不同覆蓋材料對土壤溫度及馬鈴薯產量的影響

梁冰妍 韓凡香 王聞天 王振州 常國華

摘? 要：為了明確不同覆蓋材料對隴中旱作區土壤溫度的時空動態、馬鈴薯產量及其構成因素的影響，于2018年在西北雨養區進行了大田試驗，設置秸稈帶狀覆蓋（覆蓋度50%，SSM）、黑膜全覆蓋（SPMF），以及露地平作種植（CK）3個處理。結果表明，2種覆蓋方式均較不覆膜露地增產顯著，增產效應地膜覆蓋大于秸稈帶狀覆蓋，秸稈帶狀覆蓋較對照顯著增產17.1%，2種覆蓋之間差異不顯著‘處理間單薯重的差異是引起產量差異的主要結構因素，其次為單株結薯數，單薯重與單株結薯數對產量形成存在明顯的補償效應。覆蓋處理對全生育期0～25cm的土層土壤平均溫度存在顯著影響，與不覆蓋露地相比，秸稈帶狀覆蓋顯著降低了耕層土壤溫度，全生育期降溫0.2℃，地膜覆蓋對耕層土壤地溫影響次之，與對照相比，地膜覆蓋較為明顯的增加了耕層土壤溫度，全生育期增溫0.1℃。但隨生育進程，各時期、各土層存在具有增溫和降溫雙重效應，秸稈覆蓋降溫效應大于增溫效應，地膜覆蓋則相反，秸稈帶狀覆蓋降溫效應前期大于后期。因此，秸稈帶狀覆蓋適宜在西北馬鈴薯產區大面積推廣應用。

關鍵詞：秸稈帶狀覆蓋;地膜覆蓋;土壤溫度;馬鈴薯;西北干旱區

中圖分類號 S532文獻標識碼 A文章編號 1007-7731（2019）11-0035-4

馬鈴薯是我國西北地區3大作物之一，對保障我國糧食安全做出了重大貢獻[1-3]。目前，生產上運用較多的覆蓋栽培技術主要有全膜雙壟溝、全膜壟上微溝、壟覆膜溝覆草、秸稈覆蓋、稻草覆蓋等。研究表明，覆膜可使作物普遍增產20%以上，但也有部分試驗發現覆膜造成作物減產，造成減產的主要原因是伏期高溫，不利于馬鈴薯后期的生長發育[4，5]。近年來，隨著地膜的大量使用，各地區地膜殘留也導致了生態環境惡化的問題[6-9]，成為了影響農業可持續發展的一個重大問題，引起了國內外研究者的關注[11-13]。秸稈覆蓋能夠調節土壤的水、肥、氣、熱，提高土壤入滲能力，抑制蒸發、雜草生長，減少水分無效消耗，改善土壤微環境，長期使用可以提高土壤肥力、促進作物生長和光合作用，增加土壤養分、改善土壤結構、促進土壤微生物積累等，進而促進了作物產量的提高。秸稈帶狀覆蓋種植馬鈴薯是近年來應用于農業生產中的新技術，可有效提高馬鈴薯產量[13-15]。

目前，對秸稈帶狀覆蓋在馬鈴薯生產上的應用研究局限于單一栽培模式對馬鈴薯產量的影響，而對土壤溫和馬鈴薯產量影響的研究還較少。為此，本研究以露地不覆蓋為對照，設置秸稈覆蓋、地膜覆蓋2個處理，研究不同覆蓋種植對旱地馬鈴薯農藝指標、土壤溫度動態、馬鈴薯產量構成因素等方面的影響，以期找出適合當地馬鈴薯種植栽培的最佳方式，為馬鈴薯高產栽培技術優化及推廣應用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況 試驗于2018年4—9月在西北雨養區甘肅省定西市通渭縣襄南鄉文堡村旱地馬鈴薯試驗基地進行。該試驗基地屬溫帶半干旱性季風氣候，海拔1750m，常年平均氣溫7.2℃，2018年馬鈴薯生育期（4—9月）平均氣溫16.5℃（圖1），7月份和8月份溫度較高，約為20.7～21.1℃，年日照時數2100～2430h，無霜期120～170d。作物1年1熟，為典型旱作雨養農業區。多年（1975—2015）平均降水量為390.7mm，且主要集中于7—9月，占年降水量的60%～65%。2018年馬鈴薯生育期總降水量439.1mm，其中有效降水量364.8mm，有效率83.1%，降水較為充足;常年平均降水量323.8mm，其中有效降水量為268.4，有效率為82.9%，較多年平均多48.4mm，其中有效降水量364.8mm，屬于豐水年份。年蒸發量大于1500mm，是春旱情況易發生的地區。該試驗區的土壤多以黃綿土為主，0～30cm土層的平均容重為1.25g·cm-3。

1.2 供試材料 供試品種為隴薯10號。

1.3 試驗設計 共設3種處理：秸稈帶狀覆蓋（覆蓋度50%，SSM）、黑膜全覆蓋（SPMF），以露地平作種植為對照（CK），各分區面積為60m2（10m×6m），3次重復，隨機區組排列。（1）SSM：播前7d分秸稈覆蓋帶和種植帶各60cm，相間排列。秸稈覆蓋帶采用玉米整稈覆蓋，覆蓋量約52500株·hm-2，折合秸稈量約9000.0kg·hm-2，約等于1hm2旱地玉米秸稈量，每種植帶播種2行，行距50cm，穴距約32cm的“品”字型穴播馬鈴薯。（2）SPMF：大壟寬100cm，高10cm，壟溝寬20cm，用120cm寬的黑色地膜全地面覆蓋，按每幅播種2行，行距60cm，株距32cm的“品”字型大壟兩側穴播馬鈴薯。（3）CK：平作不覆蓋，常規對照種植大田。

1.4 試驗過程 播種時等行距種植，行距60cm，株距32cm。試驗地前茬作物為小麥，肥力適中，地力均勻，采用傳統耕作方式，即在馬鈴薯播前結合施肥進行翻耕，深度為15～17cm，播種前一次性施入純氮120kg·hm-2，磷（P2O5）120kg·hm-2。馬鈴薯于2018年4月25日播種，9月28日收獲，所有處理密度保持一致，種植密度為52500株·hm-2，將薯塊切成50g大小，至少保留2～3個芽眼，播種深度16cm，生育期管理同大田，雜草手工拔除，全生育期不追肥灌水，注意適時防控晚疫病。

1.5 測定項目與方法

1.5.1 土壤溫度 各生育時期各分區分5、15、25cm 3個土層，分別用曲管溫度計置于種植帶中間行，各生育時期在固定位置測定各土層的土壤溫度。測定時均選在干燥晴天進行，分別在早晨（6：00—8：00）、中午（12：00—14：00）和傍晚（17：00—18：30）分3次測定，日均溫度取早、中、晚3次測定的平均值。

1.5.2 產量 馬鈴薯成熟后，各分區區域隨機選取15株進行室內拷種，收獲時按分區測實產，取3次重復的平均值折算每hm2產量。

1.6 數據分析 采用Microsoft Excel 2016進行數據處理分析，采用Origin8.5作圖，差異顯著性采用LSD法進行比較。

2 結果與分析

2.1 不同覆蓋材料對土壤溫度的影響

2.1.1 全生育時期0～25cm土壤平均溫度 不同覆蓋處理對馬鈴薯全生育期0～25cm土層土壤溫度存在顯著影響。與不覆蓋露地CK相比，地膜覆蓋具有明顯的增溫效應，秸稈覆蓋具有明顯的降溫效應。秸稈帶狀覆蓋全生育期降溫0.2℃，地膜覆蓋增溫0.1℃。隨生育進程的推進各處理各生育期0～25cm土壤平均溫度呈先升高后降低的趨勢（見圖2）。與CK相比，覆蓋存在增溫和降溫的雙重效應，其中地膜覆蓋在生長前期和中期（苗期至膨大期）表現為增溫效應，后期（淀粉積累期至成熟期）表現為降溫效應。秸稈覆蓋在苗期和淀粉積累期表現為降溫效應，而其他時期表現為增溫效應。時期比，處理間差異前期明顯大于中后期，最大極差出現在苗期-塊莖形成期的SSM與SPMF之間（2.5℃），變異系數為7.4%。各時期覆膜較CK的增溫幅度：苗期（0.8℃）>塊莖形成期（0.5℃）>塊莖膨大期（-0.2℃）>成熟期（-0.3℃）>淀粉積累（-0.7℃）。各時期覆稈較CK的降溫幅度：苗期（1.7℃）<淀粉積累期（0.1℃），其他時期為增溫效應（見表1）。

2.1.2 全生育期各土層土壤平均溫度 全生育期各土層土壤的平均溫度隨土層的加深逐漸降低，地表覆蓋對土壤溫度的影響效應逐漸降低（見圖3）。與CK相比，秸稈覆蓋各土層均表現為明顯的降溫效應，5cm、15cm、25cm分別降低0.4℃、0.2℃、0.2℃，地膜覆蓋表現出明顯的增溫效應，5cm、15cm、25cm分別增溫-0.2℃、0.1℃、0.1℃。比較處理間變異系數（CV），從大到小依次為CK（1.4%）>SSM（0.8%）>SPMF（0.6%）;比較土層間變異系數（CV），從大到小依次為5cm（1.1%）>25cm（0.83%）>15cm（0.82%）。土層間差異，其中5cm土層差異最大，相差0.4℃（秸稈帶狀覆蓋與CK之間），15cm、25cm土層溫度差異次之，相差0.3℃。說明覆蓋平抑了土層間溫度波動（見表3）。

2.3 影響產量差異的主要因素 通過精量播種、間苗定苗、查漏補缺等方式，使得馬鈴薯單位面積株數控制在一致的范圍內，主要從單薯重、單株結薯數2個方面分析，引起產量差異的主要因素是單薯重，其次為單株結薯數（表3）。鮮薯產量高低主要取決于單薯重（0.727*），其次為單株結薯數（-0.665），變異系數也是單薯重大于單株結薯數。單薯重與單株結薯呈負相關（-0.906），同時發現，產量與大薯率（0.732*）、商品率（0.992**）呈顯著的正相關，常表現為高產伴隨著大薯多、小薯少、商品率高的特點。這也說明西北干旱雨養區降水時空變化大，土壤水分季節變化明顯，因薯塊形成在前，膨大在后，單薯重對前期結薯不足具有補償效應，這也是西北干旱雨養條件下馬鈴薯增產的主要機理。

3 結論與討論

3.1 覆蓋方式對產量的影響 覆蓋栽培是雨養區主要的增產技術之一。與露地相比，覆蓋處理良好的蓄水保墑效果，有利于作物的生長發育，能顯著提高馬鈴薯等作物的產量。在本研究中，覆蓋處理較露地種植顯著提高了馬鈴薯鮮薯的產量，且地膜覆蓋處理的蓋增產幅度大于秸稈帶狀覆蓋的，這與王正榮[16]、王友生[17]等的研究結果一致，與韓凡香[18]等研究結果秸稈帶狀覆蓋較地膜覆蓋增產的結果不一致。分析可能的原因，2018年度馬鈴薯生育期內降水較多，且集中于7—9月。良好的土壤生態環境使馬鈴薯地上部分旺長，反而抑制了馬鈴薯薯塊的膨大和增重。

3.2 覆蓋方式對土壤溫度的影響 土壤溫度顯著影響著馬鈴薯等作物的出苗及生長發育。研究發現，適宜的土壤溫度有利于馬鈴薯生長和高產，但伏期過高的地溫反而抑制了馬鈴薯薯塊的形成與膨大。大量研究表明，秸稈帶狀覆蓋在馬鈴薯等作物上具有普遍的降溫效應，且有效平抑了高溫時土壤溫度的波動，與本研究結果相似。本研究發現，與不覆蓋露地CK相比，秸稈帶狀覆蓋全生育期表現出明顯的降溫效應，地膜覆蓋具有增溫效應。但在不同的時期和土層，地膜覆蓋和秸稈覆蓋表現為降溫和增溫的雙重效應，這與于慶峰[19]、陳玉章[20]等的研究結果一致。

參考文獻

[1]薛俊武，任穩江，嚴昌榮，等.覆膜和壟作對黃土高原馬鈴薯產量及水分利用效率的影響[J].中國農業氣象，2014（1）：74-79.

[2]姚玉璧，王潤元，鄧振鏞，等.黃土高原半干旱區氣候變化及其對馬鈴薯生長發育的影響[J].應用生態學報，2010，21（2）：379-385.

[3]王穎慧，蒙美蓮，陳有君，等.覆膜方式對旱作馬鈴薯產量和土壤水分的影響[J].中國農學通報，2013（03）：147-152.

[4]姚玉璧，張秀云，王潤元，等.西北溫涼半濕潤區氣候變化對馬鈴薯生長發育的影響——以甘肅岷縣為例[J].生態學報，2010（1）：100-108.

[5]杜文旭，姜艷豐，侯慧萍，等.農業氣象條件對陰山北部馬鈴薯生長發育的影響[J].內蒙古氣象，2010（3）：30-31.

[6]張劍，張雄，高宇，等.旱區溝壟覆膜技術的研究進展[J].北方農業學報，2017（4）：21-26.

[7]李鳳民，鄢珣，王俊，等.地膜覆蓋導致春小麥產量下降的機理[J].中國農業科學，2001，34（3）：330-333.

[8]柳玉鳳，謝英荷，李廷亮，等.地膜覆蓋對旱地作物產量及土壤水分影響的研究概述[J].山西農業科學，2018（3）：461-465.

[9]王春蘭.淺析地膜覆蓋對環境污染的防治與建議[J].農業與技術，2013（07）：18-25.

[10]李青軍，危常州，雷詠雯，等.白色污染對棉花根系生長發育的影響[J].新疆農業科學，200，45（5）：769-775.

[11]何文清，嚴昌榮，劉爽，等.典型棉區地膜應用及污染現狀的研究[J].農業環境科學學報，2009，28（8）：1618-1622.

[12]嚴昌榮，劉恩科，舒帆，等.我國地膜覆蓋和殘留污染特點與防控技術[J].新疆農業資源與環境學報，2014，31（2）：95-102.

[13]CHEN Yu-zhang，CHAI Shou-xi，TIAN Hui-hui，et al.Straw strips mulch on furrows improves water use efficiency and yield of potato in arainfed semiarid area[J].Agricultural Water Management，2019，211：142-151.

[14]李輝，柴守璽，常磊，等.西北半干旱區秸稈帶狀覆蓋對土壤水分及馬鈴薯產量的影響[J].水土保持學報，2017（6）：148-156，2.

[15]李輝，吳建民，柴守璽，等.玉米秸稈帶狀覆蓋對西北旱地土壤溫度及馬鈴薯產量的影響[J].中國沙漠，2018，38（3）：592-599.

[16]王正榮.不同覆蓋方式對冬種馬鈴薯生長特性及產量與品質的影響[J].中國農學通報，2013（15）：117-122.

[17]王友生，王多堯.不同覆蓋種植模式對馬鈴薯土壤溫度、水分及產量的影響[J].干旱地區農業研究，2017（6）：59-64.

[18]韓凡香，常磊，柴守璽，等.半干旱雨養區秸稈帶狀覆蓋種植對土壤水分及馬鈴薯產量的影響[J].中國生態農業學報，2016（7）：874-882.

[19]于慶，苗慶豐，史海濱，等.秸稈覆蓋量對土壤溫度和春玉米耗水規律及產量的影響[J].水土保持研究，2018（3）：111-116.

[20]陳玉章.不同覆蓋和秸稈還田方式對旱作小麥土壤溫度的影響[D].蘭州：甘肅農業大學，2013.

（責編：張宏民）