張淑敏 寧堂原 劉 振 王 斌 孫 濤 張學鵬 賀貞昆 楊 燕 米慶華

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不同類型地膜覆蓋的抑草與水熱效應及其對馬鈴薯產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

張淑敏 寧堂原*劉 振 王 斌 孫 濤 張學鵬 賀貞昆 楊 燕 米慶華

山東農(nóng)業(yè)大學作物生物學國家重點實驗室 / 農(nóng)業(yè)部作物水分生理與抗旱種質(zhì)改良重點實驗室, 山東泰安 271018

地膜覆蓋被廣泛應用于馬鈴薯栽培中, 隨之而來的白色污染以及雜草問題十分嚴重。為篩選適宜黃淮海地區(qū)的馬鈴薯專用地膜, 以馬鈴薯品種荷蘭15為供試材料, 在2013—2015年進行大田定位試驗, 設置黑白配色地膜(BW)、透明生物降解地膜(BI)和普通聚乙烯地膜(CK)覆蓋3個處理, 研究其抑草與水熱效應及其對馬鈴薯產(chǎn)量和品質(zhì)的影響。結果表明, 與CK相比, BW和BI分別減少雜草密度44.1%~58.5%和26.7%~38.3%。馬鈴薯生育前期, CK增溫效果明顯; 在淀粉積累期, BW的溫度日變化幅度較小, 控溫效果顯著。干旱年份(2014) BW保墑效果顯著優(yōu)于BI和CK。與CK相比, 降水正常(2013)和干旱年份BW分別增產(chǎn)6.2%和8.2%; 干旱年份BI增產(chǎn)7.1%; 而濕潤年份(2015), 不同地膜處理間馬鈴薯產(chǎn)量無顯著差異。與CK相比, BW處理淀粉含量提高18.3%~37.6%, BI提高7.0%~28.9%; BW維生素C含量提高1.0%~4.3%; BW與BI均顯著降低了馬鈴薯塊莖中蛋白質(zhì)含量。因此, 用黑白配色地膜和生物降解地膜替代普通地膜, 可降低膜下雜草密度, 創(chuàng)造更適宜的土壤溫度和水分條件, 有利于馬鈴薯增產(chǎn)和改善品質(zhì)。

地膜; 土壤水熱效應; 馬鈴薯; 產(chǎn)量; 品質(zhì)

中國是馬鈴薯生產(chǎn)和消費大國, 種植面積和總產(chǎn)量穩(wěn)步上升, 目前面積約550萬公頃[1]。為了實現(xiàn)主糧種類多樣化、營養(yǎng)多元化, 提升糧食安全水平, 2015年1月農(nóng)業(yè)部正式啟動馬鈴薯主糧化戰(zhàn)略, 將其作為我國的第四主糧[2]。地膜覆蓋是馬鈴薯增產(chǎn)的重要技術手段, 研究表明覆膜能使地表溫度提高0.4~7.3℃, 滿足種薯萌發(fā)和根系生長對溫度的要求, 并促進植株營養(yǎng)器官快速生長, 有利于結薯[3]。然而, 傳統(tǒng)地膜覆蓋目前還存在一些問題, 首先, 由于后期管理不當, 容易導致作物徒長、倒伏, 以及部分作物出現(xiàn)早衰; 其次, 膜下雜草較多, 與作物爭奪養(yǎng)分和水分[4], 而為防治草害需在覆膜前使用除草劑, 又易導致土壤和地下水污染而加劇生態(tài)環(huán)境惡化, 降低了作物的品質(zhì)[5]; 同時, 傳統(tǒng)地膜難以分解, 碎殘膜片容易殘留于土壤耕層且殘留量日益增加, 對作物可持續(xù)生產(chǎn)構成威脅[6]。與普通地膜增溫、保墑性能接近的環(huán)保地膜的研制與應用, 是解決上述問題的有效途徑[7-8]。因此, 在馬鈴薯主糧化戰(zhàn)略的前提下, 為了解決普通地膜的白色污染、提高馬鈴薯塊莖產(chǎn)量與品質(zhì), 確保馬鈴薯產(chǎn)業(yè)化與可持續(xù)性發(fā)展, 需要篩選適合馬鈴薯專用的環(huán)保地膜。

近年來, 大量研究集中在生物降解地膜和配色地膜等功能性環(huán)保地膜在作物上的應用。生物降解地膜替代普通地膜在生產(chǎn)中推廣應用意義重大, 可顯著減少應用普通地膜帶來的白色污染等問題[9]。同時, 與普通地膜相比, 降解地膜可提高馬鈴薯的出苗率[10]。黑白配色地膜不僅有增溫、保墑等功能, 而且具有除草和調(diào)節(jié)地溫的作用[11]。已有研究表明, 地膜覆蓋能保證耕層有較高的溫度和含水量, 促使馬鈴薯早生快發(fā), 能在一定程度上解決其播種時土壤低溫和水分不足等問題[12]。然而, 馬鈴薯為喜涼不耐高溫的作物, 莖葉生長最適溫度是20~29℃, 高于42℃或低于7℃時, 莖葉停止生長; 塊莖形成和膨大的最適溫度為14~22℃, 高于25℃時生長趨于停止[13]。淀粉積累期的土壤高溫和干旱會顯著降低馬鈴薯的產(chǎn)量, 而配色地膜可通過降低后期土壤溫度而增產(chǎn)[14]。在地膜覆蓋下, 降低盛花期至收獲期的土壤溫度, 有利于提高產(chǎn)量[11]。也有研究表明, 苗期較高的土壤溫度和含水量、后期較高的土壤含水量和較低的溫度, 有利于實現(xiàn)水熱對馬鈴薯生長的協(xié)同作用, 能顯著增產(chǎn)[15]。但是, 黑白配色地膜和生物降解地膜覆蓋對馬鈴薯的抑草與水熱效應及其對馬鈴薯產(chǎn)量和品質(zhì)的影響鮮見報道。因此, 選擇合適的能夠抑制雜草、并實現(xiàn)土壤水熱狀況與馬鈴薯生長的協(xié)同作用, 是馬鈴薯高產(chǎn)高效栽培亟待研究的問題。為此, 本研究以普通地膜為對照, 比較了黑白配色地膜與生物降解地膜覆蓋對土壤溫度和含水量、雜草發(fā)生、馬鈴薯產(chǎn)量和品質(zhì)的影響, 旨在選擇一種馬鈴薯專用地膜, 為馬鈴薯地膜覆蓋栽培提供資源支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

山東省泰安市山東農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學實驗站(36°9′N, 117°9′E)地處典型的半濕潤灌溉農(nóng)區(qū), 多年(1971— 2000)平均降雨量為688.3 mm, 冬春少雨, 易發(fā)生季節(jié)性干旱, 多年平均氣溫13.0℃。試驗地土壤質(zhì)地為沙壤土, 土層深厚, 含全氮0.08%、速效磷29.13 mg kg–1、速效鉀11.63 mg kg–1、有機質(zhì)1.06%, pH 6.2, 肥力中等。

2013—2015年馬鈴薯3個生長季的降雨量見圖1。2013年降雨主要集中在覆膜后60~90 d, 降雨總量為84.5 mm。2014年降雨量少, 降雨總量為44.5 mm, 平均氣溫變化較為緩和, 溫度長期維持在15~25℃之間。2015年降雨多, 降雨總量為119.2 mm, 氣溫在覆膜后30 d左右變化幅度較大, 其后均維持在20~25℃左右。2013、2014和2015年分別代表了正常、干旱和濕潤年份。

1.2 試驗材料與設計

采用隨機區(qū)組設計, 3個處理, 分別為黑白配色地膜(BW)、生物降解地膜(BI)、普通地膜(CK), 每個處理重復3次。其中, 黑白配色地膜、生物降解地膜由山東農(nóng)業(yè)大學研制、山東企鵝塑膠集團有限公司生產(chǎn), 厚度0.008 mm, 寬度90 cm。黑白配色地膜為黑-白-黑三條帶, 每個條帶寬度為30 cm, 白色條帶為透明條帶。生物降解地膜是專門為馬鈴薯設計的, 主要組分為聚己二酸/對苯二甲酸丁二酯、聚乳酸, 降解期為90 d左右, 透明, 能夠完全降解。普通地膜由山東企鵝塑膠集團有限公司生產(chǎn), 透明。

馬鈴薯品種為荷蘭15, 每年3月8日前后起壟播種, 壟距45 cm, 播種前選取單芽薯塊點播, 間距20 cm, 每壟種植2行, 行距為25 cm, 每小區(qū)種8壟, 用種量為2250 kg hm–2。均勻施入辛硫磷(15 kg hm–2)和復合肥(22 000 kg hm–2, 15-15-15 NPK)。用2.5%咯菌腈懸浮種衣劑處理, 用量300 mL hm–2。壟中間鋪設滴灌帶, 不用除草劑, 生育期間灌溉3~4次, 每次600 m3hm–2。6月15日前后收獲。

1.3 測定項目和方法

1.3.1 地膜降解速度 覆膜后每10 d觀測一次。參照楊惠娣和唐賽珍[16]的地膜降解分級方法, 0級為未出現(xiàn)裂紋; 1級為開始出現(xiàn)裂紋; 2級為田間25%地膜出現(xiàn)細小裂紋; 3級為出現(xiàn)2.0~2.5 cm裂紋; 4級為出現(xiàn)均勻網(wǎng)狀裂紋, 無大塊地膜存在; 5級為壟面上基本無地膜存在。

1.3.2 馬鈴薯生育期 觀察馬鈴薯的生育狀況和物候期, 并記錄。

1.3.3 雜草多樣性 馬鈴薯收獲時, 選取1 m2,參照中國農(nóng)田雜草彩色圖譜[17], 調(diào)查雜草種類、數(shù)量和密度, 每個處理重復3次。雜草抑制率 = (對照雜草密度–地膜處理雜草密度)/對照雜草密度×100%。

1.3.4 土壤溫度、含水量 將土壤溫度和含水量(體積含水量, %)傳感器插入測定壟的正中間位置, 探頭深度距壟表層土壤10 cm, 每30 min自動采集數(shù)據(jù)1次。于馬鈴薯每個生育時期選取10 d數(shù)據(jù), 計算該時期的土壤平均溫度和平均含水量。

1.3.5 馬鈴薯產(chǎn)量 隨機選取有代表性的5 m2小區(qū), 收獲全部馬鈴薯薯塊, 分成3個等級, 重量大于200 g的為1級, 100~200 g之間為2級, 重量小于100 g的為3級。大薯率= (1級薯重+2級薯重)/總薯重。

1.3.6 馬鈴薯塊莖含水量 采用烘干稱重法, 精確度為0.01 g。從每小區(qū)分別隨機取3枚馬鈴薯塊莖, 帶回室內(nèi)洗凈擦干, 測定薯塊鮮重, 然后切片, 放在105℃的恒溫箱內(nèi)烘30 min, 隨后將溫度下降到80℃, 繼續(xù)烘至恒重, 測定干重, 計算含水量。

1.3.7 馬鈴薯塊莖品質(zhì) 取馬鈴薯新鮮塊莖, 洗凈擦干。用比重法測定淀粉含量; G-250比色法測定蛋白質(zhì)含量; 2,6-D滴定法測定維生素C含量。

1.4 統(tǒng)計分析

用Microsoft Excel 2003、DPS7.05統(tǒng)計分析軟件處理數(shù)據(jù), 用LSD法分別檢驗每一年數(shù)據(jù)的差異顯著性, 用OriginPro 8.0作圖。

2 結果與分析

2.1 不同地膜的降解情況

由表1可以看出, 普通地膜和黑白配色地膜在馬鈴薯收獲時出現(xiàn)裂紋。生物降解地膜在馬鈴薯塊莖形成期開始出現(xiàn)裂紋, 但不同年份降解速率有顯著差異, 2014年降解較快, 成熟期降解達4級, 而2013年和2015年達3級。

表1 地膜降解情況分級

0~5: 地膜降解分級指標。0: 未出現(xiàn)裂紋; 1: 開始出現(xiàn)裂紋; 2: 田間25%地膜出現(xiàn)細小裂紋; 3: 地膜出現(xiàn)2.0~2.5 cm裂紋; 4: 地膜出現(xiàn)均勻網(wǎng)狀裂紋, 無大塊地膜存在; 5: 壟面上基本無地膜存在。

0–5: film degradation classification index. 0: no crack; 1: cracks begin to appear; 2: hairline cracks appear in 25% of the film; 3: film appears 2.0–2.5 cm cracks; 4: film cracks become uniform mesh, no large pieces of film exist; 5: basically no film exist in ridge surface.

2.2 不同地膜覆蓋對馬鈴薯重要生育時期的影響

由表2可以看出, 黑白配色地膜比普通地膜和生物降解地膜覆蓋的馬鈴薯出苗晚, 分別晚4~5 d和2~4 d。但開花期后, 3種地膜覆蓋馬鈴薯的生育時期差異變小, 僅差0~2 d。

2.3 不同地膜覆蓋對雜草多樣性的影響

2013年共發(fā)現(xiàn)馬唐、茼麻、反枝莧、藜、狗尾草、葎草6種雜草, 而2014年和2015年共發(fā)現(xiàn)馬唐、茼麻、反枝莧、藜、狗尾草、葎草、鴨跖草7種雜草(表3)。3年中, 優(yōu)勢雜草種群均為馬唐和狗尾草。不同類型地膜覆蓋條件下, 雜草密度差異顯著, 其中, BW處理抑制雜草生長效果最好。3年數(shù)據(jù)顯示, BW雜草抑制率達44.1%~58.5%; 而BI雜草抑制率相對較低, 約26.7%~38.3%。

表2 不同地膜對馬鈴薯重要生育時期的影響

表3 不同地膜覆蓋處理下雜草種類和密度

(續(xù)表3)

同行中標以不同字母的值在同一年度各處理間存在0.05概率水平的顯著差異。

Values within a line followed by different letters are significantly different within the same year among treatments at the 0.05 probability level.

2.4 不同地膜覆蓋對土壤溫度和含水量的影響

2.4.1 不同地膜覆蓋對土壤10 cm溫度的影響

由圖2可以看出, 馬鈴薯不同生育期, CK處理下土壤10 cm處溫度均大于其他2個處理, 僅2013年淀粉積累期出現(xiàn)低于BI處理的情況。與黑白配色地膜和生物降解地膜相比, 普通無色地膜更利于提高土壤溫度, 且3年中, 在馬鈴薯塊莖膨大期之前, CK處理下的土壤10 cm溫度顯著高于BW和BI, 平均比BW和BI處理高0.59℃和0.53℃; 淀粉積累期以后, 由于外界氣溫不斷升高, CK與BW和BI差距逐漸縮小。

隨著外界溫度的變化, BI和BW處理下的土壤溫度日平均變化幅度較小, 分別為6.38℃和6.39℃; 而CK處理下的土壤溫度日變化幅度相對較大, 為6.61℃(圖3)。2013年, 當外界溫度達到峰值時, 土壤溫度的維持能力為BW>CK>BI; 在2014年的持續(xù)高溫干旱條件下, CK處理下的土壤溫度變化幅度較大, 土壤溫度的維持能力為BW>BI>CK; 2015年, 由于水分供應相對充足, BW、BI與CK維持土壤溫度的效果相當, 且變化幅度為3年中最小。

2.4.2 不同地膜覆蓋對10 cm土壤含水量的影響

由圖1和表4可知, 2013年和2015年降水較多, 各處理間土壤10 cm處含水量均比較高, 其中CK的土壤含水量相對較高。生物降解地膜進入馬鈴薯淀粉積累期后破損率較高, 利于土壤蒸發(fā), BI處理土壤含水量顯著降低。而2014年降水不足, 外界溫度變化幅度較小且均維持在較高水平, 使得地膜覆蓋下的土壤含水量普遍較低, 其中BI和CK 10 cm土壤含水量相對較低, 而BW處理土壤含水量相對較高, 維持在38.26%~39.92%, 即干旱年份BW保墑效果較為顯著。

2.5 不同地膜覆蓋對馬鈴薯產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

由表5可以看出, 與CK相比, 2014年BI增產(chǎn)7.1%, 2013年和2014年BW分別增產(chǎn)6.2%和8.2%; 而2015年馬鈴薯各處理間產(chǎn)量差異并不顯著。2014年的馬鈴薯產(chǎn)量比2013年和2015年顯著降低(圖4)。3年的馬鈴薯平均大薯率, BI、BW和CK分別為51.3%、51.9%和53.7%。

VP:苗期; TI: 塊莖形成期; BS: 塊莖膨大期; SA: 淀粉積累期; MS: 成熟期。圖柱上不同字母表示同一年度各處理間在0.05水平上差異顯著。BW: 黑白配色地膜; BI: 透明生物降解地膜; CK: 普通聚乙烯地膜。

VP: vegetative period; TI: tuber initiation stage; BS: bulking stage; SA: starch accumulation; MS: maturation stage. Bars represented by different letters are significantly different among treatments at the 0.05 probability level within the same year. BW: black-white match color film; BI: biodegradable film; CK common plastic film.

表4 不同地膜對10 cm土壤體積含水量的影響

同行中標以不同字母的值在同一年度各處理間存在0.05概率水平的顯著差異。

Values within a line followed by different letters are significantly different within the same year among treatments at the 0.05 probability level.

縮寫同圖2。Abbreviations are the same as those given in Figure 2.

不同地膜覆蓋對馬鈴薯塊莖品質(zhì)影響顯著(表5)。與CK相比, BW的淀粉含量提高18.3%~37.6%, BI提高7.0%~28.9%; BI除2014年外對馬鈴薯塊莖維生素C含量影響不顯著, BW則顯著提高了1.0%~ 4.3%; BW與BI均降低了馬鈴薯塊莖的蛋白質(zhì)含量。與CK相比, BW顯著提高了各年份馬鈴薯塊莖的含水量, 而BI僅2015年有顯著提高。

3 討論

3.1 不同類型地膜覆蓋的抑草效應

本研究表明黑白配色地膜和生物降解地膜均可顯著降低雜草的密度, 抑草效果優(yōu)于普通地膜。已有研究表明, 馬鈴薯全部采用黑色地膜覆蓋栽培, 其透光率低, 輻射熱透過少, 土壤增溫幅度較透明膜小, 能防止高溫對作物的不良影響、抑制雜草生長并防止馬鈴薯變綠[18]。徐康樂等[14]研究表明, 配色地膜壟頂透明部分對光的吸收能力強, 有利于前期增溫, 壟的側面和底部黑色部分有利于防除雜草和減少塊莖見光, 在防除雜草和防止馬鈴薯塊莖表皮變綠方面有明顯效果; 黑色地膜的防草效果優(yōu)于配色膜, 但其前期提溫較慢, 透光率低, 出苗晚、長勢弱, 因而產(chǎn)量不如配色地膜?？梢? 相比于普通無色地膜, 黑白配色地膜和黑色地膜均能夠有效利用其黑色條帶抑制膜下雜草的光合作用和生長, 具有顯著的抑草效應, 但配色地膜能更好地兼顧抑草和增溫保墑作用、利于馬鈴薯生長。而降解地膜的抑草機制與配色地膜不同, 其原因可能是在馬鈴薯生長后期生物降解地膜開始降解, 適宜的土壤溫度和水分促進了馬鈴薯的生長, 增強了馬鈴薯的競爭力, 從而抑制了雜草的生長。本研究中, 各處理均未噴除草劑, 而配色地膜和生物降解地膜有顯著的抑草效果, 在覆蓋栽培中可以降低或不用除草劑。

T: 單薯塊重量在100 g以下的薯塊總重量; S: 單薯塊重量在100~200 g之間的薯塊總重量; F: 單薯塊重量在200 g以上的薯塊總重量。圖柱上不同字母表示同一年度各處理間在0.05水平上差異顯著。其他縮寫同圖2。

T: total weight of single potato below 100 g; S: total weight of single potato between 100 g to 200 g; F: total weight of single potato more than 200 g. Bars represented by different letters are significantly different among treatments at the 0.05 probability level within the same year. Other abbreviations are the same as those given in Figure 2.

3.2 不同類型地膜覆蓋的土壤水熱效應

馬鈴薯為喜涼不耐高溫的作物, 莖葉生長最適溫度是20~29℃, 高于42℃或低于7℃時, 莖葉停止生長; 塊莖形成和膨大的最適溫度為14~22℃, 高于25℃時生長趨于停止[13]。盛花期后馬鈴薯生長以地下部分為主, 對土壤水分的消耗進一步加大, 薯塊膨大期為馬鈴薯水分消耗最多的時期[18]。苗期較高的土壤溫度和含水量, 后期較高的土壤含水量和較低的溫度, 有利于馬鈴薯生長, 能顯著增產(chǎn)[15]。本研究表明, 普通地膜增溫保墑效果較為明顯, 然而隨著外界溫度的不斷升高, 后期膜下溫度過高, 反而不利于馬鈴薯薯塊的形成與膨大。特別是在2014年的持續(xù)高溫干旱條件下, 一天中存在較長時間膜下溫度超出淀粉積累的最適溫度(溫度高于25℃), 淀粉積累變慢, 產(chǎn)量降低。與普通地膜相比, 不同年份下黑白配色地膜與生物降解地膜覆蓋下的土壤溫度均更適宜薯塊的膨大。在馬鈴薯成熟期, 各處理的土壤含水量呈現(xiàn)逐漸降低趨勢, 生物降解地膜維持水分的能力相對較差, 這與外界溫度升高、土壤水分蒸發(fā)以及馬鈴薯耗水量增加等因素有關。地膜覆蓋在土壤表面設置了一層物理阻隔抑制了土壤水分蒸發(fā)[19], 而降解地膜開始降解后, 土壤表面的物理阻隔面積減少, 蒸發(fā)量大大增加, 土壤含水量顯著下降[10]。Gao等[20]發(fā)現(xiàn), 地膜覆蓋在豐水年份具有良好的貯水保水作用, 而在干旱年份效果則不顯著。本試驗中, 正常和濕潤年份, 普通地膜的保墑效果較好; 在干旱年份生物降解地膜和普通地膜土壤10 cm處含水量較低, 而配色地膜因膜下溫度低、水分蒸發(fā)較少, 土壤含水量較高。因此, 與普通地膜相比, 配色地膜和生物降解地膜能夠創(chuàng)造苗期較高的土壤溫度和含水量、后期較高的土壤含水量和較低的溫度, 更適于馬鈴薯生長和淀粉積累。本試驗中, 配色地膜的水熱效應與馬鈴薯的需求吻合度優(yōu)于生物降解地膜, 說明生物降解地膜還需改進。

表5 不同類型地膜對馬鈴薯產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

同列中標以不同字母的值在同一年度各處理間存在0.05概率水平的顯著差異。

Values within a column followed by different letters are significantly different within the same year among treatments at the 0.05 probability level.

3.3 不同類型地膜覆蓋對馬鈴薯產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

馬鈴薯塊莖營養(yǎng)豐富, 其中淀粉、蛋白質(zhì)和維生素等營養(yǎng)物質(zhì)是衡量馬鈴薯塊莖品質(zhì)的主要指標, 而這些營養(yǎng)物質(zhì)含量除由遺傳學控制外, 還受溫度、水分、土壤特性等生態(tài)因素影響[13]。地膜覆蓋具有保水、增溫、除草、改善光照條件等作用, 有利于作物生長發(fā)育, 從而促進作物高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)[3, 5, 10]。本研究表明, 黑白配色地膜提高了馬鈴薯產(chǎn)量; 與普通地膜相比, 生物降解地膜在正常和干旱年份有增產(chǎn)效果。增產(chǎn)的主要原因是, 與普通地膜相比, 黑白配色地膜和生物降解地膜覆蓋具有相同或相近的增溫保墑效果, 而且可以降低馬鈴薯生長后期土壤高溫的不利影響, 并在一定程度上減少雜草與馬鈴薯的競爭。同時, 降解地膜與黑白配色地膜可不同程度地提高塊莖中的淀粉含量和維生素C含量, 降低塊莖中的蛋白質(zhì)含量。這是因為土壤溫度和水分條件的改善, 在提高馬鈴薯產(chǎn)量的同時改善了品質(zhì)[21]。已有研究表明, 長期高溫會導致干物質(zhì)向塊莖中轉移受阻, 影響馬鈴薯的品質(zhì)[22]。在適宜的范圍內(nèi), 馬鈴薯塊莖淀粉含量隨生育期內(nèi), 特別是在結薯期, 土壤溫度平均日較差的增加而升高[23]。宋娜等[25]研究表明, 與維持田間含水量40%相比, 含水量為70%時馬鈴薯塊莖質(zhì)量、塊莖淀粉含量、塊莖維生素C含量、塊莖蛋白質(zhì)含量均顯著提高[24]。但土壤過濕或干濕交替會引起馬鈴薯塊莖的次生生長, 導致淀粉水解成糖分以供應塊莖生長部分的需要, 使得塊莖淀粉含量下降。生長期間土壤過濕也將導致塊莖維生素C含量降低[26]。本試驗中, 與普通地膜相比, 黑白配色地膜和生物降解地膜提高了塊莖淀粉含量和維生素C含量、降低了蛋白質(zhì)含量, 也與土壤溫度和含水量有關。因為配色地膜抑制了塊根膨大期高溫, 且后期土壤含水量較高, 有利于淀粉等營養(yǎng)物質(zhì)的積累與轉化。而生物降解地膜則主要是因為抑制了后期高溫, 且增加了土壤溫度平均日較差。秦舒浩等研究表明, 馬鈴薯播種后75 d揭膜顯著提高了產(chǎn)量, 并提高了薯塊可溶性糖、可溶性蛋白、游離氨基酸、Vc和淀粉含量, 且其產(chǎn)量品質(zhì)優(yōu)于不揭膜或較早較晚揭膜處理[27]。這也反證了降解地膜的適期降解對馬鈴薯產(chǎn)量和品質(zhì)有利。與后期揭膜類似, 降解地膜的降解不僅有利于降溫, 而且有利于接納雨水。本試驗中, 降解地膜后期土壤含水量較低, 可能與降解較早或者馬鈴薯耗水較多有關。因此, 用黑白配色地膜和生物降解地膜替代普通地膜有利于增產(chǎn)和改善品質(zhì)。但由于生物降解地膜目前成本仍較高, 影響了其大面積推廣使用[28]?？墒侨绻紤]到普通地膜污染的影響和回收再利用成本等, 生物降解地膜的應用前景將非常廣泛。

4 結論

與普通地膜相比, 黑白配色地膜具有較好的控溫保墑效果, 可以抑制雜草生長, 馬鈴薯產(chǎn)量提高和品質(zhì)改善; 而生物降解地膜前期的保溫保墑效果與普通地膜相當, 后期可抑制膜下溫度過度升高, 增產(chǎn)和改善品質(zhì)效果也很顯著。因此, 為了減輕普通地膜的白色污染、緩解其膜下雜草較多和后期溫度較高等不利因素, 創(chuàng)造更適宜的生態(tài)環(huán)境, 提高馬鈴薯產(chǎn)量并改善品質(zhì), 生產(chǎn)上可以選擇黑白配色地膜和生物降解地膜替代普通地膜。

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Weed Infestation, Soil Moisture, and Temperature under Mulching Cultivation with Different Films and the Effects on Yield and Quality of Potato

ZHANG Shu-Min, NING Tang-Yuan*, LIU Zhen, WANG Bin, SUN Tao, ZHANG Xue-Peng, HE Zhen-Kun, YANG Yan, and MI Qing-Hua

State Key Laboratory of Crop Biology / Key Laboratory of Crop Water Physiology and Drought-tolerance Germplasm Improvement, Ministry of Agriculture, Tai’an 271018, China

Plastic film mulching is widely used on potato cultivation, however, leads to a serious “white pollution” and weed infestation. Three types of films including black-white match color film (BW), biodegradable film (BI), and common plastic film (CK), were used on mulching potato variety Helan 15 from 2013 to 2015, to study their effects on weed infestation, soil moisture and temperature, and yield and quality of potato in North China. BW and BI significantly decreased weeds densities by 44.1% to 58.5% and 26.7% to 38.3% compared with CK, respectively. CK had a higher warming effect than BW and BI during the earlier stages of potato growth, while BW had relatively small variations in daily temperature at the starch accumulation stage. Compared with CK and BI, BW treatment stored more soil moisture in the dry year (2014). Compared with CK, yields of BW in the normal (2013) and dry year (2014) increased by 6.2% and 8.2% respectively, and that of BI increased by 7.1% in dry year. However, there was no significant difference in yield between treatments in the wet year (2015).Compared with CK, the starch content in tubers of BW and BI increased by 18.3% to 37.6% and 7.0% to 28.9%, respectively; the vitamin C content of BW increased by 1.0% to 4.3%; however, the protein contents of BW and BI were lower. Therefore, mulch farming with black-white match color film and biodegradable film instead of common plastic film can decrease weeds densities and create suitable soil temperature and moisture conditions for improving yield and quality of potato.

Plastic film; Soil moisture and temperature; Potato; Yield; Quality

10.3724/SP.J.1006.2017.00571

本研究由國家科技支撐計劃項目(2012BAD11B01), 國家公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(201103001, 201503121-05)和山東省科技發(fā)展計劃項目(2014GNC111007)資助。

The study was supported by the National Science and Technology Research Projects of China (2012BAD11B01), the Special Fund for Agro-Scientific Research in the Public Interest (201103001, 201503121-05), and the Shandong Provincial Technology Development Program (2014GNC111007).

寧堂原, E-mail: ningty@163.com

E-mail: nxzhangsm@126.com, Tel: 13615383983

2016-02-09;

Accepted(接受日期): 2017-01-21;

Published online(網(wǎng)絡出版日期): 2017-02-17.

URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20170217.1020.032.html