邰建輝,王彥榮 ,李曉霞,魏學(xué),陳谷

(1.蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院,甘肅蘭州 730020;2.中國科學(xué)院植物研究所,北京 100093;3.百綠集團(tuán),北京 100025)

我國西北地區(qū)氣候干旱,年降水量少,蒸發(fā)量大,土壤表層易形成干土層和板結(jié),因而常造成植物種子萌發(fā)和出苗困難,進(jìn)而影響到建植。目前,廣泛采用播種后加覆蓋物來解決表土干旱、板結(jié)、地溫低、種子萌發(fā)難、出苗速度慢等問題。在生產(chǎn)中多種覆蓋物已被利用[1,2],其中,應(yīng)用最廣的是地膜、稻草、砂子或小鵝卵石覆蓋[3]。覆蓋物可影響土壤溫度、水分、鹽分、肥力和質(zhì)地等[4],但影響較大的是土壤溫度和水分[4-7]。

無芒隱子草(Cleistogenessongorica)是我國西北荒漠草原的重要野生禾草,對荒漠生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)和保育具重要作用。該草具有抗熱、抗旱、耐寒、耐踐踏,青綠期較長,營養(yǎng)生長期色澤墨綠,葉片美觀等特點(diǎn),具有作為優(yōu)良草坪草和生態(tài)草引種馴化的利用價(jià)值[8,9]。成功建植是野生草引種馴化的關(guān)鍵,以往對無芒隱子草種子萌發(fā)條件[10-12]、水分與幼苗出土關(guān)系[9]的研究已有報(bào)道,但有關(guān)覆蓋物對建植影響的研究未見報(bào)道。本研究探討了不同土壤水分條件下,稻草、地膜和砂子覆蓋對無芒隱子草幼苗建植和生長的影響,旨在為無芒隱子草成功建植提供技術(shù)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究材料

無芒隱子草種子于2004年9月采自內(nèi)蒙古阿拉善荒漠草原。種子清選、風(fēng)干后貯藏于蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院低溫種子庫(3～5℃)待用。試驗(yàn)前測得種子的發(fā)芽率為98%。

1.2 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2006年在張掖市臨澤縣,蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院張掖試驗(yàn)站進(jìn)行,海拔1 450 m,年日照時(shí)數(shù)3 045.2 h。年均氣溫7.6℃,最高最低氣溫為39.1和-28℃,≥0℃和≥10℃年積溫分別為 3 470.0和3 078.4℃。年均降水量116mm,年均蒸發(fā)量2 341mm,干燥度5.08,無霜期170 d。砂壤土,pH為6.8。

1.3 試驗(yàn)處理

試驗(yàn)設(shè)不同水分和不同覆蓋物雙因子處理。水分設(shè)每隔5 d和每隔15 d兩個(gè)灌溉處理,每次灌水0.25 m3/m2;覆蓋物設(shè)覆細(xì)土(對照)、覆稻草、覆地膜和覆沙4個(gè)處理。2個(gè)灌水試驗(yàn)區(qū)間隔3 m,在每個(gè)灌水區(qū)將覆蓋物處理進(jìn)行隨機(jī)排列,每覆蓋處理4次重復(fù),每重復(fù)1 m×1 m,小區(qū)間隔為0.5 m。每小區(qū)播種8行,行距15cm,每行均勻撒播400粒種子。播種后,沙、土過4mm細(xì)篩,均勻篩撒于種子上,覆蓋層為1cm左右;稻草(1 kg/m2)和地膜直接覆于撒播后的種子上;全部處理完成后進(jìn)行漫灌。2006年6月9日播種,6月13-21日陸續(xù)出苗,至8月9日無芒隱子草分蘗數(shù)達(dá)3～6個(gè)時(shí)結(jié)束。

1.4 測定項(xiàng)目與方法

1.4.1 土壤溫度與含水量測定 播種后逐日8:00,14:00和20:00時(shí)測定各處理5cm處的土壤溫度。并采用烘干減重法(105℃烘12 h)測定0～10cm土層含水量。

1.4.2 出苗率與幼苗生長 試驗(yàn)期間逐日記錄試驗(yàn)地各處理的出苗情況。8月9日,各處理隨機(jī)取20單株,測定植株的高度、分蘗數(shù)、冠幅、葉片數(shù)、葉面積和地上生物量(75℃烘至恒重,萬分之一天平稱量),計(jì)算平均數(shù)。

1.4.3 統(tǒng)計(jì)分析 試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 15.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,Duncan方法進(jìn)行多重比較,Excel制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 覆蓋物對土壤溫度和土壤含水量的影響

在隔5 d灌溉和隔15 d灌溉條件下,不同覆蓋物對土壤溫度影響各異。早、中、晚3個(gè)時(shí)刻地膜和砂子覆蓋的土壤溫度始終高于對照;但稻草覆蓋低于對照。在隔5 d灌溉條件下早、中、晚3個(gè)時(shí)刻對照的溫度分別為14.0,29.9和20.1℃,蓋地膜處理“增溫效應(yīng)”最顯著,比對照平均提高5.1,8.0和10.4℃;其次為砂子覆蓋比對照平均提高2.0,3.1和3.6℃;與對照比,稻草覆蓋有明顯的“降溫效應(yīng)”,平均比對照下降0,9.9和1.1℃(圖1A)。隔15 d灌溉條件下,早、中、晚3個(gè)時(shí)刻對照的溫度分別為14.7,31.9和22.1℃,各覆蓋處理對地溫的影響基本與隔5 d灌溉條件下的效應(yīng)一致,但是各個(gè)時(shí)間段的平均地溫上升1.5℃,各處理中午地溫上升最為明顯,平均上升3.2℃(圖 1B)。

各覆蓋處理均有良好的保墑作用。在相同條件下,稻草和地膜覆蓋的土壤含水量最高,對照的含水量最低,砂子覆蓋的含水量居中。結(jié)果表明,在隔5 d灌溉條件下,地膜、稻草和砂子覆蓋使0～10cm土層含水量分別達(dá)到27.3%,25.6%和21.2%,比對照提高10.6%,8.9%和4.5%。覆蓋物對最高土壤含水量的影響不大,但對最低含水量影響較大,地膜、稻草、砂子覆蓋和對照的最低含水量分別為15.1%,11.9%,7.7%和7.5%。隔15 d灌溉條件下,各覆蓋處理的含水量變化趨勢與隔5 d灌溉條件下基本相同,但各處理的平均、最高和最低含水量比隔5 d灌溉處理低5.1%,0.5%和7.4%(表1)。

圖1 隔5 d灌溉(A)和隔15 d灌溉(B)條件下覆蓋物對5cm處土壤溫度日變化的影響Fig.1 Effect of different mulching on 5cm soil layer temperature under once irrigation every 5 day(A)and once irrigation every 15 day(B)(Mean±SD)

2.2 覆蓋物對無芒隱子草建植的影響

在隔5 d灌溉條件下,不同覆蓋物對無芒隱子草的建植率影響不顯著,砂子、地膜和稻草覆蓋的建植率分別為33.9%,27.9%和26.4%;對照為31.6%。在隔15 d灌溉條件下,不同覆蓋物對無芒隱子草的建植率影響顯著。砂子覆蓋的建植率最高達(dá)40.7%,顯著高于其他處理;地膜覆蓋為23.6%,與對照(22.2%)無顯著差異,但顯著高于稻草覆蓋(15.9%)(圖2)。

表1 不同覆蓋物對0～10cm土壤層含水量的影響Table 1 Effect of different mulching on 0-10cm layer soil water content

2.3 覆蓋物對無芒隱子草幼苗生長的影響

覆蓋物對無芒隱子草的生長具顯著影響。2種灌溉條件下,砂子覆蓋處理的株高、葉片數(shù)、分蘗數(shù)、冠幅、葉面積(表2)和地上生物量(圖3)顯著高于其他處理(對照處理的株高除外)。地膜覆蓋對生長有促進(jìn)作用,但效果不顯著。稻草覆蓋對生長有抑制作用。隔5 d灌溉條件下,株高、葉片數(shù)、分蘗數(shù)、冠幅、葉面積和地上生物量高于隔15 d灌溉處理。

圖2 不同覆蓋物對無芒隱子草建植率的影響Fig.2 Effect of different mulchings on establishment rate of C.songorica

圖3 不同覆蓋物對無芒隱子草地上生物量的影響Fig.3 Effect of different mulchings on above ground biomass of C.songorica

表2 不同覆蓋物對無芒隱子草幼苗生長的影響Table 2 Effect of different mulchings on seedling growth of C.songorica

3 討論

幼苗建植是野生草人工栽培成功的前提。覆蓋處理可以有效調(diào)節(jié)土壤溫度、水分、鹽分、肥力和質(zhì)地等因素,進(jìn)而有效提高了植物的建植率和幼苗生長[4,13],并且有利于雜草防除;但不同覆蓋物影響不同。本研究結(jié)果表明,砂子和地膜覆蓋可以提高土壤溫度,而稻草覆蓋降低土壤溫度,這與以往研究結(jié)果一致[5]。

地表的覆蓋物減弱了土壤與大氣之間的水分交換強(qiáng)度,這不但減少了土壤水分的蒸發(fā),還將土壤深層水分提升到土壤表層,而且提高了水分利用效率[14]。在植物生長早期覆蓋物可以保持土壤表層水分,植物生長中后期植株本身遮蓋可以替代覆蓋處理起到保墑的效果[15]。這說明苗期覆蓋處理對于干旱地區(qū)植物成功建植具有重要意義。本研究結(jié)果進(jìn)一步證明,各覆蓋處理均有良好的保墑作用。其中,稻草和地膜覆蓋土壤含水量較高,其次為砂子覆蓋,對照含水量最低。

砂子覆蓋可以顯著提高無芒隱子草的建植率和幼苗生長(圖1,2)。這可能是由于砂子的質(zhì)地比較疏松,有利于種子出土成苗,通透性好,有利于透氣并能形成上干下濕的環(huán)境。另外,砂子覆蓋有效提高了土壤含水量、溫度和晝夜溫差,十分有利于小種子的萌發(fā)出苗和幼苗生長。地膜和稻草覆蓋雖然能大幅度提高土壤含水量,但是地膜覆蓋土壤溫度過高,溫度上升過快,但下降速度較慢,導(dǎo)致土壤溫度長時(shí)間處在過高的水平(一般處在30～38℃),會造成種子的次生休眠,以及萌發(fā)后幼苗灼傷和根系過早的老化等,不利于無芒隱子草建植生長。稻草覆蓋導(dǎo)致最高土壤溫度也低于20℃,嚴(yán)重抑制了種子的萌發(fā)出苗。

[1］Yang Y M,Liu X J,Li W Q,et al.Effect of different mulch materials on winter wheat production in desalinized soil in Heilonggang region of North China[J].Journal of Zhejiang University Science B,2006,7(11):858-867.

[2］田娜,張蕾,江海東.保水劑對垂盆草建植和生理代謝的影響[J].草業(yè)科學(xué),2009,26(2):120-123.

[3］Li X Y,Gong J D,Gao Q Z,etal.Incorporation of ridge and furrow method of rainfall harvesting with mulching for crop production under semiarid region of China[J].Journal of Hydrology,2000,228(3-4):165-173.

[4］Li X J,Zhang Z G,Li Y C.Effects of straw mulch on water status in saline soil[J].Journal of Soil Science,2000,30(4):176-177.

[5］Unger P W,Role of mulches in dryland agriculture[A].In:Gupta U S.Crop Physiology[M].Oxford and IBH,New Delhi,1975:237-260.

[6］Wicks G A,Crutchfield D A,Burnside O C.Influence of wheat(Triticum aestivum)straw mulch and metolachlor on corn(Zea mays)growth and yield[J].Weed Science,1994,42:141-147.

[7］Chen S Y,Zhang X Y,Liu M Y.Soil temperature and soil water dynamics in wheat field mulched with maize straw[J].Chinese Journal of Agrometeorology,2002,23(4):34-37.

[8］郇庚年.甘肅張掖主要野生草坪植物[J].草業(yè)科學(xué),1989,6(5):60-64.

[9］邰建輝,王彥榮,陳谷.無芒隱子草種子萌發(fā)、出苗和幼苗生長對土壤水分的響應(yīng)[J].草業(yè)學(xué)報(bào),2008,17(3):105-110.

[10］魚小軍,王彥榮,曾彥軍,等.溫度和水分對無芒隱子草和條葉車前種子萌發(fā)的影響[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2004,24(5):883-887.

[11］魏學(xué),王彥榮,胡小文,等.無芒隱子草不同節(jié)間部位的種子休眠對高溫處理的響應(yīng)[J].草業(yè)學(xué)報(bào),2009,18(6):169-173.

[12］黃文達(dá),王彥榮,胡小文.三種荒漠植物種子萌發(fā)的水熱響應(yīng)[J].草業(yè)學(xué)報(bào),2009,18(3):171-177.

[13］蔣小軍,周政華.不同覆蓋物對種子直播建植草坪的影響[J].草業(yè)科學(xué),2003,20(8):60-61.

[14］Dong Z Y,Qian B F.Field investigation on effects of wheat-straw/corn-stalk mulch on ecological environment of upland crop farmland[J].Journal of Zhejiang University Science A,2002,3(2):209-215.

[15］Tolk J A,Howell T A,Evett S R.Effect of mulch,irrigation,and soil type on water use and yield of maize[J].Soil Tillage Research,1999,50(2):137-147.