西北沿黄灌区地膜覆盖和套作对土壤水热特征及马铃薯产量的影响

谭雪莲，郭天文，刘高远

（1.甘肃省农业科学院旱地农业研究所，甘肃兰州 730070；2.甘肃省水资源高效利用重点实验室，甘肃兰州 730070；3.甘肃省农业科学院，甘肃兰州 730070）

西北沿黄灌区地膜覆盖和套作对土壤水热特征及马铃薯产量的影响

谭雪莲1，2，郭天文2，3，刘高远1，2

（1.甘肃省农业科学院旱地农业研究所，甘肃兰州 730070；2.甘肃省水资源高效利用重点实验室，甘肃兰州 730070；3.甘肃省农业科学院，甘肃兰州 730070）

在西北沿黄灌区，以马铃薯-大豆套田为研究对象，研究了地膜覆盖与套作对土壤水热效应和马铃薯产量的影响。结果表明，在马铃薯块茎增长期和成熟期，地膜覆盖马铃薯单作的土壤含水量显著高于套作。马铃薯各生育期，地膜覆盖马铃薯单作土壤温度显著高于套作。不同地膜覆盖马铃薯套作大豆的土地当量比（LER）均大于1。黑色地膜覆盖比透明地膜覆盖马铃薯水分利用效率提高了11.3%，产量提高了5.1%，且在一定程度上降低了马铃薯生育期土壤温度，有利马铃薯植株的生长及提高马铃薯产量，可作为西北沿黄灌区的马铃薯优化栽培方式。

薯豆套作；地膜覆盖；土壤水热效应；产量

覆盖栽培作为一种重要的旱作农业抗旱栽培手段，在旱作农业区被广泛推广应用，但目前关于不同颜色地膜覆盖对土壤理化特性的影响还少有报道。间套作技术在生产中已得到广泛应用［1～6］，但将覆盖技术集成到间套作体系中，通过改变耕作方式和覆盖方式降低间套作群体耗水量，同时提高区域土地持续产出率，还缺乏理论探讨［7～12］。为此，我们在西北黄土高原沿黄灌区，以马铃薯套作大豆为研究对象，分析黑色地膜和透明地膜覆盖对马铃薯与大豆套作体系水资源利用效果和土壤温度的变化规律，以期为区域作物生产结构调整与农田水土资源高效利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料

指示马铃薯品种为克新2号，大豆品种为冀豆17。

1.2 试验区概况

试验于2011年在沿黄灌区甘肃省会宁县郭城镇红堡子村长期定位试验田进行。当地海拔1 536 m，年平均气温6.7℃，年均降水量320 mm，年蒸发量1 600 mm，≥10℃有效积温2 400℃，年日照时数为2 500～2 800 h，光能资源丰富，适合发展间作套作。土壤为灰钙土，耕层土壤含有机质9.8 g/kg、速效氮17.3 mg/kg、速效磷20.6 mg/kg、速效钾95.2 mg/kg。马铃薯生育期降水量为89.3 mm，平均温度20.4℃。马铃薯播种到成熟期的温度和降水量如图1。

图1 马铃薯全生育期降水和气温变化

1.3 试验方法

试验分黑色地膜覆盖和透明地膜覆盖2种方式，马铃薯套作大豆、马铃薯单作、大豆单作3种栽培模式，共5个处理，3次重复，15个小区，小区面积40 m2。试验设计见表1，灌溉方案见表2。栽培模式总带幅150 cm，其中100 cm起垄覆膜种马铃薯，垄高30 cm。2011年3月20日穴播马铃薯，每垄2行，行距45 cm，穴距33 cm，密度47 625穴/hm2。大豆带幅50 cm，种2行，4月15日播种，行距40 cm，密度为15万株/hm2。其余田间管理同当地大田。马铃薯于7月30日收获，大豆于10月6日收获。

表1 试验设计

1.4 测定项目及方法

1.4.1 土壤含水量分别于马铃薯苗期、块茎形成期、块茎增长期、淀粉积累期、成熟期用烘干法测定0～120 cm土壤含水量，共分6个层次，分别为0～20、20～40、40～60、60～80、80～100、100～120 cm。

土壤含水量WS（%）＝［（W1-W2）/（W2-W3）］100%

式中，W1为湿土加铝盒重；W2为干土加铝盒重；W3为空铝盒重。

1.4.2 土壤耗水量ET=BFW-HAW+P+1，式中，BFW为播前贮水量，HAW为收获后贮水量，P为生育期降水量，1为灌水量。

1.4.3 地温每小区安置1套曲管地温计，在马铃薯不同生育期用地温计测定0～25 cm地温，测定6个土壤层面地温（0、5、10、15、20、25 cm）。

1.4.4 产量及其构成因素成熟期马铃薯、大豆分别按小区收获计产。马铃薯成熟期每小区随机取10株进行室内考种，测定统计株高、穴薯数、穴薯重、最大鲜薯重、大薯数（≥150 g）、中薯数（50～150 g）、小薯数（≤50 g）。

1.4.5 土地当量比土地当量比（Land Equivalent ratio，LER）常被用来衡量间作产量优势，被定义为获得与间作相同产量所需的单位土地面积。

LER＝YAic/YAsc+YBic/YBsc

式中Aic和Bic分别代表间作中作物A和B的产量，Asc和Bsc分别代表单作中作物A和B的产量。当LER＞1时，表明间作比单作利用更多的资源满足作物生长，当LER＜1时，单作比间作更有效利用资源［13］。

表2 不同种植模式的灌溉方案m3

1.4.6 作物水分利用效率（WUE）作物水分利用效率为作物消耗单位水量生产出的经济产量（籽粒产量），其表达式为：WUE=y/ET，式中，y为单位面积的经济产量，ET为作物全生育期的耗水量［14］。

1.5 数据分析

数据采用DPS 6.5软件进行方差分析和LSD法多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同处理马铃薯土壤含水量动态变化

如表3所示，单作马铃薯0～120 cm土层平均土壤水分含量皆高于套作，全生育期BI土壤水分含量较BM降低1.43百分点；CI土壤水分含量比CM降低1.71百分点。马铃薯块茎增长期、淀粉积累期及成熟期BM和BI以及CM和CI均差异显著。黑膜覆盖比透明膜膜覆盖处理土壤水分含量有所提高，但差异不显著。

2.2 不同处理马铃薯各生育期土壤耗水量变化

如图2所示，马铃薯各物候期以块茎增长期耗水量最大，与淀粉积累期和成熟期间均差异显著（P＜0.05），块茎增长期耗水量比淀粉积累期和成熟期分别提高了73.7%和114.0%。且块茎增长期BI比BM耗水量增加了0.7%，CI比CM耗水量增加了5.1%。说明套作处理促进了马铃薯植株的旺盛生长，增加了马铃薯根系对水分的需求量，同时随着大豆植株的生长，提高了作物耗水量。马铃薯块茎形成期和块茎增长期，与透明地膜覆盖相比，黑色地膜覆盖平均耗水量分别增加了2.8%和2.0%。

图2 马铃薯各生育期不同处理耗水量

2.3 不同处理马铃薯各生育期土壤温度动态变化

由表4可以看出，马铃薯全生育期透明膜覆盖比黑膜覆盖土壤0～25 cm平均土层温度提高了0.45℃，由于黑膜在阳光照射下，本身增温快，但传给土壤的热量较少，故增温作用不如透明膜。全生育期BI比BM平均土壤温度降低了2.20℃，CI比CM平均土壤温度降低了1.90℃，差异达显著水平。块茎增长期、淀粉积累期和成熟期，BM比BI温度提高了1.92～3.62℃，CM比CI温度提高了1.88～2.80℃。马铃薯块茎形成期到成熟期，马铃薯和大豆均处于旺盛生长阶段，地表覆盖度大，大大提高了作物对光能的截获强度，投射到地表的光能减少，从而导致土壤温度降低。

2.4 不同处理对马铃薯产量构成因素的影响

不同种植方式对马铃薯产量构成有显著影响（表5）。黑膜覆盖马铃薯的株高、穴薯重和最大鲜薯重均显著高于透明地膜覆盖（P＜0.05）。与透明地膜覆盖相比，黑膜覆盖的马铃薯平均株高高9.85 cm，穴薯重增加150 g，最大鲜薯重增加105 g，大薯率提高5.5百分点。BM较BI马铃薯株高高12.7 cm，穴薯重增加60 g，最大鲜薯重增加180 g，大薯率提高9.0百分点。CM较CI马铃薯株高增加14.6 cm，穴薯重增加60 g，最大鲜薯重增加10 g，大薯率提高10.0百分点。说明穴薯重、最大鲜薯重、大薯率直接影响着马铃薯的产量。套作马铃薯和单作马铃薯株高、穴薯重、最大鲜薯重、大薯率差异显著，单作较套作马铃薯平均株高高13.65 cm，穴薯重增加60 g，最大鲜薯重增加95 g，大薯率提高9.5百分点。

表3 马铃薯各生育期不同处理0～120 cm土层土壤含水量%

表4 马铃薯各生育期不同处理土壤温度变化℃

表5 不同处理对马铃薯产量构成的影响

2.5 不同处理的土地当量、产量及水分利用效率

统计分析结果（表6）表明，黑膜覆盖和透明膜覆盖马铃薯套作大豆的土地当量比（LER）均大于1，说明2种膜色覆盖马铃薯套作大豆均可提高土地利用率。黑膜覆盖马铃薯比透明膜覆盖马铃薯平均产量提高了5.1%，WUE提高了11.3%。马铃薯黑膜覆盖下，BI产量较BM降低了0.3%，BI大豆的产量较SM降低了36.3%。透明地膜覆盖下，CI马铃薯产量较CM降低了1.0%，大豆产量较SM降低了29.8%。说明套种中起主要增产作用的组分作物为马铃薯，对复合套作群体的增产潜力影响较大。地膜覆盖马铃薯单作比地膜覆盖马铃薯套作产量增加了0.7%，WUE降低了11.7%，BI比BM的WUE提高了10.3%，CI比CM的WUE提高了16.6%。

表6 不同种植模式土地当量比及对水分利用效率的影响

3 小结与讨论

1）西北黄土高原沿黄灌区，采用黑膜和白膜覆盖马铃薯套作豆科作物（大豆）的土地当量比（LER）均大于1。马铃薯块茎增长期黑色地膜覆盖马铃薯0～25 cm地温、0～120 cm土层土壤含水量均低于透明地膜覆盖。黑色地膜覆盖比透明膜覆盖马铃薯的水分利用效率提高了11.3%，产量提高了5.1%。黑色地膜覆盖马铃薯套作大豆马铃薯产量较黑色地膜覆盖马铃薯单作降低了0.3%，大豆产量较露地单作降低了36.3%。透明膜覆盖马铃薯套作大豆马铃薯产量较透明地膜覆盖马铃薯单作降低了1.0%，大豆的产量较露地单作降低了29.8%。套种中马铃薯对复合套作群体的增产潜力影响较大。可见，采用豆科作物（大豆）与当地主栽作物马铃薯套种种植集成的黑色地膜覆盖技术，可以实现作物高产。、

2）水分短缺是西北黄土高原干旱半干旱地区农业发展的主要限制因子，因此调整种植结构，采用合理的种植方式成为农业可持续发展首待解决的问题。豆科作物与非豆科作物间作可以明显提高土地、光、热的利用效率，增加农作物产量［15～17］。本研究中，马铃薯生育期覆膜单作土壤温度显著高于覆膜套作，可能原因是马铃薯套作大豆后，改善了马铃薯土壤微生态环境，作物地上部生长旺盛，增加了地表的覆盖度，作物叶片对光的捕获和利用率大大提高，削弱了太阳光对地表的日照射度，使土壤温度下降，而较低的地温为马铃薯生长提供了适宜的环境条件，从而有利于产量形成。

3）在马铃薯生育期中，马铃薯覆膜套作的土壤含水量下降比覆膜马铃薯单作快，尤其是在马铃薯块茎增长期至淀粉积累期下降最快。由于马铃薯和大豆生态位的差异，马铃薯在整个生育期中都存在着与大豆对土壤水分的强烈竞争，块茎增长期至淀粉积累期，大豆正处于结荚鼓粒期，对水分的竞争最为激烈，因此，套作使作物体系耗水

量增加，土壤水分含量减少。这与前人关于豆科作物与玉米及大麦间作中“间作玉米及大麦土壤含水量低于单作玉米及大麦”的结论一致［18～19］。4）在西北旱作区，地膜覆盖栽培已作为农田保墒增产的一项重要措施，不同覆盖栽培类型均可通过改变土壤地表状况，阻隔土壤与大气的热交换，影响土壤温度变化，抑制土壤水分蒸发，提高土壤表层温度，最终提高作物产量［20～21］。本研究结果表明，马铃薯块茎增长期，黑膜全膜覆盖马铃薯地温低于透明地膜全膜覆盖，有利于马铃薯生长，对植株长势和根茎的增长有明显促进作用，加大对土壤水分的耗散，进而导致黑色地膜覆盖的土壤含水量比透明地膜高。覆膜套作与单作相比，覆膜套作耗水量增加，水分利用效率高于单作，这一结论与玉米水分利用效率、产量和产量构成因素间的关系一致［22～23］。说明水分利用效率的改善是提高作物产量的最佳途径［24］。

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（本文责编：陈伟）

Effects of Plastic Mulching and Intercropping on Dynamics of Temperature and Humidity，andPotatoYieldinNorthwest AlongYellowRiver Irrigation Areas

TAN Xue-lian1，2，GUO Tian-wen2，3，LIU Gao-yuan1，2
（1.Institute of Dryland Agriculture，Gansu Academy of Agricultural Sciences，Lanzhou Gansu 730070，China；2.Key Laboratory of Efficient Utilization of Water in Dry Farming，Lanzhou Gansu 730070，China；3.Gansu Academy of Agricultural Sciences，Lanzhou Gansu 730070，China）

The field of potato（Solanum tuberosum L）and soybean（Glycine max）interplanting is used to study the effects of plastic film mulching and intercropping on potato soil temperature，humidity and yield.The result shows that soil water content of plastic-film mulching monoculture cropping potato is significantly higher than that of intercropping in stage of tuber bulking，and maturity of potato.The soil temperature of monoculture is significantly higher than that of intercropping in every growing period of potato. LER of potato and soybean interplanting of different plastic-film mulching is more than 1.Compared to transparent plastic-film mulching plastic-film mulching，WUE and yield of black plastic-film mulching plastic-film mulching in potato increased by 11.3%and 5.1%，and reduced soil temperature of growth period，promoted plant growth and yield，as well as best tillage modes in Northwest Along Yellow River Irrigation Areas.

Potato and soybean intercropping；Mulching；Soil temperature and humidity；Yield

S532；S344.3

A

1001-1463（2015）03-0006-05

10.3969/j.issn.1001-1463.2015.03.003

2014-12-18

国家自然科学基金（41161042）；甘肃省干旱生境作物学重点实验室—省部共建国家重点实验室培育基地开放基金（GSCS-2012-13）资助

谭雪莲（1979—），女，吉林桦甸人，助理研究员，主要从事作物抗旱生理研究。E-mail：tanxuelian_2002@163. com

郭天文（1963—），男，山西山阴人，研究员，主要从事土壤及土壤环境、旱地农业等方面的研究工作。E-mail：guotw11@sohu.com