不同覆膜方式与种植密度互作对马铃薯光合特性及产量的影响

吴雁斌，吕和平，梁宏杰，高彦萍，张 武

（甘肃省马铃薯脱毒种薯（种苗）病毒检测及安全性评价工程中心·甘肃省农业科学院马铃薯研究所 兰州 730070）

马铃薯（L.）为茄科茄属植物，别称洋芋、土豆、山药蛋等，喜光，不耐高温，生长适宜温度为18～23 ℃，具有耐旱、耐寒、耐瘠薄的特点，现主要栽培的品种有100 多个。作为全世界重要的非谷类粮食作物之一，在优化人类膳食能量结构和提高人们生活水平方面发挥很大作用，仅甘肃定西地区种植面积就高达6.67 万hm。在马铃薯主粮化背景下，甘肃其他干旱、半干旱地区也在进行相关产业升级，其经济效益显著。马铃薯已经成为半干旱地区农村经济结构的支柱产业，大大增加了农民收入，在乡村振兴工作中起到十分重要的作用。地膜覆盖可以增温并降低土壤水分蒸发，改善土壤生态系统和微生物群落，防除杂草，已于全球农作物生产中得到了广泛应用。近年来也在马铃薯生产上大面积使用。研究表明，通过覆盖地膜特别是覆盖黑色地膜，可以有效提升马铃薯产量，优化马铃薯各项品质指标，促进马铃薯商品薯产出率上升，其主要原因是地膜覆盖改善了马铃薯生长所需要的农田小气候。块茎膨大期是马铃薯光合产物积累最快的时期，约60%的光合同化物是在这个时期合成的。因此，地膜覆盖在马铃薯旱地种植中具有举足轻重的作用。

会宁县地处甘肃中部，年降水量稀少，属于陇中半干旱区，水资源匮乏严重阻碍了当地作物的生长。地膜覆盖可以增温保湿，促进作物生长。科学合理的种植密度可以使作物充分利用水分和养分，且提高作物产量。笔者以陇薯7 号原种为试材，于2019—2020 年在会宁县汉家岔镇进行试验，探索不同覆盖方式与密度互作对马铃薯光合特性及产量的影响，旨在筛选出适合甘肃省陇中地区马铃薯栽培最适宜的覆膜与密度组合方式，以期为马铃薯早熟、丰产和优质栽培提供理论支撑。

1 材料与方法

1.1 材料

供试材料品种为陇薯7 号原种（甘肃省农业科学院马铃薯研究所提供），株型半直立，主茎分枝较多，具有抗晚疫病、耐寒、高产等特性，现蕾期株高65～70 cm，地上部生长旺盛。

1.2 试验地概况

试验于2019—2020 年在甘肃省白银市会宁县汉家岔镇进行，该地区海拔1810 m，年平均气温5～15 ℃，年平均降水量286.10 mm，年蒸发量达到1800 mm，降水分布不均匀，降水月份多为7—8 月，无霜期130 d。试验地地势缓平、地块肥力充足、黄绵土结构疏松、排水通气良好并富含有机质。基施尿素120 kg·hm，磷酸二铵27 kg·hm，硫酸铵225 kg·hm。

1.3 试验设计

试验采用二因素随机区组设计，因素A 为垄表面用黑膜覆膜，设3 个水平：A1（全覆膜）、A2（半覆膜）、A3（不覆膜）；因素B 为栽培密度，设3 个水平：B1（60 000 株·hm）、B2（67 500 株·hm）、B3（75 000 株·hm），共设9 个处理，以A3B1 不覆膜+60 000 株·hm为对照。其中，全覆膜指垄上覆膜，地膜在垄沟底部留缝隙；半覆膜是指垄沟全覆膜，垄上半覆膜，地膜在垄顶部留缝隙，缝隙为垄上微沟，可做马铃薯种植带。每处理设3 次重复，垄长6.00 m，行株距0.50 m×0.25 m，垄距0.60 m，小区面积18.00 m，在试验地四周，设置1.50～2.00 m 宽的保护行。为期2 年的试验均在4 月中旬播种，试验处理见表1。

表1 试验处理

1.4 样品采集与指标测定

每个处理选取健康、无病虫害且具有代表性的植株10 株，测量株高、茎粗。株高用卷尺测定马铃薯茎基部至生长点的长度，用数显卡尺测定茎基部第一节处的茎粗。

气象数据测定：气温、降水量和相对湿度采用美国SPECTRUM WatchDog 2000 型小型气象站测定。

马铃薯块茎膨大期，测定马铃薯叶片净光合速率、胞间CO浓度、气孔导度、蒸腾速率。09：30—11：30，用Li-6400 便携式光合测定仪测定光合参数。选取自生长点向下第3～第4 片完全展开、生长良好的马铃薯叶片，测定光强为1000 μmol·m·s，CO浓度为380 μmol·mol，相对湿度为75%，每处理选取20 株测定，计算平均值。

单株薯质量：统计每个小区的单株薯质量，取3次重复的平均值。单株结薯数：统计每个小区的单株结薯数，取3 次重复的平均值。大薯率：测定每个小区单薯质量＞50 g 的薯块占小区产量的百分率，取3 次重复的平均值。产量：测取每小区产量，取3 次重复的平均值，然后折算出各处理的每hm产量。

经济效益=1 hm产量×收获时当地价格；

增产效益=（处理经济效益-对照经济效益）/对照经济效益。

1.5 数据处理

试验数据用Excel 2020 和SPSS 20 进行统计分析，采用Duncan 法进行分析。

2 结果与分析

2.1 马铃薯生育期气温的变化

马铃薯生长的适宜温度为18～23 ℃，由图1 可见，试验区2019 年从试验种植到收获，全生育期年最高气温为32 ℃，最低气温为2 ℃。2020 年全年温度在-1～30 ℃。年平均高温为22.37 ℃，年平均低温为10.68 ℃。2019 年平均气温8.23 ℃，2020年平均气温为8.15 ℃，较2019 年降低0.97%。表明该地区平均气温较稳定，适合马铃薯生长。

图1 马铃薯生育期日气温

2.2 马铃薯生育期降水、蒸发量及相对湿度的分析

由图2 可知，2019—2020 年会宁试验区6—8月份降水量和蒸发量较大。2019 年最大降水量为103.06 mm（8 月份），最小降水量为4.50 mm（2 月份），年降水量为43.85 mm，降水较多。7 月份蒸发量最大，为62.33 mm。2020 年最大降水量出现在6月份，为82.15 mm，最小降水量出现在1 月份，为2.49 mm，年降水量为37.70 mm，与2019 年相比降水较少；最大蒸发量为65.88 mm（8 月份），最小蒸发量为9.04 mm（1 月份）。相对湿度对植物的生长发育具有重要影响，2 年的相对湿度均表现为两头高中间低的态势。其中，2019 年4—10 月份相对湿度在44.57%～67.97%，马铃薯生育期实际平均相对湿度是57.07%；2020 年4—10 月份相对湿度为39.25%～68.52%。合适的湿度可以降低病害的发生，减小对试验结果的影响。

图2 马铃薯生育期降水、蒸发量及相对湿度

2.3 不同覆膜方式与种植密度互作对马铃薯株高和茎粗的影响

由图3 可知，2 种覆膜方式下的马铃薯株高均高于不覆膜处理，A1B2、A1B3、A2B2 和A2B3 处理株高均在100 cm 以上，且均显著高于对照。其中，A2B2 最高，较对照提高28.57%。相同密度处理下，除A2B1 处理外，半覆膜（A2）处理种植马铃薯株高均高于全覆膜（A1）和对照。2 种覆膜处理下，随着密度增加，马铃薯茎粗变小，其中，A1B1、A2B1、A2B2 茎粗较对照显著升高，分别比对照处理提高42.40%、34.94%、31.05%。

图3 不同覆膜方式与种植密度互作对马铃薯株高和茎粗的影响（2019—2020 年）

2.4 不同覆膜方式与种植密度互作对马铃薯生育期的影响

由表2 可以看出，不同覆膜方式与种植密度互作处理下，马铃薯出苗时间不相同。其中，半膜覆（A2）处理的生育期均较短，成熟期也提早。A2B2处理出苗期、膨大期、成熟期较对照分别提前8、9、11 d。

表2 不同覆膜方式与种植密度互作对马铃薯生育期的影响

2.5 不同覆膜方式与种植密度互作对马铃薯叶片光合作用的影响

由表3 可以看出，叶片净光合速率表现为：A2B2＞A2B1＞A2B3＞A1B2＞A1B1＞A1B3＞A3B3＞A3B2＞A3B1，以A2B2 处理马铃薯叶片净光合速率最大，为23.64 μmol·m·s，显著高于对照。 所有处理的气孔导度均高于对照的0.25 mol·m·s，说明覆膜方式和密度的增加都导致了气孔导度的上升，其中A2B2 气孔导度最高，为0.69 mol·m·s。不覆膜处理马铃薯叶片胞间CO浓度均显著高于2 种覆膜处理，不覆膜处理之间胞间CO浓度无显著变化；以A3B1 处理胞间CO浓度最高，A2B2 处理胞间CO浓度最小，为267.59 μmol·mol。不覆膜处理蒸腾速率均显著高于覆膜处理，且同一覆膜方式下，随着密度增大蒸腾速率变大，A3B3 蒸腾速率最高，较A2B1 蒸腾速率提高20.85%。

表3 不同覆膜方式与种植密度互作对马铃薯叶片光合作用的影响（2019—2020 年）

2.6 不同覆膜方式与种植密度互作对马铃薯单株产量及构成因子的影响

由表4 可以看出，在相同覆膜种植方式下，马铃薯单株薯质量均在种植密度为67 500 株·hm时最大。密度越大，单株薯质量反而降低。A1B2、A2B2、A2B3 处理单株薯质量均高于其他处理，分别为4.60、4.69、4.26 kg。A1B2 处理单株结薯数最多，A1B2 处理的单株结薯数显著高于其他处理和对照（除A2B2 外），较对照提高61.96%。A2B2 产量最高，为50 136 kg·hm，且显著高于其他处理（除A1B2 外）。各处理产量从高到低依次为 ：A2B2＞ A1B2＞ A2B1＞A2B3＞A1B3＞A1B1＞A3B3＞A3B2＞A3B1。

表4 不同覆膜方式与种植密度互作对马铃薯单株产量及构成因子的影响（2019—2020 年）

2.7 不同处理对马铃薯产量和经济效益的影响

大薯率是衡量马铃薯能够作为商品薯进入市场的一个标准。由表5 可以看出，2 种覆膜情况下，大薯率均达到69.68%以上，其中，A1B2 和A2B2 处理大薯率均达80%以上。覆膜处理增效高于不覆膜处理，其中，A2B2 处理经济效益达50 136 元·hm，增产效益达94.17%。由于半覆膜处理下马铃薯幼苗出苗点位置刚好在2 张黑膜的接缝处，其出土后不需要进行人工放苗，减少了劳动力投入，进一步降低了生产成本和劳动强度。因此，综合产量和经济效益，A2B2 处理较适合在该地区大面积示范。

表5 不同处理对马铃薯经济效益的影响（2019—2020 年）

3 讨论与结论

干旱及半干旱地区约占地球陆地面积的41%，生产了全球一半以上的粮食。降水量有限、季节性缺水和旱地蒸发量过大都限制了作物产量。作为减少土壤水分蒸发和保持土壤水分的一项关键技术，地膜覆盖在全球农作物生产中得到了广泛应用。许多研究表明，地膜覆盖对提高作物产量至关重要。有研究表明，地膜覆盖能使马铃薯产量增加57%～78%，玉米产量增加30%～107%，小麦产量增加10%～15%，地膜覆盖技术对提高粮食产量和确保粮食安全做出了巨大贡献。地膜覆盖有利于改变土壤温度和湿度，起到增温保墒的作用。研究表明，马铃薯幼苗期和成熟期土壤水分和温度是影响其生长的主要环境因子，可以促进马铃薯提早发芽、开花并缩短生育期。覆膜可使作物幼苗的出苗时间适当提前，刺激茎叶延展和苗期壮苗。通过覆盖秸秆等各种覆盖物，可促进马铃薯结薯、增产，提高商品薯率。研究地膜全覆膜方式和覆膜时期对马铃薯生长的效果表明，全膜覆盖较露地栽培马铃薯增产35.30%。马铃薯生长好坏与种植密度也密切相关，随马铃薯栽培密度的增加，植株的株高呈现显著增高的趋势。也有研究表明，随着田间种植密度的提升，马铃薯株高有所降低，但茎粗增加，马铃薯种植密度为5.25 万～8.20 万株·hm时，产量达到最高。本研究结果表明，A2B2 处理可提早马铃薯出苗时间8 d 以上，收获期提前11 d以上。2 种覆膜方式下马铃薯株高均高于不覆膜处理，其中A2B2 最高，较对照提高28.56%。相同密度处理下，除A2B1 处理外，半覆膜（A2）处理种植马铃薯株高均高于全覆膜（A1）和对照。半覆膜种植马铃薯株高最高，2 种覆膜处理，随着密度增加茎粗变小。其中，A2B1 处理茎粗最大，显著高于不覆膜处理。从形态指标看，覆膜处理植株生长健壮，株高、茎粗等性状均优于对照，该结果与何晓明等、谭小琴等的研究结果一致。分析原因，可能是该地区属于半干旱地区，降水量少，覆膜处理具有保墒作用，水分蒸发较少，多数水分能高效被植株吸收，覆膜也可以有效改善土壤环境，使马铃薯植株生长健壮，这也是覆膜和种植密度互作的结果。

光照在植物生长发育过程中具有重要作用，地面覆盖地膜可以将太阳辐射反射到植物叶片背面，从而提高其光合效率，进而使植物产量增加。许丽婷等研究表明，与对照相比，覆膜种植马铃薯可提高光合速率、气孔导度，降低蒸腾速率。本试验结果表明，A2B2 处理马铃薯叶片净光合速率、气孔导度均最大，A3B1 处理胞间CO浓度表现最高，不覆膜处理胞间CO浓度均高于覆膜处理；其中，A2B2处理胞间CO浓度最小。不覆膜处理的蒸腾速率均显著高于覆膜处理，且同一覆膜方式下，随着密度增大蒸腾速率变大，A3B3 蒸腾速率最高，该结果与许丽婷等的研究结果一致。

单株结薯数和单薯质量是构成产量的基本要素。王亚宏等研究认为，通过对露地覆盖不同的保护物可以提高马铃薯产量，其产量增加主要是由于提高了单株结薯数。谢小双等研究认为，马铃薯栽培过程中，覆盖栽培可以增产，且植株形态指标、产量和品质等显著高于露地种植。徐康乐等研究认为，覆盖物有利于促进马铃薯生长、提高商品率和产量。经济效益是决定一个新的替代技术是否被未来半干旱马铃薯栽培区农业接受的关键，产量的提高直接为获得更高经济效益打下物质基础。本研究结果表明，与对照相比，不同覆盖方式与种植密度互作较单株结薯数和单薯质量均有所增加，单株产量的增加为增产提供了有力的保障，A1B2 处理单株结薯数最高，A2B2 处理单株薯质量、大薯率、产量均最高。该结论与赵沛义等的研究结论一致。另外，相比较全覆膜，本试验中采用半覆膜种植方式，半膜覆盖还可在抑制田间杂草的前提下，不用人工放苗，极大地减轻了田间管理劳动强度和降低生产成本，该结论与黄凯等的研究结论一致。

综上所述，A2B2 处理较对照可提早马铃薯出苗时间8 d 以上，收获期提前11 d 以上；促进马铃薯株高增加，增强光合作用，显著提高产量。因此，A2B2（半膜覆盖+播种密度为67 500 株·hm）处理可作为最适宜陇中半干旱区马铃薯高效种植模式，进而达到马铃薯丰产、优质和早熟的效果。