于CK.BSC和PFM在保持周年耗水与CK无显著差异的基础上,显著提高生育期耗水量,增加拔节至开花期阶段耗水量,促进对120 cm以下土壤水分的利用.与CK相比,BSC、NTS和PFM显著增加单位面积穗数和成熟期生物量,籽粒产量分别显著增加19%~52%、14%~30%和15%~60%,周年水分利用效率分别显著提高19%~61%、14%~31%和15%~58%.BSC取得与PFM相近的产量和水分利用效率双增潜力.综合冬小麦产量、水温利用状况、周年耗水等因素,BSC是一种高产高效且利于西北旱作农业可持续发展的种植方式.

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为探明西北黄土高原半干旱区全生物降解地膜覆盖种植的生态学效应及对春小麦生产的影响, 寻求绿色、高效、可持续的覆盖种植方式, 以传统裸地穴播(CK)为对照, 于2015—2018年系统研究了全生物降解地膜全膜覆土穴播(BM)与普通聚乙烯地膜全膜覆土穴播(PM)的土壤水分效应、休闲效率及其对春小麦产量和水分利用效率的影响。结果表明: BM和PM均显著提高了春小麦各生育时期0~200 cm土层贮水量和农田休闲效率, BM与PM差异不显著。2015—2018年BM贮水量分别较CK增加了9.5、14.2、25.0和39.0 mm, 定位连作4年收获时, 0~200 cm土层PM、BM、CK贮水量分别为347.5、345.5和320.0 mm。BM和PM降雨休闲效率分别较CK提高39.63%和43.98%。BM在小麦出苗率、有效穗数与成穗率方面与PM基本相当, 显著高于CK。旱年BM出苗数量较CK提高15.87%, 有效穗数除2015年外, 其余年份平均提高14.70%, 成穗率4年平均提高3.08%。BM在干物质积累总量与PM基本相同的情况下, 花前干物质积累量略低于PM, 但提高了花后干物质积累量, 这更有助于籽粒灌浆和产量形成, 二者各生育时期干物质积累量均显著高于CK。PM、BM、CK 4年平均耗水量分别为287.46、289.76和276.06 mm, BM较PM增加了棵间蒸发耗水。BM和PM 4年分别平均较CK增产48.07%和54.95%, 水分利用效率提高了46.08%和56.07%, BM与PM差异不显著。全生物降解地膜在土壤水分效应、小麦产量效应方面与PE地膜无显著差异, 可应用于旱地春小麦全膜覆土穴播栽培技术中, 为旱地小麦绿色高效生产提供技术支撑。

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为探明不同沟垄集雨结合覆盖模式对土壤水热肥特性与旱作马铃薯产量的影响, 于2015&#x02014;2016年在宁南旱区连续两年设置6种沟垄集雨结合覆盖模式定位试验[垄上覆盖塑料地膜, 沟内分别覆盖塑料地膜(PP)、玉米秸秆(PS)、生物降解地膜(PB)、麻纤维地膜(PF)、液态地膜(PL)和沟不覆盖(PN)], 以平作不覆盖为对照(CK), 研究其对土壤水分、温度、养分及马铃薯产量的影响。沟垄集雨结合覆盖模式可显著提高全生育期平均0~200 cm层土壤贮水量, 以PS处理的保墒效果最佳。PP处理对马铃薯生育期土壤温度(0~25 cm)具有显著的增温效果, 而PS处理降温效果显著。与试验处理前相比, 2年马铃薯收获期不同沟垄集雨结合覆盖模式下0~40 cm层土壤有机碳、全氮、碱解氮、速效磷含量均显著提高, 而速效钾含量显著降低, 与对照相比均显著提高, 其中以PS处理增幅最大。沟垄集雨结合覆盖模式能显著提高马铃薯产量和商品薯率, 其中以PS和PP处理最高, PB、PF和PL处理次之, 而PN与CK无显著差异。通过相关分析及通径分析发现, 土壤水分、有机碳及温度是制约马铃薯高产的重要因子。垄覆地膜沟覆秸秆处理可显著改善旱作土壤水热肥环境, 提高马铃薯产量, 在宁南旱区马铃薯高产栽培中具有一定的应用价值。

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