不同集雨方式對旱作區馬鈴薯農藝性狀及產量的影響

摘 要：寧南山區馬鈴薯種植主要采用起壟覆膜的栽培模式，但由于地膜的阻隔，降雨直接從壟面流向壟溝，導致水分利用率低，影響馬鈴薯產量。針對旱作區馬鈴薯生產中自然降水利用率低的問題，以青薯9號為材料，采用隨機區組試驗設計，設置了傳統起壟覆膜（CK）、壟面集雨覆黑膜（T1）和壟面集雨覆滲水膜（T2）3種集雨方式，測定了3種集雨方式對馬鈴薯土壤含水量、酶活性和馬鈴薯農藝性狀及產量的影響。結果表明，壟面集雨覆黑膜和覆滲水膜的種植方式均可提高馬鈴薯土壤含水量和土壤酶活性，改善馬鈴薯農藝性狀，從而增加產量。其中，壟面集雨覆黑膜處理的產量最高，達1 543.16 kg·667 m-2，較CK提高了44.04%，比覆滲水膜更有效地增加產量。綜上所述，壟面集雨覆黑膜的種植方式優于覆滲水膜，可以提高水分利用率，這為馬鈴薯高產高效栽培提供了參考依據。

關鍵詞：馬鈴薯；集雨；土壤含水量；土壤酶活性；農藝性狀；產量

中圖分類號：S532 文獻標志碼：A 文章編號：1673-2871（2024）10-111-07

收稿日期：2024-01-12；修回日期：2024-04-04

基金項目：寧夏回族自治區重點研發計劃項目（2022BBF02002）

作者簡介：張天賜，男，副研究員，研究方向為農業信息與農業科技等。E-mail：879443086@qq.com

通信作者：陳彥云，男，研究員，研究方向為馬鈴薯資源利用及開發等。E-mail：nxchenyy@163.com

Effects of different rainfall-harvesting patterns on agronomic traits and yield of potato in dryland areas

ZHANG Tianci1， LI Sixuan2， CHEN Yanyun2

（1. Ningxia High-tech Entrepreneurship Service Center， Yinchuan 750000， Ningxia， China; 2. School of Life Science， Ningxia University， Yinchuan 750021， Ningxia， China）

Abstract：Potato cultivation in the Ningnan mountainous area mainly adopts the cultivation mode of ridge covering and film mulching. However， due to the barrier of the film mulching， rainfall flows directly from the ridge surface to the furrow， resulting in low water utilization and affecting potato yield. To address the problem of low water utilization of natural precipitation in potato production in dryland areas， QS9 was used as the material， and a randomized block experiment design was adopted to set up three rain harvesting modes， namely， traditional ridge cover film（CK）， rain catchment on the ridge covered by black film（T1） and rain catchment on the ridge covered by water seepage film（T2）. The effects of the three rain harvesting modes on potato soil water content， enzyme activity， and agronomic traits of potato as well as potato yield were determined. The results showed that both rain-fed black film and water-permeable film planting methods could increase the soil water content and enzyme activity of the potato soil layer， improve the agronomic properties of potato， and thus increase the yield. The yield of rain-fed black film was the highest， reaching 1 543.16 kg·667 m-2， which was 44.04% higher than CK， and more effective in increasing yield than the water-permeable film. In conclusion， the planting method of rain-fed black film on ridges is superior to that of water-permeable film， and can improve the water utilization rate， which provides a practical reference for high-yield and high-efficiency cultivation of potato.

Key words： Potato; Rainfall-harvesting; Soil water content; Soil enzyme activity; Agronomic trait; Yield

馬鈴薯是新世紀我國最有發展潛力的高產經濟作物之一，素有“地下蘋果”和“第二面包”之稱[1]，寧夏是我國馬鈴薯主要產區之一[2]，根據寧夏馬鈴薯產業發展規劃，到2024年，全區馬鈴薯種植面積9萬hm2，種植地區主要集中在寧南山區，是當地主要的種植作物和經濟作物[3]。寧南山區屬于干旱地區，該區無灌溉條件，依靠自然降雨，屬于典型的雨養農業區。隨著馬鈴薯主糧化戰略的提出，人們也在研究提高馬鈴薯產量的措施，其中，覆膜栽培技術被大量采用[4]。

傳統起壟覆膜栽培集合了壟作與覆膜兩種技術的優點，是將地面修整成壟臺，并將地膜覆蓋于壟臺之上，在雙壟之間種植作物的栽培方式，在提高作物水分利用效率、保持地溫等方面具有更好的效果[5]。近年來，這項技術在諸多作物上都有廣泛應用。但調查發現，在馬鈴薯生育期，由于地膜的阻隔作用，起壟覆膜種植技術不能充分地蓄積自然降水，對于一些降雨量小的有效降水，雨水從壟面流向了壟溝，造成壟內土壤水分遠少于壟溝土壤，使有效降雨利用率降低，對無效降水更無法利用。對補充地下水、支持農作物生長發育等生態效應沒有明顯效果，因而不能充分、有效地利用降水[6]。目前，多數研究集中于不同起壟方式地膜栽培對馬鈴薯集雨保墑效果及產量的影響方面[7-9]，而筆者針對不同種類的壟面集雨覆膜對馬鈴薯土壤含水量、酶活性、農藝性狀及產量的影響展開研究。

筆者通過創新起壟覆膜壟面微集雨技術，采用微集雨面代替傳統壟面，將傳統的起壟覆膜改造為壟面微集雨覆膜，并采用不同種類地膜覆蓋。以期該技術可將無效降雨量轉變為有效降雨量，將水分蓄積在壟內，從而提高土壤水分含量，促進土壤酶活性，提高土壤速效養分含量，促進馬鈴薯生長。本研究的目的是探索適于旱作區馬鈴薯微集雨種植方式，以提高自然降水的利用效率，并促進馬鈴薯種植技術的進一步發展。通過這項研究為提高旱區馬鈴薯產量提供理論依據和技術支持。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗于2022年4月在寧夏回族自治區海原縣海城鎮堡子村進行，該試驗地屬溫帶半干旱大陸性氣候，海拔高度1 891.48 m，日照充足，晝夜溫差大，干旱少雨，年蒸發量為1 748.9 mm，年無降水量286 mm，年平均氣溫8.1 ℃，年無霜期為149～181 d，試驗區土壤類型為黃綿土，質地為砂壤土。

1.2 試驗設計

試驗采用寧夏南部山區廣泛種植的馬鈴薯品種青薯9號，是由寧夏馬鈴薯工程技術研究中心提供的脫毒原種。試驗采用隨機區組設計，設置3個處理，分別為處理1：微集雨壟面+覆蓋黑色地膜（T1），人工起壟，壟高15～20 cm，壟底寬80 cm，壟面寬40 cm并做成凹型面，壟溝寬40 cm，每壟種植2行，壟面覆蓋黑色地膜，播種20 d后壟面均勻覆蓋3～5 cm厚碎土并在凹面中間每隔50 cm打一滲水孔，平均行距60 cm，株距45 cm；處理2：微集雨壟面+覆蓋滲水地膜（T2），人工起壟，壟高15～20 cm，壟底寬80 cm，壟面寬40 cm并做成凹型面，壟溝寬40 cm，每壟種植2行，壟面覆蓋滲水地膜，播種20 d后壟面均勻覆蓋3～5 cm厚碎土，平均行距60 cm，株距45 cm；處理3：傳統起壟覆膜（CK），人工起壟，壟高15～20 cm，壟底寬80 cm，壟面寬40 cm，壟溝寬4f4a8fc13b57de21cb51981f4bc1325b885e9902c6edceeae256515d19e1735140 cm，每壟種植2行，壟面覆蓋黑色地膜，播種20 d后壟面均勻覆蓋3～5 cm厚碎土，平均行距60 cm，株距45 cm。每個處理3次重復。各小區長度為10 m，田間管理保持一致，施肥量為氮肥18.2 kg·667 m-2，磷肥（P2O5）13.6 kg·667 m-2，鉀肥（K2O）10.7 kg·667 m-2。生長期間，根據具體情況防治早疫病、晚疫病3次，人工除草3次。

在2022年4月22日播種，于10月6日收獲。分別在5月21日（幼苗期）、6月28日（塊莖形成期）、7月31日（盛花期）和10月6日（收獲期）采集土樣。每個小區采用五點取樣法，在0～20 cm和＞20～40 cm的耕作層分別取土樣，將其無菌密封帶回實驗室，并經過2 mm篩網過濾后用于測定土壤酶活性。

1.3 測定指標與方法

1.3.1 土壤含水量的測定 采用烘干稱質量法測定土壤含水量[10]。

1.3.2 土壤酶活性測定 采用苯酚鈉-次氯酸鈉比色法測定土壤脲酶活性[11]，采用KMnO4滴定法測定過氧化氫酶活性[12]。

1.3.3 馬鈴薯農藝性狀及產量測定 在馬鈴薯收獲期測定小區馬鈴薯產量，并在每個小區隨機取樣10株，測定馬鈴薯株高、莖粗、分莖數、單株結薯數、單株薯質量及商品率。馬鈴薯株高、莖粗采用定株法測定，株高測定時測量自然株高，莖粗用游標卡尺測量馬鈴薯主莖下部粗度，稱量馬鈴薯單株大薯（單薯質量>150 g）、中薯（75 g<單薯質量≤150 g）、小薯（單薯質量≤75 g）質量，計算商品薯率（單薯質量≥150 g）。計算出馬鈴薯單株的平均產量，然后根據種植密度計算出667 m2產量[13]。

1.4 數據處理

使用Microsoft Excel 2019和 Origin 2021進行圖表繪制，并使用SPSS 27.0進行數據處理，并用origin 2021制作相關系數熱圖。對同一生育期內不同處理和不同土層的各項指標使用單因素方差分析（LSD）進行差異性檢驗。

2 結果與分析

2.1 不同微集雨方式對馬鈴薯土壤含水量的影響

由圖1-a可知，馬鈴薯塊莖形成期土壤含水量整體隨土層深度的增加呈增加趨勢。0～20 cm土層各處理間土壤含水量的差異最大，＞20～100 cm土層各處理間土壤含水量差異相對較小。其中，0～20 cm土層中，T1處理下的土壤含水量顯著高于CK，較CK提高了23%；60～80 cm土層中T1處理下的土壤含水量最高，為11.54%，相比CK顯著提高11.18%。

由圖1-b可知，馬鈴薯盛花期土壤含水量隨土層深度的增加同樣表現為增加的趨勢。0～60 cm土層含水量均表現為T1顯著高于CK，其中＞60～80 cm土層T1處理下的土壤含水量最高，為12.46%，較CK顯著提高15.80%。

由圖1-c可知，馬鈴薯收獲期土壤含水量隨土層深度的增加整體呈下降趨勢。其中，＞20～40 cm土層T1處理下的土壤含水量最高，為9.78%，較CK顯著提高15.33%。

2.2 不同微集雨方式對馬鈴薯土壤酶活性的影響

2.2.1 不同微集雨方式對馬鈴薯土壤脲酶活性的影響 由圖2可得，馬鈴薯在整個生育期0～20 cm和＞20～40 cm土層中，土壤脲酶活性基本表現為先上升后下降的變化趨勢。0～20 cm土層中，塊莖形成期以T1處理的脲酶活性最高，高達98.80 mg·g-1·24 h-1，相比CK顯著提高了42.18%；而盛花期土壤脲酶活性整體呈上升趨勢；在收獲期以T1脲酶活性最高，達104.39 mg·g-1·24 h-1，與CK有顯著差異。＞20～40 cm土層中，塊莖形成期T1、T2處理的脲酶活性均顯著低于CK，且與0～20 cm處理組相比呈現一定的下降趨勢；而盛花期土壤脲酶活性以T1處理最高，為21.67 mg·g-1·24 h-1，較CK提高57.49%，達到顯著水平；在收獲期T1處理的脲酶活性最高，為86.17 mg·g-1·24 h-1，較CK有顯著差異。從各個生長時期對土壤脲酶活性的影響來看，T1處理對0～20 cm和＞20～40 cm土層土壤脲酶活性的影響最大，在收獲期可顯著提高馬鈴薯土壤脲酶活性。

2.2.2 不同微集雨方式對馬鈴薯土壤過氧化氫酶活性的影響 由圖3可得，馬鈴薯在整個生育期0～20 cm土層中，土壤過氧化氫酶活性均表現出了先升高后降低的變化趨勢，均在盛花期最高。0～20 cm土層中，塊莖形成期和盛花期T1處理的過氧化氫酶活性最高，分別為6.67 mg·g-1·24 h-1和7.01 mg·g-1·24 h-1，且與CK未達到顯著差異水平；收獲期T1處理的過氧化氫酶活性仍然最高，為6.57 mg·g-1·24 h-1，較CK提高1.70%，達到顯著差異水平。＞20～40 cm土層中，塊莖形成期T1過氧化氫酶活性最高，較CK提高了0.30%；盛花期處理組過氧化氫酶活性均高于CK，其中T2最高，為7.10 mg·g-1·24 h-1，較CK提高4.11%，達到顯著水平；收獲期T2處理的過氧化氫酶活性最高，為6.67 mg·g-1·24 h-1，較CK差異不顯著。從各個生長時期對土壤過氧化氫酶活性的影響來看，與其他處理相比，T1處理有助于提高馬鈴薯0～20 cm土層中的過氧化氫酶活性，在收獲期效果最為顯著；T2處理最有利于提高馬鈴薯＞20～40 cm土層過氧化氫酶活性，各處理對馬鈴薯＞20～40 cm土層過氧化氫酶活性的影響主要體現在盛花期。

2.3 不同微集雨方式對馬鈴薯農藝性狀的影響

由表1可知，T1處理下馬鈴薯株高最高，達75.27 cm，與CK相比提高15.46%，差異達到顯著水平；兩個處理組馬鈴薯莖粗都大于CK，且差異均未達到顯著水平；不同處理下各組馬鈴薯分莖數以T1最高，與CK相比提高9.22%，差異達顯著水平；兩個處理組單株結薯數相較于CK都有增加，且均達到顯著差異水平，其中T1處理最高，相比CK提高61.51%；T1處理下平均單株薯質量最高，為714.80 g·株-1，相比CK提高39.36%，兩個處理組單株薯質量相較于CK都有增加，且均達到顯著差異水平；不同處理下各組商品率以T1最高，與CK相比提高50.50%，各處理組商品率均高于CK組，且與CK均達到顯著差異水平。

綜上所述，T1處理對馬鈴薯株高、莖粗、分莖數、單株結薯數、單株薯質量、商品率6個農藝性狀改善效果均較為明顯，由此可得，T1相比T2在改善馬鈴薯農藝性狀方面效果更好。

2.4 不同微集雨方式對馬鈴薯產量的影響

由圖4可知，2種不同微集雨方式與CK相比均顯著提高了馬鈴薯產量。其中，T1處理的產量最高，為1 543.16 kg·667 m-2，較CK提高了44.04%；T2次之，為1 340.55 kg·667 m-2，與CK相比提高了25.12%，說明T1和T2均可提高馬鈴薯產量，但T1效果更好。

2.5 馬鈴薯產量與農藝性狀及土壤含水量、酶活性的相關性分析

馬鈴薯產量受多種因素綜合影響，為了研究馬鈴薯產量與農藝性狀及土壤含水量、酶活性的相關性，對其進行了Pearson相關性分析。由圖5所示，馬鈴薯產量與土壤含水量、脲酶活性、株高、分莖數、單株結薯數、單株薯質量、商品率7個因素均呈顯著正相關，其中馬鈴薯產量與土壤含水量相關系數最大，為0.97，其次為土壤脲酶活性，相關系數達0.94，與TN（單株結薯數）和PW（單株薯質量）相關系數分別為0.82和0.71，因此，馬鈴薯產量受土壤含水量、脲酶活性和農藝性狀的影響更大。土壤含水量與脲酶活性的相關系數為0.86，脲酶活性與株高、分莖數、單株結薯數、單株薯質量和商品率等農藝性狀的相關系數分別為0.77、0.81、0.95、0.84、0.72。由此可得，土壤含水量對脲酶活性的影響較大。綜上所述，馬鈴薯產量受土壤含水量的影響最大，T1是一種有效提高水分利用效率的旱作集雨方式。

3 討論與結論

3.1 不同微集雨方式對馬鈴薯土壤含水量的影響

土壤水分是植物生長和發育的基本條件，不同的耕作栽培方式對土壤水分產生不同的影響[14]。地膜覆蓋可以有效提升土壤含水量，這已被大量學者論證[15-16]。有研究表明，覆蓋地膜較未覆膜顯著提高了0～100 cm土層的含水量[17]?？讉コ痰萚18]的研究表明，與未覆膜相比，覆膜處理對馬鈴薯30～50 cm土層蓄水效果顯著，土壤含水量較未覆膜高出1.72%～10.30%。本試驗結果表明，壟面集雨覆黑膜與壟面集雨覆滲水膜種植對馬鈴薯0～100 cm土層土壤含水量均有一定的提高作用，這與前人的研究結果一致。從3個時期來看，滲水膜在提高馬鈴薯土壤含水量方面有一定效果，但效果不及滲水孔，因此T1處理對提升土壤含水量效果更顯著。

3.2 不同微集雨方式對馬鈴薯土壤酶活性的影響

脲酶在土壤中有機物質分解和養分循環中發揮著重要作用[19]，主要促進尿素的分解，還能水解其他含鎳金屬酶而被作物根系吸收利用。土壤過氧化氫酶是一種催化過氧化氫分解的酶類，它能夠將過氧化氫分解成水和氧氣，并釋放出大量的能量。由于覆膜栽培會使土壤的溫度、濕度、pH值等發生較大的變化，從而導致土壤酶活性發生變化。研究表明，長期使用地膜覆蓋會抑制土壤酶活性，尤其體現在脲酶等一些可溶性酶類中[20]。但是，一些研究也表明，中短期內使用地膜覆蓋可以提高土壤酶活性[21]。要凱等[22]的研究表明，溝壟覆膜可以有效提高馬鈴薯脲酶、過氧化氫酶活性。本試驗結果表明，與傳統覆膜方式相比，收獲期不同的集雨種植方式對馬鈴薯土層脲酶活性有顯著提升，對過氧化氫酶活性產生了一定的影響，但不夠明顯。不一致的原因可能是土壤水分對脲酶活性影響較大，而對過氧化氫酶活性影響相對較小。此外，壟面覆黑膜種植和壟面覆滲水膜種植都能提高馬鈴薯土壤中的酶活性，這與李旺霞等[23]的研究結果一致。

3.3 不同微集雨方式對馬鈴薯農藝性狀的影響

不同微集雨方式在改善馬鈴薯農藝性狀方面都有一定效果，農藝性狀的改善也意味著作物生長健壯，出苗率高，長勢旺，產量自然也會提升。有研究表明，不同種植模式下馬鈴薯株高、莖粗、單株薯質量以及單株結薯數都有明顯的提高[24]。本試驗結果也證實了壟面集雨的種植方式可改善馬鈴薯農藝性狀，對馬鈴薯植株的生長有積極影響，并且可以提高馬鈴薯的產量和薯塊品質。原因可能是微集雨種植相對于傳統種植能夠更好地減少土壤水分的蒸發流失，起到更好的蓄水作用。此外，微集雨壟面覆膜還可以保護土層溫度，促進馬鈴薯生長。通過對不同處理方法的比較，發現采用壟面集雨覆黑膜種植方法對馬鈴薯的農藝性狀影響效果更好，優于壟面集雨覆滲水膜種植方法。

3.4 不同微集雨方式對馬鈴薯產量的影響

產量是農業生產中的一項重要指標，有研究表明，不同微集雨方式對馬鈴薯產量都有提升作用[25]。在本試驗中，2組處理相較于傳統起壟覆膜方式產量大幅增加，這與耿世杰等[13]的研究結果一致。原因可能是微集雨覆膜種植方式可以同時實現聚集雨水和改善土壤水熱條件的效果。通過這種種植方式，土壤可以變得更加松散，為馬鈴薯的根系和塊莖提供更好的發展空間。相比傳統的起壟覆膜種植方式，微集雨覆膜種植可以提高土壤中的含水量，這有利于馬鈴薯根系的生長和發育。強大的馬鈴薯根系能夠充分吸收土壤中的水分和營養，滿足馬鈴薯植株生長所需，最終實現更高的產量。通過對不同處理方法的比較，發現采用壟面集雨覆黑膜種植方法對馬鈴薯產量提高效果更好，優于壟面覆滲水膜種植方法。

壟面集雨覆黑膜和覆滲水膜的種植方式均可提高馬鈴薯土壤含水量及酶活性，改善馬鈴薯農藝性狀，從而提高產量。綜合考慮各項指標，壟面集雨覆黑膜的種植方式比覆滲水膜效果更好，因此在旱作區種植馬鈴薯時，可以參考壟面集雨覆黑膜的種植方式，以實現高產高效的栽培目標。

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