垄作对土壤水热条件及旱地马铃薯产量的影响

姜春霞 张伟 贺亭峰

摘要 為了确定适合山西旱作条件下马铃薯高产高效的起垄种植方式，设置平作、起垄12.5 cm、起垄25.0 cm 3种不同起垄高度，分析不同起垄高度对土壤水热条件、马铃薯产量及水分利用效率的影响。结果表明，起垄25.0 cm显著降低了0～20 cm土层土壤容重，0～10 cm、10～20 cm土层起垄25.0 cm的土壤容重较平作分别降低了0.20和0.21 g/cm3;起垄主要降低了0～20 cm土壤水分，对深层土壤水分的影响较小，起垄25.0 cm的0～100 cm平均土壤贮水量较平作降低8.0%;马铃薯块茎增长期起垄25.0 cm的日平均地温均值较平作降低了0.55 ℃。随着起垄高度的增加，马铃薯产量呈上升趋势。起垄25.0 cm的马铃薯产量为38 691 kg/hm2，较平作、起垄12.5 cm分别增加15.2%和12.1%，且提高了马铃薯水分利用效率。因此，底宽80 cm、顶宽30 cm、垄高25 cm的梯形垄的种植方式降低土壤容重和土壤温度，有利于马铃薯块茎的形成、膨大及水分利用效率的提高，是山西北部旱地马铃薯种植的高效栽培模式。

关键词 垄作;土壤容重;土壤水分;土壤温度;产量

中图分类号 S532  文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2020）19-0218-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.19.057

Abstract In order to determine the suitable ridging planting model for high yield and high efficiency of potato under dryland conditions in Shanxi Province，the field experiment with different ridge height of 0，12.5，25.0 cm was conducted to explore the effects of different ridge height on the soil moisture and temperature，the yield of dryland potato，and water use efficiency.The results showed that the soil bulk density of the ridge height 25.0 cm was significantly decreased in 0-20 cm soil layer than that of the traditional planting （CK）.Compared with the traditional planting （CK），the soil bulk density of the ridge height 25.0 cm decreased 0.20 and 0.21 g/cm3 in 0-10 cm，10-20 cm soil layer respectively.Ridging reduced the soil moisture content of 0-20 cm，but it had little effect on the moisture content in deep soil layer.Average soil water storage of the ridge height 25.0 cm decreased by 8% in the 0-100 cm soil layer than that of the traditional planting （CK）.In the potato tuber expansion stage，the daily average soil temperature of the ridge height 25.0 cm decreased 0.55 ℃ than that of the traditional planting （CK）.The potato yield showed an increasing trend with the increase of ridge height.The potato yield of ridge height 25.0 cm was 38 691 kg/hm2，which increased by 15.2% and 12.1% than that of traditional planting（CK） and ridge height 12.5 cm respectively.And the water use efficiency of  ridge height 25.0 cm was improved.Consequently，the planting method of trapezoid ridge with bottom width 80 cm，top width 30 cm，the ridge height 25 cm decreased soil bulk density and soil temperature，and it was beneficial to the formation and expansion of potato tubers，and the improvement of the water use efficiency，which could be used as an efficient planting pattern for planting dryland potato in north areas of Shanxi Province.

Key words Ridging planting;Soil bulk density;Soil moisture;Soil temperature;Yield

基金项目 山西省农业科学院农业科技创新研究课题（YCX2017D2108）。

作者简介

姜春霞（1986—），女，山西浑源人，助理研究员，硕士，从事旱作节水技术研究。

收稿日期 2020-03-23

山西省地处黄土高原，纬度高、日照长、昼夜温差大、集中降雨期与马铃薯结薯期同步，马铃薯在全省南北均有种植，尤其以中北部种植栽培面积大且集中，是当地的优势作物，也是当地农民赖以生存和致富的作物。2016年山西省马铃薯播种面积16.7万hm2，总产量为208.4万t，单位面积产量12.5 t/hm2，仅为全国平均单位面积产量的51.85%[1]，距全国平均水平还存在一定差距。目前，全国马铃薯的种植模式多种多样，主要形式有敞土常规栽培、地膜覆盖栽培、无土栽培等，其中地膜覆盖栽培因其具有增温保墒、抗旱保苗、改善土壤生态环境、活化土壤养分、提高养分有效性等优点[2-4]，在干旱半干旱地区大面积推广。山西省马铃薯种植多沿用传统的平作培土和条播技术，种植密度小，薯块埋土浅，易产生畸形薯、绿头薯，机械化程度低，且生长中后期锄草、培土等田间管理劳动强度大[5]，不能适应农村劳动力老龄化、劳动力缺乏的现状。为实现马铃薯播种、收获机械化，前人基于山西省气候和土壤特征，针对上述生产问题，研制出具有自主知识产权的马铃薯旋耕起垄播种机，形成了集硬茬地旋耕、施肥、起垄、播种和镇压于一体的马铃薯高垄宽行机械化种植技术[6]，减少田间作业次数，便于机械化中耕培土及收获。但是，该技术对土壤环境及马铃薯产量的影响还有待进一步研究。笔者设置平作、起垄12.5 cm、起垄25.0 cm，分析不同起垄高度对土壤物理性质、马铃薯产量及水分利用效率的影响，旨在为该技术的升级完善及大面积应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验于2018年在山西省农业科学院朔州分院基地进行。试验地块前茬作物为玉米。采用单因素随机区组设计，以“晋薯16号”为供试品种，密度设置4.95×104株/hm2，试验处理设置为平作（CK）、起垄12.5 cm、起垄25.0 cm。播种前用马铃薯播种机起底宽80 cm、顶宽30 cm、垄高25 cm的梯形垄为起垄25 cm处理，将起垄25 cm摊至12.5 cm 高作为起垄12.5 cm处理，不起垄为平作处理。試验设3次重复，共9个小区，小区面积4.8 m×4 m=19.2 m2。试验于2018年5月13日播种，2018年10月10日收获。播前将腐熟有机肥（有机质含量50～600 g/kg，N含量30 g/kg，P2O5含量17.8 g/kg，K2O含量10 g/kg）撒施，复混肥料（N∶P2O5∶K2O =16∶10∶20）随马铃薯播种机条施在垄中。试验区马铃薯生育期降水量如图1所示。

1.2 测定项目与方法

1.2.1 土壤容重。块茎膨大期用环刀法测土壤容重（0～10、10～20、20～30 cm）。

1.2.2 土壤温度。马铃薯播种后，将温度格式记录仪埋设在播种行，距垄顶10 cm的土层，用于测定土壤温度。

1.2.3 土壤含水量的测定[7]。苗期、开花期、块茎形成期、块茎膨大期、收获期采用传统的土钻取样烘干法分别测定0～100 cm土壤质量含水量，取土层分别为0～10、10～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm。按以下公式计算土壤体积含水量、土壤贮水量和生育期耗水量：

土壤体积含水量（cm3/cm3）=土壤质量含水量×土壤容重（1）

土壤贮水量（mm）=土壤质量含水量×土壤容重×土层厚度×10（2）

生育期耗水量（mm）=播种后土壤贮水量+ 降水量 - 收获后土壤贮水量（3）

1.2.4 产量及商品薯率[8]。在成熟期，采集小区中间两垄马铃薯测实产，并依据重量分为大（>150 g）、中（75～150 g）和小（<75 g）3个等级，分别调查每个等级的个数并称重，按以下公式计算商品薯率（%）：

商品薯率=（单薯75 g以上的产量/马铃薯总产量）×100%（4）

1.2.5 水分利用效率[9]。测定马铃薯播前和收获后0～100 cm土层的土壤含水量，按以下公式计算马铃薯水分利用效率（WUE）：

WUE[kg/（hm2·mm）] = 马铃薯块茎产量（kg/hm2）/生育期耗水量（mm）（5）

1.3 数据处理

采用Origin 8.0软件和Microsoft Excel 2007软件绘图，利用SPSS 13.0统计软件进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理对0～30 cm土壤容重的影响 从图2可以看出，不同起垄高度对土壤容重有显著影响，随着起垄高度的增加，0～20 cm深度的土壤容重呈显著下降趋势，20～30 cm的土壤容重差异不显著。在0～10 cm土层，起垄25.0、12.5 cm的土壤容重较平作分别降低了0.20和0.18 g/cm3;在10～20 cm土层，二者的土壤容重较平作降低了0.21和0.08 g/cm3。

2.2 不同处理对0～100 cm土壤含水量的影响

从图3可以看出，起垄对0～20 cm（表层）土壤含水量的影响较大，对20～100 cm土层土壤含水量的影响小于表层。随着起垄高度的增加，表层土壤含水量呈下降趋势，起垄25 cm、12.5 cm 马铃薯生育期0～10 cm土层的土壤平均含水量较平作（CK）分别降低了27.6%和20.8%，起垄25 cm、12.5 cm 10～20 cm土壤平均含水量较平作（CK）分别降低了23.3%和8.1%，起垄25 cm、12.5 cm 20～40 cm土壤平均含水量较平作（CK）分别降低了3.2%和5.8%，起垄25 cm、12.5 cm 40～60 cm土壤平均含水量较平作分别降低了3.6%和5.9%，说明起垄主要增加了0～20 cm土壤水分的消耗，而对20～100 cm土层的影响逐渐减小。

2.3 不同处理对0～100 cm土壤贮水量的影响 不同处理0～100 cm土层的土壤贮水量在马铃薯各生育期变化不同。在马铃薯生长前期（发芽期—幼苗期），由于降雨较少（降水量为38.6 mm，較多年平均降雨量少20.8 mm），不同处理0～100 cm土壤贮水量降至低谷，且随着起垄高度的增加，土壤贮水量呈下降趋势;马铃薯幼苗期—块茎膨大期正处于马铃薯一生中生长发育的全盛时期，开花、茎叶增长和块茎膨大同时进行，马铃薯耗水高，但由于该期降雨量为321.5 mm，较多年平均降雨量多130.2 mm（图1），不同处理0～100 cm土壤贮水量均不同程度增加。在马铃薯生育期，由于起垄增加了表层土壤水分的散失，加上马铃薯生长对土壤水分的消耗，起垄的土壤贮水量低于平作;起垄25.0 cm、12.5 cm的0～100 cm平均土壤贮水量较平作降低8.0%和5.9%（图4）。

2.4 不同处理对块茎增长期土壤温度的影响

土壤温度对马铃薯块茎的生长有很大的影响，尤其在马铃薯块茎增长期，温度对块茎大小和种性有决定性作用，土壤温度过高，块茎小，种性变劣，退化重。马铃薯块茎增长期起垄25.0 cm、12.5 cm、平作处理下10 cm土层日平均地温的变化见图5。

由图5可知，随着气温的下降，不同处理的日平均地温均呈下降趋势;随着起垄高度的增加，日平均地温呈下降趋势。马铃薯块茎增长期平作的日平均地温平均值为23.52 ℃，起垄12.5 cm的日平均地温平均值为23.21 ℃，起垄25.0 cm的日平均地温平均值为22.97 ℃。结果表明，起垄降低马铃薯块茎增长期土壤10 cm地温。

2.5 不同处理对马铃薯产量及水分利用效率的影响

由表1可知，随着起垄高度的增加，马铃薯产量及商品薯率呈上升趋势，起垄25.0 cm的马铃薯产量较平作、起垄12.5 cm分别增加15.2%和12.1%，商品薯率较平作、起垄12.5 cm分别高2.8和0.9百分点。起垄后，马铃薯生长期耗水量有所增加，但起垄25.0 cm的水分利用效率最高。马铃薯块茎主要生长在地下15 cm左右，起垄25 cm，0～20 cm土壤容重显著降低，土壤疏松，为马铃薯生长提供了良好的生长环境;起垄25 cm主要影响表层土壤水分，但对20～100 cm土层土壤含水量的影响较小，仍能为马铃薯生长提供良好的水分条件;起垄后土壤温度降低，有利于马铃薯块茎的膨大。因此，随着起垄高度的增加，马铃薯产量、水分利用效率呈上升趋势。

3 讨论

山西省马铃薯种植多沿用传统的平作培土和条播技术，种植密度小，薯块埋土浅，易产生畸形薯、绿头薯[5]，加上常年的浅旋耕，使得土壤通透性下降，犁底层变浅，限制了作物根系生长，降低土壤水肥供应能力[10-11];同时，在马铃薯生长后期，若降雨较多，排水不畅导致马铃薯发生烂薯。起垄改变了土壤微地形，将耕层土壤集中到垄上，加厚了适宜作物生长的熟土层，大雨后有利于排水防涝。同时，起垄协调了土壤水热条件等物理性状，促进农作物生长，增加农作物产量[12-13]。前人研究表明，起垄促进马铃薯植株、根系生长，增加了单窝薯重、商品薯率，提高了马铃薯产量[14-16]。该研究结果表明起垄显著降低了0～20 cm土层土壤容重，降低了0～20 cm土壤水分，但对深层土壤水分含量的影响较小，起垄25.0、12.5 cm的0～100 cm平均土壤贮水量较平作降低8.0%和5.9%。温度对块茎生长有很大影响，在马铃薯块茎形成期、增长期，如土壤温度过高，块茎停止生长，种性变劣，退化严重[17]。该研究结果表明，马铃薯块茎增长期，起垄降低地温，起垄25.0 cm的日平均地温均值较平作降低了0.55 ℃。随着起垄高度的增加，马铃薯产量及商品薯率呈上升趋势，起垄25.0 cm的马铃薯产量较平作、起垄12.5 cm分别增加15.2%和12.1%，商品薯率较平作、起垄12.5 cm分别高2.8百分点和0.9百分点。这与前人研究结果[14-15]基本一致。起垄25.0 cm改善了田间通风受光及土壤散热面积，降低土壤温度，使得土壤疏松通气，有利于马铃薯块茎的形成及膨大。起垄25.0 cm后，马铃薯生育期耗水量有所增加，但马铃薯增产幅度大，水分利用效率显著高于其他处理，这对干旱缺水的旱作农业区具有重要意义。因此，用马铃薯播种机起底宽80 cm、顶宽30 cm、垄高25 cm的梯形垄的种植方式机械化程度高，有利于马铃薯产量及商品薯率的增加，可大面积示范推广。但在马铃薯发芽期，由于降雨稀少，土壤表层含水率降低，马铃薯出苗时间有所推迟，因此在马铃薯播种后出苗前的保墒措施还有待进一步研究。

参考文献

[1] 山西省统计局.山西省统计年鉴-2017[EB/OL].[2019-09-30].http：//www.statssx.gov.cn/tjsj/tjnj/nj2017/indexch.htm.

[2] 何万春，谭伟军，王娟，等.半干旱区不同种植模式对覆膜马铃薯产量及水分利用效率的影响[J].中国马铃薯，2019，33（2）：77-83.

[3] 王友生，王多尧.不同覆盖种植模式对马铃薯土壤温度、水分及产量的影响[J].干旱地区农业研究，2017，35（6）：59-64.

[4] 李继明，潘丽娟，李成德，等.旱作区马铃薯不同覆盖材料栽培模式试验[J].中国马铃薯，2019，33（4）：203-210.

[5] 池吉平.山西忻州市冷凉山区马铃薯高产种植技术[J].农业工程技术，2018，38（23）：50-51.

[6] 韩彦龙，王娟玲，刘恩科，等.马铃薯高垄宽行机械化种植技术规程：DB 14/T 945—2014[S].太原：山西省质量技术监督局，2014.

[7] 侯贤清，牛有文，吴文利，等.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[J].作物学报，2018，44（10）：1560-1569.

[8] 吕文河，马子竣，李莹，等.马铃薯4x-4x和4x-2x杂种后代高世代选系总产和商品薯产量比较[J].东北农业大学学报，2014，45（10）：1-9.

[9] 薛俊武，任稳江，严昌荣.覆膜和垄作对黄土高原马铃薯产量及水分利用效率的影响[J].中国农业气象，2014，35（1）：74-79.

[10] 石彦琴，陈源泉，隋鹏，等.农田土壤紧实的发生、影响及其改良[J].生态学杂志，2010，29（10）：2057-2064.

[11] 吕薇，李军，岳志芳，等.轮耕对渭北旱塬麦田土壤有机质和全氮含量的影响[J].中国农业科学，2015，48（16）：3186-3200.

[12] 陈志权，曾玉清，吕泽林，等.不同田块类型垄作栽培对水稻农艺性状及产量的影响[J].耕作与栽培，2014（6）：17-18，24.

[13] 刘剑金，刘子仪，叶娟，等.不同起垄高度对烟草生长发育的影响[J].湖南农业科学，2019（1）：8-11.

[14] 孙小娟.山区坡地马铃薯不同起垄方式对土壤水分蓄积和产量的效果[J].中国马铃薯，2018，32（2）：81-85.

[15] 彭慧元，邓宽平，雷尊国.不同起垄方式对马铃薯产量及经济性状的影响研究[J].江西农业学报，2012，24（7）：42-43，56.

[16] 叶旭刚.脱毒马铃薯费乌瑞它在修文县适宜种植方式与密度的研究[J].耕作与栽培，2015（1）：16-17，3.

[17] 位东斌，东先旺.作物栽培学[M].北京：中国农业大学出版社，2001：246-247.