不同功能地膜覆蓋對旱地馬鈴薯土壤水熱效應和產量的影響

胡新元，謝奎忠，陸立銀，羅愛花

（1.甘肅省農業(yè)科學院，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅省農業(yè)科學院馬鈴薯研究所，甘肅 蘭州 730070）

地膜覆蓋能夠起到明顯的增溫保墑效果，是有效提高植物水分利用率、減輕水資源緊張的重要手段，地膜覆蓋改善作物生長環(huán)境，提高土壤溫度和含水量等，進而影響植物生長[1-4]。覆蓋地膜已成為中國北方地區(qū)農業(yè)生產的主要技術模式[5]，地膜已經成為化肥、農藥之后的第三大農業(yè)生產資料[6]。隨著科學技術的發(fā)展和進步，生產地膜的顏色和種類越來越多，地膜的功能越來越廣，不同顏色的地膜對太陽光擁有不同的吸收、透射和反射作用，所產生的光和熱效應不同，從而引起作物對光的吸收不同[7-10]。土壤溫度對作物根系發(fā)育和生理代謝有直接影響，而根系的發(fā)育對作物地上部的生長起著調控作用。地膜覆蓋提高地表溫度，改變根際環(huán)境，增強作物抗逆性。北方寒冷地區(qū)由于作物生長前期地溫較低會明顯推后出苗日期，并且影響作物生長發(fā)育，地膜的保溫效應對于北方寒冷地區(qū)具有重要的意義[11]。有色功能地膜具有調節(jié)溫光環(huán)境、調控作物生長的作用[12]。

中國是世界上最大的馬鈴薯生產國，在馬鈴薯生產過程中，農民因應用各種地膜而感到迷茫，使用不當造成馬鈴薯減產[13,14]，因此為了明確各種不同功能地膜特性和應用效果，研究高光效膜、液體降解地膜、雙色膜以及普通塑料黑色地膜覆蓋對土壤水熱效應的影響，在甘肅干旱半干旱地區(qū)設置了不同功能地膜覆蓋對旱地馬鈴薯生長影響試驗，旨在明確不同功能性地膜在馬鈴薯生產中的應用效果，為馬鈴薯栽培提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗設在甘肅省定西市安定區(qū)寧遠鎮(zhèn)紅土村中川社，位于N 35°26.346'，E 104°50.991'，海拔2 023 m，試驗地為平坦川地，該區(qū)屬中溫帶偏旱區(qū)，平均海拔2 000 m，日照時數2 476.6 h，年均氣溫6.4 ℃，≥10 ℃積溫2 239.1 ℃；無霜期140 d。多年平均降水390.9 mm，年蒸發(fā)量1 531 mm，干燥度2.53，為典型的黃土高原半干旱雨養(yǎng)農業(yè)區(qū)，一年一熟。土壤為典型的黃綿土，土質綿軟、深厚，質地均勻，貯水性能良好[15]。0～20 cm耕層土壤有機質12.90 g/kg，全氮0.85 g/kg，全磷0.91 g/kg，全鉀21.61 g/kg，速效氮63.00 mg/kg，速效磷30.01 mg/kg，速效鉀376.00 mg/kg，土壤pH 8.27。試驗地前茬為玉米。

1.2 試驗品種

‘隴薯3號’一級種。

1.3 試驗設計

試驗設5 個處理。處理1：露地栽培（CK）；處理2：覆蓋黑色膜；處理3：覆蓋黑白雙色膜（覆蓋黑白雙色膜時使白色條帶在壟頂，黑色條帶在壟溝）；處理4：覆蓋藍色高光效膜；處理5：黑色液體降解地膜。3次重復，15個小區(qū)，隨機區(qū)組排列。小區(qū)長6.0 m，寬3.3 m，面積19.8 m2。

2013年3月下旬，一次性施入基肥N 150 kg/hm2、P2O5120 kg/hm2，農家肥37 500 kg/hm2后，用旋耕機翻耕，然后各處理按照設計全膜覆蓋不同顏色和功能地膜，栽培方式為全膜雙壟溝覆蓋，大壟寬70.0 cm，小壟寬40.0 cm，大小壟寬共計1.1 m。4月26日用點播器在大壟壟側點播馬鈴薯，馬鈴薯株距38.0 cm，播種密度47 847株/hm2。

1.4 測定指標

1.4.1 土壤溫度測定

用直角地溫表測定，于出苗后10 d 在每個處理壟上插地溫表一套，自壟面最高點開始，分4個層次（5，10，15 和20 cm），分生育期在每天下午14：00進行觀測。

1.4.2 土壤貯水量

根據土壤容重和土壤含水量計算，每個生育期從壟頂開始分0～20，20～40，40～60，60～80 和80～100 cm 5 層，用土鉆取各小區(qū)0～100 cm 土樣，用烘干稱重法測定土壤含水量。

1.4.3 作物水分利用效率

作物水分利用效率（Water use efficiency，WUE）計算公式：

WUE ＝Y/ET

式中：Y 為不同處理的商品薯產量；ET 為處理的總耗水量。ET ＝（播前土壤貯水量- 收獲后土壤貯水量）+生育期內降雨量。

1.4.4 產量測定

按小區(qū)實收薯塊的重量，折算成公頃產量，并與鄰近對照的產量比較，計算增產百分率。

1.5 數據分析

試驗數據采用DPS 7.05 進行統(tǒng)計分析，應用新復極差法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 不同地膜覆蓋對土壤溫度的影響

從圖1、2 可以看出，5 cm 處土層苗期土壤溫度最低，除圖2 黑白膜處理外，開花期土壤溫度最高，終花期和薯塊膨大期土壤溫度又降低。從圖3、4 可以看出，除圖3 黑白膜處理外，各處理塊莖膨大期土層15 和20 cm 處的土壤溫度最低，其次為苗期，現蕾期、開花期和終花期的土壤溫度相差不大，基本持平。

從圖1～4 可以看出，與露地栽培（CK）相比，地膜覆蓋可以提高馬鈴薯0～20 cm 土層的土壤溫度1.0～6.0 ℃，覆蓋黑白雙色地膜和藍色地膜的地溫最高，其次為黑色地膜覆蓋，液體可降解地膜的溫度提高幅度最小，僅較露地栽培高1.0～2.0 ℃。

覆蓋藍色高光效地膜在苗期到現蕾期可以大幅提高地溫，高地溫促進馬鈴薯提早出苗，達到壯苗的作用；黑白雙色膜覆蓋在開花期到薯塊膨大期地溫提高幅度大。

圖1 各處理深5 cm處土層溫度變化Figure 1 Change in temperature under different treatments at 5 cm depth of soil

圖2 各處理深10 cm處土層溫度變化Figure 2 Change in temperature under different treatments at 10 cm depth of soil

圖3 各處理深15 cm處土層溫度變化Figure 3 Change in temperature under different treatments at 15 cm depth of soil

圖4 各處理深20 cm處土層溫度變化Figure 4 Change in temperature under different treatments at 20 cm depth of soil

圖5 各處理0～100 cm土壤含水量變化Figure 5 Change in soil water content under different treatments in 0-100 cm depth of soil

2.2 不同處理土壤水分變化動態(tài)

從圖5 可以看出，各處理0～100 cm 土壤含水量從苗期到成熟收獲期呈現“S”型曲線變化，從苗期到開花期隨著降雨量的增加，土壤含水量呈現增加，開花期達到最高，隨后土壤含水量逐漸降低，這主要是馬鈴薯由營養(yǎng)生長期轉換為生殖生長期，馬鈴薯需水量增大，土壤含水量相應降低，到塊莖膨大期土壤含水量最低，從塊莖膨大期到成熟收獲期土壤含水量又升高。

各處理與對照露地相比，覆蓋地膜各處理土壤含水量均較對照露地高。相對來說，覆蓋雙色膜、藍色膜和黑色膜的土壤含水量最高，其次為液體降解地膜，露地土壤含水量最低。

2.3 不同處理對馬鈴薯耗水量的影響

從表1 可以看出，各處理的耗水量在380～410 mm，方差分析表明各處理間差異不顯著。

2.4 不同處理對馬鈴薯水分利用效率的影響

從表1 可以看出，各處理與露地栽培（CK）相比，黑白雙色地膜覆蓋水分利用效率最高，為100.35 kg/hm2·mm，較露地栽培提高32.00%；其次為黑色地膜覆蓋，較露地栽培提高29.99%；藍色地膜覆蓋處理較露地栽培顯著提高25.22%；液體降解地膜較露地高7.42%，但差異不顯著。

表1 不同處理對馬鈴薯耗水量、水分利用效率和經濟產量的影響Table 1 Evapotranspiration, water use efficiency and yield of potato under different treatments

2.5 不同處理對馬鈴薯產量的影響

從表1可以看出，各處理與露地栽培（CK）相比，藍色地膜覆蓋馬鈴薯產量最高，為38 927 kg/hm2，較露地栽培提高29.28%；其次為黑色地膜覆蓋，較露地栽培產量提高28.73%；黑白雙色地膜覆蓋馬鈴薯產量較露地栽培提高25.72%；液體降解地膜覆蓋馬鈴薯產量較露地栽培提高5.29%，但差異不顯著。

3 討 論

地膜覆蓋能夠起到明顯的增溫作用，覆蓋不同功能地膜提高地溫的效果不同[3,4]。本研究表明，種植馬鈴薯覆蓋黑白雙色膜和藍色地膜的地溫最高，其次為黑色地膜，液體可降解地膜的溫度提高幅度最小。覆蓋藍色高光效地膜在苗期到現蕾期可以大幅提高地溫，高地溫促進馬鈴薯提早出苗，達到壯苗的作用；黑白雙色膜覆蓋在開花期到薯塊膨大期地溫提高幅度大。土壤溫度對植物根系生長、代謝有直接的影響，而根系的生長和代謝又對植物地上部的生長起著控制作用。

地膜覆蓋能夠起到明顯的保墑效果，可提高土壤含水量[6,7]。本研究表明，不同地膜覆蓋對種植馬鈴薯土壤水分有不同影響，覆蓋黑白雙色膜、藍色膜和黑色膜的土壤含水量最高，其次為液體降解地膜，露地土壤含水量最低。

地膜覆蓋能夠提高農田作物水分利用效率，藍色高光效膜、黑色地膜和黑白雙色地膜覆蓋水分利用效率最高，產量最高，增產幅度大，具有廣闊的應用前景。