不同功能地膜覆蓋對(duì)旱地馬鈴薯土壤水熱效應(yīng)和產(chǎn)量的影響

胡新元，謝奎忠，陸立銀，羅愛花

（1.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院馬鈴薯研究所，甘肅 蘭州 730070）

地膜覆蓋能夠起到明顯的增溫保墑效果，是有效提高植物水分利用率、減輕水資源緊張的重要手段，地膜覆蓋改善作物生長環(huán)境，提高土壤溫度和含水量等，進(jìn)而影響植物生長[1-4]。覆蓋地膜已成為中國北方地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要技術(shù)模式[5]，地膜已經(jīng)成為化肥、農(nóng)藥之后的第三大農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料[6]。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，生產(chǎn)地膜的顏色和種類越來越多，地膜的功能越來越廣，不同顏色的地膜對(duì)太陽光擁有不同的吸收、透射和反射作用，所產(chǎn)生的光和熱效應(yīng)不同，從而引起作物對(duì)光的吸收不同[7-10]。土壤溫度對(duì)作物根系發(fā)育和生理代謝有直接影響，而根系的發(fā)育對(duì)作物地上部的生長起著調(diào)控作用。地膜覆蓋提高地表溫度，改變根際環(huán)境，增強(qiáng)作物抗逆性。北方寒冷地區(qū)由于作物生長前期地溫較低會(huì)明顯推后出苗日期，并且影響作物生長發(fā)育，地膜的保溫效應(yīng)對(duì)于北方寒冷地區(qū)具有重要的意義[11]。有色功能地膜具有調(diào)節(jié)溫光環(huán)境、調(diào)控作物生長的作用[12]。

中國是世界上最大的馬鈴薯生產(chǎn)國，在馬鈴薯生產(chǎn)過程中，農(nóng)民因應(yīng)用各種地膜而感到迷茫，使用不當(dāng)造成馬鈴薯減產(chǎn)[13,14]，因此為了明確各種不同功能地膜特性和應(yīng)用效果，研究高光效膜、液體降解地膜、雙色膜以及普通塑料黑色地膜覆蓋對(duì)土壤水熱效應(yīng)的影響，在甘肅干旱半干旱地區(qū)設(shè)置了不同功能地膜覆蓋對(duì)旱地馬鈴薯生長影響試驗(yàn)，旨在明確不同功能性地膜在馬鈴薯生產(chǎn)中的應(yīng)用效果，為馬鈴薯栽培提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)設(shè)在甘肅省定西市安定區(qū)寧遠(yuǎn)鎮(zhèn)紅土村中川社，位于N 35°26.346'，E 104°50.991'，海拔2 023 m，試驗(yàn)地為平坦川地，該區(qū)屬中溫帶偏旱區(qū)，平均海拔2 000 m，日照時(shí)數(shù)2 476.6 h，年均氣溫6.4 ℃，≥10 ℃積溫2 239.1 ℃；無霜期140 d。多年平均降水390.9 mm，年蒸發(fā)量1 531 mm，干燥度2.53，為典型的黃土高原半干旱雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)，一年一熟。土壤為典型的黃綿土，土質(zhì)綿軟、深厚，質(zhì)地均勻，貯水性能良好[15]。0～20 cm耕層土壤有機(jī)質(zhì)12.90 g/kg，全氮0.85 g/kg，全磷0.91 g/kg，全鉀21.61 g/kg，速效氮63.00 mg/kg，速效磷30.01 mg/kg，速效鉀376.00 mg/kg，土壤pH 8.27。試驗(yàn)地前茬為玉米。

1.2 試驗(yàn)品種

‘隴薯3號(hào)’一級(jí)種。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)5 個(gè)處理。處理1：露地栽培（CK）；處理2：覆蓋黑色膜；處理3：覆蓋黑白雙色膜（覆蓋黑白雙色膜時(shí)使白色條帶在壟頂，黑色條帶在壟溝）；處理4：覆蓋藍(lán)色高光效膜；處理5：黑色液體降解地膜。3次重復(fù)，15個(gè)小區(qū)，隨機(jī)區(qū)組排列。小區(qū)長6.0 m，寬3.3 m，面積19.8 m2。

2013年3月下旬，一次性施入基肥N 150 kg/hm2、P2O5120 kg/hm2，農(nóng)家肥37 500 kg/hm2后，用旋耕機(jī)翻耕，然后各處理按照設(shè)計(jì)全膜覆蓋不同顏色和功能地膜，栽培方式為全膜雙壟溝覆蓋，大壟寬70.0 cm，小壟寬40.0 cm，大小壟寬共計(jì)1.1 m。4月26日用點(diǎn)播器在大壟壟側(cè)點(diǎn)播馬鈴薯，馬鈴薯株距38.0 cm，播種密度47 847株/hm2。

1.4 測定指標(biāo)

1.4.1 土壤溫度測定

用直角地溫表測定，于出苗后10 d 在每個(gè)處理壟上插地溫表一套，自壟面最高點(diǎn)開始，分4個(gè)層次（5，10，15 和20 cm），分生育期在每天下午14：00進(jìn)行觀測。

1.4.2 土壤貯水量

根據(jù)土壤容重和土壤含水量計(jì)算，每個(gè)生育期從壟頂開始分0～20，20～40，40～60，60～80 和80～100 cm 5 層，用土鉆取各小區(qū)0～100 cm 土樣，用烘干稱重法測定土壤含水量。

1.4.3 作物水分利用效率

作物水分利用效率（Water use efficiency，WUE）計(jì)算公式：

WUE ＝Y(jié)/ET

式中：Y 為不同處理的商品薯產(chǎn)量；ET 為處理的總耗水量。ET ＝（播前土壤貯水量- 收獲后土壤貯水量）+生育期內(nèi)降雨量。

1.4.4 產(chǎn)量測定

按小區(qū)實(shí)收薯塊的重量，折算成公頃產(chǎn)量，并與鄰近對(duì)照的產(chǎn)量比較，計(jì)算增產(chǎn)百分率。

1.5 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用DPS 7.05 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，應(yīng)用新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同地膜覆蓋對(duì)土壤溫度的影響

從圖1、2 可以看出，5 cm 處土層苗期土壤溫度最低，除圖2 黑白膜處理外，開花期土壤溫度最高，終花期和薯塊膨大期土壤溫度又降低。從圖3、4 可以看出，除圖3 黑白膜處理外，各處理塊莖膨大期土層15 和20 cm 處的土壤溫度最低，其次為苗期，現(xiàn)蕾期、開花期和終花期的土壤溫度相差不大，基本持平。

從圖1～4 可以看出，與露地栽培（CK）相比，地膜覆蓋可以提高馬鈴薯0～20 cm 土層的土壤溫度1.0～6.0 ℃，覆蓋黑白雙色地膜和藍(lán)色地膜的地溫最高，其次為黑色地膜覆蓋，液體可降解地膜的溫度提高幅度最小，僅較露地栽培高1.0～2.0 ℃。

覆蓋藍(lán)色高光效地膜在苗期到現(xiàn)蕾期可以大幅提高地溫，高地溫促進(jìn)馬鈴薯提早出苗，達(dá)到壯苗的作用；黑白雙色膜覆蓋在開花期到薯塊膨大期地溫提高幅度大。

圖1 各處理深5 cm處土層溫度變化Figure 1 Change in temperature under different treatments at 5 cm depth of soil

圖2 各處理深10 cm處土層溫度變化Figure 2 Change in temperature under different treatments at 10 cm depth of soil

圖3 各處理深15 cm處土層溫度變化Figure 3 Change in temperature under different treatments at 15 cm depth of soil

圖4 各處理深20 cm處土層溫度變化Figure 4 Change in temperature under different treatments at 20 cm depth of soil

圖5 各處理0～100 cm土壤含水量變化Figure 5 Change in soil water content under different treatments in 0-100 cm depth of soil

2.2 不同處理土壤水分變化動(dòng)態(tài)

從圖5 可以看出，各處理0～100 cm 土壤含水量從苗期到成熟收獲期呈現(xiàn)“S”型曲線變化，從苗期到開花期隨著降雨量的增加，土壤含水量呈現(xiàn)增加，開花期達(dá)到最高，隨后土壤含水量逐漸降低，這主要是馬鈴薯由營養(yǎng)生長期轉(zhuǎn)換為生殖生長期，馬鈴薯需水量增大，土壤含水量相應(yīng)降低，到塊莖膨大期土壤含水量最低，從塊莖膨大期到成熟收獲期土壤含水量又升高。

各處理與對(duì)照露地相比，覆蓋地膜各處理土壤含水量均較對(duì)照露地高。相對(duì)來說，覆蓋雙色膜、藍(lán)色膜和黑色膜的土壤含水量最高，其次為液體降解地膜，露地土壤含水量最低。

2.3 不同處理對(duì)馬鈴薯耗水量的影響

從表1 可以看出，各處理的耗水量在380～410 mm，方差分析表明各處理間差異不顯著。

2.4 不同處理對(duì)馬鈴薯水分利用效率的影響

從表1 可以看出，各處理與露地栽培（CK）相比，黑白雙色地膜覆蓋水分利用效率最高，為100.35 kg/hm2·mm，較露地栽培提高32.00%；其次為黑色地膜覆蓋，較露地栽培提高29.99%；藍(lán)色地膜覆蓋處理較露地栽培顯著提高25.22%；液體降解地膜較露地高7.42%，但差異不顯著。

表1 不同處理對(duì)馬鈴薯耗水量、水分利用效率和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的影響Table 1 Evapotranspiration, water use efficiency and yield of potato under different treatments

2.5 不同處理對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量的影響

從表1可以看出，各處理與露地栽培（CK）相比，藍(lán)色地膜覆蓋馬鈴薯產(chǎn)量最高，為38 927 kg/hm2，較露地栽培提高29.28%；其次為黑色地膜覆蓋，較露地栽培產(chǎn)量提高28.73%；黑白雙色地膜覆蓋馬鈴薯產(chǎn)量較露地栽培提高25.72%；液體降解地膜覆蓋馬鈴薯產(chǎn)量較露地栽培提高5.29%，但差異不顯著。

3 討 論

地膜覆蓋能夠起到明顯的增溫作用，覆蓋不同功能地膜提高地溫的效果不同[3,4]。本研究表明，種植馬鈴薯覆蓋黑白雙色膜和藍(lán)色地膜的地溫最高，其次為黑色地膜，液體可降解地膜的溫度提高幅度最小。覆蓋藍(lán)色高光效地膜在苗期到現(xiàn)蕾期可以大幅提高地溫，高地溫促進(jìn)馬鈴薯提早出苗，達(dá)到壯苗的作用；黑白雙色膜覆蓋在開花期到薯塊膨大期地溫提高幅度大。土壤溫度對(duì)植物根系生長、代謝有直接的影響，而根系的生長和代謝又對(duì)植物地上部的生長起著控制作用。

地膜覆蓋能夠起到明顯的保墑效果，可提高土壤含水量[6,7]。本研究表明，不同地膜覆蓋對(duì)種植馬鈴薯土壤水分有不同影響，覆蓋黑白雙色膜、藍(lán)色膜和黑色膜的土壤含水量最高，其次為液體降解地膜，露地土壤含水量最低。

地膜覆蓋能夠提高農(nóng)田作物水分利用效率，藍(lán)色高光效膜、黑色地膜和黑白雙色地膜覆蓋水分利用效率最高，產(chǎn)量最高，增產(chǎn)幅度大，具有廣闊的應(yīng)用前景。