有机无机氮肥配施与地膜互作对旱地胡麻水分利用、籽粒产量的影响

李江龙，郭丽琢，王月萍，刘宏胜，夏张祥

(1.海油富岛〔上海〕化学有限公司华北分公司 河北石家庄 050000；
2.甘肃省干旱生境作物学重点实验室 甘肃兰州 730070；
3.甘肃农业大学农学院 甘肃兰州 730070；
4.甘肃省会宁县农牧局 甘肃会宁 730799)

胡麻(LinumusitatissimumL.)是我国五大油料作物之一[1]，富含α-亚麻酸[2]、木酚素、不饱和脂肪酸、膳食纤维等多种对人体有益的营养成分，是优质的油料作物[3]。由于胡麻大多种植于我国干旱半干旱地区的雨养农业区，干旱加上贫瘠是旱作农业区土壤生产力的主要限制性因素，施用化肥和覆膜成为实现作物增产和土壤水分有效利用的主要措施。水肥之间存在耦合效应，合理施肥是发挥肥效的关键，也是打开水土系统生产效能的钥匙。但施肥在有效改善旱区降水利用率和土壤生产力的同时，也带来了土壤理化性质变劣、养分利用率下降、化肥产出比降低、环境污染日益加重等问题[4]。不同施肥组合对土壤供水强度影响差异较小，但单施氮肥可提高土壤表层0～20 cm的保水能力，进而提高作物产量[5]。通过长期施氮肥可以提高胡麻产量；
氮肥与磷肥、钾肥配合施用，可以显著提高旱地胡麻的产量[6-8]。

覆盖地膜能够增墒保温，抑制无效蒸发，但普通地膜的材料稳定性高，降解困难，容易造成“白色污染”[9]，耕层土壤透气性变差，土壤结构遭到破坏，导致作物减产[10]。因此，发展可降解地膜是解决农业“白色污染”和促进农业可持续发展的重要途径之一。覆膜结合配施有机肥不仅可以提高作物的生物量和土壤有机碳含量，而且可增加光合碳的固定及其在作物和土壤中的分配比例[11]。Ni等[12]在研究覆膜和施氮对作物产量的互作效应时发现，覆膜和施肥单因素使作物产量分别增加了17%和20%，但互作效应不显著。说明覆膜和施肥虽均可显著提高作物产量，但互作效应程度因作物生长环境而异。因此，在胡麻生产中合理施用肥料和利用地膜的种类以达到土壤水肥平衡，对实现胡麻增产具有重要的意义。

本研究从环境保护的角度出发，以改善土壤肥力状况和提高胡麻产量为目的，结合甘肃省的实际气象特征，对甘肃省胡麻配施不同氮肥、覆盖不同地膜，通过2年田间试验，研究氮肥和地膜的互作方式，以期从理论上进一步探讨可生物降解地膜提高土壤肥力和促进胡麻增产的原因和机理。

1.1 试验区概况

试验于2017—2018年在甘肃省会宁县会师镇南嘴村的旱川地(105°02′N，35°38′E)进行，试验区地处陇中黄土高原丘陵沟壑区，海拔1 759 m，年均气温8.3 ℃，无霜期155 d，大于10 ℃的有效积温2 664 ℃，多年平均降雨量356.70 mm。试验地前茬作物为玉米，地力均匀、肥力中等，前茬作物收获后及时浅耕晒垡，秋季用手扶拖拉机带步犁深翻打磨收口。试验田土壤的基本理化性状见表1，胡麻全生育期降雨量和气温见图1。胡麻全生育期间，2017年降雨量为132.2 mm，2018年为343.7 mm；
2017年7月中旬降雨量仅0.9 mm，2018年7月上旬降雨量达到了147.7 mm。

图1 胡麻全生育期降雨量和气温

表1 试验田土壤的基本理化性状

1.2 试验材料

选用旱地高产胡麻品种“陇亚13号”，该品种具有适应性广、抗逆性强、早熟丰产等特性。化学氮肥为尿素，有机氮肥为肉蛋白生物有机肥(石家庄金太阳生物有机肥有限公司，N-P2O5-K2O=3-2-1)。

1.3 试验设计

试验设地膜和氮肥2个因素。地膜设3个水平，分别为不覆膜(露地，P0)、普通地膜(P1)、可生物降解膜(P2)；
氮肥设3个水平，分别为不施氮肥(N0)、化学氮肥120 kg/hm2(N1)、化学氮肥80 kg/hm2+有机氮肥40 kg/hm2(N2)；
共9个处理，3次重复，27个小区。穴播，播深3 cm，行距20 cm，穴距11 cm，每穴播约10粒种子(播60.6万穴/hm2)，采用幅宽120 cm地膜。小区长6.7 m，宽3.0 m，面积20.1 m2。氮肥为化学氮肥和有机氮肥，磷肥施用量75 kg/hm2(过磷酸钙，以P2O5计)，钾肥施用量52.5 kg/hm2(硫酸钾，以K2O计)。氮、磷、钾肥均作为基肥施用，先施肥后覆膜，覆膜后3～5 d穴播。有机肥中所含的除氮之外的其他营养元素，均在3个施氮水平下通过施用化学肥料加以平衡。地膜的覆盖时间为施肥的第2 d，方式为平畦覆盖。

1.4 测定项目及方法

1.4.1 土壤含水量

在胡麻主要生育时期(现蕾期、开花期和成熟期)，采用常规土钻取土烘干法测定0～200 cm土层的土壤含水量，每20 cm为一个土层。按式(1)～(3)计算土壤含水量、耗水量和水分利用效率[13]：

土壤含水量(cm)=∑(Δ0i×zi)

(1)

式中：Δ0i——土壤某一层次体积含水量；

zi——土壤层次厚度，cm；

i——土壤层次。

耗水量(mm)=播种前土壤贮水量-收获时土壤贮水量+生育期降水量

(2)

水分利用效率[kg/(hm2·mm)]=胡麻籽粒产量(kg/hm2)/耗水量(mm)

(3)

1.4.2 土壤温度

在胡麻各关键生育时期选择晴天，分别于08：00、12：00、18：00用曲管温度计测定5、10、15、20、25 cm土层的土壤温度；
从播种后2 d开始，连续观测7 d，之后每周观测1次，现蕾后2周观测1次，连续观测2个月。

1.4.3 籽粒灌浆速率的测定

灌浆速率：首先标记相似株，选取花期和大小一致的主茎分枝，然后自花后第7 d开始取样，每7 d取样1次，直至成熟；
每小区取10棵主茎，每茎分别取相同部位5个蒴果，剥取籽粒共取50粒，测定籽粒的鲜质量后在105 ℃下杀青15 min，然后于80 ℃恒温下烘24 h至质量恒定；
按式(4)计算灌浆速率[14]：

灌浆速率[mg/(d·粒)]=每次测定籽粒干物质质量增值/测定间隔的天数

(4)

1.4.4 籽粒产量及其构成因子的测定

胡麻收获时在每个小区取20株进行考种，测定单株蒴果数、蒴果籽粒数和千粒质量。收获时按小区单打单收，晒干后测得小区实际产量。

1.5 数据处理

采用Microsoft Excel 2016和Origin 9.1软件对数据进行处理并绘图，采用SPSS 24.0统计分析软件对数据进行统计分析，显著水平为P<0.05。

2.1 覆膜与氮肥互作对胡麻主要生育时期0～200 cm土层土壤含水量的影响

由图2可见，0～200 cm土层土壤含水量随胡麻生育时期在不同年份存在明显差异。在2017年和2018年，随着生育进程的推进，0～200 cm土层土壤含水量均呈现出先增加后降低的变化趋势；
在施肥水平处理下，两年均表现出胡麻现蕾期、盛花期和成熟期的P1处理在0～80 cm土层土壤含水量显著高于P0、P2处理的，P1处理比P0处理的提高4.08%～9.16%，较P2处理的提高2.08%～5.16%；
2018年的土层土壤含水量水平趋势总体较2017年的高；
从盛花期开始，P0处理和P2处理的差异不显著，是因为可降解地膜开始降解，水分蒸发量增大，保水能力开始降低。

图2 覆膜与氮肥互作对胡麻主要生育时期0～200 cm土层土壤含水量的影响

2.2 不同处理对胡麻主要生育时期不同土层土壤温度的影响

由图3可知，胡麻主要生育时期的土壤温度变化规律是随土层的加深而降低。在现蕾期，由于胡麻叶面积逐渐增大，田间变得密闭，导致透光率低，覆膜增温效果减弱，5～25 cm土层土壤平均温度表现为P1>P2>P0，普通地膜和可降解地膜处理分别较2017年未覆膜时高1.57、1.23 ℃，比2018年时高1.30、1.55 ℃。在盛花期，P1、P2处理与P0处理相比，较2017年时高1.42、0.32 ℃，较2018年时高1.38、0.76 ℃，说明从现蕾期到开花期虽然覆膜增温效果减弱，并伴随着现蕾期可降解地膜开始出现破裂降解，但仍具有一定的保温效果，现蕾期、盛花期可降解地膜的土壤温度总体低于普通地膜的。到成熟期叶片逐渐衰老，田间密闭程度减弱，透光率增加，P1处理下0～5、10～15、20～25 cm土层的土壤温度高于P2、P0处理的；
2017年，P1处理的0～5 cm的土层土壤温度分别较P0、P2处理的高1.47、1.20 ℃，10～15 cm的分别较P0、P2处理的高1.99、1.28 ℃，20～25 cm的相差较小；
2018年，P1处理的0～5 cm的土层土壤温度分别较P0、P2处理的高1.37、1.18 ℃，10～15 cm的分别较P0、P2处理的高1.39、0.88 ℃，20～25 cm的分别较P0、P2处理的高1.91、1.52 ℃；
说明随着可降解地膜逐渐降解，保温能力呈降低的趋势。普通地膜对0～25 cm土层的保温效果高于可降解地膜的，但差异不显著，且覆膜处理的土壤温度都高于不覆膜处理的。

图3 不同处理对胡麻主要生育时期不同土层土壤温度的影响

2.3 覆膜与氮肥互作对胡麻籽粒灌浆速率的影响

覆膜与氮肥互作对胡麻籽粒灌浆速率的影响是先大后小，在花后28 d达到最大(见表2)。花后7 d，各处理下的灌浆速率为P1N2>P2N0>P1N0>P0N2>P2N2>P0N0>P1N1>P2N1>P0N1，其中P1N2的显著大于P0N1的；
花后14 d，P1N2的灌浆速率显著大于P0N0的，比P0N0的大27.53%；
花后21 d，P1N1的灌浆速率显著大于P2N0的，比P2N0的大11.83%；
花后28 d，各处理间的灌浆速率无显著差异，P2N0的达到最大；
花后35 d，P0N2、P1N2的灌浆速率无显著差异，均显著大于P0N0的，分别比P0N0的大19.00%、17.48%，其余处理与三者间差异不显著；
花后42 d，各处理间的灌浆速率无显著差异，P0N2的达到最大。由此可知，覆膜和氮肥互作处理下的胡麻不仅在灌浆中期能维持较高的灌浆速率，灌浆后期的灌浆速率显著大于P0N0的，为后期籽粒产量的提高奠定了基础。

表2 覆膜与氮肥互作对胡麻籽粒灌浆速率的影响

2.4 覆膜与氮肥互作对胡麻干物质积累量的影响

不同处理对胡麻干物质积累量的影响见图4。由图4可知：2017、2018年2个施肥水平下的干物质积累量在各生育时期均呈现N2>N1>N0的趋势，N1处理与N0处理相比，干物质积累的促进作用无差异，而N2处理的干物质积累量比N0处理的显著增加；
从出苗期到成熟期的各生育期，2017年N2处理的干物质积累量比N0处理的分别提高了9.10%、21.56%、17.98%、7.55%、6.17%、3.64%，2018年N2处理的干物质积累量比N0处理的分别提高了10.36%、18.46%、17.98%、25.78%、15.42%、8.34%；
2年都表现出开花期后干物质积累量变化幅度减小。以上结果表明，施用氮肥增加了干物质的积累，尤其是有机无机氮肥配施对胡麻的促生作用显著。

图4 不同处理胡麻干物质积累量的动态变化

由图4还可发现，干物质积累速率因覆膜和氮肥的种类不同存在差异。除现蕾期至开花期外，覆膜和氮肥互作对胡麻其余各生育阶段干物质积累速率的影响显著，不同种类覆膜下干物质的积累速率在各生育时期均差异显著，普通地膜覆盖处理下出苗期至开花期的干物质积累速率显著高于P2、P0处理的，提高幅度为16.38%～81.94%。从全生育期图形可知：2017年从分茎期至现蕾期干物质积累速率最快，2018年从出苗期至开花期干物质积累速率最快，施肥类型不影响变化趋势。2017年P1N2处理的干物质积累速率最大，达127.28 mg/(株·d)，较其他处理的高13.26%～78.96%；
2018年同样是P1N2处理的干物质积累速率最大，达130.11 mg/(株·d)，较其他处理的高20.42%～89.62%。从青果期至成熟期，覆膜和氮肥处理下的干物质积累速率都表现出下降趋势。由此可得出，普通地膜和无机氮肥对胡麻生育前期干物质积累速率的影响较大，后期则表现为可降解地膜和有机无机氮肥对其影响较大。

2.5 覆膜与氮肥互作对胡麻籽粒产量的影响

由表3可知，胡麻籽粒产量随施氮种类的不同呈现不同的趋势。在P2、P1覆膜处理下，2017年胡麻籽粒产量分别比P0处理的提高了28.37%、25.29%，2018年比P0处理的提高了24.48%、20.26%，覆膜和氮肥互作下差异不显著。在同一覆膜处理下，2018年P2N2处理的胡麻籽粒产量达到最大值833.68 kg/hm2，与不施氮肥(P0N0、P1N0、P2N0)和不覆膜(P0N1、P0N2)处理的差异显著；
2017年P2N2处理的胡麻产量达到最大值822.07 kg/hm2，与不覆膜(P0N0、P0N1、P0N2)处理的差异显著。在产量构成因子中，单株蒴果数随氮肥种类不同差异不大；
单果籽粒数在两年的表现中，P1N2处理的与P0N2、P1N1、P2N1处理的都无显著性差异。与不施氮肥相比，在无机氮肥、有机无机氮肥水平下，2018年单株蒴果数分别提高了21.47%、35.25%，2017年单株蒴果数分别提高了18.11%、22.35%。2018年各处理间的千粒质量无显著性差异，2017年P2N1、P1N2处理的千粒质量与P0N0、P0N1处理的差异显著。覆膜的胡麻水分利用率比不覆膜的高，且覆膜处理都超过了2 kg/(hm2·mm)。两年水分利用率相差很大，造成这种差异的原因是2018年的降雨量比2017年高出许多(见图1)。两年都表明施氮肥且覆膜处理的籽粒产量与不施氮肥处理的、只覆膜或只施氮肥处理的差异显著。

表3 覆膜与氮肥互作对胡麻籽粒产量构成因子、产量和水分利用率的影响

黄土高原为半干旱雨养地区，水分是限制作物生长和实现高产稳产的重要因素之一。覆膜可以提高土壤的含水量，进而提高作物的水分利用率和产量。王星等[15]的研究表明，在玉米生育中期，可降解地膜具有显著的增温效果，但保水效果不明显。覆膜处理下玉米的穗长、穗粗、穗粒数、千粒质量和产量均较露地处理的显著增加；
普通地膜和可生物降解地膜处理间的玉米产量差异未达显著水平，但均显著高于露地处理的，且两者的穗长、穗粒数、千粒质量也均显著高于露地处理的[16]。本研究表明地膜覆盖下的土层含水量高于露地处理的，普通地膜覆盖可提高胡麻现蕾期0～80 cm土层的土壤含水量；
2018年覆盖普通地膜处理的土壤含水量低于覆盖可降解地膜处理的，2017年覆盖普通地膜和可降解地膜处理的土壤含水量无显著性差异；
覆膜处理下，单株蒴果数、单果籽粒数较多，长势也较好。

结果表明，覆膜和施肥显著促进了胡麻生育前中期的干物质积累量；
营养生长阶段有机无机氮肥配施的促生作用大于单施无机氮肥的，而花期相反；
施肥提高了灌浆速率；
地膜覆盖下增施氮肥，有利于促进干物质向籽粒的转移；
地膜覆盖及施用氮肥均显著提高了籽粒产量，有机无机氮肥配施增产效果更显著。汪航等的研究表明[17]，有机无机氮肥配施可以促进水稻生长，加快其分蘖速率，增加干物质质量和籽粒质量。本研究的结果表明，施肥方式影响胡麻的产量构成因子，有机无机氮肥配施处理下产量最高，与文献[17]的研究结果一致；
覆膜和氮肥互作可以显著提高胡麻单株蒴果数和单果籽粒数，最终达到高产。

胡麻产量在我国干旱半干旱地区的雨养农业区普遍不高，一般仅为600～750 kg/hm2[18]。研究结果表明，胡麻籽粒产量对施氮种类的响应不同；
有机无机氮肥配施的籽粒产量比单施无机氮肥要高；
从产量构成因子看，施有机无机氮肥促进了单株蒴果数、单果籽粒数和单株产量的提高，施氮对千粒质量的影响不显著。

有机无机氮肥配施对胡麻籽粒灌浆进程和产量影响显著。不同施氮条件下，有机无机氮肥配施、无机氮肥处理的平均灌浆速率和籽粒灌浆速率最大时的生长量比不施化肥的分别增加2.23%～3.80%、1.29%～3.12%，且籽粒产量显著高于不施肥处理的，增幅分别为23.04%～26.14%、17.75%～22.71%。

综上所述，有机无机氮肥配施与地膜互作能提高胡麻产量构成因子的单株蒴果数、单果籽粒数和单株产量，延长了胡麻灌浆时间，提高了胡麻籽粒产量；
可降解地膜与普通地膜的作用效果相当，可降解地膜可以替代普通地膜，既能保证作物产量，又能减少环境污染。