延安市新造耕地馬鈴薯種植潛力初探

王凱博，張永旺，鄭太波，李 媛，孫 琦，魏 蓉，陳怡平

(1.中國科學院 地球環境研究所，陜西 西安 710061；2.延安大學 生命科學學院，陜西 延安 716000；3.延安市農業科學研究所，陜西 延安 716000；4.西安地球環境創新研究院，陜西 西安 710061)

馬鈴薯是僅次于玉米、小麥和水稻的世界第四大糧食作物[1]。2016年以來，農業部大力推動馬鈴薯作為主糧產品產業化開發，以貫徹落實新形勢下國家糧食安全戰略部署和農業可持續發展。馬鈴薯具有耐旱、耐寒、耐貧瘠、適應性廣等特點，在延安具有悠久的種植歷史，是該區的優勢農作物。同時，當地群眾也有長期食用馬鈴薯、加工馬鈴薯的傳統，馬鈴薯種植及主糧化推廣在該區具有較大潛力。馬鈴薯是典型的高產作物，全球馬鈴薯平均產量為18 t·hm-2，歐美發達國家馬鈴薯平均產量為45 t·hm-2[2]。然而，由于土地貧瘠，品種老化，管理粗放等原因，延安市馬鈴薯平均產量為10～15 t·hm-2，其種植面積一直維持在6.67萬hm2左右[3]。馬鈴薯產量不高打擊了群眾種植馬鈴薯的積極性，也限制了馬鈴薯在該區的主糧化推廣。

治溝造地是針對黃土高原丘陵溝壑區特殊地貌，利用現代化機械快速填溝覆土，田壩渠路林綜合建設的一種溝道土地整治新模式[4]。2013年國土資源部、財政部等批復在延安市實施治溝造地重大工程，設計土地整治面積3.38萬hm2，總投資51.72億[5]。截止2018年底，延安治溝造地重大工程已完成建設規模3.40萬hm2，造地任務全部完成[6]。當前，如何科學高效使用新造耕地是亟需解決的科學問題。蘇翠翠等通過在延安新造耕地種植不同農作物發現，馬鈴薯對新造耕地適應性最強，具有較高的產量和經濟價值。但該研究同時發現，在傳統管理方式下，新造耕地馬鈴薯產量僅9 t·hm-2，低于現有坡耕地馬鈴薯產量[7]。為此，筆者研究針對延安市新造耕地馬鈴薯產量不高的現狀，擬從品種、地力和栽培方式三個方面出發，通過引進新品種，增施有機肥，改進栽培技術等途徑提高新造耕地馬鈴薯產量，評估其種植潛力。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

研究區位于安塞區沙渠灣的延安市農科所試驗基地(N36°47′58.3″，E109°20′51.4″)，屬中溫帶大陸性半干旱季風氣候，年平均氣溫8.8℃，年降水量505.3 mm。研究區2019年平均氣溫9.6 ℃，降雨量542.6 mm，生育期降雨量468.8 mm(6-10月)(圖1)，高于多年平均水平。試驗樣地為當年新造耕地，土壤類型為黃綿土，0～20 cm土壤有機質含量6.52 g·kg-1，全氮含量0.31 g·kg-1，全磷含量1.14 g ·kg-1，全鉀含量18.2 g·kg-1，具體土壤理化性質見表1。

表1 試驗田土壤基本性質

1.2 試驗設計

研究設計兩組試驗，共7個處理(表2)。第一組試驗設起壟和增施農家肥(M)4個處理，分別為克新1號+NPK+平作(CK)、克新1號+NPK+起壟(T1)、克新1號+NPKM+平作(T2)和克新1號+NPKM+起壟(T3)。第二組試驗設4個品種處理，以T3為對照，其他為隴薯7號+NPKM+起壟(T4)、NK001+NPKM+起壟(T5)和青薯9號+NPKM+起壟(T6)。供試馬鈴薯品種克新1號為當地多年主栽品種，隴薯7號和青薯9號分別為甘肅省農業科學院和青海省農林科學院選育高產品種，近年來在我國西部干旱半干旱區推廣迅速，NK001為寧夏農林科學院近年來選育的新品種。

表2 試驗處理

試驗采用完全隨機區組設計，每個處理3次重復。小區面積為35.8 m2(6.4 m×5.6 m)，小區之間設0.8 m保護行，樣地四周留1.0 m保護行。小區種植馬鈴薯204株(12行×17列)，種植密度為57 000株·hm-2。起壟方式人工起壟，壟寬60 cm，壟高20 cm，馬鈴薯種植深度12 cm，壟上種植株距40 cm，行距40 cm/60 cm。每公頃化肥用量：N∶P2O5∶K2O=150 kg∶60 kg∶345 kg，每公頃農家肥用量30 000 kg。其中70%的氮、鉀肥做基肥，播種時施用，30%做追肥，盛花期施用；農家肥和磷肥全部做基肥施用，施用方式為撒施。馬鈴薯種植時間為2019年6月7日，收獲時間為2019年10月18日。除上述處理差異外，其他管理方式與當地農戶相同。

1.3 測定指標與方法

在試驗處理前用土鉆在樣地內按照S形曲線多點混合采樣，采樣深度為60 cm，每20 cm分層，每層為10個樣點的混合樣。采集的土樣帶回實驗室剔除雜質后風干、研磨、過篩供土壤理化性質測定。土壤有機質、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、有效磷、有效鉀、pH和陽離子交換量(CEC)均采用常規方法測定[8]。

采用全區收獲法測定馬鈴薯地上、根系生物量和塊莖產量。將馬鈴薯地上和根系生物量鮮重稱重后，取部分樣品烘干后測定其樣品干重，計算馬鈴薯地上和根系生物量總干重。采用馬鈴薯根系生物量占地上生物量的比例作為其根冠比(式1)；馬鈴薯塊莖產量占植株總鮮重(地上、根系和塊莖鮮重之和)的比例作為其塊莖生產效率(式2)。

根冠比 = 根系生物量/地上生物量(1)

塊莖生產效率 = 塊莖鮮重/總鮮重(2)

1.4 數據分析

采用Excel2013軟件進行數據處理和繪圖，采用SPSS16.0軟件進行不同處理間差異顯著性分析，采用LSD法進行處理間多重比較(P<0.05)。

2 研究結果

2.1 起壟和增施農家肥對馬鈴薯產量的影響

2.1.1 地上和根系生物量 不同處理馬鈴薯平均地上生物量鮮重為0.63～1.47 t·hm-2，其中，T2處理最低，除T2外，其他處理差異不顯著(P>0.05)。馬鈴薯平均根系生物量鮮重為0.10～0.14 t·hm-2，各處理差異均不顯著(P>0.05)。馬鈴薯平均地上和根系生物量干重分別為0.34～0.53 t·hm-2和0.03～0.05 t·hm-2，各處理差異也不顯著(P>0.05)(圖2)。

2.1.2 根冠比 不同處理馬鈴薯平均鮮重和干重根冠比分別為0.09～0.17和0.07～0.13。相同處理馬鈴薯的平均鮮重根冠比和干重根冠比差異不顯著(P>0.05)。不同處理下，鮮重根冠比的CK處理顯著低于其他處理(P<0.05)，而干重根冠比各處理均不顯著(P>0.05)(圖3)。

2.1.3 塊莖產量和生產效率 不同處理馬鈴薯平均塊莖產量和生產效率分別為14.5～16.1 t·hm-2和0.91～0.95，各處理間差異均不顯著(P>0.05)(圖4)。

2.2 栽培品種對馬鈴薯產量的影響

2.2.1 地上和根系生物量 栽培品種對新造耕地馬鈴薯地上和根系生物量有顯著影響(P<0.05)(圖5)。其中，T4處理馬鈴薯地上生物量鮮重最大，其顯著高于其他處理(P<0.05)；T6處理地上生物量鮮重次之，其又顯著高于T3和T5處理(P<0.05)。T3和T5處理地上和根系生物量鮮重、干重差異均不顯著；T4和T6處理的根系生物量鮮重、地上生物量干重和根系生物量干重差異不顯著，但其顯著高于T3和T5處理(P<0.05)。

2.2.2 根冠比 不同品種馬鈴薯平均鮮重和干重根冠比分別為0.04～0.11和0.06～0.10(圖6)。相同品種馬鈴薯平均鮮重和干重根冠比差異不顯著(P>0.05)，但不同品種下，其鮮重根冠比表現為T3處理最大，其顯著高于T4和T5處理(P<0.05)，T4處理最小，其顯著低于其他處理(P<0.05)。不同品種干重根冠比無顯著差異(P>0.05)。

2.2.3 塊莖產量和生產效率 不同品種馬鈴薯平均塊莖產量和生產效率分別為7.2～24.3 t·hm-2和0.55～0.91，其組間差異顯著(P<0.05)(圖7)。T4處理馬鈴薯塊莖產量最高，較T3處理增加了51.5%，T5處理馬鈴薯塊莖產量最低，較T3處理減少了54.9%，T6處理和T3差異不顯著。與產量不同，T3處理的馬鈴薯塊莖生產效率顯著高于其他處理，其次為T5處理，T4和T6處理的最低。

3 討論

通常情況下，起壟和增施農家肥都能夠增加馬鈴薯塊莖產量。然而，筆者研究起壟和增施農家肥均未對新造耕地馬鈴薯產量產生顯著影響，分析其可能原因如下：

(1)馬鈴薯起壟栽培主要通過增加松軟土層厚度，提高土壤溫度，減少田塊淹水等促進作物增產[9,10]。然而，筆者試驗樣地土壤類型為黃綿土，其土壤質地相對疏松[11～13]，并且新造耕地在種植前經過了多次深翻，土壤結構可能不是新造耕地馬鈴薯生長的制約因子。另外，筆者研究馬鈴薯種植時間為6月初，平均氣溫超過20℃，土壤溫度對馬鈴薯的影響也較小；此外，該區處于半干旱黃土高原地區，年降雨量相對較少，而土壤水分入滲速率較高，基本沒有田塊淹水現象發生。因此，研究中起壟對新造耕地馬鈴薯產量沒有表現出顯著影響。

(2)農家肥主要通過提高土壤有機質含量，增加土壤團粒結構，改善土壤通氣性等提高土壤質量，促進作物增產[14～18]。然而，本次試驗施用農家肥為未經漚制的羊糞，在種植前通過撒播的方式施用于土壤表面，農家肥起效慢，作用時間長，在第一個生長期內并未對馬鈴薯的生長起到明顯提升作用。并且，各處理在施用農家肥的同時均按照相同比例施用了氮、磷和鉀等無機肥，無機肥起效快，是馬鈴薯生長季內養分供應的主要途徑。綜上，筆者研究中增施農家肥并未對新造耕地馬鈴薯產量起到明顯增產作用。

在相同栽培方式和施肥條件下，品種對新造耕地馬鈴薯塊莖產量有著顯著影響，隴薯7號的塊莖產量大約是本地品種克新1號的1.5倍，表明引進高產品種能夠顯著提高新造耕地馬鈴薯產量。除了塊莖產量，隴薯7號的地上和根系生物量也顯著高于克新1號，反映了隴薯7號具有較高的光合同化能力，但同時也意味著該品種具有高的土壤水分和養分消耗量。另外，與克新1號相比，隴薯7號的塊莖生產效率降低，其單位同化物質分配給馬鈴薯塊莖的比例下降。因此，關于新造耕地馬鈴薯種植推廣仍需要更多更全面的研究。

4 主要結論

(1)在化肥施用充足情況下，起壟和增施農家肥對新造耕地馬鈴薯地上生物量、根系生物量、根冠比、塊莖產量和塊莖生產效率沒有表現出顯著影響。

(2)在相同施肥和栽培條件下，栽培品種對新造耕地馬鈴薯地上生物量、根系生物量、根冠比、塊莖產量和塊莖生產效率有顯著影響。其中，隴薯7號和青薯9號較當地傳統品種克新1號具有顯著高的地上和根系生物量，并且隴薯7號塊莖產量較克新1號增加51.5%，在新造耕地表現出較大的增產潛力。