黑色全膜覆蓋對高粱根區土壤溫濕度的影響及雜草抑制效應

張建華，郭瑞峰，曹昌林，白文斌

黑色全膜覆蓋對高粱根區土壤溫濕度的影響及雜草抑制效應

張建華，郭瑞峰，曹昌林，白文斌

（山西省農業科學院高粱研究所/高粱遺傳與種質創新山西省重點實驗室，山西晉中 030600）

【】在雨養旱作地區，土壤溫度、水分和耕作措施是影響作物生長和產量的重要因素。明確雨養旱作區高粱生產中全膜覆蓋對高粱根區土壤環境條件的影響及對雜草的抑制效應，為促進高粱增產奠定基礎。在山西省農業科學院高粱研究所修文試驗基地，以高粱品種晉糯3號為材料，采用順序排列設計，于2017和2018年分別開展黑色全膜覆蓋、白色全膜覆蓋和裸地栽培試驗，分析不同處理對高粱根區0—15 cm土壤日地溫、0—200 cm土層土壤含水率、雜草的抑制效應和高粱生長、產量及效益的影響。黑色全膜覆蓋能有效提高高粱各生育期耕層土壤溫度，與白色全膜覆蓋處理相比，0—15 cm土壤日地溫平均降低1.14℃（＜0.05）；同時，黑色全膜覆蓋具有與白色全膜覆蓋基本相同的保墑效果，各土層土壤平均含水率略高于白色全膜覆蓋區，較裸地平均提高1.89個百分點，并可顯著（＜0.05）提高裸地0—160 cm土層的土壤含水率。黑色全膜覆蓋顯著降低高粱田間雜草發生量，對闊葉雜草和禾本科雜草的株防效和鮮重防效分別達96%和93%以上，防效優于白色全膜覆蓋（＜0.05），具有更為徹底的雜草防控作用。黑色全膜覆蓋對高粱出苗率、穗長、一級枝梗數、穗粒數等性狀無明顯影響，但對高粱株高、株高整齊度、生育期、千粒重、產量及效益有影響。黑色全膜覆蓋60 d高粱的株高及株高整齊度高于白色全膜覆蓋；黑色全膜覆蓋生育期與裸地基本相當，而白色全膜覆蓋生育期較短，較裸地縮短4—6 d；黑色全膜覆蓋千粒重、產量顯著（＜0.05）高于白色全膜覆蓋和裸地處理，2017和2018年千粒重較白色全膜覆蓋分別增加3.72%和3.78%，較裸地分別增加6.95%和7.06%；產量較白色全膜覆蓋分別提高6.72%和6.94%，較裸地分別提高19.27%和20.03%；2017和2018年黑色全膜覆蓋較白色全膜覆蓋分別增收1 529.82和1 599.76元/hm2，較裸地分別增收3 025.38和3 215.52元/hm2。建議在雨養旱作區高粱生產中，采用黑色全膜覆蓋替代白色全膜覆蓋，促進高粱高產。

黑色全膜覆蓋；高粱；土壤含水率和溫度；雜草抑制；性狀

0 引言

【研究意義】地膜覆蓋作為一種農作物增產增收的重要技術，它不僅具有明顯的保墑作用[1]，還可以防止土壤流失、控制土壤鹽堿度[2]，對干旱半干旱地區的農業生產具有重要意義。【前人研究進展】地膜覆蓋方式分為全膜覆蓋、半膜覆蓋，地膜類型也有白色透明地膜、黑色地膜和特種地膜等，不同的覆蓋方式以及地膜類型對農作物生產具有顯著影響。全膜覆蓋技術由于具有使地面水分散失更少、對水分利用效率更高等優點，更好地解決了自然降水的有效利用問題，被廣泛應用于小麥、玉米等作物栽培中。實際生產中應用最廣泛的地膜類型為白色地膜，普通白色地膜由于透光性好、熱輻射大，顯著提高了土壤耕層溫度[3]，與裸地種植相比出現了不同程度的早衰現象[4-6]，且膜下雜草危害嚴重。而黑色地膜透光率只有1%—3%，熱輻射只有30%—40%，因其幾乎不透光，在增溫保墑、延緩早衰、抑制雜草等方面具有獨特的作用，因此，日本等發達國家應用廣泛，市場份額達到30%以上；中國僅在馬鈴薯、蔬菜等經濟作物及玉米生產中有較廣泛地應用。Lifm等[7]、Zaogo等[8]、韓思明等[9]和杜延軍等[10]等研究認為地膜覆蓋作物因生長前期土壤水分和養分耗竭嚴重，后期會出現嚴重脫水、脫肥早衰的現象，導致減產。吳家全等[11]研究表明，由于白色地膜透光性能較好，當田間雜草種子萌芽后，其水、肥、溫、光四大因子均適于雜草芽苗的生長與發育，導致膜下雜草大量存在而減產。高赟等[12]研究表明，覆蓋黑色地膜對馬鈴薯田常見雜草和優勢種雜草有較好的控制作用，可使田間雜草維持在一個較低水平，防止來年單一雜草暴發。劉露等[13]認為，經黑色地膜覆蓋的胡蘿卜根冠比在生長后期大于白色地膜，同時黑色膜可以有效控制壟體雜草。王軍等[14]發現玉米不同時期土壤含水量以黑色全膜覆蓋處理保水保墑效果最好，且產量最高。漆永紅等[15]等表明，黑色全膜覆蓋對玉米田間雜草具有較為徹底的防控作用。【本研究切入點】近幾十年來，全國高粱種植面積大幅下降且種植區域邊緣化，學者們關于高粱地膜覆蓋研究相對較少，且多集中于白色地膜的增溫保墑作用，而忽視了其促進作物生長的同時也加重了雜草發生的負面效應，有關黑色地膜在全膜覆蓋高粱栽培中的應用及比較優勢更是鮮見報道。【擬解決的關鍵問題】本研究于2017―2018年系統研究黑色全膜覆蓋對高粱根區土壤溫濕度的影響及雜草去除效應，旨在為旱作區高粱選擇適宜地膜，促進高粱增產增收提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

黑色、白色地膜規格均為寬140 cm×厚0.008 mm，由山東權一塑業公司生產。高粱品種為晉糯3號，由山西省農業科學院高粱研究所選育。

1.2 試驗地概況

試驗在山西省晉中市榆次區修文鎮高粱試驗基地（112°42'N，37°35'E）進行，試驗地年平均降水量為500 mm左右，地塊平整，無灌溉條件，排水較好。土壤類型為壤質土，土壤0—20 cm含有機質11.0 g·kg-1、全氮0.76 g·kg-1、速效磷4.60 mg·kg-1、速效鉀120.40 mg·kg-1，pH 7.0。2017年和2018年的年降雨量分別為493和509 mm，降雨主要集中于7月、8月和9月。

1.3 試驗設計

2017和2018年試驗相同。試驗為順序排列設計，設黑色全膜覆蓋，普通白色全膜覆蓋和裸地（CK）3個處理，每處理重復3次。小區面積6.0 m×5.0 m=30.0 m2，每小區鋪膜4張。

根據試驗設計，于2017年4月23日和2018年4月25日進行整地、施肥（施肥量為純氮300 kg·hm-2，純磷225 kg·hm-2）；5月3日覆膜、播種高粱，用點播器人工打孔點播，每孔3粒，播后用細濕土封孔，播種孔間距15.5 cm，行距50 cm，每小區共播種高粱10行，定植時每孔選留１株，田間實際密度112 500株/hm2，其他管理同普通大田。

1.4 測定項目與方法

1.4.1 出苗率 高粱定植前，每小區選取5行，調查每行出苗株數，計算出苗率。

出苗率=（每行出苗株數/每行播種粒數）×100%

1.4.2 土壤地溫 采用曲管地溫計分別在高粱苗期、拔節期、抽穗開花期和灌漿成熟期測定各處理0—15 cm土壤的溫度日變化，測定時間為8：00—18：00，每2小時觀測1次。

1.4.3 土壤水分 采用烘干法[16]測定不同處理小區 高粱苗期、拔節期、抽穗開花期和灌漿成熟期0—200 cm土層的土壤含水量，每20 cm取一次樣，并記載高粱播種至成熟的田間降雨量。

1.4.4 雜草防效 高粱出苗后30和45 d分別調查各小區雜草發生情況，每小區按對角線5點取樣，每點0.25 m2，測定所有種類雜草的株數和地上部鮮重質量，計算株防效和鮮重防效。

株防效=[（對照區雜草株數－處理區雜草株數）/對照區雜草株數]×100%

鮮重防效=[（對照區雜草鮮質量－處理區雜草鮮質量）/對照區雜草鮮質量]×100%

1.4.5 株高整齊度 高粱拔節期，每小區選取5行，每行15株，測量每株高粱高度并計算株高整齊度（其值越大，代表株高越整齊）。

整齊度=100×1/S

式中：S為株高標準差，株高單位為cm。

1.4.6 產量 高粱收獲時調查小區高粱穗產量。同時選取20個代表性高粱穗進行室內考種，調查統計每小區高粱的穗長（cm）、一級枝梗數（個）、穗粒數（粒/穗）、千粒重（g）。根據20穗折干率計算小區高粱籽粒產量。

1.5 數據分析

采用Excel作圖、DPS統計分析軟件進行方差分析，采用最小顯著差別法（least significant difference，LSD）多重比較。

2 結果

2.1 不同顏色全膜覆蓋對土壤溫度的影響

通過對2017年和2018年高粱不同生育期各處理條件下0—15 cm土壤平均溫度日變化測定（圖1），高粱不同生育期各處理0—15 cm的土壤平均溫度日變化趨勢基本相同，均呈現“∧”字形，土壤氣溫先升高后緩慢降低，在中午14：00達到最大值，2018年最高溫度略高于2017年。就各處理不同生育期進行比較，高粱不同生育期土壤日溫度隨高粱生長發育進程總體呈先升高后降低的趨勢，拔節期溫度最高，灌漿成熟期溫度最低，苗期與拔節期溫度差異不顯著。從不同處理來看，各生育期黑色和白色全膜覆蓋處理的0—15 cm土壤日地溫明顯（＜0.05）高于裸地對照；而不同顏色膜間的增溫效果卻不同，白色全膜覆蓋土壤日溫度最高，黑色全膜覆蓋次之，較裸地對照有一定的增溫效果，但明顯低于白色全膜，平均較白色全膜低1.14℃；不同顏色全膜間日最高溫度差異顯著（＜0.05），但日最低溫度無明顯差異。由此可知，與裸地相比，黑色全膜能夠提高高粱0—15 cm的土壤溫度起到保溫的作用，與白色全膜相比，在白天高溫時段其0—15 cm土層的土壤溫度相對較低。

圖1 不同處理在高粱苗期、拔節期、抽穗開花期和灌漿成熟期地表下0—15 cm土壤平均溫度日變化

2.2 不同顏色全膜覆蓋對土壤含水率的影響

通過測定2017年和2018年高粱不同生育期各處理條件下0—200 cm土壤平均含水率的變化（圖2）。可以看出，隨著土層深度的增加，土壤平均含水率總體呈先降低后升高的趨勢。從不同處理來看，不同顏色全膜覆蓋0—200 cm土壤含水率基本相同，但均高于裸地處理；黑色全膜覆蓋區土層土壤平均含水率略高于白色全膜覆蓋區，但無明顯差異，平均較裸地提高1.89個百分點。在0—160 cm土層，覆膜處理土壤平均含水率顯著高于裸地處理（＜0.05），但在160 cm及其以下土層，覆膜處理與裸地處理差異不顯著（＞0.05）。由此可知，黑色全膜覆蓋與傳統的白色全膜覆蓋具有相同的保墑效果，可以明顯提高土壤含水率。

圖2 不同處理2017和2018年全生育期土壤含水率變化

2.3 不同顏色全膜覆蓋對高粱田間雜草的防效

通過檢測2017年和2018年不同顏色全膜覆蓋對高粱田間雜草的防效（表1）。可以看出，與裸地對照相比，采用全膜覆蓋對高粱田闊葉雜草和禾本科雜草均具有良好的防控作用，且差異顯著。2年黑色全膜覆蓋對闊葉雜草和禾本科雜草的株防效和鮮重防效平均達到96%和93%以上。不同顏色地膜間相比較，黑色全膜覆蓋防效優于白色全膜，處理間差異顯著（＜0.05）；2017年黑色全膜覆蓋對闊葉雜草株防效和鮮質量防效較白色全膜分別提高16.40%和14.51%，禾本科雜草株防效和鮮質量防效分別提高12.55%和9.60%；2018年闊葉雜草株防效和鮮質量防效分別提高17.83%和16.56%，禾本科雜草株防效和鮮質量防效分別提高15.21%和12.21%。由此可知，與傳統白色全膜覆蓋相比，黑色全膜覆蓋高粱田雜草發生量顯著降低，防除作用更為徹底。

2.4 不同顏色全膜覆蓋對高粱生長的影響

通過統計2017年和2018年不同顏色全膜覆蓋對高粱生長的影響（表2）。發現2種顏色全膜覆蓋均不影響高粱的出苗率，出苗率均高于裸地，但差異不顯著（＞0.05）。就株高及整齊度來看，全膜覆蓋株高及整齊度均高于裸地，差異顯著（＜0.05）；白色全膜30 d株高及株高整齊度高于黑色全膜，黑色全膜60 d株高及株高整齊度高于白色全膜，顏色間差異顯著（＜0.05）。就高粱生育期來看，黑色全膜覆蓋生育期與裸地基本相當，而白色全膜覆蓋生育期較短，較裸地縮短4—6 d。

2.5 不同顏色全膜覆蓋對高粱產量及效益的影響

通過統計2017年和2018年不同顏色全膜覆蓋對高粱產量的影響（表3）。2種顏色全膜覆蓋對高粱的穗長及一級枝梗數無明顯影響，與裸地對照相比，差異均不顯著（＞0.05）。從產量來看，不同顏色全膜覆蓋差異顯著（＜0.05），黑色全膜覆蓋產量顯著高于白色全膜和裸地，2017年和2018年較白色全膜分別提高6.72%和6.94%，較裸地分別提高19.27%和20.03%；從產量構成因素穗粒數和千粒重來看，不同顏色全膜覆蓋穗粒數差異不顯著，但千粒重差異顯著（＜0.05），黑色全膜顯著高于白色全膜和裸地處理，2017年和2018年較白色全膜分別增加3.72%和3.78%，較裸地分別增加6.95%和7.06%。從增產效益來看，與白色全膜和裸地相比較，黑色全膜2017年增產高粱764.91和1 962.69 kg·hm-2，2018年增產高粱799.88和2 057.76 kg·hm-2；高粱價格按2元/kg，地膜成本按900元/hm2計算，2017年增收1 529.82和3 025.38元/hm2，2018年增收1 599.76和3 215.52元/hm2，差異顯著（＜0.05）。由此可知，與傳統白色全膜覆蓋相比，黑色全膜覆蓋增產增收作用更為明顯。

表1 不同全膜覆蓋對雜草的防效

不同字母間表示在＜0.05水平差異顯著。下同

There are significant differences at＜0.05 between different letters. The same as below

表2 不同全膜覆蓋對高粱生長的影響

表3 不同全膜覆蓋對高粱產量的影響

3 討論

溫度和水分與農業生產密切相關。在雨養旱作地區，溫度和水分是影響作物生長發育的兩大主要環境因素，溫度影響作物的發育速度，從而影響作物生育期的長短以及各生育期的早晚，土壤溫度變化1℃就會對植物生長產生明顯的影響[17]；良好的土壤水分環境是作物增產增收的重要條件，土壤溫度過高或水分缺乏均可以造成作物生長后期的早衰，造成減產。雜草是影響作物產量的重要因素。雜草發生是雜草種群與周圍環境因子相互作用的綜合表現，影響雜草發生的環境因素錯綜復雜，氣象因子則是影響雜草發生的一個重要因子[18-21]。路海東等[22-23]、張琴[24]、漆永紅等[15]、姜延軍等[25]研究了地膜覆蓋對玉米根區土壤水分、溫度、雜草去除和玉米生長、產量的影響，明確了黑色地膜對玉米的增溫保墑、雜草去除效果及與傳統白色地膜相比的增產優勢。高粱和玉米雖均為大田糧食作物，但生理特性卻大不相同。本試驗主要研究了黑色全膜覆蓋對高粱根區土壤溫濕度的影響及雜草抑制效應。

路海東等[22]、張琴[24]對旱地玉米研究結果表明，與白色地膜覆蓋相比，黑色地膜覆蓋能夠有效降低白天0—15 cm土壤溫度，且在一日內氣溫最高時段差異更為明顯；黑色地膜與白色地膜對玉米根區土壤保水效果基本相同，但二者均顯著高于裸地對照。本研究得出，白色全膜覆蓋具有提高高粱根區0—15 cm土壤日地溫及0—200 cm土層土壤含水率的作用，但是其覆蓋增溫過高會對高粱生長產生副作用，造成高粱早衰，而黑色全膜覆蓋具有和白色全膜覆蓋相同的增溫保墑作用，與白色全膜覆蓋相比，不僅能夠提高土壤含水率，而且其0—15 cm土壤日地溫平均較普通白色全膜降低1.14℃，這與路海東等[22-23]、張琴[24]對玉米的研究結果大致相同。這是由于黑色地膜透光率小地膜覆蓋土壤中的水分不能直接蒸發掉，當土壤水分蒸發到地表時，受到地膜的阻隔作用，形成水珠在薄膜的下面，然后再回到土壤中，這樣就減少了土壤水分的蒸發量，保持了良好的土壤墑情，維持了穩定的土壤含水率；同時由于黑色地膜具有吸熱且熱輻射小的特性，膜下空氣升溫及散熱慢，因此黑色全膜能穩定調節地溫。

高粱是對除草劑比較敏感的作物，因除草劑使用不當造成減產的問題時有發生，而且高粱田專用除草劑種類較少，因此，高粱田草害防控是生產上亟待解決的問題[26]。姜延軍等[25]、岳德成等[27-28]對玉米田不同地膜的控草效果研究結果表明，用白色地膜以全膜雙壟溝播方式覆蓋可以引起膜下雜草大量發生，而使用黑色地膜則可有效控制雜草的發生。漆永紅等[15]提出，黑色全膜覆蓋不僅有助于提高土壤含水率、降低土壤溫度，還可以有效防除田間雜草。本研究得出，與白色全膜覆蓋相比，黑色全膜覆蓋對闊葉雜草和禾本科雜草防效較好，株防效和鮮重防效分別達96%和93%以上，這與岳德成等[28]、漆永紅等[15]研究結果基本相似，表明高粱生產中采用黑色全膜覆蓋，對田間雜草具有較為徹底的防控作用。

大量研究認為，土壤溫度[29]、水分[30]和耕作措施[31]等對高粱生長和產量具有明顯影響，高粱株高、生育期及千粒重等農藝性狀與高粱產量水平密切相關，開花后是作物籽粒產量形成的關鍵時期，同時也是葉片功能開始衰退的時期[32]。張琴[24]、路海東等[22]認為黑色地膜能顯著提高玉米千粒重和產量。本研究表明，與白色全膜覆蓋相比，黑色全膜具有顯著提高高粱籽粒千粒重和產量的作用，這與二者結論基本相同。本研究還得出，黑色全膜不僅能夠顯著提高千粒重及產量及效益，同時還具有提高高粱株高、株高整齊度、延長生育期的作用。這可能是由于采用黑色全膜覆蓋后提高土壤含水量、穩定調節地溫的作用，使高粱前期生長速度加快，營養生長時期縮短，后期衰老延緩，生殖生長時期延長，從而促進了高粱籽粒灌漿期光合物質的生產，進一步提高高粱千粒重及產量。

4 結論

在雨養旱作地區高粱生產中，黑色全膜覆蓋具有和白色全膜覆蓋相同的增溫保墑作用，與白色全膜覆蓋相比，不僅能夠提高土壤含水率，而且其0—15 cm土壤日地溫平均較普通白色全膜覆蓋降低1.14℃，從而顯著改善高粱根區土壤的水溫條件，延長高粱的生育期。同時，黑色全膜覆蓋較白色全膜覆蓋對高粱田間雜草具有更為徹底的防控作用，顯著提高高粱的千粒重和產量，因此，建議在本區域高粱生產中，采用黑色全膜覆蓋替代白色全膜覆蓋，促進高粱高產。

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Effects of black full film mulching on soil temperature and Humidity and weed control in root zone of sorghum

ZHANG JianHua, GUO RuiFeng, CAO ChangLin, BAI WenBin

(Sorghum Research Institute, Shanxi Academy of Agricultural Sciences/Shanxi Key Laboratory of Sorghum Genetic and Germplasm Innovation, Jinzhong 030600, Shanxi)

Soil temperature, moisture and tillage measures are important factors affecting crop growth and yield in rain-fed arid areas. It is of great significance to clarify the effect of full-film mulching on the soil environmental conditions in the root of sorghum, as well as its inhibitory effect on weeds, in order to promote the increase of sorghum yield in rain-fed arid areas.The experimental site is located in The Institute of shanxi Academy of Agricultural Sciences test base. Jinnuo 3 is the tested variety. The experiment adopts sequential arrangement design. Black full-film mulching, white full-film mulching and bare land cultivation experiments were carried out in 2017 and 2018, respectively. The effects of full-film mulching on the daily temperature of 0-15cm soil in the root zone of sorghum, soil moisture content of 0-200 cm soil layer, weedcontrol, the growth, yield and benefit of sorghum were analyzed.The results showed that black full-film mulching could effectively improve the soil temperature of the surface layer in each growth period, soil temperature was lower and made the daily temperature of 0-15cm soil by an average of 1.14℃（＜0.05）, compared with the white full-film mulching . The black and white full-film mulching provided the same degree of soil moisture conservation, the average soil moisture content of each soil layer was slightly higher than white full-film mulching. and increased by 1.89 percentage points on average compared with bare land cultivation, which significantly increased （＜0.05）the moisture content of 0-160 cm soil layer. The black full-film mulching significantly reduced the amount of sorghum weeds in the field. The control effect on broadleaf weeds and grass weeds reached 96% and 93% respectively, which was superior to the white full-film mulching（＜0.05）and had more thorough weed control effect. It was no obvious influence on sorghum seedling rate, ear length, number of first-stage branches and grain number per ear, but had an effect on sorghum plant height, plant height uniformity, birth stage, thousand grain weight, yield and benefit when sorghum was planted on black full-film mulching . The plant height and plant height uniformity of sorghum covered with the black full film for 60 days were higher than that covered with white full-film. The growth period of black full-film mulching sorghum was the same as that of bare land cultivation, while that of white full-film mulching sorghum was shorter, shorter by 4-6 days than that of bare sorghum. The thousand-grain weight and yield of black full-film mulching were significantly higher than that of white full-film mulching and bare land cultivation (＜0.05). Compared with white full-film mulching, the thousand-grain weight increased by 3.72% and 3.78% respectively, and 6.95% and 7.06% respectively compared with bare land cultivation. The yield was 6.72% and 6.94% higher than that of the whole white full-film mulching, 19.27% and 20.03% higher than that of bare land cultivation, respectively. The black full-film mulching increased 1 529.82 yuan/hm2and 1 599.76 yuan/hm2respectively compared with the white full-film mulching, and 3 025.38 yuan/hm2and 3 215.52 yuan/hm2respectively compared with the bare oneIt is suggested that black full-film mulching should be used instead of the traditional white full-film mulching in sorghum production in rain-fed arid areas, so as to promote the high yield of sorghum.

black full-film mulching; sorghum; soil temperature and moisture; weed control; traits

10.3864/j.issn.0578-1752.2019.22.017

2019-06-11；

2019-09-20

山西省科技攻關項目（201703D221011-2）、山西省農科院特色農業技術攻關項目（YGG17013）、山西省重點研發計劃重點項目（201703D211010）、國家基礎性長期性監測項目（ZX04S040600，ZX03S0406）

張建華，Tel：0354-8593518；E-mail：betty13503503943@163.com。通信作者白文斌，E-mail：baiwenbin1983@126.com

（責任編輯 李莉）