不同降雨年型下种植密度对旱作马铃薯生长、水分利用效率及产量的影响

侯贤清 牛有文 吴文利 徐金鹏 时 龙 唐少颖 马 旭 李 荣



不同降雨年型下种植密度对旱作马铃薯生长、水分利用效率及产量的影响

侯贤清 牛有文 吴文利 徐金鹏 时 龙 唐少颖 马 旭 李 荣*

宁夏大学农学院, 宁夏银川 750021

为探索宁南半干旱偏旱区覆膜垄作马铃薯合理的种植密度, 于2015和2016年设置37 500、45 000、52 500、60 000、67 500株 hm–25个种植密度, 以当地传统种植密度37 500株 hm–2为对照, 研究不同种植密度对土壤水分、马铃薯生长、水分利用效率及产量的影响。结果表明, 不同种植密度可显著影响马铃薯生育前期和中期0~100 cm层土壤水分状况, 以45 000和52 500株 hm–2处理土壤贮水量最高, 均显著高于37 500和67 500株 hm–2处理。45 000和52 500株 hm–2处理较其他处理均显著提高马铃薯出苗率, 促进马铃薯生育前期和中期的生长, 而在马铃薯生育后期各处理间差异不显著。马铃薯产量和商品率均随种植密度的增加呈先增加后下降的变化趋势, 45 000和52 500株 hm–2处理两年平均降水利用效率分别较37 500株 hm–2处理显著提高15.3%和17.6%, 作物水分利用效率分别提高11.1%和15.0%。通过两年数据拟合函数发现, 在宁南半干旱偏旱区2015年平水年和2016年枯水年, 旱作覆膜垄作马铃薯种植密度为51 187~51 302株 hm–2时, 其水分利用效率和块茎产量最高。

种植密度; 土壤水分; 马铃薯生长; 产量; 水分利用效率; 降雨年型

马铃薯是宁南半干旱区的主要粮食作物, 近年来栽培面积稳定在26.7万公顷[1], 其种植面积占宁夏作物播种面积的50%以上, 产值占当地农民收入的1/4, 对农民增收致富起着决定性作用[2]。自然降水是该地区马铃薯需水的主要来源, 宁南半干旱区年均降雨量350 mm, 年内分布不均, 年际间变化大, 干旱少雨已成为限制该区马铃薯稳产和持续增产的主要瓶颈[3], 减少水分的无效损耗是提高水分利用效率途径之一, 而适宜的马铃薯群体对于马铃薯产量的贡献不能忽视[4]。再加上传统种植方式单一, 种植密度参差不齐, 严重影响马铃薯产量和商品薯率的提高[5]。因此, 在充分利用有限降水的前提下, 选择适宜的种植密度对提高当地旱作马铃薯产量及水分利用效率具有重要的促进作用[6]。

马铃薯产量与种植密度存在一定的依存关系, 种植密度是影响马铃薯产量的重要因素, 对其产量的影响较大[7-8]。余文畅等[9]研究发现, 马铃薯产量与种植密度呈线性正相关, 而赵沛义等[6]报道, 马铃薯产量与种植密度呈开口向下的抛物线关系。在一定范围内, 随着种植密度的加大, 马铃薯的产量也增加, 但商品薯率却有所下降[10]。杨相昆等[11]研究结果表明, 马铃薯产量和单位面积结薯数随种植密度的增大而增加, 单薯重则随密度的增加而减少。因此, 合理的种植密度有利于马铃薯光合产物的累积, 促进根系对水分养分的吸收, 提高单株产量, 密度过低, 单位面积内株数不足将造成减产, 而过高则影响马铃薯的光合作用, 降低其干物质积累, 致使产量下降[12]。

宁南半干旱区农业生态系统受降水的影响, 农业生产完全依赖自然降水, 该地区降雨波动性大、不稳定, 降水量在年际和年内分布不均匀, 出现了不同降水年型, 致使作物产量波动性很大[13-14]。不同降雨年型与作物产量呈显著正相关, 枯水年最低, 平水年居中, 丰水年最高[15]。不同降雨年型年际降水差异很大, 当地作物通过长期生态适应, 形成相对适应的水分环境, 而传统种植密度无法快速提高马铃薯产量和商品薯率, 土地利用率较低, 农民收益不高[8]。刘启等[16]研究发现, 在不同降雨年型下谷子产量均随种植密度的升高而增加, 而枯水年集雨模式中高密度下产量差异不显著。孙仕军等[17]研究表明, 在东北地区依靠自然降雨(325 mm), 适宜种植密度为48 000株 hm–2时, 玉米产量可达12 567.3 kg hm–2。目前有关马铃薯种植密度方面已有不少研究[8,18-20], 然而在宁夏南部半干旱偏旱区开展不同降雨年型下种植密度与旱作马铃薯生长、产量与水分利用特征方面的研究尚鲜见报道。我们在宁夏海原半干旱偏旱区研究不同降雨年型下种植密度对土壤水分、马铃薯生长、产量及水分利用效率的影响, 以期为该区不同降雨年型下旱作马铃薯合理的种植密度提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验概况

本试验于2015年4月至2016年10月在宁夏海原县树台乡马铃薯特色产业基地进行。该基地位于宁夏南部半干旱区(36°06′N, 105°31′ E), 降水量少, 热量充足、昼夜温差大、蒸发强烈, 属于典型的雨养农业区, 也是马铃薯较为适宜的种植区。年均降水量350 mm, 且季节分布很不平衡, 多集中在7月至9月份, 年均气温6.8℃, 有效积温1638~2600℃ d, 无霜期146 d左右。自然灾害较频繁, 干旱、风沙、冰雹、霜冻、洪水五灾俱全, 其中以干旱危害最严重, 发生频率为春旱57%、夏旱50%、秋旱18%。

2015—2016年马铃薯生育期间(5月至9月)月降水分布情况如图1。根据当地多年平均(365.9 mm)和试验期间年降水量(2015年为338.3 mm, 2016年为246.8mm)可知, 2015年为平水年, 比多年平均降雨量低7.5%; 2016为枯水年, 比多年平均降雨量低32.5%。试验地土壤类型为侵蚀黑垆土。播种前0~30 cm层土壤容重1.34 g cm–3, 含有机质10.3 g kg–1、碱解氮50.0 mg kg–1、速效磷42.6 mg kg–1、速效钾330.0 mg kg–1, pH 8.2。

图1 2015–2016年试验地马铃薯生育期降雨量

1.2 试验设计

采用单因素随机区组设计, 设5个种植密度, 分别为37500 (A)、45 000 (B)、52 500 (C)、60 000 (D)、67 500株 hm–2(E), 以当地传统种植密度37 500株 hm–2(A)作为对照, 各处理4次重复, 小区长8 m, 宽5 m, 随机区组排列。

供试马铃薯品种为青薯9号, 采用宽窄行垄作种植(垄宽60 cm, 沟宽40 cm, 垄高20 cm), 垄上覆盖白色地膜(PE地膜80 cm宽, 0.008 mm厚), 马铃薯种于膜垄两侧, 种薯切块(20~30 g), 播深15 cm。马铃薯分别于2015年5月8日播种, 10月12日收获; 2016年5月1日播种, 10月16日收获。

播种前将尿素(N≥46%) 210 kg hm–2、重过磷酸钙(总P2O5≥46%, 有效P2O5≥44%) 225 kg hm–2、硫酸钾(K2O≥50%) 120 kg hm–2施于地表翻入土壤, 且生长期间追肥、除草等管理措施均相同。追肥于马铃薯生长前期(6月下旬)追施尿素(N≥46%) 90 kg hm–2。研究期间无灌水, 定期人工除草。

1.3 测定指标与方法

1.3.1 土壤水分指标 土壤水分: 在马铃薯播种、苗期、开花、块茎形成、块茎膨大、成熟期, 采用烘干法分别测定0~100 cm层土壤质量含水量, 用土钻(直径0.08 m)每20 cm层取一土样, 3次重复。

土壤贮水量(, mm)[21]:= 10××。式中,为土层深度(cm),是土壤容重(g cm–3),是土壤质量含水量(%)。

作物生育期耗水量(ET, mm)[22]: ET=1-2+。式中,1、2分别为播种前和收获后土壤贮水量(mm),为作物生育期降水量(mm)。

作物水分利用效率(WUE, kg hm–2mm–1)[23]: WUE= Y/ET。式中, Y为作物产量(kg hm–2), ET为作物耗水量(mm)。

降水利用效率(PUE, kg hm–2mm–1)[24]: PUE = Y/P。式中, Y为作物产量(kg hm–2), P为生育期内降雨量(mm)。

1.3.2 马铃薯生长指标 在马铃薯苗期测定每小区出苗率; 在马铃薯苗期至成熟期, 每小区随机选取5株, 分别测定与作物生长状况密切相关的株高和主茎粗。

1.3.3 马铃薯产量 根据吕文河等[25]研究中马铃薯商品薯分级标准, 并结合当地马铃薯鲜薯特征, 单薯质量>150 g薯块为大薯, 单薯质量75~150 g薯块为中薯, 单薯质量<75 g薯块为小薯。马铃薯收获时, 分小区考种和测产, 计算其商品薯率[26]。

1.4 数据处理

采用SAS 8.01统计软件分别对每年试验数据单独做单因素方差分析(one-way ANOVA), 采用Duncan’s新复极差法进行差异显著性检验(<0.05)。Microsoft Excel 2003软件作图。

2 结果与分析

2.1 不同种植密度下马铃薯生育期土壤水分变化

试验开始前供试土壤饱和含水量为38.7%, 田间持水量37.3%, 萎焉系数为9.8%。由图2可知, 两年研究期间, 不同种植密度处理下0~100 cm层土壤贮水量随马铃薯生育期的推进呈先降低后增加的变化趋势, 马铃薯生长前期和中期土壤贮水量不同种植密度处理间差异显著, 而生长后期各种植密度之间差异不显著。2015年马铃薯各生育时期土壤贮水量均高于2016年相应时期, 这是由于2015年马铃薯各生育时期降水量明显高于2016年。

马铃薯生长前期(苗期至开花期), 覆膜垄作种植对土壤的保墒效应可有效改善0~100 cm层土壤贮水量。在马铃薯苗期, 2015年不同种植密度处理对土壤水分的影响不显著; 2016年不同种植密度处理下土壤水分存在差异, 以C和B处理最高, D和E处理次之。这是由于2015年播前土壤水分状况一致, 苗期土壤水分变化较小, 而2016年苗期受覆膜垄作种植模式的影响, 各处理土壤水分存在差异, B、C处理均显著高于对照(A处理) 9.0%、7.6%, 而B和C处理、D和E处理间差异不显著。开花期是马铃薯需水关键期, 各处理土壤水分均有所下降, 其中2016年各处理土壤贮水量降幅较大, 这是由于2016年该阶段无有效降雨补充(阶段降雨量仅4.2 mm)。各处理0~100 cm层土壤贮水量随种植密度的增加先增加后减少。2015年土壤贮水量以C处理最高, 较对照提高8.6%, 而E处理最低, 较对照降低8.5%; 2016年土壤贮水量以B处理最高, 较对照提高6.2%, D和E处理最低, 分别较对照降低6.9%和6.5%。

图2 不同种植密度下马铃薯生育期0~100 cm土壤贮水量

A处理为37 500株 hm–2; B处理为45 000株 hm–2; C处理为52 500株 hm–2; D处理为60 000株 hm–2; E处理为67 500株 hm–2。同一生育期, 不同小写字母表示处理间差异显著(< 0.05)。

A: 37 500 plant hm–2; B: 45 000 plant hm–2; C: 52 500 plant hm–2; D: 60 000 plant hm–2; E: 67 500 plant hm–2.

During the same growing stage, values followed by different letters are significantly different at the 0.05 probability level.

8月中旬至9月初, 马铃薯进入生育中期(块茎形成至膨大期), 作物耗水增加, 2015年8月中下旬由于大量降水的补充(53.0 mm), 使各处理土壤贮水量明显增加, 而2016年8月降水较少(28.7 mm), 各处理土壤水分降至最低。块茎形成期, 由于雨季降雨的补充使各处理土壤水分明显增加, 2015年土壤贮水量为C>B>D>A>E, 其中B和C处理、B和D处理、A和E处理间差异不显著; 而2016年土壤贮水量为B>C>D>A>E, 其中B和C处理、C和D处理、A和E处理间差异均不显著。两年平均土壤贮水量B和C处理分别较对照显著提高8.2%、9.0%。块茎膨大期, 由于2015年和2016年阶段降雨量的不同, 使各处理土壤水分差异显著。2015年各处理土壤贮水量为C>B>A>D>E, 而2016年为B>C>D>A>E。2015年C处理土壤贮水量较对照显著提高9.3%, 而E处理较对照显著降低6.9%; 2016年B处理土壤贮水量较对照显著提高7.4%, 而E处理较对照显著降低5.9%。9月中下旬, 马铃薯进入生育后期(成熟收获期), 由于大量降水的补充, 使各处理土壤水分均得到明显恢复, 不同种植密度处理下土壤贮水量与对照无显著差异。

2.2 不同种植密度对马铃薯出苗率的影响

覆膜垄作种植改善农田土壤水热状况, 马铃薯在苗期耗水较少, 且薯块水分有一定供给作用, 使不同种植密度下马铃薯出苗率存在一定的差异。2015年由于播前土壤水分状况一致, 各处理苗期马铃薯出苗率无显著差异, 表现为C>B>E>A>D; 2016年播种至苗期阶段降水较少, 覆膜垄作种植下土壤水分差异使种植密度对马铃薯出苗率影响显著, 以B处理的出苗率最高、A处理出苗率最低, B、C、D、E处理均显著高于对照(A), 而B和C处理, C和D、E处理差异均不显著。B、C处理出苗率分别较对照显著提高11.5%、10.3% (图3)。这主要由于各处理表层土壤含水量存在显著差异, B、C、D、E处理显著高于A处理, 为马铃薯出苗提高较好的土壤水分条件。可见, 覆膜垄作模式下不同种植密度可影响马铃薯出苗率, 当种植密度达45 000~52 500株 hm–2时, 对出苗率的影响显著。

图3 不同种植密度下马铃薯出苗率

2.3 不同种植密度对马铃薯生长的影响

马铃薯的株高和茎粗是衡量马铃薯生长发育的重要指标。由表1可知, 苗期至块茎形成期马铃薯株高表现出增加趋势, 块茎形成期达到最大, 而到成熟期有所降低, 2015年各处理植株株高均明显高于2016年。2015年苗期植株株高各处理间无显著差异, 而在开花期B、C、D处理均比A处理显著高13.6%、17.2%和11.5%, 以C处理最高; 2016年苗期和开花期株高B处理显著高于E处理, 且B>C>A>D>E。马铃薯生育中期(块茎形成至膨大期), 由于降雨量的不同, 2015年C处理平均株高较A处理显著提高18.6%; 2016年块茎形成期B处理株高显著高于对照23.1%, 而C、D、E和A处理间无显著差异, 块茎膨大期B处理株高较A处理显著提高25.6%, 其他处理无差异。马铃薯生育后期(成熟期), 2015年株高为C>B>D>A>E, 2016年为B>C>A>D>E, 该时期各处理间差异不显著。

马铃薯不同生育阶段其主茎粗各处理间表现出一定的差异, 马铃薯块茎形成期主茎粗达到最高值, 中后期逐渐降低, 由于两年研究期间生育期降雨量差异, 2015年各处理马铃薯主茎粗均高于2016年。在马铃薯开花期, 2015年马铃薯主茎粗为C>B>D>A>E, B、C处理平均主茎粗分别显著高于A处理9.6%和20.8%; 2016年为B>C>D>E>A, B、C处理平均主茎粗分别显著高于A处理13.9%和7.6%。马铃薯生育中期(块茎形成和膨大期), 2015年马铃薯主茎粗各处理变化趋势与开花期一致, 均为C>B>D>A>E, B、C处理分别显著高于A处理8.9%和13.1%; 而2016年为B>C>D>A>E, B、C处理分别显著高于A处理11.7%和6.7%, E处理显著低于A处理5.7%。马铃薯成熟期, 各处理主茎粗差异不显著, 2015年各处理中C处理马铃薯主茎粗值最大, 而2016年B处理最大(表1)。可见, 随生育期推进, 种植密度对马铃薯株高、茎粗的影响逐渐显著; 直到块茎膨大期, 随行距增加该生长指标呈减小的趋势。这是植株分布均匀性变差, 株间竞争逐渐激烈所致。

表1 不同种植密度对马铃薯生长的影响

A处理为37 500株 hm–2; B处理为45 000株 hm–2; C处理为52 500株 hm–2; D处理为60 000株 hm–2; E处理为67 500株 hm–2。同一年同一生育期, 标以不同小写字母的值处理间差异显著(< 0.05)。

A: 37 500 plant hm–2; B: 45 000 plant hm–2; C: 52 500 plant hm–2; D: 60 000 plant hm–2; E: 67 500 plant hm–2. During the same growing stage in the same year, values followed by different lowercase letters are significantly different at< 0.05.

2.4 不同种植密度对马铃薯产量的影响

2015年大薯数和大薯产量以B、C处理显著高于D和E处理, 中薯数和中薯产量以B、C、E处理显著高于A、D处理, 小薯数和小薯产量为E>D>C>B>A。马铃薯总产量以C处理最高, B处理其次, 分别较对照(A处理)显著增产14.4%和6.5%, 而E处理较A处理有所减产, 但差异不显著。2016年, B和C处理下大薯数和产量均显著高于其他各处理, B和C处理大薯产量分别较A处理提高29.4%和22.8%; 中薯产量各处理间差异不显著; 小薯数和产量以E处理最高, 但各处理间差异不显著; 马铃薯总产量为B>C>D>E>A, B、C处理均显著高于A、D和E处理, 分别较对照增产24.0%和20.7%, D、E处理与A处理无显著差异。随种植密度的增加, 2015年和2016年商品薯率呈先增加后下降的变化趋势, 且B>C>D>A>E, 与马铃薯产量的变化趋势一致。其中B处理商品薯率最高, C处理次之, 两年平均商品薯率分别较A处理显著提高8.8%和7.7%。

表2 不同种植密度对马铃薯产量性状的影响

同一年同一指标, 标以不同小写字母的值处理间差异显著(< 0.05)。缩写同表1。

During the same growing stage in the same index, values followed by different lowercase letters are significantly different at< 0.05. Other abbreviations are the same as these given in Table 1.

由图4可知, 无论在2015年平水年还是2016年枯水年, 随着种植密度的不断增加, 马铃薯产量先增加后降低, 符合抛物线的变化趋势。2015年, 种植密度在37 500~ 525 000株 hm–2时, 随着种植密度的增加, 马铃薯产量不断增加, 随后再增加种植密度, 其产量明显降低。2015年, 不同种植密度下马铃薯产量通过函数拟合发现, 其变化趋势符合二次函数, 即= –0.0000023162+0.23766+ 20710,=38.9**(<0.01), 方程达极显著水平, 其中为马铃薯产量,为马铃薯种植密度, 决定系数2=0.8018**, 当种植密度()为51 302株 hm–2时, 马铃薯产量()达到最高。2016年, 种植密度在37 500~45 000株 hm–2时, 随着种植密度的增加, 马铃薯产量不断增加, 当种植密度在45 000~67 500株 hm–2时, 随着种植密度的增加马铃薯产量逐渐降低。通过函数拟合发现, 不同种植密度下马铃薯产量变化符合二次函数, 即=-0.0000020052+ 0.20525+10412,=11.5**(<0.01), 方程达极显著水平, 决定系数2=0.7449**, 当种植密度()为51 187株 hm–2时, 马铃薯产量()达到最高。通过分析两年马铃薯种植密度与产量的一元二次回归函数发现, 当种植密度在51 187~51 302株 hm–2时, 马铃薯产量最高。

图4 不同密度下马铃薯产量变化

2.5 不同种植密度下马铃薯耗水量和水分利用效率

在旱作雨养区, 马铃薯总耗水量与生育期降水量和收获时土壤供水能力(播种前土壤贮水量－收获时土壤贮水量)呈正相关。从表3可知, 不同种植密度下土壤供水能力和作物耗水量均随种植密度的增加呈先增加后降低的趋势。2015年和2016年生育期降水分别为180.2 mm和162.1 mm, 2015年作物耗水量均高于2016年。不同种植密度下作物耗水量B、C、D、E处理与对照(A处理)差异不显著, 而B和C处理显著高于E处理。

表3 不同种植密度下马铃薯耗水量和水分利用效率

同一年同一指标, 标以不同小写字母的值处理间差异显著(< 0.05)。缩写同表1。

During the same growing stage in the same index, values followed by different lowercase letters are significantly different at< 0.05. Other abbreviations are the same as these given in Table 1.

不同种植密度下降水利用效率与产量呈线形相关, 降水利用效率越大产量越高(表3)。两年平均降水利用效率B和C处理分别较对照提高15.3%和17.6%, 而D、E处理降水利用效率与对照无显著差异。研究期间覆膜垄作各处理下作物水分利用效率存在差异, 2015年生育期降雨高于2016年, 致使2016年马铃薯明显减产, 2015年各处理作物水分利用效率均高于2016年。2015年C处理水分利用效率均显著高于对照(A处理), 而2016年B和C处理均显著高于A、D和E处理。2015年B处理水分利用效率较对照显著提高11.7%; 2016年B和C处理水分利用效率分别较对照显著提高21.4%和20.0%。

3 讨论

种植密度的增加导致作物植株之间对于土壤水分、营养物质和太阳辐射的竞争压力增大, 可通过增加土壤水分加以缓解[27]。王晓凌等[28]研究发现, 在沟垄覆膜集雨种植模式下, 玉米生长前期土壤含水率随密度增加而降低, 在生长后期密度之间差异不显著。梁金秀等[4]研究认为, 覆膜条件下不同种植密度对马铃薯生长前期增加土壤储水量无明显作用, 到生育后期覆膜马铃薯种植密度45 000株hm–2处理土壤储水量最高。本研究结果表明, 马铃薯各时期土壤贮水量均随种植密度的增加先降低后增加, 在覆膜垄作条件下45 000株 hm–2和52 500株 hm–2处理对改善马铃薯前期和中期土壤水分效果显著, 而在生育后期各种植密度处理间差异不显著。分析原因可能由于作物生长前期干旱缺水, 密度小的处理植株稀疏, 垄面和垄沟蒸发量加大, 使土壤水分含量降低, 密度大的处理地上部营养生长消耗水分过多, 使土壤含水量降低, 而45 000株 hm–2和52 500株 hm–2处理由于群体合理, 对耕层土壤水分消耗和损失相对平衡, 土壤水分相对较高, 在马铃薯生长后期, 随雨水增多, 密度越大的处理, 对水分消耗越多, 耕层土壤含水量越小[29]。

马铃薯单位面积上的种植密度与植株的生长发育显著相关[11]。岳云等[30]研究表明, 覆膜条件下密度过高可影响马铃薯出苗, 在种植密度为60 000株 hm–2时出苗率大大下降, 种植密度高于45 000株 hm–2时, 对株高影响较大。雷昌云等[7]也发现, 不同播种密度处理下马铃薯出苗率和株高均存有差异。随播种密度的增加, 植株株高显著增加, 而出苗率均显著降低。而张延磊[31]认为, 马铃薯株高随播种密度的提高而递增, 茎粗随播种密度的提高而下降。本研究发现, 覆膜条件下密度过高可影响马铃薯出苗率, 在种植密度为45 000株 hm–2时出苗率开始下降, 马铃薯种植密度高于52 500株 hm–2时, 对株高和茎粗的影响较大, 这主要由于种植密度相对合理时, 植株生长空间逐渐增大, 光合产物增多, 有利于地上部分的生长, 但种植密度过大造成植株间互相郁闭, 光合作用受阻, 产物不足, 影响其株高的生长[32]。

马铃薯块茎产量与种植密度方程呈抛物线型, 产量在一定范围内随播种密度的增加而提高, 马铃薯产量和个体经济性状最佳[31,33]。刘丹等[34]认为, 贵州中海拔地区免耕稻草全程覆盖种植马铃薯, 其播种密度在52 500~ 82 500株 hm–2范围内, 块茎产量随播种密度的增加而提高, 其主要原因是不同播种密度的单株结薯数大致相同。马金虎等[35]研究发现, 在宁南半干旱区种植密度为37 500~75 000株 hm–2时, 以52 500株 hm–2的马铃薯产量最高。本研究表明, 随种植密度的不断增加, 马铃薯产量先增加后降低, 符合抛物线的变化趋势, 且不同种植密度下马铃薯产量均达到显著差异水平, 通过函数拟合发现, 种植密度在51 187~51 302株 hm–2时马铃薯产量最高, 这与前人[31,33,35]研究结果一致。在不同降雨年型下马铃薯种植密度不同, 枯水年应适当降低种植密度, 丰水年应合理增加种植密度。岳云等[30]研究认为, 在降雨量低于350 mm的区域, 种植密度在37 500株 hm–2左右, 在降雨量高于350 mm的区域, 种植密度在45 000株 hm–2左右时, 无论覆膜与否马铃薯均可获得高产。何进勤等[33]通过函数拟合发现, 宁夏南部山区全覆膜沟播马铃薯高产的种植密度为54 180株 hm–2, 中部干旱带为38 460株 hm–2。本研究结果表明, 在平水年种植密度为52 500株 hm–2时覆膜垄作马铃薯产量最高; 枯水年种植密度为45 000株 hm–2时马铃薯产量最高, 这是由于种植密度的大小因栽培技术措施、研究区域不同及降雨量的多寡而使马铃薯产量受不同程度的影响[10,30,34]。

自然降水是旱地马铃薯水分的唯一来源, 通过减少水分的无效损耗是提高水分利用效率途径之一, 而适宜的马铃薯群体对于马铃薯产量和水分利用效率的贡献不能忽视[4,30]。赵沛义等[6]研究表明, 适宜的播种密度和播期均有利于土壤水分的优化利用和水分利用效率的提高, 可促进旱地马铃薯增产。沈学善等[36]研究认为, 随播种密度的增加, 马铃薯产量和水分利用效率显著增加。梁锦绣等[4]也报道, 不论覆膜与否, 适宜的种植密度可提高马铃薯产量和水分利用效率。在本研究中, 覆膜垄作模式下水分利用效率与马铃薯产量呈线形正相关, 水分利用效率越大产量越高, 这与前人[6]研究结果相似。任小龙等[37]研究认为, 生育期降雨量过大反而不利于水分利用效率的提高, 而在本研究中, 2015年马铃薯水分利用效率高于2016年, 这是由于本研究降雨年型分别为平水年和枯水年, 而任小龙等[37]研究中生育期降雨量过大的降雨类型为丰水年。在两个降雨年型作物水分利用效率随种植密度的增加先升高后降低, 适当提高种植密度可充分利用降雨有助于增加马铃薯产量, 种植密度过高或过低均不能充分发挥作物的降雨生产潜力[6], 这与于亚军等[38]在宁南地区的研究结果相似。

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Effect of Planting Density on the Growth, Water Use Efficiency and Yield of Dry-farming Potato under Different Rainfall Year Types

HOU Xian-Qing, NIU You-Wen, WU Wen-Li, XU Jin-Peng, SHI Long, TANG Shao-Ying, MA Xu, LI Rong*

School of Agriculture, Ningxia University, Yinchuan 750021, Ningxia, China

In order to explore the reasonable planting density of potato under plastic film mulching and ridge planting, a 2-year field experiment was conducted in semi-arid areas liable to droughts of southern Ningxia between 2015 and 2016, with five planting density treatments, including 37 500 (A), 45 000 (B), 52 500 (C), 60 000 (D), and 67 500 plant ha–1(E). Local traditional planting density of 37 500 plant ha–1(A) was as the control. Different planting densities could significantly influence the water status of soil layer at 0–100 cm during the earlier and middle stages of potato growth. The soil water storages in treatments B and C were the highest, which were significantly higher than those in treatments A and E. The treatments B and C could significantly increase emergence rate of potato, and promote the growth of potato during the early stage and middle stage compared with other treatments, whereas there were no significant differences among the five treatments during the later stage of potato growth. The tuber yield and commodity rate of potato increased at first and then decreased with increasing planting density. Compared with treatment A, the 2-year mean rainfall use efficiency of treatments B and C were significantlyincreased by 15.3% and 17.6%, and mean water use efficiency were significantlyincreased by 11.1% and 15.0%, respectively. By function fitting with the two-year data, the highest tuber yield and water use efficiency of dry-farming potato under plastic film mulching and ridge planting was demonstrated in normal year and dry year in semi-arid areas liable to droughts of southern Ningxia, which was 51 187–51 302 plant ha–1.

planting density; soil water; potato growth; yield; water use efficiency; rainfall year types

2018-02-07;

2018-07-20;

2018-07-30.

10.3724/SP.J.1006.2018.01560

李荣, E-mail: lironge_mail@126.com

E-mail: houxianqing1981@126.com

本研究由国家自然科学基金项目(31760370), 国家公益性行业(农业)科研专项项目(201503120)和自治区级大学生创新创业训练计划项目(Q201610749065)资助。

This study was supported by the National Natural Science Foundation of China (31760370), the Special Fund for Agro-scientific Research in the Public Interest (201503120), and the Regional Undergraduate Training Program for Innovation and Entrepreneurship (Q201610749065).

URL: http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20180727.1110.002.html