梁冰妍 韓凡香 王聞天 王振州 常國(guó)華

摘? 要：為了明確不同覆蓋材料對(duì)隴中旱作區(qū)土壤溫度的時(shí)空動(dòng)態(tài)、馬鈴薯產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響，于2018年在西北雨養(yǎng)區(qū)進(jìn)行了大田試驗(yàn)，設(shè)置秸稈帶狀覆蓋（覆蓋度50%，SSM）、黑膜全覆蓋（SPMF），以及露地平作種植（CK）3個(gè)處理。結(jié)果表明，2種覆蓋方式均較不覆膜露地增產(chǎn)顯著，增產(chǎn)效應(yīng)地膜覆蓋大于秸稈帶狀覆蓋，秸稈帶狀覆蓋較對(duì)照顯著增產(chǎn)17.1%，2種覆蓋之間差異不顯著‘處理間單薯重的差異是引起產(chǎn)量差異的主要結(jié)構(gòu)因素，其次為單株結(jié)薯數(shù)，單薯重與單株結(jié)薯數(shù)對(duì)產(chǎn)量形成存在明顯的補(bǔ)償效應(yīng)。覆蓋處理對(duì)全生育期0～25cm的土層土壤平均溫度存在顯著影響，與不覆蓋露地相比，秸稈帶狀覆蓋顯著降低了耕層土壤溫度，全生育期降溫0.2℃，地膜覆蓋對(duì)耕層土壤地溫影響次之，與對(duì)照相比，地膜覆蓋較為明顯的增加了耕層土壤溫度，全生育期增溫0.1℃。但隨生育進(jìn)程，各時(shí)期、各土層存在具有增溫和降溫雙重效應(yīng)，秸稈覆蓋降溫效應(yīng)大于增溫效應(yīng)，地膜覆蓋則相反，秸稈帶狀覆蓋降溫效應(yīng)前期大于后期。因此，秸稈帶狀覆蓋適宜在西北馬鈴薯產(chǎn)區(qū)大面積推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：秸稈帶狀覆蓋;地膜覆蓋;土壤溫度;馬鈴薯;西北干旱區(qū)

中圖分類號(hào) S532文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 1007-7731（2019）11-0035-4

馬鈴薯是我國(guó)西北地區(qū)3大作物之一，對(duì)保障我國(guó)糧食安全做出了重大貢獻(xiàn)[1-3]。目前，生產(chǎn)上運(yùn)用較多的覆蓋栽培技術(shù)主要有全膜雙壟溝、全膜壟上微溝、壟覆膜溝覆草、秸稈覆蓋、稻草覆蓋等。研究表明，覆膜可使作物普遍增產(chǎn)20%以上，但也有部分試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)覆膜造成作物減產(chǎn)，造成減產(chǎn)的主要原因是伏期高溫，不利于馬鈴薯后期的生長(zhǎng)發(fā)育[4，5]。近年來(lái)，隨著地膜的大量使用，各地區(qū)地膜殘留也導(dǎo)致了生態(tài)環(huán)境惡化的問(wèn)題[6-9]，成為了影響農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)重大問(wèn)題，引起了國(guó)內(nèi)外研究者的關(guān)注[11-13]。秸稈覆蓋能夠調(diào)節(jié)土壤的水、肥、氣、熱，提高土壤入滲能力，抑制蒸發(fā)、雜草生長(zhǎng)，減少水分無(wú)效消耗，改善土壤微環(huán)境，長(zhǎng)期使用可以提高土壤肥力、促進(jìn)作物生長(zhǎng)和光合作用，增加土壤養(yǎng)分、改善土壤結(jié)構(gòu)、促進(jìn)土壤微生物積累等，進(jìn)而促進(jìn)了作物產(chǎn)量的提高。秸稈帶狀覆蓋種植馬鈴薯是近年來(lái)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的新技術(shù)，可有效提高馬鈴薯產(chǎn)量[13-15]。

目前，對(duì)秸稈帶狀覆蓋在馬鈴薯生產(chǎn)上的應(yīng)用研究局限于單一栽培模式對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量的影響，而對(duì)土壤溫和馬鈴薯產(chǎn)量影響的研究還較少。為此，本研究以露地不覆蓋為對(duì)照，設(shè)置秸稈覆蓋、地膜覆蓋2個(gè)處理，研究不同覆蓋種植對(duì)旱地馬鈴薯農(nóng)藝指標(biāo)、土壤溫度動(dòng)態(tài)、馬鈴薯產(chǎn)量構(gòu)成因素等方面的影響，以期找出適合當(dāng)?shù)伛R鈴薯種植栽培的最佳方式，為馬鈴薯高產(chǎn)栽培技術(shù)優(yōu)化及推廣應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況 試驗(yàn)于2018年4—9月在西北雨養(yǎng)區(qū)甘肅省定西市通渭縣襄南鄉(xiāng)文堡村旱地馬鈴薯試驗(yàn)基地進(jìn)行。該試驗(yàn)基地屬溫帶半干旱性季風(fēng)氣候，海拔1750m，常年平均氣溫7.2℃，2018年馬鈴薯生育期（4—9月）平均氣溫16.5℃（圖1），7月份和8月份溫度較高，約為20.7～21.1℃，年日照時(shí)數(shù)2100～2430h，無(wú)霜期120～170d。作物1年1熟，為典型旱作雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)。多年（1975—2015）平均降水量為390.7mm，且主要集中于7—9月，占年降水量的60%～65%。2018年馬鈴薯生育期總降水量439.1mm，其中有效降水量364.8mm，有效率83.1%，降水較為充足;常年平均降水量323.8mm，其中有效降水量為268.4，有效率為82.9%，較多年平均多48.4mm，其中有效降水量364.8mm，屬于豐水年份。年蒸發(fā)量大于1500mm，是春旱情況易發(fā)生的地區(qū)。該試驗(yàn)區(qū)的土壤多以黃綿土為主，0～30cm土層的平均容重為1.25g·cm-3。

1.2 供試材料 供試品種為隴薯10號(hào)。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 共設(shè)3種處理：秸稈帶狀覆蓋（覆蓋度50%，SSM）、黑膜全覆蓋（SPMF），以露地平作種植為對(duì)照（CK），各分區(qū)面積為60m2（10m×6m），3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列。（1）SSM：播前7d分秸稈覆蓋帶和種植帶各60cm，相間排列。秸稈覆蓋帶采用玉米整稈覆蓋，覆蓋量約52500株·hm-2，折合秸稈量約9000.0kg·hm-2，約等于1hm2旱地玉米秸稈量，每種植帶播種2行，行距50cm，穴距約32cm的“品”字型穴播馬鈴薯。（2）SPMF：大壟寬100cm，高10cm，壟溝寬20cm，用120cm寬的黑色地膜全地面覆蓋，按每幅播種2行，行距60cm，株距32cm的“品”字型大壟兩側(cè)穴播馬鈴薯。（3）CK：平作不覆蓋，常規(guī)對(duì)照種植大田。

1.4 試驗(yàn)過(guò)程 播種時(shí)等行距種植，行距60cm，株距32cm。試驗(yàn)地前茬作物為小麥，肥力適中，地力均勻，采用傳統(tǒng)耕作方式，即在馬鈴薯播前結(jié)合施肥進(jìn)行翻耕，深度為15～17cm，播種前一次性施入純氮120kg·hm-2，磷（P2O5）120kg·hm-2。馬鈴薯于2018年4月25日播種，9月28日收獲，所有處理密度保持一致，種植密度為52500株·hm-2，將薯塊切成50g大小，至少保留2～3個(gè)芽眼，播種深度16cm，生育期管理同大田，雜草手工拔除，全生育期不追肥灌水，注意適時(shí)防控晚疫病。

1.5 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.5.1 土壤溫度 各生育時(shí)期各分區(qū)分5、15、25cm 3個(gè)土層，分別用曲管溫度計(jì)置于種植帶中間行，各生育時(shí)期在固定位置測(cè)定各土層的土壤溫度。測(cè)定時(shí)均選在干燥晴天進(jìn)行，分別在早晨（6：00—8：00）、中午（12：00—14：00）和傍晚（17：00—18：30）分3次測(cè)定，日均溫度取早、中、晚3次測(cè)定的平均值。

1.5.2 產(chǎn)量 馬鈴薯成熟后，各分區(qū)區(qū)域隨機(jī)選取15株進(jìn)行室內(nèi)拷種，收獲時(shí)按分區(qū)測(cè)實(shí)產(chǎn)，取3次重復(fù)的平均值折算每hm2產(chǎn)量。

1.6 數(shù)據(jù)分析 采用Microsoft Excel 2016進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析，采用Origin8.5作圖，差異顯著性采用LSD法進(jìn)行比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同覆蓋材料對(duì)土壤溫度的影響

2.1.1 全生育時(shí)期0～25cm土壤平均溫度 不同覆蓋處理對(duì)馬鈴薯全生育期0～25cm土層土壤溫度存在顯著影響。與不覆蓋露地CK相比，地膜覆蓋具有明顯的增溫效應(yīng)，秸稈覆蓋具有明顯的降溫效應(yīng)。秸稈帶狀覆蓋全生育期降溫0.2℃，地膜覆蓋增溫0.1℃。隨生育進(jìn)程的推進(jìn)各處理各生育期0～25cm土壤平均溫度呈先升高后降低的趨勢(shì)（見圖2）。與CK相比，覆蓋存在增溫和降溫的雙重效應(yīng)，其中地膜覆蓋在生長(zhǎng)前期和中期（苗期至膨大期）表現(xiàn)為增溫效應(yīng)，后期（淀粉積累期至成熟期）表現(xiàn)為降溫效應(yīng)。秸稈覆蓋在苗期和淀粉積累期表現(xiàn)為降溫效應(yīng)，而其他時(shí)期表現(xiàn)為增溫效應(yīng)。時(shí)期比，處理間差異前期明顯大于中后期，最大極差出現(xiàn)在苗期-塊莖形成期的SSM與SPMF之間（2.5℃），變異系數(shù)為7.4%。各時(shí)期覆膜較CK的增溫幅度：苗期（0.8℃）>塊莖形成期（0.5℃）>塊莖膨大期（-0.2℃）>成熟期（-0.3℃）>淀粉積累（-0.7℃）。各時(shí)期覆稈較CK的降溫幅度：苗期（1.7℃）<淀粉積累期（0.1℃），其他時(shí)期為增溫效應(yīng)（見表1）。

2.1.2 全生育期各土層土壤平均溫度 全生育期各土層土壤的平均溫度隨土層的加深逐漸降低，地表覆蓋對(duì)土壤溫度的影響效應(yīng)逐漸降低（見圖3）。與CK相比，秸稈覆蓋各土層均表現(xiàn)為明顯的降溫效應(yīng)，5cm、15cm、25cm分別降低0.4℃、0.2℃、0.2℃，地膜覆蓋表現(xiàn)出明顯的增溫效應(yīng)，5cm、15cm、25cm分別增溫-0.2℃、0.1℃、0.1℃。比較處理間變異系數(shù)（CV），從大到小依次為CK（1.4%）>SSM（0.8%）>SPMF（0.6%）;比較土層間變異系數(shù)（CV），從大到小依次為5cm（1.1%）>25cm（0.83%）>15cm（0.82%）。土層間差異，其中5cm土層差異最大，相差0.4℃（秸稈帶狀覆蓋與CK之間），15cm、25cm土層溫度差異次之，相差0.3℃。說(shuō)明覆蓋平抑了土層間溫度波動(dòng)（見表3）。

2.3 影響產(chǎn)量差異的主要因素 通過(guò)精量播種、間苗定苗、查漏補(bǔ)缺等方式，使得馬鈴薯單位面積株數(shù)控制在一致的范圍內(nèi)，主要從單薯重、單株結(jié)薯數(shù)2個(gè)方面分析，引起產(chǎn)量差異的主要因素是單薯重，其次為單株結(jié)薯數(shù)（表3）。鮮薯產(chǎn)量高低主要取決于單薯重（0.727*），其次為單株結(jié)薯數(shù)（-0.665），變異系數(shù)也是單薯重大于單株結(jié)薯數(shù)。單薯重與單株結(jié)薯呈負(fù)相關(guān)（-0.906），同時(shí)發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)量與大薯率（0.732*）、商品率（0.992**）呈顯著的正相關(guān)，常表現(xiàn)為高產(chǎn)伴隨著大薯多、小薯少、商品率高的特點(diǎn)。這也說(shuō)明西北干旱雨養(yǎng)區(qū)降水時(shí)空變化大，土壤水分季節(jié)變化明顯，因薯塊形成在前，膨大在后，單薯重對(duì)前期結(jié)薯不足具有補(bǔ)償效應(yīng)，這也是西北干旱雨養(yǎng)條件下馬鈴薯增產(chǎn)的主要機(jī)理。

3 結(jié)論與討論

3.1 覆蓋方式對(duì)產(chǎn)量的影響 覆蓋栽培是雨養(yǎng)區(qū)主要的增產(chǎn)技術(shù)之一。與露地相比，覆蓋處理良好的蓄水保墑效果，有利于作物的生長(zhǎng)發(fā)育，能顯著提高馬鈴薯等作物的產(chǎn)量。在本研究中，覆蓋處理較露地種植顯著提高了馬鈴薯鮮薯的產(chǎn)量，且地膜覆蓋處理的蓋增產(chǎn)幅度大于秸稈帶狀覆蓋的，這與王正榮[16]、王友生[17]等的研究結(jié)果一致，與韓凡香[18]等研究結(jié)果秸稈帶狀覆蓋較地膜覆蓋增產(chǎn)的結(jié)果不一致。分析可能的原因，2018年度馬鈴薯生育期內(nèi)降水較多，且集中于7—9月。良好的土壤生態(tài)環(huán)境使馬鈴薯地上部分旺長(zhǎng)，反而抑制了馬鈴薯薯塊的膨大和增重。

3.2 覆蓋方式對(duì)土壤溫度的影響 土壤溫度顯著影響著馬鈴薯等作物的出苗及生長(zhǎng)發(fā)育。研究發(fā)現(xiàn)，適宜的土壤溫度有利于馬鈴薯生長(zhǎng)和高產(chǎn)，但伏期過(guò)高的地溫反而抑制了馬鈴薯薯塊的形成與膨大。大量研究表明，秸稈帶狀覆蓋在馬鈴薯等作物上具有普遍的降溫效應(yīng)，且有效平抑了高溫時(shí)土壤溫度的波動(dòng)，與本研究結(jié)果相似。本研究發(fā)現(xiàn)，與不覆蓋露地CK相比，秸稈帶狀覆蓋全生育期表現(xiàn)出明顯的降溫效應(yīng)，地膜覆蓋具有增溫效應(yīng)。但在不同的時(shí)期和土層，地膜覆蓋和秸稈覆蓋表現(xiàn)為降溫和增溫的雙重效應(yīng)，這與于慶峰[19]、陳玉章[20]等的研究結(jié)果一致。

參考文獻(xiàn)

[1]薛俊武，任穩(wěn)江，嚴(yán)昌榮，等.覆膜和壟作對(duì)黃土高原馬鈴薯產(chǎn)量及水分利用效率的影響[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象，2014（1）：74-79.

[2]姚玉璧，王潤(rùn)元，鄧振鏞，等.黃土高原半干旱區(qū)氣候變化及其對(duì)馬鈴薯生長(zhǎng)發(fā)育的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2010，21（2）：379-385.

[3]王穎慧，蒙美蓮，陳有君，等.覆膜方式對(duì)旱作馬鈴薯產(chǎn)量和土壤水分的影響[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2013（03）：147-152.

[4]姚玉璧，張秀云，王潤(rùn)元，等.西北溫涼半濕潤(rùn)區(qū)氣候變化對(duì)馬鈴薯生長(zhǎng)發(fā)育的影響——以甘肅岷縣為例[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2010（1）：100-108.

[5]杜文旭，姜艷豐，侯慧萍，等.農(nóng)業(yè)氣象條件對(duì)陰山北部馬鈴薯生長(zhǎng)發(fā)育的影響[J].內(nèi)蒙古氣象，2010（3）：30-31.

[6]張劍，張雄，高宇，等.旱區(qū)溝壟覆膜技術(shù)的研究進(jìn)展[J].北方農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2017（4）：21-26.

[7]李鳳民，鄢珣，王俊，等.地膜覆蓋導(dǎo)致春小麥產(chǎn)量下降的機(jī)理[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2001，34（3）：330-333.

[8]柳玉鳳，謝英荷，李廷亮，等.地膜覆蓋對(duì)旱地作物產(chǎn)量及土壤水分影響的研究概述[J].山西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2018（3）：461-465.

[9]王春蘭.淺析地膜覆蓋對(duì)環(huán)境污染的防治與建議[J].農(nóng)業(yè)與技術(shù)，2013（07）：18-25.

[10]李青軍，危常州，雷詠雯，等.白色污染對(duì)棉花根系生長(zhǎng)發(fā)育的影響[J].新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)，200，45（5）：769-775.

[11]何文清，嚴(yán)昌榮，劉爽，等.典型棉區(qū)地膜應(yīng)用及污染現(xiàn)狀的研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2009，28（8）：1618-1622.

[12]嚴(yán)昌榮，劉恩科，舒帆，等.我國(guó)地膜覆蓋和殘留污染特點(diǎn)與防控技術(shù)[J].新疆農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境學(xué)報(bào)，2014，31（2）：95-102.

[13]CHEN Yu-zhang，CHAI Shou-xi，TIAN Hui-hui，et al.Straw strips mulch on furrows improves water use efficiency and yield of potato in arainfed semiarid area[J].Agricultural Water Management，2019，211：142-151.

[14]李輝，柴守璽，常磊，等.西北半干旱區(qū)秸稈帶狀覆蓋對(duì)土壤水分及馬鈴薯產(chǎn)量的影響[J].水土保持學(xué)報(bào)，2017（6）：148-156，2.

[15]李輝，吳建民，柴守璽，等.玉米秸稈帶狀覆蓋對(duì)西北旱地土壤溫度及馬鈴薯產(chǎn)量的影響[J].中國(guó)沙漠，2018，38（3）：592-599.

[16]王正榮.不同覆蓋方式對(duì)冬種馬鈴薯生長(zhǎng)特性及產(chǎn)量與品質(zhì)的影響[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2013（15）：117-122.

[17]王友生，王多堯.不同覆蓋種植模式對(duì)馬鈴薯土壤溫度、水分及產(chǎn)量的影響[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2017（6）：59-64.

[18]韓凡香，常磊，柴守璽，等.半干旱雨養(yǎng)區(qū)秸稈帶狀覆蓋種植對(duì)土壤水分及馬鈴薯產(chǎn)量的影響[J].中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2016（7）：874-882.

[19]于慶，苗慶豐，史海濱，等.秸稈覆蓋量對(duì)土壤溫度和春玉米耗水規(guī)律及產(chǎn)量的影響[J].水土保持研究，2018（3）：111-116.

[20]陳玉章.不同覆蓋和秸稈還田方式對(duì)旱作小麥土壤溫度的影響[D].蘭州：甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)，2013.

（責(zé)編：張宏民）