不同秸稈覆蓋量對土壤養分及馬鈴薯產量的影響

郭欣欣，張 蓉，董祿信，路 平，郭喜軍，張立鵬

（甘肅省通渭縣農業技術推廣中心，甘肅通渭743300）

農業水資源匱乏、降雨供需錯位、降水稀少、植被稀疏、地表蒸發量大、產量和水分利用效率低下已成為隴中旱作區農業生產面臨的主要問題[1]。傳統種植方式導致地表裸露，不僅使土壤水分大量流失，還破壞了表層土壤結構，從而使土壤養分失衡，導致作物嚴重減產[2]。有研究表明：以秸稈覆蓋為代表的保護性耕作措施能顯著提高土壤含水量、有機質含量，秸稈覆蓋對生育中后期土壤水分狀況的改善效果明顯[3]。因此，了解作物耗水規律并合理調控耗水分配，從而提高作物產量和水分利用效率已成為該地區長期以來農業生產研究關注的焦點[1]。在隴中旱作農業區，馬鈴薯是主產糧食作物之一，傳統種植方式、地膜覆蓋等栽培技術對馬鈴薯水分利用效率和產量已有一定研究[4-6]，而不同秸稈覆蓋量對馬鈴薯水分利用效率及產量的影響機制尚不明確。為此，本研究設計了不同的秸稈覆蓋量，旨在探索適宜于隴中旱作區的馬鈴薯覆蓋技術體系，以期為隴中旱作區馬鈴薯生產可持續高產提供理論依據和技術參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于 2018 年 4 月—2020 年 10 月在甘肅省通渭縣襄南鎮馬店村進行。試驗地海拔1 742 m，屬半干旱雨養農業區，年平均氣溫7.2℃，≥10℃的積溫為1 823℃，無霜期123～146 d，年均降水量350～400 mm。

試驗地為旱川地，土壤為黃綿土，前茬作物為玉米，土壤有機質含量7.3 g/kg、全氮量0.64 g/kg、速效磷6.55 mg/kg、全磷 0.71 g/kg、堿解氮 32.6 mg/kg、pH8.43。

1.2 試驗材料

馬鈴薯供試品種為隴薯10 號脫毒原種（由甘肅省農科院馬鈴薯研究所提供），覆蓋材料為玉米秸稈。

1.3 試驗設計

2018—2020 年連續3 年在同一塊田進行馬鈴薯秸稈用量栽培試驗，試驗采用單因素設計，設置6水平覆蓋，即 T1：0 kg/hm2（CK）、T2：6 000 kg/hm2；T3：9 000 kg/hm2；T4：12 000 kg/hm2；T5：15 000 kg/hm2；T6：18 000 kg/hm2。試驗采用隨機區組排列，3 次重復，小區面積45 m2（5 m×9 m），種植密度15 000株/hm2，播前各處理均施尿素225 kg/hm2、過磷酸鈣750 kg/hm2、硫酸鉀150 kg/hm2。于播種當年前一年的11 月上旬整地施肥后按照大壟70 cm、小壟40 cm 起壟，玉米秸稈覆于小壟處，2018 年4 月27日播種，10 月 6 日收獲，2019 年 4 月 20 日播種，9月 25 日收獲，2020 年 4 月 25 日播種，10 月 5 日收獲，田間管理同當地大田一致。

1.4 測定方法

1.4.1 產量測定 在馬鈴薯收獲期按小區測定產量，最后折算產量。

1.4.2 土壤養分含量的測定 在馬鈴薯收獲后測定。土壤pH 測定采用電極法；土壤有機碳采用重鉻酸鉀外加熱法；土壤全氮采用凱氏定氮法；土壤全磷采用酸溶鉬銻抗比色法；速效磷采用碳酸氫鈉浸提- 鉬銻抗比色法測定[7]。

1.4.3 土壤含水率的測定 在馬鈴薯出苗期、塊莖膨大期、淀粉積累期、收獲期采用土鉆取0～200 cm土壤，每20 cm 一層次，用烘干法測各土層土壤含水率。

1.5 數據處理

采用Microsoft Office Excel 2010 進行數據處理，用SPSS 21.0 軟件進行相關分析，采用Duncan＇s 新復極差法進行差異顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 不同秸稈覆蓋量對土壤理化性狀的影響

由表1 可知，通過3 年試驗后，0～40 cm 土層土壤養分含量得到不同程度的改善。2020 年秸稈覆蓋處理后土壤有機質、堿解氮、速效磷顯著高于2018 年試驗開始時的水平。不同秸稈覆蓋量顯著影響土壤養分含量，在試驗期間總體秸稈覆蓋量水平和土壤養分含量基本吻合。各處理土壤養分播前和收獲期高于塊莖膨大期，但播前和收獲期基本持平。播前各處理間土壤全氮、全磷差異不顯著，塊莖膨大期、收獲期隨著秸稈覆蓋量的增加T2～T6 處理高于無秸稈覆蓋處理T1。在馬鈴薯的整個生育期內，速效磷、堿解氮、有機質含量隨著秸稈覆蓋量的增加而增大，T3～T6 處理顯著高于T1 處理（P＞0.05）。與CK 相比，收獲期T5、T6 處理有機質含量明顯有所提高，其分別提高了42.9%、60.0%。因此，覆蓋秸稈能有效提高土壤有機質含量。

表1 不同秸稈覆蓋量對土壤理化性狀的影響

2.2 不同秸稈覆蓋量下土壤含水率的時空變化

土壤含水率的時空變化與秸稈覆蓋量、馬鈴薯的生育時期息息相關[8]。圖1 顯示，在馬鈴薯整個生育期內，0～80 cm 土層含水率從莖膨大期開始明顯降低，而表層土壤含水率變化幅度最大，深層土壤含水率隨著生育時期的推進變化幅度逐漸減小。收獲期表層土壤含水率呈上升趨勢，而秸稈覆蓋量越大上升越快。塊莖膨大期各處理間差異在20 cm 土層最大，相差 4.48 個百分點（T1 與 T6），100 cm 土層處理間的含水率在淀粉積累期差異最大，相差4.28 個百分點（T1 與T3）。在馬鈴薯整個生育期內各處理20 cm 土層含水率從大到小依次為T6＞T5＞T4＞T3＞T2＞T1，各處理間40 cm 土層含水率以T6 最高，平均為14.62%，較CK 提高了30%。因此，秸稈覆蓋處理能有效提高表層土壤含水率。

圖1 不同處理水平下馬鈴薯各生育時期的土壤水分變化

2.3 不同秸稈覆蓋量對馬鈴薯產量的影響

由表2 可知，不同秸稈覆蓋量顯著影響馬鈴薯產量。在試驗期間總體產量水平和秸稈覆蓋量情況基本吻合。不同秸稈覆蓋量馬鈴薯產量T1 最低，T6 最高，且秸稈覆蓋處理T2～T6 與CK間差異顯著（P＞0.05），其中T2～T6 處理馬鈴薯產量較CK 分別增加了6%、14%、24%、28%、36%。不同秸稈覆蓋量下馬鈴薯產量平均值大小順序為T6＞T5＞T4＞T3＞T2＞T1。T2～T6 處理產量分別為 23 850 kg/hm2、25 650 kg/hm2、27 900 kg/hm2、28 800 kg/hm2、30 600 kg/hm2，較 CK分別增產 1 350 kg/hm2、3 150 kg/hm2、5 400 kg/hm2、6 300 kg/hm2、8 100 kg/hm2。因此，與無秸稈覆蓋（T1）處理相比，覆蓋秸稈處理均增加了馬鈴薯產量。

表2 不同覆蓋處理對馬鈴薯產量的影響

2.4 不同處理下馬鈴薯全生育土壤水分、土壤養分與產量的相關性

由表3 可知，馬鈴薯產量與含水率、土壤有機質、堿解氮、速效磷、全磷均極顯著正相關。表明覆蓋處理產量的增加主要通過提高含水率、土壤有機質、堿解氮、速效磷、全磷等指標來實現。

表3 不同處理下馬鈴薯全生育土壤水分、土壤養分與產量的相關性

3 討論

秸稈覆蓋是提高旱地土壤水分利用效率的主要措施之一，能夠有效提高旱作區農作物的產量[9]。不同的秸稈覆蓋量可通過調節土壤結構和理化性狀，影響土壤含水率進而影響土壤有機質的分解、轉化[10]。李卿沛[11]等研究表明：秸稈覆蓋是增加土壤有機質的主要原因，覆蓋秸稈可有效提高表層土壤有機質含量，但對養分總量平衡的影響不顯著。相關研究表明[12,13］：秸稈覆蓋增加了結薯層土壤有機質含量，秸稈中的養分還田，能改良土壤結構，使土壤疏松，孔隙度增加，容質量減輕，促進微生物活力和作物根系發育。本研究表明：有秸稈T2～T6 處理0～40 cm土層土壤養分含量顯著高于對照。隨著種植年份的增長，2020 年秸稈覆蓋處理速效磷、堿解氮、有機質顯著高于2018 年試驗開始時，土壤有機質、速效磷、堿解氮較2018 年均提高分別為24.9%、62.9%、27.5%。塊莖膨大期土壤有機質、速效磷、堿解氮含量秸稈覆蓋處理T6 較無覆蓋處理T1 分別提高了41.2%、76.1%、48.3%，收獲期秸稈覆蓋處理T6 較無覆蓋處理 T1 分別提高了 60.0%、73.8%、55.6%。這與薛喜全[14]等的研究結果相一致。此外，在馬鈴薯的整個生育期內，秸稈覆蓋處理T3～T6 的有機質、速效磷、堿解氮含量均高于無秸稈覆蓋處理T1，說明秸稈覆蓋具有培肥地力的作用，改善土壤結構。

通過對5 種不同秸稈覆蓋量的試驗研究，結果表明：在隴中旱作區，秸稈覆蓋處理T2～T6 的水分利用效率和產量均高于無秸稈覆蓋處理T1。秸稈覆蓋處理方式能明顯提高0～40 cm 土層土壤水分，這與馬建濤[15]等的研究結果相一致，且T6 處理的表層貯水量高于其余各處理。在馬鈴薯整個生育期內，40 cm層處理的含水率秸稈覆蓋處理T6 最高，較無秸稈處理T1 提高了30%。這主要是秸稈覆蓋抑制了土壤水無效蒸發[16]，減少降水對土壤的侵蝕,減少徑流，從而大面積控制土壤水蝕的發生，提高天然降水利用率，達到增產、增收和保護環境的雙重目的[17-19]。本研究中，秸稈覆蓋處理T2～T6 馬鈴薯產量顯著高于無秸稈覆蓋處理T1，且各處理間差異均顯著。T4～T6 處理較CK 增產20%以上。綜上所述，在5 種秸稈覆蓋量下，T6 處理在綜合效果上均高于其他處理，值得在隴中旱作區馬鈴薯主產區的實際種植中加以推廣。

4 結論與建議

秸稈覆蓋技術具有顯著的蓄水保墑作用，秸稈還田可增加土壤有機質、速效磷、堿解氮含量，能改良土壤結構，提升土壤肥力。在隴中旱作區秸稈覆蓋量在15 000～18 000 kg/hm2時，能夠協調馬鈴薯全生育期內的土壤水分和養分供給，優化耕層水分和養分環境對馬鈴薯生長的協同作用，從而有利于馬鈴薯產量的提高。因此，綜合考慮水分及土壤養分等因素，秸稈覆蓋對馬鈴薯增產具有顯著優勢，在隴中旱作區有較大的推廣應用前景。