地膜已成为继化肥、农药后的第三大农业生产资料^[1]，地膜覆盖技术通过提高土壤温度、湿度以消除对作物生长水热限制^[2]，增加产量，局部地区旱作玉米增产率超过 150%^[3-5]，广泛应用于干旱半干旱地区，其应用范围呈现扩大的趋势，位于热带地区高温多雨的海南岛地膜使用量近 20 年内增长了 40 倍^[6-8]。地膜覆盖技术下作物产量伴随着养分吸收量增大而增加^[9]，进而影响土壤养分状况。土壤碳、氮是农田土壤养分研究的重要内容。有机质是土壤碳的主要载体，直接或间接地影响土壤养分，经过矿质化可释放出营养物质供作物及微生物利用^[10]。大多数的研究表明地膜覆盖加速了土壤有机碳的矿化，地力消耗增加^[9，11-12]，但也有研究表明地膜覆盖对土壤有机质矿化不会产生显著影响^[13]，其原因可能是试验土壤状况、施肥管理措施等不同。氮素是限制植物生长和形成产量的首要因素，地膜覆盖可增加土壤氮素矿化^[14-15]，该过程与有机质矿化密不可分。另外，地膜覆盖可增加土壤微生物活性，主要表现为提高土壤微生物量、土壤酶活性等，其原因为适宜的水热条件促进了土壤微生物的生长。地膜覆盖通过提高土壤微生物活性，进而加速土壤养分矿化作用，最终影响作物生长。

土壤有机质的变化是有机物料输入与矿化平衡的结果，其含量在短期内的变化不明显，对农业管理措施反应不灵敏^[16-17]，许多学者从土壤活性有机质角度来揭示土壤碳对农业管理措施的响应机制^[18-21]，结果发现，土壤活性有机质对农业管理措施反应更灵敏^[17]。前人研究表明，土壤活性有机质主要受施肥措施影响，但对地膜覆盖的响应研究相对较少，Luo 等^[22]在陕西长武县研究发现，未覆膜处理土壤活性有机质经 1 年试验后有了显著的提高。不同地膜颜色因其透光率、辐射热透等因素导致其覆盖效果不同，大量研究表明黑色比白色地膜覆盖增产效应明显^[23]，但针对不同颜色农膜影响效果的研究体系尚未完善，增产效应的机理亦不明确。

地膜覆盖技术在高温、多雨的海南岛地区的应用效果如何，对热带地区作物产量、品质及土壤碳氮养分活性状态会带来什么影响，这些问题尚未明晰。因此，在海南岛开展了冬季南瓜地膜覆盖试验，研究不同颜色地膜覆盖对南瓜产量、品质，以及土壤碳氮养分的影响，试图揭示不同颜色地膜覆盖对土壤肥力的影响，为冬季瓜菜种植产量及品质的提升和土壤肥力状况的改善提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于 2020 年 1 月在海南省海口市开展南瓜地膜试验。海南岛地处热带北缘，属热带季风气候，年平均气温 22～27℃，大于或等于 10℃的积温为 8200℃，长夏无冬，1 月温度 17～24℃ 为最低温月，年光照为 1750～2650 h，光照率为 50%～60%，光温充足，光合潜力高，水稻一年可三熟，瓜菜四季均可种植。海南省雨量充沛，年降水量在 1000～2600 mm 之间，年平均降水量为 1639 mm，5—10 月为多雨季，占总降水量的 70%～90%，11 月至翌年 4 月为少雨季，干旱频发。试验地种植模式为水稻和瓜菜轮作， 0～20 cm 土壤有机质 18.50 g/kg，土壤全氮含量 1.09 g/kg。

1.2 试验设计

试验设计 5 个处理，T1 为不进行地膜覆盖对照处理、T2 为白色地膜覆盖处理、T3 为黑白双色地膜覆盖处理、T4 为黑色地膜覆盖处理、T5 为银黑色地膜覆盖处理。试验地采用起垄种植，垄宽为 1.80 m，沟宽 0.20 m，垄长 30 m，每个小区 4 m× 5 m，小区间隔 0.5 m，3 次重复，共 15 个小区。2020 年 1 月 28 日进行起垄，基肥为 15-15-15 复合肥 675 kg/hm²，钙镁磷肥 750 kg/hm²，基肥施用方法为撒施。2 月 8 日定植，南瓜株距为 0.8 m，定植后一周缓苗后施尿素，施肥方式为膜下滴灌，水分补充方式采用按需补方式，即不同的处理土壤水分散失速率不同，补充水分的量不同。开花后，施氮磷钾复合液体肥，施肥方式为膜下滴灌，每 5 d 施肥一次。收获时间为 4 月 10 日，进行产量、品质等指标测定，并进行土壤样品采集。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 土壤温度

土壤日变化温度测定于 3 月 10 日，在南瓜株间未破坏的地膜覆盖处进行测定，测定仪器选择用 TDR150 便携式土壤水分 / 温度 / 电导率测定仪 （美国 Septrums），探针选择用 12、20 cm 分别测定 0～12、0～20 cm 的土壤温度。

1.3.2 南瓜产量及品质指标测定

各小区随机采集具有代表性的植株 5 株，采集南瓜果实测定产量，取南瓜的 1/4 进行样品混合，测定品质指标，可溶性糖采用蒽酮比色法测定^[23]；可溶性固形物采用折射仪法测定；可溶性蛋白采用提取后冷冻干燥浓缩，浓 H₂SO₄-H₂O 消解，凯氏定氮测定；维生素 C 采用 2，6-二氯酚靛酚滴定法测定^[24]。同时，取南瓜的 1/4 混合，于 105℃杀青 30 min，然后 75℃烘干至恒重，测定南瓜干重等指标。剩余的样品放置于冰箱冷冻备用。

1.3.3 土壤碳、氮含量测定

土壤样品采集于定植期及南瓜收获期，方法为每个小区采集 5 个 0～20 cm 土壤样品，混合后风干、过筛，测定土壤碳氮指标。土壤全氮采用农业行业标准 NYT1121.24—2012 测定，土壤碱解氮采用林业局标准 LYT1228—2015 测定，土壤有机质采用农业行业标准 NYT1121.6—2006 测定，土壤活性有机质采用 KMnO₄ 氧化法测定^[4，18]，其中， KMnO₄ 浓度为 33、167、333 mmol/L 时，测定的结果分别为高活性有机质（H-LOM）、中活性有机质 （M-LOM）、低活性有机质（L-LOM），土壤有机质总量与低活性有机质含量的差值为非活性有机质 （N-LOM）^[10，17-18]。

1.4 统计分析

数据采用 SPSS 18.0 进行统计分析，利用 Excel2003 进行绘制图表。

2 结果与分析

2.1 地膜覆盖对南瓜产量的影响

由表1 可知，T4、T5 处理极显著提高了南瓜产量，包括单果重、单株结瓜数量、单产、去瓢鲜重、去瓢干重等（P<0.01），显著提高了单株结瓜数量（P<0.05），其中，单果重、单产、去瓢鲜重、去瓢干重均达到对照（T1 处理）4 倍以上，单株结瓜数量比 T1 增加约 30%。相对 T4、T5 处理来讲， T2、T3 处理对南瓜的增产效果不明显，T2、T3 处理单果重、单产、去瓢鲜重、去瓢干重比 T1 提高 20%～30%，且未达到显著水平。

注：同列不同小写字母表示差异显著（P<0.05），同列不同大写字母表示差异极显著（P<0.01）。下同。

2.2 地膜覆盖对南瓜品质的影响

由表2 可知，T4、T5 处理显著提高了南瓜品质，这两个处理的可溶性糖、可溶性固形物、维生素 C 的含量均极显著高于其他处理，其中在可溶性糖指标中优势最显著，为 T1、T2 处理的 3 倍，约为 T3 地膜覆盖处理的 2 倍，其次为可溶性固形物和维生素 C。对于可溶性蛋白，不同地膜覆盖处理差异不大，整体表现为 T5>T4 >T3>T2>T1，T5、 T4、T3 处理显著高于 T2 和 T1，极显著高于 T1。整体来看，银黑色与黑色地膜覆盖处理对南瓜品质指标的影响相似，差异未达到显著水平。

2.3 地膜覆盖对南瓜植株的影响

表3 所示，不同地膜覆盖处理影响了南瓜植株生长。T5、T4 处理与其他处理相比显著提高了南瓜茎叶鲜重，其中 T5 茎叶鲜重最高，为 1.17 kg，其次为 T4 处理 1.06 kg，这两个处理间差异不显著。T4 处理南瓜茎直径最大，其次为 T5、T3、T1、 T2，处理间差异均未达到显著水平。T3、T2 处理南瓜叶片 SPAD 值最高，分别为 49.7、49.0，T4、 T5 处理最低，5 个处理之间差异不显著。

2.4 地膜覆盖对土壤温度的影响

由图1 可以看出，与对照处理相比，地膜覆盖显著提高了土壤温度。T4、T5 处理土壤增温效果显著高于 T2、T3 处理，0～12 cm 土壤 6 时比 T1 处理分别增温 2.47、2.80℃；15 时分别增温 1.70、 2.20℃；20 时分别增温 1.70、1.97℃。而 T2、T3 与 T1 处理相比，6 时、15 时、20 时分别增温 0.23、0.93℃；0.40、1.57℃；0.93、1.17℃。地膜覆盖对 12～20 cm 土壤增温效果高于 0～12 cm，其原因可能是 0～12 cm 土壤温度受太阳辐射影响大，地膜覆盖的作用相对减弱。

2.5 地膜覆盖对土壤碳、氮含量的影响

2.5.1 地膜覆盖对不同活性程度有机质含量的影响

如图2 所示，不同地膜覆盖影响了土壤活性有机质的分布特征。不同处理中，土壤非活性有机质 （N-LOM）占比为 55.1%～70.0%，活性有机质占比为 30.0%～44.9%，其中，中活性有机质（M-LOM） 占比为 17.4%～40.5%，高活性有机质（H-LOM） 占比为 6.19%～29.3%。T4、T5 处理与其他处理相比土壤有机质总量下降，非活性有机质下降达到极显著水平，活性有机质含量升高，其中，中活性有机质约为其他处理的 2 倍，高活性有机质约为其他处理的 4 倍。

2.5.2 地膜覆盖对土壤全氮、碱解氮含量的影响

如表4 所示，地膜覆盖影响了土壤氮素的分布特征。试验地经过一季南瓜种植，土壤全氮、碱解氮发生了变化，T4、T5 处理与其他处理相比，全氮含量显著下降，而碱解氮、碱解氮占全氮的比例极显著升高。T2、T3 处理与 T1 处理相比，土壤全氮下降，碱解氮、碱解氮占全氮的比例提高，但差异不显著。

2.5.3 地膜覆盖对土壤碳氮比的影响

不同地膜覆盖对土壤碳氮比的影响见表5。南瓜试验地土壤碳氮比为 8.73～11.1，其中，T3 处理的碳氮比最高，其次为 T2、T4、T5 处理，T1 处理的碳氮比最低。土壤不同活性有机碳与碱解氮比值分析可得，低活性有机质与碱解氮比值范围为 54.0～130，其中 T1 处理最高，其次为 T2、T3 处理，T4、T5 处理最低；中活性有机碳与碱解氮的比值范围为 47.4～71.4，其变化规律大体与低活性有机碳与碱解氮比值相似，不同之处为 T4 处理比值相对升高，说明该处理中活性有机质比重升高；高活性有机碳与碱解氮比值范围为 22.2～43.9，T4、T5 处理比值最高，其他处理差异不显著。

注：TC/TN 为土壤全量碳与土壤全量氮的比值；L-LOC/AN 为土壤低活性有机碳与土壤碱解氮的比值；M-LOC/AN 为土壤中等活性有机碳与土壤碱解氮的比值；H-LOC/AN 为土壤高活性有机碳与土壤碱解氮的比值。

3 讨论

3.1 地膜覆盖对土壤水热条件、作物产量品质的影响

地膜覆盖技术可消除温度、湿度对作物的限制^[14]。太阳辐射到达地表，将光能转化为热能提高土壤温度，地膜的存在极大地降低了土壤水分的蒸散，在地膜下方富集有大量水蒸气及液珠，地膜、水蒸气及液珠均可以有效地阻隔长波，减少辐射和热能散失，因此，覆盖比不覆盖提高了土壤温度。通常来讲，白色地膜比黑色透射率高，土壤温度升高速率快^[24]。本研究结果却与常规结果呈现相反的结果，黑色地膜比白色地膜土壤升温效果显著，其原因可能有两个：一是白色地膜防草效果差，杂草于地膜覆盖 10 d 左右开始长出，破坏地膜的完整性，在 2 月末白色和黑白双色地膜均达到严重损坏程度，白色地膜过早地被破坏导致其土壤增温效果低于黑色和银黑色地膜；二是白色地膜处理土壤水分散失量大，水分散失过程消耗大量热量，试验在水分管理中采用按需补充措施，即不同的处理水分投入量不同，对照处理未覆膜水分补充量最大，其次为白色、黑白双色地膜处理，黑色和银黑色地膜水分补充量最小。

大量文献研究表明，地膜覆盖促进作物生长发育，提高作物产量和品质^[9，24]，并且，水热限制越强烈作物增产效应越明显^[9]。本研究结果表明，黑色和银黑色地膜覆盖极显著地提高了作物产量，增产达到 4 倍以上，同时也显著提升了可溶性糖、可溶性固形物、维生素 C 等南瓜品质指标的含量，其原因有以下 3 个方面，一是本试验南瓜种植季节为冬季，温度限制因子强烈，而地膜覆盖增加了土壤温度，为南瓜的正常生长提供了良好的条件；二是土壤温度的升高进一步缩短了南瓜生育期，试验采取集中收获，即当某一个处理达到收获条件时进行整个试验的收获，黑色和银黑色地膜处理南瓜已经达到收获要求，而对照处理、白色和黑白色地膜处理，南瓜还处在果实膨大期，因此产量、品质指标显著低于黑色、银黑色地膜覆盖处理；三是黑色和银黑色地膜覆盖处理防草效果显著，未覆膜对照处理和破损严重的白色、黑白双色地膜覆盖处理杂草较多，杂草的生长严重影响了南瓜正常生长。

3.2 地膜覆盖对热带土壤养分的影响

土壤有机质是土壤肥力的基础，地膜覆盖对土壤有机质的影响是重要研究内容之一。众多研究表明，地膜覆盖促进土壤有机碳、氮的矿化^[14-15]，致使土壤养分由惰性养分向速效态方向转化，增加能被作物直接吸收利用的养分比例。若作物吸收的养分含量大于速效养分的增加量，则土壤速效养分含量降低；若作物吸收的养分含量小于速效养分的增加量，则土壤速效养分含量积累。Wang 等^[25] 研究发现经过一个作物生长季后，容易分解的轻组碳、可矿化碳含量在地膜覆盖处理中均降低。本研究结果表明，经过一个南瓜种植期，黑膜和银黑膜处理土壤有机质显著降低，活性有机质比例显著增加，其中高活性有机质比例增加最大，约为活性有机质的 70%，同时，黑膜和银黑色地膜覆盖全氮含量略有降低，碱解氮含量迅速累积。

碳氮比是一个反应土壤碳氮转化的重要指标，取决于全氮和有机质含量影响，氮素消耗、补充，土壤有机质投入、矿化等均会影响碳氮比。碳氮比低表明碳源相对缺乏，碳氮比高表明氮素相对缺乏。本研究表明，海南岛地膜覆盖南瓜种植试验土壤碳氮比为 8.04～11.5，碳氮比值偏低，表明碳素缺乏。在前人研究中，主要集中在土壤总有机碳与全氮的比值，但是土壤有机碳、全氮含量稳定，短期内无法灵敏地响应地膜覆盖的变化，本研究采用活性碳与活性氮的比值，即活性碳氮比来研究土壤中碳氮元素对不同颜色地膜覆盖的响应，该指标可灵敏响应地膜覆盖技术的影响，其中活性碳采用高活性有机碳含量，活性氮采用碱解氮含量。研究结果表明，未覆地膜处理高活性碳、碱解氮比为 16.40～30.54，黑膜和银黑膜地膜覆盖处理为 38.67～52.73，黑膜和银黑膜地膜覆盖处理显著提高了土壤活性碳氮比，活性碳氮比的提高可以为土壤碳氮矿化提供充足的可利用的碳源，进而增加作物可利用的养分。

4 结论

不同地膜覆盖影响海南岛冬季南瓜产量、品质及土壤碳氮养分状况，黑色、银黑色地膜缩短南瓜生长期，增产、体质效果显著，白色地膜、黑白地膜覆盖无明显的增产、提质效果，其主要原因为白色地膜防草效果差，杂草生长迅速破坏地膜，保温、保墒效果差，且杂草生长迅速严重影响南瓜生长。黑膜、银黑膜覆盖增加土壤养分活性程度，经过一个南瓜生育期，土壤有机质、全氮含量有所降低，土壤活性有机质、碱解氮含量显著提高。

参考文献