棉田應用地膜覆蓋栽培可顯著增加土壤溫度,改善田間墑情,促進棉株早發育,提高棉花產量。

　　新疆是我國重要的棉花產區,地膜的覆蓋面積和使用量很大,隨著種植年限延長,地膜的殘留量也逐年加大。農用地膜是一種由聚乙烯加抗氧劑、抗紫外線材料而制成的高分子碳氫化合物(聚氯乙烯),具有分子量大、性能穩定的特點,在自然條件下很難光解和熱降解,也不易通過細菌和酶等生物方式降解,在土壤中可以殘存200~400年,長期累積殘膜造成土壤/白色污染0,破壞農田生態環境。殘留地膜會聚集在土壤耕作層和表層,阻礙土壤毛管水和自然水的滲透,影響土壤的吸濕性,從而對水分運動產生阻礙,使其移動速度減慢,從而使水分滲透量因地膜殘留量增加而減少,土壤含水量下降,削弱了耕地的抗旱能力。殘留地膜還會使土壤孔隙度、通透性降低,不利于土壤空氣的循環和交換,致使土壤中CO2含量過高,影響土壤微生物活動和土壤正常結構的形成,導致土壤肥力下降,造成作物減產。殘留地膜具有較高的韌性和延展性,植物根系難以穿透,導致根系生長困難,從而惡化了植物的生活條件。

　　雖然已有不同作者對白色污染的危害進行了綜述和不同方面的調查,但是關于殘留地膜對植物土壤性質的影響和對植物生長發育的影響研究并不多見。研究通過大田試驗,在其他限制因子滿足的條件下,通過人工添加不同數量地膜模擬不同數量地膜殘留,有效控制土壤中地膜殘留量,探討地膜不同殘留量下的殘留地膜對棉花生長發育的影響。對深入理解白色污染的提供理論認識。

　　1 材料與方法

　　1.1 材料試驗

　　于2003年和2004年在石河子大學農學院實驗站進行。試驗區中心點位于E85b59c50d,N44b18c58d。海拔433~437 m,平均地面坡度6j,土壤質地中壤土。有機質15.4j,堿解氮63 mg/kg,速效磷16 mg/kg,速效鉀208 mg/kg,全氮0.8j,全磷1.2j,試驗區地下水埋深5 m以下。供試品種為北疆主栽新陸早13號。滴灌地采用/干播濕出0方法播種,一膜4行,行距為30 cm+60 cm+30 cm+60 cm。株距10 cm,保苗19.5@104/hm2, 2007年4月24日播種。

　　試驗殘膜量設0、225、450和900 kg/hm24個水平處理(分別用A、B、C、D表示),每處理重復4次,共16個試驗小區,小區面積2.7 m2,隨機排列。按試驗設計向小區中摻入人工剪碎的地膜(寬2~3 cm、長小于20 cm,模擬大田常見地膜碎塊尺寸),摻膜的土壤深度為40 cm,分表土(0~20 cm)和底土(20~40cm),每層均摻混均勻,混入地膜前仔細挑揀出土壤中原來的殘膜。同時在0~20 cm施入肥料,肥料用量為三料磷肥245 kg/hm2,硫酸鉀2 275 kg/hm2,氮肥270 kg/hm2,其中氮肥以尿素施入,30%作為基肥播前施入,70%作追肥在棉花生長期間分7次滴施。全生育期施用縮節胺化控4次。其它農事操作均按大田膜下滴灌進行管理。

　　1.2 方法

　　1.2.1 取樣方法在棉花花鈴期(90 d)采用挖掘法取樣。取樣方法:選擇兩行棉花長勢均勻,無缺苗、無大小苗地段(長度50 cm)作為取樣點。根系水平取樣方法:以地膜外側棉花播種行作為起點,分膜間、窄行和寬行,按30 cm相同寬度在水平方向取樣;根系垂直方向取樣方法:在膜間、窄行、寬行三個水平方向,每10 cm一個深度挖取根樣,一直到1 m。取出的土壤和根樣過1 mm土壤篩,撿出活根系。觀察并記錄與地膜接觸表面根系的變態(生長方向的變化,形態的變化,它可以直觀的說明地膜對根系生長的影響)。部分微細根系連同土壤一起收集。將收集到的根系帶回實驗室,在細紗布上反復沖洗,得到的根系樣品,人工用鑷子仔細定位排放到玻璃板上,供掃描用。掃描后的根系重新收集起來,放入烘箱在70e烘干36h ,稱重并記錄。同時將取樣部位的棉花地上部分全部采集帶回實驗室,按不同組織,分別烘干稱重并記錄。圖11.2.2 根系掃描和分析將排放好樣根的玻璃板放在EPSON PERFECTION 4870 PHOTO掃描儀上,在300 dpi象素下,掃描成黑白TIF圖像文件。掃描好的TIF圖像文件用WinRHIZO Basic 2004年根系分析系統軟件計算根系表面積和根長密度等形態特征指標。

　　1.3 數據分析工具

　　使用根系分析儀多棉花根系進行測定分析，采用Excel2003和SPSS13.0對試驗數據進行方差分析和繪圖。

　　2 結果與分析

　　2.1 殘膜對土壤物理性狀的影響

　　土壤物理性狀主要指土壤含水量、容重(單位體積固體重量與同體積水重量之比)和孔隙度(單位體積土壤內空隙所占體積百分比)。處理B、C和D含水量分別比處理A減少1.29%、4.39%和11.22%,這是由于殘膜阻礙土壤毛管水和自然水的滲透,從而使水分滲透量因地膜殘留量增加而減少,土壤含水量下降。殘留地膜還會使土壤孔隙度、通透性降低,不利于土壤空氣的循環和交換,致使土壤中CO2含量過高,影響土壤正常結構的形成,致使土壤容重和比重均隨殘膜量的增加而增大。

　　2.2 棉花根系在土壤中的垂直分布

　　在有殘膜的土壤中(0~40 cm),根系表面積隨殘膜量的增加而增加,且各層的根系表面積占棉花總根表面積的比例也是逐漸增大的,在0~40 cm土層中A的根系表面積為1 656.27 cm2,占總量的55.74%,而D卻達到了2 800.08 cm2,占總量的74.74%,較處理A高69.06%;但在沒有殘膜的土壤中(40~100 cm),情況卻相反,根系表面積總的趨勢是逐漸減少的,在40~100 cm土層中,無論A的根系表面積還是其占總量的比例均大于其它處理。以上說明在0~40 cm土壤中,由于有殘膜的存在,產生了一定的土壤機械阻力,但這種阻力不僅沒有阻礙根系的生長,反而刺激了根系的生長發育,使棉花根系大量增生,根表面積也隨之增大;由于上層根系受到殘膜刺激,根系大量增生,所以其吸收的養分也大量的消耗在根系增生上,使根系下扎的力量減弱,下層根系不能正常生長,導致了B、C和D的下層根表面積減少,降低了其對深層水分和養分的吸收利用,減弱了棉花的抗旱能力。表2根長密度(RLD)為單位土壤體積內的根系長度。研究結果表明,處理間的棉花根長密度在不同土層有較大的差別。在0~40 cm各土層中,處理A的根長密度與B極為相近,略小于C,但A和D有較大的差別,在4個土層中均小于D的根長密度;在40~100 cm的各土層中,各處理間的根長密度呈遞減的趨勢,只是A和B下降的較為緩慢,C和D下降較快。這說明,當殘膜量為900 kg/hm2時,殘膜能夠刺激棉花根系的生長,使根系大量增生,增大了土壤中的根長密度,這種現象一方面加劇了土壤中根系對水分、養分的競爭,并可能誘導早衰,另一方面在40~100 cm土體中根系密度較低,對水分養分的利用不充分;當土壤中沒有殘模時,棉花根系的空間分布更為合理,下扎根系較多,能夠提高根系對土壤深層水分和養分的利用效率。圖2在0~40 cm土層,棉花根重在土壤中的垂直分布趨勢與圖2相似,D的根重最大,而其它3個處理差別不大,表明土壤中存在大量的殘膜時能夠刺激根系生長。在40~100 cm土層,各處理間相差不大,但D的根重卻大幅度下降,這可能是由于上層根系消耗了大量的養分,向下層根系輸送的養分相對減少,導致下層根重降低。

　　2.3 棉花根系在土壤中的水平分布

　　研究采樣方式是以棉株生長的中心位置劃分取樣區域,主根的歸屬難以區分,故僅對須根系的水平分布進行討論。從不同處理在水平方向上須根表面積的分布情況可以看出,各處理的根表面積在水平方向的分布是不相同的。在0~40 cm土體中,各處理膜間、窄行和寬行的根表面積均是隨著殘膜量的增加而增大的,且其占膜間、窄行和寬行的總根表面積的比例也是隨之增大的。值得注意的是,處理A的窄行根系分布都大于膜間和寬行,這表明,由于土壤中沒有殘膜,處理A的根系分布主要受水分分布和地膜增溫效應的影響,因此在地膜覆蓋和水分集中分布的窄行部位,根系生長最多,地膜覆蓋的寬行次之,無地膜覆蓋的膜間最少;處理B與處理A相似,表明殘膜對處理B的影響不大;處理C的窄行根系分布大于膜間,小于寬行,表明殘膜對處理C有一定的影響;在處理D中,殘膜大量存在刺激根系增生的同時也增加了根系競爭,且窄行空間相對較小,根系競爭進一步加劇,根表面積反而小于膜間和寬行。在40~100 cm土體中,根表面積的水平分布情況與0~40 cm相反,均是隨著殘膜量的增加而減小的。處理A、處理B、處理C和處理D窄行根表面積占總根表面積比例分別是39.03%、36.06%、36.45%和32.03%,由于棉田是隨水施肥,水分和養分集中分布在窄行部位,因此處理A比其它處理更容易獲得其自身生長發育所需要的水分和養分。

　　棉花平均根長密度在0~100 cm的水平分布,研究表明在0~40 cm土體,處理D的平均根長密度較大于其它處理,但由于殘膜的影響,窄行的根長密度小于其膜間和寬行;處理A窄行和寬行的平均根長密度高于膜間,即處理A的根系在窄行和寬行分布較多,在膜間較少。在40~100 cm土體,各處理在窄行和寬行的根系分布是隨著殘膜的增加而逐漸減少的,處理D減少的最多。圖4,圖5棉花根系總重在土體中的水平分布情況,兩深度具有相同的趨勢。在0~40 cm土體,處理D的窄行總根重小于膜間和寬行,其余處理均是窄行>寬行>膜間,但處理D的根生物量大于其余處理;在40~100 cm土體,處理A重根最大,處理D最小,而處理內的根量分布差異主要是主根分布的偏向造成的,而主根生長的偏向主要是由土壤緊實度差異引起的。

　　3 結論與討論

　　3.1 由于地膜殘片的阻隔,土壤水分和空氣運行受阻,破環了土壤的物理結構,導致土壤含水量降低、孔隙度減小,而土壤容重和比重卻隨著殘膜的增加而增加。

　　3.2 有人認為地膜殘留阻礙根系的生長,耕層的根長和根重隨地膜殘留量的增加而減少。研究表明這一觀點并不全面。在0~40 cm土壤中,地膜殘留具有刺激棉花根系生長的作用,根表面積、根長密度和根重均隨地膜殘留量的增加而增加;在40~100 cm土壤中,地膜殘留阻礙根系的生長,根表面積、根長密度和根重隨著上層土壤中殘膜的增加而大幅度下降,這是由上層根系過度消耗水分和養分,向下層根系輸送不足造成的。研究表明,滴灌條件下水分集中分布在窄行部位,故窄行根系量高于膜間和寬行,但當土壤中有大量殘膜時(900 kg/hm2),這一規律發生變化,殘膜雖然刺激根系增生,但由于窄行空間相對較小,根系生長受到的阻力大于膜間和寬行,根系的增生量比膜間和寬行的少,因此窄行根系量反而小于膜間和寬行。

　　3.3 根系是作物最活躍的養分和水分吸收器官,在作物的生長發育和產量形成過程中起著非常重要的作用。主要農業措施如灌溉、施肥等都是首先影響到根系的生長、分布和功能,然后對地上部起作用進而影響到產量的高低。雖然少量地膜殘留(<900 kg/hm2)下根系生物量增加,但是實際上是植物的補償性生長,棉花莖葉和蕾鈴重反而隨殘膜的增加而減少(處理A與處理C和D生物學產量等達到了顯著性差異)。地膜殘留刺激根系生長,但同時也消耗了大量的養分,使棉花地上、地下部生長不平衡,冠根比減小,降低了單位根系重量的生產力。殘膜對棉花單株鈴數、單鈴重和產量均有顯著影響,且呈負相關關系。