有機肥及地膜對土壤溫度及春小麥水分利用效率的影響

李 鶴， 李曙光， 劉新潮， 張 卓

(內蒙古自治區(qū)通遼市水利技術推廣站，內蒙古通遼 028000)

我國北方地區(qū)春季干旱少雨且地溫較低，一定程度上威脅著農業(yè)生產的正常運轉，而適宜的的土壤水熱條件直接影響著作物的正常生長和產量的形成[1-2]。有研究表明，地表覆蓋地膜后，能夠有效地將太陽能轉化為熱能，同時具有較好的保墑效果，從而更好地調節(jié)了土壤水熱條件，有利于作物生長發(fā)育和水分利用效率的提高，因此在農業(yè)生產中得到了廣泛的應用[3-4]。但有研究發(fā)現(xiàn)，長期地膜覆蓋同樣會產生一定的負面影響。李世清等研究得出，地膜覆蓋的增產效應主要是以過度消耗土壤養(yǎng)分和有機質為代價獲得的，但這也使得作物生長后期養(yǎng)分不足的問題凸顯，直接導致作物的減產[5]。張冬梅等研究表明，由于地膜覆蓋提高了耕層土壤溫度，加快了玉米的生長進程，使得玉米生育期提前，但這也使玉米在生育后期的關鍵生育期受到了水分脅迫作用，產量顯著降低[6]。Zaongo等研究指出，地膜覆蓋后加速了作物的前期生長，但對土壤養(yǎng)分及水分的消耗嚴重，這也造成作物生育后期土壤的脫肥、脫水現(xiàn)象的發(fā)生，使得作物減產[7]。由此可見，如果地膜覆蓋技術應用不當，不但不能達到增產增收的效果，還會造成作物的減產。但有研究表明，土壤中施用有機肥后，能夠有效提高作物根系活力和衰老進程[8-9]，同時為作物的后期生長提供充足的肥料供應，因此有望采用地膜覆蓋結合施用有機肥的措施來緩解作物早衰現(xiàn)象的發(fā)生，以期達到作物的增產增收和水分高效利用的效果。

基于前人的研究成果，本研究在地膜覆蓋的基礎上，增加了施用有機肥和有機肥+地膜處理，以不覆膜不施用有機肥處理為對照，對比研究了不同處理對土壤溫度、小麥生育期耗水規(guī)律及對產量和水分利用效率的影響，以期選出最優(yōu)的覆蓋方式，達到小麥的增產增收和水分的高效利用，對內蒙古通遼市農業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

本試驗于2015年4月16日至7月21日在內蒙古通遼市科爾沁左翼中旗腰林毛都鎮(zhèn)進行，該地區(qū)多年平均降水量 208 mm，蒸發(fā)量為2 027 mm，多年平均日照時數(shù)2 927 h，多年平均風速3.9 m/s，最大凍土深180 cm，無霜期150～160 d，屬于典型的半干旱季風氣候區(qū)。試驗區(qū)土壤類型主要為沙壤土，0～100 cm土壤平均容重為1.38 g/cm3，田間持量為25.31%，灌溉水源為地下水。

1.2 試驗設計

試驗設置施用有機肥、地膜覆蓋、有機肥+地膜和對照(不施有機肥、不覆膜)4個處理。施用有機肥處理于整地前施肥，施入量4 t/hm2，施入后進行機械翻地整勻，然后進行春灌。待土壤落干后，進行整地播種小麥，其中地膜覆蓋于春播期進行機器覆膜、人工點播，地膜采用膜寬為70 cm的聚乙烯普通農用地膜；其他處理采用機械播種；試驗小區(qū)采用隨機區(qū)組試驗設計，每個處理重復3次，小區(qū)規(guī)格50 m×10 m；為防止小區(qū)間水分串通，影響各小區(qū)實際含水率變化，在各小區(qū)間垂向埋設1 m深塑料膜隔離。

小麥品種選用長武134，播種量為450 kg/hm2，播種時施足底肥(磷酸二銨)450 kg/hm2，按當?shù)爻Ｒ?guī)耕作措施進行灌溉、施肥，第1次灌溉時施尿素450 kg/hm2，第2次灌溉時施尿素225 kg/hm2。

1.3 測定項目及方法

田間微氣象站采集小麥生育期氣象資料，每隔10 d在各處理小區(qū)內取土，采樣深度為100 cm，每隔20 cm為一層，采用烘干稱質量法測定土壤含水率，各3次重復。土壤溫度采用意大利產145-20型數(shù)顯探針式地溫計進行監(jiān)測，測定深度分別為5、10、15、20 cm，各生育期連續(xù)3 d從08：00至 20：00 每隔2 h讀取1次。小麥成熟期，各處理選取3個完整取樣區(qū)域1 m2范圍內全部植株進行風干后測產。

1.4 水分利用效率(WUE)計算

WUE=Y/ET；

ET=ΔW+P+I。

式中：Y為小麥經濟產量(kg/hm2)；ET為小麥生育期總耗水量(mm)；ΔW為小麥生育期內0～100 cm土壤貯水量變化(mm)；P為小麥生育期有效降水量(mm)；I為灌溉量(mm)。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2003進行數(shù)據(jù)處理并繪制圖表；采用SPSS 17.0進行相關數(shù)據(jù)方差分析。

2 結果與分析

2.1 不同處理對春小麥生育期土壤日平均溫度的影響

由表1可知，小麥苗期內，各處理不同土層土壤溫度均較對照處理有不同程度的增加，且以表層5 cm處增幅最大，施用有機肥、地膜覆蓋和有機肥+地膜處理平均較對照處理高0.04、0.94、0.41 ℃，且隨土層深度的增加增溫效果減弱，這是由于土層深度越深，受外界環(huán)境影響逐漸減弱所致[10]。只地膜覆蓋處理較對照處理增溫效果最為顯著，且各土層溫度顯著高于其他各處理(P<0.05)，此階段各處理土壤溫度大小依次為地膜>有機肥+地膜>有機肥>對照。同時對比發(fā)現(xiàn)，該生育階段內，只施用有機肥處理的增溫效果較對照處理不顯著(P>0.05)，這可能是由于此階段氣溫相對較低，有機肥不易分解所致。

小麥進入拔節(jié)期以后，由于有機肥、地膜覆蓋和有機肥+地膜覆蓋處理更好地調節(jié)了土壤的水熱條件，從而使得小麥植株生長更為茂盛，遮陰效果較強，此時各處理土壤溫度均顯著低于對照處理(P<0.05)，有機肥、地膜覆蓋和有機肥+地膜覆蓋處理5～20 cm土壤溫度平均較對照處理低1.59、2.01、2.60 ℃，起到了良好的降溫效應，而此階段是小麥的生長關鍵期，一定的降溫效應更有利于根系的生長發(fā)育和對養(yǎng)分的吸收利用，從而有利于小麥的生長發(fā)育和產量的形成。

小麥進入揚花期和灌漿期以后，逐漸由營養(yǎng)生長轉向生殖生長，而各處理小麥均較對照處理生長進程有所提前，同時進入生育后期部分葉片逐漸凋亡，地面覆蓋度相對降低，此時各處理地表5、10 cm處溫度較對照處理有所提高，且部分處理差異達到了顯著水平(P<0.05)，揚花期以處理有機肥+地膜增溫最為明顯，5 cm土壤平均土壤溫度較對照處理高 1.05 ℃；灌漿期則以施用有機肥處理增溫最為明顯，5、10 cm土壤平均溫度分別較對照處理高1.04、0.34 ℃。同時對比施用有機肥、地膜覆蓋和有機肥+地膜覆蓋處理發(fā)現(xiàn)，小麥灌漿期施用有機肥和有機肥+地膜覆蓋處理各土層溫度要明顯高于地膜覆蓋處理，這主要是由于小麥生育后期，塑料地膜的透光性減弱以及土壤肥料分解加速[11]。

表1 不同處理條件下5～20 cm土壤日平均溫度變化

注：同一生育期同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示在0.05水平上差異顯著。下表同。

2.2 不同處理對春小麥各生育期耗水量的影響

由表2可知，小麥各生育期耗水量整體表現(xiàn)為先增大后減小的趨勢，且在小麥拔節(jié)期至揚花期達到了全生育期的峰值，而后隨小麥的成熟，植株逐漸衰老凋亡，耗水量逐漸降低。

各處理較對照處理生育期總耗水量顯著增加，施用有機肥、地膜覆蓋和有機肥+地膜處理分別較對照處理高 11.91%、12.62%和15.73%，差異顯著(P<0.05)。同時研究發(fā)現(xiàn)，在小麥拔節(jié)期至揚花期各處理較對照處理耗水量增幅最大，平均較對照處理高18.06%、12.71%和15.11%，差異顯著(P<0.05)，而該階段小麥耗水量越高說明其生長越旺盛，從而更有利于小麥成穗和總產量的提高。

表2 不同處理條件下小麥各生育期耗水量變化

2.3 不同處理對春小麥產量及水分利用效率的影響

由表3可知，施用有機肥、地膜覆蓋和有機肥+地膜處理間小麥產量指標穗長、穗粒數(shù)和千粒質量差異不顯著(P>0.05)，但均顯著高于對照處理(P<0.05)。地膜覆蓋和有機肥+地膜處理間小麥生物量差異不顯著，但均顯著高于只施用有機肥處理和對照處理，主要是由于施用有機肥一定程度上抑制小麥前期生長。對比各處理經濟產量發(fā)現(xiàn)，各處理均顯著高于對照處理(P<0.05)，施用有機肥、地膜覆蓋和有機 肥+ 地膜處理平均較對照處理高27.15%、26.14%和 32.82%，且以有機肥+地膜處理增產效應最為顯著，這一研究結論與陳玉華等的研究結果[11]一致。這主要是由于該處理在促進小麥前期生長的同時，也為小麥后期的生長提供了充足的肥料供應。

表3 不同處理條件下小麥產量指標變化

對于干旱和半干旱區(qū)來說，農業(yè)用水日益緊缺是制約當?shù)剞r業(yè)發(fā)展的關鍵因素，因此如何實現(xiàn)灌溉用水的高效利用是決定農業(yè)正常發(fā)展的主要問題。作物水分利用效率是綜合反映作物對水分利用程度的量化指標。由表4可知，不同處理條件下小麥的水分利用效率大小依次為有機肥+地膜>有機肥>地膜>對照，分別較對照處理高14.75%、13.54%和11.99%，差異性顯著(P<0.05)，但三者間水分利用效率差異不顯著(P>0.05)。這主要是因為覆蓋在一定程度上抑制了小麥棵間土壤蒸發(fā)量， 使得這部分無效蒸發(fā)被作物有效利用，提高了水分利用效率。

表4 不同處理條件下水分利用效率的變化

3 討論與結論

有研究表明[12]，地膜覆蓋在小麥生長后期的增溫效應減弱，甚至在高溫季節(jié)有一定的降溫效應，從而避免了高溫的危害，提高了小麥產量。同時有研究表明，地膜覆蓋后顯著提升了小麥生長前期耕層土壤溫度，從而加速了小麥的生長進程，為小麥的高產奠定了基礎，而生育后期，地膜覆蓋反而對作物的根系生長發(fā)育以及蒸發(fā)蒸騰作用產生了抑制作用，會造成小麥的減產[9]。本研究在地膜覆蓋的基礎上，增加了施用有機肥和有機肥+地膜處理，與不覆膜不施用有機肥處理進行了對比研究，結果表明，覆膜在生育前期起到了良好的增溫保溫效果，有利于小麥苗期的生長發(fā)育，而生育后期由于植株生長更為旺盛，地膜覆蓋條件后期增溫效應減弱，起到了降溫效應，有利于小麥的生長發(fā)育，從而為小麥的增產奠定了基礎；施用有機肥后，在小麥生育前期，一定程度上減弱了增溫效果，但在生育后期增溫效果顯著，在一定程度上促進了小麥的灌漿成熟[11]。

作物的耗水強度表征作物的生長狀況，同時耗水強度在一定程度上也影響著作物對水分的利用率，本研究發(fā)現(xiàn)，由于各處理條件小麥長勢優(yōu)于對照處理，所以整個生育期耗水量顯著高于對照處理，施用有機肥、地膜覆蓋和有機肥+地膜處理分別較對照處理高11.91%、12.62%和15.73%，且在小麥拔節(jié)期至揚花期各處理較對照處理耗水更強，而該階段小麥耗水量越高說明其生長越旺盛，從而更有利于小麥成穗和總產量的提高。

由于地膜覆蓋和土壤施用有機肥后，更好地調節(jié)了土壤的水肥氣熱條件，有利于小麥根系及枝葉的生長發(fā)育，增強對土壤養(yǎng)分的吸收利用，進而提高了小麥產量[9，13]。本研究發(fā)現(xiàn)，與對照處理相比，無論只覆蓋地膜還是只施用有機肥均可顯著提高作物產量指標，且在兩者結合實施下，即處理有機 肥+ 地膜處理條件下小麥的增產增收效果最為顯著，平均較對照處理增產32.82%。但對于干旱半干旱區(qū)來說，在實現(xiàn)高產的同時，實現(xiàn)水分的高效利用才是保證農業(yè)健康發(fā)展的關鍵所在，通過對比發(fā)現(xiàn)，有機肥、地膜覆蓋和有機肥+地膜覆蓋處理三者間水分利用效率差異性不顯著(P>0.05)，但平均較對照處理高13.54%、11.99%和14.75%，差異達到了顯著性水平。綜合分析，該地區(qū)小麥種植建議采用有機肥+地膜覆蓋的種植方式。