不同覆盖时期和方式对旱地马铃薯土壤水热及产量的影响_杨成存.pdf

西 北 农 业 学 报 ，（）：不同覆盖时期和方式对旱地马铃薯土壤水热及产量的影响收稿日期：修回日期：基金项目：甘 肃 省 高 等 学 校 产 业 支 撑 计 划（）；国 家 自 然 科 学 基 金（，）；国 家 重 点 研 发 计 划（）；甘肃农业大学科技创新基金青年导师扶持基金（）。第一作者：杨成存，男，硕士研究生，从事作物栽培与耕作学研究。：通信作者：常磊，男，教授，主要从事作物生理生态研究。：杨成存，黄金文，韩凡香，包正育，柴守玺，程宏波，马建涛，黄彩霞，常磊（甘肃省干旱生境作物学重点实验室甘肃农业大学 农学院，兰州 ；兰州城市学院 城市环境学院，兰州 ；甘肃农业大学 生命科学技术学院，兰州 ；甘肃农业大学 水利水电工程学院，兰州 ）摘要于 年连续两年定位试验，设置秸秆带状秋覆盖（）、黑膜大垄秋覆盖（）、秸秆带状春覆盖（）、黑膜大垄春覆盖（）和不覆盖露地平作（）个处理，研究不同覆盖时期和覆盖方式对旱地马铃薯土壤水热及产量的影响。结果表明：秸秆带状覆盖和黑膜大垄覆盖能显著提高马铃薯全生育期 土层平均贮水量，秋覆盖大于春覆盖，与 相比，秸秆带状覆盖和地膜覆盖分别平均提高马铃薯全生育期 土层平均贮水量、；秸秆带状覆盖具有普遍的降温效应，而地膜覆盖存在普遍的增温效应，和 处理 土层平均温度分别较 降低 和 ，和 处理分别增加 和，秋覆盖降温幅度大于春覆盖，秋覆盖增温幅度小于春覆盖；秸秆带状覆盖和地膜覆盖均能显著提高马铃薯产量 、水分利用效率 ，增产效应秋覆盖优于春覆盖。此外，秸秆带状覆盖显著提高纯经济收益和产投比且秋覆盖提高幅度大于春覆盖。因此，秸秆带状覆盖栽培技术是一种增产高、绿色可持续发展的栽培模式，适宜于西北半干旱雨养区秸秆资源较为富余地区推广应用。关键词秸秆带状覆盖；地膜覆盖；土壤水热；产量；马铃薯西北半干旱雨养农业区降水资源有限且利用率低，降雨少且时空分布不均，土壤水分亏缺是限制旱作区农作物高产稳产的首要因素。因此，如何抑制土壤蒸发、保墒蓄水是提升旱作区作物产量和降水利用效率的关键。马铃薯是西北半干旱区的主栽作物之一，常年播种面积达 万 ，位居全国第二。目前，旱作区马铃薯生产主要以地膜覆盖种植为主，该技术的广泛应用，极大地提升了马铃薯产量及水分利用效率。诸多研究证实，地膜覆盖具有较好的抑蒸保墒效果，能显著提高马铃薯生育期内土壤水分 ，进而能提高产量 。但地膜覆盖在保墒的同时也明显增加了膜下土壤温度，在马铃薯生长后期，膜下长期的高温高湿环境不利于块茎增长及淀粉积累，易造成减产。此外，聚乙烯地膜的长期使用会致使农田“白色污染”加重，已不符合当前绿色可持续农业发展方向。近年来，秸秆覆盖种植技术逐渐被运用于旱农区作物生产中，有研究发现 ，秸秆覆盖具有显著的调温保墒及提高作物产量的作用。在西北旱地冬小麦生产中，秸秆覆盖 能 显 著 提 高 冬 小 麦 全 生 育 期 土 壤 水 分 ，进 而 产 量 提 高 ，水 分 利 用 效 率 提 高 。在马铃薯生产上，秸秆覆盖可显著提高马铃薯生育期内土壤水分，能显著使马铃薯增产 。但秸秆覆盖的增产效应也受覆盖时间、方式及生态区气候的影响较大。甘肃 旱 作 区 玉 米 常 年 种 植 面 积 为 万 ，玉米秸秆资源丰富，仅 利用于饲料，大量的玉米秸秆闲置，堆放于庄前屋后，存在着安全隐患，秸秆的资源化利用问题受到更广泛的关注 。近年来，甘肃农业大学干旱生境作物学国家重点实验室作物高产高效栽培和生态生理研究团队研发的利用玉米秸秆进行局部覆盖的栽培技术得以推广应用，能明显增加马铃薯产量 ，但之前对马铃薯增产效应的研究多以秋季地表覆盖为主，对于不同覆盖时期及覆盖方式下马铃薯产量效应的对比研究较少，且土壤温度监测均使用曲管式地温计，未能起到对土壤温度的连续监测，为此，本研究设置不同地表时期覆盖（春季覆盖和秋季覆盖）及覆盖方式（秸秆带状覆盖和地膜覆盖），以传统露地平作为对照，并使用电子地温计连续监测土壤温度的动态变化，研究不同覆盖时期及覆盖方式对旱地马铃薯土壤水热变化及产量的影响，旨在进一步明确和探究旱地马铃薯秸秆带状覆盖技术的增产机理，为旱地马铃薯高产栽培及农业可持续发展提供理论依据和技术支持。材料与方法 试验地概况试验于 年在甘肃省通渭县甘肃农业大学试验基地（，）进行，该区域属中温带半干旱气候，年均气温和海拔分别为 和 ，年日照时数和无霜期分别为 和 ，为典型半干旱雨养农业区，为一年一熟区。多年平均降水量 ，且 以上的降雨集中于月。试验区土壤为黄绵土，土体土壤平均体积质量为 。耕作层土壤含有机 质 、全 氮 、速 效 磷 、速效钾 、为 。年和 年马铃薯生育期内有效降水分别为 和 ，较常年分别多 和 ，均属丰水年份（图）。试验设计试验设秸秆带状秋覆盖（）、黑膜大垄秋覆盖（）、秸秆带状春覆盖（）、黑膜大垄春覆盖（）和露地平作（）共个处理，次重复，采用随机区组排列，小区面积 （长）。具体处理如下：分 的秸秆覆盖带和 的种植带，相间排列。秸秆覆盖带采用玉米整秆秋季进行覆盖，覆盖量约 株，折合风干秸秆重约 ，约为 旱地玉米秸秆量；每种植带在距离秸秆覆盖边缘 处呈“品”字型穴播行马铃薯，总带宽 ，株距 ，行距 。：秸秆覆盖带采用玉米整秆春季进行覆盖，覆盖量及种植方式同秋覆盖处理（）。：使用聚乙烯黑色地膜（幅宽 ，厚度 ）地面起大垄秋季进行覆膜，大垄宽约 ，垄高 ，垄沟宽约 ，在大垄两侧呈“品”字型穴播行马铃薯，垄宽 ，株距 ，行距 。图 年马铃薯全生育期降水量及大气温度 ：使用聚乙烯黑色地膜地面起大垄春季进行覆膜，种植方式同秋覆盖处理（）。露地平作（）：传统不覆盖平作，播种时呈“品”字 型 穴 播 行 马 铃 薯，株 距 ，行 距 。各处理播种密度均为 株。两个马铃薯生长季均在播种前对试验地进行深翻次（耕深），旋耕次（耕深），西北农业学报 卷后进行覆膜、覆秆。各小区施纯氮 、，全部作为基肥在深翻旋耕前一次性施入，马铃薯生育期内不再追肥。测定项目与方法 土壤含水量用土钻法分别在马铃薯苗期、现蕾期、块茎膨大期、淀粉积累期和成熟期按、和 共个土层，在各处理马铃薯植株间取土样，在（）的恒温下用烘干法测定土壤质量含水量。土壤质量含水量（土壤鲜质量烘干土质量）烘干土质量 土壤贮水量贮水量按公式 计算，式中：为土层深度（）；为土壤体积质量（）；为土壤质量含水量（）；为土壤贮水量（）。全生育期土壤平均贮水量为各生育时期土壤贮水量的算术平均值。土壤温度采用 温度记录仪（美国 半导体公司），设置为连续间隔记录监测马铃薯土壤、和 个土层昼夜温度变化。水分利用效率耗水量按公式（）计算，式中：是马铃薯生育期内耗水量（）；是有效降雨量（马铃薯生长时期）；是播前土壤贮水量（）；是收获时土壤贮水量（）。水分利用效率按公式 计算，式中：是水分利用效率 （）；是干薯产量（）；是生育期总耗水量（）。经济效益成熟期按小区收获计产，按当地市场价，马铃薯商品薯 元，非商品薯 元，总经济收益为商品薯与非商品薯的经济收益之和。产量测定在马铃薯收获前，各处理随机选取 株进行室内考种，依据薯质量分大型薯（）、中型薯（）和小型薯（），分别调查各等级薯的个数并称量，计算商品薯率。商品薯率（单薯鲜质量 以上的产量马铃薯总产）。马铃薯成熟时按小区收获计产，折算每公顷产量。数据处理应用 和 软件进行试验数据分析，采用 法进行差异显著性检验，显著水平为 。结果与分析 覆盖时期和方式对全生育期 土壤平均贮水量的影响由图可知，覆盖能显著改善马铃薯全生育期 土壤平均贮水量，增墒效应地膜覆盖大于秸秆带状覆盖、秋覆盖大于春覆盖。与 相比，覆盖处理平均增加，其中，秸秆带状覆 盖 和 地 膜 覆 盖 分 别 较 显 著 平 均 提 高 和，秋覆盖（）的增墒幅度大于春覆盖（），这是由于秋季地表覆盖能够有效保持秋季降水并减少春季土壤蒸发，秋季覆盖蓄水保墒效果优于春季覆盖。具体讲，生长季，与 相 比，秸 秆 带 状 覆 盖 分 别 平 均 提 高，增墒幅度均以秋覆盖（）大于春覆盖（）；地膜覆盖平均提高，增墒幅度均以秋覆盖（）大于春覆盖（）。生长 季，与 相 比，秸 秆 带 状 覆 盖 平 均 提 高，增墒幅度均以秋覆盖（）大于春覆盖（）；地膜覆盖平均提高 ，增墒幅度也是秋覆盖（）大于春覆盖（）。覆盖时期和方式对各生育时期 土壤平均贮水量的影响由图可知，覆盖能明显提高马铃薯各生育时期 土层平均贮水量。年生长季，与 相比，和 处理分别平均提高 和，受降水影响，各生育期仅淀粉积累期存在差异，较 显著提高，其他时期各处理间无显著差异。各时期，地膜覆盖与秸秆带状覆盖差异不显著。年生长季，覆盖处理能普遍提高马铃薯各生育时期土壤贮水量，与 相比，和 处理均能显著提高不同生 育 时 期 土 壤 贮 水 量，平 均 较 提 高 。处理仅在现蕾期、块茎膨大期和 淀 粉 积 累 期 存 在 显 著 差 异，分 别 增 加、和，其他时期与 无显著差异。而 处理除在成熟期与 无显著差异外，其余时期均显著高于，平均增加 。同样，地膜覆盖与秸秆带状覆盖无显著差异。可见，秸秆带状覆盖具有与地膜覆盖相似的增墒效果，但无论是秸秆带状覆盖还是地膜覆盖，其增墒效应均以秋季覆盖大于春季覆盖，这主要是由于秋季覆盖抑蒸保墒效果明显，能够有效增加降水入渗并有效阻止土壤水分蒸发，秋季覆期杨成存等：不同覆盖时期和方式对旱地马铃薯土壤水热及产量的影响盖抑蒸保墒效果更优于春季覆盖。不同小写字母表示处理间在 水平上差异显著，下同 ，图不同覆盖处理下 年马铃薯全生育期 土壤平均贮水量 苗期；现蕾期；块茎膨大期；淀粉积累期；成熟期。下同 ；图不同处理下 年马铃薯各生育时期 土壤贮水量 覆盖时期和方式对全生育期 土层平均温度的影响地表覆盖显著影响土壤温度变化（图），秸秆带状覆盖全生育期具有明显的降温效应，地膜覆盖则存在增温效应。与 相比，秸秆带状覆盖平均降低 ，降温幅度秋覆盖（）大于春覆 盖（），同 时，地 膜 覆 盖 平 均 增 温，增温幅度秋覆 盖（）小 于 春 覆 盖（），主要原因在于地膜覆盖在地表形成一层物理阻隔层，阻绝土壤热量散失，使得土壤温度得以保持，而秸秆带状覆盖能够有效阻止太阳辐射直接到达地面，使土壤温度在昼夜间变化更为平缓，缩小昼夜温差，明显平抑了土壤温度波动变化。具体看，年生长季，与 相比，秸秆带状覆盖具有普遍的降温效应，和 处理均能显著降低各生育时期土壤温度，分别降低 和 ，其 处理在淀粉积累期降温幅度最大，较 降温，秋覆盖大于春覆盖。地膜覆盖存在增温和降温双重效应，处理除淀粉积累期降温外，其余各生育时期存在明显增温效应，平均较 增温 ；处理在块茎膨大和淀粉积累分别显著降温、，苗期、现蕾期和成熟期分别增温、和。年生长季，秸秆带状覆盖具有明显的降温效应，与 相比，和 处理分别降低 和 ，其 处理苗期降温幅度最大，较 降温，秋覆盖大于春覆盖。地膜覆盖具有普遍的增温效应，与 相比，和 处理分别增加 和 ，其 处理在苗期增温幅度最大，较 增温，春覆西北农业学报 卷盖大于秋覆盖。可见，覆盖能显著影响马铃薯各生育时期 土层平均温度变化，且秸秆带状覆盖的降温效应，秋覆盖大于春覆盖，地膜覆盖增温效应，秋覆盖明显小于春覆盖。图不同处理下 年马铃薯各生育时期 土壤平均温度 覆盖时期和方式对马铃薯产量及水分利用效率的影响覆盖种植可显著提高马铃薯干薯产量、鲜薯产量和水分利用效率（表），秸秆带状覆盖和地膜覆盖分别平均较 增加干薯产量和鲜薯产量、和、，增产幅度秋覆盖（）大于春覆盖（）。这主要是由于地膜覆盖主要促进了马铃薯出苗，加快了生育进程，显著提高马铃薯单薯质量，而秸秆带状覆盖能显著提高马铃薯单株结薯数，从而提高了马铃薯产量。地膜覆盖与秸秆覆盖均能显著改善土壤水热环境，但秋季地膜覆盖与秸秆覆盖抑蒸保墒效果优于春季覆盖，从而使秋季覆盖增产效果大于春季覆盖。具体来看，在 生长季，与 相比，表不同处理下 年马铃薯产量及水分利用效率的变化 年份 处理 单株结薯数 单薯质量 干薯产量（）鲜薯产量（）商品薯率 农田耗水量 水分利用效率 （）注：为最