不同覆膜栽培方式對(duì)雨養(yǎng)區(qū)馬鈴薯光合日變化及產(chǎn)量的影響

李浩然， 曹君邁， 陳彥云

(1.北方民族大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院，寧夏銀川 750021； 2.寧夏大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，寧夏銀川 750021)

光合作用作為生物界最基本、最重要的物質(zhì)代謝和能量代謝，是有機(jī)物合成以及碳循環(huán)的重要環(huán)節(jié)。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，光合作用能否順利進(jìn)行，將直接影響產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量[1]，因此改善光合性能是增加產(chǎn)量的重要途徑[2]。而光合速率、蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度作為衡量光合性能的指標(biāo)，都直接或間接的受到光合作用的原料——水的影響[3-5]，因此，水分是影響光合作用的重要因子之一。起壟覆膜技術(shù)憑借良好的抗旱保墑效果，在我國(guó)北方地區(qū)得到廣泛的應(yīng)用。通過覆蓋地膜，可以有效地減少土壤微環(huán)境的熱量散失、水氣蒸發(fā)，增加太陽(yáng)光的反射和空氣阻力，提高光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度，進(jìn)而提高作物的光合作用強(qiáng)度[6-8]。

隨著主糧化戰(zhàn)略的推進(jìn)，馬鈴薯成為重要的糧菜兼用型作物，在寧夏南部山區(qū)廣泛種植，是當(dāng)?shù)剞r(nóng)民經(jīng)濟(jì)收入的主要來源。但是，由于當(dāng)?shù)厮Y源極其匱乏，是典型的干旱半干旱地區(qū)，靠天吃飯一直是當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)發(fā)展的瓶頸。鑒于此，本研究結(jié)合了以往研究的成果，進(jìn)行露地平種、單壟單行壟上種植、單壟雙行半覆膜壟上種植、單壟雙行全覆膜壟上種植等6種覆膜栽培模式對(duì)馬鈴薯光合日變化及產(chǎn)量影響的研究，旨在進(jìn)一步探尋不同覆膜栽培模式在旱作雨養(yǎng)區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的增產(chǎn)機(jī)制，為當(dāng)?shù)伛R鈴薯覆膜栽培模式提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

研究區(qū)位于寧夏回族自治區(qū)中南部、黃土高原西北部中衛(wèi)市海原縣樹臺(tái)鄉(xiāng)(地理位置105°09′～106°10′E、36°06′～37°04′N)，屬黃河中游黃土丘陵溝壑區(qū)，境內(nèi)丘陵起伏，溝壑縱橫，海撥1 366～2 955 m，南北長(zhǎng)95 km，東西寬80 km，總面積 6 899 km2。東與原州區(qū)相連，南與西吉縣接壤，西鄰甘肅靖遠(yuǎn)縣、會(huì)寧縣，北瀕同心縣。大陸性季風(fēng)氣候明顯，特點(diǎn)是春暖遲、夏熱短、秋涼早、冬寒長(zhǎng)。年均氣溫7 ℃，≥10 ℃積溫 2 398 ℃，年日照時(shí)數(shù)2 710 h，無霜期149～171 d。年均降水量為389.0 mm，年最大降水量為706.0 mm，年最小降水量為194.5 mm。年均蒸發(fā)量為2 099.6 mm，年干燥度為2.17，屬于干旱半干旱帶。土壤類型為黑壚土。

1.2 試驗(yàn)材料

以寧南山區(qū)普遍種植的馬鈴薯品種青薯9號(hào)為供試材料。供試地膜有2種，寬度分別為90、120 cm，均為白色地膜。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)于2016年5月1日播種，設(shè)置露地平種種植(CK)、單壟單行壟上種植(T1)、單壟雙行壟上種植(T2)、單壟雙行半覆膜壟上種植(T3)、單壟雙行全覆膜壟上種植(T4)、單壟雙行半覆膜壟側(cè)種植(T5)6種不同覆膜栽培方式。各處理株距均為40 cm，CK、T2行距為50 cm，T1行距為 100 cm，T3、T4、T5為寬窄行行距60～40 cm，各處理種植深度為20～25 cm。T1種植密度為25 000株/hm2，其余處理種植密度為50 000株/hm2，每個(gè)處理小區(qū)面積為10.0 m×4.0 m，小區(qū)間距70 cm，周邊設(shè)200 cm的保護(hù)行，起壟高度為 20 cm。4次重復(fù)，隨機(jī)排列。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目與方法

從苗期開始每個(gè)生育期選擇晴朗天氣，在田間自然空氣條件下使用LI-6400光合儀對(duì)待測(cè)植株由上往下數(shù)第4、5、6張完全展開葉的固定位置進(jìn)行測(cè)定，每個(gè)處理隨機(jī)選取3株待測(cè)植株，測(cè)定時(shí)間為07：00—18：00，每小時(shí)測(cè)定1次。所測(cè)得的凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)取各測(cè)量值的平均值作為最終結(jié)果，以減小誤差，馬鈴薯產(chǎn)量以收獲的實(shí)際塊莖產(chǎn)量為準(zhǔn)。

1.5 數(shù)據(jù)處理

用Excel 2003和SPSS 17.0處理軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析

2 結(jié)果與分析

2.1 不同覆膜栽培方式對(duì)馬鈴薯葉片凈光合速率的影響

由圖1可知，隨著馬鈴薯生育期的推進(jìn)，各處理馬鈴薯葉片凈光合速率均呈先增加后降低的變化趨勢(shì)，并且均在塊莖形成期達(dá)到最大值，在淀粉積累期降到最低值。采用起壟和覆膜的處理在馬鈴薯各個(gè)生育期的凈光合速率均顯著高于對(duì)照。其中，采用起壟種植的T1、T2栽培方式馬鈴薯葉片凈光合速率在馬鈴薯全生育期的平均值較CK分別增加1.100、0.965 μmol/(m2·s)，采用起壟覆膜種植的T3、T4、T5栽培方式的馬鈴薯葉片凈光合速率在全生育期的平均值較CK分別高2.615、3.638、2.630 μmol/(m2·s)。起壟覆膜的種植方式(T3)較起壟種植方式(T2)的凈光合速率增加7.88%，全覆膜種植(T4)較半覆膜種植(T5)增加4.42%。

2.2 不同覆膜栽培方式對(duì)馬鈴薯葉片蒸騰速率的影響

從圖2可以看出，無論是起壟種植還是起壟覆膜種植的馬鈴薯葉片蒸騰速率都隨著馬鈴薯的生長(zhǎng)呈現(xiàn)出先增加后降低的變化規(guī)律，與馬鈴薯葉片凈光合速率類似，馬鈴薯葉片蒸騰速率也是在塊莖形成期達(dá)到最大值，在淀粉積累期降到最低值。各處理的蒸騰速率在各個(gè)生育期均明顯高于對(duì)照，由高到低排列依次為T4>T3>T5>T2>T1>CK，采用起壟種植的T1、T2栽培方式馬鈴薯葉片蒸騰速率在馬鈴薯全生育期的平均值較CK分別增加1.13、1.18 mmol/(m2·s)，采用起壟覆膜種植的T3、T4、T5的馬鈴薯葉片蒸騰速率在全生育期的平均值較CK分別高3.02、3.68、3.01 mmol/(m2·s)。在馬鈴薯生長(zhǎng)的關(guān)鍵期塊莖形成期，3個(gè)起壟覆膜處理的蒸騰速率較對(duì)照分別增加83.05%、109.11%、81.78%。

2.3 不同覆膜栽培方式對(duì)馬鈴薯葉片氣孔導(dǎo)度的影響

由圖3可知，不同覆膜栽培模式下的馬鈴薯葉片氣孔導(dǎo)度在馬鈴薯全部生育期內(nèi)的變化趨勢(shì)與馬鈴薯凈光合速率、蒸騰速率變化趨勢(shì)一致，也是呈先升高后降低的趨勢(shì)，同樣是在馬鈴薯塊莖形成期達(dá)到最大值，在淀粉積累期降到最低值。各處理在馬鈴薯全部生育期的氣孔導(dǎo)度均顯著高于對(duì)照，3種覆膜栽培處理除在淀粉積累期差異不明顯外，在其余生育期T4均顯著高于T3、T5，且T4在全生育期的氣孔導(dǎo)度平均值分別比CK、T1、T2高218.42%、116.07%、95.16%。

2.4 不同覆膜栽培方式對(duì)馬鈴薯葉片胞間CO2濃度的影響

由圖4可以看出，各處理馬鈴薯葉片胞間CO2濃度在現(xiàn)蕾期達(dá)到最大值，然后伴隨馬鈴薯生育期的推進(jìn)，呈先降低后升高的趨勢(shì)。各處理在馬鈴薯全部生育期內(nèi)葉片胞間CO2濃度均明顯低于CK，差異均達(dá)到顯著水平。起壟種植模式下的T1、T2全生育期葉片胞間CO2濃度平均值分別為224.14、222.16 μmol/mol，分別較CK降低3.11、5.09 μmol/mol，起壟覆膜模式下的T3、T4、T5較CK分別降低11.13、14.41、11.87 μmol/mol。

2.5 不同覆膜栽培方式對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量的影響

由表1可知，全覆膜栽培模式(T4)的馬鈴薯單株結(jié)薯數(shù)顯著或極顯著高于其他處理，較對(duì)照增加52.1%，半覆膜壟側(cè)種植模式(T5)也顯著高于對(duì)照，增加26.1%。在起壟覆膜條件下，T3、T4、T5的單株產(chǎn)量均顯著或極顯著高于其他處理，并且全覆膜栽培(T4)極顯著高于其他2個(gè)覆膜栽培模式(T3、T5)，分別高32.5%、26.2%。單株商品薯率的變化與單株產(chǎn)量變化一致，3個(gè)起壟覆膜的栽培模式(T3、T4、T5)均顯著或極顯著高于其他處理，并且起壟種植的2個(gè)處理(T1、T2)也顯著高于對(duì)照。在實(shí)際產(chǎn)量方面，各處理均顯著或極顯著高于對(duì)照，尤其是起壟覆膜的3個(gè)處理(T3、T4、T5)較對(duì)照增產(chǎn)效果明顯，分別增加81.1%、105.0%、94.5%。

表1 不同覆膜栽培方式對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量的影響

注：同列數(shù)據(jù)后標(biāo)有不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。

3 討論與結(jié)論

光合作用的順利進(jìn)行決定著農(nóng)作物的產(chǎn)量。本研究地處干旱半干旱地區(qū)，年均氣溫低，年降水量極其匱乏。秦玉芝等的研究表明，馬鈴薯凈光合速率隨環(huán)境溫度降低而下降[9]；張恒嘉等的研究表明，馬鈴薯凈光合速率、蒸騰速率及氣孔導(dǎo)度均隨水分脅迫程度增加而降低[10]。本試驗(yàn)針對(duì)試驗(yàn)地特殊的環(huán)境氣候設(shè)置起壟覆膜種植模式，有效地在馬鈴薯苗期保墑、保溫，為馬鈴薯幼苗成長(zhǎng)提供適宜的環(huán)境。在馬鈴薯成長(zhǎng)關(guān)鍵期，顯著提高了馬鈴薯葉片凈光合速率、蒸騰速率及氣孔導(dǎo)度，為馬鈴薯塊莖的形成奠定了良好的基礎(chǔ)，使得光合性能增強(qiáng)，光合產(chǎn)物得到有效積累，進(jìn)而提升了馬鈴薯的產(chǎn)量。

有研究表明，半覆膜壟側(cè)種植最有利于提升馬鈴薯產(chǎn)量[11]，而本試驗(yàn)結(jié)果為采用全覆膜壟上種植的處理增產(chǎn)效果最顯著，分別高于半覆膜壟上種植(T3)和半覆膜壟側(cè)種植(T5)13.2%、5.4%，其原因可能為本試驗(yàn)地年有效降水量過少，無法通過壟溝下滲到有效深度，而全覆膜模式可更有效地減少膜內(nèi)水分的無效蒸發(fā)，滿足馬鈴薯根部及馬鈴薯全部生育期的光合作用所需的水分，使得馬鈴薯光合性能達(dá)到最佳。

綜合以上結(jié)論，單壟雙行全覆膜壟上種植在提升馬鈴薯葉片凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度及增產(chǎn)方面的表現(xiàn)優(yōu)于其他覆膜栽培方式，筆者推薦將其作為寧夏南部山區(qū)雨養(yǎng)區(qū)馬鈴薯種植的首選模式。