不同覆蓋種植模式對馬鈴薯土壤溫度、水分及產量的影響

王友生，王多堯

(1.甘肅省定西市農業技術推廣站， 甘肅 定西 743000； 2.甘肅省交通科學研究院有限公司， 甘肅 蘭州 730050)

我國提出力推馬鈴薯主糧化戰略，馬鈴薯也將成為稻米、小麥、玉米之外的第四大主糧作物，預計到2020年，50%以上的馬鈴薯將作為主糧消費，馬鈴薯產業將成為推動區域發展的脫貧致富產業。甘肅中部作為我國馬鈴薯的主產區，種植面積已達67萬hm2以上，總產量超過1 100萬t，占全國總產量的14%，居全國之首[1]。素有“中國馬鈴薯之鄉”的甘肅省定西市既是馬鈴薯優質主產區，又是全國馬鈴薯三大生產基地之一，通過當地政府和群眾的十多年努力，定西市馬鈴薯播種面積已多年穩定在20萬hm2以上，總產達500萬t左右；但定西市年降水量僅300～500 mm，且多集中于7—9月，而年蒸發量高達1 500～1 800 mm[2]，導致自然降水的利用效率較低，嚴重限制了馬鈴薯產量的進一步提高。如何高效利用降雨資源，成為定西市馬鈴薯生產的重要課題。近年來在政府引導下，定西市馬鈴薯種植的科技投入力度也逐年加大，通過積極推廣馬鈴薯地膜覆蓋集雨技術，為農民增產增收又開辟了新的致富路。地膜覆蓋能充分接納雨水，強化雨水的田間保蓄，減少土壤水分蒸發[3-4]；發揮土壤水庫的調配作用，將無效降雨化為有效降雨[5]；而馬鈴薯地膜覆蓋栽培更具有增溫、集雨、保墑的效果，顯著地改善了土壤的水熱狀況和田間小氣候，促進了產量的提高[6-8]。但在當地馬鈴薯大田栽培應用中，覆蓋材料、覆膜方式和壟型等方面的突出問題亟待解決。本研究根據當前的生產實際，對目前旱作區馬鈴薯不同種植模式進行對比試驗，從各處理生育期的土壤含水量和溫度、產量及經濟效益等方面進行研究分析，以期篩選出最適合甘肅中部旱作區馬鈴薯高產栽培模式，為該技術在馬鈴薯栽培中的應用推廣提供一定的理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗設在甘肅省定西市安定區內官鎮董家灣村旱作梯田地(N35°27′～35°40′；E103°23′～106°40′)，平均海拔2 328.2 m。該區域屬典型的半干旱雨養農業區，年平均降水量400～500 mm，且年分布不均，年平均氣溫5.2℃，無霜期135 d，農作物屬于一年一熟。試驗地土壤類型為黃綿土，前茬作物玉米，土壤質地疏松、肥力中等。0～20 cm耕層有機質10.44 g·kg-1，全氮0.76 g·kg-1，全磷0.53 g·kg-1，全鉀7.8 g·kg-1，速效氮68 mg·kg-1，速效磷22.1 mg·kg-1，速效鉀189 mg·kg-1，pH7.8。

1.2 供試材料

馬鈴薯指示品種為甘肅農業科學院糧食作物研究所選育的隴薯6號，隴薯6號原種由定西市愛蘭薯業有限公司提供；供試地膜為天水天寶塑業有限責任公司生產的“天寶牌”厚0.013 mm，寬度120 cm和寬度80 cm的黑色地膜；尿素(含N46%，甘肅劉化集團有限責任公司生產)，磷酸氫二銨(含P2O546%，含N18%，云南三環中化美盛化肥有限公司生產)，硫酸鉀鎂肥(含K2O 24%，安徽輝隆農資集團股份有限公司生產)。

1.3 試驗設計

試驗采取隨機區組設計排列，共設6個處理，3個重復。6個處理分別為：處理1：全地面覆蓋雙壟壟作側播(按株距35 cm，行距50 cm“品”字形壟側穴播)；處理2：全地面覆蓋壟上微溝穴播(大壟寬75 cm、壟溝寬45 cm，在大壟面中間再開一條10 cm深的集雨溝，使壟面成為‘M’型，同時微溝內每隔50 cm打一滲水孔)；處理3：秸稈帶狀覆蓋種植(分秸稈覆蓋帶和種植帶，兩帶等寬、相間排列，兩帶寬度各55 cm左右，每種植帶平作穴播2行)；處理4：半膜壟作(壟寬60 cm，壟高15 cm，選用80 cm寬黑色地膜覆蓋壟面，按株距35 cm，行距50 cm“品”字形壟側穴播)；處理5：露地平地穴播(對照CK)(按株距35 cm，行距50 cm左右“品”字形穴播)。小區面積44 m2(5.5 m×8 m)，寬行距70 cm，窄行距40 cm，株距35 cm，種植密度51 974 株·hm-2，小區間距40 cm，設置保護行。試驗于2015年4月25日播種，9月25日收獲。試驗期間調查記載各處理馬鈴薯生育期的土壤溫度和水分狀況，成熟期每小區取樣20株考種，并按小區單收實測產量。

1.4 測定項目與方法

1.4.1 土壤溫度 采用曲管地溫計分別在幼苗期、塊莖形成期、塊莖增長期、淀粉積累期、成熟收獲期測定馬鈴薯生長期的土壤溫度。在8∶00，14∶00，19∶00時測定各處理馬鈴薯種植行中間的10、20、30 cm土層地溫，取平均值作為當天的土壤溫度，每處理3個重復。

1.4.2 土壤水分 采用土鉆烘干法在幼苗期、塊莖形成期、塊莖增長期、淀粉積累期、成熟收獲期測定馬鈴薯生長期的土壤水分。具體是在兩株馬鈴薯中間按三點方法用土鉆取地表下100 cm內的土壤，每20 cm為一層，共5層；取樣后在室內采用烘干法，土樣在105℃～110℃烘箱中烘7～8 h至恒重后稱重，每處理3個重復。

土壤含水量(%)=(濕土重-烘干土重)/烘干土重×100

1.4.3 產量及產量性狀 產量按小區單收計產。每小區按照5點取樣法取20株考種計算鮮薯產量。單位面積鮮薯產量(kg·hm-2)=小區鮮薯差量(kg)/小區面積(m2)×10 000，每處理測定3次重復；單位面積純收益(元·hm-2)=單位面積產量收入(元·hm-2)-單位面積總投入(元·hm-2)。

1.5 統計分析

試驗用Microsoft Excel進行數據處理，用SPSS16.0軟件進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 不同種植模式對馬鈴薯不同生育期耕層土壤溫度的影響

土壤溫度是土壤熱狀況的綜合表現，直接影響著土壤中生物活動過程，如種子發芽、幼苗出土及生長、根系發育以及微生物的活動等[9]。不同處理馬鈴薯在不同生育期土壤溫度隨深度變化見表1。馬鈴薯整個生育期各處理測定的0～30 cm土壤平均溫度值高低順序為處理2>處理1>處理4>處理5>處理3，處理2和處理1增溫效果最為明顯，與CK相比較平均土壤溫度增加2.5℃和2.2℃，其次是處理4與CK相比增溫0.9℃，而處理3使土壤溫度降低，較CK降低1.0℃，這是由于秸稈覆蓋在土壤表面后形成一道物隔離層，能攔截和吸收太陽直射和地面有效輻射，阻礙了土壤與大氣間的水熱交換[10]。

表1 不同處理下馬鈴薯生育期不同土層平均土壤溫度/℃

注：表中同一列不同小寫字母表示差異達0.05顯著水平。下同。

Note: Different small letters in the same column mean significant difference atP<0.05. The same as below.

整個生育期，各處理對土壤溫度的影響效果隨土層的加深而逐漸減弱。在馬鈴薯幼苗期，不同處理對土壤溫度的影響效果顯著，處理1和處理2不同土層溫度均顯著高于CK(P<0.05)，平均土壤溫度分別較CK增高2.0℃和2.2℃；處理4在0～10 cm處土壤溫度與CK差異顯著(P<0.05)，在10～30 cm處土壤溫度與CK無顯著差異；處理3在0～10 cm處較CK增高1.1℃，在10～30 cm處與CK無差異。隨著生育期的推進，馬鈴薯葉面積指數逐漸增大致使到達地面的太陽輻射減少，各覆蓋處理對土壤溫度的影響效果逐漸減弱。生長中期(塊莖膨大期～塊莖增長期)，處理1和處理2在0～10 cm處土壤溫度與CK差異顯著(P<0.05)，10～30 cm處土壤溫度與CK無顯著差異，處理4不同土層溫度與CK差異不顯著(P>0.05)，處理3不同土層溫度較CK降低2.1℃。后期(淀粉積累期～成熟期)，處理1和處理2不同土層溫度均顯著高于CK(P<0.05)，處理4在0～10 cm處土壤溫度與CK差異顯著(P<0.05)，在10～30 cm處土壤溫度與CK差異不顯著，在馬鈴薯生長后期處理3在0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm處平均土壤溫度較CK降低0.7℃、0.6℃和0.2℃。

2.2 不同種植模式對馬鈴薯不同生育期土壤水分的影響

對馬鈴薯各生育時期0～100 cm土壤含水量測定結果表明，地膜秸稈覆蓋后，各處理在不同生育期平均土壤含水量均比露地有所提高，平均土壤含水量高低順序依次為處理1>處理2>處理3>處理4>處理5(圖1f)。黑膜全地面覆蓋雙壟壟作側播(處理1)和壟上微溝穴播(處理2)地表100%覆蓋，阻斷了土壤水分的無效蒸發，自然降水也通過集水面聚集在播種溝內，所以在各生育期土壤含水量最高，保墑效果最為明顯，如處理1和處理2在出苗期土壤含水量比露地分別高2.6%和2.2%，在塊莖形成期土壤含水量比露地分別高2.1%和2.5%；其次為秸稈帶狀覆蓋種植(處理3)，整個生育期平均土壤含水量與CK相比提高了1.0%；處理4半膜覆蓋平均土壤含水量較CK提高0.87%，這就說明地膜全覆蓋的兩種種植模式具有較好的集雨保墑能力。

圖1(a～e)分別為馬鈴薯出苗期、塊莖形成期、塊莖膨大期、淀粉積累期和成熟期0～100 cm土壤含水量的垂直變化情況，由圖可知覆蓋耕作對馬鈴薯不同生育期土壤含水量的影響隨著土壤深度的增加而減弱。在出苗期各處理土壤含水量由于受前期降雨較多的影響而普遍較高，但由于地面裸露面積較大，加之幼苗耗水量不大，覆蓋后處理1、處理2和處理3在0～60 cm處土壤含水量明顯高于露地，土壤含水量較CK增幅在1.5%～4.6%之間，在60～100 cm處土壤含水量與CK差距減小；處理4在0～60 cm處土壤含水量也高于露地，增幅在0.6%～1.7%之間，但卻低于處理1、處理2和處理3的土壤含水量；在60～100 cm處各處理土壤含水量與CK差距減小(圖1a)。由于馬鈴薯塊莖形成期生長消耗了土壤水分, 使土壤含水量有所下降，0～80 cm各土層土壤含水量均低于播前。處理1、處理2和處理3、處理4在0～80 cm處土壤含水量較CK增幅在1.5%～3.9%之間；在80～100 cm處各處理與CK無明顯差異(圖1b)。在馬鈴薯塊莖膨大期和淀粉積累期，由于全市氣溫持續偏高、干旱少雨，淺層墑情較前期更差；馬鈴薯塊莖膨大期處理1、處理2和處理3在40～60 cm處土壤含水量高于處理4和對照，0～20 cm和80～100 cm處各處理土壤含水量差異不大(圖1c)。淀粉積累期40 cm處各處理土壤含水量略高于CK，其它土層差異不明顯(圖1d)。到成熟期各處理間土壤含水量變化趨勢相同，表現為淺層墑情較差，各處理0～40 cm處土壤含水量低于60～100 cm處；這是由于7—9月份以來，持續高溫干旱，加上作物生長過程需水量大，導致淺層土壤嚴重失墑。另外，各處理之間0～100 cm土層土壤含水量差異不明顯(圖1e)。

圖1馬鈴薯生育期各處理不同土層土壤水分動態變化

Fig.1 Dynamic of water in different soil layers with different treatment during potato growth stages

2.3 不同種植模式對馬鈴薯產量及經濟效益的影響

從表2可知，各覆蓋處理的馬鈴薯鮮薯產量較對照顯著增加，產量高低排列順序為處理1>處理2>處理3>處理4>處理5。處理1產量為28 757.9 kg·hm-2，居第一位，與CK相比產量提高了7 226.3 kg·hm-2，增產幅度達到33.6%；處理2產量為27 680.7 kg·hm-2，較CK提高了6 149.1 kg·hm-2，增產幅度為28.6%，居第二位；處理3產量僅次于地膜覆蓋處理，為26 528.3 kg·hm-2，較CK提高了4 996.7 kg·hm-2，增產幅度為23.2%。對產量進行方差分析可知，區組間未達到顯著水平，F區組=1.063，P區組=0.424(>0.05)；處理間達到顯著水平，F處理=3.927，P處理=0.036(<0.05)。用Duncan法進行多重比較分析表明，地膜全覆蓋(處理1和處理2)鮮薯產量最高，處理1產量略高于處理2，但差異不顯著；兩處理與CK之間差異顯著；其次是秸稈覆蓋(處理3)，與CK之間差異顯著；地膜半覆蓋(處理4)與CK之間差異不顯著。

按照市場價格計算投入產出，由于覆蓋材料的不同各處理間投入成本存在差異，因定西市大面積推廣全膜雙壟溝播玉米導致秸稈剩余量大，所以本文中玉米秸稈也不記成本。由表2可知，各處理投入成本的依次為全膜(處理1和處理2)>半膜(處理4)>秸稈(處理3)=露地(CK)。處理1純收益為24 730.98 元·hm-2，較CK提高了7 201.56 元·hm-2，居第一位；處理3純收益為23 525.46 元·hm-2，較CK提高了5 996.04 元·hm-2，因秸稈不計成本位居第二；處理2純收益為23 438.34 元·hm-2，較CK提高了5 908.92 元·hm-2。處理4純收益最低，較CK僅提高了1 015.38 元·hm-2。

3 討 論

在干旱半干旱地區，作物增產主要依賴于生育期的土壤溫度、有效降水、土壤的蓄水和土壤蒸發[11]。對“十年九旱”的定西地區來說，保持土壤水分、減少土壤無效蒸發顯得尤為重要，這樣可以為作物后期生長提供充足的水分。保護性耕作對土壤含水量影響很大，尤其是在干旱年份，由于氣候干燥蒸發強烈，導致土壤含水率急劇下降，因此在干旱半干旱地區主要采用覆蓋處理來貯存降雨，以供作物后期的生長需求[12]。大量研究表明，地膜覆蓋可以有效減少土壤水分蒸發、提高作物產量和水分[3,13]，黑膜覆蓋還可以有效抑制一年生雜草和減少青頭薯發生[14]；也有研究證明，秸稈覆蓋具有明顯的納雨保墑效果[15-16]。本研究通過田間試驗，觀察記錄了馬鈴薯生育期不同覆蓋材料及方式對土壤含水量、土壤溫度及產量的影響，結果表明黑膜全覆蓋和秸稈覆蓋能較好地保持土壤水分，降低農田蒸發，尤其在作物生長前期，覆蓋處理含水量明顯高于對照，在生育后期由于受馬鈴薯冠層覆蓋的影響而導致差異減小，這與張立功[3]、湯瑛芳[13]等研究結論一致；覆蓋措施對土壤溫度的影響效果因覆蓋材料的不同而不同[17]，本文得出地膜覆蓋處理能有效提高耕層土壤溫度，而秸稈覆蓋阻礙了土壤與大氣間的水熱交換導致土壤溫度降低，這與李榮等[10]在不同溝壟覆蓋模式在春玉米上得出的結論一致，但秸稈覆蓋是否會延長馬鈴薯生育期有待于進一步研究；我們通過試驗也得出在整個生育期各處理對土壤溫度的影響效果隨土層的加深而逐漸減弱[8]；全膜覆蓋技術與對照相比有明顯提高馬鈴薯產量和經濟效益的作用，這與很多學者得出的結論一致[18-20]。雖然本文得出結論秸稈覆蓋馬鈴薯生產技術產量僅次于全膜覆蓋技術，但本研究未做秸稈覆蓋方式及覆蓋量對馬鈴薯水文效應及產量的影響的研究，需要在以后的大田試驗中做進一步探討，這對提升旱作區土壤有機質、培肥地力、保護耕地質量有著非常重要的現實意義。

表2 不同處理間馬鈴薯產量及經濟效益差異

注：投入包括種子、化肥、地膜(其中種子價格按1.5 元·kg-1，肥料價格磷酸氫二銨2.6 元·kg-1，尿素1.5 元·kg-1，硫酸鉀鎂1.7 元·kg-1；地膜價格按14 元·kg-1)。2015年馬鈴薯售價為1.2 元·kg-1。

Note: Inputs include seeds, fertilizers, and mulching film(seed 1.5 yuan·kg-1, ammonium phosphate 2.6 yuan·kg-1, diaminomethanal 1.5 yuan·kg-1, potassium magnesium sulfate 1.7 yuan·kg-1, mulching film 14 yuan·kg-1). Potato rice was 1.2 yuan·kg-1in 2015.

4 結 論

1) 馬鈴薯整個生育期土壤平均溫度全地面覆蓋雙壟壟作側播和壟上微溝穴播較CK增加2.2℃和2.5℃，半膜壟作較CK增溫0.9℃，而秸稈帶狀覆蓋較CK降低了1.0℃。不同覆蓋對土壤溫度的影響效果隨土層的加深而逐漸減弱。

2) 覆膜壟溝集雨和秸稈帶狀覆蓋能明顯改善土壤水分狀況，在馬鈴薯生長前期集雨保墑效果尤為明顯。馬鈴薯整個生育期0～100 cm土壤平均含水量全地面覆蓋雙壟壟作側播和壟上微溝穴播較CK提高1.7%和1.5%，半膜壟作較CK提高0.87%，秸稈帶狀覆蓋較CK提高了1.0%。各處理馬鈴薯土壤含水量垂直變化隨著土壤深度的增加而減弱。

3) 覆蓋耕作有利于作物產量和純收益提高，全地面覆蓋雙壟壟作側播、全地面覆蓋壟上微溝穴播、秸稈帶狀覆蓋、半膜壟作馬鈴薯產量分別較CK增加33.6%、28.6%、23.2%和7.2%。全地面覆蓋雙壟壟作側播和秸稈帶狀覆蓋馬鈴薯純收益較CK分別增加7 201.56 元·hm-2和5 996.04 元·hm-2。

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