等高横向聚土垄作对早春马铃薯产量和水分生产率的影响

罗 萍，杨贵宝，王怀义，李 燕，梁淑敏，桑月秋，尹自友 *

(1.个旧市农业技术推广中心，云南 个旧 661000；2.云南省红河州农民科技教育培训中心，云南 蒙自 661199；3.云南省农业科学院经济作物研究所，云南 昆明 650205)

【研究的意义】马铃薯是云南低纬高原山区的主要农作物之一，种植面积48.58万hm2，山区面积占总面积的94 %[1]。该区气候特点冬春干旱，作物需水和自然降水不吻合，水分生产力低，从而降低肥料农学效率，导致产量低而不稳[2-4]。因此，改善种植方式并配合地膜覆盖栽培技术成为同步提高其产量和水分生产率的主要措施[5-8]。通过研究不同种植方式对低纬高原山区早春马铃薯土壤水分生产率的影响[9-10]，可更好地协调马铃薯生长发育对肥料的需求，提高肥料利用率，增加单产，减少环境污染，实现环境友好。【前人研究进展】许多研究认为，地膜覆盖栽培是干旱半干旱少雨区生产力提升的主要驱动力之一[11-14]。1980年代，推广马铃薯地膜覆盖栽培可改善土壤水热状态[15-17]。但长期以来，国内外学者对等高横向聚土垄作地膜覆盖种植方式的研究较少，在云南低纬高原山区早春马铃薯生产区，主要采用传统的顺坡种植及平作种植方式，由于冬春季土壤蒸发量大，因土壤水分蒸腾散失，从而影响马铃薯出苗。此外，马铃薯苗期至开花期正值伏旱期，降水不能有效渗入土壤，导致土壤含水量较低，使马铃薯前期生长受阻。同时，因缺乏科学、规范的种植方式，在马铃薯生产中采用地膜覆盖的种植方式各有不同，导致其产量无法有效提高。【本研究的切入点】目前，国内外对早春马铃薯等高横向聚土单垄地膜覆盖种植方式的研究较少，而云南省个旧市是一个以旱作农业为主的典型的低纬高原喀斯特地貌农业区，山区面积占全市总面积86 %。因此，结合2012年农业部财政专项旱作节水农业等项目的实施，提出早春马铃薯等高横向聚土单垄地膜覆盖种植方式的试验研究，在2012年研究的基础上，2013-2016年连续4年在个旧市贾沙乡进行多年定点试验研究，旨在找到该区干旱缺水、影响早春马铃薯产量的制约因素。【拟解决的关键问题】本研究以低纬高原山区个旧市雨养条件下早春马铃薯等高横向聚土单垄地膜覆盖种植为研究对象，对土壤水分生产率、土壤含水量变化进行监测。分析各因子对早春马铃薯生长及产量的影响，从而获得高产高效的种植技术参数，以此指导当地马铃薯产业健康、持续发展。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2013-2016年连续4年在个旧市贾沙乡石洞坝村小组的试验地进行定点监测。试验地位于东经103°3′59.9111″，北纬23°24.3′3.3911″。土壤为黄棕壤，地面坡度12.1°。年均降水量1100 mm，其中最高降水量1400 mm，最低降水量750 mm。年≥10 ℃的积温5256.1 ℃，年均蒸发量150 mm，无霜期340 d，海拔2214.0 m，梯化程度为坡式梯地。土壤pH值为5.66，容重0.91 g/cm3。1 m，土层平均田间持水率36.5 %～45.6 %, 凋萎含水率15.6 %(以上均为质量含水率)。该试验点地下水埋深5 m以下，其向上补给量可忽略不计[18]。耕层土壤养分含量有机质7.47 %，碱解氮、速效磷、速效钾分别为199.72、37.82、194.82 mg/kg。

1.2 试验设计

试验作物选用马铃薯(合作88号)。

试验设3个处理：T1处理，等高横向聚土单垄地膜覆盖种植；T2处理，等高横向平作半膜覆盖种植；T3处理(CK)，顺坡平作半膜覆盖种植。试验采用顺序排列，3次重复，小区面积40 m2。种植规格：株行距25 cm × 80 cm。每小区10行，每行20株，折合每公顷4.95万株/hm2。2013-2016年均于1月5日种植，施肥方法，全生育期所需肥料量均一次性作底肥施入。施肥配方N∶P∶K=12∶9∶12(纯养分量)，即N 180 kg/hm2，P 135 kg/hm2，K 180 kg/hm2，施肥量折合尿素(N46 %)391.5 kg/hm2，普钙(P2O517 %)793.5 kg/hm2，硫酸钾(K2O50 %)360 kg/hm2。3个处理，除覆膜、种植方式不同外，其他施肥方法、施肥量，农艺措施一致。地膜为0.008 mm聚乙烯吹塑农用地膜。全生育期所需水分来自自然降水。收获时间分别为2013年6月7日，2014年6月9日，2015年6月6日，2016年6月6日。

1.3 观测指标与方法

1.3.1 土壤水分指标 按照全国农技推广服务中心编制的节水模式效益观测与评价方法观察记载，土壤容重、田间持水量采用烘干法(环刀取土)实验室测定，降雨量、平均温、最高温、最低温委托个旧市气象局观测记载，土壤墒情监测(溶积含水量)用TZS-W型农业环境检测仪监测。

播种前作一次墒情监测，即耕作层0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm各层的土壤含水量、土壤容重、田间持水量。从播种时计，每15 d进行1次墒情监测，即每月10日、25日进行墒情监测(0～20、20～40 cm)土层。收获后作1次墒情监测，即耕作层0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm各层的土壤含水量、土壤容重、田间持水量。

表1 马铃薯不同种植模式特征描述

水分生产率WUE为：WUE=Y/ET

(1)

ET=W1+P-W2

(2)

W=m×ρ×H

(3)

式中，Y为马铃薯鲜薯产量(kg) ，ET为全生育期实际耗水量(mm) ，W1为播种前土壤贮水量(mm) ，W2为收获后土壤贮水量(mm) ，P为生育期有效降水量(mm) ，m为土壤质量含水量(%) ，ρ为土壤容重(g /cm3)，H土层厚度(mm) 。

经济效益=总收入-总成本

式中，总收入=收获经济产量×当地平均价格。按收获当日市场价格1.80元/kg计;总成本包括种薯、肥料、农药、地膜、机耕、劳动用工等各项资金投入。

土壤相对含水量(%)=土壤重量平均含水量/田间持水量×100

土壤重量含水量=溶积含水量×校正系数

1.3.2 马铃薯出苗率和形态指标 调查取样，每个小区随机选择2个样点，每个样点5株，每个小区10株进行定点观测。出苗期调查出苗数，计算出苗率。并分别在苗期、现蕾期、开花期、成熟期4个时期调查SPAD值、氮含量和株高。

1.3.3 产量和产量构成 小区产量，计算单位面积产量。每小区 取10 株考种，分析产量构成性状，根据秦舒浩等[19]的分类方法，将单块重量 100 g 以上定为商品薯，100 g 以下为小薯。3 次重复的平均产量作为处理产量。

图1 图1 2013年全生育期耕作层土壤水分动态变化Fig.1 Dynamic change of soil moisture in tillage layer at full growth stage in 2013

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2003和Spss20.0 进行数据处理和分析。

2 结果与分析

2.1 全生育期耕作层水分动态变化

从图1～4可知，通过对2013年1月5日至2016年6月10日，马铃薯4个生育周期不同处理土壤耕层墒情监测数据进行数理统计分析[18-19]，不同处理对早春马铃薯0～40 cm土层土壤相对含水量有显著的影响，不同年度的降水分布与土壤相对含水量密切相关。在较为干旱的1月份(播种至出苗期)各处理土壤相对含水量差异不大。2月以后，T1处理土壤相对含水量极显著高于T3处理(CK)。其中，2013年较T3处理极显著高20 %～54.8 %，2014年较T3处理极显著高11.6 %～49 %，2015年较T3处理极显著高17.2 %～35.9 %，2016年较T3处理极显著高6.8 %～39.6 %。T2处理也显著高于T3处理(CK)3.8 %～40.6 %。研究表明，马铃薯等高横向聚土单垄地膜覆盖种植方法，其土壤相对含水量极显著高于传统的顺坡平作半膜覆盖种植方式。

2.2 不同种植方式降水量与湿润深度变化

从图5～8可知，不同年份降水分布、不同种植方式与土壤湿润深度成正相关[19-20]。在降水极少的1月份各处理间土壤湿润深度差异不大，2015年1月降水量为114.6 mm，在本地区是比较少有的年景。但是，进入2月后，无论是丰水年或平水年，T1处理的土壤湿润深度均显著高于T3处理(CK)2.8～58.1 cm，其中2014年为降水最少年234.5 mm，其T1处理土壤湿润深度较T3处理(CK)相比差异达极显著。T2处理的土壤湿润度低于T1处理而高于T3处理(CK)2.2～36.4 cm。研究表明，采用等高横向聚土单垄地膜覆盖种植技术种植早春马铃薯，可有效拦截雨水，减少地面蒸腾，增加土壤湿润深度，特别是降水欠丰年份尤为明显。

图2 2014年全生育期耕作层土壤水分动态变化Fig.2 Dynamic change of soil moisture in tillage layer at full growth stage in 2014

图3 2015年全生育期耕作层土壤水分动态变化Fig.3 Dynamic change of soil moisture in tillage layer at full growth stage in 2015

图4 2016年全生育期耕作层土壤水分动态变化Fig.4 Dynamic change of soil moisture in tillage layer at full growth stage in 2016

2.3 耕作层土壤养分含量变化分析

图5 2013年不同种植方式降水量与湿润深度变化Fig.5 Variation of precipitation and wetting depth in different planting methods in 2013

图6 2014年不同种植方式降水量与湿润深度变化Fig.6 Variation of precipitation and wetting depth in different planting methods in 2014

图7 2015年不同种植方式降水量与湿润深度变化Fig.7 Variation of precipitation and wetting depth in different planting methods in 2015

图8 2016年不同种植方式降水量与湿润深度变化Fig.8 Variation of precipitation and wetting depth in different planting methods in 2016

图9 2013年耕作层土壤养分含量变化Fig.9 Change of soil nutrient content in tillage layer in 2013

从图9～12可知，2013-2016年4个生育周期，各年度T1和T2处理收获后0～40 cm耕作层有机质、碱解氮、速效钾均极显著高于T3处理(CK)(播种前)。其中，T1处理耕作层有机质较T3处理增加1.55 %～1.57 %，较播种前增0.13 %～0.59%；碱解氮T1处理较T3处理增109.56～139.51 mg/kg ，较播种前增41.72～71.67 mg/kg；速效钾T1处理较T3处理增147.3～210.66 mg/kg，较播种前增117.06～180.42 mg/kg；速效磷T处理1较T3处理增12.6～20.32 mg/kg，较播种前增12.7～20.22 mg/kg。研究表明，马铃薯等高横向聚土单垄地膜覆盖种植方法，可有效减少土壤养分流失，具有聚集土壤养分的作用。

图10 2014年耕作层土壤养分含量变化Fig.10 Change of soil nutrient content in tillage layer in 2014

图11 2015年耕作层土壤养分含量变化Fig.11 Change of soil nutrient content in tillage layer in 2015

图12 2016年耕作层土壤养分含量变化Fig.12 Change of soil nutrient content in tillage layer in 2016

2.4 不同处理对商品薯及主要指标的影响

从表2可知，2013-2016年4个生育周期，T1处理和T2处理SPAD值、株高、出苗率、商品薯率、单株结薯数、单株产量均高于T3处理(CK)。其中，SPAD值苗期T1处理较T3处理高6.3～7.1；现蕾期T1处理较T3处理高6.4～8.7；开花期T1处理较T3处理高10.0～10.7；成熟期T1处理较T3处理高7.7～8.9。株高，苗期T1处理较T3处理高5.4～6.3 cm；现蕾期T1处理较T3处理高9.4～11.9 cm；开花期T1处理较T3处理高12.2～14.5 cm；成熟期T1处理较T3处理高12.4～15.0 cm。出苗率， T1处理较T3处理高19.6 %～22.3 %。商品薯率，T1处理较T3处理高29.6 %～30.6 %。单株结薯数,T1处理较T3处理高2.2～2.5个/株。单株产量，T1处理较T3处理高0.34～0.38 kg/株。研究表明，等高横向聚土单垄地膜覆盖种植栽培方式，对马铃薯叶绿素含量、株高、商品薯率、单株结薯数、单株产量有明显的提高，而传统的顺坡平作半膜覆盖种植栽培方式，田间植株长势相对较弱，结薯率低，与尤广兰[21]的研究结果一致。

表2 不同处理对马铃薯商品薯及主要指标的影响

注：每列不同大写字母和小写字母分别表示同一年份不同处理在0.01水平上和0.05水平上差异显著，下同。

Note:Different capital letters and lowercase letters in the same column indicated significant differences at 0.01 and 0.05 level, respectively.The same as below.

2.5 不同种植方式耗水量、产量、经济效益与水分生产率分析

从表3可知，2013、2015、2016年3个生育周期，3个处理全生育期耗水量的显著性分析结果，差异不显著。2014年T3处理(CK)耗水量极显著地高于T1处理，而显著高于T2处理。说明在降水偏少的平水年，T1处理种植方式蓄水更强。同时，各年度均为T3处理耗水量最高,在2537.55～3997.5 mm/hm2，较T1处理高430.05～1890 mm/hm2，较T2处理次之。

2013-2016年，T1、T2处理产量均极显著高于T3处理(CK)。其中，T1处理产量为44 239.5～45 676 kg/hm2，较T3处理(CK)增82.69 %～101.3 %。

2013-2016年，T1、T2处理的经济效益均极显著高于T3处理(CK)。其中，T1处理为63 326.1～65 912.7元/hm2，较T3处理(CK)高36 655.2～40 086.9元/hm2，增130.8 %～172.4 %。

2013-2016年，T1、T2处理水分生产率均极显著地高于T3处理(CK)。其中，T1处理水分生产率最高为12.8～21.35 kg /m3，较T3处理(CK)高6.43 %～11.46 %。研究表明，等高横向聚土单垄地膜覆盖种植方式可有效提高水分生产率。

3 讨 论

个旧市早春马铃薯种植，一般在当年12月中旬至翌年1月播种，来年5月下旬至6月初收获。主产区属于低纬高原山地旱作农业区，65 %的耕地种植早春马铃薯，农田水利设施滞后，无灌溉条件，干旱缺水是制约本区域农业生产发展的主要因素。马铃薯出苗至花序形成期对降水量变化十分敏感[3,6]，直接影响马铃薯薯块产量高低。如何提高马铃薯水分生产效益、水分生产率[8,22-23]和单产是农业生产追求的目标。张哲元等[2]覆膜及深松配合措施对玉米生长发育及产量的影响研究表明，覆膜和配合其他农艺措施对土壤水分调节效应非常明显，能够显著提高作物产量。本研究开展的早春马铃薯等高横向聚土单垄地膜覆盖种植方式，以提高其水分生产效益及产量的研究为目的，旨在探索一条提高低纬高原山区早春马铃薯单产的有效途径。

表3 不同种植方式下马铃薯产量、经济效益、水分生产率耗水量

本研究结果表明，等高横向聚土单垄地膜覆盖种植能够明显提高低纬高原山区早春马铃薯的出苗率及苗期、蕾期、花期、成熟期各时期的株高、叶绿素指标SPAD值、单株结薯数、单株产量，对改善土壤耕作层土壤含水量，促进马铃薯生长发育效果明显。覆膜加剧了土壤温度梯度差，在干旱土壤无重力水的情况下，深层水不断向上运动这与王红丽等[24]研究一致。同时，可有效拦截雨水，降低土壤水分蒸发，提高降水入渗和保蓄率[8,22-23]。低纬高原山区种植早春马铃薯，在对水分需求最大的块茎膨大期，本地降水一般不能满足马铃薯生长需要[16]。因此，采用等高横向聚土单垄地膜覆盖种植方法，可有效解决此生产难题。

本研究还发现，试验中未覆膜的顺坡平作的沟面熟土层土壤流失明显，可看到犁底层。而等高横向聚土单垄地膜覆盖种植方法可以拦截雨水、阻止水土流失，由于没有建立沉沙池进行数据采集，有待今后进一步试验研究。

4 结 论

等高横向聚土单垄地膜覆盖种植和等高横向平作半膜覆盖种植方法种植早春马铃薯，与当地传统的顺坡平作半膜覆盖种植方式相比较，可明显促进马铃薯生长发育，提高马铃薯产量和水分生产率、水分生产效益，尤其前者，增产效果明显。研究表明：在低纬高原梯化程度较高的坡式梯地山区种植早春马铃薯，采用等高横向聚土单垄地膜覆盖种植方式可有效的提高马铃薯产量、经济效益和水分生产率。