雷 偉，楊 芬，閆 釗，丁變紅

（1.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所，山西太原030031；2.太原學(xué)院，山西太原030032；3.新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第六師農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，新疆五家渠831301）

山西是典型的黃土覆蓋的山地高原，山區(qū)面積占總面積的80.1%，年平均降水量在400～650 mm，且降水分布受地形影響較大，分布不均勻[1]，旱地面積占全省耕地面積的75%以上[2]。這些干旱或半干旱地區(qū)由于降雨量稀少，田間無(wú)效蒸發(fā)量大，農(nóng)作物水分利用效率低下，加之自然條件惡劣，導(dǎo)致農(nóng)作物常年受到水分脅迫，種植產(chǎn)量和收益受到嚴(yán)重影響。地膜覆蓋技術(shù)由于具有提高水分利用效率、增加土壤溫度和提高作物產(chǎn)量[3-5]的作用，現(xiàn)已在玉米、馬鈴薯、花生等作物上得到廣泛應(yīng)用[6-8]。首先，地膜覆蓋能顯著增加土壤溫度。王增紅等[9]對(duì)玉米在覆膜種植條件下的研究表明，覆膜能增加土壤溫度，其中，5 cm 土層相對(duì)于露地土壤溫度平均增加1.7 ℃；秦愛(ài)紅等[10]對(duì)油葵覆膜研究表明，從播種至出苗期地溫增加4.5 ℃，出苗提前6 d。其次，地膜覆蓋種植技術(shù)具有節(jié)水保墑作用，可以提高作物水分利用效率[11]。張永濤等[12]研究發(fā)現(xiàn)，覆膜較露地栽培可增加土壤含水量30%，降低蒸騰量50%，減少水分虧缺15%以上，節(jié)水效果顯著。江燕等[13]對(duì)甘薯的研究表明，覆膜與裸地相比，0～20 cm 各土層的土壤溫度、土壤含水量分別提高了1.0～6.6 ℃，9.97%～18.1%。另外，眾多研究都表明，地膜覆蓋對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量具有重要影響[14-16]。因此，近幾年地膜覆蓋成為我國(guó)快速推廣的一種高效經(jīng)濟(jì)的農(nóng)業(yè)栽培技術(shù)[17]。

向日葵是山西省主要的經(jīng)濟(jì)作物之一，種植面積約13.3 萬(wàn)hm2，其中，食用葵面積6.67 萬(wàn)hm2[18]。然而，由于山西省地處黃土高原，水資源缺乏，土地貧瘠，加上農(nóng)戶(hù)錯(cuò)誤的認(rèn)為向日葵耐干旱、耐瘠薄[19]，就可以粗放種植，疏于管理，導(dǎo)致向日葵栽培技術(shù)嚴(yán)重滯后。優(yōu)良品種沒(méi)有搭配合理的種植模式，很難發(fā)揮其高產(chǎn)優(yōu)勢(shì)，嚴(yán)重影響了種植向日葵的收益，限制了向日葵產(chǎn)業(yè)的擴(kuò)大和發(fā)展。

本試驗(yàn)針對(duì)山西省特殊的地理氣候和種植條件，對(duì)食用向日葵覆膜栽培技術(shù)進(jìn)行理論研究，探討覆膜栽培對(duì)土壤增溫、保濕的作用及對(duì)向日葵的增產(chǎn)效應(yīng)，旨在為農(nóng)戶(hù)覆膜栽培向日葵提供理論和實(shí)踐指導(dǎo)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2018 年5—9 月在山西省晉中市榆次區(qū)東陽(yáng)鎮(zhèn)山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)基地（112°75′E，37°68′N(xiāo)）進(jìn)行。試驗(yàn)地海拔799.4～804.6 m，年平均氣溫9.7 ℃，年均降水量440.7 mm，前茬作物為玉米，地勢(shì)平坦，土壤呈弱堿性，pH 值7.85，有機(jī)質(zhì)含量15.82 g/kg，堿解氮含量99.36 mg/kg，速效磷含量42.23 mg/kg，速效鉀含量29.78 mg/kg，屬于中等肥力。2018 年試驗(yàn)地氣溫和降雨情況列于表1。

表1 2018 年試驗(yàn)地氣溫和總降雨量

1.2 試驗(yàn)材料

為了能更全面、準(zhǔn)確地反映地膜栽培對(duì)向日葵的增產(chǎn)效應(yīng)，選取在山西省具有代表性的3 個(gè)食葵品種：YS809（山西省食葵區(qū)域試驗(yàn)對(duì)照品種，屬雜交種）、太食616（山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所選育的食葵雜交新品種，2018 年通過(guò)登記）和三道眉（山西地方老品種，屬常規(guī)種）。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

每個(gè)食葵品種設(shè)有白膜和無(wú)膜（CK）栽培2 個(gè)處理，重復(fù)3 次，共計(jì)18 個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)45 m2（15 m×3 m），起壟寬1.5 m，中間鋪0.8 m 寬的白色地膜，地膜厚度0.007 mm。2018 年5 月20 日寬窄行播種，每穴2 粒，寬行0.8 m，窄行0.7 m，株距0.4 m，灌漿期澆水1 次（因現(xiàn)蕾期遇連日降雨，未澆水），期間未追肥，9 月15 日收獲。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.4.1 土壤溫度、濕度測(cè)定 土壤溫濕度數(shù)據(jù)采集采用2 臺(tái)杭州路格科技有限公司生產(chǎn)的三通道土壤溫度水分記錄儀（L99-TWS-3），在向日葵生長(zhǎng)周期（119 d）內(nèi)，持續(xù)監(jiān)測(cè)記錄2 個(gè)小區(qū)（白膜和無(wú)膜各選1 個(gè)小區(qū)）地下5，10，15 cm 的土壤溫度和濕度，共計(jì)6 個(gè)采集點(diǎn)，機(jī)器設(shè)定為每隔6 h 記錄一次數(shù)據(jù)，分別在1∶30，7∶30，13∶30 和19∶30 記錄測(cè)量數(shù)值。

1.4.2 農(nóng)藝性狀考察 在向日葵生長(zhǎng)周期內(nèi)，測(cè)定了各小區(qū)材料的出苗率、株高、盤(pán)徑、單盤(pán)質(zhì)量、百粒質(zhì)量和產(chǎn)量，并記錄了出苗期、開(kāi)花期和成熟期。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2010 和SPSS 17.0 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。

土壤含水量＝（濕土質(zhì)量－干土質(zhì)量）/干土質(zhì)量×100% （1）

土壤儲(chǔ)水量（mm）＝土壤含水量（%）×土壤容重（g/cm3）×土層深度（mm）×0.1（單位換算系數(shù)）（2）

灌溉水量（m3）＝流速（m/s）×?xí)r間（s）×出水口面積（m2） （3）

耗水量（mm）＝苗期貯水量＋灌溉量＋降雨量-收獲期水量 （4）

水分利用效率（kg/（mm·hm2））＝籽粒產(chǎn)量（kg/hm2）/生育期實(shí)際耗水量（mm） （5）

2 結(jié)果與分析

2.1 覆膜栽培對(duì)土壤溫度的影響

由圖1 可知，覆膜與無(wú)膜相比，在不同深度土層中的溫度變化趨勢(shì)總體是一致的，即從播種期到6 月12 日之前，白膜各土層溫度都明顯高于無(wú)膜土層溫度，最大差值達(dá)到4.9 ℃，平均差值也大于2.0 ℃；6 月13 日到7 月4 日，覆膜與無(wú)膜各土層溫度相差不大，覆膜比無(wú)膜平均高0.4 ℃；7 月5 日到8 月14 日，無(wú)膜比鋪膜土壤平均溫度高0.25 ℃；8 月15 日之后，鋪膜各土層溫度逐漸高于無(wú)膜的溫度，且隨著時(shí)間推后，溫度差值越來(lái)越大，進(jìn)入9 月以后，土壤溫度的平均差值達(dá)到2.4 ℃。方差分析（表2）顯示，覆膜與無(wú)膜在5，15 cm 土層的溫度差異達(dá)到極顯著水平，在10 cm 土層溫度差異不顯著。從向日葵整個(gè)生育期各土層的平均溫度看，覆膜在5，10，15 cm 的土層平均溫度分別為24.4，23.6，23.5 ℃，無(wú)膜的各土層平均溫度分別為23.2，23.1，22.6 ℃，在5 cm 土層溫度差值最高，達(dá)到1.2 ℃，10 cm 土層溫度差值最低，僅有0.5 ℃（圖2）。在向日葵整個(gè)生育期，覆膜的土壤平均積溫為2 834.5 ℃，無(wú)膜為2 733.9 ℃，覆膜比無(wú)膜土壤積溫提高了3.7%。

表2 覆膜與無(wú)膜各土層溫度差異的方差分析

2.2 覆膜栽培對(duì)土壤濕度及籽粒水分利用效率的影響

從圖3 可以看出，覆膜與無(wú)膜相比，在不同深度土層中的濕度變化趨勢(shì)也是基本一致，在各個(gè)土層都表現(xiàn)為覆膜的平均濕度均高于無(wú)膜，在5，10，15 cm 土層分別高5.6%，3.3%和4.9%（圖4），只有在5 cm 土層深度，在7 月26 日到8 月3 日有連續(xù)9 d 土壤濕度略低于無(wú)膜，在10 cm 土層深度，在7 月12 日到7 月22 日有連續(xù)11 d 土壤濕度略低于無(wú)膜。

方差分析顯示，覆膜與無(wú)膜各土層濕度均達(dá)到極顯著水平（表3）。結(jié)合產(chǎn)量、生育期降雨量和灌溉量，計(jì)算出向日葵覆膜栽培的籽粒水分利用效率為5.6 kg/（mm·hm2），無(wú)膜栽培的籽粒水分利用效率為4.6 kg/（mm·hm2），覆膜栽培較無(wú)膜栽培高出21.7%（表4）。

2.3 覆膜栽培對(duì)向日葵農(nóng)藝性狀的影響

對(duì)YS809、太食616 和三道眉這3 個(gè)材料在覆膜與無(wú)膜栽培處理下的農(nóng)藝性狀進(jìn)行方差分析（表5～7），結(jié)果顯示，出苗率均未達(dá)到顯著水平，覆膜情況下，3 個(gè)材料出苗率分別較無(wú)膜栽培增加5.2%，3.8%和10.3%；株高只有材料YS809 差異達(dá)到極顯著水平，其他2 個(gè)材料差異均不顯著；3 個(gè)材料不同處理的盤(pán)徑差異性都達(dá)顯著水平，太食616 的差異性更是達(dá)到了極顯著水平，覆膜處理使盤(pán)徑平均增大了1.16 cm；在單盤(pán)質(zhì)量、百粒質(zhì)量和公頃產(chǎn)量這3 個(gè)性狀上，3 個(gè)材料不同處理的差異都達(dá)到極顯著水平；就公頃產(chǎn)量而言，覆膜與無(wú)膜處理相比，YS809 增產(chǎn)13.9%，太食616 增產(chǎn)18.6%，三道眉增產(chǎn)11.3%。對(duì)3 個(gè)材料在覆膜與無(wú)膜處理下，出苗期、開(kāi)花期和成熟期比較可知，出苗期平均縮短了3 d，開(kāi)花期平均縮短了3.2 d，成熟期平均縮短了7.7 d。其中，較為明顯的是中晚熟材料YS809，無(wú)膜條件下成熟期119.6 d，覆膜條件下成熟期106.7 d，縮短了12.9 d（圖5）。

表3 覆膜與無(wú)膜不同土層濕度差異的方差分析

表4 覆膜與無(wú)膜處理的籽粒水分利用效率

表5 YS809 農(nóng)藝性狀方差分析結(jié)果

表6 太食616 農(nóng)藝性狀方差分析結(jié)果

表7 三道眉農(nóng)藝性狀方差分析結(jié)果

續(xù)表7

3 結(jié)論與討論

3.1 覆膜對(duì)土壤的增溫效果

眾多研究都表明，覆膜栽培對(duì)土壤具有良好的保溫效果，能有效提高土壤表層積溫。曹玉軍等[20]對(duì)玉米覆膜的研究指出，在玉米苗期到拔節(jié)期，5～25 cm 土層的平均溫度較對(duì)照提高2.8 ℃。張振華等[21]研究表明，地膜具有明顯的增溫效果，尤其是在苗期效果顯著。本試驗(yàn)對(duì)食用向日葵覆膜栽培的研究也得到同樣的結(jié)果，覆膜比無(wú)膜處理土壤積溫提高了3.7%，但覆膜的保溫效果受到外界溫度和向日葵生長(zhǎng)發(fā)育的影響。在向日葵現(xiàn)蕾期（6 月15 日左右）之前，由于外界溫度較低，植株生長(zhǎng)矮小，地膜覆蓋下的土壤表層既能充分吸收陽(yáng)光熱量，又能阻擋熱量的流失，因此，保溫效果明顯，5～15 cm 土層平均溫度高出2 ℃以上。隨著外界溫度的升高、植株的生長(zhǎng)，覆膜的增溫效果逐漸不顯著，到開(kāi)花期間（7 月15 日至8 月10 日），無(wú)膜反倒比鋪膜土壤平均溫度高0.25 ℃，這主要是由于外界溫度較高，覆膜起到了隔熱的作用，另外，這個(gè)期間植株葉片生長(zhǎng)旺盛，阻擋了大部分陽(yáng)光，減少了覆膜土壤表層吸收的熱量。開(kāi)花期之后，葉片開(kāi)始萎縮凋落，氣溫也逐漸降低，覆膜對(duì)土壤的保溫效果又逐漸明顯起來(lái)。進(jìn)入9 月以后，覆膜與無(wú)膜的土壤溫度平均差值達(dá)到2.4 ℃。這與王有寧等[22]和吳從林等[23]的研究結(jié)果基本一致，結(jié)果表明，覆膜對(duì)作物生育前期有明顯的增溫效果，王有寧等[22]同時(shí)還指出，在高溫季節(jié)覆膜有降溫作用；吳從林等[23]對(duì)冬小麥的研究則表明，覆膜在作物生長(zhǎng)后期增溫效果不顯著或反而有降溫的趨勢(shì)。

3.2 覆膜對(duì)土壤的保濕效果

本研究表明，覆膜對(duì)土壤的保濕效果顯著，在5，10，15 cm 各土層土壤的濕度與無(wú)膜相比差異都達(dá)到極顯著水平，覆膜的籽粒水分利用效率較無(wú)膜提高了21.7%，但是土壤的濕度受到灌溉和降雨影響較大，特別是無(wú)膜處理下受此影響波動(dòng)更為明顯，因此，會(huì)出現(xiàn)短時(shí)間內(nèi)土壤表層無(wú)膜的濕度高于覆膜的情況。閆雅非[24]、劉祖貴等[25]、宋淑亞等[26]的研究都表明，覆膜能夠提高土壤表層的含水量和水分利用效率，與本研究結(jié)論一致。

3.3 覆膜對(duì)向日葵農(nóng)藝性狀的影響效應(yīng)

本研究調(diào)查了3 個(gè)向日葵品種2 個(gè)處理共計(jì)18 個(gè)小區(qū)材料的出苗率、株高、盤(pán)徑、單盤(pán)質(zhì)量、百粒質(zhì)量、公頃產(chǎn)量等性狀，還記錄各小區(qū)的出苗、開(kāi)花和成熟的日期，結(jié)果表明，覆膜對(duì)向日葵的生長(zhǎng)發(fā)育具有明顯影響，特別是對(duì)產(chǎn)量性狀（單盤(pán)質(zhì)量、百粒質(zhì)量、公頃產(chǎn)量）影響顯著，能大幅度提高食葵產(chǎn)量，平均公頃產(chǎn)量增幅達(dá)到14.6%。出苗率的方差分析雖然不顯著，但就田間觀察，無(wú)膜處理的出苗較晚，而且不整齊，苗子長(zhǎng)勢(shì)弱，這都影響了植株后期的發(fā)展。對(duì)株高的分析表明，覆膜與無(wú)膜處理整體表現(xiàn)為差異不顯著，僅有YS809 差異達(dá)到極顯著水平，據(jù)測(cè)量YS809 株高達(dá)到2.3 m 以上，其他2 個(gè)材料株高都在2 m 以下，推測(cè)株高越高的材料，其差異性才越能顯現(xiàn)出來(lái)，2 m 以下的材料可能難檢測(cè)出差異性。本研究還表明，覆膜可以使向日葵平均出苗時(shí)間縮短3 d，成熟期縮短7.7 d。在眾多相關(guān)研究中，都得到了相似的結(jié)果。李榮等[27]的研究表明，覆膜能使玉米材料提前4 d 出苗。廖允成等[28]對(duì)春小麥的覆膜研究表明，覆膜能促進(jìn)小麥出苗更早、更全、更齊。張杰等[29]研究表明，覆膜可以使玉米生育期提前，籽粒產(chǎn)量增加19.96%。

4 結(jié)論

覆膜對(duì)土壤具有明顯的保溫效應(yīng)，其保溫效果受到外界溫度和向日葵生長(zhǎng)發(fā)育的影響，總體的趨勢(shì)是向日葵現(xiàn)蕾期之前保溫效果顯著，5～15 cm 土層比無(wú)膜處理溫度高出2 ℃以上?，F(xiàn)蕾期到開(kāi)花后期，覆膜的保溫效果與無(wú)膜差異不顯著?；ㄆ谥?，覆膜的保溫效果逐漸明顯，9 月份5～15 cm 土層平均溫度比無(wú)膜高2.4 ℃?？傮w來(lái)說(shuō)，在向日葵全生育期覆膜使土層溫度增加0.86 ℃，有效積溫提高了3.7%。

覆膜對(duì)土壤有良好的保濕效果，其5，10，15 cm各土層濕度與無(wú)膜相比差異都達(dá)到極顯著水平，向日葵全生育期5～15 cm 土層濕度增加了4.6%，籽粒水分利用效率提高了21.7%。

覆膜栽培對(duì)向日葵產(chǎn)量性狀（單盤(pán)質(zhì)量、百粒質(zhì)量、公頃產(chǎn)量）影響顯著，能大幅度提高食葵產(chǎn)量，平均公頃產(chǎn)量較無(wú)膜處理增幅達(dá)到14.6%；覆膜處理使盤(pán)徑的差異達(dá)到顯著或極顯著水平，盤(pán)徑較無(wú)膜處理平均增大了1.16 cm；覆膜與無(wú)膜處理在出苗率和株高性狀上差異不顯著；覆膜處理使出苗期平均縮短了3 d，開(kāi)花期縮短了3.2 d，成熟期縮短了7.7 d。