深播覆膜對棉花幼苗期生長的影響

深播覆膜對棉花幼苗期生長的影響

地膜覆蓋是鹽堿地下棉種植的重要保證。深入揭示鹽堿地地膜覆蓋棉田的生態(tài)特點,對于完善覆膜栽培技術(shù),發(fā)揮其增產(chǎn)作用具有重要意義。地膜覆蓋是20世紀70年代末發(fā)展起來的一項增產(chǎn)技術(shù),具有增溫、保墑、控制雜草和抑制返鹽等效應,是中國棉區(qū)由南向北成功轉(zhuǎn)移和棉花持續(xù)增產(chǎn)的關(guān)鍵支撐技術(shù)。傳統(tǒng)的地膜覆蓋植棉技術(shù)采用平作覆蓋,先播種后蓋膜,要求地膜和地面緊貼,以提高土壤的增溫效果;棉花齊苗后立即放苗,以免高溫燒苗。放苗之后棉苗根系處在地膜覆蓋的土壤環(huán)境里,而地上部則裸露在大氣中,土體、棉苗和近地大氣層三部分共同組成了棉田生態(tài)系統(tǒng)。成苗是鹽堿地植棉的首要難題。在傳統(tǒng)的地膜覆蓋棉田生態(tài)系統(tǒng)中,只有根系處在地膜的保護之中,幼苗裸露在外的地上部易受外界環(huán)境的影響,在一定程度上削弱了地膜在促進棉花成苗方面的效應。采用深開溝播種、淺覆土、平蓋地膜,使播種溝形成一個類似于膜下“溫室”的空隙,出苗后讓棉苗在“溫室”內(nèi)生長一段時間后再放苗,可能會更充分地發(fā)揮地膜增溫保墑的作用,促進成苗和棉苗的生長發(fā)育,解決鹽堿地棉花成苗難的問題。本研究以露地栽培和傳統(tǒng)地膜覆蓋為對照,在濱海鹽漬土棉區(qū)研究了通過深播淺蓋建立膜下“溫室”的生態(tài)效應及對鹽堿地棉花出苗、成苗以及產(chǎn)量的生物學效應。1材料和方法1.1棉田堿地棉田大田試驗于2008和2009年在山東省東營市東營區(qū)濱海鹽堿地棉田進行。2008年選擇一塊輕度鹽堿地開展試驗。該棉田為輕壤土,當年春季取表層10cm土壤測定,全鹽含量0.21%,有機質(zhì)1.05%,堿解氮44.1mg·kg-1,有效磷21.2mg·kg-1,有效鉀162mg·kg-1。設(shè)置露地淺播、淺播覆膜(開淺溝播種后平蓋地膜)和深播覆膜(開深溝淺覆土形成膜下溫室)3個處理,隨機區(qū)組排列,重復4次。小區(qū)面積50m2,采用6行區(qū),大小行種植,大行行距110cm,小行行距50cm,株距30cm。2009年選擇5塊鹽堿地棉田同時開展試驗。這些棉田相距100~1000m,皆為輕壤土,全鹽含量0.19%~0.25%,有機質(zhì)0.9%~1.1%,堿解氮40~50mg·kg-1,有效磷15~22mg·kg-1,有效鉀150~180mg·kg-1。只設(shè)淺播覆膜和深播覆膜2個處理,旨在進一步比較研究深播覆膜的生物學效應。采用隨機區(qū)組排列,重復4次,小區(qū)面積50m2。2年供試品種皆為中早熟棉花(GossypiumhirsutumL)品種魯棉研28號。1.2深播覆膜處理按照當?shù)刂裁蘖晳T,早春整地、造墑,結(jié)合整地每公頃底施土雜肥30t,含N、P2O5、K2O各15%的復合肥375kg。2008年于4月21日播種,2009年于4月25日播種。采用傳統(tǒng)方法進行露地淺播和覆膜淺播,即按預定行距開3~4cm的播種溝,按預定株距人工點播,每穴播脫絨包衣種子8粒,覆2.5~3.0cm厚的濕土。為防止落干,露地栽培的進行適度鎮(zhèn)壓,覆膜處理的則立即用100cm寬的地膜覆蓋雙行。覆膜的小區(qū)齊苗后立即放苗,放出后壅土堵孔,3片真葉前后定苗,每穴留1株,缺苗不補苗。深播覆膜處理的具體方法是,先在播種的畦面按預定行距開播種溝,每行溝深10~12cm左右,按預定株距人工點種,每穴下種8粒,覆土厚度2.5~3cm,覆土后播種溝與畦面有8~9cm空隙。覆蓋地膜并拉緊后,這個空隙便形成上寬6~7cm、高度8~9cm的“溫室”(圖1)。棉花基本齊苗后不放苗,而是在齊苗后6~7d先用尖木棍在每穴上方扎拇指粗的苗眼,使棉苗在膜下與外界相通,鍛煉7~8d后,避開中午高溫時段引出棉苗,然后壅土堵孔,3片真葉前后定苗。其它管理同常規(guī)大田。1.3立地條件和種子出苗量測定,確定可溶性全鹽含量2008和2009兩年皆測定并計算出苗率、成苗率和皮棉產(chǎn)量。2008年還測定了氣溫、地溫、土壤鹽分含量、單株干重和葉片Na+含量。自播種當天開始測定各處理5cm地溫,近地大氣的氣溫和膜下溫室內(nèi)的氣溫。地溫采用地溫表,每天讀取6:00時和14:00時的數(shù)值,取平均值;近地大氣氣溫和膜下溫室內(nèi)的氣溫每天讀取6:00時、12:00時、18:00時和24:00時的溫度值,取平均數(shù)。自播種后定期取根區(qū)5cm耕層的土壤,采用電導率法測定土壤可溶性全鹽含量。在播種后17d檢查出苗情況,按下式計算出苗率。出苗率E=100ns/(Ps*g)。其中,ns是被調(diào)查棉行的出苗數(shù),Ps是被調(diào)查棉行播下的種子粒數(shù),g是該批種子的室內(nèi)發(fā)芽率。在定苗前檢查成苗情況,計算成苗率S=100nh/(Ps*g)。nh是調(diào)查行的苗株數(shù),Ps是該行播下的種子粒數(shù),g是該批種子的室內(nèi)發(fā)芽率。在播種后31d測定各處理的單株干重和葉片(真葉)Na+含量。Na+含量用PE-2380原子吸收分光光度計發(fā)射法測定(波長589nm)。吐絮后對每個小區(qū)中間4行棉株分4次人工收花,晾至含水量低于12%時稱重計產(chǎn),軋花后計算皮棉產(chǎn)量。1.4統(tǒng)計分析所得數(shù)據(jù)用DPS軟件進行統(tǒng)計分析,其中2009年將5個地點的試驗作為一個裂區(qū)試驗對待,試驗點作為主區(qū),播種覆蓋處理作為裂區(qū)。2結(jié)果分析2.1種覆蓋膜對土壤水分的影響2008年對不同處理5cm地溫的測定結(jié)果表明(圖2),淺播覆膜與深播覆膜的地溫基本一樣,2種播種方式對5cm土層的增溫效果皆十分顯著。與露地對照相比,淺播覆膜的日平均地溫增加了3.1℃,增幅為22.8%;深播覆膜的日平均地溫增加了2.8℃,增幅為21.1%。比較深播覆膜處理的膜下溫室和淺播平蓋處理近地大氣的氣溫,差異也十分顯著(圖3)。在播種后27d內(nèi),膜下溫室內(nèi)的氣溫一直顯著高于近地大氣的氣溫,日平均氣溫提高了1.9℃,增幅為11.3%。如圖4所示,棉花播種后,由于土壤水分的蒸發(fā),土壤鹽分會隨水向表層移動,導致表層土壤含鹽量升高。在本研究中,地膜覆蓋雖然沒有改變這一趨勢,但無論是淺播覆膜還是深播覆膜都顯著抑制了鹽分向表層土壤的移動,并且深播覆膜比淺播覆膜的抑鹽效果更好。表現(xiàn)在2種覆蓋處理的表層土壤含鹽量都顯著低于(在播種后1d和7d,P<0.05;其余時間P<0.01)同期露地對照的土壤含鹽量,深播覆膜的含鹽量大部分時間又顯著低于(在播種后3d、7d、11d、15d、23d,P<0.01;在19d、31d,P<0.05)淺播覆膜的含鹽量。2.2地面和淺播覆膜相結(jié)合的篩選結(jié)果2008年的試驗結(jié)果表明,地膜覆蓋顯著提高了鹽堿地棉花的出苗率和成苗率。深播覆膜與淺播覆膜的出苗率相當,但成苗率則比淺播覆膜提高了26.3%(表1)。2009年5處試驗點的結(jié)果進一步證實,深播覆膜促進了棉花的成苗率,平均比淺播覆膜提高24.9%(表2)。2008年進一步測定播種后31d的棉苗干重和葉片Na+含量,與露地直播的對照相比,淺播覆膜和深播覆膜的單株干物重分別提高了26.1%和38.6%,葉片內(nèi)Na+含量則分別降低了22.3%和39.7%。2種播種覆蓋方式相比,深播覆膜比淺播覆膜的干物重提高了9.9%,Na+含量降低了22%。說明深播覆膜促進棉苗生長的效果比淺播覆膜要好,這可能與Na+在葉片中的積累減少,鹽害減輕有關(guān)。2008年的結(jié)果顯示,地膜覆蓋具有顯著的增產(chǎn)效果(表1)。淺播覆膜和深播覆膜分別比露地對照的皮棉增產(chǎn)14.7%和20.4%,深播覆膜又比淺播覆膜增產(chǎn)5%。2009年的多點試驗進一步證實了深播覆膜的增產(chǎn)效果,5處試驗點有3處顯著增產(chǎn),2處平產(chǎn),無一處減產(chǎn),平均增產(chǎn)6%。說明建立膜下溫室系統(tǒng)能夠促進出苗、成苗,并有增產(chǎn)作用。3膜下溫室層和氣調(diào)溫度與成苗的關(guān)系自20世紀80年代地膜覆蓋技術(shù)應用于鹽堿地植棉以來,該技術(shù)便成為鹽堿地棉花出苗、立苗和成苗的首要保證措施。先前的大量研究表明,鹽堿地地膜覆蓋能夠顯著改善棉田的生態(tài)環(huán)境,突出表現(xiàn)為增溫(提高地溫)、提墑保墑(提高和保持根區(qū)土壤水分)和抑鹽(減少膜下土壤的鹽分)。由此,促進了鹽堿地棉花的出苗和成苗,緩解了鹽堿地棉花出苗難的問題。本研究在山東東營濱海鹽堿地開展的試驗進一步證實了其生態(tài)效應和生物學效應,同時發(fā)現(xiàn)采用深播種、淺覆土、平蓋地膜形成膜下溫室可以進一步增強地膜覆蓋的有利效應。傳統(tǒng)的地膜覆蓋是采用淺開溝播種,平蓋地膜要求地膜與地面緊貼,以提高土壤的增溫效果;棉花齊苗后立即放苗。棉苗放出地膜后,只有根系處在地膜覆蓋的環(huán)境里,而地上部則裸露在大氣中。很顯然,地膜覆蓋的增溫保墑作用因棉苗的過早放出而不能完全發(fā)揮出來,在一定程度上削弱了對棉花出苗和成苗的促進效應。為此,近些年我們在前人研究的基礎(chǔ)上,對鹽堿地地膜覆蓋植棉技術(shù)進行了一系列的研究和改進,包括設(shè)計出適合中度和重度鹽堿地植棉需要的溝畦覆蓋技術(shù),適合無灌溉條件的鹽堿地植棉需要的預覆膜技術(shù)和適合熱量條件較差的鹽堿地植棉需要的短季棉晚播技術(shù)。還研究了通過起壟溝種誘導鹽分在根區(qū)的差異分布促進成苗的機理等。在本研究中,我們采用深開溝、淺覆土、平蓋地膜,讓播種溝留出空隙形成膜下“溫室”。對地溫、氣溫和土壤鹽分含量的測定表明,建立膜下溫室進一步改善了棉花成苗和棉苗生長的環(huán)境,盡管淺播覆膜和深播覆膜的地溫基本一致,但深播覆膜的根區(qū)鹽分含量進一步降低;而且通過晚放苗和打孔鍛煉,使棉苗處在前期(打孔前)封閉、后期(打孔后)半開放的環(huán)境中,地上部的生長環(huán)境改善,葉片中鹽分含量降低,鹽害減輕,促進了成苗和棉苗的生長,并表現(xiàn)出較穩(wěn)定的增產(chǎn)效果,2008年深播覆膜比淺播覆膜增產(chǎn)5%,2009年的多點試驗平均增產(chǎn)6%。棉田生態(tài)系統(tǒng)由土壤、棉苗和大氣三部分組成。陳冠文等曾經(jīng)提出地膜棉田生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)應增加膜下層,由土體層、植被層、近地大氣層和膜下層4個子系統(tǒng)組成。其中膜下層的主要成分是空氣和氣態(tài)水,具有獨立的組成和邊界,是地膜棉田特有的子系統(tǒng)。實際上,由于傳統(tǒng)的地膜覆蓋技術(shù)要求地膜必須緊貼地面,膜下層的范圍和空間很小,所發(fā)揮的作用十分有限。而在本研究中,我們通過深開溝播種、淺覆土,形成了膜下溫室層,使棉田的生態(tài)系統(tǒng)成為明顯的4層次結(jié)構(gòu),即土體層、植被層、近地大氣層和膜下溫室層。膜下溫室層內(nèi)含空氣、氣態(tài)水和棉苗,邊界清晰、系統(tǒng)獨立;膜下溫室層的范圍和空間都遠遠大于陳冠文等提出的膜下層。因此,這一層次的建成,進一步增強了地膜覆蓋的抑鹽、增溫和保墑作用,提高了其促苗生長和增產(chǎn)的效果。需要注意的是,這種4層次結(jié)構(gòu)只在出苗和幼苗期存在,在棉苗放出并壅土堵孔后,膜下溫室層消失,棉田生態(tài)系統(tǒng)又恢復到原來的3層次結(jié)構(gòu)。4播種覆蓋方式下溫室層覆蓋物通過開深溝(10~12cm)、播種后淺覆土(2.5~3.0cm)、平蓋地膜,使播種溝與畦面留有空隙