棉田应用地膜覆盖栽培可显著增加土壤温度,改善田间墒情,促进棉株早发育,提高棉花产量。
新疆是我国重要的棉花产区,地膜的覆盖面积和使用量很大,随着种植年限延长,地膜的残留量也逐年加大。农用地膜是一种由聚乙烯加抗氧剂、抗紫外线材料而制成的高分子碳氢化合物(聚氯乙烯),具有分子量大、性能稳定的特点,在自然条件下很难光解和热降解,也不易通过细菌和酶等生物方式降解,在土壤中可以残存200~400年,长期累积残膜造成土壤/白色污染0,破坏农田生态环境。残留地膜会聚集在土壤 耕作层和表层,阻碍土壤毛管水和自然水的渗透,影响土壤的吸湿性,从而对水分运动产生阻碍,使其移动速度减慢,从而使水分渗透量因地膜残留量增加而减少, 土壤含水量下降,削弱了耕地的抗旱能力。残留地膜还会使土壤孔隙度、通透性降低,不利于土壤空气的循环和交换,致使土壤中CO2含量过高,影响土壤微生物 活动和土壤正常结构的形成,导致土壤肥力下降,造成作物减产。残留地膜具有较高的韧性和延展性,植物根系难以穿透,导致根系生长困难,从而恶化了植物的生活条件。
虽然已有不同作者对白色污染的危害进行了综述和不同方面的调查,但是关于残留地膜对植物土壤性质的 影响和对植物生长发育的影响研究并不多见。研究通过大田试验,在其他限制因子满足的条件下,通过人工添加不同数量地膜模拟不同数量地膜残留,有效控制土壤 中地膜残留量,探讨地膜不同残留量下的残留地膜对棉花生长发育的影响。对深入理解白色污染的提供理论认识。
1 材料与方法
1.1 材料试验
于2003年和2004年在石河子大学农学院实验站进行。试验区中心点位于 E85b59c50d,N44b18c58d。海拔433~437 m,平均地面坡度6j,土壤质地中壤土。有机质15.4j,碱解氮63 mg/kg,速效磷16 mg/kg,速效钾208 mg/kg,全氮0.8j,全磷1.2j,试验区地下水埋深5 m以下。供试品种为北疆主栽新陆早13号。滴灌地采用/干播湿出0方法播种,一膜4行,行距为30 cm+60 cm+30 cm+60 cm。株距10 cm,保苗19.5@104/hm2, 2007年4月24日播种。
试验残膜量设0、225、450和900 kg/hm24个水平处理(分别用A、B、C、D表示),每处理重复4次,共16个试验小区,小区面积2.7 m2,随机排列。按试验设计向小区中掺入人工剪碎的地膜(宽2~3 cm、长小于20 cm,模拟大田常见地膜碎块尺寸),掺膜的土壤深度为40 cm,分表土(0~20 cm)和底土(20~1000px),每层均掺混均匀,混入地膜前仔细挑拣出土壤中原来的残膜。同时在0~20 cm施入肥料,肥料用量为三料磷肥245 kg/hm2,硫酸钾2 275 kg/hm2,氮肥270 kg/hm2,其中氮肥以尿素施入,30%作为基肥播前施入,70%作追肥在棉花生长期间分7次滴施。全生育期施用缩节胺化控4次。其它农事操作均按大田 膜下滴灌进行管理。
1.2 方法
1.2.1 取样方法在棉花花铃期(90 d)采用挖掘法取样。取样方法:选择两行棉花长势均匀,无缺苗、无大小苗地段(长度50 cm)作为取样点。根系水平取样方法:以地膜外侧棉花播种行作为起点,分膜间、窄行和宽行,按30 cm相同宽度在水平方向取样;根系垂直方向取样方法:在膜间、窄行、宽行三个水平方向,每10 cm一个深度挖取根样,一直到1 m。取出的土壤和根样过1 mm土壤筛,捡出活根系。观察并记录与地膜接触表面根系的变态(生长方向的变化,形态的变化,它可以直观的说明地膜对根系生长的影响)。部分微细根系连同 土壤一起收集。将收集到的根系带回实验室,在细纱布上反复冲洗,得到的根系样品,人工用镊子仔细定位排放到玻璃板上,供扫描用。扫描后的根系重新收集起 来,放入烘箱在70e烘干36h ,称重并记录。同时将取样部位的棉花地上部分全部采集带回实验室,按不同组织,分别烘干称重并记录。图11.2.2 根系扫描和分析将排放好样根的玻璃板放在EPSON PERFECTION 4870 PHOTO扫描仪上,在300 dpi象素下,扫描成黑白TIF图像文件。扫描好的TIF图像文件用WinRHIZO Basic 2004年根系分析系统软件计算根系表面积和根长密度等形态特征指标。
1.3 数据分析工具
使用根系分析仪多棉花根系进行测定分析，采用Excel2003和SPSS13.0对试验数据进行方差分析和绘图。
2 结果与分析
2.1 残膜对土壤物理性状的影响
土壤物理性状主要指土壤含水量、容重(单位体积固体重量与同体积水重量之比)和孔隙度(单位体积土 壤内空隙所占体积百分比)。处理B、C和D含水量分别比处理A减少1.29%、4.39%和11.22%,这是由于残膜阻碍土壤毛管水和自然水的渗透,从 而使水分渗透量因地膜残留量增加而减少,土壤含水量下降。残留地膜还会使土壤孔隙度、通透性降低,不利于土壤空气的循环和交换,致使土壤中CO2含量过 高,影响土壤正常结构的形成,致使土壤容重和比重均随残膜量的增加而增大。
2.2 棉花根系在土壤中的垂直分布
在有残膜的土壤中(0~40 cm),根系表面积随残膜量的增加而增加,且各层的根系表面积占棉花总根表面积的比例也是逐渐增大的,在0~40 cm土层中A的根系表面积为1 656.27 cm2,占总量的55.74%,而D却达到了2 800.08 cm2,占总量的74.74%,较处理A高69.06%;但在没有残膜的土壤中(40~100 cm),情况却相反,根系表面积总的趋势是逐渐减少的,在40~100 cm土层中,无论A的根系表面积还是其占总量的比例均大于其它处理。以上说明在0~40 cm土壤中,由于有残膜的存在,产生了一定的土壤机械阻力,但这种阻力不仅没有阻碍根系的生长,反而刺激了根系的生长发育,使棉花根系大量增生,根表面积 也随之增大;由于上层根系受到残膜刺激,根系大量增生,所以其吸收的养分也大量的消耗在根系增生上,使根系下扎的力量减弱,下层根系不能正常生长,导致了 B、C和D的下层根表面积减少,降低了其对深层水分和养分的吸收利用,减弱了棉花的抗旱能力。表2根长密度(RLD)为单位土壤体积内的根系长度。研究结 果表明,处理间的棉花根长密度在不同土层有较大的差别。在0~40 cm各土层中,处理A的根长密度与B极为相近,略小于C,但A和D有较大的差别,在4个土层中均小于D的根长密度;在40~100 cm的各土层中,各处理间的根长密度呈递减的趋势,只是A和B下降的较为缓慢,C和D下降较快。这说明,当残膜量为900 kg/hm2时,残膜能够刺激棉花根系的生长,使根系大量增生,增大了土壤中的根长密度,这种现象一方面加剧了土壤中根系对水分、养分的竞争,并可能诱导早衰,另一方面在40~100 cm土体中根系密度较低,对水分养分的利用不充分;当土壤中没有残模时,棉花根系的空间分布更为合理,下扎根系较多,能够提高根系对土壤深层水分和养分的 利用效率。图2在0~40 cm土层,棉花根重在土壤中的垂直分布趋势与图2相似,D的根重最大,而其它3个处理差别不大,表明土壤中存在大量的残膜时能够刺激根系生长。在 40~100 cm土层,各处理间相差不大,但D的根重却大幅度下降,这可能是由于上层根系消耗了大量的养分,向下层根系输送的养分相对减少,导致下层根重降低。
2.3 棉花根系在土壤中的水平分布
研究采样方式是以棉株生长的中心位置划分取样区域,主根的归属难以区分,故仅对须根系的水平分布进行讨论。从不同处理在水平方向上须根表面积的分布情况可以看出,各处理的根表面积在水平方向的分布是不相同的。在0~40 cm土体中,各处理膜间、窄行和宽行的根表面积均是随着残膜量的增加而增大的,且其占膜间、窄行和宽行的总根表面积的比例也是随之增大的。值得注意的是, 处理A的窄行根系分布都大于膜间和宽行,这表明,由于土壤中没有残膜,处理A的根系分布主要受水分分布和地膜增温效应的影响,因此在地膜覆盖和水分集中分布的窄行部位,根系生长最多,地膜覆盖的宽行次之,无地膜覆盖的膜间最少;处理B与处理A相似,表明残膜对处理B的影响不大;处理C的窄行根系分布大于膜间,小于宽行,表明残膜对处理C有一定的影响;在处理D中,残膜大量存在刺激根系增生的同时也增加了根系竞争,且窄行空间相对较小,根系竞争进一步加剧, 根表面积反而小于膜间和宽行。在40~100 cm土体中,根表面积的水平分布情况与0~40 cm相反,均是随着残膜量的增加而减小的。处理A、处理B、处理C和处理D窄行根表面积占总根表面积比例分别是39.03%、36.06%、36.45% 和32.03%,由于棉田是随水施肥,水分和养分集中分布在窄行部位,因此处理A比其它处理更容易获得其自身生长发育所需要的水分和养分。
棉花平均根长密度在0~100 cm的水平分布,研究表明在0~40 cm土体,处理D的平均根长密度较大于其它处理,但由于残膜的影响,窄行的根长密度小于其膜间和宽行;处理A窄行和宽行的平均根长密度高于膜间,即处理A 的根系在窄行和宽行分布较多,在膜间较少。在40~100 cm土体,各处理在窄行和宽行的根系分布是随着残膜的增加而逐渐减少的,处理D减少的最多。图4,图5棉花根系总重在土体中的水平分布情况,两深度具有相 同的趋势。在0~40 cm土体,处理D的窄行总根重小于膜间和宽行,其余处理均是窄行>宽行>膜间,但处理D的根生物量大于其余处理;在40~100 cm土体,处理A重根最大,处理D最小,而处理内的根量分布差异主要是主根分布的偏向造成的,而主根生长的偏向主要是由土壤紧实度差异引起的。
3 结论与讨论
3.1 由于地膜残片的阻隔,土壤水分和空气运行受阻,破环了土壤的物理结构,导致土壤含水量降低、孔隙度减小,而土壤容重和比重却随着残膜的增加而增加。
3.2 有人认为地膜残留阻碍根系的生长,耕层的根长和根重随地膜残留量的增加而减少。研究表明这一观点并不全面。在0~40 cm土壤中,地膜残留具有刺激棉花根系生长的作用,根表面积、根长密度和根重均随地膜残留量的增加而增加;在40~100 cm土壤中,地膜残留阻碍根系的生长,根表面积、根长密度和根重随着上层土壤中残膜的增加而大幅度下降,这是由上层根系过度消耗水分和养分,向下层根系输 送不足造成的。研究表明,滴灌条件下水分集中分布在窄行部位,故窄行根系量高于膜间和宽行,但当土壤中有大量残膜时(900 kg/hm2),这一规律发生变化,残膜虽然刺激根系增生,但由于窄行空间相对较小,根系生长受到的阻力大于膜间和宽行,根系的增生量比膜间和宽行的少, 因此窄行根系量反而小于膜间和宽行。
3.3 根系是作物最活跃的养分和水分吸收器官,在作物的生长发育和产量形成过程中起着非常重要的作用。主要农业措施如灌溉、施肥等都是首先影响到根系的生长、分布和功能,然后对地上部起作用进而影响到产量的高低。虽然少量地膜残留(<900 kg/hm2)下根系生物量增加,但是实际上是植物的补偿性生长,棉花茎叶和蕾铃重反而随残膜的增加而减少(处理A与处理C和D生物学产量等达到了显著性 差异)。地膜残留刺激根系生长,但同时也消耗了大量的养分,使棉花地上、地下部生长不平衡,冠根比减小,降低了单位根系重量的生产力。残膜对棉花单株铃 数、单铃重和产量均有显著影响,且呈负相关关系。
首页
