旱地不同覆蓋壟作種植對馬鈴薯生長、產量、品質和經濟效益的影響

羅 磊，李亞杰，姚彥紅，王 娟，張曉靜，李德明

(1.定西市農業科學研究院， 甘肅 定西 7430002； 2.甘肅省馬鈴薯工程技術研究中心， 甘肅 定西 743000)

干旱是旱作農業區最主要的氣象災害，直接影響到當地糧食作物的豐歉[1-2]。馬鈴薯(SolanumtuberosumL.)具有耐旱、耐寒、耐瘠薄的特點，適宜范圍廣，增產空間大，是隴中旱作區主栽作物，但產量僅為12～18 t·hm-2，這主要是因為該區域春季地面蒸發強烈，導致自然降雨的利用效率較低和大量土壤水分散失，影響馬鈴薯的播種和出苗[3-4]；其次，在馬鈴薯出苗期至開花期正逢伏旱天氣，少量降雨不能有效滲入土壤，導致土壤水分虧缺，使馬鈴薯前期生長發育受阻[5]。自然降水是旱地土壤水分的唯一來源，降水利用程度的高低受到耕作栽培措施的直接影響，研究旱作農業區抑制土壤水分蒸發、保墑，提高降水利用效率的技術是該區研究的熱點問題[6]。壟作種植馬鈴薯能提高耕作層土壤水分含量，達到抗旱保墑增加產量的效果[7]。覆蓋壟作作為一種有效的節水措施被應用到馬鈴薯種植上，但是覆蓋壟作對馬鈴薯產量的影響說法不一，有研究表明[8-12]覆蓋可以有效的增加地溫，積蓄自然降水，使馬鈴薯產量增加，也有研究表明[13-14]覆蓋會導致土壤通氣性變差以及土壤溫度過高而對作物產生高溫脅迫進而導致作物大幅減產。馬鈴薯塊莖淀粉和粗蛋白含量及P、K、S、Ca、Mg、Mn、Cu、Zn等元素含量受遺傳因素和外界環境條件的影響[15-17]。本試驗旨在通過覆蓋壟作種植方式改良傳統的平作培土和坑種技術，有效增加馬鈴薯生長前期的土壤溫度和濕度，從而提高馬鈴薯產量和品質，為提高旱地馬鈴薯生產水平提供一定的技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗點概況

試驗于2014年4—10月在定西市農業科學研究院作物育種基地實施，試驗點海拔1 920 m,年平均氣溫6.3℃，年均降水量380 mm,年蒸發量1 530 mm,干燥度2.53，為典型的半干旱雨養農業區。土壤類型為黃綿土，0～20 cm土層含有機質10.8 g·kg-1，堿解氮48 mg·kg-1，有效磷19.96 mg·kg-1，速效鉀114.39 mg·kg-1，土壤pH值為7.7。

1.2 試驗設計

試驗采用隨機區組設計，共設6個處理(見表1)，各處理株距40 cm，行距70 cm，小區面積為44 m2(8.0 m×5.5 m)，1個小區種植200株，3次重復。4月3日土壤解凍時起壟覆膜，起壟前施用900 kg·hm-2(N：180 kg·hm-2；P：39.3 kg·hm-2；K：74.7 kg·hm-2)穩定性復合肥(總養分≥40%，N-P2O5-K2O，20-10-10，施可豐化工股份有限公司生產)，結合施肥用40%甲基異硫磷乳油7.5 kg加細土制成毒土施入土壤，防治地下害蟲。起壟要求壟面平整細致，覆膜時力求達到緊、平、嚴的標準，全覆膜時在溝中膜上打孔以利于水分滲入膜下土壤。4月25日播種，9月30日收獲。馬鈴薯全生育期所需水分全靠自然降水，除覆蓋方式不同外，其它農藝措施(整地、施肥、品種、播種、田間管理等)均相同，進行同等質量的田間操作。供試馬鈴薯品種為定薯4號(定西市農業科學研究院選育)，中晚熟品種，生育期114 d，薯形扁圓，淡黃皮黃肉。種薯等級為原種。地膜厚度0.008～0.010 mm，全膜覆蓋膜寬120 cm，半膜覆蓋膜寬100 cm。壟上蓋草為燕麥草。

1.3 測定指標與方法

全生育期按播種期至生理成熟期計算。用直尺測定株高(土壤表面到主莖第一花序分支處的高度，每個小區隨機抽查20株測量株高，求平均值)。用直尺測定開展度(地上部植株外圍最大直徑，每個小區隨機抽查20株測量開展度，求平均值)。成熟期按小區單收記產。鮮薯品質測定方法：直接干燥法測定干物質含量，凱氏定氮法測定粗蛋白含量，旋光法測定粗淀粉含量，熒光法測定維生素C含量；用HNO3-H2O2消煮，原子吸收分光光度法測定Zn、Fe、Ga、Se含量(干樣測定)。

1.4 數據處理

對產量及生育期、農藝性狀、各項品質指標等數據均采用方差分析法，顯著性分析用新復極差法(SSR法)進行統計分析，對各項數據用Excel制表。

2 結果與分析

2.1 不同覆蓋方式對馬鈴薯生育期和農藝性狀的影響

由表2可見，不同覆蓋處理縮短了生育期，成熟期比對照提早了5～18 d；處理CK和E全生育期與其它處理差異顯著，CK最長，為151 d；處理C和A與處理B和D差異顯著，處理D最短，為133 d。不同覆蓋處理出苗率較對照提高了5.7～11.6個百分點；處理A、B和C出苗率與其它處理差異顯著，處理A最高，為99.2%，處理D和E與CK差異顯著，CK最低，為87.6%。不同覆蓋處理株高較對照增加了1.2～10.5 cm；處理A和C與其它處理差異顯著，處理A株高最高，為45.7 cm，處理B與處理E和D差異顯著，處理E和D與CK差異顯著，CK株高最低，為35.2 cm。不同覆蓋處理植株開展度較對照擴大了11.1%～42.1%；處理A與其它處理差異顯著，處理A開展度最大，為82.3 cm，處理C較處理B、D和E差異顯著，CK開展度顯著低于其它處理，為57.9 cm。說明不同覆蓋壟作種植馬鈴薯具有縮短生育期，提早成熟，提高出苗率，增加株高和擴大植株開展度的作用。

表2 不同覆蓋措施對馬鈴薯全生育期和農藝性狀的影響 Table 2 Effect of mulching models on the growth period and agronomic traits of potato

2.2 不同覆蓋方式對馬鈴薯產量的影響

由表3可見，不同覆蓋處理較對照單株結薯數增加0.61～2.82個，單株結薯重增加3.2%～15.6%，小區大薯重增加0.02%～29.1%，小區小薯重增加4.5%～56.6%，產量增加11.5%～31.2%，除處理B和E較CK商品薯率提高1.82～3.06個百分點，其它覆蓋處理較CK降低0.16～7.02個百分點。覆蓋處理單株結薯數均顯著高于CK，其中處理A最高，為7.63個，CK最低，為4.81個，覆蓋處理中處理D單株結薯數最低。處理A單株結薯重較處理C、E和D差異不顯著，顯著高于處理B和CK，處理B、C、D、E和CK差異不顯著；其中處理A最高，為0.717 kg，CK最低，為0.620 kg。處理A和C間小區大薯重差異不顯著，但顯著高于其它處理，處理B和E顯著高于處理D和CK；其中處理A最高，為115.84 kg·m-2，CK最低，為89.72 kg·m-2。處理D小區小薯重最高，為29.49 kg·m-2，顯著高于其它處理，處理B最低，較CK差異不顯著，為17.47 kg·m-2。處理B商品薯率最高，為85.71%，與處理E和CK差異不顯著，顯著高于其它處理，處理C和A顯著高于處理D，處理D最低，只有81.38%。處理A產量最高，為32.37 kg·hm-2，與處理C差異不顯著，顯著高于其它處理，CK最低，為24.68 kg·hm-2，與處理B和D差異不顯著。說明覆蓋種植能不同程度地增加馬鈴薯單株結薯數、單株結薯重和產量，白膜雙壟全覆膜壟播和壟播蓋草能提高馬鈴薯商品薯率；單株結薯數和單株結薯重的增加是不同覆蓋種植模式產量增加的主要因素。

表3 不同覆蓋方式對馬鈴薯產量的影響 Table 3 Effect of mulching models on the yield of potato

2.3 不同覆蓋方式對馬鈴薯品質的影響

為探討不同覆蓋種植模式下商品薯的營養成分是否發生變化，測定成熟馬鈴薯薯塊的相關營養成分。由表4可見，各處理薯塊干物質含量介于18.68%～23.59%之間，CK為22.64%；其中處理A干物質含量顯著低于其它處理,為18.68%，較CK降低17.49%；處理B、D和E干物質含量與CK差異不顯著，其中處理B含量最高，為23.59%，較CK增加4.2%；處理C干物質含量低于對照且差異顯著，降低7.2%。

表4 不同覆蓋方式對馬鈴薯品質的影響 Table 4 Effect of mulching models on the quality of potato

各處理薯塊粗淀粉含量介于13.28%～15.78%之間，CK為15.33%；其中處理A粗淀粉含量顯著低于其它處理,為13.28%，較CK降低13.37%；處理B、D和E粗淀粉含量與CK相當，其中處理B含量最高，為15.78%，較CK增加2.94%；處理C粗淀粉含量低于對照且差異顯著，降低6.98%。

各處理薯塊粗蛋白含量介于20.33～22.43 g·100g-1之間，CK粗蛋白含量最高，為22.43 g·100g-1，其次為處理E，為21.57 g·100g-1，兩者間差異不顯著，但與其它處理差異顯著，而其它處理間粗蛋白含量差異不顯著；處理A粗蛋白含量最低，為20.33 g·100g-1，不同覆蓋處理較CK粗蛋白含量降低3.83%～9.36%。

各處理間薯塊維生素C含量差異不顯著，其中CK維生素C含量最高，為124.4 mg·100g-1；其次為處理A，為122.4 mg·100g-1；處理D維生素C含量最低，為105.2 mg·100g-1；不同覆蓋處理較CK維生素C含量降低1.61%～15.43%。

在薯塊微量元素含量方面，不同覆蓋處理Zn和Ga含量均高于CK，分別增加10.22%～21.17%和17.93%～84.14%；不同覆蓋處理間Zn含量差異不顯著，但較CK差異顯著，其中處理B薯塊中Zn含量最高，為16.6 mg·kg-1；處理A、B和E間Ga含量差異不顯著，但較處理C、D和CK差異顯著，處理C、D和CK間Ga含量差異不顯著，其中處理A薯塊中Ga含量最高，為0.267 g·kg-1。不同覆蓋處理Fe含量較CK降低22.12%～28.32%，且差異顯著；CK處理Fe含量為22.6 mg·kg-1，處理C薯塊中Fe含量最低，為16.2 mg·kg-1。處理A、B和E間Se含量差異不顯著，處理B、C、D、E和CK間Se含量差異不顯著，處理A Se含量較處理C、D和CK差異顯著；處理A Se含量最高，為1.28 μg·kg-1，處理C Se含量最低，為1.06 μg·kg-1。

總體來說，覆蓋種植馬鈴薯薯塊品質較裸地種植降低，說明覆蓋種植雖然較裸地種植提高了馬鈴薯的產量但品質卻變差。經過比對分析，處理E綜合品質好于其它覆蓋處理。

2.4 不同覆蓋方式對馬鈴薯經濟效益的影響

由表5可見，不同覆蓋種植與常規裸地種植相比，種薯和肥料的投資額相同，但是不同覆蓋種植地膜和草等覆蓋材料的投資額為900～2 100元·hm-2，而裸地種植不需要這方面的投資；在每公頃投入的人工費方面，不同覆蓋種植因需要在種植前覆膜覆草和收獲后回收殘膜剩草投入一些勞動力，所以要比裸地種植多投入750～1 500元·hm-2。不同處理因產量和商品薯率的不同，產值和純收入不同，產值在14 279～18 440 元·hm-2，純收入在2 414～6 385 元·hm-2；其中處理E純收入最高，為6 385 元·hm-2，比CK(5 279 元·hm-2)增加1 106 元·hm-2，增加20.95%，其次為處理A，為6 140 元·hm-2，比CK增加861 元·hm-2，增加16.31%，處理D純收入最低，為2 414 元·hm-2，比CK減少2 865 元·hm-2，減少54.27%。說明在經濟效益上雖然不同覆蓋種植每公頃的產量和產值高于常規裸地種植，但由于總投入費用不同，而使每公頃的純收入并不全都高于裸地種植，只有在覆草、黑膜雙壟全覆膜和黑膜單壟覆膜時純收入高于裸地種植，尤以覆草處理最佳。

表5 不同覆蓋方式對馬鈴薯經濟效益的影響/(元·hm-2) Table 5 Effect of mulching models on the economic benefits of potato/(yuan·hm-2)

注:產值按2014年馬鈴薯商品薯價格0.7 元·kg-1計算。

Note: Output by 2014, commodity potato price 0.7 yuan·kg-1.

3 討論與結論

旱作農業區土壤水分的唯一來源是自然降水，因此充分利用有限的自然降水，提高土壤集雨保墑能力是實現該地區旱地馬鈴薯增產的重要途徑。地膜和秸稈覆蓋為主的地表覆蓋栽培技術具有明顯的增溫、保墑和增產效果[18-24]。買自珍等[6]就不同覆膜時期、方式與膜色對土壤水分變化的研究表明，在0～100 cm土層土壤含水量，裸地平均含水量為16.5%，早春頂凌覆膜時黑、白膜雙壟全覆膜和黑、白膜單壟覆膜同層平均含水量在16.9%～18.8%，較裸地平均含水量增加0.4～2.3個百分點；高世銘[12]和趙天武[25]等研究表明，壟播覆草能明顯改善0～80 cm土層土壤貯水量，提高了馬鈴薯出苗率，產量顯著高于裸地種植；王東[8]、代海林[9]和張立功[10]等研究了溝壟覆膜栽培對旱作馬鈴薯生長及產量的影響，結果表明，覆膜種植使馬鈴薯株高、開展度明顯增加，擴大植株的生長量，改善植株形態，提高了單株結薯重，尤其是提高了大中薯率，使產量顯著增加；本試驗結果顯示，不同覆蓋種植提高馬鈴薯出苗率，增加株高和擴大植株開展度，提高單株結薯數、結薯重和大薯產量，達到提高產量的目的，同時縮短生育期，提早成熟；說明在旱作農業區采用地膜和秸稈覆蓋可以顯著改善馬鈴薯形態指標及產量要素的構成，特別是改善了馬鈴薯生長發育的微環境，促進了馬鈴薯的生長及產量要素的構成[9]。而Baghour M[13]和聶站聲[14]等研究認為覆膜使膜下土壤通氣性變差和溫度升高，影響馬鈴薯塊莖的生長，最終導致減產；這可能是由于試驗所在地氣候、土壤條件差異和供試材料不同等原因造成的。

李峰等[26]在不同栽培模式對小麥籽粒中Zn、Fe、Mn、Cu含量的影響研究中得出，地膜覆蓋和秸稈覆蓋栽培可提高小麥籽粒中Zn、Fe、Mn、Cu含量；廖佳麗[26]研究認為水分對馬鈴薯營養品質的影響是復雜的；康玉林等[28]報道，常干旱處理和常濕潤處理對馬鈴薯薯塊淀粉含量影響不顯著；王東等[8]研究表明，覆膜栽培對馬鈴薯薯塊干物質、淀粉和蛋白質含量的影響不顯著；王正榮[29]研究表明，冬季覆蓋栽培馬鈴薯在一定程度上提高了薯塊干物質、淀粉和維生素C含量；而本試驗結果顯示，不同覆蓋處理薯塊除Fe含量較裸地種植顯著降低，Zn、Ga和Se等含量較裸地種植有不同程度的增加，各處理薯塊維生素C含量差異不顯著，不同覆蓋處理薯塊干物質、粗淀粉和粗蛋白含量較裸地種植減少，總體而言，覆蓋種植馬鈴薯薯塊品質較裸地種植降低；這與武秀俠等[30]研究相一致。不同研究者的試驗結論不盡相同，可能是因為不同品種在不同地區、年份和施肥條件下，馬鈴薯薯塊營養物質的積累量高低有明顯差異[15]。

本試驗得出，不同覆蓋種植可提高馬鈴薯出苗率，增加株高和擴大植株開展度，提高單株結薯數、結薯重和大薯產量，達到提高產量的目的，同時縮短生育期，提早成熟，但馬鈴薯品質較裸地種植變差；在經濟效益表現上，只有在覆草、黑膜雙壟全覆膜和黑膜單壟覆膜種植時每公頃的純收入高于裸地種植，尤以覆草處理最佳。

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