周永瑾 普雪可 吳春花 苗芳芳 李 榮

(寧夏大學農(nóng)學院,寧夏 銀川 750021)

降雨稀少是我國西北旱作區(qū)農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)力快速發(fā)展的主要制約因素之一。在西北黃土高原半干旱農(nóng)業(yè)雨養(yǎng)區(qū)，降雨以無效和微效降雨為主，有效降雨次數(shù)少且時空分布不均，多數(shù)雨水無法被蓄積在土壤中供作物吸收利用[1]。馬鈴薯對土壤溫度波動變化與水分供應(yīng)缺失等狀況較為敏感，尤其在生育早期，春旱與春寒齊發(fā)，導(dǎo)致馬鈴薯植株出苗嚴重受損；另外，生育中后期的伏旱嚴重影響馬鈴薯塊莖的生長和發(fā)育，使其產(chǎn)量低且不穩(wěn)[2]?？梢?，通過溝壟二元覆蓋集雨栽培措施來緩解馬鈴薯生育期高溫與干旱脅迫，是西北旱作區(qū)馬鈴薯產(chǎn)業(yè)增產(chǎn)、高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)[3]。

提高旱作區(qū)農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)力的重點在于如何最大限度地高效利用微效和無效降雨[4]。田間溝壟集雨栽培技術(shù)利用壟上覆一層薄膜、溝內(nèi)覆蓋不同材料來調(diào)控雨水徑流，收集降雨于溝內(nèi)種植區(qū)以實現(xiàn)微降雨在空間上的累積[5]，從而提高土壤水分有效性，具有集雨、保墑和增溫的效用，是大田降雨資源收集利用的高效技術(shù)途徑[6-7]。該技術(shù)已在西北旱作區(qū)普遍應(yīng)用于玉米[8]、小麥[9]、馬鈴薯[10]等多種農(nóng)作物。當前農(nóng)用地膜大多以塑料薄膜為主，近年來隨著綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的提出，由聚乙烯塑料制成的白色地膜殘留造成的“白色污染”被更多的學者專家所重視[11]。研究發(fā)現(xiàn)，隨著農(nóng)用塑料地膜殘留過多，土壤板結(jié)現(xiàn)象加重，不僅破壞土壤微環(huán)境而降低土壤肥力，還會嚴重影響土壤水分滲透和作物根系發(fā)育。白色地膜覆蓋下作物生育前期水肥需求量大，土壤水分過度損耗[12]，生育后期氣溫較高而引起土壤地溫較高的現(xiàn)象[2]，作物會發(fā)生“青干現(xiàn)象”等問題，導(dǎo)致減產(chǎn)。因此探究既可提高土壤保墑能力，又能在作物生育期有效調(diào)控土壤溫度的最優(yōu)覆膜材料對西北黃土高原旱作區(qū)作物增收具有十分重大的意義[13]。

生物降解膜由無害化分解產(chǎn)物組成，大多可在收獲時被土壤微生物降解[14]?？山到獾啬さ耐茝V不僅可降低白色塑料地膜的使用量，在一定程度上減輕農(nóng)田污染，而且環(huán)保型覆蓋材料自然降解的同時具有保溫、保墑、增產(chǎn)等作用，這已在玉米[15]、油菜[16]、番茄[17]作物中被證實。目前，應(yīng)用在生產(chǎn)中的主要環(huán)保型覆蓋材料有麻纖維地膜、液態(tài)地膜和生物降解膜等[18]。雖然已對農(nóng)田可降解地膜應(yīng)用做了一定的研究，但大多集中于單一降解地膜材料覆蓋和聚乙烯地膜覆蓋下土壤水熱特征變化對作物生長影響的研究[2]，且降解地膜的田間應(yīng)用作物多以玉米為主[6,15]；將不同類型可降解地膜應(yīng)用于溝壟覆蓋集雨系統(tǒng)后對地膜降解特征、土壤水熱特征及馬鈴薯收益的影響研究較少。基于此，本試驗在寧夏南部旱區(qū)連續(xù)兩年研究溝壟覆蓋下不同降解地膜對土壤水熱特征及馬鈴薯產(chǎn)量的影響，明確降解地膜應(yīng)用于旱地馬鈴薯溝壟覆蓋栽培的可行性，以期為旱地農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與試驗地概況

2015―2016年在寧夏彭陽縣長城塬村進行兩年大田定位試驗。試驗區(qū)位于寧夏東南部邊緣，六盤山東麓附近，平均海拔1 800 m，年均降水量450 mm，年際蒸發(fā)量1 050 mm，年均溫7.5℃，無霜期165 d，屬溫帶半干旱大陸性季風氣候，年內(nèi)降水分布不均，年際變化較大，主要集中在7―9月份，占年總降水量的60%。試驗期內(nèi)日降雨量與逐日氣溫分布如圖1所示，2015年總降雨量和生育期(5―10月)降雨量分別為463.2和331.7 mm，2016年總降雨量和生育期降雨量分別為369.0和248.4 mm，根據(jù)40年(1976—2016)年年均降水量(431 mm)及生育期降水量均值(338 mm)可知，2015年是平水年，2016年是欠水年。試驗地土壤類型為黃綿土，耕層(0～40 cm)土壤容重1.45 g·cm-3，有機質(zhì)11.8 g·kg-1，速效氮58.3 mg·kg-1，速效磷7.5 mg·kg-1， 速效鉀99.1 mg·kg-1，土壤偏堿性(pH值8.4)，肥力為低等水平。

圖1 2015―2016年日平均氣溫和日降水量及40年平均降水量Fig.1 2015―2016 daily temperature and daily precipitation and 40 year average precipitation

供試塑料白色地膜為聚乙烯薄膜(0.8 m寬，0.008 mm厚)，山西運城塑料廠；生物地膜(0.8 m寬，0.008 mm厚)，陜西華宇高科生物有限公司；麻纖維地膜(0.8 m寬，0.22～0.31 mm厚)，湖南省沅江市潤澤優(yōu)先科技有限公司；液態(tài)地膜[按產(chǎn)品∶水=1∶5(v∶v)，以 450 L·hm-2使用量(公司推薦用量)在溝內(nèi)種植行間進行噴施)]，北京金尚禾生物科技有限公司。供試馬鈴薯品種為隴薯3號，購自寧夏農(nóng)墾局良種繁育經(jīng)銷中心。

1.2 試驗設(shè)計

試驗在壟溝種植模式下溝內(nèi)設(shè)置3種降解地膜覆蓋方式，壟覆塑料白色地膜溝覆生物地膜(DS)、壟覆塑料白色地膜溝覆麻纖維地膜(DM)、壟覆塑料白色地膜溝覆液態(tài)地膜(DY)，以傳統(tǒng)平作不覆蓋為對照(CK)，共4個處理，采用隨機區(qū)組設(shè)計，3次重復(fù)，小區(qū)面積9 m×4 m=36 m2。

播種前30 d，在試驗地修筑溝壟，壟高20 cm，壟寬40 cm，溝寬60 cm。各處理統(tǒng)一施肥水平為有機肥30 t·hm-2、尿素291 kg·hm-2、磷酸二銨195 kg·hm-2、硫酸鉀180 kg·hm-2施于種植溝內(nèi)，與土壤充分混合后覆蓋，馬鈴薯種于壟溝內(nèi)兩側(cè)。2015年5月2日播種，10月1日收獲；2016年5月12日播種，10月5日收獲。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 土壤水分 分別于馬鈴薯播種期(播后0 d，0 DAS)、苗期(30 DAS)、現(xiàn)蕾期(50 DAS)、塊莖形成期(70 DAS)、塊莖膨大期(90 DAS)和成熟期(110 DAS)，采取土鉆取土烘干法測定0～200 cm層土壤質(zhì)量含水量的動態(tài)變化，并根據(jù)公式計算土壤蓄水量[19]：

W=H×D×S×10

(1)

式中，W為土壤蓄水量，mm；H為土層深度，cm；D為土壤容重，g·cm-3；S為土壤質(zhì)量含水量，%。

1.3.2 土壤溫度 在種植株間放置曲管地溫計，自播種后30、50、70、90和110 d，分別測定08:00―20:00土壤5、10、15、20和25 cm各土層處的溫度，2 h記錄1次讀數(shù)；每測定時期連續(xù)監(jiān)測2 d(晴天)并取其均值為代表值。

1.3.3 地上部及塊莖生物量 分別于播種后30、50、70、90和110 d，各處理取代表性植株5株，按地上部和塊莖鮮樣分別于105℃殺青30 min后75℃烘干至恒量。

1.3.4 產(chǎn)量性狀 收獲時，根據(jù)馬鈴薯鮮薯特征和商品薯分級標準(大薯：單薯質(zhì)量>150 g、中薯：單薯質(zhì)量150～75 g、小薯：單薯質(zhì)量<75 g)，分小區(qū)進行測產(chǎn)，并計算其商品薯率：

商品薯率=(中薯產(chǎn)量+大薯產(chǎn)量)/馬鈴薯總產(chǎn)×100%

(2)。

1.3.5 水分利用效率 根據(jù)公式計算作物水分利用效率：

WUE=Y/ET

(3)

式中，WUE為水分利用效率，kg·hm-2·mm-1；Y為鮮薯總產(chǎn)量，kg·hm-2；ET為作物耗水量，mm，其計算公式為：

冬至節(jié) 冬至是中國農(nóng)歷中一個非常重要的節(jié)氣，也是達斡爾民族的重要節(jié)日。時間在每年的農(nóng)歷12月21至23日之間，這一天是北半球全年白天最短、夜間最長的一天。冬至是家族團聚的一天，這一天，不論貧富，餃子是必不可少的美食。

ET=ΔW+P+Ⅰ+K

(4)

式中，ΔW為播前和收獲后土壤蓄水量之差(作物耗水量均以0～200 mm層土壤蓄水量計算)，mm；P為馬鈴薯生育期內(nèi)降水量；Ⅰ為生育期灌溉量(試驗期間無灌溉，Ⅰ=0)；K為生育時段地下水補給量(由于試驗區(qū)旱作灌溉量為零，田間地下水位埋深≥50 m，降水滲度不超過2 m，地下水補給、深層滲漏、地表徑流均可忽略)。

1.3.6 降解失重率 采用填埋試驗測定，在試驗布設(shè)開始前稱量不同可降解地膜(長×寬=1 m×0.8 m)，在馬鈴薯收獲后收集地膜，洗凈、晾干后稱重，根據(jù)公式計算其降解失重率：

降解失重率=(填埋前膜重-填埋后膜重)/填埋前膜重×100%

(5)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 21.0進行方差分析，利用LSD進行顯著性檢驗；采用Origin 2019繪制圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同降解地膜的降解能力

在填埋試驗中，不同覆蓋材料經(jīng)歷馬鈴薯整個生育時期后其降解強度有所不同(表1)。兩年不同地膜降解降解失重率整體表現(xiàn)為液態(tài)地膜(DY)>麻纖維地膜(DM)>生物地膜(DS)。其中液態(tài)地膜在馬鈴薯收獲期已完全降解，2015和2016年生物降解地膜較原始質(zhì)量分別減少19.9和16.6 g·m-2，降解失重率達35.6%和40.9%；兩年麻纖維地膜較原始質(zhì)量分別減少111.9和77.2 g·m-2，降解失重率達73.5%和71.1%?？梢?，可降解地膜的降解速度與不同材料類型密切相關(guān)。本研究中，除液態(tài)地膜以外，兩年均以麻纖維地膜的降解失重率最高。

表1 不同地膜的降解強度Table 1 Degradation strength under different film

2.2 不同降解地膜覆蓋對土壤水熱環(huán)境的影響

2.2.1 土壤蓄水量 由圖2可知，不同生育時期0～200 cm各層土壤蓄水量垂直變化受覆蓋地膜種類影響較大，各處理間表現(xiàn)出較大的差異性。在播后30～50 d，不同覆蓋模式下0～40 cm土層平均土壤蓄水量高于其他各層，且隨土層深度增加整體逐漸降低，與CK相比，2015年麻纖維地膜、生物地膜和液態(tài)地膜處理分別增加14.1%、9.4%和4.9%；2016年分別增加13.9%、8.7%和9.9%，麻纖維地膜、生物地膜和液態(tài)地膜處理較CK表現(xiàn)出良好的保墑性。

圖2 不同生育時期0～200 cm層土壤蓄水量動態(tài)變化Fig.2 Dynamic changes of soil water content in 0 to 200 cm layer in different growth periods

播后70～90 d為作物生長臨界期，植株耗水加劇。2015年(平水年，階段降雨37.8 mm)各處理0～200 cm 土層土壤蓄水量整體表現(xiàn)為隨土層深度增加呈先下降后上升的變化趨勢，而2016(欠水年，階段降雨26.65 mm)各處理0～200 cm土層土壤蓄水量隨土層深度增加呈下降趨勢。播后70 d，麻纖維地膜和生物地膜處理20～60 cm土層平均土壤蓄水量均顯著高于CK(P<0.05)，表現(xiàn)出顯著的保水性，2015年分別較CK增加29.0%和15.6%，2016年分別增加17.8%和11.6%；而液態(tài)地膜處理與CK無顯著差異。

播后110 d，由于階段降水的補充以及植株需水量減少，0～200 cm土層土壤蓄水量均有所增加。兩年各處理土壤蓄水量整體都表現(xiàn)為生物地膜處理>麻纖維地膜處理>液態(tài)地膜處理≈CK，生物地膜處理兩年分別較CK顯著增加15.6%和23.3%，而麻纖維地膜、液態(tài)地膜處理與CK無顯著差異，這可能是由于麻纖維地膜和液態(tài)地膜后期降解快、覆蓋面積減少，導(dǎo)致土壤水分蒸發(fā)強烈，同時干物質(zhì)累積加快也將消耗更多的土壤水分。

2.2.2 日間土壤溫度 由圖3可知，不同降解膜覆蓋能顯著提高耕0～25 cm土層平均土壤溫度，最高溫度主要集中于12:00、14:00和16:00時刻，土壤溫度各處理間差異均隨生育期推進而降低。播后30～50 d，田間冠層郁閉較小，地表接受光輻射較高，各處理日間土壤溫度較CK增溫明顯且差異較大，2015年麻纖維地膜、生物地膜和液態(tài)地膜處理與CK相比，日間土壤溫度2015年分別增溫2.2、1.6和1.0℃；2016年分別增溫3.0、3.6和1.4℃。14:00時刻土壤溫度處理間差異最為顯著，與CK相比麻纖維地膜、生物地膜和液態(tài)地膜處理兩年平均顯著增溫3.3、3.4和1.7℃(P<0.05)。

圖3 不同處理不同時刻土壤均溫動態(tài)變化特征Fig.3 Dynamic change characteristics of soil average temperature at different times of different treatments

播后70～90 d，液態(tài)地膜處理由于其地膜降解而增溫效應(yīng)減弱，與CK的土壤溫度差異減小。麻纖維地膜和生物地膜處理日平均土壤溫度較CK增溫顯著，播后70 d，2015年兩處理分別顯著增溫2.5和2.3℃，2016年分別顯著增溫2.8和2.3℃(P<0.05)；播后90 d，2015年兩處理分別顯著增溫1.5和2.2℃；2016年分別顯著增溫1.1和1.6℃(P<0.05)。播后110 d，麻纖維地膜處理的地膜降解使其增溫效應(yīng)減弱，且各覆蓋處理間的土壤溫度差異降至最低，生物地膜處理日間土壤溫度與CK相比增溫效果顯著增加1.0℃(P<0.05)，而麻纖維地膜和液態(tài)地膜處理與CK無顯著差異?？梢娨簯B(tài)地膜的保溫效應(yīng)主要集中于播后30～50 d；而麻纖維地膜在播后30～70 d增溫效果較好，在播后90～110 d的增溫效應(yīng)逐漸減弱直至消失，這與其降解特性有關(guān)。

2.3 不同降解地膜覆蓋對馬鈴薯生長的影響

2.3.1 干物質(zhì)累積 由圖4可知，溝壟集雨栽培模式下，不同降解地膜兩年馬鈴薯干物質(zhì)累積均隨生育期的推進不斷增加，不同覆蓋處理馬鈴薯生物量(地上部、地下部)均始終高于CK，整體表現(xiàn)為麻纖維地膜處理>生物地膜處理>液態(tài)地膜處理>CK，以播后70～90 d干物質(zhì)累積增長速率最快。播后50 d，兩年生長季內(nèi)麻纖維地膜處理干物質(zhì)累積量均顯著高于CK，與CK相比地上部干物質(zhì)累積量平均分別增加48.1%，地下部干物質(zhì)累積量分別增加57.3%。播后70～90 d，各處理干物質(zhì)累積迅速增加。播后110 d，馬鈴薯總生物量達到最大，其中2015年(平水年)麻纖維地膜和生物地膜處理地上部生物量分別較CK顯著增加27.1%和14.6%，地下部生物量分別增加27.7%和14.4%；2016年(欠水年)地上部生物量顯著增加32.8%和30.0%，地下部生物量分別增加45.8%和30.8%。

圖4 不同處理干物質(zhì)累積動態(tài)Fig.4 Dynamics of biomass accumulation under different treatments

2.3.2 不同生育期水分、溫度與馬鈴薯總產(chǎn)量相關(guān)性 土壤水分、土壤溫度與馬鈴薯總產(chǎn)量Pearson相關(guān)分析表明(表2)，播后30、70和90 d土壤水分與總產(chǎn)量關(guān)系均呈極顯著相關(guān)關(guān)系，播后50 d土壤水分與總產(chǎn)量呈顯著相關(guān)關(guān)系，播后110 d土壤水分與總產(chǎn)量無顯著相關(guān)關(guān)系。而土壤溫度與總產(chǎn)量關(guān)系表現(xiàn)為在播后30 d與總產(chǎn)量呈極顯著相關(guān)關(guān)系，播后70～90 d呈顯著相關(guān)關(guān)系。播后50和110 d土壤溫度與總產(chǎn)量無顯著相關(guān)關(guān)系?？梢姡诓ズ?0 d土壤水分、溫度對馬鈴薯總產(chǎn)量形成至關(guān)重要，在播后70～90 d，土壤水分因素對馬鈴薯總產(chǎn)量形成影響高于土壤溫度。

表2 馬鈴薯不同生育時期土壤水分和溫度與總產(chǎn)量的相關(guān)性Table 2 Correlation of soil moisture, temperature and total yield in different growth stages of potato

2.4 不同降解地膜覆蓋下馬鈴薯產(chǎn)量、水分利用效率和經(jīng)濟效益分析

由表3可知，不同年份降雨量及其分布不均使不同降解地膜馬鈴薯總產(chǎn)量表現(xiàn)有所不同，2015年(年平水年)各處理總產(chǎn)量均高于2016年(欠水年)。2015年麻纖維地膜、生物地膜和液態(tài)地膜處理的馬鈴薯總產(chǎn)量較CK分別顯著增加20.3%、17.4%和9.2%，2016年分別顯著增加18.1%、17.0%和12.2%。覆膜處理商品薯率均高于CK，麻纖維地膜、生物地膜和液態(tài)地膜處理與CK相比2015年分別顯著增加15.1、15.4和15.5個百分點，2016年分別增加4.3、7.0和1.5個百分點。

表3 不同處理馬鈴薯產(chǎn)量、水分利用效率及其經(jīng)濟效益Table 3 Potato yield, water use efficiency and economic income under different treatments

兩年CK的作物耗水量總體高于各覆蓋處理，除2015年生物地膜處理較CK顯著降低5.4%以外，處理間差異均不顯著。兩年馬鈴薯平均水分利用效率整體表現(xiàn)為生物地膜處理>麻纖維地膜處理>液態(tài)地膜處理>CK，2015年生物地膜、麻纖維地膜和液態(tài)地膜處理分別較CK增加24.1%、24.5%(P<0.05)和11.4%(P>0.05)，2016年分別較CK顯著增加23.1%、15.2%和23.6%。

不同降解地膜覆蓋的經(jīng)濟效益均顯著高于CK，2015年的純收益表現(xiàn)為麻纖維地膜>生物地膜>液態(tài)地膜>CK，2016年表現(xiàn)為麻纖維地膜處理>液態(tài)地膜處理>生物地膜處理>CK。生物地膜與麻纖維地膜處理無需人工撿拾殘膜，在一定程度上減少了勞動力投入。其中麻纖維地膜處理兩年生長期內(nèi)均保持較高的經(jīng)濟效益，與CK相比2015年顯著增長47.8%，2016年顯著增長32.4%。

3 討論

3.1 不同降解地膜的降解能力

相關(guān)研究表明，降解地膜的降解性能受其本身材料組成、環(huán)境條件、作物品種及田間管理等影響較大[15,20-21]，與試驗?zāi)攴輾鉁丶敖邓拳h(huán)境因素也有關(guān)。Yin等[15]研究表明，生物降解地膜在正常降水年份的降解過程準時或延遲約10 d，在極端年份的降解過程可提前10～20 d。龍世方[22]研究報道，麻纖維地膜在土壤含水量25%條件下的降解速率顯著高于土壤含水量15%條件下的。本研究結(jié)果表明，經(jīng)歷馬鈴薯一個生長季后，液態(tài)膜已完全降解，而生物降解地膜和麻纖維地膜較原始質(zhì)量均有不同程度地減少，其中麻纖維地膜的降解失重率較高。這是由于可降解地膜的降解速度和降解強度因原材料組成、生產(chǎn)廠家、誘導(dǎo)期設(shè)計等差異而表現(xiàn)不同[23]。本試驗僅結(jié)合收獲期地膜降解失重率分析了其降解特性，但未對不同生育時期降解地膜的的降解特征進行研究，今后應(yīng)進一步研究其不同生育時期降解特性以篩選出適合旱作馬鈴薯種植的覆蓋降解地膜類型。

3.2 不同降解地膜覆蓋對土壤水分和溫度的影響

在黃土高原半干旱區(qū)，不同覆蓋方式對土壤水分的影響因土壤類型、氣候條件和覆蓋材料的不同而存在差異[6]。玉米作物壟覆地膜溝覆可降解地膜的0～100 cm土層蓄水量均高于平作不覆蓋，提高了土壤蓄水保墑能力[15-16]。韓娟等[24]研究發(fā)現(xiàn)，溝內(nèi)覆蓋液態(tài)地膜處理僅在小麥生長前期有一定的蓄水保墑作用。在本研究中，液態(tài)地膜與麻纖維地膜覆蓋處理隨生育期的推進地膜降解較快，其蓄水保墑性逐漸減弱，但生物降解地膜覆蓋處理因降解速度較慢，在播后110 d其土壤保墑性能高于其他處理。其原因可能是液態(tài)地膜主要由腐植酸類物質(zhì)構(gòu)成，噴施液膜后，在播后0～50 d，液態(tài)地膜中網(wǎng)狀高分子結(jié)構(gòu)能夠有效地固持土壤中的水分，進而減緩?fù)寥浪值纳⑹25]，且液態(tài)地膜在馬鈴薯生育中后期經(jīng)雨水沖刷全導(dǎo)致其在有效覆蓋期(60～80 d)內(nèi)過早降解從而失去覆蓋效應(yīng)[26]；而生物可降解地膜由成分聚己二酸/對苯二甲酸丁二酯(polybutylene adipate terephthalate，PBAT)材料制成，可有效提高覆蓋地表密閉性，抑制膜內(nèi)土壤水分與大氣之間的交換以提高土壤水分[27]。另外，本研究還發(fā)現(xiàn)，2016年播后50 d，麻纖維地膜覆蓋處理80～200 cm土層土壤蓄水量顯著高于其他處理，較平作不覆蓋顯著提高19.0%(P<0.05)。其原因可能是麻纖維地膜主要由植物纖維組成[28]，可改善土壤孔隙結(jié)構(gòu)增加地表粗糙度，使土壤透水透氣性良好，有利于雨水直接滲入，同時也起緩沖作用防止土壤板結(jié)和流失，顯著提高土壤蓄水量[29]。

不同降解材料覆蓋對作物不同時期土壤溫度影響不同[15-18]，有研究表明，生物降解膜覆蓋下，玉米全生育時期不同土層溫度顯著高于露地處理[30]，液態(tài)地膜覆蓋對生育期土壤溫度具有一定的保溫效果[31]，而覆蓋麻地膜在玉米生長前期比傳統(tǒng)地膜覆蓋有顯著的降溫作用[32]。本研究結(jié)果表明，生長前期各降解地膜覆蓋對土壤增溫顯著，液態(tài)地膜覆蓋處理在播后70～110 d的增溫效應(yīng)消失；生物降解地膜覆蓋和麻纖維地膜覆蓋處理在播后0～70 d表現(xiàn)出顯著的增溫效應(yīng)，而在播后90～110 d其增溫效應(yīng)消失。分析其原因：一方面由于液態(tài)地膜在作物生長中后期地表的分子網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)易受降雨等環(huán)境因素影響使其破壞受損有關(guān)[26]；另一方面由于生物降解膜和麻纖維地膜降解較慢，地表空間密閉，使其在作物生育前期表現(xiàn)出顯著的保溫效應(yīng)，這與陳超等[33]的研究結(jié)果一致。

3.3 不同降解地膜覆蓋對馬鈴薯生長的影響

不同溝壟覆蓋模式下降解地膜覆蓋可調(diào)控土壤溫度和降低水分蒸發(fā)，從而改善土壤的水熱條件，促進作物的生長[34-35]。本研究結(jié)果表明，覆膜處理在播后70～90 d的干物質(zhì)積累量增長速率均高于對照?？赡苁怯捎谧魑锷P(guān)鍵期(播后70～90 d)覆膜處理可使土壤水分有效保持(20～160 cm土層水分均顯著高于對照)，促進了該生育階段干物質(zhì)量累積速率加快[36]；本研究還發(fā)現(xiàn)，麻纖維地膜覆蓋處理在播后90～110 d土壤增溫效應(yīng)消失，這在一定程度上可降低覆蓋地膜帶來的高溫脅迫，此時相對較低的土壤溫度和較高的土壤水分有利于促進塊莖膨大和干物質(zhì)累積[37]。生物降解地膜覆蓋處理雖能調(diào)節(jié)土壤水溫環(huán)境，但在生長后期膜內(nèi)土壤溫度過高導(dǎo)致地上部營養(yǎng)向塊莖中轉(zhuǎn)移受阻，塊莖生物量下降[34]，因此增產(chǎn)效果不及麻纖維地膜覆蓋處理。本研究還發(fā)現(xiàn)，無論是欠水年還是平水年，生物降解地膜覆蓋和麻纖維地膜覆蓋處理均能有效促進干物質(zhì)積累，但在降雨較少的2016年其促進作用更為明顯，這是由于壟溝集雨種植下不同降解地膜溝覆蓋能充分利用作物生育期降水，對不同土層水分進行補充，且能起到保墑效果，有利于促進馬鈴薯的干物質(zhì)累積[32]。

3.4 不同降解地膜覆蓋對水分利用效率和馬鈴薯收益的影響

可降解地膜覆蓋可有效調(diào)控作物的耗水量，從而提高產(chǎn)量和水分利用效率[34]。本研究表明，不同降解地膜覆蓋下作物產(chǎn)量和水分利用效率均高于平作不覆蓋(對照)，其中以麻纖維地膜覆蓋處理最高，這與易永健等[38]的研究結(jié)果一致。兩年馬鈴薯生長季各覆蓋處理作物耗水量總體低于對照，但差異不顯著，這與Gu等[16]關(guān)于在生育期內(nèi)降解地膜覆蓋可降低作物耗水量的結(jié)果論相似。溝壟集雨系統(tǒng)使土壤水熱環(huán)境得到改善，而覆蓋并未降低作物生育期耗水量，其真正作用在于改變作物耗水結(jié)構(gòu)，使耗水多用于蒸騰性生產(chǎn)[39]。胡廣榮等[40]研究表明，液態(tài)地膜覆蓋和生物可降解地膜覆蓋的水分利用效率與不覆蓋相比均有不同程度的提高。本研究也發(fā)現(xiàn)，兩年不同降解地膜覆蓋處理(除2015年的液態(tài)地膜處理)的馬鈴薯水分利用效率均顯著高于對照，提高幅度表現(xiàn)為生物降解膜覆蓋>麻纖維地膜覆蓋>液態(tài)地膜覆蓋。

本研究中，不同降解膜覆蓋處理馬鈴薯凈收益均高于對照，與前人研究結(jié)果一致[41-42]。另外，兩年均以麻纖維地膜覆蓋處理凈收益最高，進一步證實麻纖維地膜覆蓋用于馬鈴薯農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可行性。本研究僅從平水年和欠水年兩種年型進行評價溝壟二元覆蓋下不同降解地膜土壤水熱利用特征對馬鈴薯產(chǎn)量的影響，然而豐水年型尚未涉及。同時不同溝壟覆蓋系統(tǒng)下土壤水熱條件的改善可影響降解材料的分解以及土壤微生物的活動，使其土壤肥力和土壤固碳能力存在一定差異。鑒于此，今后應(yīng)進一步考慮不同降雨年型下溝壟降解地膜覆蓋的水熱效應(yīng)對土壤生產(chǎn)力和固碳能力的影響。

4 結(jié)論

兩年研究結(jié)果表明，在馬鈴薯收獲期不同降解地膜處理兩年地膜降解失重率均表現(xiàn)為液態(tài)地膜>麻纖維地膜>生物降解膜。壟覆地膜溝覆不同降解地膜處理均較平作不覆蓋提高馬鈴薯生育期0～200 cm層土壤蓄水量，且顯著提高耕層(0～25 cm)土壤溫度。在播后70～90 d壟覆地膜溝覆麻纖維地膜處理可顯著增加20～160 cm層土壤蓄水量，而在播后90～110 d的增溫效應(yīng)隨其降解逐漸減弱。通過Pearson相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，播后30 d土壤水分、溫度對馬鈴薯產(chǎn)量的形成至關(guān)重要，且播后70～90 d土壤水分對產(chǎn)量的影響高于土壤溫度。無論是平水年還是欠水年，與平作不覆蓋相比，壟覆地膜溝覆不同降解地膜均可提高馬鈴薯總產(chǎn)量、商品薯率、純收益和水分利用效率，以壟覆地膜溝覆麻纖維地膜處理綜合效果最佳，壟覆地膜溝覆生物降解膜處理次之。綜上，壟上覆地膜溝覆麻纖維地膜處理能調(diào)控馬鈴薯不同生育階段土壤水熱環(huán)境，在提高馬鈴薯產(chǎn)量、水分利用效率和經(jīng)濟效益等方面具有一定的優(yōu)勢。