不同集雨方式对旱作区马铃薯农艺性状及产量的影响

摘 要：宁南山区马铃薯种植主要采用起垄覆膜的栽培模式，但由于地膜的阻隔，降雨直接从垄面流向垄沟，导致水分利用率低，影响马铃薯产量。针对旱作区马铃薯生产中自然降水利用率低的问题，以青薯9号为材料，采用随机区组试验设计，设置了传统起垄覆膜（CK）、垄面集雨覆黑膜（T1）和垄面集雨覆渗水膜（T2）3种集雨方式，测定了3种集雨方式对马铃薯土壤含水量、酶活性和马铃薯农艺性状及产量的影响。结果表明，垄面集雨覆黑膜和覆渗水膜的种植方式均可提高马铃薯土壤含水量和土壤酶活性，改善马铃薯农艺性状，从而增加产量。其中，垄面集雨覆黑膜处理的产量最高，达1 543.16 kg·667 m-2，较CK提高了44.04%，比覆渗水膜更有效地增加产量。综上所述，垄面集雨覆黑膜的种植方式优于覆渗水膜，可以提高水分利用率，这为马铃薯高产高效栽培提供了参考依据。

关键词：马铃薯；集雨；土壤含水量；土壤酶活性；农艺性状；产量

中图分类号：S532 文献标志码：A 文章编号：1673-2871（2024）10-111-07

收稿日期：2024-01-12；修回日期：2024-04-04

基金项目：宁夏回族自治区重点研发计划项目（2022BBF02002）

作者简介：张天赐，男，副研究员，研究方向为农业信息与农业科技等。E-mail：879443086@qq.com

通信作者：陈彦云，男，研究员，研究方向为马铃薯资源利用及开发等。E-mail：nxchenyy@163.com

Effects of different rainfall-harvesting patterns on agronomic traits and yield of potato in dryland areas

ZHANG Tianci1， LI Sixuan2， CHEN Yanyun2

（1. Ningxia High-tech Entrepreneurship Service Center， Yinchuan 750000， Ningxia， China; 2. School of Life Science， Ningxia University， Yinchuan 750021， Ningxia， China）

Abstract：Potato cultivation in the Ningnan mountainous area mainly adopts the cultivation mode of ridge covering and film mulching. However， due to the barrier of the film mulching， rainfall flows directly from the ridge surface to the furrow， resulting in low water utilization and affecting potato yield. To address the problem of low water utilization of natural precipitation in potato production in dryland areas， QS9 was used as the material， and a randomized block experiment design was adopted to set up three rain harvesting modes， namely， traditional ridge cover film（CK）， rain catchment on the ridge covered by black film（T1） and rain catchment on the ridge covered by water seepage film（T2）. The effects of the three rain harvesting modes on potato soil water content， enzyme activity， and agronomic traits of potato as well as potato yield were determined. The results showed that both rain-fed black film and water-permeable film planting methods could increase the soil water content and enzyme activity of the potato soil layer， improve the agronomic properties of potato， and thus increase the yield. The yield of rain-fed black film was the highest， reaching 1 543.16 kg·667 m-2， which was 44.04% higher than CK， and more effective in increasing yield than the water-permeable film. In conclusion， the planting method of rain-fed black film on ridges is superior to that of water-permeable film， and can improve the water utilization rate， which provides a practical reference for high-yield and high-efficiency cultivation of potato.

Key words： Potato; Rainfall-harvesting; Soil water content; Soil enzyme activity; Agronomic trait; Yield

马铃薯是新世纪我国最有发展潜力的高产经济作物之一，素有“地下苹果”和“第二面包”之称[1]，宁夏是我国马铃薯主要产区之一[2]，根据宁夏马铃薯产业发展规划，到2024年，全区马铃薯种植面积9万hm2，种植地区主要集中在宁南山区，是当地主要的种植作物和经济作物[3]。宁南山区属于干旱地区，该区无灌溉条件，依靠自然降雨，属于典型的雨养农业区。随着马铃薯主粮化战略的提出，人们也在研究提高马铃薯产量的措施，其中，覆膜栽培技术被大量采用[4]。

传统起垄覆膜栽培集合了垄作与覆膜两种技术的优点，是将地面修整成垄台，并将地膜覆盖于垄台之上，在双垄之间种植作物的栽培方式，在提高作物水分利用效率、保持地温等方面具有更好的效果[5]。近年来，这项技术在诸多作物上都有广泛应用。但调查发现，在马铃薯生育期，由于地膜的阻隔作用，起垄覆膜种植技术不能充分地蓄积自然降水，对于一些降雨量小的有效降水，雨水从垄面流向了垄沟，造成垄内土壤水分远少于垄沟土壤，使有效降雨利用率降低，对无效降水更无法利用。对补充地下水、支持农作物生长发育等生态效应没有明显效果，因而不能充分、有效地利用降水[6]。目前，多数研究集中于不同起垄方式地膜栽培对马铃薯集雨保墒效果及产量的影响方面[7-9]，而笔者针对不同种类的垄面集雨覆膜对马铃薯土壤含水量、酶活性、农艺性状及产量的影响展开研究。

笔者通过创新起垄覆膜垄面微集雨技术，采用微集雨面代替传统垄面，将传统的起垄覆膜改造为垄面微集雨覆膜，并采用不同种类地膜覆盖。以期该技术可将无效降雨量转变为有效降雨量，将水分蓄积在垄内，从而提高土壤水分含量，促进土壤酶活性，提高土壤速效养分含量，促进马铃薯生长。本研究的目的是探索适于旱作区马铃薯微集雨种植方式，以提高自然降水的利用效率，并促进马铃薯种植技术的进一步发展。通过这项研究为提高旱区马铃薯产量提供理论依据和技术支持。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2022年4月在宁夏回族自治区海原县海城镇堡子村进行，该试验地属温带半干旱大陆性气候，海拔高度1 891.48 m，日照充足，昼夜温差大，干旱少雨，年蒸发量为1 748.9 mm，年无降水量286 mm，年平均气温8.1 ℃，年无霜期为149～181 d，试验区土壤类型为黄绵土，质地为砂壤土。

1.2 试验设计

试验采用宁夏南部山区广泛种植的马铃薯品种青薯9号，是由宁夏马铃薯工程技术研究中心提供的脱毒原种。试验采用随机区组设计，设置3个处理，分别为处理1：微集雨垄面+覆盖黑色地膜（T1），人工起垄，垄高15～20 cm，垄底宽80 cm，垄面宽40 cm并做成凹型面，垄沟宽40 cm，每垄种植2行，垄面覆盖黑色地膜，播种20 d后垄面均匀覆盖3～5 cm厚碎土并在凹面中间每隔50 cm打一渗水孔，平均行距60 cm，株距45 cm；处理2：微集雨垄面+覆盖渗水地膜（T2），人工起垄，垄高15～20 cm，垄底宽80 cm，垄面宽40 cm并做成凹型面，垄沟宽40 cm，每垄种植2行，垄面覆盖渗水地膜，播种20 d后垄面均匀覆盖3～5 cm厚碎土，平均行距60 cm，株距45 cm；处理3：传统起垄覆膜（CK），人工起垄，垄高15～20 cm，垄底宽80 cm，垄面宽40 cm，垄沟宽4f4a8fc13b57de21cb51981f4bc1325b885e9902c6edceeae256515d19e1735140 cm，每垄种植2行，垄面覆盖黑色地膜，播种20 d后垄面均匀覆盖3～5 cm厚碎土，平均行距60 cm，株距45 cm。每个处理3次重复。各小区长度为10 m，田间管理保持一致，施肥量为氮肥18.2 kg·667 m-2，磷肥（P2O5）13.6 kg·667 m-2，钾肥（K2O）10.7 kg·667 m-2。生长期间，根据具体情况防治早疫病、晚疫病3次，人工除草3次。

在2022年4月22日播种，于10月6日收获。分别在5月21日（幼苗期）、6月28日（块茎形成期）、7月31日（盛花期）和10月6日（收获期）采集土样。每个小区采用五点取样法，在0～20 cm和＞20～40 cm的耕作层分别取土样，将其无菌密封带回实验室，并经过2 mm筛网过滤后用于测定土壤酶活性。

1.3 测定指标与方法

1.3.1 土壤含水量的测定 采用烘干称质量法测定土壤含水量[10]。

1.3.2 土壤酶活性测定 采用苯酚钠-次氯酸钠比色法测定土壤脲酶活性[11]，采用KMnO4滴定法测定过氧化氢酶活性[12]。

1.3.3 马铃薯农艺性状及产量测定 在马铃薯收获期测定小区马铃薯产量，并在每个小区随机取样10株，测定马铃薯株高、茎粗、分茎数、单株结薯数、单株薯质量及商品率。马铃薯株高、茎粗采用定株法测定，株高测定时测量自然株高，茎粗用游标卡尺测量马铃薯主茎下部粗度，称量马铃薯单株大薯（单薯质量>150 g）、中薯（75 g<单薯质量≤150 g）、小薯（单薯质量≤75 g）质量，计算商品薯率（单薯质量≥150 g）。计算出马铃薯单株的平均产量，然后根据种植密度计算出667 m2产量[13]。

1.4 数据处理

使用Microsoft Excel 2019和 Origin 2021进行图表绘制，并使用SPSS 27.0进行数据处理，并用origin 2021制作相关系数热图。对同一生育期内不同处理和不同土层的各项指标使用单因素方差分析（LSD）进行差异性检验。

2 结果与分析

2.1 不同微集雨方式对马铃薯土壤含水量的影响

由图1-a可知，马铃薯块茎形成期土壤含水量整体随土层深度的增加呈增加趋势。0～20 cm土层各处理间土壤含水量的差异最大，＞20～100 cm土层各处理间土壤含水量差异相对较小。其中，0～20 cm土层中，T1处理下的土壤含水量显著高于CK，较CK提高了23%；60～80 cm土层中T1处理下的土壤含水量最高，为11.54%，相比CK显著提高11.18%。

由图1-b可知，马铃薯盛花期土壤含水量随土层深度的增加同样表现为增加的趋势。0～60 cm土层含水量均表现为T1显著高于CK，其中＞60～80 cm土层T1处理下的土壤含水量最高，为12.46%，较CK显著提高15.80%。

由图1-c可知，马铃薯收获期土壤含水量随土层深度的增加整体呈下降趋势。其中，＞20～40 cm土层T1处理下的土壤含水量最高，为9.78%，较CK显著提高15.33%。

2.2 不同微集雨方式对马铃薯土壤酶活性的影响

2.2.1 不同微集雨方式对马铃薯土壤脲酶活性的影响 由图2可得，马铃薯在整个生育期0～20 cm和＞20～40 cm土层中，土壤脲酶活性基本表现为先上升后下降的变化趋势。0～20 cm土层中，块茎形成期以T1处理的脲酶活性最高，高达98.80 mg·g-1·24 h-1，相比CK显著提高了42.18%；而盛花期土壤脲酶活性整体呈上升趋势；在收获期以T1脲酶活性最高，达104.39 mg·g-1·24 h-1，与CK有显著差异。＞20～40 cm土层中，块茎形成期T1、T2处理的脲酶活性均显著低于CK，且与0～20 cm处理组相比呈现一定的下降趋势；而盛花期土壤脲酶活性以T1处理最高，为21.67 mg·g-1·24 h-1，较CK提高57.49%，达到显著水平；在收获期T1处理的脲酶活性最高，为86.17 mg·g-1·24 h-1，较CK有显著差异。从各个生长时期对土壤脲酶活性的影响来看，T1处理对0～20 cm和＞20～40 cm土层土壤脲酶活性的影响最大，在收获期可显著提高马铃薯土壤脲酶活性。

2.2.2 不同微集雨方式对马铃薯土壤过氧化氢酶活性的影响 由图3可得，马铃薯在整个生育期0～20 cm土层中，土壤过氧化氢酶活性均表现出了先升高后降低的变化趋势，均在盛花期最高。0～20 cm土层中，块茎形成期和盛花期T1处理的过氧化氢酶活性最高，分别为6.67 mg·g-1·24 h-1和7.01 mg·g-1·24 h-1，且与CK未达到显著差异水平；收获期T1处理的过氧化氢酶活性仍然最高，为6.57 mg·g-1·24 h-1，较CK提高1.70%，达到显著差异水平。＞20～40 cm土层中，块茎形成期T1过氧化氢酶活性最高，较CK提高了0.30%；盛花期处理组过氧化氢酶活性均高于CK，其中T2最高，为7.10 mg·g-1·24 h-1，较CK提高4.11%，达到显著水平；收获期T2处理的过氧化氢酶活性最高，为6.67 mg·g-1·24 h-1，较CK差异不显著。从各个生长时期对土壤过氧化氢酶活性的影响来看，与其他处理相比，T1处理有助于提高马铃薯0～20 cm土层中的过氧化氢酶活性，在收获期效果最为显著；T2处理最有利于提高马铃薯＞20～40 cm土层过氧化氢酶活性，各处理对马铃薯＞20～40 cm土层过氧化氢酶活性的影响主要体现在盛花期。

2.3 不同微集雨方式对马铃薯农艺性状的影响

由表1可知，T1处理下马铃薯株高最高，达75.27 cm，与CK相比提高15.46%，差异达到显著水平；两个处理组马铃薯茎粗都大于CK，且差异均未达到显著水平；不同处理下各组马铃薯分茎数以T1最高，与CK相比提高9.22%，差异达显著水平；两个处理组单株结薯数相较于CK都有增加，且均达到显著差异水平，其中T1处理最高，相比CK提高61.51%；T1处理下平均单株薯质量最高，为714.80 g·株-1，相比CK提高39.36%，两个处理组单株薯质量相较于CK都有增加，且均达到显著差异水平；不同处理下各组商品率以T1最高，与CK相比提高50.50%，各处理组商品率均高于CK组，且与CK均达到显著差异水平。

综上所述，T1处理对马铃薯株高、茎粗、分茎数、单株结薯数、单株薯质量、商品率6个农艺性状改善效果均较为明显，由此可得，T1相比T2在改善马铃薯农艺性状方面效果更好。

2.4 不同微集雨方式对马铃薯产量的影响

由图4可知，2种不同微集雨方式与CK相比均显著提高了马铃薯产量。其中，T1处理的产量最高，为1 543.16 kg·667 m-2，较CK提高了44.04%；T2次之，为1 340.55 kg·667 m-2，与CK相比提高了25.12%，说明T1和T2均可提高马铃薯产量，但T1效果更好。

2.5 马铃薯产量与农艺性状及土壤含水量、酶活性的相关性分析

马铃薯产量受多种因素综合影响，为了研究马铃薯产量与农艺性状及土壤含水量、酶活性的相关性，对其进行了Pearson相关性分析。由图5所示，马铃薯产量与土壤含水量、脲酶活性、株高、分茎数、单株结薯数、单株薯质量、商品率7个因素均呈显著正相关，其中马铃薯产量与土壤含水量相关系数最大，为0.97，其次为土壤脲酶活性，相关系数达0.94，与TN（单株结薯数）和PW（单株薯质量）相关系数分别为0.82和0.71，因此，马铃薯产量受土壤含水量、脲酶活性和农艺性状的影响更大。土壤含水量与脲酶活性的相关系数为0.86，脲酶活性与株高、分茎数、单株结薯数、单株薯质量和商品率等农艺性状的相关系数分别为0.77、0.81、0.95、0.84、0.72。由此可得，土壤含水量对脲酶活性的影响较大。综上所述，马铃薯产量受土壤含水量的影响最大，T1是一种有效提高水分利用效率的旱作集雨方式。

3 讨论与结论

3.1 不同微集雨方式对马铃薯土壤含水量的影响

土壤水分是植物生长和发育的基本条件，不同的耕作栽培方式对土壤水分产生不同的影响[14]。地膜覆盖可以有效提升土壤含水量，这已被大量学者论证[15-16]。有研究表明，覆盖地膜较未覆膜显著提高了0～100 cm土层的含水量[17]。孔伟程等[18]的研究表明，与未覆膜相比，覆膜处理对马铃薯30～50 cm土层蓄水效果显著，土壤含水量较未覆膜高出1.72%～10.30%。本试验结果表明，垄面集雨覆黑膜与垄面集雨覆渗水膜种植对马铃薯0～100 cm土层土壤含水量均有一定的提高作用，这与前人的研究结果一致。从3个时期来看，渗水膜在提高马铃薯土壤含水量方面有一定效果，但效果不及渗水孔，因此T1处理对提升土壤含水量效果更显著。

3.2 不同微集雨方式对马铃薯土壤酶活性的影响

脲酶在土壤中有机物质分解和养分循环中发挥着重要作用[19]，主要促进尿素的分解，还能水解其他含镍金属酶而被作物根系吸收利用。土壤过氧化氢酶是一种催化过氧化氢分解的酶类，它能够将过氧化氢分解成水和氧气，并释放出大量的能量。由于覆膜栽培会使土壤的温度、湿度、pH值等发生较大的变化，从而导致土壤酶活性发生变化。研究表明，长期使用地膜覆盖会抑制土壤酶活性，尤其体现在脲酶等一些可溶性酶类中[20]。但是，一些研究也表明，中短期内使用地膜覆盖可以提高土壤酶活性[21]。要凯等[22]的研究表明，沟垄覆膜可以有效提高马铃薯脲酶、过氧化氢酶活性。本试验结果表明，与传统覆膜方式相比，收获期不同的集雨种植方式对马铃薯土层脲酶活性有显著提升，对过氧化氢酶活性产生了一定的影响，但不够明显。不一致的原因可能是土壤水分对脲酶活性影响较大，而对过氧化氢酶活性影响相对较小。此外，垄面覆黑膜种植和垄面覆渗水膜种植都能提高马铃薯土壤中的酶活性，这与李旺霞等[23]的研究结果一致。

3.3 不同微集雨方式对马铃薯农艺性状的影响

不同微集雨方式在改善马铃薯农艺性状方面都有一定效果，农艺性状的改善也意味着作物生长健壮，出苗率高，长势旺，产量自然也会提升。有研究表明，不同种植模式下马铃薯株高、茎粗、单株薯质量以及单株结薯数都有明显的提高[24]。本试验结果也证实了垄面集雨的种植方式可改善马铃薯农艺性状，对马铃薯植株的生长有积极影响，并且可以提高马铃薯的产量和薯块品质。原因可能是微集雨种植相对于传统种植能够更好地减少土壤水分的蒸发流失，起到更好的蓄水作用。此外，微集雨垄面覆膜还可以保护土层温度，促进马铃薯生长。通过对不同处理方法的比较，发现采用垄面集雨覆黑膜种植方法对马铃薯的农艺性状影响效果更好，优于垄面集雨覆渗水膜种植方法。

3.4 不同微集雨方式对马铃薯产量的影响

产量是农业生产中的一项重要指标，有研究表明，不同微集雨方式对马铃薯产量都有提升作用[25]。在本试验中，2组处理相较于传统起垄覆膜方式产量大幅增加，这与耿世杰等[13]的研究结果一致。原因可能是微集雨覆膜种植方式可以同时实现聚集雨水和改善土壤水热条件的效果。通过这种种植方式，土壤可以变得更加松散，为马铃薯的根系和块茎提供更好的发展空间。相比传统的起垄覆膜种植方式，微集雨覆膜种植可以提高土壤中的含水量，这有利于马铃薯根系的生长和发育。强大的马铃薯根系能够充分吸收土壤中的水分和营养，满足马铃薯植株生长所需，最终实现更高的产量。通过对不同处理方法的比较，发现采用垄面集雨覆黑膜种植方法对马铃薯产量提高效果更好，优于垄面覆渗水膜种植方法。

垄面集雨覆黑膜和覆渗水膜的种植方式均可提高马铃薯土壤含水量及酶活性，改善马铃薯农艺性状，从而提高产量。综合考虑各项指标，垄面集雨覆黑膜的种植方式比覆渗水膜效果更好，因此在旱作区种植马铃薯时，可以参考垄面集雨覆黑膜的种植方式，以实现高产高效的栽培目标。

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