不同覆盖方式对旱地马铃薯产量和水分利用效率的影响

纪晓玲，张静，乔文远，刘建华，雷锦银，张雄

（1.榆林学院生命科学学院，陕西榆林719000；2.榆林市横山县农技服务中心，陕西横山719100）

不同覆盖方式对旱地马铃薯产量和水分利用效率的影响

纪晓玲1，张静1，乔文远2，刘建华2，雷锦银2，张雄1

（1.榆林学院生命科学学院，陕西榆林719000；2.榆林市横山县农技服务中心，陕西横山719100）

为研究秸秆和地膜覆盖栽培对马铃薯产量和水分利用效率的影响，旨在筛选出陕北黄土丘陵旱作区的最佳覆盖方式。通过2年（2012—2013）的田间定位试验，采用垄膜覆盖（LM）、双沟覆膜（GM）、全膜覆盖（QM）、秸秆覆盖（JG）和露地（CK）5种覆盖栽培方式，分析马铃薯生长、产量、土壤温度、土壤含水量变化。结果表明：（1）JG处理的马铃薯植株生长发育状况，其株高、SPAD值均优于其它处理，表现为株高JG＞CK＞GM＞LM＞QM，茎粗LM＞GM＞CK＞JG＞QM，SPAD值JG＞LM＞GM＞CK＞QM。（2）在整个生育期，地温均值表现为JG＜CK＜LM＜GM＜QM，JG、LM、GM及QM分别较CK提高－0.18℃、0.76℃、1.21℃及1.65℃。（3）全生育期，不同覆盖有增加土壤含水量的作用，均值表现为JG＞QM＞GM＞LM＞CK，JG、LM、GM及QM分别较CK提高17.18%、11.92%、5.65%和16.93%。（4）JG、QM、LM及GM分别比露地栽培平均增产19.75%、8.95%、7.00%及－0.25%，水分利用效率提高16.4%、7.4%、9.15%及1.65%。秸秆覆盖栽培方式是陕北旱作区马铃薯抗旱栽培推荐的栽培方式。

覆盖方式；马铃薯；土壤温度；土壤含水量；水分利用效率；产量

陕西省榆林市横山县横山镇地处黄土丘陵干旱半干旱农业区，属大陆季风气候，降水少，且降水集中，蒸发强烈，干旱和水土流失是马铃薯生产的主要限制因素。提高降水水分利用效率，保证马铃薯稳产增产，增加土壤蓄水保墒能力的农艺节水技术是未来该地区旱作农业的发展方向。研究证明覆盖栽培是应对干旱缺水、提高马铃薯产量的主要措施［1－3］，目前，该地区应用的主要覆盖材料有地膜和秸秆。一方面，地膜覆盖具有明显的增温保墒［4］的作用。研究表明，地膜覆盖可以提高玉米的水分利用效率，增加干物质积累和产量［5］；另一方面，秸秆覆盖起到保水增产的作用。纪晓玲等［6］研究显示，秸秆覆盖较无覆盖的绿豆地温低2.8℃，而且，秸秆覆盖在一定程度上减少了土壤空气与大气的交换，增加土壤含水量［7］。在玉米和小麦栽培上，秸秆覆盖可显著提高玉米和小麦的水分利用效率和产量［8－9］。因此，在陕北旱作区马铃薯抗旱栽培技术的研究中，应注重地膜覆盖和秸秆覆盖对马铃薯土壤温度、水分利用效率和产量的影响，以进一步提高地膜覆盖和秸秆覆盖的保墒和增产效果。截至目前，有关不同覆盖方式对马铃薯产量及水分利用效率的系统研究较为少见。因此，本研究开展不同覆盖栽培方式对马铃薯产量和水分利用效率的影响研究，旨在筛选出马铃薯高产的覆盖栽培保墒方式，为旱地马铃薯高产优质栽培提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2012—2013年在黄土高原丘陵区的横山县横山镇石窑沟村旱地进行。试验区位于北纬37°56′28.46″，东经109°21′46.81″，海拔1 232m，平均气温9.2℃，≥10℃积温3 260℃，无霜期146 d，年降水量446.8 mm，主要集中在7—9月，占总量的60%以上，年蒸发量1 211 mm，年日照时数2 644 h，年无效降水44次，有效降水20次，降水年际变化大，变异系数为0.15，月际变化更大，变异系数最小的9月也高达0.38。供试土壤为黄绵土，试验地耕层土壤有机质含量3.2 g·kg－1，全氮0.3 g·kg－1，碱解氮18.9 mg·kg－1，速效磷6.2 mg·kg－1，速效钾66.0 mg ·kg－1，前茬绿豆，基施尿素150 kg·hm－2、磷酸二铵150 kg·hm－2。供试品种为紫花白，于2012年5月23日和2013年6月9日播种，平均行距50 cm，株距35 cm，密度55 555株·hm－2。

1.2 试验设计

试验共设置5个处理，分别是：（1）全膜覆盖（QM）：双垄面全膜覆盖集雨沟播，垄高10 cm，穴播马铃薯。（2）垄膜覆盖（LM）：垄高15 cm，仅垄上覆盖地膜，膜侧沟播马铃薯。（3）双沟覆膜（GM）：垄高10 cm，垄上“W”型双沟覆膜，“W”沟播马铃薯。（4）秸秆覆盖（JG）：覆盖玉米秸秆，秸秆覆盖量10 000 kg·hm－2，秸秆长度8 cm，于每年的6月30日人工均匀，放置在该处理的小区内。（5）露地（CK）：无覆盖，直接将马铃薯穴播于15 cm土壤中。各处理设三次重复，采用随机区组排列，小区面积21 m2（7.0m×3.0m），6行区，田间管理一致。

1.3 测定方法

（1）土壤水分测定采用烘干称重法，在马铃薯播种前和收获后对各小区0～100 cm土层进行土壤水分测定，以20 cm为一个土层单位取样。

（2）水分利用效率WUE＝产量／（播前100 cm土层土壤贮水量－收获后100 cm土层土壤贮水量＋生育期降水量）。

（3）于马铃薯生长的开花期（7月30日）用直尺测定株高，用游标卡尺测定茎粗，用SPAD－502叶绿素仪测定叶绿素含量。产量测定是在马铃薯成熟后，按小区收获，称取鲜薯重量。

试验数据用Excel计算分析，SPSS13.0进行T检验，各图表中的数据为平均值。

2 结果与分析

2.1 不同覆盖方式对马铃薯生长的影响

在盛花期不同覆盖栽培条件下，马铃薯主要生长指标变化表明（表1），秸秆覆盖处理的马铃薯生长发育性状（2 a均值），如株高和SPAD值均优于其它处理，秸秆覆盖处理茎粗只是高于全膜覆盖处理，而低于垄膜覆盖、双沟覆膜和对照处理。全膜覆盖处理株高、茎粗及SPAD值均最低，垄膜覆盖处理和双沟覆盖处理株高低于对照，但茎粗和SPAD值高于对照。许多研究表明，相比地膜覆盖技术，秸秆覆盖技术具有明显优势。一方面秸秆覆盖可显著降低夏玉米不同生育时期棵间蒸发量，增加土壤含水量［10］，显著增加0～10 cm土层有机碳含量［11］，另一方面具有调温作用，在低温时具有“增温效益”，而高温时则有“低温效应”。两种效益在作物不同生育时期，对其生长均十分有利，可有效地缓解地温剧变对作物造成的伤害［12］。因而，秸秆覆盖可提供马铃薯根系生长的水、肥、气、热环境，从而促进马铃薯地上部分的生长。

2.2 不同覆盖方式对土壤温度的影响

马铃薯是喜冷凉作物，在其生长发育的不同阶段对地温的要求不同。不同覆盖处理对土壤温度（5、10、15、20、25 cm平均值）的影响见表2。2 a马铃薯全生育期各处理地温均值大小为：JG（21.28℃）＜CK（21.46℃）＜LM（22.22℃）＜GM（22.67℃）＜QM（23.11℃），秸秆覆盖、全膜覆盖、垄膜覆盖、双沟覆膜分别比露地栽培高－0.18℃、1.65℃、0.76℃、1.21℃。秸秆覆盖可降低地温，而地膜覆盖有提升地温的作用。马铃薯不同生育阶段对地温的要求不同，马铃薯苗期最适生长温度为17℃～21℃，2012年JG（23.3℃）处理分别低于CK、LM、GM和QM 0.2℃、2.66℃、3.88℃和4.42℃，2013年JG处理地温（23.2℃）最低，分别低于CK、LM、GM和QM 0.3℃、0.7℃、1.6℃和1.8℃。JG处理最接近最适生长温度，有利于茎叶生长。块茎形成期，地温对块茎形成有很大影响，以16℃～18℃对块茎的形成和增长最为有利。2年内，JG处理最接近适宜生长温度，有利于块茎的形成。块茎膨大期和淀粉积累期，日均温以17℃～18℃为宜，超过20℃，块茎生长渐慢。JG处理也比较接近最适生长温度，相对于其它处理，其呼吸作用最低，有利于养分的积累。

表1 不同覆盖栽培对马铃薯株高、茎粗及SPAD值影响Table 1 Effects of different mulching methods on plant height，stem diameter and SPAD value potato under different

表2 不同覆盖栽培下对土壤温度的影响Table 2 Effect of different mulching methods on soil temperature

2.3 不同覆盖方式对土壤水分的影响

马铃薯根系主要分布在0～40 cm内，不同覆盖方式对马铃薯0～40 cm土壤含水量的影响如图1所示。图1表明，在马铃薯全生育期0～40 cm土壤平均含水量表现为：秸秆覆盖＞全膜覆盖＞双沟覆膜＞垄膜覆盖＞露地栽培。秸秆覆盖、全膜覆盖、双沟覆膜、垄膜覆盖，各处理的土壤含水量均高于露地栽培处理，分别较露地栽培高出17.18%、16.93%、11.92%和5.65%。各覆盖方式比露地耕层含水量高的主要原因是由于覆盖物形成了一层保护隔离层，减少了太阳辐射，从而减少了田间的棵间蒸发，起到提高土壤含水量的作用。但不同覆盖方式对土壤含水量的影响是不同的，秸秆覆盖一方面减少田间的棵间蒸发，另一方面有利于雨水的蓄积入渗，使得秸秆覆盖处理土壤水分状况的改善效果最明显，而全膜覆盖、双沟覆膜、垄膜覆盖各处理虽然能减少土壤田间的棵间蒸发，但不利于雨水的入渗，因此QM、GM、LM处理土壤含水量低于JG处理而高于露地栽培处理。不同覆盖方式下土壤含水量整体均呈“S”型变化，土壤水分的变化趋势表现为播种时雨少、风大、蒸发量大，土壤水分最低。由于2012年苗期降水在各生育期中最多，各覆盖方式下的0～40 cm土壤平均含水量较高；2013年苗期降水较少，各覆盖方式的0～40 cm土壤平均含水量变化不明显，块茎形成期各覆盖方式均可提高0～40 cm土壤平均含水量，由于块茎膨大期降水相对减少，且马铃薯处于生长旺盛时期，蒸腾作用较强，导致这一时期0～40 cm土壤平均含水量相对其它时期最少，在淀粉积累期，随着降水量增加，0～40 cm土壤平均含水量逐渐增高。上述分析表明：不同覆盖栽培方式都有一定的蓄雨保墒的作用，由于对降雨、蒸发面大小、作物自身发育阶段所需水量等因素影响，不同覆盖方式下土壤含水量随时间推移出现一定的变化。

图1 不同覆盖栽培下土壤含水量的变化Fig.1 Variations of soil water content under different mulching methods

2.4 不同覆盖方式对产量与水分利用效率的影响

不同覆盖方式的马铃薯产量与水分利用效率见表3。由表3知秸秆覆盖、全膜覆盖、垄膜覆盖及双沟覆膜分别比露地栽培平均增产19.75%、8.95%、7.00%及－0.25%。结合表1、表2及图1综合分析，秸秆覆盖株高、SPAD值及土壤含水量均最优，土壤温度最低，低于对照0.18℃，有利于马铃薯块茎的膨大及淀粉的积累，其产量和水分利用效率达到最大；全膜覆盖使SPAD值及株高降低，土壤温度高于对照1.65℃，不利于马铃薯产量的提高，但其可提高土壤含水量16.93%，垄膜覆盖增加土壤含水量11.92%，土壤温度较对照增加0.76℃，使SPAD值升高，植株降低，旱作区土壤水分的增加，抵消SPAD值、株高降低、土壤温度升高的不利因素，使其增产并提高水分利用效率；双沟覆膜处理是因为在2013年比对照减产2.3%，究其原因，植株比对照降低10.44%、温度升高0.96℃的不利因素导致其减产。

3 讨论

地膜覆盖后，苗期温度增加最明显，块茎形成期至淀粉积累期增温不明显［13－15］。蔡太义等［12］在渭北旱塬试验结果表明，不同量秸秆覆盖玉米处理0～25 cm土层均能起到降温效果，表现为前期大、后期小的变化趋势。秸秆覆盖马铃薯后，可显著调节土壤温度，与对照相比苗期地温降低2.8℃～3.9℃，而其它生育期土壤温度提高0.4℃～1.8℃［16］，有利于马铃薯幼苗生长。本试验条件下，秸秆覆盖后总体地温呈降低的趋势，平均降温0.18℃，其原因是马铃薯是喜冷凉作物，降温使马铃薯植株生长旺盛，地上冠层最大（JG 1600 cm2、LM 1576 cm2、GM 1414 cm2、QM 1245 cm2、CK 1446 cm2），地上群体较为合理；另一方面，秸秆覆盖有稳定地温的作用，其地温在全生育期的变率为6.73℃，较CK（7.5℃）、GM（9.41℃）、LM（8.49℃）、QM（9.71℃）均小，对马铃薯块茎膨大创造了适宜的条件，对提高马铃薯产量奠定了基础。

有研究表明，秸秆覆盖马铃薯后，0～200 cm土壤含水率有所增加［18］。本研究中，不同覆盖方式均能提高0～40 cm土壤含水量，秸秆覆盖处理较其它处理能改善土壤水分状况，减少无效消耗，尤其能提高马铃薯中、后期的土壤含水量。

据研究，地膜覆盖在提高玉米［19］、小麦［20］等耗水量、产量和水分利用效率方面效果显著，秸秆覆盖也可提高马铃薯产量和水分利用效率［21］。

表3 不同覆盖方式产量与水分利用效率Table 3 Yield and water use efficiency under different mulching methods

本研究中，JG、LM、QM、GM较CK，产量和水分利用效率增幅分别为－0.25%～19.75%和1.65%～16.4%。主要原因是秸秆覆盖有抑蒸保墒、降低地温、协调马铃薯耗水和土壤水分分配，在高效用水的同时最大限度保蓄土壤水分，促进马铃薯根系对土壤水分的吸收，促进马铃薯的地上部分和地下部分的生长，延缓马铃薯植株的衰老，而提高水分利用效率。垄膜覆盖和全膜覆盖的土壤含水量均低于秸秆覆盖，且在生育后期，垄膜覆盖和全膜覆盖下，土壤温度均高于秸秆覆盖和露地栽培。本研究显示，地膜覆盖在马铃薯生育后期，土壤温度较高，不利于马铃薯块茎淀粉积累［17］和产量增加。此外，本研究中，双沟覆膜产量低于对照，这是由于马铃薯块茎膨大期和淀粉积累期土壤水分含量均最低，不利于马铃薯块茎膨大及淀粉积累，对产量造成负面影响。

4 结论

（1）不同覆盖处理马铃薯生长发育状况，表现为株高JG＞CK＞GM＞LM＞QM，茎粗LM＞GM＞CK＞JG＞QM，SPAD值JG＞LM＞GM＞CK＞QM。

（2）不同覆盖处理对土壤温度的影响不同，全生育期，秸秆覆盖、垄膜覆盖、双沟覆膜及全膜覆盖分别比露地栽培平均提高－0.18℃、0.76℃、1.21℃及1.65℃，秸秆覆盖处理有降低地温作用，地膜覆盖可有效提高地温。

（3）不同覆盖方式具有保墒蓄水的能力。土壤含水量JG、LM、GM及QM分别较CK提高17.18%、11.92%、5.65%和16.93%。

（4）不同覆盖方式可提高马铃薯产量（除2013年双沟覆膜减产外）和水分利用效率，2 a均值秸秆覆盖、全膜覆盖、垄膜覆盖及双沟覆膜分别比露地栽培平均增产19.75%、8.95%、7.00%及－0.25%，水分利用效提高16.4%、7.4%、9.15%及1.65%。

两年的系统试验结果表明，在陕北旱作区采用秸秆覆盖马铃薯是可行的。但试验中没有考虑秸秆覆盖土壤肥力和控制土壤侵蚀作用等的影响，今后应对此进行深入试验研究。

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Effects of different mulching methods on yield and water use efficiency of potato

JIXiao-ling1，ZHANG Jing1，QIAO Wen-yuan2，LIU Jian-hua2，LEI Jing-yin2，ZHANG Xiong1
（1.College of Life Science，Yulin University，Yulin，Shaanxi 719000，China；2.Hengshan County Agro－Tech Extension and Service Center，Hengshan，Shaanxi 719100，China）

In order to select the optimal mulching method in the dryland farming of northern Shaanxi Loess Hilly Region，we studied the effects of straw mulching and plastic film mulching on yield and water use efficiency（WUE）of Potato.Through 2 years of fixed field experiment（from 2012 to 2013），we adopted five mulching methods which included ridge mulching（LM），double channels mulching（GM），double ridge mulching（QM），straw mulching（JG）and bare land（CK），and analysed the changes of the growth，yield，soil temperature and moisture of potato.The results showed that：（1）Under the treatment of JG，growth and development status，plant height and the SPAD value of potato were superior to others which showed JG＞CK＞GM＞LM＞QM for plant height，LM＞GM＞CK＞JG＞QM for stem thickness and JG＞LM＞GM＞CK＞QM for SPAD value；（2）In the whole growth period，soil temperature showed JG＜CK＜LM＜GM＜QM，the soil temperature in the treatment of JG，LM，GM and QM were－0.18℃，0.76℃，1.21℃and 1.65℃higher than that in the CK，respectively；（3）In the whole growth stage，different mulching methods could increase soil moisture showed JG＞QM＞GM＞LM＞CK，the soil moisture in the treatment of JG，LM，GM and QM were 17.18%，11.92%，5.65%and 16.93%higher than that in the CK，respectively；（4）The yield in the treatment of JG，QM，LM and GM were 19.75%，8.95%，7.00%and－0.25%higher than that in the CK，respectively，and the WUE were 16.4%，7.4%，9.15%and 1.65%higher than that in the CK，respectively.Straw mulching was selected as the best dryland farming cultivation method in the dryland farming of northern Shaanxi loess hilly region.

mulching method；potato；soil temperature；soil moisture；water use efficiency；yield

S532；S318

A

1000-7601（2016）06-0058-05

10.7606／j.issn.1000-7601.2016.06.09

2016-01-04

陕西省科技计划项目“特色杂粮杂豆高效安全生产技术研究与开发”（2012K01－09）；榆林市科技计划项目（2013zx19）；陕西省教育厅专项科研计划项目“绿豆集雨补灌水分高效利用生理机制研究”（15JK1848）

纪晓玲（1969—），女，陕西定边人，副教授，硕士，主要从事农业节水技术研究。E-mail：yljixiaoling＠126.com。

张雄（1970—），男，陕西榆林人，教授，博士，主要从事农业节水研究工作。E-mail：yulingzhang2007＠126.com。