覆膜栽培对食用向日葵的增产效应

雷 伟，杨 芬，闫 钊，丁变红

（1.山西省农业科学院作物科学研究所，山西太原030031；2.太原学院，山西太原030032；3.新疆生产建设兵团第六师农业科学研究所，新疆五家渠831301）

山西是典型的黄土覆盖的山地高原，山区面积占总面积的80.1%，年平均降水量在400～650 mm，且降水分布受地形影响较大，分布不均匀[1]，旱地面积占全省耕地面积的75%以上[2]。这些干旱或半干旱地区由于降雨量稀少，田间无效蒸发量大，农作物水分利用效率低下，加之自然条件恶劣，导致农作物常年受到水分胁迫，种植产量和收益受到严重影响。地膜覆盖技术由于具有提高水分利用效率、增加土壤温度和提高作物产量[3-5]的作用，现已在玉米、马铃薯、花生等作物上得到广泛应用[6-8]。首先，地膜覆盖能显著增加土壤温度。王增红等[9]对玉米在覆膜种植条件下的研究表明，覆膜能增加土壤温度，其中，5 cm 土层相对于露地土壤温度平均增加1.7 ℃；秦爱红等[10]对油葵覆膜研究表明，从播种至出苗期地温增加4.5 ℃，出苗提前6 d。其次，地膜覆盖种植技术具有节水保墒作用，可以提高作物水分利用效率[11]。张永涛等[12]研究发现，覆膜较露地栽培可增加土壤含水量30%，降低蒸腾量50%，减少水分亏缺15%以上，节水效果显著。江燕等[13]对甘薯的研究表明，覆膜与裸地相比，0～20 cm 各土层的土壤温度、土壤含水量分别提高了1.0～6.6 ℃，9.97%～18.1%。另外，众多研究都表明，地膜覆盖对作物生长发育及产量具有重要影响[14-16]。因此，近几年地膜覆盖成为我国快速推广的一种高效经济的农业栽培技术[17]。

向日葵是山西省主要的经济作物之一，种植面积约13.3 万hm2，其中，食用葵面积6.67 万hm2[18]。然而，由于山西省地处黄土高原，水资源缺乏，土地贫瘠，加上农户错误的认为向日葵耐干旱、耐瘠薄[19]，就可以粗放种植，疏于管理，导致向日葵栽培技术严重滞后。优良品种没有搭配合理的种植模式，很难发挥其高产优势，严重影响了种植向日葵的收益，限制了向日葵产业的扩大和发展。

本试验针对山西省特殊的地理气候和种植条件，对食用向日葵覆膜栽培技术进行理论研究，探讨覆膜栽培对土壤增温、保湿的作用及对向日葵的增产效应，旨在为农户覆膜栽培向日葵提供理论和实践指导。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验于2018 年5—9 月在山西省晋中市榆次区东阳镇山西省农业科学院试验基地（112°75′E，37°68′N）进行。试验地海拔799.4～804.6 m，年平均气温9.7 ℃，年均降水量440.7 mm，前茬作物为玉米，地势平坦，土壤呈弱碱性，pH 值7.85，有机质含量15.82 g/kg，碱解氮含量99.36 mg/kg，速效磷含量42.23 mg/kg，速效钾含量29.78 mg/kg，属于中等肥力。2018 年试验地气温和降雨情况列于表1。

表1 2018 年试验地气温和总降雨量

1.2 试验材料

为了能更全面、准确地反映地膜栽培对向日葵的增产效应，选取在山西省具有代表性的3 个食葵品种：YS809（山西省食葵区域试验对照品种，属杂交种）、太食616（山西省农业科学院作物科学研究所选育的食葵杂交新品种，2018 年通过登记）和三道眉（山西地方老品种，属常规种）。

1.3 试验设计

每个食葵品种设有白膜和无膜（CK）栽培2 个处理，重复3 次，共计18 个小区，每个小区45 m2（15 m×3 m），起垄宽1.5 m，中间铺0.8 m 宽的白色地膜，地膜厚度0.007 mm。2018 年5 月20 日宽窄行播种，每穴2 粒，宽行0.8 m，窄行0.7 m，株距0.4 m，灌浆期浇水1 次（因现蕾期遇连日降雨，未浇水），期间未追肥，9 月15 日收获。

1.4 测定项目及方法

1.4.1 土壤温度、湿度测定 土壤温湿度数据采集采用2 台杭州路格科技有限公司生产的三通道土壤温度水分记录仪（L99-TWS-3），在向日葵生长周期（119 d）内，持续监测记录2 个小区（白膜和无膜各选1 个小区）地下5，10，15 cm 的土壤温度和湿度，共计6 个采集点，机器设定为每隔6 h 记录一次数据，分别在1∶30，7∶30，13∶30 和19∶30 记录测量数值。

1.4.2 农艺性状考察 在向日葵生长周期内，测定了各小区材料的出苗率、株高、盘径、单盘质量、百粒质量和产量，并记录了出苗期、开花期和成熟期。

1.5 数据处理

采用Microsoft Excel 2010 和SPSS 17.0 软件进行数据处理和分析。

土壤含水量＝（湿土质量－干土质量）/干土质量×100% （1）

土壤储水量（mm）＝土壤含水量（%）×土壤容重（g/cm3）×土层深度（mm）×0.1（单位换算系数）（2）

灌溉水量（m3）＝流速（m/s）×时间（s）×出水口面积（m2） （3）

耗水量（mm）＝苗期贮水量＋灌溉量＋降雨量-收获期水量 （4）

水分利用效率（kg/（mm·hm2））＝籽粒产量（kg/hm2）/生育期实际耗水量（mm） （5）

2 结果与分析

2.1 覆膜栽培对土壤温度的影响

由图1 可知，覆膜与无膜相比，在不同深度土层中的温度变化趋势总体是一致的，即从播种期到6 月12 日之前，白膜各土层温度都明显高于无膜土层温度，最大差值达到4.9 ℃，平均差值也大于2.0 ℃；6 月13 日到7 月4 日，覆膜与无膜各土层温度相差不大，覆膜比无膜平均高0.4 ℃；7 月5 日到8 月14 日，无膜比铺膜土壤平均温度高0.25 ℃；8 月15 日之后，铺膜各土层温度逐渐高于无膜的温度，且随着时间推后，温度差值越来越大，进入9 月以后，土壤温度的平均差值达到2.4 ℃。方差分析（表2）显示，覆膜与无膜在5，15 cm 土层的温度差异达到极显著水平，在10 cm 土层温度差异不显著。从向日葵整个生育期各土层的平均温度看，覆膜在5，10，15 cm 的土层平均温度分别为24.4，23.6，23.5 ℃，无膜的各土层平均温度分别为23.2，23.1，22.6 ℃，在5 cm 土层温度差值最高，达到1.2 ℃，10 cm 土层温度差值最低，仅有0.5 ℃（图2）。在向日葵整个生育期，覆膜的土壤平均积温为2 834.5 ℃，无膜为2 733.9 ℃，覆膜比无膜土壤积温提高了3.7%。

表2 覆膜与无膜各土层温度差异的方差分析

2.2 覆膜栽培对土壤湿度及籽粒水分利用效率的影响

从图3 可以看出，覆膜与无膜相比，在不同深度土层中的湿度变化趋势也是基本一致，在各个土层都表现为覆膜的平均湿度均高于无膜，在5，10，15 cm 土层分别高5.6%，3.3%和4.9%（图4），只有在5 cm 土层深度，在7 月26 日到8 月3 日有连续9 d 土壤湿度略低于无膜，在10 cm 土层深度，在7 月12 日到7 月22 日有连续11 d 土壤湿度略低于无膜。

方差分析显示，覆膜与无膜各土层湿度均达到极显著水平（表3）。结合产量、生育期降雨量和灌溉量，计算出向日葵覆膜栽培的籽粒水分利用效率为5.6 kg/（mm·hm2），无膜栽培的籽粒水分利用效率为4.6 kg/（mm·hm2），覆膜栽培较无膜栽培高出21.7%（表4）。

2.3 覆膜栽培对向日葵农艺性状的影响

对YS809、太食616 和三道眉这3 个材料在覆膜与无膜栽培处理下的农艺性状进行方差分析（表5～7），结果显示，出苗率均未达到显著水平，覆膜情况下，3 个材料出苗率分别较无膜栽培增加5.2%，3.8%和10.3%；株高只有材料YS809 差异达到极显著水平，其他2 个材料差异均不显著；3 个材料不同处理的盘径差异性都达显著水平，太食616 的差异性更是达到了极显著水平，覆膜处理使盘径平均增大了1.16 cm；在单盘质量、百粒质量和公顷产量这3 个性状上，3 个材料不同处理的差异都达到极显著水平；就公顷产量而言，覆膜与无膜处理相比，YS809 增产13.9%，太食616 增产18.6%，三道眉增产11.3%。对3 个材料在覆膜与无膜处理下，出苗期、开花期和成熟期比较可知，出苗期平均缩短了3 d，开花期平均缩短了3.2 d，成熟期平均缩短了7.7 d。其中，较为明显的是中晚熟材料YS809，无膜条件下成熟期119.6 d，覆膜条件下成熟期106.7 d，缩短了12.9 d（图5）。

表3 覆膜与无膜不同土层湿度差异的方差分析

表4 覆膜与无膜处理的籽粒水分利用效率

表5 YS809 农艺性状方差分析结果

表6 太食616 农艺性状方差分析结果

表7 三道眉农艺性状方差分析结果

续表7

3 结论与讨论

3.1 覆膜对土壤的增温效果

众多研究都表明，覆膜栽培对土壤具有良好的保温效果，能有效提高土壤表层积温。曹玉军等[20]对玉米覆膜的研究指出，在玉米苗期到拔节期，5～25 cm 土层的平均温度较对照提高2.8 ℃。张振华等[21]研究表明，地膜具有明显的增温效果，尤其是在苗期效果显著。本试验对食用向日葵覆膜栽培的研究也得到同样的结果，覆膜比无膜处理土壤积温提高了3.7%，但覆膜的保温效果受到外界温度和向日葵生长发育的影响。在向日葵现蕾期（6 月15 日左右）之前，由于外界温度较低，植株生长矮小，地膜覆盖下的土壤表层既能充分吸收阳光热量，又能阻挡热量的流失，因此，保温效果明显，5～15 cm 土层平均温度高出2 ℃以上。随着外界温度的升高、植株的生长，覆膜的增温效果逐渐不显著，到开花期间（7 月15 日至8 月10 日），无膜反倒比铺膜土壤平均温度高0.25 ℃，这主要是由于外界温度较高，覆膜起到了隔热的作用，另外，这个期间植株叶片生长旺盛，阻挡了大部分阳光，减少了覆膜土壤表层吸收的热量。开花期之后，叶片开始萎缩凋落，气温也逐渐降低，覆膜对土壤的保温效果又逐渐明显起来。进入9 月以后，覆膜与无膜的土壤温度平均差值达到2.4 ℃。这与王有宁等[22]和吴从林等[23]的研究结果基本一致，结果表明，覆膜对作物生育前期有明显的增温效果，王有宁等[22]同时还指出，在高温季节覆膜有降温作用；吴从林等[23]对冬小麦的研究则表明，覆膜在作物生长后期增温效果不显著或反而有降温的趋势。

3.2 覆膜对土壤的保湿效果

本研究表明，覆膜对土壤的保湿效果显著，在5，10，15 cm 各土层土壤的湿度与无膜相比差异都达到极显著水平，覆膜的籽粒水分利用效率较无膜提高了21.7%，但是土壤的湿度受到灌溉和降雨影响较大，特别是无膜处理下受此影响波动更为明显，因此，会出现短时间内土壤表层无膜的湿度高于覆膜的情况。闫雅非[24]、刘祖贵等[25]、宋淑亚等[26]的研究都表明，覆膜能够提高土壤表层的含水量和水分利用效率，与本研究结论一致。

3.3 覆膜对向日葵农艺性状的影响效应

本研究调查了3 个向日葵品种2 个处理共计18 个小区材料的出苗率、株高、盘径、单盘质量、百粒质量、公顷产量等性状，还记录各小区的出苗、开花和成熟的日期，结果表明，覆膜对向日葵的生长发育具有明显影响，特别是对产量性状（单盘质量、百粒质量、公顷产量）影响显著，能大幅度提高食葵产量，平均公顷产量增幅达到14.6%。出苗率的方差分析虽然不显著，但就田间观察，无膜处理的出苗较晚，而且不整齐，苗子长势弱，这都影响了植株后期的发展。对株高的分析表明，覆膜与无膜处理整体表现为差异不显著，仅有YS809 差异达到极显著水平，据测量YS809 株高达到2.3 m 以上，其他2 个材料株高都在2 m 以下，推测株高越高的材料，其差异性才越能显现出来，2 m 以下的材料可能难检测出差异性。本研究还表明，覆膜可以使向日葵平均出苗时间缩短3 d，成熟期缩短7.7 d。在众多相关研究中，都得到了相似的结果。李荣等[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]对春小麦的覆膜研究表明，覆膜能促进小麦出苗更早、更全、更齐。张杰等[29]研究表明，覆膜可以使玉米生育期提前，籽粒产量增加19.96%。

4 结论

覆膜对土壤具有明显的保温效应，其保温效果受到外界温度和向日葵生长发育的影响，总体的趋势是向日葵现蕾期之前保温效果显著，5～15 cm 土层比无膜处理温度高出2 ℃以上。现蕾期到开花后期，覆膜的保温效果与无膜差异不显著。花期之后，覆膜的保温效果逐渐明显，9 月份5～15 cm 土层平均温度比无膜高2.4 ℃。总体来说，在向日葵全生育期覆膜使土层温度增加0.86 ℃，有效积温提高了3.7%。

覆膜对土壤有良好的保湿效果，其5，10，15 cm各土层湿度与无膜相比差异都达到极显著水平，向日葵全生育期5～15 cm 土层湿度增加了4.6%，籽粒水分利用效率提高了21.7%。

覆膜栽培对向日葵产量性状（单盘质量、百粒质量、公顷产量）影响显著，能大幅度提高食葵产量，平均公顷产量较无膜处理增幅达到14.6%；覆膜处理使盘径的差异达到显著或极显著水平，盘径较无膜处理平均增大了1.16 cm；覆膜与无膜处理在出苗率和株高性状上差异不显著；覆膜处理使出苗期平均缩短了3 d，开花期缩短了3.2 d，成熟期缩短了7.7 d。