旱地不同覆盖垄作种植对马铃薯生长、产量、品质和经济效益的影响

罗 磊，李亚杰，姚彦红，王 娟，张晓静，李德明

(1.定西市农业科学研究院， 甘肃 定西 7430002； 2.甘肃省马铃薯工程技术研究中心， 甘肃 定西 743000)

干旱是旱作农业区最主要的气象灾害，直接影响到当地粮食作物的丰歉[1-2]。马铃薯(SolanumtuberosumL.)具有耐旱、耐寒、耐瘠薄的特点，适宜范围广，增产空间大，是陇中旱作区主栽作物，但产量仅为12～18 t·hm-2，这主要是因为该区域春季地面蒸发强烈，导致自然降雨的利用效率较低和大量土壤水分散失，影响马铃薯的播种和出苗[3-4]；其次，在马铃薯出苗期至开花期正逢伏旱天气，少量降雨不能有效渗入土壤，导致土壤水分亏缺，使马铃薯前期生长发育受阻[5]。自然降水是旱地土壤水分的唯一来源，降水利用程度的高低受到耕作栽培措施的直接影响，研究旱作农业区抑制土壤水分蒸发、保墒，提高降水利用效率的技术是该区研究的热点问题[6]。垄作种植马铃薯能提高耕作层土壤水分含量，达到抗旱保墒增加产量的效果[7]。覆盖垄作作为一种有效的节水措施被应用到马铃薯种植上，但是覆盖垄作对马铃薯产量的影响说法不一，有研究表明[8-12]覆盖可以有效的增加地温，积蓄自然降水，使马铃薯产量增加，也有研究表明[13-14]覆盖会导致土壤通气性变差以及土壤温度过高而对作物产生高温胁迫进而导致作物大幅减产。马铃薯块茎淀粉和粗蛋白含量及P、K、S、Ca、Mg、Mn、Cu、Zn等元素含量受遗传因素和外界环境条件的影响[15-17]。本试验旨在通过覆盖垄作种植方式改良传统的平作培土和坑种技术，有效增加马铃薯生长前期的土壤温度和湿度，从而提高马铃薯产量和品质，为提高旱地马铃薯生产水平提供一定的技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验点概况

试验于2014年4—10月在定西市农业科学研究院作物育种基地实施，试验点海拔1 920 m,年平均气温6.3℃，年均降水量380 mm,年蒸发量1 530 mm,干燥度2.53，为典型的半干旱雨养农业区。土壤类型为黄绵土，0～20 cm土层含有机质10.8 g·kg-1，碱解氮48 mg·kg-1，有效磷19.96 mg·kg-1，速效钾114.39 mg·kg-1，土壤pH值为7.7。

1.2 试验设计

试验采用随机区组设计，共设6个处理(见表1)，各处理株距40 cm，行距70 cm，小区面积为44 m2(8.0 m×5.5 m)，1个小区种植200株，3次重复。4月3日土壤解冻时起垄覆膜，起垄前施用900 kg·hm-2(N：180 kg·hm-2；P：39.3 kg·hm-2；K：74.7 kg·hm-2)稳定性复合肥(总养分≥40%，N-P2O5-K2O，20-10-10，施可丰化工股份有限公司生产)，结合施肥用40%甲基异硫磷乳油7.5 kg加细土制成毒土施入土壤，防治地下害虫。起垄要求垄面平整细致，覆膜时力求达到紧、平、严的标准，全覆膜时在沟中膜上打孔以利于水分渗入膜下土壤。4月25日播种，9月30日收获。马铃薯全生育期所需水分全靠自然降水，除覆盖方式不同外，其它农艺措施(整地、施肥、品种、播种、田间管理等)均相同，进行同等质量的田间操作。供试马铃薯品种为定薯4号(定西市农业科学研究院选育)，中晚熟品种，生育期114 d，薯形扁圆，淡黄皮黄肉。种薯等级为原种。地膜厚度0.008～0.010 mm，全膜覆盖膜宽120 cm，半膜覆盖膜宽100 cm。垄上盖草为燕麦草。

1.3 测定指标与方法

全生育期按播种期至生理成熟期计算。用直尺测定株高(土壤表面到主茎第一花序分支处的高度，每个小区随机抽查20株测量株高，求平均值)。用直尺测定开展度(地上部植株外围最大直径，每个小区随机抽查20株测量开展度，求平均值)。成熟期按小区单收记产。鲜薯品质测定方法：直接干燥法测定干物质含量，凯氏定氮法测定粗蛋白含量，旋光法测定粗淀粉含量，荧光法测定维生素C含量；用HNO3-H2O2消煮，原子吸收分光光度法测定Zn、Fe、Ga、Se含量(干样测定)。

1.4 数据处理

对产量及生育期、农艺性状、各项品质指标等数据均采用方差分析法，显著性分析用新复极差法(SSR法)进行统计分析，对各项数据用Excel制表。

2 结果与分析

2.1 不同覆盖方式对马铃薯生育期和农艺性状的影响

由表2可见，不同覆盖处理缩短了生育期，成熟期比对照提早了5～18 d；处理CK和E全生育期与其它处理差异显著，CK最长，为151 d；处理C和A与处理B和D差异显著，处理D最短，为133 d。不同覆盖处理出苗率较对照提高了5.7～11.6个百分点；处理A、B和C出苗率与其它处理差异显著，处理A最高，为99.2%，处理D和E与CK差异显著，CK最低，为87.6%。不同覆盖处理株高较对照增加了1.2～10.5 cm；处理A和C与其它处理差异显著，处理A株高最高，为45.7 cm，处理B与处理E和D差异显著，处理E和D与CK差异显著，CK株高最低，为35.2 cm。不同覆盖处理植株开展度较对照扩大了11.1%～42.1%；处理A与其它处理差异显著，处理A开展度最大，为82.3 cm，处理C较处理B、D和E差异显著，CK开展度显著低于其它处理，为57.9 cm。说明不同覆盖垄作种植马铃薯具有缩短生育期，提早成熟，提高出苗率，增加株高和扩大植株开展度的作用。

表2 不同覆盖措施对马铃薯全生育期和农艺性状的影响 Table 2 Effect of mulching models on the growth period and agronomic traits of potato

2.2 不同覆盖方式对马铃薯产量的影响

由表3可见，不同覆盖处理较对照单株结薯数增加0.61～2.82个，单株结薯重增加3.2%～15.6%，小区大薯重增加0.02%～29.1%，小区小薯重增加4.5%～56.6%，产量增加11.5%～31.2%，除处理B和E较CK商品薯率提高1.82～3.06个百分点，其它覆盖处理较CK降低0.16～7.02个百分点。覆盖处理单株结薯数均显著高于CK，其中处理A最高，为7.63个，CK最低，为4.81个，覆盖处理中处理D单株结薯数最低。处理A单株结薯重较处理C、E和D差异不显著，显著高于处理B和CK，处理B、C、D、E和CK差异不显著；其中处理A最高，为0.717 kg，CK最低，为0.620 kg。处理A和C间小区大薯重差异不显著，但显著高于其它处理，处理B和E显著高于处理D和CK；其中处理A最高，为115.84 kg·m-2，CK最低，为89.72 kg·m-2。处理D小区小薯重最高，为29.49 kg·m-2，显著高于其它处理，处理B最低，较CK差异不显著，为17.47 kg·m-2。处理B商品薯率最高，为85.71%，与处理E和CK差异不显著，显著高于其它处理，处理C和A显著高于处理D，处理D最低，只有81.38%。处理A产量最高，为32.37 kg·hm-2，与处理C差异不显著，显著高于其它处理，CK最低，为24.68 kg·hm-2，与处理B和D差异不显著。说明覆盖种植能不同程度地增加马铃薯单株结薯数、单株结薯重和产量，白膜双垄全覆膜垄播和垄播盖草能提高马铃薯商品薯率；单株结薯数和单株结薯重的增加是不同覆盖种植模式产量增加的主要因素。

表3 不同覆盖方式对马铃薯产量的影响 Table 3 Effect of mulching models on the yield of potato

2.3 不同覆盖方式对马铃薯品质的影响

为探讨不同覆盖种植模式下商品薯的营养成分是否发生变化，测定成熟马铃薯薯块的相关营养成分。由表4可见，各处理薯块干物质含量介于18.68%～23.59%之间，CK为22.64%；其中处理A干物质含量显著低于其它处理,为18.68%，较CK降低17.49%；处理B、D和E干物质含量与CK差异不显著，其中处理B含量最高，为23.59%，较CK增加4.2%；处理C干物质含量低于对照且差异显著，降低7.2%。

表4 不同覆盖方式对马铃薯品质的影响 Table 4 Effect of mulching models on the quality of potato

各处理薯块粗淀粉含量介于13.28%～15.78%之间，CK为15.33%；其中处理A粗淀粉含量显著低于其它处理,为13.28%，较CK降低13.37%；处理B、D和E粗淀粉含量与CK相当，其中处理B含量最高，为15.78%，较CK增加2.94%；处理C粗淀粉含量低于对照且差异显著，降低6.98%。

各处理薯块粗蛋白含量介于20.33～22.43 g·100g-1之间，CK粗蛋白含量最高，为22.43 g·100g-1，其次为处理E，为21.57 g·100g-1，两者间差异不显著，但与其它处理差异显著，而其它处理间粗蛋白含量差异不显著；处理A粗蛋白含量最低，为20.33 g·100g-1，不同覆盖处理较CK粗蛋白含量降低3.83%～9.36%。

各处理间薯块维生素C含量差异不显著，其中CK维生素C含量最高，为124.4 mg·100g-1；其次为处理A，为122.4 mg·100g-1；处理D维生素C含量最低，为105.2 mg·100g-1；不同覆盖处理较CK维生素C含量降低1.61%～15.43%。

在薯块微量元素含量方面，不同覆盖处理Zn和Ga含量均高于CK，分别增加10.22%～21.17%和17.93%～84.14%；不同覆盖处理间Zn含量差异不显著，但较CK差异显著，其中处理B薯块中Zn含量最高，为16.6 mg·kg-1；处理A、B和E间Ga含量差异不显著，但较处理C、D和CK差异显著，处理C、D和CK间Ga含量差异不显著，其中处理A薯块中Ga含量最高，为0.267 g·kg-1。不同覆盖处理Fe含量较CK降低22.12%～28.32%，且差异显著；CK处理Fe含量为22.6 mg·kg-1，处理C薯块中Fe含量最低，为16.2 mg·kg-1。处理A、B和E间Se含量差异不显著，处理B、C、D、E和CK间Se含量差异不显著，处理A Se含量较处理C、D和CK差异显著；处理A Se含量最高，为1.28 μg·kg-1，处理C Se含量最低，为1.06 μg·kg-1。

总体来说，覆盖种植马铃薯薯块品质较裸地种植降低，说明覆盖种植虽然较裸地种植提高了马铃薯的产量但品质却变差。经过比对分析，处理E综合品质好于其它覆盖处理。

2.4 不同覆盖方式对马铃薯经济效益的影响

由表5可见，不同覆盖种植与常规裸地种植相比，种薯和肥料的投资额相同，但是不同覆盖种植地膜和草等覆盖材料的投资额为900～2 100元·hm-2，而裸地种植不需要这方面的投资；在每公顷投入的人工费方面，不同覆盖种植因需要在种植前覆膜覆草和收获后回收残膜剩草投入一些劳动力，所以要比裸地种植多投入750～1 500元·hm-2。不同处理因产量和商品薯率的不同，产值和纯收入不同，产值在14 279～18 440 元·hm-2，纯收入在2 414～6 385 元·hm-2；其中处理E纯收入最高，为6 385 元·hm-2，比CK(5 279 元·hm-2)增加1 106 元·hm-2，增加20.95%，其次为处理A，为6 140 元·hm-2，比CK增加861 元·hm-2，增加16.31%，处理D纯收入最低，为2 414 元·hm-2，比CK减少2 865 元·hm-2，减少54.27%。说明在经济效益上虽然不同覆盖种植每公顷的产量和产值高于常规裸地种植，但由于总投入费用不同，而使每公顷的纯收入并不全都高于裸地种植，只有在覆草、黑膜双垄全覆膜和黑膜单垄覆膜时纯收入高于裸地种植，尤以覆草处理最佳。

表5 不同覆盖方式对马铃薯经济效益的影响/(元·hm-2) Table 5 Effect of mulching models on the economic benefits of potato/(yuan·hm-2)

注:产值按2014年马铃薯商品薯价格0.7 元·kg-1计算。

Note: Output by 2014, commodity potato price 0.7 yuan·kg-1.

3 讨论与结论

旱作农业区土壤水分的唯一来源是自然降水，因此充分利用有限的自然降水，提高土壤集雨保墒能力是实现该地区旱地马铃薯增产的重要途径。地膜和秸秆覆盖为主的地表覆盖栽培技术具有明显的增温、保墒和增产效果[18-24]。买自珍等[6]就不同覆膜时期、方式与膜色对土壤水分变化的研究表明，在0～100 cm土层土壤含水量，裸地平均含水量为16.5%，早春顶凌覆膜时黑、白膜双垄全覆膜和黑、白膜单垄覆膜同层平均含水量在16.9%～18.8%，较裸地平均含水量增加0.4～2.3个百分点；高世铭[12]和赵天武[25]等研究表明，垄播覆草能明显改善0～80 cm土层土壤贮水量，提高了马铃薯出苗率，产量显著高于裸地种植；王东[8]、代海林[9]和张立功[10]等研究了沟垄覆膜栽培对旱作马铃薯生长及产量的影响，结果表明，覆膜种植使马铃薯株高、开展度明显增加，扩大植株的生长量，改善植株形态，提高了单株结薯重，尤其是提高了大中薯率，使产量显著增加；本试验结果显示，不同覆盖种植提高马铃薯出苗率，增加株高和扩大植株开展度，提高单株结薯数、结薯重和大薯产量，达到提高产量的目的，同时缩短生育期，提早成熟；说明在旱作农业区采用地膜和秸秆覆盖可以显著改善马铃薯形态指标及产量要素的构成，特别是改善了马铃薯生长发育的微环境，促进了马铃薯的生长及产量要素的构成[9]。而Baghour M[13]和聂站声[14]等研究认为覆膜使膜下土壤通气性变差和温度升高，影响马铃薯块茎的生长，最终导致减产；这可能是由于试验所在地气候、土壤条件差异和供试材料不同等原因造成的。

李峰等[26]在不同栽培模式对小麦籽粒中Zn、Fe、Mn、Cu含量的影响研究中得出，地膜覆盖和秸秆覆盖栽培可提高小麦籽粒中Zn、Fe、Mn、Cu含量；廖佳丽[26]研究认为水分对马铃薯营养品质的影响是复杂的；康玉林等[28]报道，常干旱处理和常湿润处理对马铃薯薯块淀粉含量影响不显著；王东等[8]研究表明，覆膜栽培对马铃薯薯块干物质、淀粉和蛋白质含量的影响不显著；王正荣[29]研究表明，冬季覆盖栽培马铃薯在一定程度上提高了薯块干物质、淀粉和维生素C含量；而本试验结果显示，不同覆盖处理薯块除Fe含量较裸地种植显著降低，Zn、Ga和Se等含量较裸地种植有不同程度的增加，各处理薯块维生素C含量差异不显著，不同覆盖处理薯块干物质、粗淀粉和粗蛋白含量较裸地种植减少，总体而言，覆盖种植马铃薯薯块品质较裸地种植降低；这与武秀侠等[30]研究相一致。不同研究者的试验结论不尽相同，可能是因为不同品种在不同地区、年份和施肥条件下，马铃薯薯块营养物质的积累量高低有明显差异[15]。

本试验得出，不同覆盖种植可提高马铃薯出苗率，增加株高和扩大植株开展度，提高单株结薯数、结薯重和大薯产量，达到提高产量的目的，同时缩短生育期，提早成熟，但马铃薯品质较裸地种植变差；在经济效益表现上，只有在覆草、黑膜双垄全覆膜和黑膜单垄覆膜种植时每公顷的纯收入高于裸地种植，尤以覆草处理最佳。

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