不同颜色覆膜对土壤温度、马铃薯生长及产量的影响

李京东，张刘东，陈 晨，倪匡迪，胥晓蓉

(云南农业大学水利学院，云南 昆明 650000)

0 引言

马铃薯是世界上重要的农作物之一[1]。云南地区独特的气候条件使马铃薯可以周年种植，云南省马铃薯种植面积仅次于玉米、水稻，同时云南省是中国马铃薯主要产区之一，也是4个千万级马铃薯生产大省之一[2]。最近几年云南省马铃薯产业发展迅速，马铃薯总产量排名全国第3位[3]。

国内外对地膜覆盖下马铃薯生长状况研究取得了一系列成果。研究表明，地膜覆盖可以高效节水，能控制杂草生长、减少土传病害、降低土壤无效水分蒸发，并能有效调节土壤温度[4-7]。地膜覆盖可以在一定程度上改善旱作农业区的上层土壤水热状况，对作物产量有一定增产效应[8]。WANG F X等[9]做了3个田间试验(2个在华北，1个在西北)比较覆膜滴灌与不覆膜滴灌对马铃薯生长的影响，在华北的试验得出覆膜会降低马铃薯的产量和水分利用效率，而西北的试验得出覆膜可以增加马铃薯产量和水分利用效率。ANIKWE M A N等[10]、RUIZ J M等[11-12]和CHANG D C等[13]研究表明，黑色薄膜覆盖处理的作物产量要高于透明薄膜覆盖处理。而FARIAS-LARIOS J等[14]、YAGHI T等[15]得出的结论却相反。WANG F X等[16]研究表明，薄膜覆盖可以降低马铃薯块茎密度。但RYKBOST K A等[17]研究表明，薄膜覆盖对马铃薯块茎密度没有影响。侯晓燕等[18]进行马铃薯覆膜对比试验发现，透明薄膜覆盖能够缩短马铃薯的各生育期。张淑敏等[19]研究发现，透明覆膜比黑白配色覆膜出苗早4～5 d，而黑白配色覆膜比透明覆膜提高了马铃薯块茎产量。

本文通过对不同颜色覆膜下马铃薯土壤温度变化、马铃薯生长发育状况及最终产量的研究，为马铃薯高产栽培和推广应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2020年5—10月在云南农业大学后山实验基地进行。试验区气候属典型的北亚热带高原季风气候区，受大气环流和高原季风影响，干湿季分明，夏秋湿润多雨，冬春干燥少雨。多年平均气温14.7 ℃，最热的7月平均气温19.8 ℃，最冷的1月平均气温7.7 ℃；年平均日照2 448.7 h，日照率47%～56%，相对湿度73%～74%；主导风向为西南风，平均风速2.2～3.0 m/s；全年无霜期240 d以上。试验期内月降水量与气温分布如图1所示，2020年总降水量1 048.1 mm，马铃薯生育期(5—10月)降雨量905.2 mm。试验地土壤肥力较低且干旱宜结块，土壤类型为红壤粘土，耕作层平均土壤容重1.21 g/cm3，pH值为4.8。

图1 马铃薯生育期降水和气温月份分布Fig.1 Monthly distribution of precipitation and air temperature during potato growing season

1.2 试验设计

地膜为沭阳县红树林花卉园艺中心生产的农用薄膜，宽度均1 m，厚度0.08 mm。试验采用3个处理：黑色薄膜覆盖(BM)、透明薄膜覆盖(TM)、不覆盖(NM)。每个处理设置3个重复，每个重复为1个小区，小区随机布置，共9个试验小区。

1.3 灌溉与农艺措施

灌溉采用地表滴灌系统，滴灌设备在进水口处配有筛网式过滤器。在滴灌系统安装完成后，对薄膜进行覆盖处理，将薄膜覆于垄上，并且使薄膜与土壤紧密接触。

试验选择的马铃薯品种为“大西洋3号”，每个试验小区种植6垄，垄长4.4 m，垄高0.2 m，垄间距0.7 m，垄底宽0.5 m，单垄单行，行距0.7 m，株距0.2 m。各试验小区用路宽为1 m的小路隔开，试验区四周设置保护区，宽度0.8 m，采用先播种再覆膜，出苗时破膜的方式。所有处理施肥量相同，分3次施肥，总共施肥量为磷肥(P2O5)271 kg/hm2、钾肥(K2O)158 kg/hm2、氮肥(尿素)239 kg/hm2，其中底肥施入全部的磷肥、90%的钾肥和90%的氮肥，在块茎形成期施加10%的氮肥，在块茎膨大期施入10%的钾肥。试验于2020年5月1日播种，5月2日覆膜，10月2日全部收获。施肥时间分别是4月29日、7月4日和8月11日。

1.4 观测指标及方法

1.4.1 气象观测

试验期间气象数据(降雨量、温度、风速风向等)采用昆明气象站监测的数据。

1.4.2 马铃薯出苗天数和出苗率计算

在马铃薯苗期，记录各小区出苗天数(出苗天数为出苗率达到80%所需要的天数)，同时统计最终出苗率。

1.4.3 土壤温度测定

土壤温度采用曲管地温计进行观测，9个小区均进行土壤温度监测，在马铃薯各个生育期选择无风、干燥的晴天测量距离地表5、10和20 cm的3个垄上土层土壤温度，每日早晨(8∶00)、中午(14∶00)和傍晚(20∶00)各观测一次。日平均土壤温度取3次测定的算数平均值。

1.4.4 植株生物学指标测定

(1)株高。马铃薯出苗后，在每个小区标记10株马铃薯测量其株高，用钢卷尺每7 d测一次，在马铃薯生长旺盛期加测，直至马铃薯叶片开始衰老倒伏。其中株高取各处理相同小区的算术平均值。

(2)干物质。在马铃薯苗期、块茎形成期、块茎膨大期、淀粉积累期和成熟期这5个生育期，从各小区中随机选取10株马铃薯进行干物质测定，将所取植株从茎底部与地下根部分离，将取得的植株茎、叶、根分离并用清水洗净，滤纸吸干表面水分，置于105 ℃烘箱中杀青30 min，然后80 ℃恒温烘干至恒质量，再冷却至常温，分别称量，获得茎、叶、块茎的干物质量。

(3)马铃薯块茎分级和块茎生长速率。在马铃薯植株的茎叶完全衰老时，在每个小区取10株马铃薯的块茎进行块茎分级，统计其数量和质量。

(4)马铃薯单株块茎质量。在马铃薯块茎形成以后，每个小区取10株马铃薯，每个生育期测量1次单株马铃薯块茎质量。

1.4.5 单位面积产量测定

在马铃薯完全成熟待收货时，每个小区选取中间20株长势完好的马玲薯，用1/100天平称量，分别记录单薯的个数和质量，计算单位面积各处理的块茎总产量。

1.4.6 数据分析

采用Microsoft Excel 2010软件进行数据的计算、处理和制图；采用SPSS 19统计软件进行数据分析；采用最小显著性差异法(LSD)分析各处理间显著性差异。

2 结果与分析

2.1 马铃薯出苗率和出苗天数

不同覆膜处理的马铃薯出苗情况有所差异。由图2可知，覆膜处理能显著提高马铃薯出苗率，出苗率大小次序表现为BM>TM>NM。BM处理比NM处理显著提高10.3%，TM处理比NM处理显著提高7.6%。不同覆膜处理马铃薯出苗天数也存在不同，BM处理与TM处理分别比NM处理提前5和3 d，BM处理比TM处理提前2 d。

注：不同字母代表每个生长季节内处理间的显著差异(P<0.05)图2 不同颜色覆膜对马铃薯出苗率和出苗天数的影响Fig.2 Effects of film with different colors on seedling rate and seedling days of potato

2.2 土壤温度

各处理耕层土壤温度随土层的加深而逐渐降低，随生育期的推进，各覆盖处理下土壤温度差异性逐渐减小，且波动性主要集中于生育前期，在马铃薯生育期的苗期、块茎形成期、块茎膨大期，覆膜处理温度高于不覆膜处理。在淀粉积累期和成熟期，覆膜处理发育更加茂盛，植被覆盖度更高，导致光照不易照射到作物土壤，覆膜处理温度低于不覆膜处理。整个生育期BM和TM比NM处理分别增温1.63和0.72 ℃。

2.2.1 马铃薯生育期土壤温度的变化

在马铃薯生育期中，温度波动主要集中在生育前中期(苗期、块茎形成期、块茎膨大期)，之后各处理温度差异逐渐减小。在马铃薯苗期，BM处理和TM处理分别比NM处理显著增温3.5和2.6 ℃。在马铃薯块茎形成期，BM处理比NM处理显著增温3.3 ℃，TM处理比NM处理增温2 ℃，BM处理比NM处理显著增温1.3 ℃。在马铃薯块茎膨大期，BM处理比NM处理显著增温2.7 ℃，TM处理比NM处理显著增温1.7 ℃。在马铃薯淀粉积累期，BM处理和TM处理分别比NM处理温度低0.9和1.9 ℃。其中TM处理和NM处理存在显著性差异(P<0.05)。成熟期，3种处理温度无显著性差异(P>0.05)。

2.2.2 不同土层土壤温度的变化

由图3～5可知，土壤5 cm处和10 cm处土壤温度波动要大于20 cm处，马铃薯生育期5 cm土层土壤温度波动最大。5 cm处土壤温度BM处理比NM处理平均温度显著增高2.2 ℃；TM处理与BM处理和NM处理均未表现出差异性(P>0.05)。在土壤10 cm处，BM处理比NM处理平均温度显著增高2.1 ℃，TM处理平均温度比NM处理显著增高1.2 ℃。在土壤20 cm处，土壤温度变化受覆膜处理影响较小，BM处理比TM处理生育期平均温度高0.7 ℃，BM处理比NM处理高0.5 ℃，NM处理温度比TM处理高0.2 ℃。

图3 马铃薯生育期土壤5 cm处温度变化Fig.3 Temperature change at 5 cm of soil during potato growth period

图4 马铃薯生育期土壤10 cm处温度变化Fig.4 Temperature change at 10 cm of soil during potato growth period

图5 马铃薯生育期土壤20 cm处温度变化Fig.5 Temperature change at 20 cm of soil during potato growth period

2.3 马铃薯株高

由图6可知，马铃薯生育期内，覆膜处理株高显著高于不覆膜处理(P<0.05)，在生育前期，3种处理差异较小，BM处理比NM处理平均高6.3 cm，TM处理比NM处理平均高3.5 cm。随着生育期的延长，马铃薯增长速率变快，覆膜处理与不覆膜处理差异性变大，在马铃薯成熟期，BM处理平均株高较NM处理显著增高了25 cm，TM处理平均株高较NM处理显著增高了18.2 cm。生育前期，BM处理与TM处理并未表现出显著性(P>0.05)，随着生育期推进，BM处理株高显著高于TM处理(P<0.05)，在成熟期两者差异最大，BM处理比NM处理高6.8 cm。生育前期株高增长速率较快，后期增长缓慢或几乎不增长。

图6 不同覆膜处理的株高变化Fig.6 Changes of plant height with different colors film

2.4 干物质量

由表1可知，覆膜处理干物质量大于不覆膜，除了苗期之外，BM处理显著大于TM覆膜处理和NM处理，TM与NM未表现出显著性差异，马铃薯的干物质表现为先增大后减小，且均在淀粉积累期达到最大值，后期减小是由于成熟期茎叶干枯所致。

表1 不同覆膜处理对马铃薯各生育期的单株干物质量影响

2.5 块茎分级与块茎产量

2.5.1 块茎分级

在马铃薯成熟期植株的茎叶完全衰老时，在每个小区取10株马铃薯块茎进行块茎分级，结果如表2～3所示。

表2 不同覆膜处理马铃薯块茎分级个数统计

表3 不同覆膜处理马铃薯块茎分级质量统计

对于M>300 g的马铃薯块茎，BM处理的数量和质量比NM处理分别多33%和40%，且存在显著性差异；TM与两者不存在显著性差异。对于M>200 g的马铃薯块茎，BM处理的数量和质量比NM处理分别多33%和37%，且存在显著性差异；TM处理与两者不存在显著性差异。对于M>50 g的马铃薯块茎，BM处理比TM处理多36%和32%，且存在显著性差异；比NM处理分别多46%和53%，存在显著性差异；透明覆膜与不覆膜之间不存在显著性差异。

2.5.2 单株块茎产量

如图7所示，BM处理与TM处理、NM处理都表现出了显著性差异，在生育后期，BM处理比TM处理多120 g，比NM处理多244 g。除了生育中期，TM处理与NM处理也表现出了差异性，生育后期，单株块茎产量TM处理比NM处理多123 g。

图7 不同覆膜处理马铃薯单株块茎产量Fig.7 Tuber yield of potato plant in different plastic mulching treatments

覆膜能够提高马铃薯单株块茎产量，块茎增长率表现为BM>TM>NM，在生育后期，BM比TM增长了12%，比NM增长了27%；TM比NM增长了14%。

2.6 小区产量

如图8所示，覆膜处理产量高于不覆膜处理，表现为BM>TM>NM，其中BM处理相对于TM处理和NM处理表现出了显著性，BM处理显著高于TM处理10.73 t/hm2，显著高于NM处理15.01 t/hm2。TM处理与NM处理产量没有显著性差异。该结果与单株块茎产量大小关系一致，表明覆膜可以增加马铃薯的产量，黑色覆膜增产效果最为显著。

图8 不同覆膜处理马铃薯产量Fig.8 Potato yields of different mulching treatments

3 讨论

3.1 不同颜色覆膜对马铃薯土壤温度的影响

试验研究表明，覆膜可以显著提高马铃薯土壤温度，在马铃薯生育前期，覆膜能有效提高土壤温度，其中土壤5 cm处尤为明显。这是由于生育前期植株较小，地膜覆盖接受光辐射表面积较大增温显著，在马铃薯生育后期，由于植被覆盖度的影响，不同处理的土壤温度变化不明显[20]。

3.2 不同颜色覆膜对马铃薯生长的影响

试验结果表明，覆膜能提高马铃薯出苗率，对植株生长产生先发优势，使覆膜处理的植株株高高于不覆膜处理，且黑色覆膜处理株高高于透明覆膜处理，这与前人的研究结果一致[20-22]。

马铃薯单株块茎产量表现为BM>TM>NM，黑色覆膜与其他处理相比，表现出了全生育期的差异性。

HOU X Y等[23]研究表明，覆膜处理的马铃薯产量比不覆膜处理高，本试验通过研究也发现覆膜处理能提高马铃薯产量，不同颜色覆膜最终产量表现为BM>TM>NM，黑色覆膜与其他两种处理存在显著性差异。

4 结论

(1)覆膜处理能改善马铃薯出苗率。

黑色覆膜比不覆膜提前5 d出苗，透明覆膜比不覆膜提前2 d出苗。覆膜处理提高了20 cm以上土层土壤温度，加快了块茎的出苗，使植株更早进入苗期。

(2)覆膜处理能提高马铃薯土壤温度。

在马铃薯整个生育期，覆膜处理比不覆膜处理增温效果显著，其中黑色覆膜增温效果最好，5 cm土层>10 cm土层>20 cm土层。

(3)覆膜处理能提高马铃薯株生物学指标及总产量[24-26]。马铃薯株高、块茎分级与块茎产量、单株块茎产量均表现为覆膜处理高于不覆膜处理，黑色覆膜与透明覆膜之间也存在差异。不同处理之间前期株高差异较小，后期差异显著，整个生育期表现为BM处理株高最高，TM处理次之，NM处理最低。马铃薯干物质量除生育前期外表现为黑色覆膜与透明覆膜、不覆膜之间存在显著性差异，透明覆膜与不覆膜之间未表现出显著性。块茎分级总数量和总产量黑色覆膜处理显著高于其他两个处理，透明覆膜与不覆膜未表现出显著性差异。覆膜能提高马铃薯单株块茎产量，大小关系表现为BM>TM>NM。覆膜能显著提高马铃薯产量，大小关系表现为BM>TM>NM。