黑色地膜双垄覆盖对马铃薯干物质和水分利用效率的影响

周东亮 叶丙鑫 王姣敏 张 晶

（定西市农业科学研究院，甘肃定西 743000）

马铃薯是我国继小麦、玉米和水稻之后的第四主粮，具有适应性广、营养价值高和产业链长等特点（高中强 等，2007），在黄土高原半干旱区粮食生产和农村经济发展中具有举足轻重的作用（赵永平和韩建民，2005）。长期以来，黄土高原地区降雨稀少，气候干燥，蒸发强烈（肖国举和王静，2003），水分不足是制约该区农业生产的主要瓶颈。随着地膜覆盖栽培技术的引进，其集雨、保墒和增温效应能够显著降低棵间蒸发而改善土壤水热状况，从根本上克服了旱地雨热不同季的难题（王彩绒 等，2004；杨封科，2004；张雷，2007），满足了马铃薯生长期间对水分的需求，提高了降雨利用效率和块茎产量。研究表明，地膜覆盖可以保证土壤耕层较高的含水量和温度，促进马铃薯早生快发，进而在一定程度上解决了播种时土壤水分匮乏和低温等生产问题（夏芳琴 等，2014）。然而，对于马铃薯等喜凉不耐高温的作物而言，透明地膜覆盖造成的土壤温度过高会对其生长发育形成胁迫作用（Zhang et al.，2007；Wang et al.，2009）。

黑色地膜透光率低、辐射热透过少、土壤增温幅度较透明膜小，能避免高温对马铃薯生长的不良影响，抑制杂草生长并防止马铃薯块茎表皮变绿（王红丽 等，2016）。相比普通地膜而言，黑白配色地膜具有较好的控温保墒效果，有利于马铃薯增产和改善品质（张淑敏 等，2017）。可见，改变覆盖材料可以适当降低土壤温度和保持土壤水分，为马铃薯的生长创造更加适宜的土壤微环境，从而提高马铃薯生产对自然资源的利用效率（汤瑛芳 等，2013）。地膜覆盖是马铃薯增产的重要技术手段（王连喜 等，2011），但是关于黑色地膜和垄作种植方式对马铃薯增产机制的研究鲜见报道。本试验以甘肃定西马铃薯主栽品种新大坪为供试作物，以露地垄作为对照，比较了黑膜覆盖双垄沟播与黑膜覆盖双垄垄播对马铃薯干物质生产、土壤水分、产量和水分利用效率的影响，旨在为黄土高原半干旱区马铃薯高产稳产栽培提供理论支持。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2014年4～10月在甘肃省定西市农业科学院西寨试验站进行。该区地处黄土高原丘陵沟壑区，海拔2 050 m，年均气温6 ℃，年日照时数2 500 h，无霜期213 d，年降雨量390 mm。作物一年一熟，无灌溉，为典型旱地雨养农业。试验区土壤为黄绵土，供试耕层（0～20 cm）土壤理化性状为：有机质含量8.45 g·kg-1，全氮1.23 g·kg-1，全磷0.52 g·kg-1，碱解氮49.02 mg·kg-1，速效磷25.14 mg·kg-1，速效钾 106.37 mg·kg-1，pH 值 8.24。试验期间降水变化如图1所示，2014年马铃薯全生育期内降水量为326.0 mm。

1.2 试验设计

试验采用随机区组设计，设3个处理，分别为黑膜覆盖双垄沟播（FF）：大垄宽60 cm、高15 cm，小垄宽40 cm、高15 cm，黑色地膜全地面覆盖，大小垄种植，播种在沟内；黑膜覆盖双垄垄播（FR）：起垄方式同FF，大小垄种植，播种在垄上，并在沟中膜上打孔利于水分入渗；露地垄作（CK）：垄宽60 cm、高15 cm，沟宽40 cm，垄上不覆膜，播种在垄上。每个处理3次重复。以当地马铃薯主栽品种新大坪为试验材料，小区面积为42 m2（6 m×7 m），各处理株距均为30 cm，种植密度为48 000株·hm-2。施肥量为尿素350 kg·hm-2、过磷酸钙700 kg·hm-2、有机肥15 000 kg·hm-2，所有肥料全部作为基肥一次性施入。2014年4月24日播种，9月29日收获。试验期间不灌溉，定期进行人工除草。

1.3 项目测定

1.3.1 干物质 在马铃薯苗期（5月3日）、块茎形成期（6月5日）、块茎膨大期（7月10日）、淀粉积累期（8月17日）和成熟期（9月28日）分别取具有代表性的植株5株，分别测定叶、茎、根和块茎的鲜质量；80 ℃下烘至恒重，分器官测定干物质量。

1.3.2 土壤含水量 在马铃薯播前、块茎形成期、块茎膨大期、淀粉积累期、成熟期和收获后测定0～200 cm土层土壤含水量，采用土钻取样，取样点在两行马铃薯中间，采用烘干法测定，每20 cm土层测定1次。

式中：W为土壤贮水量（mm），Wi为第i层土壤质量含水量（%），r为土壤容重（g·cm-3），Hi为第i层厚度（cm）。

1.3.3 产量 马铃薯成熟后按小区单收计产，称取鲜薯质量。每个小区取10株考种，分析单株结薯数、单薯质量和商品率。

1.3.4 水分利用效率

式中：Yd为鲜薯产量（kg·hm-2），ET为生育期耗水量（mm），Wi1为播前土壤贮水量（mm），Wi2为收获后土壤贮水量（mm），P为马铃薯生育期间降水量（mm）。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2010软件和SPSS 19.0软件处理和分析数据，利用LSD法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 黑色地膜覆盖对马铃薯干物质积累的影响

2.1.1 黑色地膜覆盖对马铃薯全株干物质积累量的影响 由图2可知，在马铃薯整个生育期内，全株干物质积累量呈现持续增加的趋势，且在块茎形成期至块茎膨大期呈直线增长，至淀粉积累期积累速率减缓，在成熟期全株干物质积累量达到最大值。黑色地膜覆盖对马铃薯主要生育时期全株干物质积累量的影响存在明显差异，在马铃薯块茎形成期，FF和FR处理的全株干物质积累量分别比CK显著增加了48.34%和31.21%。在块茎膨大期，FR处理的全株干物质积累量最大，其次为FF处理，分别比CK显著增加了35.65%和17.22%。在马铃薯淀粉积累期和成熟期，FF、FR处理的全株干物质积累量较CK显著增加了31.88%～31.98%和23.16%～27.99%。

图2 黑色地膜覆盖对马铃薯全株干物质积累量的影响

2.1.2 黑色地膜覆盖对马铃薯块茎干物质积累量的影响 由图3可知，黑色地膜覆盖下马铃薯块茎干物质积累量随着生育进程的推进呈现“S”形变化趋势。在马铃薯块茎膨大期，FF处理的块茎干物质积累量最大，其次为FR处理，分别比CK显著增加了51.80%和22.60%。与CK相比，马铃薯淀粉积累期FF和FR处理的块茎干物质积累量显著增加，增加幅度分别为15.70%和26.42%。在成熟期，FF、FR处理的块茎干物质积累量分别为6.29×103、5.95×103kg·hm-2，分别比 CK 显著增加了28.49%和21.52%。

图3 黑色地膜覆盖对马铃薯块茎干物质积累量的影响

2.2 黑色地膜覆盖对马铃薯干物质分配的影响

由表1可知，马铃薯干物质在各器官中的分配比例随生长中心的转移而变化。在块茎膨大期之前，马铃薯干物质的分配比例以叶片中的最大，苗期和块茎形成期各处理叶片干物质分配比例分别为69.71%～75.66%和48.05%～54.78%，且CK的叶片干物质分配比例显著高于FF和FR处理。而从块茎膨大期开始，不同器官的干物质分配比例从大到小依次表现为块茎＞叶＞茎＞根。块茎膨大期FR处理的块茎干物质分配比例最大，其次为FF处理，均显著高于CK。淀粉积累期和成熟期块茎干物质分配比例以FF处理最高，FR处理次之，均显著高于CK。

表01 黑色地膜覆盖对马铃薯主要生育时期各器官中干物质分配比例的影响 %

2.3 黑色地膜覆盖对马铃薯主要生育时期土壤水分的影响

由图4可知，黑色地膜覆盖对马铃薯块茎形成期、块茎膨大期、淀粉积累期和成熟期的土壤贮水量有一定的影响。马铃薯块茎形成期FF、FR处理的0～100 cm土层土壤贮水量分别比CK提高32.86%和30.63%。与块茎形成期相比，马铃薯块茎膨大期FF、FR处理的0～100 cm土层的土壤贮水量分别减少了5.1 mm和12.3 mm。块茎膨大期FF、FR处理0～200 cm土层的土壤贮水量分别比CK增加了19.55%和13.49%。进入马铃薯淀粉积累期，FF、FR和CK处理0～200 cm土层的土壤贮水量较块茎膨大期分别减少了54.7、46.3、37.0 mm。在成熟期，由于田间降雨的增加，FF、FR和CK处理0～100 cm土层的土壤贮水量较淀粉积累期分别增加了40.1、49.9、36.0mm。

图4 黑色地膜覆盖对马铃薯主要生育时期土壤贮水量的影响

2.4 黑色地膜覆盖对马铃薯产量的影响

由表2可知，FF处理的马铃薯块茎产量最高，其次为FR处理，分别比CK增产59.74%和46.11%。FF、FR处理的马铃薯单株结薯数显著高于CK，单株质量分别比CK显著增加了34.71%和23.94%，平均单薯质量也显著高于CK。黑色地膜覆盖下马铃薯的商品率表现为FF＞FR＞CK，与CK相比，FF、FR处理的商品率分别增加19.54个百分点和14.02个百分点。

表2 黑色地膜覆盖对马铃薯产量的影响

2.5 黑色地膜覆盖对马铃薯水分利用效率的影响

由表3可知，黑色地膜覆盖下FF、FR处理的耗水量分别为422.49、435.18 mm，分别比CK增加了6.80%和10.01%。水分利用效率表现为FF处理最高，FR处理次之，分别较CK显著提高了49.57%和32.82%。

表3 黑色地膜覆盖对马铃薯耗水量和水分利用效率的影响

3 结论与讨论

黄 土高原半干旱区热量丰富、光照充足，是马铃薯适宜种植区和次适宜种植区（张英莺 等，2013），但降雨偏少、自然降雨的季节性不足与作物的关键需水期不一致（Wang et al.，2009），成为了马铃薯高产高效种植的一大瓶颈。随着沟垄集雨覆膜栽培技术的推广和应用，不仅有利于集蓄雨水，增强水分下渗，还可以减少作物生长前期土壤无效蒸发，增加生育后期植株蒸腾，从而显著提高旱作农业的水分利用效率（任小龙 等，2008；李儒 等，2011）。

马铃薯干物质的积累是产量形成的物质基础，不同器官干物质的分配比例是决定增产率高低的重要因素（高聚林 等，2004）。谭雪莲等（2011）研究认为，覆膜栽培明显提高了马铃薯的生物量，马铃薯全株、块茎和地上部干物质与露地处理间均有显著差异。在本试验中，马铃薯全生育期全株干物质积累量在块茎形成期至块茎膨大期直线增长，至淀粉积累期积累速率减缓，在成熟期全株干物质积累量达到最大值。黑色地膜覆盖下马铃薯全株干物质积累量在淀粉积累期和成熟期均以FF处理的最大，分别比CK显著增加了31.98%和31.88%。随着马铃薯生育进程的推进，块茎干物质积累呈现“S”形变化趋势，FF、FR处理在成熟期的块茎干物质积累量均显著高于CK。马铃薯干物质在根、茎、叶和块茎各器官中的分配比例随着马铃薯生长中心的转移而变化，在块茎膨大期之前，马铃薯干物质的分配比例以叶片中的最大；而从块茎膨大期开始，不同器官的干物质分配比例从大到小依次表现为块茎＞叶＞茎＞根。可见，马铃薯块茎膨大期之前干物质主要分配在叶片中，目的是扩大源以生产更多的光合产物，为生育后期库的建成奠定基础，这与卢建武等（2013）、杨进荣等（2004）的研究结果一致。

研究表明，透明地膜覆盖双垄栽培可以增加0～100 cm土层土壤含水量，而且块茎产量比不覆膜处理增产29.31%～207.94%，水分利用效率增加36.15%～237.50%（Wang et al.，2005；Zhao et al.，2012，2014）。在黄土高原半干旱区，不同覆膜种植方式因集雨效率、入渗率和蒸散量等差异，影响着马铃薯田土壤水分的变化趋势（任稳江 等，2015）。在平水年和欠水年，黑色地膜覆盖有利于提高马铃薯盛花期和块茎膨大期的土壤耗水量，更好地保障了马铃薯高产的水分条件（王红丽 等，2016）。本试验中，马铃薯块茎形成期FF、FR处理0～100 cm土层的土壤贮水量分别明显高于CK处理32.86%和30.63%。随着马铃薯生育进程的递进，降雨逐渐增多的同时马铃薯对土壤水分的吸收利用也在递增。与CK相比，马铃薯块茎膨大期FF、FR处理0～200 cm土层土壤贮水量分别增加了19.55%和13.49%。可见，沟垄全覆盖种植可以更好地满足马铃薯生长发育的需求，明显提高降雨利用效率（肖继兵 等，2014）。全膜双垄沟播和全膜双垄垄播是适宜于黄土高原半干旱区马铃薯种植的高产高效的抗旱生产模式（秦舒浩 等，2011）。王颖慧等（2013）研究表明，与双垄全膜覆盖沟播相比，起垄覆膜膜侧播种更有利于马铃薯产量的增加，而且水分利用效率增加了21.42%。还有研究发现，透明地膜覆盖在提高作物产量的同时，容易造成土壤干燥化、破坏不同年际间土壤水分的平衡等（王学春 等，2009；王红丽 等，2016）。在本试验条件下，与CK相比，FF、FR处理的马铃薯块茎产量分别增加了59.74%和46.11%，耗水量增加幅度为6.80%和10.01%，水分利用效率提高了49.57%和32.82%，差异均达到显著水平。研究表明，垄膜沟播可以促使垄面膜上自然降雨流向沟内，有效增加自然降雨的集蓄量，特别是提高了小于10 mm农田降水资源化程度，改善了作物根际土壤水分状况（曹玉琴和刘彦明，1994；宋秉海，2006）。在降雨量较多的月份，双垄全膜覆盖处理的集雨效果明显好于起垄覆膜膜侧播种处理，马铃薯全生育期的耗水量增加了24.85 mm（王颖慧 等，2013）。综上所述，相比露地垄作处理而言，在2种黑色地膜覆盖马铃薯种植模式中，全膜覆盖双垄沟播（FF）处理可以提高马铃薯水分利用效率，增产效果显著，是黄土高原旱作区马铃薯生产的高效栽培模式。

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