劉為勝,伍 琦,韋禮飛,曾小林,吳振江,時娟娟,威海霞,曹瑞群,熊新民
(1.江西省棉花研究所,江西 九江 332105;2.江西省通用技術工程學校,江西 永修 330306)
環鄱陽湖地區是中國優質棉生產基地之一,也是江西省棉花集中種植區域,常年種植面積在53.3千hm2左右。近年來,因國家棉花政策的改變,受國際國內棉花生產諸多不利因素的影響,棉花生產的物料成本和人工成本逐年增加,植棉比較效益降低,棉農植棉收益缺乏保障,棉花生產穩定性較差[1]。找到棉田合理的連、間、套作高效種植模式,提高棉田周年利用效率、復種指數、資源利用率,減少農藥化肥使用量,降低生產成本,促進農業增效和農民增收,增強農民的種棉積極性,對穩定贛北地區棉花生產具有重要的現實意義。開展馬鈴薯-棉花高效復種(連作)模式研究是充分利用棉田的有效途徑[2,3],可以提高復種指數,充分利用光、熱、水、土等自然資源,提高資源利用率,改善土壤環境,增加棉花和馬鈴薯的產量[4],增加生態效益和經濟效益。
本研究對贛北棉區冬閑棉田栽培馬鈴薯使用不同覆蓋材料進行了比較試驗,同時對種植馬鈴薯后茬連作棉花的農藝性狀、產量及品質的影響進行了分析,以期篩選出馬鈴薯-棉花高效復種(連作)栽培模式綜合效益較高的覆蓋材料組合。
馬鈴薯品種選用中薯5號,由中國農業科學院蔬菜花卉研究所育成,較適宜贛北棉區冬季種植,當地種植面積較大。該品種株型高、早熟、抗晚疫病、產量高、豐產性好、適應性廣、增產潛力大,屬于農業農村部主推品種。
棉花品種選用贛棉18,由江西省棉花研究所提供。白色地膜選擇1.5 m×400 m、厚0.015 mm普通白色地膜;黑色地膜選擇1.5 m×400 m、厚0.015 mm普通黑色地膜。稻草選用無蟲害、無霉變、潔凈的本地稻草。
試驗地塊位于江西省棉花研究所試驗基地,供試地塊土壤為潮沙壤土。馬鈴薯和棉花種植均采用直播輕簡化栽培管理技術[5,6]。
設置5個處理,分別為:處理A(CK),冬閑露地+棉花(不種馬鈴薯);處理B,黑膜覆蓋+棉花(馬鈴薯-棉花連作);處理C,黑膜+稻草覆蓋+棉花(馬鈴薯-棉花連作);處理D,白膜覆蓋+棉花(馬鈴薯-棉花連作);處理E,白膜+稻草覆蓋+棉花(馬鈴薯-棉花連作)。設置3個重復,試驗小區長7.0 m、寬4.5 m,小區面積31.5 m2,試驗面積472.5 m2,四周設保護區。
1.2.1 馬鈴薯種植試驗設計A處理冬閑露地,不種植馬鈴薯。B、C、D、E 4個處理,各種植3畦,畦寬為1.5 m,畦長7.0 m,每畦2行,共計6行,行距為0.75 m,株距為0.20 m,密度為67 500株/hm2,其中3行用于取樣,另3行用于測產。
播種前,依種薯塊莖的大小進行切塊或不切塊,30~50 g的種薯可整薯播種,50 g以上的大薯則切為30~40 g的楔形塊,要確保每個切塊有1~2個芽眼。切塊前對刀具、砧板等進行消毒,切塊后用鈣鎂磷肥、地蟲絕·辛硫磷(100∶1,質量比)進行拌種,防止交叉感染并促進傷口愈合。每畦中間開15 cm深溝,一次性填埋復合肥(N∶P∶K=19∶9∶19)1 650 kg/hm2,免耕播種,按行距為0.75 m,每畦均勻開雙行畦溝,以株距為0.20 m擺好種馬鈴薯(用種量為2 400 kg/hm2),用少許泥土將種薯覆蓋,然后根據試驗設計方案,按不同覆蓋材料組合覆蓋地膜和稻草(稻草覆蓋厚度為8~10 cm,稻草用量為16 500~18 000 kg/hm2)。馬鈴薯出苗后,人工破膜,讓幼苗露出地面,栽培管理依據當地種植習慣。馬鈴薯播種時間為2019年1月21日,收獲時間為5月20日。
1.2.2 棉花種植試驗設計 棉花采用增密、減肥、輕簡化高效栽培技術種植,種植密度為45 000株/hm2,施復合肥(N∶P∶K=19∶9∶19)1 500 kg/hm2。B、C、D、E處理的馬鈴薯收獲后,5個小區按行距0.75 cm,株距為0.29 m,每穴直播3~5粒種子,播種密度為45 000株/hm2,用種量為22.5 kg/hm2。播種時間為2019年5月21日,收獲時間為12月10日。
1.3.1 土壤取樣與測定 馬鈴薯種植前、收獲后分別取2個時期土樣。具體為2018年12月18日馬鈴薯播種前,整塊試驗區內采用5點取樣法,取地表層0~20 cm土壤,3次重復,土壤放置陰涼處自然風干,壓碎待用;2019年5月20日馬鈴薯收獲后,采用相同方法,取各小區表層0~20 cm土壤。主要測定耕作層土壤中的pH、有機質、全氮、全磷、全鉀、水解性氮、有效磷、速效鉀。
pH采用pH計測定;有機質采用重鉻酸鉀容量法測定;全氮采用FOSS凱氏定氮儀測定;全磷采用HClO4-H2SO4消煮法測定;全鉀采用火焰光度法測定;水解性氮采用堿解蒸餾法測定;有效磷采用Na2CO3-鉬銻抗比色法測定;速效鉀采用火焰光度法測定。
1.3.2 馬鈴薯調查取樣與測定
1)馬鈴薯農藝性狀調查。調查馬鈴薯的各生育期,主要調查各處理出苗期、開花期、收獲期等物候期。馬鈴薯成熟期分各小區調查馬鈴薯植株青枯病、黑脛病、早疫病、晚疫病和塊莖黑痣病等病害發生情況,并計算發病率,調查危害的嚴重程度。
2)馬鈴薯田間溫濕度測定。使用ZDR-20溫濕度儀測定各小區內部的溫濕度變化情況;使用直角地溫計測定馬鈴薯塊莖形成期至成熟期(播種后的86~88 d)的地表下5、10、15、20、25 cm 5個土層的地溫。馬鈴薯的塊莖膨大期(4月24日到5月19日),使用ZDR-20溫濕度儀,懸掛于各小區中間,距地面30 cm處,測定各小區溫濕度的變化情況,每隔5 min讀數一次,共記錄26 d,取平均值計算各小區的平均相對濕度。地溫計在開始測定前1 d埋下,使其適應土壤溫度。隔10 d測定一次,每次3 d,記錄測定日的上午8:00和下午14:00的土層溫度,最終數據取3 d的平均值。
3)馬鈴薯田間測產。調查馬鈴薯的主要農藝性狀,在馬鈴薯塊莖形成至塊莖成熟的生育期間內,共取樣4次,每次每個小區取5株,分地上部、根和塊莖3個部分,分株記錄鮮重和干重,并按塊莖重量進行分級[單鮮重<50 g(含)為小薯、50~100 g為中薯,>100 g(含)為大薯]調查數量及重量。同時,以鮮重計算商品率(單鮮重≥50 g總重量占所有鮮薯總重量的百分比)。按小區內用于測產的3行收獲全部鮮薯進行稱重,統計產量。
1.3.3 棉花調查取樣與測定
1)生育期性狀及農藝性狀。調查棉花的生育期,包括播種期、出苗期、開花期和吐絮期;固定小區內生長一致的10株進行田間農藝性狀調查,以平均數表示,測量單株鈴數。
2)產量性狀。棉花成熟吐絮時,分別在棉株的上、中、下部取樣,上部(12臺以上果枝)和下部(5臺以下果枝)各分別取10個、中部(6~12臺果枝)取30個,共取正常吐絮的棉鈴50個。曬干后測量單鈴重,軋花后,考察單鈴重、子指、衣分率等產量性狀指標;測定百粒重,在各小區內隨機數出100毛子,稱重,重復3次,取平均值;田間測產和實收計產。以11月10日(含)前所收子棉計為霜前子棉,計算霜前花率;截至12月10日(含)所收子棉重量為子棉產量。統計子棉產量、大樣的衣分率,計算出皮棉產量。
3)纖維品質測定指標。在各小區考種皮棉纖維中取20 g樣品,送農業農村部棉花品質監督檢驗測試中心進行纖維品質指標檢測,包括纖維長度、斷裂比強度、馬克隆值、整齊度指數和伸長率5項指標。
在馬鈴薯播種一周后至馬鈴薯收獲期間(2019年1月28日至5月20日)對小區內雜草生長情況進行調查,包括雜草的主要種類及發生等級,每周三上午進行一次數據統計,按各小區中雜草地面積的百分比計算發生程度,取平均值分級進行登記,具體為0級,田間無發生;1級,雜草田間覆蓋率<5%;3級,≥5%雜草田間覆蓋率<30%;5級,雜草田間覆蓋率≥30%。
分別在2018年12月28日馬鈴薯種植前和2019年5月20日馬鈴薯收獲后,對小區土壤取樣進行分析。由表1可知,從檢測結果來看,在pH方面,種植前>A>D>E>B>C,其中,C處理較A處理pH下降6.13%,降幅最大;在有機質方面,C>E>B>A>D>種植前,其中,C處理較A處理提高21.74%;在全氮方面,C>B>E>D>A>種植前,種植馬鈴薯后均得到提高,其中,C處理較A處理提高32.28%;在全磷方面,D>C>B>E>A>種植前,馬鈴薯種植前全磷濃度最低,其中,D處理較A處理提高36.34%;對全鉀分析,C>B>E>D>A>種植前,C處理略高,較A處理提高4.22%,二者差異顯著;從水解性氮方面,D>B>C>A>E>種植前,其中,D處理較A處理提高6.96%;種植馬鈴薯前最低,E處理次之,E處理較A處理降低7.36%;在有效磷方面,C>E>B>D>A>種植前,馬鈴薯種植前土壤中有效磷最低,且各處理均明顯高于種植前,其中,C處理較A處理提高24.46%;對速效鉀分析,D>C>B>E>A>種植前,種植馬鈴薯后各處理均明顯高于種植前,處理間差異較大,其中,C處理較A處理提高18.52%。

表1 種植馬鈴薯前后土壤理化性質及養分的差異
綜合分析表明,種植馬鈴薯后,土壤pH各處理較種植前更接近中性,其中C(黑膜+稻草覆蓋)處理表現更優;有機質、全氮、全鉀、有效磷方面,種植馬鈴薯后,均表現為明顯高于種植前,其中以C(黑膜+稻草覆蓋)處理在不同組合中表現最優;全磷、水解性氮、速效鉀方面,種植馬鈴薯后同樣高于種植前,D(白膜覆蓋)處理優勢較高。
由表2可知,在5~20 cm土壤層內,B、C、D、E 4個處理顯著高于對照處理A,溫度差異隨著土壤深度加深而減少,在25 cm的土壤層溫度差異不顯著。在5~10 cm土壤層內,B、C、D、E 4個處理顯著高于對照處理A,其中處理C在5~10 cm的土壤層內8:00時溫度均顯著高于對處理A,為所有處理中最高,在14:00時高于處理A,但是低于其他3個處理,日較差在5個試驗處理中最小。
由圖1可知,不同覆蓋材料組合的馬鈴薯生長期間田間相對濕度表現為D>B>C>E>A,不同覆蓋材料的小區均高于對照小區,最大差值為3.91%,差異顯著,B、C、D、E 4個處理小區間最大差值為0.83%,差異不顯著,有稻草覆蓋小區平均相對濕度較低。

圖1 不同覆蓋材料對種植馬鈴薯期間田間相對濕度的影響
由表3可知,B(黑膜覆蓋)處理及C(黑膜+稻草覆蓋)處理,雜草田間平均覆蓋率為1級;E(白膜+稻草覆蓋)處理,因稻草覆蓋減少光合作用,田間雜草多表現為莖稈發黃,雜草田間覆蓋率為3級;D(白膜覆蓋)處理,由于地膜覆蓋增加了地溫,且白膜透光性強,利于雜草生長,冬前期雜草長勢更旺,田間平均覆蓋率為5級,前期雜草生長情況高于A(冬閑露地)處理,后期較A(冬閑露地)處理弱,總體上與對照A(冬閑露地)處理基本相當;A(冬閑露地)處理在冬前期因地溫較低,雜草生長受抑制,隨氣溫逐漸上升,雜草生長明顯加快,調查表明雜草田間覆蓋率為5級。雜草田間平均覆蓋率表現為D處理和A處理小區為較高,C處理小區最低,差異明顯。

表3 不同覆蓋材料對種植馬鈴薯田間雜草生長抑制情況的影響
各試驗小區的雜草種類基本一致,以禾本科雜草為主,草種類有馬唐、狗牙根、早熟禾等禾本科雜草,菊科等雙子葉雜草種類較少。
2.5.1 對于馬鈴薯農藝性狀及產量的影響 由表4可知,馬鈴薯播期為2019年1月21日,出苗期B<D<C<E,表現為B(黑膜覆蓋)處理最早,較最晚的E(白膜+稻草覆蓋)處理早3 d;現蕾期表現與出苗期相同,B<D<C<E,表現為B(黑膜覆蓋)處理最早,較最晚的E(白膜+稻草覆蓋)處理早5 d;開花期表現均與出苗期相同;收獲期一致。

表4 不同覆蓋材料對馬鈴薯生育期、出苗率及產量的影響
從出苗率來看,C>E>B>D,C處理較D處理提高4.8個百分點,C處理較E處理提高2.2個百分點。從發病率來看,D>E>B>C,D處理較C處理高2.8個百分點,差異顯著。從青頭率來看,D>E>B>C,D處理較C處理高23.8個百分點,差異顯著。從葉綠素SPAD值的變化情況來看,馬鈴薯在開花期的葉綠素SPAD值變化規律表現為B>C>D>E,差異顯著;從產量來看,C>B>E>D,C處理分別較B、D、E處理高7.9%、16.8%、13.5%,差異顯著;從商品率來看,C>B>E>D,C處理較D處理大5.6個百分點,各類覆蓋材料組合小區間差異顯著。
綜合分析,不同組合模式中C處理(黑膜+稻草覆蓋)提高了出苗率達4.8個百分點,減少發病率2.8個百分點,并顯著降低青頭率23.8個百分點,葉綠素SPAD值低于單獨黑膜覆蓋,高于白膜覆膜及白膜+稻草覆蓋,能顯著提高馬鈴薯的產量16.8%,提高商品率5.6個百分點。
2.5.2 不同覆蓋材料對馬鈴薯單株大小薯個數及重量的影響 由表5可知,小薯個數方面,95、102、109、116 d時不同覆蓋材料處理小區間無顯著差異;中薯個數方面,95、116 d時不同覆膜材料間差異不顯著,102 d時C>E>B>D,C處理較D處理高0.29個,差異顯著;109 d時,C>B>E>D,C處理較D處理高0.31個,差異顯著;大薯個數方面,95 d無大薯,102 d時不同覆膜材料間差異不顯著,109 d時,C處理較D處理高0.34個,差異顯著,116 d時,C處理較D處理高0.45個,差異顯著;總數方面,95 d時不同覆膜材料間差異不顯著,102 d時,C處理較D處理高0.57個,差異顯著。109 d時,C處理較D處理高0.78個,差異顯著。116 d時,C處理較D處理高0.46個,差異顯著。

表5 不同覆蓋材料對馬鈴薯單株大、中、小薯個數的影響
總體分析,不同覆蓋材料組合中C(黑膜+稻草覆蓋)處理結薯總數為最高,與最低組合的差異分別為:95 d高3.1%、102 d時高13.5%、109 d時高17.5%、116 d時高10.1%,顯著高于其他組合。
由表6可知,在單株小薯重方面,95、102、109 d時,C處理高于其他處理,116 d時各處理間差異不顯著;在單株中薯重方面,102、109 d時,C處理顯著高于其他處理,116 d時除B處理外,各處理間差異不顯著;在大薯重方面,95 d無大薯,102 d時,C處理和E處理接近,且均與B、D處理差異顯著,109 d時,C處理較B處理高31.3 g,差異顯著,116 d時,C處理較D處理高101.7 g,差異顯著;從單株總薯重來看,95 d時C處理顯著高于其余3個處理,且B、D、E3個處理間差異不顯著;102 d時,C處理、E處理接近,且均顯著高于B、D 2個處理,B、D 2個處理差異不顯著;109 d時,C處理顯著高于其余3個處理,且B、E 2個 處 理 差 異 不顯 著;116 d時,C處理 較D處理高97.0 g,差異顯著。

表6 不同覆蓋材料對馬鈴薯單株大、中、小薯鮮重的影響 (單位:g)
綜合來看,單株大薯及總薯重方面C(黑膜+稻草覆蓋)處理顯著高于B、D、E 3個處理。
2.6.1 不同覆蓋材料對棉花農藝性狀、產量的影響 由表7、表8可知,在前茬馬鈴薯收獲后同時播種的情況下,不同覆蓋材料種植馬鈴薯對后茬棉花的生育期、產量、品質性狀產生一定影響。播種期一致為5月21日。出苗期早于對照處理A 2~3 d,開花期、吐絮期早于對照處理A 2~5 d,生育期縮短1 d,差異不顯著;子棉產量方面為C>B>E>D>A,處理C較對照處理A高8.9%,差異顯著;皮棉產量變化與子棉基本一致;單株大鈴數量,處理C較對照處理A高10.5%,差異顯著;單株小鈴個數,處理C較對照處理A高10.5%,差異顯著;單株鈴數,馬鈴薯不同覆蓋材料組合間差異不顯著,均表現為種植馬鈴薯后顯著高于對照A;子指方面,C處理顯著高于對照處理A,E處理低于對照處理A,其他與對照處理A差異不顯著;單鈴重方面,C處理顯著高于對照處理A;衣分率分析方面,均表現為種植馬鈴薯后顯著高于對照處理A,除D處理外不同覆蓋材料間無顯著差異。

表7 不同覆蓋材料對后茬棉花生育期的影響

表8 不同覆蓋材料對后茬棉花產量性狀的影響
由于前茬馬鈴薯使用了不同覆蓋材料種植,在前茬馬鈴薯收獲后同時播種的棉花,對其生育期影響較小,生育期縮短1 d,對于棉花產量,子棉衣分率、棉花鈴重、單株鈴數影響顯著,其中C處理(黑膜+稻草覆蓋)較對照A(冬閑露地)皮棉產量提高9.59%。
2.6.2 不同覆蓋材料對棉花品質的影響 由表9可知,不同覆蓋材料種植馬鈴薯后再種植棉花,棉花上半部分纖維平均長度具體表現為C>B=D>E>A,整齊度指數為C>B>D>A>E,斷裂比強度為C>D>A>B>E,伸長率方面,各處理均無顯著差異。

表9 不同覆蓋材料組合模式對棉花纖維品質的影響
綜合分析表明,C處理(黑膜+稻草覆蓋)在上半部纖維平均長度、整齊度指數和斷裂比強度3個指標中為所有處理中數值最高者,高于對照A(冬閑露地);B處理(黑膜覆蓋+棉花)的馬克隆值高于其他處理,伸長率各處理差異很小。
本試驗中馬鈴薯采用免耕覆蓋栽培,棉花采用直播輕簡化栽培技術,均達到省工節本。馬鈴薯于2019年5月20日收獲,按當時市場價格2.6元/kg計算,棉花子棉按市場價格5.8元/kg計算。投入品方面:棉花生產投入按9 800元/hm2計,馬鈴薯種植投入(含覆蓋黑、白薄膜)按17 550元/hm2計,覆蓋的稻草按2 250元/hm2計。
通過表10分析表明,收入方面對照A小區只有單獨的棉花產量,為4 812.07 kg/hm2,且比其他模式產量低;其余4個小區分別有馬鈴薯產量和棉花產量,總凈收入表現為C>B>D>E>A,C、B、D、E處理與對照A顯著差異,分別較A處理增加334.04%、313.76%、282.50%、281.10%。不同覆蓋材料種植馬鈴薯后,后茬種棉花的4個處理間總凈收入,B、C處理間差異不顯著,D、E處理間差異不顯著,B、C處理與D、E處理差異顯著,C處理較E處理增加13.89%,B處理較E處理增加8.57%。

表10 不同覆蓋材料薯-棉連作模式的經濟效益分析
綜合分析表明,經濟效益凈收入方面,馬鈴薯+棉花連作模式棉花產量及總收入顯著高于對照處理A(冬閑+棉花)模式,不同覆蓋材料的馬鈴薯-棉花連作模式中,C處理(黑膜+稻草覆蓋+棉花)的總凈收入在試驗組中最高,較對照A處理(冬閑+棉花)高334.04%,經濟效益顯著。
在種植馬鈴薯后,不同種類覆蓋材料4個組合(黑膜覆蓋、黑膜+稻草覆蓋、白膜覆蓋、白膜+稻草覆蓋)中黑膜+稻草覆蓋材料組合較另3個材料組合能更有效降低土壤pH,增加土壤中有機質、全氮、全鉀、有效磷含量。同時,提高土壤中的全磷、水解性氮和速效鉀含量,改善了土壤理化性能和肥力指標。
在種植馬鈴薯過程中,黑膜+稻草覆蓋材料組合較黑膜覆蓋、白膜覆蓋、白膜+稻草覆蓋材料組合更能調節田間溫濕度的變化,縮小田間溫度日較差,特別在播后86~88 d和96~98 d,田間溫度變幅更低,且田間平均相對濕度較其他覆蓋材料組合除白膜+稻草覆蓋組合外較低,馬鈴薯生長的環境溫濕度更穩定,利于高產穩產。
馬鈴薯種植過程中,黑膜+稻草覆蓋材料組合較黑膜覆蓋、白膜覆蓋、白膜+稻草覆蓋材料組合更利于馬鈴薯生長,能顯著提高馬鈴薯的出苗率,降低發病率和青頭率,提高大薯個數,顯著提高鮮薯產量。黑膜+稻草覆蓋及黑膜覆蓋材料組合較白膜覆蓋、白膜+稻草覆蓋材料組合能明顯抑制雜草生長,黑膜及黑膜+稻草處理雜草田間覆蓋率為1級,對雜草生長抑制效果明顯高于白膜+稻草和白膜覆蓋。
不同覆蓋材料與馬鈴薯互作后對棉花生長具有顯著成效。種植馬鈴薯后可以促進后茬棉花提早出苗、開花和吐絮,且子棉產量、皮棉產量、單株大鈴數、單株鈴數及衣分率均顯著高于冬閑露地,其中,黑膜+稻草覆蓋材料組合在皮棉產量、單株大鈴數、單鈴重和衣分均表現為顯著提高,優于黑膜覆蓋、白膜覆蓋、白膜+稻草覆蓋3個材料組合。
分析馬鈴薯-棉花連作栽培模式的產量、凈收益和綜合效益,馬鈴薯+棉花連作栽培模式顯著高于冬閑+棉花栽培模式,其中黑膜+稻草覆蓋材料的馬鈴薯-棉花連作栽培模式在不同種類覆蓋材料組合中顯著高于其他3個覆蓋材料組合。黑膜+稻草覆蓋的薯棉連作模式的經濟效益、生態效益、社會效益最好,為最適種植模式,可提高復種指數,提高資源利用率,增加作物產量,改善馬鈴薯品質,提高土地周年效益,促進農業增效和農民增收。該模式是贛北棉區較適宜推廣的種植模式,黑膜+稻草覆蓋材料組合對于馬鈴薯種植的增產效果顯著,可作為冬季馬鈴薯種植的主要覆蓋材料。