張森昱,馮雨露,馬建濤,楊成存,韓凡香,柴守璽,黃彩霞,常 磊

(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,甘肅 蘭州 730070; 2. 蘭州城市學(xué)院地理與環(huán)境工程學(xué)院,甘肅 蘭州 730070; 3. 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)水利水電工程學(xué)院,甘肅 蘭州 730070)

馬鈴薯是中國(guó)重要的糧菜兼用作物,具有適應(yīng)性強(qiáng)、產(chǎn)量高、營(yíng)養(yǎng)豐富等特點(diǎn)[1],其塊莖中約含有20%的干物質(zhì),大部分由淀粉組成,除此之外,還有蛋白質(zhì)、膳食纖維、礦物質(zhì)以及多種維生素等[2-3]。馬鈴薯塊莖中的淀粉及糖類物質(zhì)的產(chǎn)生與合成依賴于植物體內(nèi)進(jìn)行的光合作用[4],而植物體通過(guò)葉綠素利用光能來(lái)合成有機(jī)物,這個(gè)過(guò)程需要消耗大量水分;有研究表明,土壤含水量與馬鈴薯塊莖產(chǎn)量呈正相關(guān)關(guān)系,水分不足嚴(yán)重影響馬鈴薯淀粉的積累[5]和品質(zhì)的提升[6-7]。西北半干旱區(qū)是我國(guó)馬鈴薯的主要種植地區(qū)之一,但該區(qū)常年干旱頻發(fā),降雨稀少且土壤水分蒸發(fā)強(qiáng)烈,水資源短缺和水土流失成為限制該區(qū)馬鈴薯生產(chǎn)的關(guān)鍵因素[5,8]。因此,如何合理利用有限降水,以提高馬鈴薯主產(chǎn)區(qū)產(chǎn)量及品質(zhì)是西北旱作區(qū)馬鈴薯產(chǎn)業(yè)亟待解決的問(wèn)題。

近年來(lái),隨著旱作區(qū)地膜和秸稈覆蓋栽培的廣泛應(yīng)用,馬鈴薯生育期內(nèi)水分虧缺的問(wèn)題已得到一定程度緩解[9]。研究發(fā)現(xiàn),在馬鈴薯種植中,地膜覆蓋能有效減少土壤水分蒸發(fā),增溫保墑,抗旱保苗,改善土壤生態(tài)環(huán)境[10-11]。張雷等[12]研究發(fā)現(xiàn),全膜覆蓋較露地種植能夠減少水土流失,并使馬鈴薯顯著增產(chǎn)。覆蓋栽培在顯著提高其塊莖產(chǎn)量的同時(shí),還能明顯改善馬鈴薯品質(zhì)[13]。紀(jì)曉玲等[14]發(fā)現(xiàn),在黃土丘陵干旱半干旱區(qū),地膜覆蓋能明顯提高馬鈴薯塊莖產(chǎn)量,且塊莖中淀粉及維生素C的含量也有不同程度的增加;許國(guó)春等[15]研究發(fā)現(xiàn),黑膜和稻秸覆蓋下,馬鈴薯塊莖維生素C含量較不覆蓋處理增加10.1%～39.6%。但也有研究發(fā)現(xiàn),長(zhǎng)時(shí)間全壟地膜覆蓋,會(huì)導(dǎo)致植株側(cè)根量減少、根層變淺,植株難以吸收充足養(yǎng)分,中后期土壤溫度偏高,植株易早衰[16],品質(zhì)會(huì)降低。同時(shí),長(zhǎng)期的地膜覆蓋也對(duì)農(nóng)田生態(tài)環(huán)境造成了較大的污染[17-18]。秸稈覆蓋具有較好的蓄水保墑作用[19-20],其降溫效應(yīng)能促進(jìn)馬鈴薯等喜涼作物的生長(zhǎng),有利于塊莖中干物質(zhì)的積累,顯著增加塊莖產(chǎn)量[21]。馬建濤等[22]、李輝等[23]均發(fā)現(xiàn),秸稈帶狀覆蓋能夠有效改善土壤水熱環(huán)境,進(jìn)而使馬鈴薯顯著增產(chǎn)。

現(xiàn)有馬鈴薯覆蓋栽培措施研究多集中于不同覆蓋材料對(duì)土壤水、熱環(huán)境及馬鈴薯產(chǎn)量的影響,本團(tuán)隊(duì)在前期研究中也證實(shí),秸稈帶狀覆蓋能夠有效控溫保墑,有助于馬鈴薯增產(chǎn)[5,22-24],而對(duì)不同降水年型下秸稈帶狀覆蓋對(duì)馬鈴薯塊莖品質(zhì)與產(chǎn)量的研究尚不多見(jiàn)。因此,本試驗(yàn)在西北半干旱區(qū)以‘隴薯7號(hào)’為材料,設(shè)置秸稈帶狀覆蓋和地膜覆蓋2種不同的覆蓋措施,以露地?zé)o覆蓋為對(duì)照,通過(guò)測(cè)定不同覆蓋條件下馬鈴薯塊莖維生素C、淀粉、直鏈淀粉、還原糖、粗蛋白含量以及塊莖產(chǎn)量,研究不同降水年型下各覆蓋措施對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量及品質(zhì)的影響,以期為西北半干旱雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)馬鈴薯高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)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2019—2021年在甘肅省通渭縣甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗(yàn)基地(35°11′ N,105°19′ E,海拔1 750 m)進(jìn)行,該地區(qū)年均氣溫7.2℃,年日照時(shí)數(shù)2 096 h,無(wú)霜期120～170 d,作物一年一熟,為典型旱地雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)。多年平均年降水量為390.7 mm,其中約65%降雨集中在7—9月。試驗(yàn)區(qū)土壤為黃綿土,0～20 cm耕作層土壤含有機(jī)質(zhì)11.72 g·kg-1、全氮0.79 g·kg-1、速效磷11.63 mg·kg-1、速效鉀122.7 mg·kg-1,pH值為8.5,0～20 cm土層土壤容重平均為1.25 g·cm-3。圖1為馬鈴薯3個(gè)生長(zhǎng)季生育期的有效降水量和日均氣溫。為便于研究,將2019—2021年3個(gè)生長(zhǎng)季根據(jù)生育期降雨總量計(jì)算干旱系數(shù),判斷降水年型,公式如下[25]:

圖1 2019—2021年馬鈴薯全生育期降水和氣溫分布Fig.1 Precipitation and temperature distribution during the growth period of potato in 2019-2021

DC=(P-A)/σ

式中,DC為干旱系數(shù)(DC<-0.35為干旱年;DC>0.35為豐水年;-0.35≤DC≤0.35為平水年);P為當(dāng)年降雨量(mm);A為多年平均降雨量(mm);σ為多年平均降雨均方差。2019年生育期降雨量423.9 mm,DC為1.57,屬于豐水年;2020年生育期降雨量352.6 mm,DC為0.63,屬于豐水年;2021年生育期降雨量284.5 mm,DC為-0.27,屬于平水年。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),設(shè)置秸稈帶狀覆蓋(SM)、地膜覆蓋(PM)、無(wú)覆蓋露地(CK)3個(gè)栽培處理,小區(qū)面積90 m2(18 m×5 m),3次重復(fù)。各試驗(yàn)處理具體設(shè)置如圖2所示。

圖2 馬鈴薯田間種植示意圖Fig.2 Schematic diagram of potato planting cultivation practices

SM:馬鈴薯播種前在小區(qū)內(nèi)將覆蓋帶與種植帶交替布置,覆蓋帶∶種植帶=60 cm∶60 cm,秋季覆蓋,將玉米整桿人工鋪設(shè)于覆蓋帶上,秸稈覆蓋量風(fēng)干質(zhì)量約9 000 kg·hm-2,每個(gè)種植帶呈正三角形穴播2行馬鈴薯,總帶寬120 cm,株距32 cm,行距60 cm。

PM:馬鈴薯播種前使用聚乙烯黑色塑料地膜(幅寬1.2 m,厚度0.01 mm)地面起大壟覆膜。大壟寬約100 cm,壟高10 cm,壟溝寬約20 cm,在大壟兩側(cè)呈正三角形穴播2行馬鈴薯,株距32 cm,行距60 cm,秋季覆蓋。

CK:傳統(tǒng)不覆蓋平作,播種時(shí)等行距呈三角形穴播,株距32 cm,行距60 cm。

以當(dāng)?shù)刂髟云贩N‘隴薯7號(hào)’為試驗(yàn)材料,試驗(yàn)地前茬為冬小麥,試驗(yàn)地覆膜覆稈前進(jìn)行1次深翻、2次旋耕。播種前將全部肥料(純N 120 kg·hm-2,P2O590 kg·hm-2)做基肥一次性施入土壤,生育期內(nèi)不追肥。各處理每穴播種50 g左右小整薯1粒,用穴播器打孔播種,密度均為5.25×104株·hm-2。生育期內(nèi)化學(xué)防晚疫病2～3次。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 品質(zhì)測(cè)定 馬鈴薯成熟期,在每個(gè)小區(qū)隨機(jī)取3個(gè)塊莖,清洗晾干后備測(cè)馬鈴薯品質(zhì)。

維生素C含量:使用酶標(biāo)法[26-27]測(cè)定,稱取約0.1 g組織用于配制樣本,在EP管中加入配好的溶液,混勻后于30℃水浴鍋中反應(yīng)1 h,吸取200 μL加入96孔板中,534 nm下測(cè)定各管吸光值,通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)曲線求維生素C含量。

淀粉含量:采用酶標(biāo)法[26-27]測(cè)定,稱取約0.1 g新鮮樣本于研缽中研碎,制作組織樣本,利用80%乙醇將樣品中可溶性糖與淀粉分開(kāi),采用酸水解法分解淀粉為葡萄糖,采用蒽酮比色法測(cè)定葡萄糖含量,計(jì)算淀粉含量。

直鏈淀粉含量:采用酶標(biāo)法[26-27]測(cè)定,稱取約0.01 g樣本于研缽中研碎,制作組織樣本,利用80%乙醇將組織樣品中可溶性糖與淀粉分開(kāi),直鏈淀粉與碘形成的絡(luò)合物在620 nm下有吸收峰。使用酶標(biāo)儀,調(diào)節(jié)波長(zhǎng)至620 nm,測(cè)算直鏈淀粉含量。

還原糖含量:采用酶標(biāo)法[26-27]測(cè)定,稱取約0.1 g組織用于配制樣本,通過(guò)加熱促進(jìn)堿性溶液中3,5-二硝基水楊酸溶液與還原糖生成棕紅色氨基化合物,在540 nm有特征吸收峰;一定的濃度范圍內(nèi),還原糖含量與540 nm吸光度呈線性關(guān)系,根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線,求出樣品中還原糖的含量。

粗蛋白含量:用凱氏定氮法測(cè)定塊莖樣本中的含氮量,結(jié)果乘以換算系數(shù)6.25,計(jì)算粗蛋白含量[28]。

1.3.2 產(chǎn)量測(cè)定 在馬鈴薯成熟期,各處理每重復(fù)選取15穴進(jìn)行考種,分別調(diào)查每穴大、中、小薯的個(gè)數(shù)并稱重(小薯質(zhì)量<75 g,75 g≤中薯質(zhì)量≤150 g,大薯質(zhì)量>150 g),據(jù)此計(jì)算商品薯率[22];同時(shí)按照小區(qū)計(jì)產(chǎn),用3次重復(fù)的平均值換算單位面積產(chǎn)量。

商品薯率(%)=(單薯質(zhì)量75 g及以上的馬鈴薯產(chǎn)量/馬鈴薯總產(chǎn)量)×100%

1.4 數(shù)據(jù)分析

1.4.1 統(tǒng)計(jì)分析 采用Microsoft Excel 2010和SPSS 22.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理,采用LSD法進(jìn)行顯著性差異檢驗(yàn)(α=0.05),使用Sigmaplot 14.0繪圖。

1.4.2 主成分分析 對(duì)馬鈴薯塊莖主成分進(jìn)行分析,因各指標(biāo)具有不同的量綱,故對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,消除各變量間的量綱關(guān)系,使之具備可比性,數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化公式為:

2 結(jié)果與分析

2.1 不同覆蓋方式對(duì)馬鈴薯塊莖品質(zhì)的影響

如表1所示,覆蓋措施能夠有效改善馬鈴薯塊莖的品質(zhì),與CK相比,SM和PM提高了塊莖維生素C、淀粉、直鏈淀粉、還原糖、粗蛋白的含量,SM處理3個(gè)生長(zhǎng)季平均增幅分別為10.8%、10.9%、19.7%、5.7%、10.7%,PM處理平均增幅分別為16.9%、3.6%、9.9%、5.7%、20.5%。降水年型顯著影響馬鈴薯品質(zhì),因降雨量不同,馬鈴薯塊莖品質(zhì)存在年際間差異。在豐水年(2019年和2020年),與CK相比,SM處理塊莖維生素C、淀粉、直鏈淀粉、還原糖、粗蛋白含量分別平均提高2.7%、15.2%、31.9%、5.8%、7.1%,PM處理各指標(biāo)分別平均提高1.5%、3.7%、12.6%、5.3%、26.6%。在平水年(2021年),SM處理塊莖維生素C、淀粉、直鏈淀粉、還原糖、粗蛋白含量分別提高20.4%、0.4%、1.2%、5.1%、14.3%,PM處理各指標(biāo)分別提高35.2%、3.3%、5.9%、8.3%、14.6%,PM處理下各品質(zhì)指標(biāo)增幅相較SM更高?？梢?jiàn),秸稈帶狀覆蓋和地膜覆蓋均可以有效改善馬鈴薯的品質(zhì),且整體而言豐水年SM改善效果更好,平水年P(guān)M改善效果更好。

表1 不同覆蓋方式對(duì)馬鈴薯塊莖品質(zhì)的影響Table 1 Effects of different mulching methods on tuber quality of potato

2.2 不同覆蓋方式對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量的影響

覆蓋處理能夠顯著增加馬鈴薯鮮薯產(chǎn)量,增幅表現(xiàn)為平水年>豐水年,地膜覆蓋>秸稈帶狀覆蓋;降水年型、覆蓋措施以及二者互作均極顯著影響馬鈴薯商品薯率(表2)。與CK相比,豐水年SM處理鮮薯產(chǎn)量顯著增加13.7%～19.5%,PM處理顯著增加26.4%～27.1%;平水年SM鮮薯產(chǎn)量顯著增加16.4%,PM處理顯著增加37.2%。SM和PM處理商品薯率豐水年年均分別較CK顯著提高9.4%和14.1%,平水年略有增加,但處理間差異不顯著。

表2 不同覆蓋方式對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量的影響Table 2 Effects of different mulching methods on potato yield

從產(chǎn)量構(gòu)成因素來(lái)看,降水年型極顯著影響馬鈴薯單薯質(zhì)量,覆蓋可提高單薯質(zhì)量和單株結(jié)薯數(shù)。與CK相比,SM和PM處理單株結(jié)薯數(shù)在豐水年分別平均增加7.1%和4.5%,平水年分別增加14.8%和32.8%;SM和PM處理單薯質(zhì)量在豐水年分別平均增加8.6%和20.6%,平水年分別增加9.2%和11.9%。可見(jiàn),平水年和豐水年下,覆蓋栽培均可使馬鈴薯顯著增產(chǎn),且PM增產(chǎn)效果更好。

2.3 主成分分析

為進(jìn)一步探究不同覆蓋方式下馬鈴薯塊莖品質(zhì)的差異,通過(guò)將復(fù)雜指標(biāo)簡(jiǎn)化為綜合指標(biāo),對(duì)馬鈴薯塊莖品質(zhì)進(jìn)行主成分分析。因各指標(biāo)具有不同的量綱,故對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理(表3),消除各變量間的量綱關(guān)系,使之具備可比性。

表3 馬鈴薯塊莖品質(zhì)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理結(jié)果Table 3 Results of potato quality data standardization

通過(guò)對(duì)各成分的特征值及方差貢獻(xiàn)率進(jìn)行分析可知(表4),2019年X1(維生素C含量)和X2(淀粉含量)的特征值分別為3.023和1.195,方差貢獻(xiàn)率分別為60.451%和23.906%;2020年X1和X2的特征值分別為2.436和1.304,方差貢獻(xiàn)率分別為48.722%和26.070%;2021年X1和X2的特征值分別為3.324和1.101,方差貢獻(xiàn)率分別為66.488%和22.014%。3個(gè)生長(zhǎng)季第1、2成分的特征值均大于1,且累計(jì)方差貢獻(xiàn)率分別為84.357%、74.792%、88.501%,較全面反映了馬鈴薯塊莖品質(zhì)特征,可作為馬鈴薯品質(zhì)的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)。

表4 各成分特征值及方差貢獻(xiàn)率Table 4 Eigenvalues and variance contribution rate of each component

由表5可知,2019年,主成分1在淀粉、直鏈淀粉、還原糖、粗蛋白含量上有較高的正載荷(主成分載荷系數(shù)為正),主成分2在維生素C和還原糖含量上有較高的正載荷;2020年,主成分1在維生素C、淀粉、直鏈淀粉、還原糖含量上有較高的正載荷,主成分2在還原糖和粗蛋白含量上有較高的正載荷,在淀粉含量上有較高的負(fù)載荷(主成分載荷系數(shù)為負(fù));2021年,主成分1在5項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)上均有較高的正載荷,主成分2在粗蛋白含量上有較高的正載荷,在淀粉含量上有較高的負(fù)載荷。

表5 主成分載荷系數(shù)及特征向量Table 5 Principal component load factor and eigenvector

將特征向量與標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)相乘,可得出對(duì)應(yīng)的主成分因子表達(dá)式。

2019年綜合評(píng)價(jià)模型為:

F1=0.24X1+0.507X2+0.526X3+0.391X4+0.506X5

F2=0.741X1-0.277X2-0.349X3+0.494X4-0.093X5

2020年綜合評(píng)價(jià)模型為:

F1=0.581X1+0.406X2+0.539X3+0.328X4+0.316X5

F2=0.126X1-0.61X2-0.289X3+0.56X4+0.462X5

2021年綜合評(píng)價(jià)模型為:

F1=0.526X1+0.406X2+0.447X3+0.48X4-0.358X5

F2=0.203X1-0.540X2-0.457X3+0.173X4+0.654X5

通過(guò)3年綜合評(píng)價(jià)模型,得出品質(zhì)綜合得分:

2019年:F=0.717F1+0.283F2

2020年:F=0.651F1+0.349F2

2021年:F=0.751F1+0.249F2

根據(jù)公式計(jì)算出2019年、2020年、2021年各處理綜合得分,進(jìn)行排名。結(jié)合3個(gè)生長(zhǎng)季品質(zhì)綜合得分(表6)可知,3個(gè)生長(zhǎng)季各覆蓋處理的馬鈴薯品質(zhì)綜合得分均高于CK,可見(jiàn),秸稈帶狀覆蓋和地膜覆蓋能夠有效改善馬鈴薯的品質(zhì)。

表6 主成分分析綜合得分Table 6 Aggregate score for principal component analysis

2.4 不同覆蓋方式下馬鈴薯品質(zhì)與產(chǎn)量的灰色關(guān)聯(lián)度分析

通過(guò)對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量及品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)度分析,探究不同覆蓋方式下塊莖各品質(zhì)指標(biāo)與產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)度差異。利用初值法進(jìn)行無(wú)量綱化處理,計(jì)算各品質(zhì)指標(biāo)的灰色關(guān)聯(lián)度,依據(jù)關(guān)聯(lián)度大小進(jìn)行排序(表7)。整體而言,產(chǎn)量與各品質(zhì)指標(biāo)間存在較高的關(guān)聯(lián)度,且覆蓋方式之間存在差異。SM處理下,維生素C、淀粉、直鏈淀粉、還原糖、粗蛋白含量關(guān)聯(lián)度分別為0.7532、0.8260、0.9024、0.7041、0.6467,產(chǎn)量與直鏈淀粉、淀粉、維生素C含量關(guān)聯(lián)度大,還原糖、粗蛋白含量次之;PM處理下,各品質(zhì)關(guān)聯(lián)度分別為0.7783、0.8914、0.7743、0.7130、0.6125,產(chǎn)量與淀粉、維生素C、直鏈淀粉、還原糖、粗蛋白含量關(guān)聯(lián)度依次降低;CK處理下關(guān)聯(lián)度變化趨勢(shì)與PM處理相同。不同處理間品質(zhì)指標(biāo)綜合關(guān)聯(lián)度表現(xiàn)為SM(0.7665)>PM(0.7539)>CK(0.7191),即SM處理下產(chǎn)量與品質(zhì)關(guān)聯(lián)度最高,PM次之,CK最低,秸稈帶狀覆蓋模式下種植馬鈴薯更符合高質(zhì)高產(chǎn)的生產(chǎn)要求。

表7 不同覆蓋方式下馬鈴薯品質(zhì)與產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)度Table 7 Correlation between potato quality and yield under different mulching conditions

3 討論

3.1 不同覆蓋方式對(duì)馬鈴薯品質(zhì)的影響

在西北半干旱區(qū)降雨稀少,田間水分蒸發(fā)量大,易出現(xiàn)干旱脅迫,影響馬鈴薯塊莖的生長(zhǎng)和品質(zhì)的提高。張佳瑩等[30]研究發(fā)現(xiàn),生殖生長(zhǎng)階段的氣象因子能決定馬鈴薯主要品質(zhì)指標(biāo)(維生素C、淀粉、可溶性糖、粗蛋白)的形成。本研究表明,降雨年型對(duì)馬鈴薯品質(zhì)具有顯著影響,這與前人的研究結(jié)果一致。還有研究發(fā)現(xiàn),生育期進(jìn)行覆蓋能夠有效改善土壤墑情,改善馬鈴薯的產(chǎn)量和品質(zhì)[31]。秸稈帶狀覆蓋一定程度上會(huì)降低馬鈴薯生育期土壤溫度,低溫環(huán)境有利于塊莖蔗糖合成酶Susy4的表達(dá),進(jìn)而增加淀粉合成[32];黑膜覆蓋則可以通過(guò)提高淀粉合成關(guān)鍵酶,特別是AGPase的活性來(lái)提高馬鈴薯塊莖淀粉含量[33]。本研究發(fā)現(xiàn),豐水年秸稈帶狀覆蓋相較于地膜覆蓋對(duì)馬鈴薯重要加工品質(zhì)指標(biāo)淀粉含量的改善效果更佳。這可能是因?yàn)樗殖渥愕哪攴?地膜覆蓋在馬鈴薯生育中后期產(chǎn)生了高溫高濕的膜下內(nèi)環(huán)境,造成淀粉合成關(guān)鍵酶活性降低[34],使其塊莖淀粉含量的增幅低于秸稈帶狀覆蓋處理。本研究還發(fā)現(xiàn),秸稈帶狀覆蓋在豐水年(2019年)和平水年(2021年)都顯著增加了馬鈴薯塊莖中還原糖的含量;而地膜覆蓋則僅在平水年顯著增加了還原糖的含量,豐水年(2019年和2020年)和露地對(duì)照相比差異不顯著。出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因,則是因?yàn)槠剿?、8月當(dāng)?shù)爻掷m(xù)高溫,降雨偏少,秸稈帶狀覆蓋能夠有效降低土壤溫度,而在低溫條件下,淀粉通過(guò)磷酸降解路線生成磷酸己糖,轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞質(zhì)后轉(zhuǎn)化為蔗糖,進(jìn)一步分解為還原糖[35-36]。為避免馬鈴薯出現(xiàn)“塊莖糖化”的現(xiàn)象,當(dāng)農(nóng)田使用秸稈帶狀覆蓋時(shí),宜種植耐糖化馬鈴薯品種。

3.2 不同覆蓋方式對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量的影響

降雨時(shí)空分布不均、田間水分蒸發(fā)量大是制約西北黃土高原半干旱區(qū)馬鈴薯增產(chǎn)的重要因素[24,37]。不少研究表明,秸稈帶狀覆蓋可以增墑?wù){(diào)溫、抑蒸保水,且具有明顯的增產(chǎn)效應(yīng)[22-24]。楊志楠等[38]通過(guò)馬鈴薯覆蓋栽培試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),秸稈帶狀覆蓋具有“雙抑制效應(yīng)”,在低溫時(shí)抑制土壤熱量散失,高溫時(shí)抑制地表對(duì)太陽(yáng)輻射熱量的吸收,其塊莖產(chǎn)量較露地種植模式顯著提高;李輝等[39]通過(guò)2年田間試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),秸稈帶狀覆蓋無(wú)論是在平水年還是偏旱年都能夠增加0～200 cm土層土壤含水量,并顯著提高馬鈴薯產(chǎn)量。許國(guó)春等[15]的2年定位試驗(yàn)結(jié)果表明,與不覆蓋措施相比,地膜覆蓋能夠使馬鈴薯增產(chǎn)3.2%～18.1%。本研究表明,無(wú)論豐水年還是平水年,秸稈帶狀覆蓋和地膜覆蓋都顯著提高了馬鈴薯產(chǎn)量,增幅為13.7%～37.2%,與前人研究結(jié)果相似。在3個(gè)生長(zhǎng)季,平水年覆蓋栽培模式增產(chǎn)幅度大于豐水年,可能是因?yàn)樵谪S水年水分虧缺非產(chǎn)量提升主要限制因素,且土壤水分過(guò)多不利于塊莖的膨大及淀粉的積累,因而覆蓋措施較露地種植的增產(chǎn)優(yōu)勢(shì)有所降低。但是,豐水年覆蓋栽培模式相較于平水年更能提高馬鈴薯商品薯率,這是因?yàn)槠剿?—8月出現(xiàn)了持續(xù)高溫,而該階段高溫會(huì)使馬鈴薯塊莖次生生長(zhǎng),小薯率上升,進(jìn)而影響馬鈴薯單薯質(zhì)量、商品薯率的提高[40]。秸稈帶狀覆蓋能夠有效改善馬鈴薯塊莖品質(zhì),顯著增加馬鈴薯產(chǎn)量,且其在豐水年對(duì)塊莖品質(zhì)的改善效果優(yōu)于地膜覆蓋,但增產(chǎn)幅度在3個(gè)生長(zhǎng)季均低于地膜覆蓋。馬鈴薯生產(chǎn)上秸稈帶狀覆蓋的投入成本和人工成本均低于地膜覆蓋,可顯著增加產(chǎn)投比[22]。故豐水年使用秸稈帶狀覆蓋模式,綜合效益更高。

3.3 不同覆蓋方式對(duì)馬鈴薯品質(zhì)與產(chǎn)量關(guān)聯(lián)度的影響

有研究表明,環(huán)境因素對(duì)馬鈴薯成熟期塊莖淀粉等指標(biāo)和產(chǎn)量有著相同的調(diào)控趨勢(shì),如鄢錚等[41]對(duì)淀粉型甘薯新品種的研究發(fā)現(xiàn),淀粉產(chǎn)量與鮮薯產(chǎn)量高度關(guān)聯(lián),其關(guān)聯(lián)度為0.9229。本研究結(jié)合灰色關(guān)聯(lián)度分析發(fā)現(xiàn),不同覆蓋方式下淀粉、直鏈淀粉含量均與產(chǎn)量高度關(guān)聯(lián),與前人研究結(jié)果一致。地膜覆蓋措施下馬鈴薯塊莖產(chǎn)量和品質(zhì)的關(guān)聯(lián)度表現(xiàn)為淀粉>維生素C>直鏈淀粉>還原糖>粗蛋白,而秸稈帶狀覆蓋下馬鈴薯塊莖產(chǎn)量和品質(zhì)的關(guān)聯(lián)度則表現(xiàn)為直鏈淀粉>淀粉>維生素C>還原糖>粗蛋白。秸稈帶狀覆蓋下馬鈴薯塊莖中直鏈淀粉與產(chǎn)量有著更高的關(guān)聯(lián)度,即馬鈴薯產(chǎn)量增加的同時(shí),可能伴隨著直鏈淀粉含量及其占淀粉比重的提高,而不少研究發(fā)現(xiàn)[42-43],增加馬鈴薯淀粉中直鏈淀粉的比重,可使馬鈴薯具有更高的糊化溫度和更好的成膜性能,具備更好的加工潛力。秸稈帶狀覆蓋處理下馬鈴薯產(chǎn)量與塊莖品質(zhì)高度關(guān)聯(lián),符合馬鈴薯生產(chǎn)中對(duì)馬鈴薯高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的要求。

4 結(jié) 論

1)不同降水年型下,與露地栽培模式相比,秸稈帶狀覆蓋和地膜覆蓋均可以顯著改善馬鈴薯塊莖品質(zhì),整體表現(xiàn)為豐水年的提升效果優(yōu)于平水年,豐水年SM改善效果更好,平水年P(guān)M改善效果更好。

2)不同降水年型下,與露地栽培模式相比,秸稈帶狀覆蓋和地膜覆蓋可顯著提高馬鈴薯產(chǎn)量,平水年增產(chǎn)幅度大于豐水年,地膜覆蓋增產(chǎn)幅度高于秸稈帶狀覆蓋。

3)灰色關(guān)聯(lián)度分析表明,秸稈帶狀覆蓋處理下產(chǎn)量與各品質(zhì)指標(biāo)高度關(guān)聯(lián),其中直鏈淀粉含量和淀粉含量與產(chǎn)量關(guān)聯(lián)度最高。

綜上所述,覆蓋栽培措施在不同降水年型下可以顯著改善馬鈴薯品質(zhì)和提高馬鈴薯產(chǎn)量。秸稈帶狀覆蓋具有良好的增產(chǎn)提質(zhì)效果,豐水年對(duì)馬鈴薯品質(zhì)的改善效果更優(yōu),同時(shí)秸稈帶狀覆蓋具有綠色、節(jié)本、高效的特性,在西北半干旱雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)馬鈴薯生產(chǎn)中有較好的應(yīng)用推廣價(jià)值。