地膜与稻秸覆盖对冬作马铃薯产量和品质的影响及其抑草效应

2021-03-24许国春罗文彬李华伟许泳清纪荣昌

中国农学通报 2021年4期

许国春，罗文彬，李华伟，许泳清，纪荣昌，汤浩

（福建省农业科学院作物研究所/农业部南方薯类科学观测实验站/福建省特色旱作物品种选育工程技术研究中心，福州350013）

0 引言

马铃薯是中国重要的粮菜兼用作物，具有耐寒、耐旱、耐瘠薄、省水、省肥等特点，适应性强，在中国各区域均有种植，而且产量高、营养丰富。在中国南方地区，马铃薯多采用冬作方式，不与水稻等主粮争地，充分利用了冬季气候和土地资源[1-2]；而且冬作马铃薯收获期正处春季蔬菜供应淡季，鲜薯市场需求较大，生产效益明显[2]。然而，冬作马铃薯在生产上存在较多问题，如生长期处于南方气温最低的季节，该时期土壤温度较低，易对种薯萌发和根系生长产生阻碍；另外，冬作马铃薯中后期正值南方春季，雨水较多、气温回暖等因素会促进田间杂草生长，杂草滋生不利于马铃薯生育后期的块茎膨大[3]。这些对冬作马铃薯的增产稳产均有不利影响。前人研究与生产实践表明，覆盖物覆盖具有增温保墒和抑制杂草的作用[4-5]，因此，覆盖栽培是解决冬作马铃薯上述问题的有效途径[6]。

覆盖栽培主要可分为地膜覆盖和秸秆覆盖[7]，其中黑色或白色塑料地膜在马铃薯栽培中应用较多[4,8]，在南方水稻-马铃薯轮作地区，为促进前茬水稻秸秆资源化利用，也有利用稻秸作为覆盖物的传统。围绕不同覆盖类型影响马铃薯产量和土壤性质的研究已有诸多报道。前人研究表明，地膜和稻秸覆盖下冬作马铃薯产量相对露地栽培均有提高，并且地膜的增产效果更明显[9-10]。但也有研究指出，相比普通露地栽培，地膜[11]和稻秸[12]覆盖影响了马铃薯产量形成，并发生减产。马文成[13]研究比较了地膜和稻秸覆盖对马铃薯产量的差异，结果指出稻秸覆盖的增产率高于地膜，这与冯艳青等[9]的研究结论不同。何进勤等[8]研究了不同覆膜方式对土壤氮磷钾养分及马铃薯产量的影响，发现地膜覆盖下土壤全氮和碱解氮含量较露地栽培高，产量也显著增加。另外，有关地膜覆盖影响田间杂草发生的研究表明，黑膜的控草效果较白膜明显[5,14]。

从现有研究可以看出，因试验立地条件和品种的不同，前人针对不同覆盖类型的研究结果存在一定差异，而且对不同覆盖类型下马铃薯块茎品质差异的认识也相对缺乏。因此，本研究拟明确地膜和稻秸覆盖在不同区域对冬作马铃薯产量、品质和杂草发生的影响，探究不同试验条件下地膜和稻秸覆盖对冬作马铃薯块茎淀粉、蛋白质、还原糖和维生素C含量的影响，以期为深入研究冬作马铃薯覆盖栽培的产量品质变化机制和绿色高效栽培技术提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2017—2018和2018—2019年度进行，其中2017—2018年的试验点为福建省泉州市惠安县前园村(118°43′2″E，24°56′47″N)，2018—2019年试验点则设在宁德市霞浦县南屏村(119°59′25″E，26°47′33″N)。2个试验点均属于冬作马铃薯主产区，前茬作物为水稻，一年两熟种植，两地具体气候与土壤条件见表1。

表1 2个试验点的气候与土壤条件

1.2 试验设计

试验采用单因素随机区组试验设计，以露地栽培为对照(CK)，设置黑色地膜覆盖(BM)、白色地膜覆盖(WM)和稻秸覆盖(RSM)3种方式，试验共4个处理，3次重复。惠安点以‘费乌瑞它’为试验品种，2017年12月3日播种，次年4月12日收获，小区面积16 m2，单垄双行种植，密度8.7万株/hm2，施有机肥15000 kg/hm2和硫酸钾型复合肥(16-16-16)1500 kg/hm2；霞浦点以‘闽薯1号’为试验品种，2018年12月22日播种，次年4月23日收获，小区面积38.4 m2，单垄双行种植，密度7.95万株/hm2，施硫酸钾型复合肥(17-17-17)1500 kg/hm2。灌溉和病虫草害防治等田间管理同当地常规做法。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 产量与商品薯率于马铃薯收获期，按商品薯(≥50 g)和小薯(＜50 g)分别称量小区实收块茎质量，并计算商品薯率（商品薯产量与总产量之比）。

1.3.2 块茎品质于马铃薯收获期取新鲜块茎，采用蒽酮比色法测定淀粉含量、凯氏定氮法测定蛋白质含量、2,6-二氯靛酚法测定维生素C含量、3,5-二硝基水杨酸比色法测定还原糖含量。

1.3.3 杂草防效于马铃薯出苗后1个月，每小区取3点调查，每点1 m2，将调查点内的所有杂草整株拔除，去除杂草根系土壤后称量鲜重。按公式(1)计算鲜重防效[3]。

1.4 数据处理

采用Microsoft Office Excel 2013和SPSS 19.0进行数据统计分析和图表绘制。

2 结果与分析

2.1 块茎产量

由表2可知，3种覆盖类型均不同程度地提高了马铃薯块茎产量，在惠安点，黑膜、白膜和稻秸覆盖处理的商品薯产量较对照露地栽培分别提高9.7%、5.3%和30.9%，总产量分别提高7.4%、3.2%和21.9%，3种覆盖处理中稻秸覆盖的增产效果最明显，其次为黑膜；在霞浦点，与露地栽培相比，黑膜、白膜和稻秸覆盖处理的商品薯产量分别增加15.8%、3.2%和13.7%，总产量分别增加18.1%、5.4%和14.8%，其中黑膜覆盖的增产效果最好，其次为稻秸。另外，不同处理间马铃薯小薯产量和商品薯率无明显差异（表2）。

表2 不同覆盖类型对马铃薯块茎产量及商品薯率的影响

2.2 块茎品质

试验结果表明，不同覆盖方式对马铃薯品质产生了一定影响。由图1可知，在2个试验点中，均以黑膜覆盖处理下的块茎淀粉含量最高，分别为15.57、15.27 g/100 g，但除霞浦点黑膜覆盖处理较对照显著提高19.3%之外，其余处理之间的差异不明显。4种处理间的马铃薯还原糖含量在霞浦点未表现除明显差异，但在惠安点差异显著（图1），相比对照，覆盖处理的还原糖含量均不同程度降低，其中稻秸覆盖处理下降明显。黑膜和稻秸覆盖处理的维生素C含量较高，在惠安点显著高于其他2个处理，较对照分别提高39.6%和36.1%，较白膜覆盖处理分别提高37.1%和33.6%，而在霞浦点，稻秸覆盖处理较白膜覆盖明显提高36.8%。另外，不同处理间马铃薯蛋白质含量的差异不明显。

图1 不同覆盖类型对马铃薯块茎主要品质指标的影响

2.3 杂草防效

由图2可知，3种覆盖类型均明显抑制了马铃薯田间杂草的发生。根据调查，惠安点露地栽培处理下杂草鲜重为2.07 kg/m2，黑膜、白膜和稻秸覆盖处理则分别为0.70、1.40、1.29 kg/m2，分别下降66.4%、32.4%和37.4%；霞浦点露地栽培处理下杂草鲜重为1.45 kg/m2，黑膜、白膜和稻秸覆盖处理则分别为0.33、0.95、1.08 kg/m2，分别下降77.6%、34.5%和25.9%。不同覆盖处理间的杂草鲜重防效也存在明显差异（图2），黑膜覆盖防效最好，在惠安和霞浦点鲜重防效分别为66.8%和77.9%，显著高于白膜覆盖（32.5%和34.2%）和稻秸覆盖（37.4%和26.1%）。

图2 不同覆盖类型对杂草发生的影响

2.4 不同处理产量、品质和杂草防效的综合表现

为综合反映各处理产量、品质及杂草防效的综合表现，根据以上结果，本研究将不同指标的数据转化为同一量级后绘制雷达图，由此可直观地看出不同覆盖类型对马铃薯产量、品质及杂草防效的综合影响（图3）。由图3易知，黑膜覆盖处理因其显著的杂草防效在4个处理中表现出最好的均衡性，综合表现最优。

图3 不同覆盖类型马铃薯产量、品质和杂草防效的综合表现

3 讨论

2个试验点的结果表明，地膜和稻秸覆盖有助于提高马铃薯产量，与何进勤等[8]、冯艳青等[9]、聂唯等[15]的研究结果相似。究其增产原因，主要有以下几个方面。首先，地膜和稻秸覆盖能够减少土壤和大气间的显热交换，阻碍土壤水分向大气蒸散，具有明显的增温保墒作用[12]，地表温度的提高有利于种薯萌发和马铃薯根系生长，以及植株营养器官的建成，并促进结薯[16]。其次，覆盖栽培能够明显增加土壤细菌、真菌和放线菌的数量[17]，促进土壤养分活化，提高土壤氮、磷、钾供应能力[18-20]，提升地力水平，为马铃薯生长发育提供较充足的养分。再次，地膜和稻秸覆盖都明显抑制了马铃薯田间杂草的发生（图2），减少了马铃薯对养分、水分、光照等资源的竞争压力[21]。

本试验发现，不同覆盖类型的增产效果存在差别，2个试验点的结果也存在差异，惠安点产量最高的处理为稻秸覆盖，而霞浦点则为黑膜覆盖。这一结果说明，马铃薯产量对不同覆盖类型的响应可能受所处生态条件影响，因此在选择覆盖类型时，还应结合考虑当地的地理气候因素。综合两地结果，黑膜和稻秸覆盖优于白膜。吴家全等[14]指出，黑膜的透光率只有1%～3%，热辐射只有30%～40%，相比白膜，黑膜能够显著抑制杂草，从而减少杂草对马铃薯产量的影响[4]。虽然稻秸与白膜覆盖对杂草的防效差异不明显（图2），但是在合适的土壤水分和温度条件下，稻秸能够被微生物分解并向土壤释放养分[7]，有研究表明，稻秸覆盖可提高土壤碱解氮、有效磷和速效钾的含量[22]，而且能形成较稳定的土壤水热环境，为块茎膨大提供更优良的土壤条件[23]。

当前，关于马铃薯覆盖栽培的研究多围绕产量开展，关注块茎品质的较少，实际上马铃薯块茎营养品质除由遗传因素控制，还受到温度、水分等外界环境的影响[24]。地膜和稻秸覆盖改变了土壤环境，具有明显的增温保墒作用，改善了冬作马铃薯生长过程中土壤的温度和水分条件，因此，有必要考虑不同覆盖类型对马铃薯块茎品质的影响。本研究发现，黑膜覆盖处理淀粉含量较高，而黑膜和稻秸覆盖处理下维生素C含量较高，这与聂唯等[15]和Qin等[25]的研究结果一致。宋娜等[26]研究表明，在一定范围内，马铃薯淀粉和维生素C含量随田间持水量的增加而增加，合适的土壤温度和水分有利于块茎淀粉等营养物质的转化和积累，这在一定程度上解释了本研究中黑膜覆盖有助于改善马铃薯品质的现象。然而，目前学界对不同覆盖类型对马铃薯块茎品质的认识仍然较为粗浅，不同覆盖类型下马铃薯主要营养品质的形成特征，以及与土壤理化性质的协同变化关系需要进一步探究。