地膜與稻秸覆蓋對冬作馬鈴薯產量和品質的影響及其抑草效應

許國春，羅文彬，李華偉，許泳清，紀榮昌，湯 浩

（福建省農業科學院作物研究所/農業部南方薯類科學觀測實驗站/福建省特色旱作物品種選育工程技術研究中心，福州350013）

0 引言

馬鈴薯是中國重要的糧菜兼用作物，具有耐寒、耐旱、耐瘠薄、省水、省肥等特點，適應性強，在中國各區域均有種植，而且產量高、營養豐富。在中國南方地區，馬鈴薯多采用冬作方式，不與水稻等主糧爭地，充分利用了冬季氣候和土地資源[1-2]；而且冬作馬鈴薯收獲期正處春季蔬菜供應淡季，鮮薯市場需求較大，生產效益明顯[2]。然而，冬作馬鈴薯在生產上存在較多問題，如生長期處于南方氣溫最低的季節，該時期土壤溫度較低，易對種薯萌發和根系生長產生阻礙；另外，冬作馬鈴薯中后期正值南方春季，雨水較多、氣溫回暖等因素會促進田間雜草生長，雜草滋生不利于馬鈴薯生育后期的塊莖膨大[3]。這些對冬作馬鈴薯的增產穩產均有不利影響。前人研究與生產實踐表明，覆蓋物覆蓋具有增溫保墑和抑制雜草的作用[4-5]，因此，覆蓋栽培是解決冬作馬鈴薯上述問題的有效途徑[6]。

覆蓋栽培主要可分為地膜覆蓋和秸稈覆蓋[7]，其中黑色或白色塑料地膜在馬鈴薯栽培中應用較多[4,8]，在南方水稻-馬鈴薯輪作地區，為促進前茬水稻秸稈資源化利用，也有利用稻秸作為覆蓋物的傳統。圍繞不同覆蓋類型影響馬鈴薯產量和土壤性質的研究已有諸多報道。前人研究表明，地膜和稻秸覆蓋下冬作馬鈴薯產量相對露地栽培均有提高，并且地膜的增產效果更明顯[9-10]。但也有研究指出，相比普通露地栽培，地膜[11]和稻秸[12]覆蓋影響了馬鈴薯產量形成，并發生減產。馬文成[13]研究比較了地膜和稻秸覆蓋對馬鈴薯產量的差異，結果指出稻秸覆蓋的增產率高于地膜，這與馮艷青等[9]的研究結論不同。何進勤等[8]研究了不同覆膜方式對土壤氮磷鉀養分及馬鈴薯產量的影響，發現地膜覆蓋下土壤全氮和堿解氮含量較露地栽培高，產量也顯著增加。另外，有關地膜覆蓋影響田間雜草發生的研究表明，黑膜的控草效果較白膜明顯[5,14]。

從現有研究可以看出，因試驗立地條件和品種的不同，前人針對不同覆蓋類型的研究結果存在一定差異，而且對不同覆蓋類型下馬鈴薯塊莖品質差異的認識也相對缺乏。因此，本研究擬明確地膜和稻秸覆蓋在不同區域對冬作馬鈴薯產量、品質和雜草發生的影響，探究不同試驗條件下地膜和稻秸覆蓋對冬作馬鈴薯塊莖淀粉、蛋白質、還原糖和維生素C含量的影響，以期為深入研究冬作馬鈴薯覆蓋栽培的產量品質變化機制和綠色高效栽培技術提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2017—2018和2018—2019年度進行，其中2017—2018年的試驗點為福建省泉州市惠安縣前園村(118°43′2″E，24°56′47″N)，2018—2019年試驗點則設在寧德市霞浦縣南屏村(119°59′25″E，26°47′33″N)。2個試驗點均屬于冬作馬鈴薯主產區，前茬作物為水稻，一年兩熟種植，兩地具體氣候與土壤條件見表1。

表1 2個試驗點的氣候與土壤條件

1.2 試驗設計

試驗采用單因素隨機區組試驗設計，以露地栽培為對照(CK)，設置黑色地膜覆蓋(BM)、白色地膜覆蓋(WM)和稻秸覆蓋(RSM)3種方式，試驗共4個處理，3次重復。惠安點以‘費烏瑞它’為試驗品種，2017年12月3日播種，次年4月12日收獲，小區面積16 m2，單壟雙行種植，密度8.7萬株/hm2，施有機肥15000 kg/hm2和硫酸鉀型復合肥(16-16-16)1500 kg/hm2；霞浦點以‘閩薯1號’為試驗品種，2018年12月22日播種，次年4月23日收獲，小區面積38.4 m2，單壟雙行種植，密度7.95萬株/hm2，施硫酸鉀型復合肥(17-17-17)1500 kg/hm2。灌溉和病蟲草害防治等田間管理同當地常規做法。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 產量與商品薯率 于馬鈴薯收獲期，按商品薯(≥50 g)和小薯(＜50 g)分別稱量小區實收塊莖質量，并計算商品薯率（商品薯產量與總產量之比）。

1.3.2 塊莖品質 于馬鈴薯收獲期取新鮮塊莖，采用蒽酮比色法測定淀粉含量、凱氏定氮法測定蛋白質含量、2,6-二氯靛酚法測定維生素C含量、3,5-二硝基水楊酸比色法測定還原糖含量。

1.3.3 雜草防效 于馬鈴薯出苗后1個月，每小區取3點調查，每點1 m2，將調查點內的所有雜草整株拔除，去除雜草根系土壤后稱量鮮重。按公式(1)計算鮮重防效[3]。

1.4 數據處理

采用Microsoft Office Excel 2013和SPSS 19.0進行數據統計分析和圖表繪制。

2 結果與分析

2.1 塊莖產量

由表2可知，3種覆蓋類型均不同程度地提高了馬鈴薯塊莖產量，在惠安點，黑膜、白膜和稻秸覆蓋處理的商品薯產量較對照露地栽培分別提高9.7%、5.3%和30.9%，總產量分別提高7.4%、3.2%和21.9%，3種覆蓋處理中稻秸覆蓋的增產效果最明顯，其次為黑膜；在霞浦點，與露地栽培相比，黑膜、白膜和稻秸覆蓋處理的商品薯產量分別增加15.8%、3.2%和13.7%，總產量分別增加18.1%、5.4%和14.8%，其中黑膜覆蓋的增產效果最好，其次為稻秸。另外，不同處理間馬鈴薯小薯產量和商品薯率無明顯差異（表2）。

表2 不同覆蓋類型對馬鈴薯塊莖產量及商品薯率的影響

2.2 塊莖品質

試驗結果表明，不同覆蓋方式對馬鈴薯品質產生了一定影響。由圖1可知，在2個試驗點中，均以黑膜覆蓋處理下的塊莖淀粉含量最高，分別為15.57、15.27 g/100 g，但除霞浦點黑膜覆蓋處理較對照顯著提高19.3%之外，其余處理之間的差異不明顯。4種處理間的馬鈴薯還原糖含量在霞浦點未表現除明顯差異，但在惠安點差異顯著（圖1），相比對照，覆蓋處理的還原糖含量均不同程度降低，其中稻秸覆蓋處理下降明顯。黑膜和稻秸覆蓋處理的維生素C含量較高，在惠安點顯著高于其他2個處理，較對照分別提高39.6%和36.1%，較白膜覆蓋處理分別提高37.1%和33.6%，而在霞浦點，稻秸覆蓋處理較白膜覆蓋明顯提高36.8%。另外，不同處理間馬鈴薯蛋白質含量的差異不明顯。

圖1 不同覆蓋類型對馬鈴薯塊莖主要品質指標的影響

2.3 雜草防效

由圖2可知，3種覆蓋類型均明顯抑制了馬鈴薯田間雜草的發生。根據調查，惠安點露地栽培處理下雜草鮮重為2.07 kg/m2，黑膜、白膜和稻秸覆蓋處理則分別為0.70、1.40、1.29 kg/m2，分別下降66.4%、32.4%和37.4%；霞浦點露地栽培處理下雜草鮮重為1.45 kg/m2，黑膜、白膜和稻秸覆蓋處理則分別為0.33、0.95、1.08 kg/m2，分別下降77.6%、34.5%和25.9%。不同覆蓋處理間的雜草鮮重防效也存在明顯差異（圖2），黑膜覆蓋防效最好，在惠安和霞浦點鮮重防效分別為66.8%和77.9%，顯著高于白膜覆蓋（32.5%和34.2%）和稻秸覆蓋（37.4%和26.1%）。

圖2 不同覆蓋類型對雜草發生的影響

2.4 不同處理產量、品質和雜草防效的綜合表現

為綜合反映各處理產量、品質及雜草防效的綜合表現，根據以上結果，本研究將不同指標的數據轉化為同一量級后繪制雷達圖，由此可直觀地看出不同覆蓋類型對馬鈴薯產量、品質及雜草防效的綜合影響（圖3）。由圖3易知，黑膜覆蓋處理因其顯著的雜草防效在4個處理中表現出最好的均衡性，綜合表現最優。

圖3 不同覆蓋類型馬鈴薯產量、品質和雜草防效的綜合表現

3 討論

2個試驗點的結果表明，地膜和稻秸覆蓋有助于提高馬鈴薯產量，與何進勤等[8]、馮艷青等[9]、聶唯等[15]的研究結果相似。究其增產原因，主要有以下幾個方面。首先，地膜和稻秸覆蓋能夠減少土壤和大氣間的顯熱交換，阻礙土壤水分向大氣蒸散，具有明顯的增溫保墑作用[12]，地表溫度的提高有利于種薯萌發和馬鈴薯根系生長，以及植株營養器官的建成，并促進結薯[16]。其次，覆蓋栽培能夠明顯增加土壤細菌、真菌和放線菌的數量[17]，促進土壤養分活化，提高土壤氮、磷、鉀供應能力[18-20]，提升地力水平，為馬鈴薯生長發育提供較充足的養分。再次，地膜和稻秸覆蓋都明顯抑制了馬鈴薯田間雜草的發生（圖2），減少了馬鈴薯對養分、水分、光照等資源的競爭壓力[21]。

本試驗發現，不同覆蓋類型的增產效果存在差別，2個試驗點的結果也存在差異，惠安點產量最高的處理為稻秸覆蓋，而霞浦點則為黑膜覆蓋。這一結果說明，馬鈴薯產量對不同覆蓋類型的響應可能受所處生態條件影響，因此在選擇覆蓋類型時，還應結合考慮當地的地理氣候因素。綜合兩地結果，黑膜和稻秸覆蓋優于白膜。吳家全等[14]指出，黑膜的透光率只有1%～3%，熱輻射只有30%～40%，相比白膜，黑膜能夠顯著抑制雜草，從而減少雜草對馬鈴薯產量的影響[4]。雖然稻秸與白膜覆蓋對雜草的防效差異不明顯（圖2），但是在合適的土壤水分和溫度條件下，稻秸能夠被微生物分解并向土壤釋放養分[7]，有研究表明，稻秸覆蓋可提高土壤堿解氮、有效磷和速效鉀的含量[22]，而且能形成較穩定的土壤水熱環境，為塊莖膨大提供更優良的土壤條件[23]。

當前，關于馬鈴薯覆蓋栽培的研究多圍繞產量開展，關注塊莖品質的較少，實際上馬鈴薯塊莖營養品質除由遺傳因素控制，還受到溫度、水分等外界環境的影響[24]。地膜和稻秸覆蓋改變了土壤環境，具有明顯的增溫保墑作用，改善了冬作馬鈴薯生長過程中土壤的溫度和水分條件，因此，有必要考慮不同覆蓋類型對馬鈴薯塊莖品質的影響。本研究發現，黑膜覆蓋處理淀粉含量較高，而黑膜和稻秸覆蓋處理下維生素C含量較高，這與聶唯等[15]和Qin等[25]的研究結果一致。宋娜等[26]研究表明，在一定范圍內，馬鈴薯淀粉和維生素C含量隨田間持水量的增加而增加，合適的土壤溫度和水分有利于塊莖淀粉等營養物質的轉化和積累，這在一定程度上解釋了本研究中黑膜覆蓋有助于改善馬鈴薯品質的現象。然而，目前學界對不同覆蓋類型對馬鈴薯塊莖品質的認識仍然較為粗淺，不同覆蓋類型下馬鈴薯主要營養品質的形成特征，以及與土壤理化性質的協同變化關系需要進一步探究。

4 結論

（1）地膜和稻秸覆蓋均有助于提高冬作馬鈴薯產量水平，在一定程度上改善了塊莖營養品質，特別是黑膜和稻秸覆蓋處理，不僅增產效果顯著，且對提升塊莖淀粉和維生素C含量有較明顯的作用。

（2）得益于明顯的抑草效果，黑膜覆蓋處理在產量、營養品質和雜草控制等方面表現出最佳的均衡性，綜合表現最優。

（3）兩地試驗中增產最明顯的處理并不一致，說明不同覆蓋類型的效果受到地理氣候、土壤條件、品種等因素的影響，各區域在選擇覆蓋方式時應考慮具體的立地條件。

（4）本試驗結果說明黑膜和稻秸覆蓋具有相對優勢，但是使用普通塑料黑膜存在殘留污染問題，稻秸覆蓋也有操作復雜、勞動力消耗較大的局限，因此，后期應考慮生物降解膜的研發使用，以及創新稻秸還田方式。