黑色地膜雙壟覆蓋對馬鈴薯干物質(zhì)和水分利用效率的影響

周東亮 葉丙鑫 王姣敏 張 晶

（定西市農(nóng)業(yè)科學研究院，甘肅定西 743000）

馬鈴薯是我國繼小麥、玉米和水稻之后的第四主糧，具有適應性廣、營養(yǎng)價值高和產(chǎn)業(yè)鏈長等特點（高中強 等，2007），在黃土高原半干旱區(qū)糧食生產(chǎn)和農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展中具有舉足輕重的作用（趙永平和韓建民，2005）。長期以來，黃土高原地區(qū)降雨稀少，氣候干燥，蒸發(fā)強烈（肖國舉和王靜，2003），水分不足是制約該區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要瓶頸。隨著地膜覆蓋栽培技術的引進，其集雨、保墑和增溫效應能夠顯著降低棵間蒸發(fā)而改善土壤水熱狀況，從根本上克服了旱地雨熱不同季的難題（王彩絨 等，2004；楊封科，2004；張雷，2007），滿足了馬鈴薯生長期間對水分的需求，提高了降雨利用效率和塊莖產(chǎn)量。研究表明，地膜覆蓋可以保證土壤耕層較高的含水量和溫度，促進馬鈴薯早生快發(fā)，進而在一定程度上解決了播種時土壤水分匱乏和低溫等生產(chǎn)問題（夏芳琴 等，2014）。然而，對于馬鈴薯等喜涼不耐高溫的作物而言，透明地膜覆蓋造成的土壤溫度過高會對其生長發(fā)育形成脅迫作用（Zhang et al.，2007；Wang et al.，2009）。

黑色地膜透光率低、輻射熱透過少、土壤增溫幅度較透明膜小，能避免高溫對馬鈴薯生長的不良影響，抑制雜草生長并防止馬鈴薯塊莖表皮變綠（王紅麗 等，2016）。相比普通地膜而言，黑白配色地膜具有較好的控溫保墑效果，有利于馬鈴薯增產(chǎn)和改善品質(zhì)（張淑敏 等，2017）。可見，改變覆蓋材料可以適當降低土壤溫度和保持土壤水分，為馬鈴薯的生長創(chuàng)造更加適宜的土壤微環(huán)境，從而提高馬鈴薯生產(chǎn)對自然資源的利用效率（湯瑛芳 等，2013）。地膜覆蓋是馬鈴薯增產(chǎn)的重要技術手段（王連喜 等，2011），但是關于黑色地膜和壟作種植方式對馬鈴薯增產(chǎn)機制的研究鮮見報道。本試驗以甘肅定西馬鈴薯主栽品種新大坪為供試作物，以露地壟作為對照，比較了黑膜覆蓋雙壟溝播與黑膜覆蓋雙壟壟播對馬鈴薯干物質(zhì)生產(chǎn)、土壤水分、產(chǎn)量和水分利用效率的影響，旨在為黃土高原半干旱區(qū)馬鈴薯高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)栽培提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2014年4～10月在甘肅省定西市農(nóng)業(yè)科學院西寨試驗站進行。該區(qū)地處黃土高原丘陵溝壑區(qū)，海拔2 050 m，年均氣溫6 ℃，年日照時數(shù)2 500 h，無霜期213 d，年降雨量390 mm。作物一年一熟，無灌溉，為典型旱地雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)。試驗區(qū)土壤為黃綿土，供試耕層（0～20 cm）土壤理化性狀為：有機質(zhì)含量8.45 g·kg-1，全氮1.23 g·kg-1，全磷0.52 g·kg-1，堿解氮49.02 mg·kg-1，速效磷25.14 mg·kg-1，速效鉀 106.37 mg·kg-1，pH 值 8.24。試驗期間降水變化如圖1所示，2014年馬鈴薯全生育期內(nèi)降水量為326.0 mm。

1.2 試驗設計

試驗采用隨機區(qū)組設計，設3個處理，分別為黑膜覆蓋雙壟溝播（FF）：大壟寬60 cm、高15 cm，小壟寬40 cm、高15 cm，黑色地膜全地面覆蓋，大小壟種植，播種在溝內(nèi)；黑膜覆蓋雙壟壟播（FR）：起壟方式同F(xiàn)F，大小壟種植，播種在壟上，并在溝中膜上打孔利于水分入滲；露地壟作（CK）：壟寬60 cm、高15 cm，溝寬40 cm，壟上不覆膜，播種在壟上。每個處理3次重復。以當?shù)伛R鈴薯主栽品種新大坪為試驗材料，小區(qū)面積為42 m2（6 m×7 m），各處理株距均為30 cm，種植密度為48 000株·hm-2。施肥量為尿素350 kg·hm-2、過磷酸鈣700 kg·hm-2、有機肥15 000 kg·hm-2，所有肥料全部作為基肥一次性施入。2014年4月24日播種，9月29日收獲。試驗期間不灌溉，定期進行人工除草。

1.3 項目測定

1.3.1 干物質(zhì) 在馬鈴薯苗期（5月3日）、塊莖形成期（6月5日）、塊莖膨大期（7月10日）、淀粉積累期（8月17日）和成熟期（9月28日）分別取具有代表性的植株5株，分別測定葉、莖、根和塊莖的鮮質(zhì)量；80 ℃下烘至恒重，分器官測定干物質(zhì)量。

1.3.2 土壤含水量 在馬鈴薯播前、塊莖形成期、塊莖膨大期、淀粉積累期、成熟期和收獲后測定0～200 cm土層土壤含水量，采用土鉆取樣，取樣點在兩行馬鈴薯中間，采用烘干法測定，每20 cm土層測定1次。

式中：W為土壤貯水量（mm），Wi為第i層土壤質(zhì)量含水量（%），r為土壤容重（g·cm-3），Hi為第i層厚度（cm）。

1.3.3 產(chǎn)量 馬鈴薯成熟后按小區(qū)單收計產(chǎn)，稱取鮮薯質(zhì)量。每個小區(qū)取10株考種，分析單株結(jié)薯數(shù)、單薯質(zhì)量和商品率。

1.3.4 水分利用效率

式中：Yd為鮮薯產(chǎn)量（kg·hm-2），ET為生育期耗水量（mm），Wi1為播前土壤貯水量（mm），Wi2為收獲后土壤貯水量（mm），P為馬鈴薯生育期間降水量（mm）。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2010軟件和SPSS 19.0軟件處理和分析數(shù)據(jù)，利用LSD法進行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 黑色地膜覆蓋對馬鈴薯干物質(zhì)積累的影響

2.1.1 黑色地膜覆蓋對馬鈴薯全株干物質(zhì)積累量的影響 由圖2可知，在馬鈴薯整個生育期內(nèi)，全株干物質(zhì)積累量呈現(xiàn)持續(xù)增加的趨勢，且在塊莖形成期至塊莖膨大期呈直線增長，至淀粉積累期積累速率減緩，在成熟期全株干物質(zhì)積累量達到最大值。黑色地膜覆蓋對馬鈴薯主要生育時期全株干物質(zhì)積累量的影響存在明顯差異，在馬鈴薯塊莖形成期，F(xiàn)F和FR處理的全株干物質(zhì)積累量分別比CK顯著增加了48.34%和31.21%。在塊莖膨大期，F(xiàn)R處理的全株干物質(zhì)積累量最大，其次為FF處理，分別比CK顯著增加了35.65%和17.22%。在馬鈴薯淀粉積累期和成熟期，F(xiàn)F、FR處理的全株干物質(zhì)積累量較CK顯著增加了31.88%～31.98%和23.16%～27.99%。

圖2 黑色地膜覆蓋對馬鈴薯全株干物質(zhì)積累量的影響

2.1.2 黑色地膜覆蓋對馬鈴薯塊莖干物質(zhì)積累量的影響 由圖3可知，黑色地膜覆蓋下馬鈴薯塊莖干物質(zhì)積累量隨著生育進程的推進呈現(xiàn)“S”形變化趨勢。在馬鈴薯塊莖膨大期，F(xiàn)F處理的塊莖干物質(zhì)積累量最大，其次為FR處理，分別比CK顯著增加了51.80%和22.60%。與CK相比，馬鈴薯淀粉積累期FF和FR處理的塊莖干物質(zhì)積累量顯著增加，增加幅度分別為15.70%和26.42%。在成熟期，F(xiàn)F、FR處理的塊莖干物質(zhì)積累量分別為6.29×103、5.95×103kg·hm-2，分別比 CK 顯著增加了28.49%和21.52%。

圖3 黑色地膜覆蓋對馬鈴薯塊莖干物質(zhì)積累量的影響

2.2 黑色地膜覆蓋對馬鈴薯干物質(zhì)分配的影響

由表1可知，馬鈴薯干物質(zhì)在各器官中的分配比例隨生長中心的轉(zhuǎn)移而變化。在塊莖膨大期之前，馬鈴薯干物質(zhì)的分配比例以葉片中的最大，苗期和塊莖形成期各處理葉片干物質(zhì)分配比例分別為69.71%～75.66%和48.05%～54.78%，且CK的葉片干物質(zhì)分配比例顯著高于FF和FR處理。而從塊莖膨大期開始，不同器官的干物質(zhì)分配比例從大到小依次表現(xiàn)為塊莖＞葉＞莖＞根。塊莖膨大期FR處理的塊莖干物質(zhì)分配比例最大，其次為FF處理，均顯著高于CK。淀粉積累期和成熟期塊莖干物質(zhì)分配比例以FF處理最高，F(xiàn)R處理次之，均顯著高于CK。

表01 黑色地膜覆蓋對馬鈴薯主要生育時期各器官中干物質(zhì)分配比例的影響 %

2.3 黑色地膜覆蓋對馬鈴薯主要生育時期土壤水分的影響

由圖4可知，黑色地膜覆蓋對馬鈴薯塊莖形成期、塊莖膨大期、淀粉積累期和成熟期的土壤貯水量有一定的影響。馬鈴薯塊莖形成期FF、FR處理的0～100 cm土層土壤貯水量分別比CK提高32.86%和30.63%。與塊莖形成期相比，馬鈴薯塊莖膨大期FF、FR處理的0～100 cm土層的土壤貯水量分別減少了5.1 mm和12.3 mm。塊莖膨大期FF、FR處理0～200 cm土層的土壤貯水量分別比CK增加了19.55%和13.49%。進入馬鈴薯淀粉積累期，F(xiàn)F、FR和CK處理0～200 cm土層的土壤貯水量較塊莖膨大期分別減少了54.7、46.3、37.0 mm。在成熟期，由于田間降雨的增加，F(xiàn)F、FR和CK處理0～100 cm土層的土壤貯水量較淀粉積累期分別增加了40.1、49.9、36.0mm。

圖4 黑色地膜覆蓋對馬鈴薯主要生育時期土壤貯水量的影響

2.4 黑色地膜覆蓋對馬鈴薯產(chǎn)量的影響

由表2可知，F(xiàn)F處理的馬鈴薯塊莖產(chǎn)量最高，其次為FR處理，分別比CK增產(chǎn)59.74%和46.11%。FF、FR處理的馬鈴薯單株結(jié)薯數(shù)顯著高于CK，單株質(zhì)量分別比CK顯著增加了34.71%和23.94%，平均單薯質(zhì)量也顯著高于CK。黑色地膜覆蓋下馬鈴薯的商品率表現(xiàn)為FF＞FR＞CK，與CK相比，F(xiàn)F、FR處理的商品率分別增加19.54個百分點和14.02個百分點。

表2 黑色地膜覆蓋對馬鈴薯產(chǎn)量的影響

2.5 黑色地膜覆蓋對馬鈴薯水分利用效率的影響

由表3可知，黑色地膜覆蓋下FF、FR處理的耗水量分別為422.49、435.18 mm，分別比CK增加了6.80%和10.01%。水分利用效率表現(xiàn)為FF處理最高，F(xiàn)R處理次之，分別較CK顯著提高了49.57%和32.82%。

表3 黑色地膜覆蓋對馬鈴薯耗水量和水分利用效率的影響

3 結(jié)論與討論

黃 土高原半干旱區(qū)熱量豐富、光照充足，是馬鈴薯適宜種植區(qū)和次適宜種植區(qū)（張英鶯 等，2013），但降雨偏少、自然降雨的季節(jié)性不足與作物的關鍵需水期不一致（Wang et al.，2009），成為了馬鈴薯高產(chǎn)高效種植的一大瓶頸。隨著溝壟集雨覆膜栽培技術的推廣和應用，不僅有利于集蓄雨水，增強水分下滲，還可以減少作物生長前期土壤無效蒸發(fā)，增加生育后期植株蒸騰，從而顯著提高旱作農(nóng)業(yè)的水分利用效率（任小龍 等，2008；李儒 等，2011）。

馬鈴薯干物質(zhì)的積累是產(chǎn)量形成的物質(zhì)基礎，不同器官干物質(zhì)的分配比例是決定增產(chǎn)率高低的重要因素（高聚林 等，2004）。譚雪蓮等（2011）研究認為，覆膜栽培明顯提高了馬鈴薯的生物量，馬鈴薯全株、塊莖和地上部干物質(zhì)與露地處理間均有顯著差異。在本試驗中，馬鈴薯全生育期全株干物質(zhì)積累量在塊莖形成期至塊莖膨大期直線增長，至淀粉積累期積累速率減緩，在成熟期全株干物質(zhì)積累量達到最大值。黑色地膜覆蓋下馬鈴薯全株干物質(zhì)積累量在淀粉積累期和成熟期均以FF處理的最大，分別比CK顯著增加了31.98%和31.88%。隨著馬鈴薯生育進程的推進，塊莖干物質(zhì)積累呈現(xiàn)“S”形變化趨勢，F(xiàn)F、FR處理在成熟期的塊莖干物質(zhì)積累量均顯著高于CK。馬鈴薯干物質(zhì)在根、莖、葉和塊莖各器官中的分配比例隨著馬鈴薯生長中心的轉(zhuǎn)移而變化，在塊莖膨大期之前，馬鈴薯干物質(zhì)的分配比例以葉片中的最大；而從塊莖膨大期開始，不同器官的干物質(zhì)分配比例從大到小依次表現(xiàn)為塊莖＞葉＞莖＞根。可見，馬鈴薯塊莖膨大期之前干物質(zhì)主要分配在葉片中，目的是擴大源以生產(chǎn)更多的光合產(chǎn)物，為生育后期庫的建成奠定基礎，這與盧建武等（2013）、楊進榮等（2004）的研究結(jié)果一致。

研究表明，透明地膜覆蓋雙壟栽培可以增加0～100 cm土層土壤含水量，而且塊莖產(chǎn)量比不覆膜處理增產(chǎn)29.31%～207.94%，水分利用效率增加36.15%～237.50%（Wang et al.，2005；Zhao et al.，2012，2014）。在黃土高原半干旱區(qū)，不同覆膜種植方式因集雨效率、入滲率和蒸散量等差異，影響著馬鈴薯田土壤水分的變化趨勢（任穩(wěn)江 等，2015）。在平水年和欠水年，黑色地膜覆蓋有利于提高馬鈴薯盛花期和塊莖膨大期的土壤耗水量，更好地保障了馬鈴薯高產(chǎn)的水分條件（王紅麗 等，2016）。本試驗中，馬鈴薯塊莖形成期FF、FR處理0～100 cm土層的土壤貯水量分別明顯高于CK處理32.86%和30.63%。隨著馬鈴薯生育進程的遞進，降雨逐漸增多的同時馬鈴薯對土壤水分的吸收利用也在遞增。與CK相比，馬鈴薯塊莖膨大期FF、FR處理0～200 cm土層土壤貯水量分別增加了19.55%和13.49%。可見，溝壟全覆蓋種植可以更好地滿足馬鈴薯生長發(fā)育的需求，明顯提高降雨利用效率（肖繼兵 等，2014）。全膜雙壟溝播和全膜雙壟壟播是適宜于黃土高原半干旱區(qū)馬鈴薯種植的高產(chǎn)高效的抗旱生產(chǎn)模式（秦舒浩 等，2011）。王穎慧等（2013）研究表明，與雙壟全膜覆蓋溝播相比，起壟覆膜膜側(cè)播種更有利于馬鈴薯產(chǎn)量的增加，而且水分利用效率增加了21.42%。還有研究發(fā)現(xiàn)，透明地膜覆蓋在提高作物產(chǎn)量的同時，容易造成土壤干燥化、破壞不同年際間土壤水分的平衡等（王學春 等，2009；王紅麗 等，2016）。在本試驗條件下，與CK相比，F(xiàn)F、FR處理的馬鈴薯塊莖產(chǎn)量分別增加了59.74%和46.11%，耗水量增加幅度為6.80%和10.01%，水分利用效率提高了49.57%和32.82%，差異均達到顯著水平。研究表明，壟膜溝播可以促使壟面膜上自然降雨流向溝內(nèi)，有效增加自然降雨的集蓄量，特別是提高了小于10 mm農(nóng)田降水資源化程度，改善了作物根際土壤水分狀況（曹玉琴和劉彥明，1994；宋秉海，2006）。在降雨量較多的月份，雙壟全膜覆蓋處理的集雨效果明顯好于起壟覆膜膜側(cè)播種處理，馬鈴薯全生育期的耗水量增加了24.85 mm（王穎慧 等，2013）。綜上所述，相比露地壟作處理而言，在2種黑色地膜覆蓋馬鈴薯種植模式中，全膜覆蓋雙壟溝播（FF）處理可以提高馬鈴薯水分利用效率，增產(chǎn)效果顯著，是黃土高原旱作區(qū)馬鈴薯生產(chǎn)的高效栽培模式。

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