降解膜覆盖对土壤水分时空动态变化特征及向日葵干物质积累的影响

Impact of biodegradable film mulching on the spatiotemporal dynamics of soil moisture and the accumulation of sunflower dry matter

摘要

为揭示不同类型降解地膜覆盖对土壤水分时空动态变化规律，进一步明确降解地膜覆盖对向日葵产量和水分利用效率差异性的影响。以向日葵三瑞10号为供试品种，系统分析了2022年和2023年设置的兴安盟降解膜（XAM）、兰州降解膜（LZ）、吉林降解膜（JL）、苏州降解膜（SZ）、上海降解膜（SH）等5种生物降解地膜及普通塑料地膜覆盖对照（CK）共6个处理，对向日葵全生育期土壤水分时空动态变化规律及干物质积累和水分利用效率的影响。结果表明：生物降解地膜与普通塑料地膜覆盖处理的土壤含水量在向日葵生长前期差异不显著，而在中后期普通地膜土壤含水量高于降解地膜；LZ和SH降解地膜处理成熟期植株干物质量显著大于CK，其他处理之间并未有显著差异，不同处理向日葵干物质积累过程符合Logistic模型，拟合度R²均在0.925 9以上，2年中，CK的干物质积累量最大增长速率均低于降解膜处理；2022年SH处理产量为4 259.29（kg/hm²），较CK的产量高出13.93%，2023年SH处理产量为4 493.85（kg/hm²），较CK高出23.44%；JL和SH降解膜处理平均水分利用效率为13.48和14.00/（hm²·mm），较CK处理高出5.69%和9.17%。综合产量、水分利用效率等多方因素，SH和JL全生物降解地膜具有较好的产量和水分利用效率，可在内蒙古黄河流域南岸灌区范围进行推广，本研究可为缓解残膜污染和推动农田可持续发展提供理论依据。

Abstract

To uncover the spatiotemporal dynamics of soil moisture under various types of degradable film mulching and to further clarify the impact of degradable film mulching on the differences in sunflower yield and water use efficiency， we conducted a systematic analysis by taking sunflower variety Sanrui No. 10 as study object. A total five types of biodegradable films： Xing'an League degradable black film （XAM）， Lanzhou degradable black film （LZ）， Jilin degradable black film （JL）， Suzhou degradable black film （SZ）， and Shanghai degradable black film （SH）， along with a conventional plastic film control （CK）， were encompassed over the years 2022 and 2023. The effects of the treatments on the spatiotemporal dynamics of soil moisture， dry matter accumulation， and water use efficiency throughout the entire growth period of sunflowers were examined. The results indicated that there was no significant difference in soil moisture content between biodegradable films and conventional plastic film during the early growth stage of sunflowers. However， in the middle and late stages， the soil moisture content under conventional film was higher than that under degradable films. The LZ and SH degradable film treatments significantly surpassed the CK in terms of plant dry matter at maturity， and with no significant differences observed among the other treatments. The dry matter accumulation process of sunflowers under different treatments conformed to the Logistic model， with an R² fitting degree above 0.925 for all. Over the two-year period， the maximum growth rate of dry matter accumulation for CK was consistently lower than that of the degradable film treatments. In 2022， the SH treatment yielded 4，259.29 kg/hm²， which was 13.93% higher than the CK yield. In 2023， the SH treatment produced 4，493.85 kg/hm²， marking a 23.44% increase over CK. The water use efficiency for the JL and SH degradable film treatments was 13.48 and 14.00 kg/（hm²·mm）， respectively， which was 5.69% and 9.17% higher than the CK treatment. Considering yield， water use efficiency， and other factors， the SH and JL fully biodegradable film mulching demonstrated superior performance in both yield and water use efficiency. These findings suggest that the SH and JL degradable films are suitable for promotion in the southern irrigation area of the Yellow River basin in Inner Mongolia. This study provides a theoretical foundation for mitigating the pollution caused by residual films and advancing sustainable agricultural practices.

Graphical abstract

关键词

向日葵 / 降解膜 / 干物质积累 / 产量 / 水分利用效率

Key words

sunflower / biodegradable film / dry matter accumulation / yield / water use efficiency

自上世纪70年代起，地膜覆盖技术在我国旱地作物生产中开始应用，80年代中后期，该技术在内蒙古地区得到广泛应用^［1-2］。与裸露土壤相比，地膜覆盖能有效抑制土壤水分蒸发，改善土壤温度，促进种子萌发和幼苗生长，进而提高作物产量以及水分利用效率^［3］。此项技术成功解决了旱区农业生产中的“旱”与“寒”两大难题，还可以提高积温，延长生育期，使农田生产力得到显著提升。因此，地膜覆盖作物栽培技术被视为增强旱区耕地生产力的主要方式之一^［4］。但随着地膜技术的广泛推广和长期应用，研究发现聚乙烯薄膜在自然条件下难以降解，而且连年施用地膜和超薄地膜带来了严重的农田残膜污染问题。一定施用时间后土壤中的残膜积累不仅会导致土壤板结，致使土壤肥力逐渐下降^［5］还会影响作物根系的正常生长发育，进而干扰作物的正常生长。残留地膜碎裂成大小不一的碎块于土壤中，降低了土壤渗透性和土壤孔隙度，抑制作物根系发育及作物对水分的吸收，降低作物产量^［6］，而且还会对生态环境造成严重的“白色污染”。为解决这一问题，同时提高土壤生产能力，使用可降解生物地膜是农业生产发展解决残膜污染问题的主要途径之一，且具有较大的发展前景。以淀粉、纤维素、壳聚糖等天然材料为主要原料的完全生物可降解地膜^［7］，可在自然条件下分解，其不仅具有保温、保墒效果，还可有效避免残膜对土壤环境的污染，降低作物减产的风险，可代替传统地膜推广使用。

向日葵是内蒙古中西部地区的主要经济作物，在沿黄流域灌区农田的种植面积逐年递增，2022年，中国向日葵种植面积达到了62.32万hm²，产量为174.1万t，而内蒙古自治区作为中国最大的向日葵产区，种植面积为42.3万hm²，占全国总种植面积的67.79%，产量达115.44万t，占全国总产量的66.3%^［8］。为提高其结实率和籽实产量，推动当地农民脱贫致富、增产增收，向日葵覆膜种植技术已被深入研究并大力推广，且已取得显著成效。康虎等^［9］、薛源清等^［10］、谷晓博等^［11］李强等^［12］的研究均显示生物可降解地膜覆盖处理与未覆盖处理相比能显著提高玉米产量，增产效应与普通塑料地膜无显著差异；邬强等^［13］和杨海迪等^［14］ 研究表明，降解地膜与未覆膜相比能显著提高土壤质量含水量和水分利用效率。目前可降解地膜的田间应用主要以粮食作物为主，作物品种相对单一，对于向日葵等经济作物的降解膜栽培技术研究报道尚少。因此，为解决内蒙古黄河流域南岸灌区向日葵覆膜种植残膜污染问题，本研究拟以5种不同的生物降解膜为研究对象，采用田间小区试验的方法，开展降解膜覆盖对农田土壤水分和向日葵生长发育及水分利用效率影响的研究，以期为区域农田降解膜合理选择施用和内蒙古向日葵产业可持续发展提供理论依据。

1　材料与方法

1.1　试验区概况

试验于2022—2023年在内蒙古自治区鄂尔多斯市达拉特旗树林召镇西海心试验田进行（地理坐标为40°29′6.09″N，109°52′24.9″E）。该地区海拔1 042 m，属于典型温带大陆性气候。其气候特点是干燥少雨，冬寒夏热，昼夜温差大。年平均蒸发量达到2 115 mm。年均日照时数约为3 000 h，春霜冻（终霜冻）一般于5月上中旬结束，而秋霜冻（初霜冻）则出现在9月下旬。该地区的平均无霜期为135~150 d，年均降水量240~360 mm。此外，该地区太阳能和风能资源丰富，主要土壤类型为潮土，耕地等级为六等地。试验田0~60 cm土壤的平均容重为1.5 g/cm³，属于典型的旱作灌溉农业区。适合小麦、玉米、向日葵等长日照作物以及喜温蔬菜辣椒和青椒的种植。

该地区2022年降水量为355.1 mm，其中6—9月为主要降水期，平均气温为6.98 ℃，最高气温达到34.3 ℃，最低气温低至-21.2 ℃；2023年，该地区降水量为215.9 mm，主要集中在7—9月份，年平均气温为7.71 ℃，最低气温为-27.9 ℃，最高气温达到33.9 ℃，详见图1。

1.2　试验材料及设计

本研究使用的地膜规格统一为宽700 mm、厚0.08 mm、降解时间为60~120 d的黑色全生物降解膜，向日葵为当地的主推品种三瑞10号。

试验共设置6种不同的覆膜处理，包括5种不同的降解膜和1种普通塑料地膜（CK）处理。具体为：兴安盟降解膜（XAM）、兰州降解膜（LZ）、吉林降解膜（JL）、苏州降解膜（SZ）、上海降解膜（SH）以及包头普通膜（CK）各处理播种面积均为465 m²。在5月中旬，进行适量灌水，灌水量为200 mm，具体播种日期分别为2022-05-29和2023-06-02，采用机械化宽窄行种植模式，一次性完成施肥、覆膜、播种、覆土、镇压等作业工序，窄行40 cm、宽行90 cm；同时施入混合肥（N-P₂O₅-K₂O）375 kg/hm²，追施尿素225 kg/hm²，根据当地种植习惯，试验地块在整个生长期内将不进行灌溉处理，其他管理方式同大田。

1.3　样品采集及方法

1.3.1　土壤水分含量

土壤水分含量测定深度为0~60 cm土层，取样方法为0~20 cm每10 cm 取1个土样，20 cm以下每20 cm取1个土样，总共涵盖了4个不同的土层；采用烘干法测量土壤水分含量，分别在向日葵田的播种期、苗期、现蕾期、开花期、灌浆期、成熟期进行土壤水分测定，每次测定重复3次。

土壤含水量（m（水）∶m（土壤））计算公式为：

土壤含水量=\frac{m(\mathrm{湿土}+\mathrm{盒})-m(\mathrm{烘干}\mathrm{土}+\mathrm{盒})}{m(\mathrm{烘干}\mathrm{土}+\mathrm{盒})-m(\mathrm{盒})} ×100%

土壤贮水量计算公式为：

W=10 HρB

式中：W为土壤储水量，mm；H为土层深度，cm；ρ为土壤干容重，g/cm³；B为土壤含水量，%。

水分利用效率计算公式如下：

WUE=\frac{Y}{\mathrm{E}\mathrm{T}}

式中：WUE为作物水分利用效率，kg/（hm²·mm）；Y为籽粒产量，kg/hm²。

ET=L+△W+I

式中：ET为作物耗水量，mm；L为作物生育期降水量，mm；△W为土层储水量的变化值，mm；I为生育期内降雨量，mm。

1.3.2　出苗率

在播种后28 d调查出苗率，每小区随机选择10 m双行，记录幼苗数和播种的种子数，重复3次。

出苗率=苗数/播种的种子数×100%

1.3.3　叶面积

在向日葵生长各时期，选择取样向日葵中的健康绿色叶片，使用打孔器打孔，并将孔片与所有所剩叶片分别烘干至恒重。叶面积计算公式如下：

叶面积=\frac{NS(W_{\mathrm{p}}+W_{\mathrm{r}})}{W_{\mathrm{p}}}

式中：N为孔片数量；S为打孔器面积，cm²；W_p为孔片质量，g；W_r为打孔后叶片所剩质量，g。

叶面积指数计算公式如下：

LAI=\frac{\sum (Q)}{q}

式中：LAI为叶面积指数，（m²/m²）；∑（Q）为667 m²的叶片总面积，m²；q为667 m²的地面面积，m²。

1.3.4　农艺性状测定

在2022年和2023年，对向日葵的播种期、苗期、现蕾期、开花期、灌浆期和成熟期进行农艺性状测定。在每个阶段，选择3株代表性且长势一致的植株，齐地刈割后测量株高，重复3次。将样品分为茎、叶、叶柄和花盘，装入纱网袋，放入烘箱中，在105 ℃下杀青30 min，再在80 ℃下烘干至恒重，用电子天平称重并记录。

采用Logistic方程拟合向日葵干物质积累过程，进行求导可知增长速率方程，对增长速率方程进行求导，并令所得导数=0，可得最大干物质积累速率及达到最大积累速率时对应的出苗后天数。

D=\frac{M}{\mathrm{1}+A{\mathrm{e}}^{-kt}}

v=\frac{MAk{\mathrm{e}}^{-kt}}{(\mathrm{1}+A{\mathrm{e}}^{-kt}{)}^{\mathrm{2}}}

v_max=\frac{kM}{\mathrm{4}}

T=\frac{\mathrm{l}\mathrm{n}A}{k}

式中：D为不同时期干物质积累量，g；M为干物质积累潜力，即最大干物质量，g；A、k为模型固定系数；t为出苗后天数，d；v为单株干物质积累速率，g/d；T为干物质积累速率达到最大值对应的出苗后天数，d。

1.3.5　产量测定

在作物收获时，每个处理选取20株具有代表性且长势一致的向日葵，重复3次，摘下花盘，进行脱粒、晒干、称重等一系列措施。各小区单独收获测定小区实际产量，最后折算公顷产量。

1.4　数据处理及分析

采用Microsoft Excel软件进行数据处理，使用Origin 2021软件绘图，并运用SPSS Statistics 24统计软件的最小显著差数法进行方差分析。

2　结果与分析

2.1　降解膜覆盖对向日葵田土壤水分时空动态变化特征的影响

不同种类降解地膜对2022—2023年向日葵土壤水分利用效率的影响结果见图2。由图2可知：2022年不同降解地膜处理下的0~40 cm土层土壤含水量在向日葵整个生育期内表现为“N”型变化趋势；而40~60 cm土层的土壤含水量则从苗期至现蕾期逐渐增加，之后下降，在开花期至成熟期期间逐步增加，其峰值出现在现蕾期。由图2（a）可知：在0~10 cm的土层中，苗期阶段各处理含水量由高到低排序为SH>JL>SZ>CK>XAM，LZ处理的土壤含水量显著低于其他各处理（P<0.05）；进入现蕾期，XAM处理与LZ处理的土壤含水量也显著低于其他处理（P<0.05）；在灌浆期与成熟期，CK处理的土壤含水量则显著高于其他所有处理（P<0.05），而其他处理间的土壤含水量差异并不显著。由图2（b）可见：在10~20 cm土层深度范围内，SZ处理的土壤含水量在现蕾期显著高于其他处理（P<0.05），其他处理含水量由高到低排序为SH>CK>JL>XAM>LZ；到了灌浆期，LZ处理的土壤含水量依旧显著低于其他处理（P<0.05），其他处理含水量由高到低排序为CK>JL>SH>SZ>XAM；进入成熟期，JL、LZ和XAM处理的土壤含水量显著低于CK、SH和SZ处理（P<0.05），各处理含水量由高到低表现为CK>SH>SZ>JL>XAM>LZ。由图2（c）和（d）可知：20~60 cm土层各处理土壤含水率由高到低表现为SZ>JL>SH>LZ>CK>XAM。0~10 cm成熟期土层土壤含水量由高到低表现为CK>SH>JL>LZ>SZ>XAM，CK处理和SH处理分别比XAM处理高出25.20%和22.23%；>10~20 cm土层土壤含水量以SZ处理最高，SH处理次高，分别比LZ处理高20.45%和15.39%，而灌浆期和成熟期土壤含水量均以CK处理最高，分别较LZ处理高出17.71%和25.67%。2023年不同降解地膜处理下的0~60 cm土层土壤含水量在向日葵整个生育期内表现为倒“V”形曲线，峰值出现在现蕾期，之后下降。由图2（e）可知：在0~10 cm的土层中，苗期阶段，各处理含水量由高到低排序为LZ>CK>JL>XAM>SZ>SH，各处理之间差异并未达到显著水平；进入现蕾期，XAM处理土壤含水量显著高于其他处理（P<0.05）；在灌浆期与成熟期，CK处理的土壤含水量显著高于其他处理，而其他各处理间的土壤含水量差异并不显著。由图2（f）可见：10~20 cm土层深度范围内，JL处理的土壤含水量在现蕾期显著高于其他处理（P<0.05），其他处理含水量由高到低排序为CK>XAM>SH>SZ>LZ；至灌浆期和成熟期，均为CK处理的土壤含水量最高，显著高于其他降解地膜处理。由图2（g）和（h）可见：20~60 cm土层各处理土壤含水量由高到低表现为CK>JL>XAM>SZ>LZ>SH。在成熟期的0~10 cm土层中，土壤含水量由高到低表现为CK>SZ>XAM>SH>JL>LZ，CK处理较LZ处理高出18.37%。>10~20 cm土层土壤含水率以CK处理最高，JL处理次高，分别比LZ处理高12.38%和12.36%，而灌浆期和成熟期土壤含水率均以CK处理最高，分别较LZ处理高出20.43%和21.20%。

2.2　不同降解膜覆盖对向日葵株高和叶面积指数的影响

不同降解地膜处理对向日葵株高的影响结果见图3。可知：2022年和2023年向日葵的株高增长趋势呈现出相似的模式，在苗期至现蕾期，株高以线性方式增长，随后增长速度放慢，直至达到收获期。由图3（a）可知：在2022年，苗期各处理的向日葵长势大体一致，但进入现蕾期后，不同处理间的株高开始表现出明显的差异；SZ处理的株高在现蕾期显著高于其他处理（P<0.05），随着生育时期的进展，SZ处理、SH处理和JL处理的株高一直在较高水平，特别是与XAM和LZ处理相比，株高差异达到显著水平（P<0.05）；至成熟期，各处理的株高排序为SZ>SH>JL>XAM>LZ>CK，SZ处理和SH处理的株高相较于LZ处理分别增加了12.30%和10.54%。值得注意的是，除了苗期，CK处理的株高在所有观测时期均低于其他处理。由图3（b）可知：在2023年，SH处理在整个生育期中的株高均最高，现蕾期时，各处理的株高从高到低依次为SH、LZ、XAM、SZ、CK和JL，其中SH处理的株高比CK处理高出11.52%；在开花期和灌浆期，CK处理的株高最低，LZ处理次之，均显著低于其他处理（P<0.05）；成熟期时，各处理的株高排序为SH、SZ、JL、LZ、XAM和CK，SH处理的株高分别比CK处理和XAM处理高出8.43%和14.65%。综合2022年和2023年的株高数据，2022年的向日葵株高平均比2023年低14.1 cm。

不同降解地膜处理对向日葵叶面积指数的影响结果见图4。根据图4所示：2022—2023年不同类型地膜覆盖下向日葵叶面积指数变化规律相似。自出苗后，叶生长迅速，叶面积持续呈线性增长趋势直至现蕾期；随后增长幅度放缓，在开花期达到最大值；在灌浆开始后，向日葵营养物质主要输送到花盘中，植株下部叶片开始衰老死亡，向日葵叶面积因此下降，直至成熟收获。由图4（a）可知：2022年各处理的向日葵叶面积指数在开花期达到最大值，其中，CK处理显著低于SH和LZ处理（P<0.05），但与其他降解膜处理无明显差异；在灌浆期，SH和LZ处理显著大于其余降解膜和CK处理，LZ处理叶面积指数在现蕾期开始到成熟期均为最大。由图4（b）可知，2023年，不同类型地膜处理的向日葵叶面积指数整体趋势与2022年无异，同样在开花期达到最大值，但各处理之间叶面积指数差异很小，降解膜处理和普通地膜处理之间无显著差异。

2.3　不同降解膜覆盖对植株干物质积累的影响

不同降解地膜覆盖对向日葵各生育时期植株干物质积累的影响见图5。通过图5可见：2022—2023年不同地膜覆盖处理下的向日葵，其干物质量在生育期前期呈现出线性增长的趋势，中后期增长缓慢，并在成熟期达到最大值。如图5（a）所示：在现蕾期和开花期，各处理之间差异较小；在成熟期，LZ处理的干物质量最高，显著高于其余处理，较CK处理干物质量高出26.18 g，XAM处理的干物质量最低，仅为668.25 g。由图5（b）可知：2023年各处理总体趋势与2022年类似，在向日葵生育前期，各处理间的干物质积累量差异不显著，各处理在开花期开始出现显著差异；开花期，CK和XAM处理的干物质量显著低于各降解膜处理（P<0.05），CK与SH处理的差值达到了42.47 g，而其他各降解膜处理间的干物质量无显著差异；在成熟期，LZ处理的干物质量最高，达到了708.30g，略高于SH处理，显著高于其余降解膜和CK处理（P<0.05）。

不同降解地膜覆盖对向日葵成熟期植株干物质积累的影响见表1。根据表1可知：2022年成熟期总干物质量大小顺序依次为LZ>SH>SZ>CK>JL>XAM；其中，LZ处理的干物质量与XAM和JL处理干物质量的差值达到36.57 g和34.67 g，LZ处理干物质量差异显著高于XAM和JL处理（P<0.05），其余处理之间并未有显著性差异。2023年成熟期总干物质量大小顺序依次为LZ>SH>JL>CK>SZ>XAM，LZ和SH处理总干物质量显著大于其他处理，花盘质量由大到小依次为LZ>JL>SH>CK>SZ>XAM，LZ和JL处理显著高于其他处理（P<0.05），LZ处理比XAM高出11.99%；总体来看，LZ处理的各个器官干物质量均高于其余处理，而SZ处理的干物质量较低，其余降解膜处理包括CK处理之间均无显著性差异。

对不同降解膜覆盖向日葵干物质积累量进行Logistic方程拟合，各参数见表2。由表2可知：2022年不同降解膜覆盖向日葵积累最大速率表现为SH>LZ>XAM>SZ>JL>CK，SH和LZ处理显著高于 CK；2023年SH处理显著高于其他处理（P<0.05）。2022年SZ干物质积累最大速率出现时间最早，JL处理最晚，SZ和XAM处理显著早于其余处理，2023年SZ处理干物质积累最大速率出现时间最早，CK出现最晚，显著晚于其他降解膜处理，SZ处理比CK早2.79 d。

2.4　不同降解膜覆盖对向日葵产量和水分利用效率的影响

不同降解地膜对向日葵田出苗率、耗水量、产量以及水分利用效率的影响结果见表3。由表3可知：2022年，除XAM处理，采用降解膜处理的出苗率均高于CK处理，其中，SH处理的出苗率最高，达到了90.30%，显著优于CK和XAM处理（P<0.05）；2023年，整体出苗率较2022年有所降低，SH处理的出苗率下降了3.22%，而XAM处理下降幅度最小，仅为1.4%，但各降解膜处理的趋势并未发生改变；SH处理显著高于XAM和CK处理（P<0.05）。2022年各降解地膜与普通塑料膜处理的向日葵产量大小顺序为SH>LZ>SZ>JL>XAM>CK，SH处理产量为4 259.29 kg/km²，较CK处理平均增产13.93%，其余处理也有不同程度的增产，增产幅度为1.58%~13.93%。降解地膜覆盖处理略。在2023年，各处理的产量大小顺序为SH>JL>LZ>CK>SZ>XAM；其中，SH处理较CK处理增产13.20%，CK较XAM和SZ处理分别增产9.05%和3.91%。2022年耗水量平均比2023年多68.82 mm，在试验期间，向日葵耗水量均表现为XAM、LZ处理显著大于其余处理（P<0.05），而其他处理之间差异并未达到显著水平。在水分利用效率方面，2023年水分利用效率整体高于2022年，2022年不同类型地膜水分利用效率由高到低为SH>SZ>JL>CK>LZ>XAM，XAM处理水分利用效率最低仅为9.52 kg/（mm·hm²），SH处理显著高于其他处理，CK处理分别较XAM和LZ处理水分利用效率提高了2.69%和10.99%。2023年不同类型地膜水分利用效率由高到低JL>SH>SZ>CK>LZ>XAM，JL、SH处理的水分利用效率显著高于其他处理（P<0.05），CK处理分别较XAM和LZ处理水分利用效率提高了17.85%和20.89%。

3　讨　论

现有研究已表明，地膜覆盖栽培技术能够有效地保持土壤湿度并减少水分蒸发，从而促进作物对土壤水分的高效利用^［15］。总体上，2023年各土层平均含水率低于2022年，这与22年降水过多有直接关系；同时各处理土壤含水量随土层深度增加而增高，这也与陈宣伊等^［16］研究结果相一致。本研究表明，各降解地膜处理在向日葵生育时期前中期保水效果与普通地膜一致，但在开花期后，随着降解地膜的逐渐降解，保水性能下降^［17］，各处理间差异逐渐显现，特别是在灌浆期和收获期，普通地膜处理土壤含水量显著高于降解地膜处理，随着土壤深度的增加，各处理之间的差异逐渐减小，胡敏^［18］等也有类似的结果。LZ处理和XAM处理的降解地膜土壤含水量在多个时期均显著低于SH、JL和SZ处理降解膜。

本研究显示，普通地膜处理的向日葵株高在所有处理中是最低的，SH处理在所有降解膜处理中最高，而XAM和LZ处理在降解膜处理处于较低水平。2022年从开花期开始，LZ处理的向日葵叶面积指数在所有处理中最高，并且与CK处理的叶面积指数存在明显差异，其他降解地膜处理的叶面积指数均高于CK处理，但各处理之间无显著性差异，这与赵爱琴等^［19］的研究结果一致。原因可能是2022年降水过多，降解膜在向日葵开花期后逐渐裂解，增加了土壤透气性，有利于土壤中与空气进行水分交换，促进向日葵根系的营养吸收，促进向日葵植株的生长发育，普通塑料地膜覆盖下的土壤含水量过高，透气性差，反而对向日葵的生长产生不利影响。

干物质积累量常用于衡量作物有机物质的积累量^［20］，是衡量作物生长发育的重要指标，2年不同类型地膜覆盖向日葵积累最大速率均以SH处理最高，出苗后干物质积累最大速率出现时间存在一定差异，2022年为出苗后41.67~44.60 d，2021年为出苗后 42.00~44.79 d，均对应于向日葵生育期中的现蕾期。本研究中2023年SH处理向日葵干物质积累最大增长速率出现时间显著晚于CK，侯云鹏等^［21］研究证明，作物干物质积累最大增长速率增加，干物质最大增长速率出现天数推迟，可以延缓叶片衰老，使植株生长后期仍然保持较高的光合作用，增强光合效率及光合物质的生产能力，进而提高向日葵干物质积累量，有利于作物高产。

采用降解地膜覆盖的作物的产量，有的试验结果低于普通地膜处理，而有的则高于普通地膜处理^［22］，有的研究表明无明显差异^［23］，作物种类、植株高度、耕作方式、降解膜材质等影响着作物产量与对照的差异。地膜种类对耗水量具有显著影响，普通地膜处理的耗水量低于降解膜覆盖处理，原因是降解膜在向日葵开花期后会逐渐裂解，造成土壤水分蒸发量大于普通地膜，Chen等^［24］对新疆棉花试验研究也表明这一观点。降解膜覆盖的产量普遍高于普通塑料膜覆盖，这与高旭华^［25］和Gu等^［26］的研究结果一致，大部分降解膜处理与普通塑料膜处理的产量差异十分明显，这是因为降解膜后期裂解速度高于普通塑料膜，增加了土壤透气性，有利于根系吸收养分来供给花盘的发育。2022年7月和8月降水过多，集中在向日葵授粉和灌浆的关键时期，造成花盘授粉不充分，籽粒发育不完整，导致某些处理2022年产量低于2023，同时地膜种植向日葵在机械播种时可能存在操作不规范或点播不到位等问题，普通地膜相比降解膜韧性更强，致使幼苗难以钻出地膜，保苗率降低，从而导致普通地膜产量较低。根据已有的研究，地膜覆盖对作物产量和水分利用效率具有显著的促进作用^［27］。两年间的试验结果显示，随着降雨量的增加，各处理的WUE均呈现明显下降趋势。这一观察结果与刘胜尧等^［28］的研究发现相一致。研究指出，地膜覆盖在降水少时能有效提升作物的WUE。然而，当土壤湿度较高时，地膜覆盖会阻碍大气和土壤之间的气体交换，土壤的水分蒸发也会受到抑制，最终导致WUE的降低。

4　结　论

本研究以向日葵为主要研究对象，探究内蒙古自治区沿黄流域南岸灌区多个不同降解地膜和普通塑料地膜覆盖对土壤水分动态变化规律和向日葵生长发育和产量的影响，主要结论如下：

1）降解地膜在向日葵生长前中期保水效果与普通地膜相当，但后期随降解性能下降。LZ和XAM处理的降解地膜保水效果在多个时期低于SH、JL和SZ处理；

2）普通地膜处理的向日葵株高和叶面积指数最低，而SH处理在降解膜处理中株高最高，LZ处理的叶面积指数最高，SH处理的干物质积累速率最高，且干物质积累最大速率出现时间晚于CK，有助于延缓叶片衰老，提高光合效率，增加产量；

3）SH处理和JL处理平均产量较CK处理提高了11.94%和6.77，平均水分利用效率较CK提高了5.69%和9.17%，因此，SH处理和JL处理的降解地膜替代塑料地膜具有很强的可行性。

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