不同覆蓋方式對(duì)旱地馬鈴薯產(chǎn)量和水分利用效率的影響

紀(jì)曉玲，張靜，喬文遠(yuǎn)，劉建華，雷錦銀，張雄

（1.榆林學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，陜西榆林719000；2.榆林市橫山縣農(nóng)技服務(wù)中心，陜西橫山719100）

不同覆蓋方式對(duì)旱地馬鈴薯產(chǎn)量和水分利用效率的影響

紀(jì)曉玲1，張靜1，喬文遠(yuǎn)2，劉建華2，雷錦銀2，張雄1

（1.榆林學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，陜西榆林719000；2.榆林市橫山縣農(nóng)技服務(wù)中心，陜西橫山719100）

為研究秸稈和地膜覆蓋栽培對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量和水分利用效率的影響，旨在篩選出陜北黃土丘陵旱作區(qū)的最佳覆蓋方式。通過(guò)2年（2012—2013）的田間定位試驗(yàn)，采用壟膜覆蓋（LM）、雙溝覆膜（GM）、全膜覆蓋（QM）、秸稈覆蓋（JG）和露地（CK）5種覆蓋栽培方式，分析馬鈴薯生長(zhǎng)、產(chǎn)量、土壤溫度、土壤含水量變化。結(jié)果表明：（1）JG處理的馬鈴薯植株生長(zhǎng)發(fā)育狀況，其株高、SPAD值均優(yōu)于其它處理，表現(xiàn)為株高JG＞CK＞GM＞LM＞QM，莖粗LM＞GM＞CK＞JG＞QM，SPAD值JG＞LM＞GM＞CK＞QM。（2）在整個(gè)生育期，地溫均值表現(xiàn)為JG＜CK＜LM＜GM＜QM，JG、LM、GM及QM分別較CK提高－0.18℃、0.76℃、1.21℃及1.65℃。（3）全生育期，不同覆蓋有增加土壤含水量的作用，均值表現(xiàn)為JG＞QM＞GM＞LM＞CK，JG、LM、GM及QM分別較CK提高17.18%、11.92%、5.65%和16.93%。（4）JG、QM、LM及GM分別比露地栽培平均增產(chǎn)19.75%、8.95%、7.00%及－0.25%，水分利用效率提高16.4%、7.4%、9.15%及1.65%。秸稈覆蓋栽培方式是陜北旱作區(qū)馬鈴薯抗旱栽培推薦的栽培方式。

覆蓋方式；馬鈴薯；土壤溫度；土壤含水量；水分利用效率；產(chǎn)量

陜西省榆林市橫山縣橫山鎮(zhèn)地處黃土丘陵干旱半干旱農(nóng)業(yè)區(qū)，屬大陸季風(fēng)氣候，降水少，且降水集中，蒸發(fā)強(qiáng)烈，干旱和水土流失是馬鈴薯生產(chǎn)的主要限制因素。提高降水水分利用效率，保證馬鈴薯穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)，增加土壤蓄水保墑能力的農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)是未來(lái)該地區(qū)旱作農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向。研究證明覆蓋栽培是應(yīng)對(duì)干旱缺水、提高馬鈴薯產(chǎn)量的主要措施［1－3］，目前，該地區(qū)應(yīng)用的主要覆蓋材料有地膜和秸稈。一方面，地膜覆蓋具有明顯的增溫保墑［4］的作用。研究表明，地膜覆蓋可以提高玉米的水分利用效率，增加干物質(zhì)積累和產(chǎn)量［5］；另一方面，秸稈覆蓋起到保水增產(chǎn)的作用。紀(jì)曉玲等［6］研究顯示，秸稈覆蓋較無(wú)覆蓋的綠豆地溫低2.8℃，而且，秸稈覆蓋在一定程度上減少了土壤空氣與大氣的交換，增加土壤含水量［7］。在玉米和小麥栽培上，秸稈覆蓋可顯著提高玉米和小麥的水分利用效率和產(chǎn)量［8－9］。因此，在陜北旱作區(qū)馬鈴薯抗旱栽培技術(shù)的研究中，應(yīng)注重地膜覆蓋和秸稈覆蓋對(duì)馬鈴薯土壤溫度、水分利用效率和產(chǎn)量的影響，以進(jìn)一步提高地膜覆蓋和秸稈覆蓋的保墑和增產(chǎn)效果。截至目前，有關(guān)不同覆蓋方式對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量及水分利用效率的系統(tǒng)研究較為少見(jiàn)。因此，本研究開展不同覆蓋栽培方式對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量和水分利用效率的影響研究，旨在篩選出馬鈴薯高產(chǎn)的覆蓋栽培保墑方式，為旱地馬鈴薯高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2012—2013年在黃土高原丘陵區(qū)的橫山縣橫山鎮(zhèn)石窯溝村旱地進(jìn)行。試驗(yàn)區(qū)位于北緯37°56′28.46″，東經(jīng)109°21′46.81″，海拔1 232m，平均氣溫9.2℃，≥10℃積溫3 260℃，無(wú)霜期146 d，年降水量446.8 mm，主要集中在7—9月，占總量的60%以上，年蒸發(fā)量1 211 mm，年日照時(shí)數(shù)2 644 h，年無(wú)效降水44次，有效降水20次，降水年際變化大，變異系數(shù)為0.15，月際變化更大，變異系數(shù)最小的9月也高達(dá)0.38。供試土壤為黃綿土，試驗(yàn)地耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量3.2 g·kg－1，全氮0.3 g·kg－1，堿解氮18.9 mg·kg－1，速效磷6.2 mg·kg－1，速效鉀66.0 mg ·kg－1，前茬綠豆，基施尿素150 kg·hm－2、磷酸二銨150 kg·hm－2。供試品種為紫花白，于2012年5月23日和2013年6月9日播種，平均行距50 cm，株距35 cm，密度55 555株·hm－2。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)置5個(gè)處理，分別是：（1）全膜覆蓋（QM）：雙壟面全膜覆蓋集雨溝播，壟高10 cm，穴播馬鈴薯。（2）壟膜覆蓋（LM）：壟高15 cm，僅壟上覆蓋地膜，膜側(cè)溝播馬鈴薯。（3）雙溝覆膜（GM）：壟高10 cm，壟上“W”型雙溝覆膜，“W”溝播馬鈴薯。（4）秸稈覆蓋（JG）：覆蓋玉米秸稈，秸稈覆蓋量10 000 kg·hm－2，秸稈長(zhǎng)度8 cm，于每年的6月30日人工均勻，放置在該處理的小區(qū)內(nèi)。（5）露地（CK）：無(wú)覆蓋，直接將馬鈴薯穴播于15 cm土壤中。各處理設(shè)三次重復(fù)，采用隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)面積21 m2（7.0m×3.0m），6行區(qū)，田間管理一致。

1.3 測(cè)定方法

（1）土壤水分測(cè)定采用烘干稱重法，在馬鈴薯播種前和收獲后對(duì)各小區(qū)0～100 cm土層進(jìn)行土壤水分測(cè)定，以20 cm為一個(gè)土層單位取樣。

（2）水分利用效率WUE＝產(chǎn)量／（播前100 cm土層土壤貯水量－收獲后100 cm土層土壤貯水量＋生育期降水量）。

（3）于馬鈴薯生長(zhǎng)的開花期（7月30日）用直尺測(cè)定株高，用游標(biāo)卡尺測(cè)定莖粗，用SPAD－502葉綠素儀測(cè)定葉綠素含量。產(chǎn)量測(cè)定是在馬鈴薯成熟后，按小區(qū)收獲，稱取鮮薯重量。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Excel計(jì)算分析，SPSS13.0進(jìn)行T檢驗(yàn)，各圖表中的數(shù)據(jù)為平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同覆蓋方式對(duì)馬鈴薯生長(zhǎng)的影響

在盛花期不同覆蓋栽培條件下，馬鈴薯主要生長(zhǎng)指標(biāo)變化表明（表1），秸稈覆蓋處理的馬鈴薯生長(zhǎng)發(fā)育性狀（2 a均值），如株高和SPAD值均優(yōu)于其它處理，秸稈覆蓋處理莖粗只是高于全膜覆蓋處理，而低于壟膜覆蓋、雙溝覆膜和對(duì)照處理。全膜覆蓋處理株高、莖粗及SPAD值均最低，壟膜覆蓋處理和雙溝覆蓋處理株高低于對(duì)照，但莖粗和SPAD值高于對(duì)照。許多研究表明，相比地膜覆蓋技術(shù)，秸稈覆蓋技術(shù)具有明顯優(yōu)勢(shì)。一方面秸稈覆蓋可顯著降低夏玉米不同生育時(shí)期棵間蒸發(fā)量，增加土壤含水量［10］，顯著增加0～10 cm土層有機(jī)碳含量［11］，另一方面具有調(diào)溫作用，在低溫時(shí)具有“增溫效益”，而高溫時(shí)則有“低溫效應(yīng)”。兩種效益在作物不同生育時(shí)期，對(duì)其生長(zhǎng)均十分有利，可有效地緩解地溫劇變對(duì)作物造成的傷害［12］。因而，秸稈覆蓋可提供馬鈴薯根系生長(zhǎng)的水、肥、氣、熱環(huán)境，從而促進(jìn)馬鈴薯地上部分的生長(zhǎng)。

2.2 不同覆蓋方式對(duì)土壤溫度的影響

馬鈴薯是喜冷涼作物，在其生長(zhǎng)發(fā)育的不同階段對(duì)地溫的要求不同。不同覆蓋處理對(duì)土壤溫度（5、10、15、20、25 cm平均值）的影響見(jiàn)表2。2 a馬鈴薯全生育期各處理地溫均值大小為：JG（21.28℃）＜CK（21.46℃）＜LM（22.22℃）＜GM（22.67℃）＜QM（23.11℃），秸稈覆蓋、全膜覆蓋、壟膜覆蓋、雙溝覆膜分別比露地栽培高－0.18℃、1.65℃、0.76℃、1.21℃。秸稈覆蓋可降低地溫，而地膜覆蓋有提升地溫的作用。馬鈴薯不同生育階段對(duì)地溫的要求不同，馬鈴薯苗期最適生長(zhǎng)溫度為17℃～21℃，2012年JG（23.3℃）處理分別低于CK、LM、GM和QM 0.2℃、2.66℃、3.88℃和4.42℃，2013年JG處理地溫（23.2℃）最低，分別低于CK、LM、GM和QM 0.3℃、0.7℃、1.6℃和1.8℃。JG處理最接近最適生長(zhǎng)溫度，有利于莖葉生長(zhǎng)。塊莖形成期，地溫對(duì)塊莖形成有很大影響，以16℃～18℃對(duì)塊莖的形成和增長(zhǎng)最為有利。2年內(nèi)，JG處理最接近適宜生長(zhǎng)溫度，有利于塊莖的形成。塊莖膨大期和淀粉積累期，日均溫以17℃～18℃為宜，超過(guò)20℃，塊莖生長(zhǎng)漸慢。JG處理也比較接近最適生長(zhǎng)溫度，相對(duì)于其它處理，其呼吸作用最低，有利于養(yǎng)分的積累。

表1 不同覆蓋栽培對(duì)馬鈴薯株高、莖粗及SPAD值影響Table 1 Effects of different mulching methods on plant height，stem diameter and SPAD value potato under different

表2 不同覆蓋栽培下對(duì)土壤溫度的影響Table 2 Effect of different mulching methods on soil temperature

2.3 不同覆蓋方式對(duì)土壤水分的影響

馬鈴薯根系主要分布在0～40 cm內(nèi)，不同覆蓋方式對(duì)馬鈴薯0～40 cm土壤含水量的影響如圖1所示。圖1表明，在馬鈴薯全生育期0～40 cm土壤平均含水量表現(xiàn)為：秸稈覆蓋＞全膜覆蓋＞雙溝覆膜＞壟膜覆蓋＞露地栽培。秸稈覆蓋、全膜覆蓋、雙溝覆膜、壟膜覆蓋，各處理的土壤含水量均高于露地栽培處理，分別較露地栽培高出17.18%、16.93%、11.92%和5.65%。各覆蓋方式比露地耕層含水量高的主要原因是由于覆蓋物形成了一層保護(hù)隔離層，減少了太陽(yáng)輻射，從而減少了田間的棵間蒸發(fā)，起到提高土壤含水量的作用。但不同覆蓋方式對(duì)土壤含水量的影響是不同的，秸稈覆蓋一方面減少田間的棵間蒸發(fā)，另一方面有利于雨水的蓄積入滲，使得秸稈覆蓋處理土壤水分狀況的改善效果最明顯，而全膜覆蓋、雙溝覆膜、壟膜覆蓋各處理雖然能減少土壤田間的棵間蒸發(fā)，但不利于雨水的入滲，因此QM、GM、LM處理土壤含水量低于JG處理而高于露地栽培處理。不同覆蓋方式下土壤含水量整體均呈“S”型變化，土壤水分的變化趨勢(shì)表現(xiàn)為播種時(shí)雨少、風(fēng)大、蒸發(fā)量大，土壤水分最低。由于2012年苗期降水在各生育期中最多，各覆蓋方式下的0～40 cm土壤平均含水量較高；2013年苗期降水較少，各覆蓋方式的0～40 cm土壤平均含水量變化不明顯，塊莖形成期各覆蓋方式均可提高0～40 cm土壤平均含水量，由于塊莖膨大期降水相對(duì)減少，且馬鈴薯處于生長(zhǎng)旺盛時(shí)期，蒸騰作用較強(qiáng)，導(dǎo)致這一時(shí)期0～40 cm土壤平均含水量相對(duì)其它時(shí)期最少，在淀粉積累期，隨著降水量增加，0～40 cm土壤平均含水量逐漸增高。上述分析表明：不同覆蓋栽培方式都有一定的蓄雨保墑的作用，由于對(duì)降雨、蒸發(fā)面大小、作物自身發(fā)育階段所需水量等因素影響，不同覆蓋方式下土壤含水量隨時(shí)間推移出現(xiàn)一定的變化。

圖1 不同覆蓋栽培下土壤含水量的變化Fig.1 Variations of soil water content under different mulching methods

2.4 不同覆蓋方式對(duì)產(chǎn)量與水分利用效率的影響

不同覆蓋方式的馬鈴薯產(chǎn)量與水分利用效率見(jiàn)表3。由表3知秸稈覆蓋、全膜覆蓋、壟膜覆蓋及雙溝覆膜分別比露地栽培平均增產(chǎn)19.75%、8.95%、7.00%及－0.25%。結(jié)合表1、表2及圖1綜合分析，秸稈覆蓋株高、SPAD值及土壤含水量均最優(yōu)，土壤溫度最低，低于對(duì)照0.18℃，有利于馬鈴薯塊莖的膨大及淀粉的積累，其產(chǎn)量和水分利用效率達(dá)到最大；全膜覆蓋使SPAD值及株高降低，土壤溫度高于對(duì)照1.65℃，不利于馬鈴薯產(chǎn)量的提高，但其可提高土壤含水量16.93%，壟膜覆蓋增加土壤含水量11.92%，土壤溫度較對(duì)照增加0.76℃，使SPAD值升高，植株降低，旱作區(qū)土壤水分的增加，抵消SPAD值、株高降低、土壤溫度升高的不利因素，使其增產(chǎn)并提高水分利用效率；雙溝覆膜處理是因?yàn)樵?013年比對(duì)照減產(chǎn)2.3%，究其原因，植株比對(duì)照降低10.44%、溫度升高0.96℃的不利因素導(dǎo)致其減產(chǎn)。

3 討論

地膜覆蓋后，苗期溫度增加最明顯，塊莖形成期至淀粉積累期增溫不明顯［13－15］。蔡太義等［12］在渭北旱塬試驗(yàn)結(jié)果表明，不同量秸稈覆蓋玉米處理0～25 cm土層均能起到降溫效果，表現(xiàn)為前期大、后期小的變化趨勢(shì)。秸稈覆蓋馬鈴薯后，可顯著調(diào)節(jié)土壤溫度，與對(duì)照相比苗期地溫降低2.8℃～3.9℃，而其它生育期土壤溫度提高0.4℃～1.8℃［16］，有利于馬鈴薯幼苗生長(zhǎng)。本試驗(yàn)條件下，秸稈覆蓋后總體地溫呈降低的趨勢(shì)，平均降溫0.18℃，其原因是馬鈴薯是喜冷涼作物，降溫使馬鈴薯植株生長(zhǎng)旺盛，地上冠層最大（JG 1600 cm2、LM 1576 cm2、GM 1414 cm2、QM 1245 cm2、CK 1446 cm2），地上群體較為合理；另一方面，秸稈覆蓋有穩(wěn)定地溫的作用，其地溫在全生育期的變率為6.73℃，較CK（7.5℃）、GM（9.41℃）、LM（8.49℃）、QM（9.71℃）均小，對(duì)馬鈴薯塊莖膨大創(chuàng)造了適宜的條件，對(duì)提高馬鈴薯產(chǎn)量奠定了基礎(chǔ)。

有研究表明，秸稈覆蓋馬鈴薯后，0～200 cm土壤含水率有所增加［18］。本研究中，不同覆蓋方式均能提高0～40 cm土壤含水量，秸稈覆蓋處理較其它處理能改善土壤水分狀況，減少無(wú)效消耗，尤其能提高馬鈴薯中、后期的土壤含水量。

據(jù)研究，地膜覆蓋在提高玉米［19］、小麥［20］等耗水量、產(chǎn)量和水分利用效率方面效果顯著，秸稈覆蓋也可提高馬鈴薯產(chǎn)量和水分利用效率［21］。

表3 不同覆蓋方式產(chǎn)量與水分利用效率Table 3 Yield and water use efficiency under different mulching methods

本研究中，JG、LM、QM、GM較CK，產(chǎn)量和水分利用效率增幅分別為－0.25%～19.75%和1.65%～16.4%。主要原因是秸稈覆蓋有抑蒸保墑、降低地溫、協(xié)調(diào)馬鈴薯耗水和土壤水分分配，在高效用水的同時(shí)最大限度保蓄土壤水分，促進(jìn)馬鈴薯根系對(duì)土壤水分的吸收，促進(jìn)馬鈴薯的地上部分和地下部分的生長(zhǎng)，延緩馬鈴薯植株的衰老，而提高水分利用效率。壟膜覆蓋和全膜覆蓋的土壤含水量均低于秸稈覆蓋，且在生育后期，壟膜覆蓋和全膜覆蓋下，土壤溫度均高于秸稈覆蓋和露地栽培。本研究顯示，地膜覆蓋在馬鈴薯生育后期，土壤溫度較高，不利于馬鈴薯塊莖淀粉積累［17］和產(chǎn)量增加。此外，本研究中，雙溝覆膜產(chǎn)量低于對(duì)照，這是由于馬鈴薯塊莖膨大期和淀粉積累期土壤水分含量均最低，不利于馬鈴薯塊莖膨大及淀粉積累，對(duì)產(chǎn)量造成負(fù)面影響。

4 結(jié)論

（1）不同覆蓋處理馬鈴薯生長(zhǎng)發(fā)育狀況，表現(xiàn)為株高JG＞CK＞GM＞LM＞QM，莖粗LM＞GM＞CK＞JG＞QM，SPAD值JG＞LM＞GM＞CK＞QM。

（2）不同覆蓋處理對(duì)土壤溫度的影響不同，全生育期，秸稈覆蓋、壟膜覆蓋、雙溝覆膜及全膜覆蓋分別比露地栽培平均提高－0.18℃、0.76℃、1.21℃及1.65℃，秸稈覆蓋處理有降低地溫作用，地膜覆蓋可有效提高地溫。

（3）不同覆蓋方式具有保墑蓄水的能力。土壤含水量JG、LM、GM及QM分別較CK提高17.18%、11.92%、5.65%和16.93%。

（4）不同覆蓋方式可提高馬鈴薯產(chǎn)量（除2013年雙溝覆膜減產(chǎn)外）和水分利用效率，2 a均值秸稈覆蓋、全膜覆蓋、壟膜覆蓋及雙溝覆膜分別比露地栽培平均增產(chǎn)19.75%、8.95%、7.00%及－0.25%，水分利用效提高16.4%、7.4%、9.15%及1.65%。

兩年的系統(tǒng)試驗(yàn)結(jié)果表明，在陜北旱作區(qū)采用秸稈覆蓋馬鈴薯是可行的。但試驗(yàn)中沒(méi)有考慮秸稈覆蓋土壤肥力和控制土壤侵蝕作用等的影響，今后應(yīng)對(duì)此進(jìn)行深入試驗(yàn)研究。

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Effects of different mulching methods on yield and water use efficiency of potato

JIXiao-ling1，ZHANG Jing1，QIAO Wen-yuan2，LIU Jian-hua2，LEI Jing-yin2，ZHANG Xiong1
（1.College of Life Science，Yulin University，Yulin，Shaanxi 719000，China；2.Hengshan County Agro－Tech Extension and Service Center，Hengshan，Shaanxi 719100，China）

In order to select the optimal mulching method in the dryland farming of northern Shaanxi Loess Hilly Region，we studied the effects of straw mulching and plastic film mulching on yield and water use efficiency（WUE）of Potato.Through 2 years of fixed field experiment（from 2012 to 2013），we adopted five mulching methods which included ridge mulching（LM），double channels mulching（GM），double ridge mulching（QM），straw mulching（JG）and bare land（CK），and analysed the changes of the growth，yield，soil temperature and moisture of potato.The results showed that：（1）Under the treatment of JG，growth and development status，plant height and the SPAD value of potato were superior to others which showed JG＞CK＞GM＞LM＞QM for plant height，LM＞GM＞CK＞JG＞QM for stem thickness and JG＞LM＞GM＞CK＞QM for SPAD value；（2）In the whole growth period，soil temperature showed JG＜CK＜LM＜GM＜QM，the soil temperature in the treatment of JG，LM，GM and QM were－0.18℃，0.76℃，1.21℃and 1.65℃higher than that in the CK，respectively；（3）In the whole growth stage，different mulching methods could increase soil moisture showed JG＞QM＞GM＞LM＞CK，the soil moisture in the treatment of JG，LM，GM and QM were 17.18%，11.92%，5.65%and 16.93%higher than that in the CK，respectively；（4）The yield in the treatment of JG，QM，LM and GM were 19.75%，8.95%，7.00%and－0.25%higher than that in the CK，respectively，and the WUE were 16.4%，7.4%，9.15%and 1.65%higher than that in the CK，respectively.Straw mulching was selected as the best dryland farming cultivation method in the dryland farming of northern Shaanxi loess hilly region.

mulching method；potato；soil temperature；soil moisture；water use efficiency；yield

S532；S318

A

1000-7601（2016）06-0058-05

10.7606／j.issn.1000-7601.2016.06.09

2016-01-04

陜西省科技計(jì)劃項(xiàng)目“特色雜糧雜豆高效安全生產(chǎn)技術(shù)研究與開發(fā)”（2012K01－09）；榆林市科技計(jì)劃項(xiàng)目（2013zx19）；陜西省教育廳專項(xiàng)科研計(jì)劃項(xiàng)目“綠豆集雨補(bǔ)灌水分高效利用生理機(jī)制研究”（15JK1848）

紀(jì)曉玲（1969—），女，陜西定邊人，副教授，碩士，主要從事農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)研究。E-mail：yljixiaoling＠126.com。

張雄（1970—），男，陜西榆林人，教授，博士，主要從事農(nóng)業(yè)節(jié)水研究工作。E-mail：yulingzhang2007＠126.com。