李京東，張劉東，陳 晨，倪匡迪，胥曉蓉

(云南農(nóng)業(yè)大學水利學院，云南 昆明 650000)

0 引言

馬鈴薯是世界上重要的農(nóng)作物之一[1]。云南地區(qū)獨特的氣候條件使馬鈴薯可以周年種植，云南省馬鈴薯種植面積僅次于玉米、水稻，同時云南省是中國馬鈴薯主要產(chǎn)區(qū)之一，也是4個千萬級馬鈴薯生產(chǎn)大省之一[2]。最近幾年云南省馬鈴薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，馬鈴薯總產(chǎn)量排名全國第3位[3]。

國內(nèi)外對地膜覆蓋下馬鈴薯生長狀況研究取得了一系列成果。研究表明，地膜覆蓋可以高效節(jié)水，能控制雜草生長、減少土傳病害、降低土壤無效水分蒸發(fā)，并能有效調(diào)節(jié)土壤溫度[4-7]。地膜覆蓋可以在一定程度上改善旱作農(nóng)業(yè)區(qū)的上層土壤水熱狀況，對作物產(chǎn)量有一定增產(chǎn)效應[8]。WANG F X等[9]做了3個田間試驗(2個在華北，1個在西北)比較覆膜滴灌與不覆膜滴灌對馬鈴薯生長的影響，在華北的試驗得出覆膜會降低馬鈴薯的產(chǎn)量和水分利用效率，而西北的試驗得出覆膜可以增加馬鈴薯產(chǎn)量和水分利用效率。ANIKWE M A N等[10]、RUIZ J M等[11-12]和CHANG D C等[13]研究表明，黑色薄膜覆蓋處理的作物產(chǎn)量要高于透明薄膜覆蓋處理。而FARIAS-LARIOS J等[14]、YAGHI T等[15]得出的結論卻相反。WANG F X等[16]研究表明，薄膜覆蓋可以降低馬鈴薯塊莖密度。但RYKBOST K A等[17]研究表明，薄膜覆蓋對馬鈴薯塊莖密度沒有影響。侯曉燕等[18]進行馬鈴薯覆膜對比試驗發(fā)現(xiàn)，透明薄膜覆蓋能夠縮短馬鈴薯的各生育期。張淑敏等[19]研究發(fā)現(xiàn)，透明覆膜比黑白配色覆膜出苗早4～5 d，而黑白配色覆膜比透明覆膜提高了馬鈴薯塊莖產(chǎn)量。

本文通過對不同顏色覆膜下馬鈴薯土壤溫度變化、馬鈴薯生長發(fā)育狀況及最終產(chǎn)量的研究，為馬鈴薯高產(chǎn)栽培和推廣應用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2020年5—10月在云南農(nóng)業(yè)大學后山實驗基地進行。試驗區(qū)氣候?qū)俚湫偷谋眮啛釒Ц咴撅L氣候區(qū)，受大氣環(huán)流和高原季風影響，干濕季分明，夏秋濕潤多雨，冬春干燥少雨。多年平均氣溫14.7 ℃，最熱的7月平均氣溫19.8 ℃，最冷的1月平均氣溫7.7 ℃；年平均日照2 448.7 h，日照率47%～56%，相對濕度73%～74%；主導風向為西南風，平均風速2.2～3.0 m/s；全年無霜期240 d以上。試驗期內(nèi)月降水量與氣溫分布如圖1所示，2020年總降水量1 048.1 mm，馬鈴薯生育期(5—10月)降雨量905.2 mm。試驗地土壤肥力較低且干旱宜結塊，土壤類型為紅壤粘土，耕作層平均土壤容重1.21 g/cm3，pH值為4.8。

圖1 馬鈴薯生育期降水和氣溫月份分布Fig.1 Monthly distribution of precipitation and air temperature during potato growing season

1.2 試驗設計

地膜為沭陽縣紅樹林花卉園藝中心生產(chǎn)的農(nóng)用薄膜，寬度均1 m，厚度0.08 mm。試驗采用3個處理：黑色薄膜覆蓋(BM)、透明薄膜覆蓋(TM)、不覆蓋(NM)。每個處理設置3個重復，每個重復為1個小區(qū)，小區(qū)隨機布置，共9個試驗小區(qū)。

1.3 灌溉與農(nóng)藝措施

灌溉采用地表滴灌系統(tǒng)，滴灌設備在進水口處配有篩網(wǎng)式過濾器。在滴灌系統(tǒng)安裝完成后，對薄膜進行覆蓋處理，將薄膜覆于壟上，并且使薄膜與土壤緊密接觸。

試驗選擇的馬鈴薯品種為“大西洋3號”，每個試驗小區(qū)種植6壟，壟長4.4 m，壟高0.2 m，壟間距0.7 m，壟底寬0.5 m，單壟單行，行距0.7 m，株距0.2 m。各試驗小區(qū)用路寬為1 m的小路隔開，試驗區(qū)四周設置保護區(qū)，寬度0.8 m，采用先播種再覆膜，出苗時破膜的方式。所有處理施肥量相同，分3次施肥，總共施肥量為磷肥(P2O5)271 kg/hm2、鉀肥(K2O)158 kg/hm2、氮肥(尿素)239 kg/hm2，其中底肥施入全部的磷肥、90%的鉀肥和90%的氮肥，在塊莖形成期施加10%的氮肥，在塊莖膨大期施入10%的鉀肥。試驗于2020年5月1日播種，5月2日覆膜，10月2日全部收獲。施肥時間分別是4月29日、7月4日和8月11日。

1.4 觀測指標及方法

1.4.1 氣象觀測

試驗期間氣象數(shù)據(jù)(降雨量、溫度、風速風向等)采用昆明氣象站監(jiān)測的數(shù)據(jù)。

1.4.2 馬鈴薯出苗天數(shù)和出苗率計算

在馬鈴薯苗期，記錄各小區(qū)出苗天數(shù)(出苗天數(shù)為出苗率達到80%所需要的天數(shù))，同時統(tǒng)計最終出苗率。

1.4.3 土壤溫度測定

土壤溫度采用曲管地溫計進行觀測，9個小區(qū)均進行土壤溫度監(jiān)測，在馬鈴薯各個生育期選擇無風、干燥的晴天測量距離地表5、10和20 cm的3個壟上土層土壤溫度，每日早晨(8∶00)、中午(14∶00)和傍晚(20∶00)各觀測一次。日平均土壤溫度取3次測定的算數(shù)平均值。

1.4.4 植株生物學指標測定

(1)株高。馬鈴薯出苗后，在每個小區(qū)標記10株馬鈴薯測量其株高，用鋼卷尺每7 d測一次，在馬鈴薯生長旺盛期加測，直至馬鈴薯葉片開始衰老倒伏。其中株高取各處理相同小區(qū)的算術平均值。

(2)干物質(zhì)。在馬鈴薯苗期、塊莖形成期、塊莖膨大期、淀粉積累期和成熟期這5個生育期，從各小區(qū)中隨機選取10株馬鈴薯進行干物質(zhì)測定，將所取植株從莖底部與地下根部分離，將取得的植株莖、葉、根分離并用清水洗凈，濾紙吸干表面水分，置于105 ℃烘箱中殺青30 min，然后80 ℃恒溫烘干至恒質(zhì)量，再冷卻至常溫，分別稱量，獲得莖、葉、塊莖的干物質(zhì)量。

(3)馬鈴薯塊莖分級和塊莖生長速率。在馬鈴薯植株的莖葉完全衰老時，在每個小區(qū)取10株馬鈴薯的塊莖進行塊莖分級，統(tǒng)計其數(shù)量和質(zhì)量。

(4)馬鈴薯單株塊莖質(zhì)量。在馬鈴薯塊莖形成以后，每個小區(qū)取10株馬鈴薯，每個生育期測量1次單株馬鈴薯塊莖質(zhì)量。

1.4.5 單位面積產(chǎn)量測定

在馬鈴薯完全成熟待收貨時，每個小區(qū)選取中間20株長勢完好的馬玲薯，用1/100天平稱量，分別記錄單薯的個數(shù)和質(zhì)量，計算單位面積各處理的塊莖總產(chǎn)量。

1.4.6 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2010軟件進行數(shù)據(jù)的計算、處理和制圖；采用SPSS 19統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)分析；采用最小顯著性差異法(LSD)分析各處理間顯著性差異。

2 結果與分析

2.1 馬鈴薯出苗率和出苗天數(shù)

不同覆膜處理的馬鈴薯出苗情況有所差異。由圖2可知，覆膜處理能顯著提高馬鈴薯出苗率，出苗率大小次序表現(xiàn)為BM>TM>NM。BM處理比NM處理顯著提高10.3%，TM處理比NM處理顯著提高7.6%。不同覆膜處理馬鈴薯出苗天數(shù)也存在不同，BM處理與TM處理分別比NM處理提前5和3 d，BM處理比TM處理提前2 d。

注：不同字母代表每個生長季節(jié)內(nèi)處理間的顯著差異(P<0.05)圖2 不同顏色覆膜對馬鈴薯出苗率和出苗天數(shù)的影響Fig.2 Effects of film with different colors on seedling rate and seedling days of potato

2.2 土壤溫度

各處理耕層土壤溫度隨土層的加深而逐漸降低，隨生育期的推進，各覆蓋處理下土壤溫度差異性逐漸減小，且波動性主要集中于生育前期，在馬鈴薯生育期的苗期、塊莖形成期、塊莖膨大期，覆膜處理溫度高于不覆膜處理。在淀粉積累期和成熟期，覆膜處理發(fā)育更加茂盛，植被覆蓋度更高，導致光照不易照射到作物土壤，覆膜處理溫度低于不覆膜處理。整個生育期BM和TM比NM處理分別增溫1.63和0.72 ℃。

2.2.1 馬鈴薯生育期土壤溫度的變化

在馬鈴薯生育期中，溫度波動主要集中在生育前中期(苗期、塊莖形成期、塊莖膨大期)，之后各處理溫度差異逐漸減小。在馬鈴薯苗期，BM處理和TM處理分別比NM處理顯著增溫3.5和2.6 ℃。在馬鈴薯塊莖形成期，BM處理比NM處理顯著增溫3.3 ℃，TM處理比NM處理增溫2 ℃，BM處理比NM處理顯著增溫1.3 ℃。在馬鈴薯塊莖膨大期，BM處理比NM處理顯著增溫2.7 ℃，TM處理比NM處理顯著增溫1.7 ℃。在馬鈴薯淀粉積累期，BM處理和TM處理分別比NM處理溫度低0.9和1.9 ℃。其中TM處理和NM處理存在顯著性差異(P<0.05)。成熟期，3種處理溫度無顯著性差異(P>0.05)。

2.2.2 不同土層土壤溫度的變化

由圖3～5可知，土壤5 cm處和10 cm處土壤溫度波動要大于20 cm處，馬鈴薯生育期5 cm土層土壤溫度波動最大。5 cm處土壤溫度BM處理比NM處理平均溫度顯著增高2.2 ℃；TM處理與BM處理和NM處理均未表現(xiàn)出差異性(P>0.05)。在土壤10 cm處，BM處理比NM處理平均溫度顯著增高2.1 ℃，TM處理平均溫度比NM處理顯著增高1.2 ℃。在土壤20 cm處，土壤溫度變化受覆膜處理影響較小，BM處理比TM處理生育期平均溫度高0.7 ℃，BM處理比NM處理高0.5 ℃，NM處理溫度比TM處理高0.2 ℃。

圖3 馬鈴薯生育期土壤5 cm處溫度變化Fig.3 Temperature change at 5 cm of soil during potato growth period

圖4 馬鈴薯生育期土壤10 cm處溫度變化Fig.4 Temperature change at 10 cm of soil during potato growth period

圖5 馬鈴薯生育期土壤20 cm處溫度變化Fig.5 Temperature change at 20 cm of soil during potato growth period

2.3 馬鈴薯株高

由圖6可知，馬鈴薯生育期內(nèi)，覆膜處理株高顯著高于不覆膜處理(P<0.05)，在生育前期，3種處理差異較小，BM處理比NM處理平均高6.3 cm，TM處理比NM處理平均高3.5 cm。隨著生育期的延長，馬鈴薯增長速率變快，覆膜處理與不覆膜處理差異性變大，在馬鈴薯成熟期，BM處理平均株高較NM處理顯著增高了25 cm，TM處理平均株高較NM處理顯著增高了18.2 cm。生育前期，BM處理與TM處理并未表現(xiàn)出顯著性(P>0.05)，隨著生育期推進，BM處理株高顯著高于TM處理(P<0.05)，在成熟期兩者差異最大，BM處理比NM處理高6.8 cm。生育前期株高增長速率較快，后期增長緩慢或幾乎不增長。

圖6 不同覆膜處理的株高變化Fig.6 Changes of plant height with different colors film

2.4 干物質(zhì)量

由表1可知，覆膜處理干物質(zhì)量大于不覆膜，除了苗期之外，BM處理顯著大于TM覆膜處理和NM處理，TM與NM未表現(xiàn)出顯著性差異，馬鈴薯的干物質(zhì)表現(xiàn)為先增大后減小，且均在淀粉積累期達到最大值，后期減小是由于成熟期莖葉干枯所致。

表1 不同覆膜處理對馬鈴薯各生育期的單株干物質(zhì)量影響

2.5 塊莖分級與塊莖產(chǎn)量

2.5.1 塊莖分級

在馬鈴薯成熟期植株的莖葉完全衰老時，在每個小區(qū)取10株馬鈴薯塊莖進行塊莖分級，結果如表2～3所示。

表2 不同覆膜處理馬鈴薯塊莖分級個數(shù)統(tǒng)計

表3 不同覆膜處理馬鈴薯塊莖分級質(zhì)量統(tǒng)計

對于M>300 g的馬鈴薯塊莖，BM處理的數(shù)量和質(zhì)量比NM處理分別多33%和40%，且存在顯著性差異；TM與兩者不存在顯著性差異。對于M>200 g的馬鈴薯塊莖，BM處理的數(shù)量和質(zhì)量比NM處理分別多33%和37%，且存在顯著性差異；TM處理與兩者不存在顯著性差異。對于M>50 g的馬鈴薯塊莖，BM處理比TM處理多36%和32%，且存在顯著性差異；比NM處理分別多46%和53%，存在顯著性差異；透明覆膜與不覆膜之間不存在顯著性差異。

2.5.2 單株塊莖產(chǎn)量

如圖7所示，BM處理與TM處理、NM處理都表現(xiàn)出了顯著性差異，在生育后期，BM處理比TM處理多120 g，比NM處理多244 g。除了生育中期，TM處理與NM處理也表現(xiàn)出了差異性，生育后期，單株塊莖產(chǎn)量TM處理比NM處理多123 g。

圖7 不同覆膜處理馬鈴薯單株塊莖產(chǎn)量Fig.7 Tuber yield of potato plant in different plastic mulching treatments

覆膜能夠提高馬鈴薯單株塊莖產(chǎn)量，塊莖增長率表現(xiàn)為BM>TM>NM，在生育后期，BM比TM增長了12%，比NM增長了27%；TM比NM增長了14%。

2.6 小區(qū)產(chǎn)量

如圖8所示，覆膜處理產(chǎn)量高于不覆膜處理，表現(xiàn)為BM>TM>NM，其中BM處理相對于TM處理和NM處理表現(xiàn)出了顯著性，BM處理顯著高于TM處理10.73 t/hm2，顯著高于NM處理15.01 t/hm2。TM處理與NM處理產(chǎn)量沒有顯著性差異。該結果與單株塊莖產(chǎn)量大小關系一致，表明覆膜可以增加馬鈴薯的產(chǎn)量，黑色覆膜增產(chǎn)效果最為顯著。

圖8 不同覆膜處理馬鈴薯產(chǎn)量Fig.8 Potato yields of different mulching treatments

3 討論

3.1 不同顏色覆膜對馬鈴薯土壤溫度的影響

試驗研究表明，覆膜可以顯著提高馬鈴薯土壤溫度，在馬鈴薯生育前期，覆膜能有效提高土壤溫度，其中土壤5 cm處尤為明顯。這是由于生育前期植株較小，地膜覆蓋接受光輻射表面積較大增溫顯著，在馬鈴薯生育后期，由于植被覆蓋度的影響，不同處理的土壤溫度變化不明顯[20]。

3.2 不同顏色覆膜對馬鈴薯生長的影響

試驗結果表明，覆膜能提高馬鈴薯出苗率，對植株生長產(chǎn)生先發(fā)優(yōu)勢，使覆膜處理的植株株高高于不覆膜處理，且黑色覆膜處理株高高于透明覆膜處理，這與前人的研究結果一致[20-22]。

馬鈴薯單株塊莖產(chǎn)量表現(xiàn)為BM>TM>NM，黑色覆膜與其他處理相比，表現(xiàn)出了全生育期的差異性。

HOU X Y等[23]研究表明，覆膜處理的馬鈴薯產(chǎn)量比不覆膜處理高，本試驗通過研究也發(fā)現(xiàn)覆膜處理能提高馬鈴薯產(chǎn)量，不同顏色覆膜最終產(chǎn)量表現(xiàn)為BM>TM>NM，黑色覆膜與其他兩種處理存在顯著性差異。

4 結論

(1)覆膜處理能改善馬鈴薯出苗率。

黑色覆膜比不覆膜提前5 d出苗，透明覆膜比不覆膜提前2 d出苗。覆膜處理提高了20 cm以上土層土壤溫度，加快了塊莖的出苗，使植株更早進入苗期。

(2)覆膜處理能提高馬鈴薯土壤溫度。

在馬鈴薯整個生育期，覆膜處理比不覆膜處理增溫效果顯著，其中黑色覆膜增溫效果最好，5 cm土層>10 cm土層>20 cm土層。

(3)覆膜處理能提高馬鈴薯株生物學指標及總產(chǎn)量[24-26]。馬鈴薯株高、塊莖分級與塊莖產(chǎn)量、單株塊莖產(chǎn)量均表現(xiàn)為覆膜處理高于不覆膜處理，黑色覆膜與透明覆膜之間也存在差異。不同處理之間前期株高差異較小，后期差異顯著，整個生育期表現(xiàn)為BM處理株高最高，TM處理次之，NM處理最低。馬鈴薯干物質(zhì)量除生育前期外表現(xiàn)為黑色覆膜與透明覆膜、不覆膜之間存在顯著性差異，透明覆膜與不覆膜之間未表現(xiàn)出顯著性。塊莖分級總數(shù)量和總產(chǎn)量黑色覆膜處理顯著高于其他兩個處理，透明覆膜與不覆膜未表現(xiàn)出顯著性差異。覆膜能提高馬鈴薯單株塊莖產(chǎn)量，大小關系表現(xiàn)為BM>TM>NM。覆膜能顯著提高馬鈴薯產(chǎn)量，大小關系表現(xiàn)為BM>TM>NM。