惠施佳,張金霞

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)水利水電工程學(xué)院,甘肅 蘭州 730070；2.新疆水利廳水資源規(guī)劃研究所,新疆 烏魯木齊 830000)

我國西北地區(qū)河西綠洲地域遼闊，具有豐富的光熱資源，適宜小麥、玉米等一年一熟糧食作物的種植，但該區(qū)特殊的地形和河谷的狹管效應(yīng)，導(dǎo)致氣候條件惡劣且常年沙塵暴不斷[1]；此外，該區(qū)降水稀少，地表植被覆蓋率極低，沙漠或裸露荒地分布廣泛，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境逐漸惡化，阻礙了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展[2-4]。食葵是一種喜溫耐旱作物，對土壤的要求相對較低，在各類土壤中均能生長[5]，有較強(qiáng)的耐鹽堿能力[6]，是民勤地區(qū)重要經(jīng)濟(jì)作物，但限于該區(qū)水資源不足、土壤質(zhì)量低下等條件，食葵產(chǎn)量常年低而不穩(wěn)。因此，研發(fā)以提高土壤質(zhì)量、改善土壤水分利用效率為核心的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)該區(qū)食葵穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的關(guān)鍵。

覆蓋種植包括地膜、秸稈等具有較好的蓄水調(diào)溫等特點(diǎn)，研究表明，覆蓋種植有利于提高水分利用效率[7]，同時(shí)可增加作物產(chǎn)量[8]，是近年來西北地區(qū)農(nóng)作物生產(chǎn)中應(yīng)用較為廣泛的農(nóng)業(yè)措施技術(shù)。但也有研究表明，地膜覆蓋在提高作物產(chǎn)量的同時(shí)，造成的殘膜舊膜難回收、影響作物根系發(fā)育等問題突出[9-10]。研究表明，秸稈覆蓋有明顯降溫效果，因此單一秸稈覆蓋易造成水分損耗及低溫效應(yīng)造成出苗率下降減產(chǎn)等負(fù)效應(yīng)[11-13]，也有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，秸稈覆蓋同時(shí)具有增墑和減墑的雙重效應(yīng)[14-15]。

碎麥秸墊式膜覆蓋是一種新型的二元覆蓋方式，可以解決地膜覆蓋造成的難剝離和污染問題，也可以更好地發(fā)揮秸稈覆蓋的優(yōu)點(diǎn)，具有提高籽粒產(chǎn)量和水分利用效率[16-18],蓄水調(diào)溫[19]、改善土壤質(zhì)地[20]等特點(diǎn)。受西北地區(qū)特殊的氣候條件、生態(tài)環(huán)境等的影響，不同覆蓋方式造成的土壤水熱和養(yǎng)分變化均存在較大差異。因此，本研究在甘肅民勤綠洲開展田間試驗(yàn)，以無覆蓋種植為對照，設(shè)置3種覆蓋方式和2種灌水定額條件，探究覆蓋方式結(jié)合灌水對食葵土壤水熱、養(yǎng)分、籽粒產(chǎn)量及水分利用效率的影響，旨在深化理解覆蓋種植增產(chǎn)機(jī)理，進(jìn)而選擇一種適合民勤綠洲食葵的最佳種植模式，為提高該地食葵產(chǎn)量及水分利用效率提供理論和實(shí)踐依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2017年4—9月在民勤縣城以北約13.5 km處的大灘鄉(xiāng)東大村進(jìn)行，該區(qū)海拔1 250 m，屬典型的大陸性荒漠氣候。多年平均氣溫7.8℃，平均濕度45%，多年平均降水110 mm，多年平均蒸發(fā)量2 644 mm。年均風(fēng)速2.2 m·s-1，全年平均揚(yáng)沙59 d，年日照時(shí)數(shù)3 028 h，無霜期150 d。試驗(yàn)區(qū)土質(zhì)0～60 cm為粘壤土，60 cm以下為沙壤土，土壤平均容重1.54 g·cm-3。該區(qū)主要依靠低水質(zhì)的地下咸水灌溉農(nóng)業(yè)，全年有效降水不足以淋溶出植物根區(qū)鹽分，鹽分在土壤中不斷累積，且上游來水量呈遞減趨勢，地下水埋深逐年下降，作物根區(qū)土壤水分不能靠地下水補(bǔ)給，農(nóng)田土壤水分以上行為主，表層含鹽量高。試驗(yàn)期研究區(qū)平均氣溫20.10℃，平均風(fēng)速1.34 m·s-1。總降雨量2.62 mm，降雨時(shí)間集中在4、6和7月。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)設(shè)置3種覆蓋方式及2個(gè)灌水定額，其中，覆蓋方式包括秸稈覆蓋(秸稈量為4 500 kg·hm-2)、地膜覆蓋、碎麥秸墊膜覆蓋(秸稈量為4 500 kg·hm-2)，灌水定額包括900 m3·hm-2和750 m3·hm-2，以無覆蓋種植為對照。各處理設(shè)3次重復(fù)，試驗(yàn)小區(qū)隨機(jī)布置，面積為35 m2(17.5 m × 2 m)，在整個(gè)生育期內(nèi)，各處理的農(nóng)藝措施(底肥量、播種量等)、灌水次數(shù)和灌溉時(shí)間均相同。為了保證出苗均勻性，播種前統(tǒng)一灌水(900 m3·hm-2)，底肥用量為尿素(含N≥46.3%)225 kg·hm-2、復(fù)合肥300 kg·hm-2、磷酸二銨300 kg·hm-2。

以當(dāng)?shù)刂髟允秤眯拖蛉湛贩N‘TKC-2008’為供試材料，播種深度3 cm，每小區(qū)4行，行距50 cm，株距35 cm，于4月29日播種，8月19日收獲，共設(shè)8個(gè)處理，詳見表1。

表1 試驗(yàn)處理設(shè)計(jì)Table 1 Experimental design

1.3 觀測指標(biāo)

1.3.1 氣象資料 運(yùn)用試驗(yàn)基地的農(nóng)田自動(dòng)微氣象站，即氣象生態(tài)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，觀測地溫、降雨量、空氣溫度、蒸發(fā)量、空氣濕度等氣象數(shù)據(jù)。

1.3.2 土壤含水率 采用烘干法測定土壤含水率。用土鉆取土，測定深度為120 cm，其中0～10 cm土層每5 cm取樣，10～120 cm土層每10 cm取樣。播種前和每次灌水后加測含水率。

土壤貯水量的計(jì)算公式為：

(1)

式中,W為土壤貯水量(mm)；Δθi為第i層土壤的體積含水量(%)；Zi為第i土壤層厚度(mm)；i為土壤層次編號，共13層(n=13)，耗水量由水分平衡方程計(jì)算[20]：

ET=ΔW+P+I-D+Wg-R

(2)

式中,ΔW土壤貯水量變化量(mm)；P為生育期≥5 mm有效降水量(mm)；I為灌水量(mm)；D為灌水向下流動(dòng)量(mm)；Wg為深層地下水利用量(mm)；R為地表徑流量(mm)；ΔW為貯水量的變化量(mm)。本試驗(yàn)中，不考慮D、Wg和R。

水分利用效率采用式(3)進(jìn)行計(jì)算：

WUE=Y/ET

(3)

式中，WUE為水分利用效率(kg·hm-2·mm-1)；Y為食葵實(shí)際籽粒產(chǎn)量(kg·hm-2)。

1.3.3 土壤溫度 采用地溫計(jì)測定土壤溫度。測定0(土壤表層)、5、10、15、20、25 cm深度土層溫度。每周觀測1次，觀測時(shí)間為6∶00—20∶00，每小時(shí)觀測1次。

1.3.4 作物生長指標(biāo) 記錄食葵各個(gè)生育期的灌水次數(shù)、灌溉水量、灌溉時(shí)間。食葵的播種時(shí)間、播種量、收獲時(shí)間和產(chǎn)量，以及食葵的株高和莖粗(每個(gè)生育期測1次)等。

1.3.5 土壤樣品養(yǎng)分指標(biāo) 采用酸度計(jì)(YSI pH 100)測定土壤pH；采用堿解擴(kuò)散法測定土壤堿解氮；采用0.5 mol·L-1NaHCO3滴定法測定土壤速效磷；由NH4OAc浸提，采用火焰光度計(jì)測定土壤速效鉀；采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法測定土壤有機(jī)質(zhì)。

1.4 統(tǒng)計(jì)方法

采用Excel 2010和SPSS 22.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，采用Origin 2017和Excel 2010進(jìn)行圖表繪制。采用Duncan法進(jìn)行差異顯著性分析，顯著性水平設(shè)置為α=0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同覆蓋方式對土壤貯水量的影響

由圖1A、B可以看出，不同處理土壤貯水量隨食葵生育期的推進(jìn)總體表現(xiàn)播種初期最大，而后逐漸減小的趨勢。對于不同覆蓋方式，SF較其他覆蓋方式對土壤貯水量影響顯著。當(dāng)灌水定額為900 m3·hm-2時(shí)，SF和F處理土壤貯水量較N顯著增加23.89%和12.37%，S增加了6.50%。當(dāng)灌水定額750 m3·hm-2時(shí)，SF處理土壤貯水量較N顯著增加20.64%，F(xiàn)和S較N的增幅為6.96%～8.23%。說明碎麥秸墊膜覆蓋對土壤貯水量的影響優(yōu)于地膜覆蓋、秸稈覆蓋和無覆蓋，對土壤儲(chǔ)水具有著促進(jìn)作用。

2.2 不同覆蓋方式對土壤溫度的影響

在食葵整個(gè)生育期土壤平均溫度變化如圖2所示，各處理土壤溫度總體表現(xiàn)為隨土層深度的增加而降低。當(dāng)灌水定額為900 m3·hm-2時(shí)，SF、F較N增幅為2.82%～7.43%，S較N降低4.30%；當(dāng)灌水定額為750 m3·hm-2時(shí)，SF和F均高于N，增幅為1.4%～6.87%，S與N處理之間無顯著差異(P>0.05)。兩種灌水定額情況下，F(xiàn)處理土壤溫度最大，S處理土壤溫度最小，說明地膜覆蓋對土壤溫度的影響具有促進(jìn)作用。

圖1 不同覆蓋方式對土壤貯水量的影響Fig.1 Effects of different mulching methods on soil water storage

圖2 不同覆蓋方式對土壤溫度的影響Fig.2 Effects of different mulching methods on soil temperature

2.3 覆蓋方式和灌水定額對土壤理化性質(zhì)的影響

2.3.1 土壤pH 圖3可見，C為播種前土壤pH初始值，不同覆蓋處理下土壤pH存在降低趨勢，且播種后土壤pH值明顯低于播種前，可知種植食葵可明顯改善土壤的鹽堿性。當(dāng)灌水定額為900 m3·hm-2時(shí)，N、S、F和SF較播種前土壤pH降低1.79%、2.15%、2.62%和2.26%，地膜覆蓋對土壤pH值降低效果較其他覆蓋方式明顯。當(dāng)灌水定額為750 m3·hm-2時(shí)，N、S、F和SF較播種前土壤pH顯著降低2.26%、2.62%、2.74%和2.98%，碎麥秸墊膜覆蓋(SF)對土壤pH值的影響較其他覆蓋方式明顯。說明不同覆蓋方式可以有效降低土壤pH值，較播種前降幅2.15%～2.98%。

2.3.2 土壤有機(jī)質(zhì) 由表2可知，不同覆蓋方式下土壤有機(jī)質(zhì)含量隨著土層的增加而降低，0～20 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)含量最大的為SFM，較NH、SH、FH、SFH、NM、SM、FM分別顯著增加24.5%、11.0%、18.0%、11.8%、25.4%、30.7%、25.8%。20～40 cm土層中不同處理土壤有機(jī)質(zhì)含量大小表現(xiàn)為SFM>FM>FH>NH>SM>SH>SFH>NM，其中NH、SH、FH、SFH和SM處理間無顯著差異；40～60 cm土層中不同處理土壤有機(jī)質(zhì)含量大小表現(xiàn)為SFM>SH>NM>FH>NH>SM>SFH>FM；60～120 cm土層中不同處理土壤有機(jī)質(zhì)含量最大的為SF處理，較無覆蓋處理顯著增加16.7%，F(xiàn)和S分別較無覆蓋增加6.3%～6.8%。

注：不同小寫字母表示Duncan多重比較不同處理在5%水平下差異顯著。Note:Different lowercase letters indicate significant differences between Duncan multiple comparison and different treatments at 5% level.圖3 不同覆蓋方式對土壤pH值的影響Fig.3 Effects of different mulching methods on soil pH value

表2 不同處理方式對不同土層土壤養(yǎng)分的影響Table 2 Soil nutrients in different soil layers of different treatments

2.3.3 土壤堿解氮 由表2可知，土壤堿解氮含量在0～20 cm土層含量最高，且隨著土層深度增加堿解氮呈降低趨勢。0～20 cm土層中，SFM處理土壤堿解氮含量最高，說明碎麥秸墊膜覆蓋對淺層土壤堿解氮含量有促進(jìn)作用，F(xiàn)M處理土壤堿解氮含量最低。20～40 cm土層中，SFM處理土壤堿解氮含量最高，SH、FH、NM、SM和FM無顯著性差異，NH處理土壤堿解氮含量最低。40～120 cm土層中SFM處理土壤堿解氮含量最高。SF土壤堿解氮含量較無覆蓋顯著增加16.5%，F(xiàn)和S分別較無覆蓋處理降低了6.3%和6.8%。

2.3.4 土壤速效磷 由表2可知，土壤速效磷含量隨著土層深度的增加而降低，0～20 cm土層中，SFM處理土壤速效磷含量最高，SFH次之，NH、SH、FH、NM、SM處理和FM處理差異性不顯著。20～40 cm土層中，SFM處理土壤速效磷含量最高，NH處理最低，說明覆蓋方式對土壤速效磷的含量有一定的促進(jìn)作用。40～60 cm土層中，SFM和SH處理土壤速效磷含量較高，NM處理較低。60～120 cm土層中，土壤速效磷含量變化不在明顯，較淺層土壤速效磷含量有明顯減少，說明土壤速效磷大部分積聚在淺層土壤中，且有碎麥秸稈覆蓋下的土壤速效磷含量較其他覆蓋高。SF和F處理土壤速效磷含量分別較無覆蓋處理顯著增加15.2%和7.8%。

2.3.5 土壤速效鉀 由表2可知，不同處理方式下不同土層土壤速效鉀含量不同，土壤速效鉀含量在0～20 cm土層含量最高，隨著土層的增加，土壤速效鉀含量依次降低。0～20 cm土層中，SFM處理土壤速效鉀含量最高，NH和FM處理較低，說明無覆蓋和地膜覆蓋下的土壤速效鉀含量較低。20～40 cm土層中，SFM處理土壤速效鉀含量最高，依次為FM、NM、SM、SH、NH、FH和SFH。40～60 cm土層中，SFM處理土壤速效鉀含量最高，F(xiàn)M次之。60～120 cm土層中，SFM和FM處理土壤速效鉀含量較高，NH處理較低。SF處理土壤速效鉀含量較無覆蓋處理增加12.8%，F(xiàn)和S處理較N處理增加8.6%～8.8%。

2.4 覆蓋方式和灌水定額對食葵生長及產(chǎn)量的影響

2.4.1 食葵株高 由表3可知，食葵的株高隨著生育期的推進(jìn)而增加，在開花期之前生長速度較快，而在此之后生長緩慢。在食葵出苗期株高較高的為FM和SFH處理，生長較緩的為NH、SH、NM和SM處理，且無顯著性差異，說明在食葵的出苗期無覆蓋和秸稈覆蓋對食葵株高生長沒有促進(jìn)作用。在食葵現(xiàn)蕾期生長最快的為FH處理，SFH處理次之，說明地膜覆蓋和高灌水定額在食葵的現(xiàn)蕾期對株高影響較大。在食葵開花期，食葵株高最大的為FH和SFM處理，最小的為SH處理。灌漿期食葵株高較大的為FH和SFH處理，較小的為NH和NM處理，說明無覆蓋對食葵株高的生長沒有促進(jìn)作用。成熟期食葵株高較大的為FH和SFM處理，較小的為NM處理。說明地膜覆蓋對食葵株高有促進(jìn)作用。

2.4.2 食葵莖粗 由表3可知，食葵莖粗隨著生育期逐漸增加，并成熟期達(dá)到最大值。食葵出苗期，F(xiàn)M處理食葵莖粗最大，說明地膜的保溫作用可以促進(jìn)食葵莖粗的生長。在現(xiàn)蕾期，食葵莖粗最大的為FH處理，最小的為SM處理，說明地膜覆蓋和高灌水定額對食葵莖粗的生長有促進(jìn)作用，未經(jīng)處理的長秸稈覆蓋對食葵莖粗的生長不益。食葵開花期和灌漿期，莖粗最大的為FH處理，較小的為SH、NH和SM處理。在食葵成熟期，不同處理對應(yīng)的食葵莖粗無顯著性差異。

2.4.3 食葵器官產(chǎn)量 由表4可知，不同處理對應(yīng)的食葵器官產(chǎn)量所占比例不相同，從表4可以看出，不同器官產(chǎn)量處理表現(xiàn)為花盤>籽粒>莖>葉片，且SFM處理葉片、花盤和籽粒的產(chǎn)量最大。在灌水定額為900 m3·hm-2時(shí)，莖產(chǎn)量表現(xiàn)為N>SF>F>S，葉片產(chǎn)量表現(xiàn)為N>SF>F>S，花盤產(chǎn)量表現(xiàn)為SF>>N>S>F，籽粒產(chǎn)量表現(xiàn)為SF>N>F>S，由此可知當(dāng)灌水定額較大時(shí)，食葵各器官產(chǎn)量在秸稈覆蓋和地膜覆蓋下的產(chǎn)量較小。當(dāng)灌水定額為750 m3·hm-2時(shí)，不同處理莖產(chǎn)量表現(xiàn)為SF>N>F>S，葉片產(chǎn)量表現(xiàn)為SF>N>F>S，花盤產(chǎn)量變現(xiàn)為SF>N>F>S，籽粒產(chǎn)量表現(xiàn)為SF>F>N>S，由此可知當(dāng)灌水定額為750 m3·hm-2時(shí)，SF處理的食葵各器官產(chǎn)量均最大，S處理的各器官產(chǎn)量均最小。

表3 不同處理方式對食葵株高和莖粗的影響Table 3 Plant height and stem diameter of sunflower of different treatments

表4 不同處理方式對食葵產(chǎn)量的影響Table 4 Sunflower yield of different treatment

2.4.4 食葵籽粒產(chǎn)量和水分利用效率 由表5可知，覆蓋方式和灌水定額同時(shí)作用下，食葵產(chǎn)量變化也各不相同，SFM處理食葵產(chǎn)量、粒數(shù)、百粒重、水分利用效率和收獲指數(shù)均最大，SH處理產(chǎn)量粒數(shù)均和水分利用效率最小，SH處理粒數(shù)最少，NH處理百粒重最小，SM處理收獲指數(shù)最小。當(dāng)灌水定額為900 m3·hm-2時(shí)，SF處理產(chǎn)量最大，較無覆蓋處理顯著提高14.29%，顆粒數(shù)在S、F和SF處理間無顯著差異；不同處理百粒重表現(xiàn)為SF>F>S>N，且各處理間均有顯著性差異，最大值和最小值差值為4.69 g；水分利用效率最大為SF處理(27.26 kg·hm-2·mm-1)，較無覆蓋方式顯著提高24.61%；收獲指數(shù)最大的為S處理，S、F和SF處理無顯著差異(P>0.05)。當(dāng)灌水定額為750 m3·hm-2時(shí)，SF處理產(chǎn)量最大，F(xiàn)處理次之，S處理對應(yīng)的產(chǎn)量最小，SF處理產(chǎn)量較無覆蓋和秸稈覆蓋處理分別顯著提高8.2%和39.85%；SF處理顆粒數(shù)、百粒數(shù)、水分利用效率最大，即S處理最小?？梢钥闯鼋斩捀采w下的水分利用效率最低，SF處理水分利用效率較無覆蓋提高7.10%，較秸稈覆蓋顯著提高41.21%；收獲指數(shù)最大的為SF處理，最小的為S處理。

由表6可知，食葵產(chǎn)量與土壤貯水量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，與百粒重、顆粒數(shù)、花盤直徑呈顯著正相關(guān)關(guān)系，與土壤溫度、收獲指數(shù)相關(guān)性不顯著，說明食葵百粒重、顆粒數(shù)和花盤直徑對食葵產(chǎn)量有促進(jìn)作用。食葵產(chǎn)量與土壤pH呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，與土壤速效磷含量呈顯著正相關(guān)，與速效鉀和堿解氮呈極顯著正相關(guān)，與土壤機(jī)質(zhì)含量相關(guān)性不顯著。

表5 不同處理方式對食葵產(chǎn)量和水分利用效率的影響Table 5 Sunflower yield and water use efficiency of different treatment

表6 食葵產(chǎn)量與主要農(nóng)藝指標(biāo)的相關(guān)性分析Table 6 Correlation analysis of sunflower yield and main agronomic indicators

表7 食葵產(chǎn)量與土壤理化性質(zhì)的相關(guān)性分析Table 7 Correlation analysis of sunflower yield and soil physical and chemical properties

3 討 論

3.1 不同覆蓋方式對土壤貯水量和土壤溫度的影響

覆蓋方式和灌水定額是影響土壤貯水量和土壤溫度的關(guān)鍵因素。當(dāng)灌水量一定時(shí)，土壤貯水量的變化趨勢變現(xiàn)為SF>F>S>N。碎麥秸墊膜覆蓋對土壤貯水量的影響優(yōu)于地膜覆蓋、秸稈覆蓋和無覆蓋，對土壤水分具有促進(jìn)作用，這與郭小龍等[17]研究結(jié)果相同。研究表明，地面覆蓋對土壤無效水的蒸發(fā)有制約作用[21]，在降雨或灌水后可以有效減小地表水的徑流和無效散失。這是因?yàn)楦采w遮擋物可以阻斷土氣界的傳輸[22]，減少了土壤表層的直接蒸發(fā)，使得水分的入滲量大于蒸發(fā)量，這與本實(shí)驗(yàn)結(jié)果相似。有研究表明[23]，秸稈覆蓋在高溫時(shí)有降溫效果，在低溫時(shí)有保溫作用，可保證食葵最適宜的生長的土壤溫度，這與本試驗(yàn)研究存在差異，秸稈覆蓋對應(yīng)下的土壤溫度低于地膜覆蓋。劉宏勝等[24]研究表明，地膜覆蓋并未在整個(gè)生育期表現(xiàn)出增溫效果，只有在生育期前期有增溫，而后期會(huì)出現(xiàn)降溫作用。結(jié)合地膜覆蓋和秸稈覆蓋二者優(yōu)點(diǎn)，碎麥秸墊式膜覆蓋在整個(gè)生育期土壤溫度相對無覆蓋、地膜覆蓋和秸稈覆蓋較穩(wěn)定，更有利于食葵的生長。正是由于覆蓋后土壤濕度變化慢而趨于相對穩(wěn)定，而導(dǎo)致土壤地溫，尤其是地表溫度變幅明顯降低。土壤水分與土壤溫度又有很大關(guān)系，由于水的比熱容大于土壤，在受到太陽輻射后水分含量高的處理土壤溫度升高會(huì)較慢[25]。對于地膜覆蓋的溫度效應(yīng)，有研究表明，地膜覆蓋可以增加土壤表層溫度，并增加出苗率[16，26]，促進(jìn)農(nóng)作物的產(chǎn)量，但不滿足生態(tài)環(huán)境的要求。研究表明，地膜覆蓋可減少土壤水分蒸發(fā)，增強(qiáng)水分滲透，增加對深層土壤水的利用[27-28]，但普通地膜覆蓋易導(dǎo)致土壤通氣性變差，使其根系大量死亡，根系活力下降。尤其在夏季溫度較高時(shí)，植物更易受到高溫脅迫影響[29]，導(dǎo)致底墑不足時(shí)地膜覆蓋造成耕層水分過度竭耗，形成土壤干層現(xiàn)象[30]。秸稈覆蓋可有效緩解高溫對植株造成的脅迫[31]，使得土壤蒸發(fā)降低，土壤貯水量提高，降水入滲增加，但單一秸稈覆蓋易造成水分損耗及低溫效應(yīng)造成出苗率下降減產(chǎn)等負(fù)效應(yīng)[11]。由此可見，單一的覆膜和秸稈覆蓋模式各有利弊，通過地膜秸稈結(jié)合覆蓋可有效彌補(bǔ)單一地膜和秸稈覆蓋帶來的負(fù)效應(yīng)，減少土壤蒸發(fā)和降低高溫氣候?qū)ν寥栏H溫度的影響，以此提高降水入滲和持水能力，改善作物的供水條件[13,32-34]。

3.2 不同覆蓋方式對土壤理化性質(zhì)和食葵產(chǎn)量的影響

土壤理化性質(zhì)是促進(jìn)作物生長的關(guān)鍵因素，欒天浩等[35]研究得出，秸稈覆蓋耕作方式有效提升了土壤肥力，堿解氮、有機(jī)質(zhì)和速效鉀含量分別增加了4.97%、7.55%、12.33%，pH值降低了1.83%。這與本研究結(jié)果相似，播種食葵后的土壤pH值均低于播種前，地膜覆蓋、秸稈覆蓋和碎麥秸墊膜覆蓋均有降低pH的趨勢，但是各處理間差異性不顯著，研究表明適宜的灌水定額有利于提高產(chǎn)量和水分利用效率。在兩種灌水定額下，不同處理土壤有機(jī)質(zhì)含量變現(xiàn)為碎麥秸墊式膜覆蓋>地膜覆蓋>秸稈覆蓋>無覆蓋，這是因?yàn)辂溄斩捒梢栽黾油寥郎锪亢兔富钚訹36]，在微生物的分解作用下，秸稈還可以為土壤補(bǔ)充有機(jī)質(zhì)、改善土壤結(jié)構(gòu)、保證作物生長的養(yǎng)分供應(yīng)。碎麥秸墊式膜覆蓋后淺層土壤層養(yǎng)分顯著高于其他兩種覆蓋條件，能夠有效提高土壤中的速效鉀和速效磷量，有利于食葵根系的生長，延緩根系和植株的衰老[9,37]，從而提高食葵產(chǎn)量。

食葵產(chǎn)量包含生物產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量，生物產(chǎn)量包括食葵的株高、莖粗和葉面積等，經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量為籽粒的產(chǎn)量。食葵的株高、莖粗在灌漿期生長速率變緩[38]，這與盧闖等[39]的研究結(jié)果相似。靳亞紅等[40]研究得出，地膜覆蓋、秸稈+地膜覆蓋處理的玉米收獲指數(shù)大于無覆蓋處理，分別提高了5.39%、14.48%；張俊等[41]研究得出，麥秸覆蓋后，夏花生的產(chǎn)量比無覆蓋降低5.2%。本試驗(yàn)得出地膜覆蓋和碎麥秸墊膜覆蓋產(chǎn)量比無覆蓋分別增加6.1%和2.2%～14.1%，而秸稈覆蓋較無覆蓋方式降低了9.9%，同時(shí)得出收獲指數(shù)地膜覆蓋較無覆蓋增加了7.6%，秸稈覆蓋的收獲指數(shù)較無覆蓋降低了12.8%。然而欒天浩等[35]研究得出，稈覆蓋耕作方式下產(chǎn)量增加了9.84%，這與本實(shí)驗(yàn)的結(jié)論不符，該試驗(yàn)得出秸稈覆蓋下的食葵產(chǎn)量小于無覆蓋方式下的食葵產(chǎn)量，可能是因?yàn)樽魑锲贩N對土壤環(huán)境選擇的作用，或者是秸稈覆蓋量的選擇對土壤環(huán)境改變使得產(chǎn)量下降。劉凱強(qiáng)等[42]提出，葉分配指數(shù)與產(chǎn)量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，百粒重對燕麥產(chǎn)量增產(chǎn)具有關(guān)鍵性作用;董云云等[43]提出秸稈覆蓋可在一定程度上替代地膜覆蓋，且以5 000 kg·hm-2的秸稈覆蓋量較為合適；馬忠明等[44]指出，秸稈覆蓋可以減少棵間蒸發(fā)，但秸稈覆蓋在作物生長的前期降低了土壤溫度[35，45-47]，影響玉米出苗和生長，影響了玉米產(chǎn)量和水分生產(chǎn)效率降低。本試驗(yàn)得出，單一的秸稈覆蓋對應(yīng)的食葵產(chǎn)量低于碎麥秸墊膜覆蓋下的食葵產(chǎn)量。蔡太義等[48]指出覆蓋方式和灌水定額對食葵產(chǎn)量及構(gòu)成有關(guān)。碎麥秸墊膜覆蓋在保護(hù)環(huán)境和防治灌區(qū)荒漠化方面有一定的生態(tài)效應(yīng)，覆蓋表層土壤起到固定作用，大風(fēng)過境時(shí)土就不會(huì)隨風(fēng)飛揚(yáng)，沙塵天氣也會(huì)減少，同時(shí)碎麥秸有助于土壤肥田改土，這與張金霞等[37]研究一致。

4 結(jié) 論

碎麥秸墊式膜覆蓋對土壤貯水量有促進(jìn)作用；結(jié)合地膜覆蓋和秸稈覆蓋二者優(yōu)點(diǎn)，碎麥秸墊式膜覆蓋在整個(gè)生育期土壤溫度相對無覆蓋、地膜覆蓋和秸稈覆蓋較穩(wěn)定，更有利于食葵的生長；碎麥秸稈可補(bǔ)充土壤有機(jī)質(zhì)、改善土壤結(jié)構(gòu)、保證作物生長的養(yǎng)分供應(yīng)；灌水定額為750 m3·hm-2時(shí)地膜覆蓋和碎麥秸墊膜覆蓋的產(chǎn)量高于無覆蓋。綜合考慮，碎麥秸墊式膜覆蓋+750 m3·hm-2的灌水定額(SFM)是本研究地區(qū)食葵穩(wěn)產(chǎn)的最優(yōu)試驗(yàn)處理組合。