旱作馬鈴薯微壟覆膜側播栽培模式的集雨效果

趙元霞，樊明壽，賈立國*，張子義

（1.內蒙古農業大學農學院，內蒙古呼和浩特010019；2.內蒙古農業大學生命科學學院，內蒙古呼和浩特010018）

栽培生理

旱作馬鈴薯微壟覆膜側播栽培模式的集雨效果

趙元霞1，樊明壽1，賈立國1*，張子義2

（1.內蒙古農業大學農學院，內蒙古呼和浩特010019；2.內蒙古農業大學生命科學學院，內蒙古呼和浩特010018）

微壟覆膜側播栽培模式是最近提出的旱作區馬鈴薯集雨栽培技術，研究的目的是通過設置5，10，15和20 mm 4個模擬降雨量水平，與傳統平作模式進行比較以檢驗微壟覆膜側播栽培模式在內蒙古陰山北麓地區的集雨效果。試驗在馬鈴薯出苗后16 d進行模擬降水處理。結果表明，在微壟覆膜側播栽培模式下，5 mm降雨即可顯著提高馬鈴薯根際0～20 cm土層土壤含水量，10 mm時微壟覆膜側播的貯水效果最好。隨著模擬降雨量的增加，微壟覆膜側播馬鈴薯的干物質積累速率、各器官干物質積累、葉面積指數及水分利用效率均呈現增加的趨勢。

旱作；馬鈴薯；微壟覆膜側播；集雨效果

溝壟集雨是雨養農業區一種重要集雨技術措施，主要是通過對地表進行起微小壟狀突起，利用集雨壟面將降雨匯集至溝側，之后水分向溝中聚集，隨之被聚集的降水慢慢向溝中土壤滲入，進而使種在溝中的作物得到生長所需水分，并且使土壤中降水得到有效的貯存，進而在時間和空間上對農田水分進行有效的調控與利用[1,2]。將溝壟技術與地膜覆蓋技術結合起來[3-6]，進而形成壟膜溝播技術，能夠對雨水起到更好的收集利用效果[7]。韓娟等[8]通過2007~2010年間在黃土高原溝壑區的研究表明，壟上覆地膜溝內覆秸稈能顯著提高冬小麥水分利用效率，且溝壟集雨種植的水分利用效率較對照高出33.6%~35.8%。李榮等[9]試驗證明，壟覆地膜、溝覆地膜可顯著提高作物水分利用效率和0~ 200 cm土壤蓄水量。吳育學等[10]證明，溝壟覆膜處理是一種耗水量相對較小，燕麥產量和水分利用效率最高的集雨種植模式，分別可達1 745.5 kg/hm2和9.1 kg/mm·hm2。王曉凌等[11]試驗表明，在壟溝覆膜集雨處理下旱作馬鈴薯產量分別較在土壟集雨處理下和裸地平作處理下提高126.8%和277.2%，主要是由于壟溝覆膜集雨能夠增加土壤水分含量，促進土壤礦質營養的積累，同時，該集雨模式能夠起到集雨、保墑和增溫的作用。任小龍等[12]研究發現，溝壟集雨技術因顯著增加了功能葉片的葉綠素含量，從而提高了玉米葉片凈光合速率。

內蒙古陰山北麓丘陵地區是典型的“雨養農業區”，年降雨量在400 mm以下，而且主要集中在6~8月，充分、合理、有效地利用好當地的有效降雨資源，提高水分利用效率對提高當地馬鈴薯產量起到關鍵性的作用。研究證明，溝壟覆膜側播能夠有效提高馬鈴薯產量，并且提高水分利用效率[13,14]，鑒于此，結合內蒙古陰山北麓丘陵地區實際氣候特點，本課題組經過多年的實地調查研究，提出了適宜內蒙古陰山北麓丘陵地區的栽培模式-微壟覆膜側播，目前生產中大多數溝壟種植模式壟高均在20 cm左右，壟寬在60 cm左右，而微壟覆膜側播的特點是壟高為10 cm，壟寬在50 cm。這樣的特點既起到了壟作覆膜匯集雨水的功能，又使植株根部保障良好的通氣條件，有效避免當溝內播種單次雨水過大時，溝內雨水過多匯集，不利于馬鈴薯根部的生長發育。研究表明，微壟覆膜側播較平地覆膜和露地平作的產量分別提高20.21%和30.70%[15,16]。但是這種模式在多少毫米降雨下開始發揮作用，又在多少毫米降雨量下集雨效果達到飽和狀態？即微壟覆膜側播模式下的集雨下限降雨量值與集雨上限降雨量值是未知的。本試驗旨在確定微壟覆膜側播能夠發揮作用的降雨量下限值，以期進一步完善微壟覆膜側播的技術規程，為雨養馬鈴薯的高產和水分高效利用提供更加充足的理論依據。

1　材料與方法

1.1試驗區概況

試驗于2014年在內蒙古呼和浩特市武川縣廠漢木臺鄉（東經111°27'，北緯41°14'，海拔1 600 m）進行。該地區屬于半干旱雨養農業區，年均降雨量約300 mm左右，全年日照時數為2 963 h，年光合有效輻射為2 858.1×106J/m2，無霜期100 d左右。試驗地土質為沙壤土，耕層（0~20 cm）土壤有機質17.43 g/ kg，全氮1.21 g/kg，速效磷11.53 mg/kg，速效鉀143.5 mg/kg，pH值8.3，容重1.3 g/cm3。播前土壤含水量：12.36%（0~20 cm），13.55%（20~40 cm）和14.17%（40~60cm）。

1.2材料與處理

供試馬鈴薯品種為‘克新1號’脫毒原種。試驗采用微壟覆膜側播（以下用W表示）和露地平作（以下用P表示）2種種植模式，在苗期設置4個模擬降雨量處理：5，10，15和20 mm。以下5W、5P、10W、10P、15W、15P、20W、20P分別代表5，10，15和20 mm模擬降雨量的微壟覆膜側播和露地平作處理。小區面積均為60 m2，其中寬4 m、長15 m。行距0.5 m，株距0.38 m，種植密度為52 500株/hm2，試驗設置3次重復，采用隨機區組設計。

試驗于2014年5月12日播種，9月14日收獲。肥料用量為N 150 kg/hm2（氮源為尿素），P2O560 kg/hm2（磷源為重過磷酸鈣），K2O 150 kg/hm2（鉀源為硫酸鉀）。肥料全部采用播前基施，其他管理措施均按常規方法進行。

模擬降雨：根據公式，降雨毫米數=降雨體積/土地面積，求得模擬降雨體積，利用人工噴霧進行模擬降雨處理，在出苗后16 d（6月25日）進行處理。

1.3取樣及測定

1.3.1土壤含水量

取樣時間及部位：露地平作和微壟覆膜側播均從距離植株5 cm處取土，其中微壟覆膜側播在偏溝部位置取土，取樣深度為60 cm，每20 cm為1層，取樣時間分別為出苗后15 d（模擬降雨前1 d）、17 d（處理后1 d）、19 d（處理后3 d）、22 d（處理后6 d）。用土鉆取土后采用烘干法測定含水量，土壤含水量計算公式：Ws（%）=（W1-W2）/（W2-W3）×100%（I），其中W1為濕土和鋁盒的重量（g），W2為干土和鋁盒的重量（g），W3為空鋁盒的重量（g）。

1.3.2植株生物量

取樣時間：除處理后1 d不取樣外，其余取樣時間同土壤樣本。

測定方法：將各個器官分開后，先稱取鮮重，然后放入105℃烘箱中殺青30 min，之后放入80℃烘箱中烘48 h后稱得干重。

1.3.3葉面積指數

取樣時間：同植株生物量取樣時間。

測定方法：打孔法。

計算公式：整株馬鈴薯葉面積（cm2）=30×（a+ b）/a，葉面積指數=整株馬鈴薯葉面積（m2）×公頃株數（株/10 000m2），其中a為30片小圓葉片的鮮重，b為其余葉片的總鮮重。

1.3.4水分利用效率

水分利用效率根據公式WUE[kg/（hm2·mm）]= Y塊莖產量（kg/hm2）/ET總耗水量（mm）;其中，ET=P+I+△SWS-R-D；ET為作物總耗水量，P為馬鈴薯生長季節的降雨量，I為灌溉量，△SWS為模擬降雨前1 d土壤貯水量與取樣時土壤貯水量之差，R為地表徑流量，D為耕層土壤水的滲漏量。本試驗由于R和D值太小，忽略不計，所以作物耗水量實際計算公式為ET=P+I+△SWS。

1.4數據處理

試驗數據采用SPSS 18.0軟件、Excel 2003進行統計分析。

土壤貯水量（mm）=土層厚度（mm）×土壤容重（g/ cm3）×土壤含水量（%）。

土壤水分利用率[kg/（hm2·mm）]=馬鈴薯生物量累積（kg/hm2）/[模擬降雨前1 d土壤貯水量（mm）+模擬降雨后到取樣期間總降水量（mm）-取樣時土壤貯水量（mm）]。

2　結果與分析

2.1土壤含水量

苗期不同處理0~60 cm各個土層土壤貯水量見表1。從表1可以看出，處理后1 d，不同處理的土壤含水量較處理前1 d都有不同程度的增加，但是微壟覆膜側播模式（W）明顯高于露地平作模式（P）。處理后3 d相比處理前1 d，0~20 cm土層土壤含水量的增加值W明顯高于P，5，10，15和20 mm處理下，W模式較P模式分別多增加4.74，8.55，10.27和13.12 mm。隨土層深度增加，W模式與P模式土壤含水量增加量差值逐漸減小。20~40 cm土層土壤含水量，在4個模擬降雨量下，W比P分別多增加1.01，4.19，7.10和2.81 mm，40~60 cm土層土壤含水量，4個模擬降雨量下，W比P分別多增加0.78，2.57，1.79和5.41 mm。

模擬降雨5 mm在處理后1 d微壟覆膜側播的土壤含水量增加值明顯高于露地平作，且隨模擬降雨量的增加，微壟覆膜側播的集雨效果越明顯，2種栽培模式的土壤含水量增加值差值越大（圖1）。說明從5 mm開始，微壟覆膜側播較露地平作就有明顯的收集雨水的作用。

處理后1 d和處理后3 d，2種模式的土壤含水量均減少，露地平作土壤含水量減小值隨模擬降雨量增加差異不大，微壟覆膜側播土壤含水量減小值則隨模擬降雨量增加呈先減小后增加的趨勢（圖2）。

2.2干物質積累

2.2.1整株干物質積累

經測量，從播種到苗期模擬降雨處理前共有56.6 mm天然降雨。從表2看出處理前，不同模式的馬鈴薯干物質積累量在處理時已存在顯著差異，W比P干物質積累量多44%。5，10，15和20 mm處理后3 d，2種栽培模式干物質增長率均隨模擬降水量增加而呈增加趨勢。微壟覆膜側播（W）干物質量增長率較露地平作（P）多6~24個百分點，5~20 mm時2種栽培方式干物質量增長率都有顯著差異。

處理后3 d內，隨模擬降雨量增加干物質積累速率也隨之增大，且微壟覆膜側播干物質積累速率顯著大于露地平作，5，10，15和20 mm處理下，微壟覆膜側播分別比露地平作高0.25，0.73，0.91和0.96 g/株·d。

2.2.2各器官干物質積累

如表3所示，處理前1 d微壟覆膜側播與露地平作在葉干重上有顯著差異，而在莖及根上無顯著差異。經過模擬降雨量處理后3 d，W與P在葉干重上依然有顯著差異。W模式經5，10，15和20 mm降水處理后葉干重分別增加了23.88%，51.06%，87.23%和99.29%，而P模式在相應的降水處理下分別增加4.38%，37.85%，74.50%和138.65%。

表1　苗期不同處理0~60 cm土層土壤貯水量Table 1Water content at 0-60 cm depth soil under different treatments at seedling stage

圖1　處理后1 d 60 cm土層土壤含水量的增加量Figure 1Increase of soil water content at 60 cm depth soil 1 d after treatment

圖2　處理后1~3 d 60 cm土層土壤含水量的減小量Figure 2Decrease of soil water content at 60 cm depth soil 1-3 d after treatment

表2　苗期不同處理下馬鈴薯干物質積累及干物質積累速率Table 2Amount and percentage of dry matter accumulation of potato under different treatments at seedling stage

表3　苗期不同處理下馬鈴薯各器官干物質積累Table 3Dry matter accumulation in different organs of potato under different treatments at seedling stage

這一點同樣可以通過各器官占總干重的比例來分析，處理后3 d，5，10，15和20 mm地上部干重的分配率，W分別為82.34%，80.25%，84.71%和84.52%，P分別為74.91%，76.71%，83.75%和85.90%。由此可見5和10 mm處理下，微壟覆膜側播地上部分配率明顯高于露地平作，而在15和20 mm作用下，二者無明顯差異。處理后3 d，5，10，15和20 mm地下部干重的分配率，W分別為17.66%，19.75%，15.29%，15.48%，P分別為25.09%，23.29%，16.25%，14.10%。5和10 mm處理下，微壟覆膜側播地下部分配率明顯低于露地平作，而在15和20 mm作用下，二者無明顯差異（表3）。

2.3葉面積指數

表4為苗期不同處理對葉面積指數的影響，葉面積指數變化規律與葉干重變化規律基本相同，隨模擬降雨量增加，微壟覆膜側播植株葉面積指數呈單峰型曲線變化，且微壟覆膜側播與露地平作之間差異顯著。

表4　苗期不同處理對馬鈴薯葉面積指數的影響Table 4Effect of different treatments on LAI of potato at seedling stage

2.4水分利用效率

由表5可以看出，5，10，15和20 mm處理后3 d，W模式的水分利用率較P分別高78到112個百分點，呈現隨降水量增加而增加的趨勢。

3　討論

起壟覆膜在許多地區被證明可以起到增產和提高水分利用效率的作用，也有部分學者對其增產增效的生理機制進行了研究[1,7,15]。微壟覆膜側播在馬鈴薯上證明也具有這樣的效果，該模式設計時即考慮到內蒙古主產區干旱少雨，無效降雨頻率高的降水特點而設計。但是，不同降雨條件下的集雨與保水效果還不清楚，這些指標的確立將為該模式的推廣應用和創新提供必要的理論依據。課題組的統計數據顯示，烏蘭察布地區無效降雨（單次降雨小于5 mm）的頻率高達近80%，如何將無效降雨有效化是急需解決的理論問題，該研究結果顯示微壟覆膜側播模式在至少5 mm時呈現出明顯的集雨效果，在5~20 mm的降雨范圍內，微壟覆膜側播的干物質積累速率與露地平作相比呈現隨降雨量增加而增加的趨勢。在5和10 mm降雨量下，微壟覆膜側播較露地平作能收集更多的雨水，進而有利于地上部生長。

微壟覆膜側播不僅具有較好的集雨效果，而且還有很好的保水效果，且在降雨量為10 mm時的保水效果最好。原因可能是當模擬降雨量為5 mm時，大多數模擬降水被截留在膜上，水分損失較大，當模擬降雨量為10 mm，微壟覆膜側播能更有效的收集雨水且所收集的雨水量沒有達到導致大量土壤水分下滲的程度，所以在此模擬降雨量下，其損失的降雨最小。當模擬降雨量繼續增加時，微壟覆膜側播所收集的降雨較多導致雨水下滲。從5 mm起，微壟覆膜側播開始表現出顯著優于露地平作的保水優勢，但到20 mm時，由于土壤含水量達到了飽和狀態，2種栽培模式間的貯水能力沒有顯著差異，可以認為是該模式發揮作用上限值，但是在5~20 mm的降雨范圍內，微壟覆膜側播水分利用效率顯著高于露地平作。

表5　苗期不同處理對馬鈴薯水分利用效率的影響（kg/hm2·mm）Table 5Water use efficiency of potato under different treatments at seedling stage(kg/ha·mm)

該研究結果為該模式的推廣應用提供了較好的理論基礎，但是該模式對最終產量的影響是整個生育期的累計效應，而且不同時期的集雨效果還受到植物生長狀況的影響。因此，對集雨效果的數量化指標還需深入研究，為旱作馬鈴薯集雨模式的創新提供更加扎實的理論基礎。

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Simulation Study on Rainwater Harvesting of Rainfed Potato Under the Cultivation Pattern of Micro Ridge Mulching with Side Planting

ZHAO Yuanxia1,FAN Mingshou1,JIA Liguo1*,ZHANG Ziyi2
(1.College of Agronomy,Inner Mongolia Agricultural University,Hohhot,Inner Mongolia 010019,China；2.College of Life Sciences,Inner Mongolia Agricultural University,Hohhot,Inner Mongolia 010018,China)

ract:Micro ridge mulching with side planting is a rainwater harvesting cultivation pattern for the rainfed potato in arid area.This research aimed to quantify the rainwater harvesting effect of the micro ridge mulching with side planting by comparing with conventional flat planting under different simulated rainfall levels of 5,10,15 and 20 mm.Treatments were applied 16 days after emergence(DAE).The results showed that from 5 mm of rainfall level,the micro ridge mulching with side planting pattern began to significantly improve the soil moisture content of 0-20 cm,with the best effect on soil water storage at 10 mm under simulated conditions.As the amount of rainfall increasing,the potato dry matter accumulation percentage,dry matter accumulation in various organs,leaf area index and water use efficiency also had a tendency to increase under the cultivation mode.

rds:rainfed farming;potato;micro ridge mulching with side planting;effective rainwater

S532

A

1672－3635（2016）02-0080-07

2015-06-09

農業部公益性行業科研專項“黃土高原雨養農田水分高效利用技術研究與示范——內蒙古雨養農田馬鈴薯水分高效利用技術研究與示范”（201303104）；中國博士后科學基金“微壟覆膜側播馬鈴薯集雨效果的數量化研究”（2015M572633XB）；內蒙古自然科學基金（2013MS0302）。

趙元霞（1991-），女，碩士，主要從事植物生理生態方面研究。

（Correspondingauthor）：賈立國，講師，主要從事馬鈴薯水分及營養生理的研究，E-mail:nndjialiguo@163.com。