西北旱地春小麥不同覆蓋措施的溫度和產(chǎn)量效應(yīng)

程宏波, 柴守璽, 陳玉章, 范穎丹, 黃彩霞, 常 磊, 楊長(zhǎng)剛

1 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院, 干旱生境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 蘭州 730070 2 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院, 干旱生境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 蘭州 730070 3 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院, 干旱生境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 蘭州 730070

西北旱地春小麥不同覆蓋措施的溫度和產(chǎn)量效應(yīng)

程宏波1, 柴守璽2,*, 陳玉章2, 范穎丹2, 黃彩霞3, 常 磊2, 楊長(zhǎng)剛2

1 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院, 干旱生境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 蘭州 730070 2 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院, 干旱生境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 蘭州 730070 3 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院, 干旱生境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 蘭州 730070

在西北半干旱雨養(yǎng)條件下，以春小麥為材料，研究了夏季覆膜(T1)、秋季覆膜(T2)、春季覆膜(T3)、小麥碎稈覆蓋(T4)、小麥整稈覆蓋(T5)、夏季覆膜+麥稈還田 (T6)和無(wú)覆蓋對(duì)照(CK)7個(gè)處理間0—20 cm土壤溫度、產(chǎn)量和重要農(nóng)藝指標(biāo)的差異。結(jié)果表明：處理間在不同生育時(shí)期、不同土層的土壤溫度存在顯著差異。生育時(shí)期間比較，處理間土壤溫度差異以播種期—分蘗期最大、蠟熟期—成熟期次之、拔節(jié)期—灌漿中期較??；土層間比較，處理間土壤5 cm處的溫度差異依次大于10 cm、15 cm、20 cm處。T6在各時(shí)期、各土層均表現(xiàn)出突出的增溫效應(yīng)，全生育期土壤平均溫度較CK高0.57 ℃，以成熟期、播種期及分蘗期增溫效果較大；其它覆蓋處理存在增溫和降溫的雙重效應(yīng)，增溫效應(yīng)覆膜>秸稈覆蓋，而降溫效應(yīng)則秸稈覆蓋>覆膜，各處理的32個(gè)土壤溫度測(cè)試點(diǎn)中，增溫點(diǎn)次以T4最少(僅有9個(gè))，降溫點(diǎn)次為23個(gè)，且T4降溫幅度最大，全生育期0—20 cm土壤平均溫度較CK低0.63 ℃，降溫效果在播種期和分蘗期尤為突出。覆蓋處理全生育期土壤平均溫度表現(xiàn)為覆膜>CK>秸稈覆蓋。溫差最高值出現(xiàn)在分蘗期土壤5 cm處的T6與T4間，T6高出T44.23 ℃。T6可以平抑生育期間土壤溫度的變化，其它5個(gè)覆蓋處理則加劇土壤溫度的波動(dòng)，以T4處理的土壤溫度波動(dòng)最明顯(CV為32.4%)。處理間產(chǎn)量、單位面積穗數(shù)、穗粒數(shù)間差異顯著，而千粒重差異不顯著。無(wú)論覆膜還是秸稈覆蓋，都較CK穗粒數(shù)顯著增加(17.4%—36.3%)。除T5較CK顯著減產(chǎn)14.1%外，其它覆蓋處理均較CK顯著增產(chǎn)21.7%—37.3%，其中以全膜覆土穴播基礎(chǔ)上的秋季覆膜 (T2)增產(chǎn)最顯著，適宜在西北旱地春小麥產(chǎn)區(qū)推廣應(yīng)用。土壤溫度主要影響營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)，拔節(jié)—開(kāi)花期0—20 cm的土壤溫度與株高高度正相關(guān)(0.77*—0.92**)，但覆蓋引起土壤溫度的變化最終對(duì)西北旱地春小麥產(chǎn)量沒(méi)有關(guān)鍵影響。

雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū); 春小麥; 地膜覆蓋; 秸稈覆蓋; 土壤溫度; 西北

覆蓋栽培是西北旱作農(nóng)業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)，包括地膜覆蓋和秸稈覆蓋兩種。保墑和調(diào)節(jié)土壤溫度是覆蓋最明顯的效應(yīng)，但以往人們更關(guān)注覆蓋的保墑效應(yīng)，而對(duì)覆蓋溫度效應(yīng)的研究重視不夠，尤其在西北旱地春小麥上關(guān)于覆蓋溫度效應(yīng)方面的研究報(bào)道很少。在西北積溫不足的旱作區(qū)，覆蓋的溫度效應(yīng)有時(shí)具有特殊重要的生態(tài)生產(chǎn)意義，甚至直接影響覆蓋技術(shù)成敗或適用范圍。保墑與增溫通常被認(rèn)為是西北旱作區(qū)地膜覆蓋能大幅度增產(chǎn)的主要原因。近年甘肅省成功推廣全膜雙壟溝旱地地膜玉米栽培新技術(shù)80萬(wàn)hm2，不僅能普遍大幅度增產(chǎn)，而且由于覆膜增溫效應(yīng)，可將玉米種植帶擴(kuò)展到海拔2000 m以上的寒旱區(qū)。不少研究表明，地膜覆蓋可明顯提高地溫[1-5]，冬小麥覆膜一般提高苗期0—10 cm地溫1—2 ℃，可促進(jìn)早熟，彌補(bǔ)冬前積溫不足，降低越冬死亡率[6-7]，延長(zhǎng)穗分化時(shí)間和增加小穗數(shù)[8]，增產(chǎn)30%以上[9-10]。而秸稈覆蓋由于明顯降低地溫[11-16]，進(jìn)而會(huì)導(dǎo)致小麥[11,17-18]、玉米[12,15,19]出苗率降低，生育延遲，營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)受到抑制，有時(shí)造成嚴(yán)重減產(chǎn)。

但隨著研究的深入，發(fā)現(xiàn)覆蓋的溫度效應(yīng)遠(yuǎn)比人們想象的要復(fù)雜得多。在小麥、棉花、玉米、大豆等作物上發(fā)現(xiàn)，無(wú)論地膜覆蓋還是秸稈覆蓋，與無(wú)覆蓋相比，都會(huì)出現(xiàn)前期低溫季節(jié)增溫、后期高溫季節(jié)降溫的雙重效應(yīng)[8,17-18,20-25]，并能平抑地溫在季節(jié)間和晝夜間的劇烈變化[8,26]，這種雙重效應(yīng)被認(rèn)為也是覆蓋增產(chǎn)的重要機(jī)制[17]。不少研究表明，覆蓋對(duì)土壤溫度的影響因覆蓋材料[1-2,27]、覆蓋方式與時(shí)期[3-6]、土壤層次[7]、作物種類、當(dāng)?shù)貧夂驐l件和作物生長(zhǎng)季節(jié)等的不同也有很大差異[8-10,28]。但覆蓋引起的地溫變化是否有利或不利于作物生長(zhǎng)及高產(chǎn)、或?qū)ζ溆袩o(wú)明顯影響，也視具體情況而定，不能一概而論。例如，Hari等[14]在印度西北部同樣對(duì)小麥和玉米秸稈覆蓋研究表明，麥稈覆蓋后雖然地溫始終低于未覆蓋，其中播種層低2.7—3.1 ℃，但最終仍顯著提高了產(chǎn)量和水分利用率。覆膜雖能普遍增產(chǎn)，但有時(shí)覆膜增溫可能會(huì)導(dǎo)致小麥后期早衰和粒重下降[29]。在玉米上也發(fā)現(xiàn)由于覆膜增溫生育期明顯提前，抽雄前后常易遭受嚴(yán)重伏旱而減產(chǎn)，有時(shí)減產(chǎn)達(dá)70%[30]。不同覆蓋方式間土壤溫度差異也很大。山西在旱地冬小麥上測(cè)定[31]，全地面覆膜平作穴播較壟膜溝播(又稱膜側(cè)條播)全生育期15 cm處地溫高出0.98 ℃，積溫增加233 ℃，但二者的幼穗分化期長(zhǎng)短及進(jìn)程、穗粒數(shù)、千粒重都差異不大，地溫差異似乎與產(chǎn)量高低關(guān)系不大。旱地春小麥研究發(fā)現(xiàn)[21]，春季覆膜和秋季覆膜地溫差異不大，但膜上覆土與不覆土兩種方式間差異較大，全生育期0—25 cm平均地溫覆土較不覆土低1.57 ℃，但產(chǎn)量高24.4%，覆土高產(chǎn)原因主要是提高了穗粒數(shù)，而千粒重相差不大，穗粒數(shù)增多顯然與低溫有利于延長(zhǎng)穗分化期有關(guān)；研究同時(shí)發(fā)現(xiàn)覆膜增溫效果土壤下層大于上層，早晨依次大于傍晚和中午。

西北旱地春小麥主要分布在甘肅、寧夏、青海，在生態(tài)區(qū)劃上屬西北春播春性麥區(qū)，該區(qū)域積溫不足、一年一熟、旱寒同駐、內(nèi)陸性氣候強(qiáng)烈，旱地春小麥?zhǔn)钱?dāng)?shù)赜牮B(yǎng)區(qū)少數(shù)可適宜種植的主要作物。但春小麥播種后氣溫一直處于持續(xù)提高狀態(tài)，又常遭遇春末夏初干旱，水熱互作明顯，產(chǎn)量低而不穩(wěn)，覆蓋種植是當(dāng)?shù)卮盒←溈购翟霎a(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的主要途徑。為了實(shí)現(xiàn)有限降水的高效蓄保和提高降水生產(chǎn)效率，各地近年通過(guò)積極探索改進(jìn)，提出了一些小麥覆蓋栽培新技術(shù)，包括在全膜覆土穴播新技術(shù)基礎(chǔ)上的不同季節(jié)覆蓋技術(shù)，為了避免地膜污染和節(jié)省成本、實(shí)現(xiàn)用養(yǎng)結(jié)合和水肥互調(diào)而提出的各種秸稈覆蓋技術(shù)，以及地膜覆蓋與秸稈還田結(jié)合技術(shù)等。這些研發(fā)改進(jìn)的新技術(shù)大多具有程度不等的保墑增產(chǎn)效果，但對(duì)地溫的影響、以及地溫變化對(duì)生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量形成的影響如何，尚缺乏較全面深入的研究。西北旱地春小麥分布區(qū)的生態(tài)生產(chǎn)條件、以及該作物本身具有一定的特殊性，如前所述，覆蓋的溫度效應(yīng)又隨覆蓋技術(shù)、作物種類、時(shí)空環(huán)境等的不同差異很大，已有在其它作物和環(huán)境下的研究結(jié)果只能借鑒，究其上述新型覆蓋技術(shù)在西北旱地春小麥上的溫度效應(yīng)以及溫度對(duì)產(chǎn)量影響如何，還需通過(guò)當(dāng)?shù)鼐唧w試驗(yàn)研究才能確定。

1 研究地區(qū)與研究方法

1.1 研究地區(qū)概況

試驗(yàn)于2012年3月—2012年7月在西北旱地春小麥代表區(qū)甘肅省通渭縣甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗(yàn)基地進(jìn)行。試驗(yàn)基地屬溫帶半干旱氣候帶，土壤為黃綿土，海拔1590 m，年日照時(shí)數(shù)2100—2430 h，年均氣溫7.4 ℃，無(wú)霜期120—170 d，年蒸發(fā)量>1500 mm，年均降水量444.2 mm。試驗(yàn)?zāi)甓刃←溕?3—7月)總降水量471.0 mm，其中≥5 mm的有效降水350.0 mm。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

春小麥供試品種為西旱2號(hào)，地膜采用幅寬120 cm、厚度0.008 mm高強(qiáng)度地膜。試驗(yàn)共設(shè)7個(gè)處理，其中地膜覆蓋處理4個(gè)(T1、T2、T3、T6)，秸稈覆蓋處理2個(gè)(T4、T5)，以無(wú)覆蓋露地種植為對(duì)照(CK)。小區(qū)面積31.9 m2(5.8 m×5.5 m)，3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組。

夏季覆膜(T1) 采取全膜覆土穴播方式。夏茬收獲后立即滅茬整地，夏季全地面平作覆膜、膜面覆土1 cm，秋季穴播。

秋季覆膜(T2) 秋季覆膜，其余同T1。

春季覆膜(T3) 春季播前覆膜，其余同T1。

小麥碎稈夏季覆蓋(T4) 夏季將秸稈粉碎成5 cm左右，均勻覆蓋于小區(qū)中，覆蓋厚度以不見(jiàn)裸地為宜，覆蓋量為風(fēng)干重3540 kg/hm2。播種時(shí)把秸稈豁開(kāi)開(kāi)溝，種子均勻播灑于溝內(nèi)，然后覆土并蓋回秸稈。

小麥整稈夏季覆蓋(T5) 夏季將小麥整稈均勻覆蓋于小區(qū)中，覆蓋量和開(kāi)溝播種方法同T4。

夏季覆膜+麥秸還田(T6) 將小麥秸稈粉碎成5 cm左右，夏季將秸稈旋耕還田后隨即覆膜，秸稈還田量為風(fēng)干重4500 kg/hm2，覆膜方式同T1。

對(duì)照(CK) 不覆膜，平作，穴播。

夏季地膜覆蓋及秸稈覆蓋的時(shí)間為2011年8月10日，秋季覆膜時(shí)間為同年10月2日，春季覆膜時(shí)間為2012年3月12日，播種期為2012年3月20日。各處理播種量和施肥量相同。播量按187.5 kg/hm2下種，每小區(qū)種29行，行距20 cm。穴播小區(qū)穴距12 cm，每穴8粒，條播小區(qū)每行播量21.2 g。播前施優(yōu)質(zhì)農(nóng)家肥45 t/hm2，純氮和P2O5各120 kg/hm2，所有肥料在夏季結(jié)合滅茬一次性旋耕施入。生育時(shí)期不再追肥，灌漿后期進(jìn)行“一噴三防”。

1.3 測(cè)定指標(biāo)與方法

1.3.1 土壤溫度測(cè)定

各生育時(shí)期各小區(qū)分5、10、15、20 cm 4個(gè)土層分別測(cè)定，地溫計(jì)埋入各小區(qū)中間行間，全生育期均在固定地方讀取地溫。各生育時(shí)期測(cè)定時(shí)，均選在干燥晴天進(jìn)行，分別在早晨(6:00—8:00)、中午(12:00—14:00)和傍晚(17:00—18:30)分3次測(cè)定，日均溫取早、中、晚3次測(cè)定平均值。

1.3.2 土壤含水量測(cè)定

各生育時(shí)期各小區(qū)取0—20 cm土層土樣采用烘干法測(cè)定土壤含水量。

土壤含水量=(土壤鮮質(zhì)量-烘干土質(zhì)量)/烘干土質(zhì)量×100%

1.3.3 農(nóng)藝指標(biāo)的測(cè)定

各生育時(shí)期采用烘干法測(cè)定植株含水量，在開(kāi)花期測(cè)定單株干重，取樣方法均為各小區(qū)隨機(jī)選小麥20株。苗期每小區(qū)選3點(diǎn)測(cè)定單位面積穗數(shù)、基本苗。成熟時(shí)每小區(qū)全部實(shí)收、單獨(dú)脫粒計(jì)產(chǎn)，同時(shí)每小區(qū)隨機(jī)取20株室內(nèi)測(cè)定穗粒數(shù)、千粒重、株高等農(nóng)藝指標(biāo)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)用Excel作圖，用SPSS16.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果分析

2.1 土壤溫度的時(shí)空動(dòng)態(tài)差異

圖1直觀反映了不同時(shí)期和土層土壤溫度的時(shí)空變化及差異。各處理的土壤絕對(duì)溫度(日均溫)一致表現(xiàn)為：隨著土層加深而降低，隨著生育時(shí)期的推進(jìn)而升高。處理間在各時(shí)期、各土層都存在顯著(P>0.05)和不顯著(P<0.05)的差異，但處理間差異幅度因時(shí)期、土層的不同有較大差別。從時(shí)期上比較，處理間的差異以前期(播種期—分蘗期)最明顯且達(dá)到顯著水平(P>0.05)、后期(蠟熟期—完熟期)次之、中期(拔節(jié)期—灌漿中期)較??；土層間比較，上層大于下層。比較不同時(shí)期0—20 cm平均溫度(圖2)和各土層全生育期平均溫度(圖3)，也可明顯看出上述隨不同時(shí)期和土層的溫度變化趨勢(shì)和處理間差異趨勢(shì)。夏季覆膜+麥秸還田處理(T6)和小麥碎稈覆蓋(T4)無(wú)論各時(shí)期平均溫度、還是各土層平均溫度，均與其它處理有顯著差異(P>0.05)。

處理間溫度極差最高值出現(xiàn)在分蘗期土壤5cm處的T6與T4間，T6高出T44.23 ℃，最小值出現(xiàn)在拔節(jié)期土壤15 cm處的T2與T3間(0.33℃)；各時(shí)期0—20 cm的平均極差為：前期2.70 ℃—2.88 ℃、中期0.35—0.76 ℃、后期1.00—1.99 ℃，各土層全生育期的平均極差依次為5 cm(1.75 ℃)>10 cm(1.52 ℃)>15 cm(1.38 ℃)>20 cm(1.28 ℃)。處理間變異系數(shù)(CV)前期7.54%—11.92%，中期0.77%—1.14%，后期1.55%—3.43%，各時(shí)期CV和極差趨勢(shì)一致，但各土層處理間CV大小相近(3.79%—4.05%)。

從圖1明顯可見(jiàn)，覆膜處理的溫度一般高于秸稈覆蓋處理。夏覆膜+麥秸還田處理(T6)在大多情況都處于最高或較高狀態(tài)，而小麥碎稈覆蓋(T4)在大多情況下處于最低或較低狀態(tài)。

與無(wú)覆蓋的CK相比，T6在各時(shí)期、各土層表現(xiàn)出突出的增溫效應(yīng)，而其它覆蓋處理都不同程度地存在增溫和降溫的雙重效應(yīng)，增溫效應(yīng)覆膜>秸稈覆蓋，而降溫效應(yīng)則秸稈覆蓋>覆膜，以碎稈覆蓋(T4)降溫最明顯。

統(tǒng)計(jì)圖1中覆蓋較CK增溫點(diǎn)次比例，在覆蓋處理共192個(gè)測(cè)定點(diǎn)次中，有54.7%的點(diǎn)次高于CK，相應(yīng)45.3%點(diǎn)次低于CK。但處理間相差較大，各處理較CK增溫點(diǎn)次比例依次為：T6(96.9%)>T3(68.7%) >T5(53.1%) >T1(46.9%) >T2(43.8%) >T4(28.8%)。比較增溫和降溫幅度，各處理全生育期0—20 cm土壤平均溫度與CK的差值依次為：T6(0.57 ℃)>T3(0.21 ℃)>T2(-0.05 ℃)>T1(-0.07 ℃)>T5(-0.25 ℃)>T4(-0.63 ℃)。

圖1 各生育期各土層溫度的時(shí)空變化Fig.1 The temporal and spatial differences of soil temperature on different growth stages and soil layers treatmentsT1：夏季覆膜Mulching plastic film applied in the summer； T2：秋季覆膜Mulching plastic film applied in the autumn；T3：春季覆蓋Mulching plastic film applied in the spring；T4：小麥碎稈覆蓋 Mulching 5 cm length wheat straw in summer；T5：小麥整稈覆蓋 Mulching whole wheat straw in summer； T6：夏季覆膜+麥稈還田The combination T1 to field-returned wheat straw；CK：無(wú)覆蓋對(duì)照 Un-mulched control

全生育期0—20cm土壤平均溫度CK與T6、T3、T5、T4間分別存在顯著差異(P<0.05)，春季覆膜顯著高于秋季覆膜和夏季覆膜，整稈覆蓋明顯高于碎稈覆蓋。平均來(lái)看，覆膜(19.68 ℃)>CK(19.51 ℃)>秸稈覆蓋(19.07 ℃)。

比較各時(shí)期0—20 cm土壤平均溫度(圖2)，覆膜平均與CK的差值各時(shí)期依次為：成熟期(1.14 ℃)>孕穗期和播種期(0.30 ℃)>拔節(jié)期(0.21 ℃)>開(kāi)花期(0.02 ℃)>灌漿中期(-0.02 ℃)>蠟熟期(-0.14 ℃)>分蘗期(-1.00 ℃)；而秸稈覆蓋平均與CK的差值各時(shí)期依次為：蠟熟期(0.25 ℃)>拔節(jié)期(0.06 ℃) >成熟期(-0.03 ℃)>孕穗期(-0.07 ℃)>開(kāi)花期(-0.19 ℃)>灌漿中期(-0.28 ℃)>播種期(-1.54 ℃)>分蘗期(-1.73 ℃)。由上述差值可見(jiàn)，覆膜的增溫效應(yīng)以成熟期最大，而秸稈覆蓋降溫效應(yīng)以前期(播種—分蘗期)最明顯。需要強(qiáng)調(diào)的是：在拔節(jié)—孕穗期營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)旺盛階段，覆膜較CK的明顯增溫有利于促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)，秸稈覆蓋雖然有普遍降溫效應(yīng)，但該階段秸稈覆蓋與CK地溫相差很小，不會(huì)造成對(duì)營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)的明顯抑制。在開(kāi)花—灌漿中期的氣溫較高季節(jié)，秸稈覆蓋的明顯降溫效應(yīng)顯然有利于減輕高溫脅迫和促進(jìn)籽粒灌漿，覆膜雖然前期有明顯增溫效應(yīng)，但在該階段也與CK相近，不會(huì)明顯抑制籽粒形成和灌漿。小麥粒重在蠟熟期達(dá)到最大且灌漿結(jié)束，因此成熟期的溫度差異意義不大。

比較全生育期各土層平均溫度(圖3)，覆膜增溫效應(yīng)和秸稈覆蓋降溫效應(yīng)都以土壤5 cm處最明顯。覆膜-CK差值各土層依次為：5 cm(0.35 ℃)>10 cm(0.29 ℃)>15 cm(0.02 ℃)>20 cm(-0.02 ℃)，而秸稈覆蓋-CK差值各土層依次為：10 cm和20 cm(-0.35 ℃)>15 cm(-0.42 ℃)>5 cm(-0.61 ℃)。

圖3 各土層全生育期土壤平均溫度 Fig.3 The mean temperature in the different soil layers during the whole growth period of spring wheat

T6和T4不僅具有全面突出的增溫和降溫效應(yīng)，而且在增溫和降溫的時(shí)空表現(xiàn)上有一定特殊性。T6與其他3種覆膜處理(T1、T2、T3)相比，除在成熟期增溫最明顯外(1.86 ℃)，播種期(0.87 ℃)和分蘗期(0.59 ℃)增溫幅度也明顯高于其他時(shí)期(0.13 ℃—0.35 ℃)，在土層上則以10 cm處增溫幅度最大，T6-CK差值各土層依次為：10 cm(0.72 ℃)>5 cm(0.68 ℃)>15 cm(0.47 ℃)>20 cm(0.40 ℃)；T4與T5相比，T4降溫幅度分蘗期>播種期，而T5相反，T4-CK差值各時(shí)期依次為：蠟熟期(0.02 ℃)>拔節(jié)期(0.01 ℃) > 成熟期(-0.13 ℃)>孕穗期(-0.17 ℃)>開(kāi)花期(-0.24 ℃)>灌漿中期(-0.41 ℃) >播種期(-1.83 ℃)>分蘗期(-2.29 ℃)；土層間比較，T4與T5雖然都以5 cm處降溫幅度最大，分別為-0.78 ℃和-0.43 ℃，但T4在其它3個(gè)土層降溫幅度相近(-0.55 ℃—-0.60 ℃)，而T5在10 cm(-0.21 ℃)和15 cm(-0.24 ℃)處的降溫幅度高出20 cm處1倍以上(-0.11 ℃)。

各處理0—20 cm土壤平均溫度在不同生育時(shí)期間的變異系數(shù)依次為：T4(32.4%)>T5(30.7%)>T2(29.9%)>T1(29.3%)>T3(29.0%)>CK(27.5%)>T6(26.8%)，可見(jiàn)除T6外，其它5個(gè)覆蓋處理較CK明顯加劇了生育期間溫度的波動(dòng)，以秸稈覆蓋的溫度波動(dòng)幅度最大，而T6可平抑溫度的劇烈變化。

作物生長(zhǎng)發(fā)育是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程，因此溫度對(duì)生長(zhǎng)發(fā)育的影響實(shí)際上主要反映的是有效積溫影響。以往對(duì)小麥生長(zhǎng)與氣溫關(guān)系研究表明，主莖每出生一片葉，約需有效積溫75 ℃[32]，相應(yīng)地可長(zhǎng)出1條(個(gè))以上的次生根和分蘗，前期根、莖、葉的出生數(shù)量和出生早晚對(duì)營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)量會(huì)產(chǎn)生重要影響。本試驗(yàn)期間，春小麥全生育期土壤平均溫度每相差1 ℃，土壤有效積溫相差124 ℃。T6和T4全生育期0—20 cm土壤平均溫度雖然與CK分別僅相差0.57 ℃和-0.63 ℃，但全生育期有效積溫(≥0 ℃)相差甚大，T6和T4與CK分別相差70.7 ℃、-78.1 ℃，T6和T4間相差高達(dá)148.8 ℃。有效積溫的差異主要在前期，T6和T4在播種—拔節(jié)的苗期階段土壤有效積溫相差122.1 ℃，占到全生育期有效積溫總差異的82%。

2.2 土壤溫度的日變化差異

圖4反映了早、中、晚全生育期平均溫度差異及變化，各處理一致表現(xiàn)為：早晨隨著土層加深、溫度越高，中午和傍晚則相反。處理間的差異傍晚>中午>早晨、上層大于下層。處理間變異系數(shù)早、中、晚分別為1.3%、2.1%、2.6%，土層間依次為5 cm(2.4%)>10 cm(2.0%)>15 cm(1.9%)>20 cm(1.8%)。與CK相比，覆膜的增溫幅度和秸稈覆蓋的降溫幅度平均以傍晚和土壤5 cm處最明顯。

圖4 不同土層溫度平均日變化Fig.4 Average diurnal changes of soil temperature in various soil layers across the whole growth period

覆膜的增溫效應(yīng)主要出現(xiàn)在早晨和傍晚，在中午各土層覆膜(除T6外)也出現(xiàn)普遍降溫現(xiàn)象，但兩種秸稈覆蓋在早、中、晚各土層一致表現(xiàn)為降溫效應(yīng)。需要強(qiáng)調(diào)的是，T6在早、中、晚各土層都高于CK和其他處理，而T4則都低于CK和其他處理，分別表現(xiàn)全面、明顯的增溫和降溫效應(yīng)。

2.3 產(chǎn)量及主要農(nóng)藝指標(biāo)差異

從表1可見(jiàn)，處理間產(chǎn)量存在顯著差異。除小麥整稈夏季覆蓋(T5)較無(wú)覆蓋對(duì)照(CK)顯著減產(chǎn)14.1%外，其它覆蓋處理均較CK顯著增產(chǎn)，以秋季覆膜(T2)增產(chǎn)幅度最大(37.3%)、小麥碎稈夏季覆蓋(T4)增產(chǎn)幅度最小(21.7%)。覆膜處理間比較，夏季覆膜(T1)和秋季覆膜(T2)的產(chǎn)量顯著高于春季覆膜(T3)，但夏季覆膜+麥秸還田(T6)和夏季覆膜(T1)間產(chǎn)量差異不顯著，表明短期秸稈還田沒(méi)有顯著增產(chǎn)效應(yīng)。

比較產(chǎn)量三要素差異，處理間單位面積穗數(shù)、穗粒數(shù)差異顯著，而千粒重差異不顯著，表明覆蓋與否對(duì)粒重?zé)o明顯影響；單位面積穗數(shù)以產(chǎn)量最高的秋季覆膜(T2)最高、較CK顯著增加15.7%，T2的單位面積穗數(shù)也顯著高于T1、T4、T6。以產(chǎn)量最低的小麥整稈夏季覆蓋(T5)最低，較CK顯著降低15.7%。

覆蓋可顯著提高穗粒數(shù)，無(wú)論覆膜還是秸稈覆蓋，所有覆蓋處理都較CK穗粒數(shù)顯著增加(17.4%—36.3%)，以夏季覆膜+麥秸還田(T6)和夏季覆膜(T1)增加穗粒數(shù)最明顯，分別較CK提高36.3%和30.9%，T6和T1較與其它覆蓋處理穗粒數(shù)也顯著增加，表明夏季覆膜更有利于增加穗粒數(shù)。

從生長(zhǎng)和產(chǎn)量形成角度綜合分析各處理產(chǎn)量高低的原因，發(fā)現(xiàn)秋季覆膜(T2)產(chǎn)量最高的原因是產(chǎn)量三要素、營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)指標(biāo)(株高和單株生物量)、收獲指數(shù)維持在一個(gè)相對(duì)較高和協(xié)調(diào)的水平；小麥整稈夏季覆蓋(T5)產(chǎn)量最低，主要是單位面積穗數(shù)嚴(yán)重不足；無(wú)覆蓋CK全生育期0—20 cm土壤平均含水量顯著低于覆蓋各處理，因此CK產(chǎn)量低可能主要受土壤干旱影響，導(dǎo)致穗粒數(shù)和單位面積穗數(shù)明顯較低、營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)受到明顯抑制。

比較處理間變異系數(shù)，技術(shù)處理對(duì)單株?duì)I養(yǎng)生長(zhǎng)量(DMW)影響最大(35.3%)，對(duì)單位面積穗數(shù)的影響(13.4%)大于穗粒數(shù)(9.5%)，以千粒重最穩(wěn)定(2.9%)。

表1 產(chǎn)量及主要農(nóng)藝指標(biāo)

GY：籽粒產(chǎn)量Grain yield per unit area；YIR：增產(chǎn)率Yield increasing rate；SPUA：?jiǎn)挝幻娣e穗數(shù)Spikes per unit area；GPS：穗粒數(shù)Grains per spike；TKW：千粒重Thousand kernels weight；WUE：水分利用效率water use efficiency；PH：株高Plant height；DMW：開(kāi)花期單株干重Dry matter weight per plant at anthesis；MT：全生育期0—20cm土壤平均溫度Mean temperature in 0—20cm soil across whole period；AMCS：全生育期0—20cm土壤平均含水量Average moisture content in 0—20cm soil across whole period；MMCS：全生育期0—200cm土壤平均含水量Mean moisture content in 0—200cm soil across whole period；WC：耗水量Water consumption；CV：變異系數(shù)Coefficient of variation; 同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)

2.4 土壤溫度與產(chǎn)量及農(nóng)藝指標(biāo)相關(guān)

拔節(jié)期—開(kāi)花期是春小麥植株開(kāi)始增高到定長(zhǎng)、單株干重進(jìn)入快速增加到最大的旺盛營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段，其中株高是反映營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)狀況最可靠和明顯的指標(biāo)。相關(guān)分析表明(表2)，株高與孕穗期均溫(0.81*)、拔節(jié)—開(kāi)花期均溫(0.77*)、孕穗—開(kāi)花階段積溫(0.79*)、拔節(jié)—孕穗期積溫(0.92**)、拔節(jié)—開(kāi)花期積溫(0.91**)達(dá)到顯著或極顯著正相關(guān)。開(kāi)花期單株生物量與孕穗期均溫也顯著正相關(guān)(0.84*)，表明土壤溫度的高低直接影響營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)量的大小。但從表2可見(jiàn)，土壤溫度指標(biāo)與產(chǎn)量及產(chǎn)量三因素相關(guān)不顯著(-0.07—0.55)。各時(shí)期和全生育期平均地溫和土壤含水量間也相關(guān)不顯著(-0.06—0.57)。

表2 土壤溫度與農(nóng)藝指標(biāo)相關(guān)

無(wú)論0—20 cm耕層、還是0—200 cm土壤水庫(kù)的全生育期平均含水量，產(chǎn)量最高的處理不一定含水量最高(表1)。相關(guān)分析也表明，產(chǎn)量與0—20 cm、0—200 cm全生育期平均含水量均無(wú)顯著相關(guān)，但這并不意味著產(chǎn)量與土壤水分沒(méi)有關(guān)系。產(chǎn)量與土壤墑情無(wú)顯著相關(guān)的原因主要是由覆蓋條件下耗水結(jié)構(gòu)的改變引起的。農(nóng)田耗水包括植株蒸騰和棵間土壤蒸發(fā)，后者約占麥田耗水30%—40%[33]，覆蓋阻隔了棵間土壤水分蒸發(fā)，無(wú)疑具有保墑效應(yīng)，尤其是全地面覆膜幾乎阻隔了所有棵間土壤蒸發(fā)。從表1可見(jiàn)，全生育期耗水量覆膜與無(wú)覆蓋CK相近，覆膜平均較CK僅多5.5%，而產(chǎn)量覆膜平均較CK 高達(dá)30.0%，由此可見(jiàn)，覆蓋增產(chǎn)的原因主要是提高了蒸騰/蒸發(fā)比例，使得耗水主要用于植株蒸騰性生產(chǎn)，從而提高了水分生產(chǎn)效率和籽粒產(chǎn)量。

3 討論

本研究表明，春小麥0—20 cm土層全生育期平均溫度覆膜高于秸稈覆蓋，這與前人在冬小麥[8,34]、玉米[35]、青蔥[36]上的研究結(jié)果一致。隨著生育時(shí)期和土層不同，覆膜和秸稈覆蓋都不同程度的出現(xiàn)較無(wú)覆蓋對(duì)照增溫和降溫的雙重效應(yīng)，這也與在冬小麥[34]、玉米[22,24,37]及棉花[23]等作物上的研究結(jié)論類似。同時(shí)本研究發(fā)現(xiàn)，春小麥秸稈覆蓋較無(wú)覆蓋生育期間的土壤溫度波動(dòng)更劇烈，而劉煒[26]在冬小麥秸稈覆蓋溫度效應(yīng)研究上得出了相反結(jié)論，這可能與冬、春小麥的生長(zhǎng)季節(jié)不同、進(jìn)而導(dǎo)致覆蓋對(duì)熱量傳導(dǎo)和溫度變化的影響不同有關(guān)。

夏季覆膜+麥秸還田處理(T6)具有突出、全面的增溫效應(yīng)，且在同樣夏季覆膜情況下，溫度也顯著高于T1，表明秸稈對(duì)增加地溫有較強(qiáng)烈影響。秸稈在埋入土壤后，在土壤微生物作用下分解的同時(shí)，也會(huì)伴隨熱量和CO2的放出，同時(shí)在覆膜條件下會(huì)加快秸稈分解、阻止熱量和CO2的散失，這可能是T6地溫高的主要原因。

土壤溫度→營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)→產(chǎn)量結(jié)構(gòu)因素→產(chǎn)量之間的因果關(guān)系非常復(fù)雜，土壤溫度對(duì)產(chǎn)量形成的影響也因具體覆蓋技術(shù)不同而異。本研究表明，小麥碎稈夏季覆蓋雖然有最明顯土壤降溫效應(yīng)，可能受土壤降溫較強(qiáng)烈影響，它的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)指標(biāo)(株高和開(kāi)花期干物質(zhì)量)也最低，但其產(chǎn)量反而顯著高于CK(14.1%)和小麥整稈夏季覆蓋(41.7%)。而產(chǎn)量最高的秋季覆膜也不具有最明顯的增溫效應(yīng)和最高的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)量。小麥整稈夏季覆蓋產(chǎn)量最低的直接原因是單位面積穗數(shù)嚴(yán)重不足，穗數(shù)少的原因不是基本苗少、而是成穗率低，成穗率低可能與前期地溫較低有關(guān)，也可能與非溫度未知因素有關(guān)?？梢?jiàn)在一定土壤溫度范圍內(nèi)，覆蓋引起土壤溫度的變化最對(duì)西北旱地春小麥產(chǎn)量不產(chǎn)生關(guān)鍵影響。本文雖然從表觀簡(jiǎn)單相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，各時(shí)期和全生育期土壤溫度與產(chǎn)量、產(chǎn)量因素?zé)o顯著相關(guān)，但簡(jiǎn)單相關(guān)分析并不能揭示土壤溫度與產(chǎn)量形成間真實(shí)的內(nèi)在聯(lián)系。土壤溫度或大或小肯定影響生長(zhǎng)和產(chǎn)量形成。

土壤溫度影響土壤水分蒸發(fā)，土壤水熱交換是同時(shí)進(jìn)行的，因此土壤溫度和土壤水分之間存在著必然的互作效應(yīng)。但本文對(duì)各時(shí)期對(duì)應(yīng)的土壤溫度和水分相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，二者間無(wú)顯著相關(guān)，這與覆蓋本身有關(guān)。覆蓋阻礙了土壤水分地表蒸發(fā)，導(dǎo)致處理0—20 cm的土壤水分差異不大，必然會(huì)出現(xiàn)土壤溫度和水分不顯著相關(guān)的情況。

[1] 李守謙. 地膜小麥栽培技術(shù)及品種. 蘭州: 甘肅科學(xué)技術(shù)出版社, 1998: 1-18.

[2] 全國(guó)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心, 全國(guó)農(nóng)牧漁業(yè)豐收計(jì)劃辦公室, 中國(guó)農(nóng)用塑料應(yīng)用技術(shù)學(xué)會(huì). 小麥全生育期地膜覆蓋栽培技術(shù). 北京: 中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社, 1997: 1-55.

[3] 全國(guó)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站, 中國(guó)地膜覆蓋栽培研究會(huì)旱糧學(xué)組. 旱糧作物地膜覆蓋栽培技術(shù). 北京: 農(nóng)業(yè)出版社, 1992: 210-228.

[4] 陜西省農(nóng)業(yè)廳. 地膜小麥高產(chǎn)栽培技術(shù). 西安: 陜西人民教育出版社, 1999: 45-55.

[5] 王樹森, 鄧根云. 地膜覆蓋土壤能量平衡及其對(duì)土壤熱狀況的影響. 中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象, 1989, 10(2): 20-25.

[6] 溫曉霞, 韓思明, 趙風(fēng)霞, 廖允成, 李崗. 旱作小麥地膜覆蓋生態(tài)效應(yīng)研究. 中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2003, 11(2): 93-95.

[7] 吳從林, 黃介生, 沈榮開(kāi). 地膜覆蓋在冬小麥全生育期內(nèi)增溫保墑作用的試驗(yàn)研究. 中國(guó)農(nóng)村水利水電, 2001, (8): 7-9.

[8] 高麗娜, 陳素英, 張喜英, 孫宏勇, 王彥梅, 邵立威. 華北平原冬小麥麥田覆蓋對(duì)土壤溫度和生育進(jìn)程的影響. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究, 2009, 27(1): 107-113.

[9] 王虎全, 韓思明, 唐拴虎, 李崗, 謝惠民. 渭北旱原冬小麥全程地膜覆蓋超高產(chǎn)栽培技術(shù)研究. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究, 1998, 16(1): 24-30.

[10] 王俊, 李鳳民, 宋秋華, 李世清. 地膜覆蓋對(duì)土壤水溫和春小麥產(chǎn)量形成的影響. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2003, 14(2): 205-210.

[11] 蕭復(fù)興, 李海金, 劉國(guó)定, 胡聯(lián)軍, 米澤民. 旱地麥田二次秸稈覆蓋增產(chǎn)模式及機(jī)理研究. 水土保持研究, 1996,3(3): 70-76.

[12] 馬忠明, 徐生明. 甘肅河西綠洲灌區(qū)玉米秸稈覆蓋效應(yīng)的研究. 甘肅農(nóng)業(yè)科技, 1998, (3): 14-16.

[13] 李茂松, 王一鳴, 周凌希. 不同覆蓋材料對(duì)春玉米田間土壤水熱狀況和生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量的影響. 水土保持研究, 1995, 2(1): 18-22.

[14] Ram H, Singh Y, Saini K S, Kler D S, Timsina J, Humphreys E J. Agronomic and economic evaluation of permanent raised beds, no tillage and straw mulching for an irrigated maize-wheat system in northwest India. Experimental Agriculture, 2012, 48(1): 21-38.

[15] 李月興, 張寶麗, 魏永霞. 秸稈覆蓋的土壤溫度效應(yīng)及其對(duì)玉米生長(zhǎng)的影響. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2011, 30(2): 82-85.

[16] 周凌云. 秸稈覆蓋對(duì)農(nóng)田土壤物理?xiàng)l件影響的研究. 農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究, 1997, 18(5): 311-313, 320-320.

[17] Gan Y T, Siddique K H M, Turner N C, Li X G, Niu J Y, Yang C, Liu L P, Chai Q. Chapter seven-ridge-furrow mulching systems-an innovative technique for boosting crop productivity in semiarid rain-fed environments. Advances in Agronomy, 2013, 118: 429-476.

[18] Zhang S L, L?vdahl L, Grip H, Tong Y N, Yang X Y, Wang Q J. Effects of mulching and catch cropping on soil temperature, soil moisture and wheat yield on the Loess Plateau of China. Soil & Tillage Research, 2009, 102(1): 78-86.

[19] 陳素英, 張喜英, 劉孟雨. 玉米秸稈覆蓋麥田下的土壤溫度和土壤水分動(dòng)態(tài)規(guī)律. 中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象, 2002, 23(4): 34-37.

[20] 胡明芳, 田長(zhǎng)彥. 新疆棉田地膜覆蓋耕層土壤溫度效應(yīng)研究. 中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2003, 11(3): 128-130.

[21] 陳恒洪, 柴守璽, 黃彩霞, 楊長(zhǎng)剛, 常磊. 地膜覆蓋對(duì)旱地春小麥土壤溫度的影響. 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2013, 48(1): 63-67.

[22] 員學(xué)鋒, 吳普特, 汪有科, 徐福利. 免耕條件下秸稈覆蓋保墑灌溉的土壤水、熱及作物效應(yīng)研究. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2006, 22(7): 22-26.

[23] 劉冬青, 辛淑榮, 張世貴. 不同覆蓋方式對(duì)旱地棉田土壤環(huán)境及棉花產(chǎn)量的影響. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究, 2003, 21(2): 18-21.

[24] Cao J S, Zhou X, Zhang W J, Liu C M, Liu Z J. Effects of mulching on soil temperature and moisture in the rain-fed farmland of summer corn in the Taihang mountain of China. Journal of Food Agriculture and Environment, 2012, 10(1): 519-523.

[25] 黨占平, 劉文國(guó), 周濟(jì)銘, 強(qiáng)秦, 曹衛(wèi)賢, 高亞軍, 李生秀. 渭北旱地冬小麥不同覆蓋模式增溫效應(yīng)研究. 西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2007, 16(2): 24-27.

[26] 劉煒, 高亞軍, 楊君林, 楊學(xué)云, 李生秀. 旱地冬小麥返青前秸稈覆蓋的土壤溫度效應(yīng). 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究, 2007, 25(4): 197-201.

[27] 李玲玲, 黃高寶, 張仁陟, 晉小軍, Li G D, Chan K Y. 免耕秸稈覆蓋對(duì)旱作農(nóng)田土壤水分的影響. 水土保持學(xué)報(bào), 2005, 19(5): 94-96, 116-116.

[28] 徐玉鳳, 王輝, 苗瑞東,曹儀植. 地膜穴播春小麥增產(chǎn)的生理生化機(jī)理初探. 西北植物學(xué)報(bào), 2001, 21(1): 67-74.

[29] 李鳳民, 鄢珣, 王俊, 李世清, 王同朝. 地膜覆蓋導(dǎo)致春小麥產(chǎn)量下降的機(jī)理. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2001, 34(3): 330-333.

[30] 張冬梅, 池寶亮, 黃學(xué)芳, 劉恩科, 張健. 地膜覆蓋導(dǎo)致旱地玉米減產(chǎn)的負(fù)面影響. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2008, 24(4): 99-102.

[31] 徐兆飛. 山西小麥.北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社, 2006, 312-316.

[32] 邵會(huì)通, 趙宗武.小麥播期與積溫相關(guān)性研究. 河南農(nóng)林科技, 1984, (9):8-10

[33] 于振文. 作物栽培學(xué)各論(北方本). 北京: 中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社, 2013: 54-55.

[34] 涂純, 王俊, 劉文兆. 不同覆蓋條件下旱作農(nóng)田土壤呼吸及其影響因素. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2012, 18(5): 1103-1110.

[35] Liu Y, Shen Y F, Yang S J, Li S Q, Chen F. Effect of mulch and irrigation practices on soil water, soil temperature and the grain yield of maize (ZeamaysL.) in Loess Plateau, China. African Journal of Agricultural Research, 2011, 6(10): 2175-2182.

[36] Woldetsadik K. Response of Shallots to mulching and nitrogen fertilization. HortScience, 2003, 38(2): 217-221.

[37] Li R, Hou X Q, Jia Z K, Han Q F, Ren X L, Yang B P. Effects on soil temperature, moisture, and maize yield of cultivation with ridge and furrow mulching in the rainfed area of the Loess Plateau, China. Agricultural Water Management, 2013, 116: 101-109.

Effect of mulching method on soil temperature and grain yield of spring wheat in rainfed agricultural areas of northwestern China

CHENG Hongbo1, CHAI Shouxi2,*, CHEN Yuzhang2, FAN Yingdan2, HUANG Caixia3, CHANG Lei2,YANG Changgang2

1CollegeofBioscienceandTechnology,GansuProvincialKeyLabofAridlandCropScience,GansuAgriculturalUniversity,Lanzhou730070,China2CollegeofAgronomy,GansuAgriculturalUniversity,Lanzhou730070,China3CollegeofEngineering,Lanzhou730070,China

This study determined the effects of mulching method on soil temperatures in the 0—20 cm soil layer, and grain yield of spring wheat (TriticumaestivumL.) in a semiarid rainfed agricultural area of northwestern China. The experiment was conducted at Tongwei Research Station, Gansu Agricultural University (34°55′N, 104°57′E) in 2012. The following 7 treatments were evaluated: plastic film mulch applied in summer (T1), plastic film mulch applied in autumn (T2), plastic film mulch applied in spring (T3), mulching with chopped wheat straw (5 cm in length) on the soil surface in summer (T4), mulching with whole wheat straw in summer (T5), T1in combination with harvested wheat straw returned to the field (T6), and control (no mulching, CK). Soil temperatures were measured and recorded at 32 points in each treatment. Soil temperatures differed significantly among mulching treatments, growth stages and soil layers. The largest difference in soil temperature occurred from the sowing to tillering period, followed by the dough stage to maturation period, whereas the smallest differences in soil temperature were in the jointing-middle filling stage. Soil temperature decreased with soil depth in the order 5 cm > 10 cm >15 cm >20 cm. Soil temperature in the T6plots was significantly (0.57 ℃) higher than, and this effect was more pronounced in the sowing, tillering, and maturing stages than in the other growth stages. The other five treatments either increased or decreased soil temperatures depending on growth stage and soil layer. Soil temperature was consistently increased by plastic film mulch but consistently decreased by straw mulching. The T4treatment had 9 points with soil temperatures higher than the CK, and 23 points lower than the CK. Mean soil temperature over the whole growth period was 0.63℃ lower in the T4 treatment than in the CK, with the difference being more obvious at the time of sowing and the tillering stage. Average soil temperatures over the whole growth period were in the order: plastic film mulch > CK > straw mulching. The highest difference occurred between T6and T4in the 5 cm soil layer at the tillering stage, with T6being 4.23 ℃ higher than T4. The largest variation soil temperature among growth stages was found in the T4treatment, with a coefficient of variation of 32.4%. Mulching increased the number of kernels per spike by 17.4% to 36.3% compared with the CK. Mulching increased wheat grain yield by 21.7% to 37.3% compared to the CK, with the maximum yield increase being with plastic film mulch applied in the autumn (T2). The exception was the T5treatment which decreased grain yield by 14.1% compared to the CK. It appears that theT2mulching method is the most suitable for spring wheat production in rainfed agricultural regions of northwestern China. There were highly positive correlations (r= 0.77*—0.92**) between soil temperature and plant height at jointing-flowering, but mulching method did not have a significant impact on spring wheat grain yield in the study area.

rainfed area; spring wheat; plastic mulch; straw mulching; soil temperature; Northwestern China

公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)(20130314); 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)(CARS-3-2-49)

2014-03-05; < class="emphasis_bold">網(wǎng)絡(luò)出版日期:

日期:2014-12-04

10.5846/stxb201403050373

*通訊作者Corresponding author.E-mail: sxchai@126.com

程宏波, 柴守璽, 陳玉章, 范穎丹, 黃彩霞, 常磊, 楊長(zhǎng)剛.西北旱地春小麥不同覆蓋措施的溫度和產(chǎn)量效應(yīng).生態(tài)學(xué)報(bào),2015,35(19):6316-6325.

Cheng H B, Chai S X, Chen Y Z, Fan Y D, Huang C X, Chang L,Yang C G.Effect of mulching method on soil temperature and grain yield of spring wheat in rainfed agricultural areas of northwestern China.Acta Ecologica Sinica,2015,35(19):6316-6325.