錢(qián)玉平, 田慧慧, 程宏波, 馬建濤, 柴雨葳, 李亞偉, 柴守璽,

秸稈覆蓋及播種方式對(duì)馬鈴薯耗水特性和產(chǎn)量的影響*

錢(qián)玉平1, 田慧慧1, 程宏波2, 馬建濤1, 柴雨葳1, 李亞偉1, 柴守璽1,2**

(1. 甘肅省干旱生境作物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院 蘭州 730070; 2. 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 蘭州 730070)

為明確西北旱作雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)不同秸稈帶狀覆蓋種植模式下馬鈴薯耗水規(guī)律、水分利用效率及產(chǎn)量的變化規(guī)律, 以地膜覆蓋和露地種植(CK)為對(duì)照, 設(shè)置4種秸稈帶狀覆蓋模式(①種植帶和覆蓋帶各40 cm、單行播種, ②種植帶和覆蓋帶各40 cm、雙行播種, ③種植帶和覆蓋帶各50 cm、單行播種, ④種植帶和覆蓋帶各50 cm、雙行播種), 研究不同秸稈帶狀覆蓋模式對(duì)旱地馬鈴薯耗水特性和產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明: 秸稈帶狀覆蓋處理與CK相比, 馬鈴薯薯塊產(chǎn)量和水分利用效率平均分別顯著提高34.0%、21.5%, 分別平均較地膜覆蓋顯著降低31.3%、25.0%; 其中40 cm覆蓋種植結(jié)構(gòu)產(chǎn)量和水分利用效率較50 cm覆蓋種植結(jié)構(gòu)分別明顯提高4.5%和6.8%, 雙行播種較單行播種增產(chǎn)4.4%, 二者水分利用效率無(wú)明顯差異。秸稈帶狀覆蓋條件下, 播種—現(xiàn)蕾階段的耗水量、耗水強(qiáng)度及耗水模系數(shù)平均較CK顯著降低14.5%、15.2%、15.4%, 平均較地膜覆蓋顯著增加20.9%、19.0%、31.5%; 與CK相比, 現(xiàn)蕾—塊莖膨大階段耗水量、耗水強(qiáng)度及耗水模系數(shù)無(wú)顯著性差異, 相比于地膜覆蓋, 則分別平均顯著減少20.7%、22.2%、13.9%; 塊莖膨大—成熟階段分別平均較CK顯著提高51.7%、52.4%、50.0%。同時(shí), 相比于CK, 單薯重、商品薯率分別顯著提高17.3%、31.8%, 單株結(jié)薯數(shù)和小薯率降低7.5%、17.6%?？梢?jiàn), 秸稈帶狀覆蓋栽培可通過(guò)降低現(xiàn)蕾前的耗水和增加塊莖膨大后的耗水, 一定程度上緩解馬鈴薯植株后期對(duì)水分的需求, 延長(zhǎng)塊莖膨大后植株光合作用, 提高有機(jī)物的積累量, 從而提高薯塊產(chǎn)量和水分利用效率。而秸稈帶狀覆蓋中, 單行種植以種植帶∶覆蓋帶=40 cm︰40 cm最好, 雙行種植以種植帶︰覆蓋帶=50 cm︰50 cm較適宜。

馬鈴薯; 秸稈覆蓋; 帶狀覆蓋; 耗水特性; 水分利用效率; 產(chǎn)量

農(nóng)業(yè)水資源匱乏、降雨供需錯(cuò)位、季節(jié)性干旱、產(chǎn)量和水分利用效率低下已成為西北干旱半干旱農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。作物耗水特性是指作物在生育期內(nèi)不同生長(zhǎng)階段的耗水變化規(guī)律及其影響因素[1], 是旱作農(nóng)業(yè)研究的基礎(chǔ)[2]。因此, 了解作物耗水規(guī)律并合理調(diào)控耗水分配, 從而提高作物產(chǎn)量和水分利用效率已成為該區(qū)域長(zhǎng)期以來(lái)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)研究關(guān)注的焦點(diǎn)。馬鈴薯(L.)是甘肅省的特色優(yōu)勢(shì)作物之一, 是促進(jìn)農(nóng)民增收、保障甘肅省糧食安全、消除貧困的重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)。長(zhǎng)期以來(lái), 由于該區(qū)春季地表蒸發(fā)強(qiáng)烈, 無(wú)效降水不能有效入滲, 大量水分散失, 導(dǎo)致土壤含水量處于較低水平, 馬鈴薯出苗受到不同程度的影響。此外, 馬鈴薯苗期至開(kāi)花期正逢該地區(qū)伏旱階段, 致使馬鈴薯前期發(fā)育受阻。自地膜覆蓋栽培技術(shù)引入以來(lái), 因其具有顯著的增溫保墑效應(yīng)已成為黃土高原旱農(nóng)區(qū)馬鈴薯栽培的主要技術(shù)。研究表明, 地膜覆蓋可提高馬鈴薯田表層土壤水分14.4%, 降低播種—出苗階段耗水24.0%~45.0%, 提高出苗—開(kāi)花階段的耗水18.7%, 提高馬鈴薯薯塊產(chǎn)量和水分利用效率[3-5]。但也有學(xué)者研究[6]認(rèn)為, 地膜覆蓋后殘膜回收困難, 同時(shí)殘膜增加了棵間蒸發(fā)占蒸散的比例, 降低作物蒸騰量, 不利于土壤水分的有效利用, 殘膜還可降低玉米(L.)、棉花(spp.)等作物的出苗率, 阻礙作物根系對(duì)養(yǎng)分和水分的吸收、利用和轉(zhuǎn)化, 從而導(dǎo)致作物大幅減產(chǎn)[7]。有關(guān)覆蓋栽培對(duì)作物耗水規(guī)律的研究表明, 秸稈覆蓋栽培可抑制禾本科作物土壤棵間蒸發(fā), 提高土壤貯水量, 使部分棵間蒸發(fā)轉(zhuǎn)為葉面蒸騰, 有助于改變棵間蒸發(fā)和葉面蒸騰的耗水比例關(guān)系, 同時(shí)降低了拔節(jié)前的耗水模系數(shù)[3-4], 保障拔節(jié)后作物對(duì)水分的需求[5-7], 從而改善穗部性狀[8-10], 提高作物籽粒產(chǎn)量和水分利用效率[11]。黃土高原地區(qū), 就秸稈覆蓋對(duì)作物產(chǎn)量、蒸散發(fā)和水分利用效率進(jìn)行系統(tǒng)評(píng)估后, 認(rèn)為其是一種有效的節(jié)水農(nóng)藝措施[12], 可以有效避免地膜覆蓋增產(chǎn)對(duì)土壤有機(jī)物質(zhì)和養(yǎng)分在一定程度上的過(guò)度消耗, 增加土壤有機(jī)質(zhì), 減少土壤蒸發(fā), 增加降雨入滲[13], 提高土壤貯水量和水分利用效率[14-15],防止地表徑流形成[16-18]。

但傳統(tǒng)的秸稈全地面均勻覆蓋對(duì)土壤具有突出的保墑效應(yīng)的同時(shí), 由于降溫作用明顯[19-20], 嚴(yán)重影響作物出苗及生長(zhǎng), 往往導(dǎo)致較大幅度的減產(chǎn)[21], 在黃土高原冷涼地區(qū)的應(yīng)用受到限制。甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)作物栽培研究團(tuán)隊(duì)根據(jù)當(dāng)?shù)氐乃疅釛l件, 研究提出“秸稈帶狀覆蓋栽培新技術(shù)”, 經(jīng)多年的試驗(yàn)示范已證明, 該技術(shù)對(duì)小麥(L.)及馬鈴薯均具有明顯的增產(chǎn)效應(yīng), 其產(chǎn)量與地膜覆蓋相近[22-23]。在西北黃土高原旱作雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū), 傳統(tǒng)無(wú)覆蓋、地膜覆蓋等栽培措施對(duì)該區(qū)馬鈴薯耗水特性及水分利用效率和產(chǎn)量已有一定研究[24-25],而秸稈帶狀覆蓋對(duì)該區(qū)馬鈴薯耗水規(guī)律及產(chǎn)量的影響機(jī)制尚不明確。為此本試驗(yàn)以傳統(tǒng)無(wú)覆蓋和地膜覆蓋栽培方式為對(duì)照, 設(shè)置4種秸稈帶狀覆蓋模式, 探討不同秸稈覆蓋方式和播種方式下馬鈴薯耗水規(guī)律和水分利用效率的差異, 為馬鈴薯高產(chǎn)覆蓋栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2016年4—9月在甘肅省通渭縣平襄鎮(zhèn)甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗(yàn)基地(105°18′E, 35°11′N(xiāo))進(jìn)行。該區(qū)為西北黃土高原典型旱作雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū), 屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候, 一年1熟。土壤為黃綿土, 0~200 cm土層土壤平均容重為1.25 g×cm–3。海拔1 760 m, 年均氣溫7.2 ℃, 年日照時(shí)數(shù)2 092 h, 無(wú)霜期135 d, 年蒸發(fā)量>1 500 mm, 年均降水量390.6 mm, 50%以上主要集中于7—9月。2016年和多年逐月平均降雨量如圖1所示。2016年馬鈴薯全生育期總降水量151.2 mm, 較多年平均降水低26%, 屬于干旱年份。

圖1 試驗(yàn)基地2016年及多年平均逐月降雨量

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)計(jì)基于當(dāng)?shù)伛R鈴薯傳統(tǒng)露地平作和普遍推廣的地膜覆蓋(株行距均為0.32 m′0.6 m)為基礎(chǔ), 在保證各處理種植密度不變的情況下, 適當(dāng)調(diào)整株行距, 秸稈帶狀覆蓋處理小區(qū)內(nèi)采取局部密植的種植方式。利用前茬小麥秸稈帶狀覆蓋平作穴播種植馬鈴薯, 覆蓋量為9 000 kg?hm-2, 約為單位面積的小麥秸稈生產(chǎn)量。設(shè)置4種秸稈帶狀覆蓋處理(圖2): 40結(jié)構(gòu)覆蓋單行播種(D40, 種植帶和覆蓋帶各40 cm, 種植帶上播種1行馬鈴薯)、40結(jié)構(gòu)覆蓋雙行播種(S40, 種植帶和覆蓋帶各40 cm, 種植帶上播種2行馬鈴薯)、50結(jié)構(gòu)覆蓋單行播種(D50, 種植帶和覆蓋帶各50 cm, 種植帶上播種1行馬鈴薯)、50結(jié)構(gòu)覆蓋雙行種播種(S50, 種植帶和覆蓋帶各50 cm, 種植帶上播種2行馬鈴薯)。馬鈴薯供試品種為‘克新1號(hào)’, 各處理播種密度均為49 500株?hm-2, 播種深度為0.15 m。每個(gè)處理重復(fù)3次, 區(qū)組內(nèi)各處理隨機(jī)排列, 小區(qū)面積為240 m2(12 m×20 m)。其中40結(jié)構(gòu)覆蓋種植15帶, 50結(jié)構(gòu)覆蓋種植12帶, 露地和地膜各種植19行, 各處理小區(qū)內(nèi)共1 188株。

播種前, 一次性基施180 kg(N)?hm-2、150 kg(P2O5)?hm-2, 馬鈴薯生育期內(nèi)不再追肥。播種后, 使用33%二甲戊靈乳油與水按體積比1∶400混合均勻, 噴霧于土表, 除去幼嫩雜草, 后期雜草由人工拔除?，F(xiàn)蕾—塊莖膨大期, 每周霧噴1次馬鈴薯晚疫病防治藥劑(霉靈、甲霜靈錳鋅及霜霉·疫凈3種藥劑交替使用), 共噴6次。馬鈴薯于2016年4月24日播種, 8月22日收獲。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.3.1 馬鈴薯耗水

于馬鈴薯播種期、出苗期、現(xiàn)蕾期、盛花期、塊莖膨大期、淀粉積累期和收獲期用直徑為0.05 m的土鉆在種植帶中間分8個(gè)土層(0~20 cm、20~40 cm、40~60 cm、60~90 cm、90~120 cm、120~150 cm、150~180 cm、180~200 cm)取土樣進(jìn)行稱重(1), 并置于105 ℃下烘干至恒重(2)。并計(jì)算土壤含水量和貯水量。

SWC(%)=(1?2)/2×100 (1)

式中:為土壤貯水量(mm);為土層深度(cm);為土壤容重, 本試驗(yàn)各土層土壤平均容重為1.25 g cm–3; SWC為土壤質(zhì)量含水量(%)。

根據(jù)水量平衡法計(jì)算馬鈴薯耗水量及耗水模系數(shù)、耗水強(qiáng)度和水分利用效率。

式中:ETc為作物t時(shí)段內(nèi)的耗水量(mm); P為t時(shí)段內(nèi)的有效降水量(≥5 mm); ΔS為t時(shí)段內(nèi)土壤貯水量的變化量(mm); I為t時(shí)段內(nèi)的灌溉量(mm); Q為t時(shí)段內(nèi)耕作層內(nèi)的土壤水下滲量或地下水對(duì)耕作層的補(bǔ)給量(mm), 當(dāng)?shù)叵滤裆畲笥?.5 m時(shí), Q值可以不計(jì); F為t時(shí)段內(nèi)的地表徑流量(mm)。本試驗(yàn)無(wú)灌溉、無(wú)徑流、地下水大于2.5 m, 所以I、Q、F均為0。

D40: 種植帶和覆蓋帶各40 cm, 單行播種; S40: 種植帶和覆蓋帶各40 cm, 雙行播種; D50: 種植帶和覆蓋帶各50 cm, 單行播種; S50: 種植帶和覆蓋帶各50 cm, 雙行播種。DM: 塑料地膜覆蓋; CK: 傳統(tǒng)露地平作。D40: the planting strip and covering strip are 40 cm wide, potatoes are planted in a single row; S40: the planting strip and covering strip are 40 cm wide, potatoes are planted in double rows; D50: the planting strip and covering strip are 50 cm wide, potatoes are planted in a single row; S50: the planting strip and covering strip are 50 cm wide, potatoes are planted in double rows; DM: plastic film mulching; CK: no mulching.

耗水強(qiáng)度(mm·d-1) =生育期耗水量(mm) /生育期天數(shù)(d) (5)

式中:為作物產(chǎn)量(kg·hm–1); ET為生育期內(nèi)有效降水耗水量(mm)。

1.3.2 產(chǎn)量測(cè)定

收獲時(shí)按小區(qū)測(cè)實(shí)產(chǎn), 取3次重復(fù)的平均值折算每公頃產(chǎn)量, 每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取15株進(jìn)行室內(nèi)考種, 調(diào)查單株結(jié)薯數(shù)和單薯重, 并依據(jù)馬鈴薯國(guó)際商品薯質(zhì)量分級(jí)指標(biāo)分為3個(gè)等級(jí): 大薯(>150 g)、中薯(75~150 g)和小薯(<75 g), 并計(jì)算商品薯率。

商品薯率(%)=(單薯75 g及以上的產(chǎn)量/馬鈴薯總產(chǎn))×100% (7)

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2013軟件進(jìn)行計(jì)算和繪圖, 用SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)軟件分析相關(guān)性及差異顯著性。LSD(=0.05)法進(jìn)行差異顯著性比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 秸稈覆蓋及播種方式對(duì)馬鈴薯全生育期耗水量的影響

在降雨量低于多年平均降雨量26%的干旱年份, 馬鈴薯耗水50%以上來(lái)自土壤貯水。CK全生育期土壤貯水消耗量為128.4 mm, DM土壤耗水顯著高于CK 19.3%; 秸稈帶狀覆蓋處理中除D40較CK顯著減少土壤耗水7.8%外, 其他各處理均與CK無(wú)顯著差異(表1)。

2.2 秸稈覆蓋及播種方式對(duì)馬鈴薯各生育階段耗水量及其耗水模系數(shù)的影響

由表2可知, 馬鈴薯生育期以現(xiàn)蕾—塊莖膨大階段耗水最高, 其次為播種—現(xiàn)蕾階段, 以塊莖膨大—成熟期耗水最少。覆蓋可以影響各階段的耗水量及耗水模系數(shù)。與CK相比, 秸稈帶狀覆蓋降低播種—現(xiàn)蕾及現(xiàn)蕾—塊莖膨大階段的耗水量和耗水模系數(shù), 而增加塊莖膨大—成熟階段的耗水量和耗水模系數(shù)。具體來(lái)看, 播種—現(xiàn)蕾階段秸稈帶狀覆蓋平均耗水量和耗水模系數(shù)分別較CK顯著降低14.5%和15.4%, 而塊莖膨大—成熟階段分別顯著增加51.4%和49.9%。與DM相比, 秸稈帶狀覆蓋處理分別顯著提高播種—現(xiàn)蕾階段的耗水量和耗水模系數(shù)20.9%和31.5%, 現(xiàn)蕾—塊莖膨大階段分別顯著降低20.9%和31.5%。塊莖膨大—成熟階段的耗水量顯著降低9.0%, 耗水模系數(shù)無(wú)顯著差異。秸稈帶狀覆蓋處理間, 播種—現(xiàn)蕾階段的耗水量和模系數(shù)以D50最高, 與CK無(wú)顯著差異, 其余3個(gè)處理間(D40、S40、S50)無(wú)顯著差異。現(xiàn)蕾—塊莖膨大階段雙行種植結(jié)構(gòu)(S40、S50)>單行種植結(jié)構(gòu)(D40、D50), 二者差異顯著, 而雙行種植耗水量與耗水模系數(shù)與CK無(wú)顯著差異。塊莖膨大—成熟階段秸稈覆蓋處理間耗水量和耗水模系數(shù)無(wú)顯著差異?？梢?jiàn), 覆蓋栽培能夠降低馬鈴薯現(xiàn)蕾之前耗水量及耗水模系數(shù), 增加塊莖膨大后的耗水量及耗水模系數(shù), 具有調(diào)控生育階段耗水的作用, 同時(shí)地膜的調(diào)控效應(yīng)優(yōu)于秸稈帶覆, 這在一定程度上緩解了后期水分不足對(duì)產(chǎn)量造成的影響。

表1 秸稈覆蓋及播種方式對(duì)馬鈴薯總耗水量及其分配的影響

各處理名稱含義如圖2所示。同列不同小寫(xiě)字母表示處理間差異顯著(<0.05)。The meaning of each treatment was shown in the figure 2. Different lowercase letters in the same column indicate significant differences among different treatments (< 0.05).

表2 秸稈覆蓋及播種方式對(duì)馬鈴薯不同生育時(shí)期耗水量和耗水模系數(shù)的影響

各處理名稱含義如圖2所示。同列不同小寫(xiě)字母表示不同處理間差異顯著(<0.05)。The mean of each treatment was shown in the figure 2. Different lowercase letters indicate significant differences among different treatments (< 0.05).

2.3 秸稈覆蓋及播種方式對(duì)馬鈴薯各生育時(shí)期耗水強(qiáng)度的影響

總體看來(lái), 各處理馬鈴薯全生育時(shí)期耗水強(qiáng)度表現(xiàn)出先增大后降低的趨勢(shì)(表3)。CK處理在盛花期之前耗水強(qiáng)度大, 盛花之后出現(xiàn)下降趨勢(shì); DM耗水強(qiáng)度則在現(xiàn)蕾之后迅速上升, 直到淀粉積累時(shí)期都較為強(qiáng)烈。秸稈帶狀處理生育期耗水強(qiáng)度較為平穩(wěn), 處理間波動(dòng)相對(duì)較小, 盛花—塊莖膨大階段達(dá)到耗水強(qiáng)度高峰; 同時(shí)秸稈帶狀覆蓋均較CK降低了盛花前的耗水強(qiáng)度, 增加塊莖膨大后的耗水強(qiáng)度。除D40外, 各處理在盛花—塊莖膨大耗水強(qiáng)度顯著高于CK, 表明秸稈帶狀覆蓋和DM可分別降低馬鈴薯花前和現(xiàn)蕾之前的耗水強(qiáng)度, 分別提高花后和現(xiàn)蕾之后耗水強(qiáng)度, 具有調(diào)控生育期耗水強(qiáng)度的作用, DM在調(diào)控時(shí)間和強(qiáng)度上效果均優(yōu)秸稈帶狀覆蓋; 同時(shí)現(xiàn)蕾—淀粉積累是馬鈴薯耗水關(guān)鍵時(shí)期。

表3 秸稈覆蓋及播種方式對(duì)馬鈴薯不同生育時(shí)期耗水強(qiáng)度的影響

各處理名稱含義如圖2所示。同列不同小寫(xiě)字母表示不同處理間差異顯著(<0.05)。The mean of each treatment was shown in the figure 2. Different lowercase letters indicate significant differences among different treatments (< 0.05).

由表3可知, 秸稈覆蓋下馬鈴薯生育期平均耗水強(qiáng)度從大到小依次為盛花—淀粉積累、播種—盛花、淀粉積累—成熟。秸稈帶狀覆蓋較CK降低了播種—盛花階段耗水強(qiáng)度0.41 mm×d-1, 而秸稈帶狀處理間耗水強(qiáng)度為單行播種(1.94 mm×d-1)>雙行播種(1.89 mm×d-1)、50結(jié)構(gòu)覆蓋(1.95 mm×d-1)>40結(jié)構(gòu)覆蓋(1.89 mm×d-1), 該階段平均耗水強(qiáng)度以S40最小。在盛花—淀粉積累階段, 秸稈帶狀覆蓋平均耗水強(qiáng)度比CK提高0.63 mm×d-1, 比DM降低0.4 mm×d-1, 秸稈帶狀處理間雙行播種(3.10 mm×d-1)>單行播種(2.91 mm×d-1), 50結(jié)構(gòu)覆蓋(3.13 mm×d-1)>40結(jié)構(gòu)覆蓋(2.88 mm×d-1), 該階段以50結(jié)構(gòu)覆蓋耗水強(qiáng)度最大。淀粉積累—成熟階段, 秸稈帶狀覆蓋與DM耗水強(qiáng)度一致, 均比CK增加0.26 mm×d-1; 秸稈帶狀處理間耗水強(qiáng)度差異較大, 具體表現(xiàn)為雙行播種(1.28 mm×d-1)>單行播種(1.02 mm×d-1), 40結(jié)構(gòu)覆蓋(1.23 mm×d-1)>50結(jié)構(gòu)覆蓋(1.06 mm×d-1)。可見(jiàn), 秸稈帶狀覆蓋處理中S40能明顯夠降低播種—盛花階段、加劇淀粉積累—成熟階段的耗水強(qiáng)度, 而盛花—淀粉積累階段以50結(jié)構(gòu)覆蓋耗水強(qiáng)度最大。

2.4 秸稈覆蓋及播種方式對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量及水分利用效率的影響

由表4可知, 秸稈帶狀覆蓋平均鮮薯產(chǎn)量和水分利用效率分別較CK提高34.0%和26.7%; 覆蓋方式間, 40結(jié)構(gòu)覆蓋較50結(jié)構(gòu)覆蓋產(chǎn)量和水分利用效率分別提高4.5%和6.8%; 播種方式間, 雙行播種較單行播種增產(chǎn)4.4%, 但二者水分利用效率無(wú)顯著差異。與DM相比, 秸稈帶狀覆蓋分別降低馬鈴薯產(chǎn)量和水分利用效率31.3%和23.9%。秸稈帶狀覆蓋處理產(chǎn)量和水分利用效率以D40最高, 分別顯著高于CK 35.7%和45.9%, 其次是S50。

表4 秸稈覆蓋及播種方式對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量及水分利用效率(WUE)的影響

各處理名稱含義如圖2所示。同列不同小寫(xiě)字母表示不同處理間差異顯著(<0.05)。The mean of each treatment was shown in the figure 2. Different lowercase letters in the same column indicate significant differences among different treatments (< 0.05).

覆蓋栽培條件下, 單薯重是引起產(chǎn)量差異的主要因素。相關(guān)分析表明, 薯塊產(chǎn)量與單薯重(=0.801**)及大、中薯率(=0.566*、=0.573*)均表現(xiàn)為顯著或極顯著相關(guān)。與CK比較, 單薯重平均顯著增加17.3%, 大、中薯及商品薯率則明顯提高7.5%、5.0%和17.3%, 即秸稈帶狀覆蓋較CK增產(chǎn)的主要原因是顯著提高了單薯重, 提高了大、中薯比例及商品薯率。而覆蓋方式和播種方式間, 單薯重、單株結(jié)薯數(shù)及商品薯率均無(wú)明顯著性差異。

2.5 馬鈴薯階段耗水量、耗水強(qiáng)度和模系數(shù)與產(chǎn)量形成的相關(guān)關(guān)系

由表5可知, 馬鈴薯產(chǎn)量與播種—現(xiàn)蕾階段的耗水量、耗水強(qiáng)度、耗水模系數(shù)均呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān), 與現(xiàn)蕾—塊莖膨大、塊莖膨大—成熟兩個(gè)階段的耗水量和耗水強(qiáng)度均呈極顯著正相關(guān)。單薯重與播種—現(xiàn)蕾階段的耗水量(=-0.602**)和耗水模系數(shù)(=-0.700**)極顯著負(fù)相關(guān), 與現(xiàn)蕾—塊莖膨大階段的耗水量和耗水強(qiáng)度顯著正相關(guān)。表明馬鈴薯耗水特性對(duì)單薯重影響較大, 覆蓋栽培使馬鈴薯各生育階段耗水情況發(fā)生了變化, 降低了塊莖形成期耗水量和耗水強(qiáng)度, 在一定程度上增加了土壤水分, 滿足了薯塊生長(zhǎng)及淀粉積累階段的需水, 提高了單薯重, 并增加了大、中薯率, 最終實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)量的增加。

3 討論

研究表明, 馬鈴薯對(duì)水分需求存在著明顯的階段差異, 降低塊莖膨大期和淀粉積累期的耗水強(qiáng)度會(huì)導(dǎo)致馬鈴薯薯塊產(chǎn)量的大幅下降[26]。但塊莖形成期之前, 適度的干旱脅迫有利于增加薯塊產(chǎn)量[27]。同時(shí)薯塊產(chǎn)量與塊莖形成期及塊莖膨大期的耗水量具有顯著正相關(guān)關(guān)系[28]。減少馬鈴薯苗期—現(xiàn)蕾期的耗水量, 增加薯塊形成期—膨大期的耗水量, 能有效促進(jìn)馬鈴薯薯塊增長(zhǎng)和淀粉積累。同時(shí)覆蓋栽培對(duì)馬鈴薯各生育時(shí)期耗水的調(diào)控, 有利于單株結(jié)薯數(shù)和單薯重的合理分配, 是提高產(chǎn)量的重要關(guān)鍵[29-30]。

表5 不同秸稈覆蓋及播種方式下馬鈴薯階段耗水量、耗水強(qiáng)度和模系數(shù)與產(chǎn)量要素的相關(guān)關(guān)系

=18. *和**分別表示在<0.05和<0.01水平顯著相關(guān)。Ⅰ: 播種—現(xiàn)蕾階段;Ⅱ: 現(xiàn)蕾—塊莖膨大階段; Ⅲ: 塊莖膨大—成熟階段。* and ** indicate significant correlation at< 0.05 and< 0.01, respectively. Ⅰ: sowing to squaring; Ⅱ: squaring to tuber bulking; Ⅲ: tuber bulking to mature.

通過(guò)合理的覆蓋栽培措施調(diào)控耗水分配, 可提高馬鈴薯產(chǎn)量和水分利用效率。尹娟等[31]研究認(rèn)為, 地膜覆蓋條件下, 馬鈴薯生育期的耗水量表現(xiàn)為現(xiàn)蕾期>花期>苗期>成熟期, 地膜覆蓋可以有效增加馬鈴薯現(xiàn)蕾期和開(kāi)花期的耗水, 提高薯塊產(chǎn)量。陳玉章等[32]表明, 秸稈帶狀溝壟覆蓋種植馬鈴薯, 可使塊莖形成期、塊莖膨大期和淀粉積累期0~2 m土壤含水量分別顯著增加8.7%、13.0%和13.1%, 有利于塊莖形成后馬鈴薯的土壤貯水消耗, 進(jìn)而增產(chǎn)51.6%~88.2%, 水分利用效率提高68.2%。同時(shí)李強(qiáng)[33]認(rèn)為, 在黃土高原地區(qū), 相比于露地種植, 覆膜能夠顯著提高旱地馬鈴薯產(chǎn)量29.2%, 水分利用效率31.7%, 地膜覆蓋對(duì)于馬鈴薯產(chǎn)量和水分利用效率的增幅分別顯著高于秸稈覆蓋8.3%和23.1%。本試驗(yàn)中, 對(duì)于馬鈴薯產(chǎn)量、水分利用效率及耗水規(guī)律與前人研究較為一致。同時(shí)本試驗(yàn)研究表明: 在干旱年份, 地膜覆蓋對(duì)于馬鈴薯產(chǎn)量和水分利用效率的增加率分別顯著高于秸稈覆蓋59.4%和61.0%?，F(xiàn)蕾—淀粉積累階段為耗水的關(guān)鍵階段, 其中以盛花—塊莖膨大期為馬鈴薯耗水強(qiáng)度高峰。秸稈帶狀覆蓋能夠降低播種—塊莖膨大期的耗水量、耗水強(qiáng)度及耗水模系數(shù), 增加塊莖膨大—成熟期的耗水量、耗水強(qiáng)度及耗水模系數(shù), 提高盛花后植株生產(chǎn)性蒸騰耗水, 有利于增加單薯重及大、中薯率, 最終提高馬鈴薯產(chǎn)量和水分利用效率。

常磊等[34]通過(guò)對(duì)不同秸稈帶狀覆蓋帶幅比例種植冬小麥試驗(yàn)表明, 秸稈帶狀覆蓋處理能顯著改善作物土壤墑情, 不同的秸稈帶狀覆蓋處理土壤墑情依次表現(xiàn)為: 種植帶、覆蓋帶各30 cm>種植帶、覆蓋帶各40 cm>種植帶、覆蓋帶各50 cm?？梢?jiàn), 種植帶過(guò)寬后, 地表蒸發(fā)表面積增大, 不利于土壤保墑和提高作物水分利用效率。本試驗(yàn)研究結(jié)果與其較為一致, 秸稈帶狀覆蓋處理中, 0.5 m秸稈覆蓋種植處理產(chǎn)量低于0.4 m秸稈覆蓋種植, 同時(shí)0.4 m秸稈覆蓋種植以單行種植條件下產(chǎn)量較高, 而0.5 m秸稈覆蓋種植則以雙行種植條件下產(chǎn)量較高, 表明0.4 m和0.5 m的帶幅比分別是單雙行種植中較為合理的種植結(jié)構(gòu), 帶幅比過(guò)大秸稈覆蓋保墑效果降低, 則需要雙行種植,較大的冠層覆蓋面積可阻擋土壤水分散失。覆蓋帶具有水分蓄存的能力, 相當(dāng)于“水庫(kù)”的作用, 在植株生長(zhǎng)過(guò)程中, 通過(guò)覆蓋帶地下水分運(yùn)移及根系的吸收作用為馬鈴薯植株提供水分。單、雙行種植因不同的植株布局, 致使植株水分利用及棵間蒸發(fā)有所變化。雙行種植條件下, 冠層覆蓋面積較大, 在現(xiàn)蕾—塊莖膨大階段有效減少棵間蒸發(fā)量, 能降低此時(shí)的蒸發(fā)的水分消耗; 單行種植條件下, 0.4 m的秸稈覆蓋種植植株布局較為合理, 能降低塊莖膨大—成熟階段無(wú)效性耗水并提高水分生產(chǎn)效率, 這可能是D40薯塊產(chǎn)量高于D50的主要原因。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)馬鈴薯耗水特性及產(chǎn)量的研究發(fā)現(xiàn), 地膜和秸稈帶狀覆蓋均可通過(guò)調(diào)控馬鈴薯生育期耗水分配, 分別降低現(xiàn)蕾和盛花之前的耗水強(qiáng)度, 提高現(xiàn)蕾和盛花后耗水強(qiáng)度, 進(jìn)而提高馬鈴薯水分利用效率, 增加單薯重以及商品薯率, 最終提高馬鈴薯產(chǎn)量。盡管地膜種植具有產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì), 但覆膜成本較高、回收困難及殘膜生態(tài)問(wèn)題突出, 使其經(jīng)濟(jì)效益降低, 而秸稈覆蓋規(guī)避了秸稈焚燒, 改善了農(nóng)田環(huán)境, 生態(tài)效益遠(yuǎn)高于地膜覆蓋。秸稈帶狀覆蓋種植中, 種植帶和秸稈覆蓋帶各40 cm蓋單行種植和種植帶和秸稈覆蓋帶各50 cm雙行種植的種植方式能夠較有效地提高水分利用效率和產(chǎn)量, 是較為適宜的種植方式。

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Effects of straw mulching and sowing methods on water consumption characteristics and yield of potato in arid region of Northwest China*

QIAN Yuping1, TIAN Huihui1, CHENG Hongbo2, MA Jiantao1, CHAI Yuwei1, LI Yawei1, CHAI Shouxi1,2**

(1. Gansu Provincial Key Lab of Arid Land Crop / College of Agronomy, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, China; 2. College of Life Science and Technology, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, China)

In order to clarify the evapotranspiration, water use efficiency, and yield of potatoes under different straw mulching planting patterns in rainfed agricultural areas of Northwest China, four straw strip mulching patterns (D40: 40 cm wide of planting and coverage strips, single row planting; S40: 40 cm wide of planting and coverage strips, double-row planting; D50: 50 cm wide of planting and coverage strips, single row planting; S50: 50 cm wide of planting and coverage strips, double-row planting), plastic film mulching (DM), and traditional flat planting (CK) were set to study the potato evapotranspiration, water-use efficiency, and yield of each treatment. The results showed that under four straw mulching treatments, the average potato yield increased by 34.0% and water-use efficiency increased by 21.5% compared with CK; while they significantly reduced averagely by 31.3% and 25.0%, respectively compared with DM treatment. The yield and water-use efficiency of 40 cm planting structures increased by 4.5% and 6.8%, respectively compared with 50 cm planting structures. The yield of double-row planting was 4.4% higher than that of single row planting, however, water-use efficiency had no significant differences. The amount, intensity, and model coefficient of water consumption during the sowing-budding period decreased under straw strip mulching conditions by 14.5%, 15.2%, and 15.4%, respectively compared with CK, but they increased by 20.9%, 19.0%, and 31.5%, respectively compared with DM. During the budding to tuber bulking period, there were no significant differences in water consumption, water intensity, and water modulus coefficient between the straw mulching treatments and CK; however, compared with DM a significant reduction in water consumption (20.7%), water intensity (22.2%), and water modulus coefficient (13.9%) in the four straw mulching patters. The averages under straw mulching treatments increased during tuber bulking to mature peirod by 51.7% (water consumption), 52.4% (water intensity), and 50.0% (water modulus coefficient), respectively, compared with CK. Under the four straw mulching treatments, the weight per tube and the commodity rate of potato significantly increased by 17.3% and 31.8%, respectively, while the tubers number per plant and the small tuber rate decreased by 7.5% and 17.6%, respectively, compared with CK. It can be seen that cultivation using straw strip mulching can alleviate the water shortage of potato plants in the later stages, by reducing the water consumption before bud growth stage and increasing the water consumption after tuber enlargement stage, extending the duration of plant photosynthesis after tuber enlargement, improving the accumulation of organic matter, and thus improving yield. In the four straw strip mulching patterns, the yield of double row planting treatment was 4.4% higher than that of single row planting, while the water use efficiency had no significant difference between them. In this study, single row planting with the planting band︰mulching band = 40 cm︰40 cm, and double row planting with the planting band︰mulching band = 50 cm︰50 cm were more suitable straw strip mulching planting mode of potato in the rainfed agricultural areas of Northwest China.

Potato; Straw mulching; Strip mulching; Water consumption characteristics; Water use efficiency; Yield

S314

10.13930/j.cnki.cjea.190722

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* 國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31760373, 31960239)和甘肅省農(nóng)牧廳科研專項(xiàng)(072-034035)資助

柴守璽, 主要從事作物生態(tài)生理研究。E-mail: sxchai@126.com

錢(qián)玉平, 主要從事作物生態(tài)生理研究。E-mail: qyp2810@163.com

2019-10-12

2020-01-08

* This study was supported by the National Natural Science Foundation of China (31760373, 31960239) and the Special Research Project of Agriculture and Animal Husbandry Department of Gansu Province (072-034035).

, E-mail: sxchai@126.com

Oct. 12, 2019;

Jan. 8, 2020