不同覆膜栽培方式对雨养区马铃薯光合日变化及产量的影响

李浩然， 曹君迈， 陈彦云

(1.北方民族大学生物科学与工程学院，宁夏银川 750021； 2.宁夏大学生命科学学院，宁夏银川 750021)

光合作用作为生物界最基本、最重要的物质代谢和能量代谢，是有机物合成以及碳循环的重要环节。在农业生产中，光合作用能否顺利进行，将直接影响产品的产量和质量[1]，因此改善光合性能是增加产量的重要途径[2]。而光合速率、蒸腾速率和气孔导度作为衡量光合性能的指标，都直接或间接的受到光合作用的原料——水的影响[3-5]，因此，水分是影响光合作用的重要因子之一。起垄覆膜技术凭借良好的抗旱保墒效果，在我国北方地区得到广泛的应用。通过覆盖地膜，可以有效地减少土壤微环境的热量散失、水气蒸发，增加太阳光的反射和空气阻力，提高光合速率、蒸腾速率、气孔导度，进而提高作物的光合作用强度[6-8]。

随着主粮化战略的推进，马铃薯成为重要的粮菜兼用型作物，在宁夏南部山区广泛种植，是当地农民经济收入的主要来源。但是，由于当地水资源极其匮乏，是典型的干旱半干旱地区，靠天吃饭一直是当地农业发展的瓶颈。鉴于此，本研究结合了以往研究的成果，进行露地平种、单垄单行垄上种植、单垄双行半覆膜垄上种植、单垄双行全覆膜垄上种植等6种覆膜栽培模式对马铃薯光合日变化及产量影响的研究，旨在进一步探寻不同覆膜栽培模式在旱作雨养区农业生产中的增产机制，为当地马铃薯覆膜栽培模式提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

研究区位于宁夏回族自治区中南部、黄土高原西北部中卫市海原县树台乡(地理位置105°09′～106°10′E、36°06′～37°04′N)，属黄河中游黄土丘陵沟壑区，境内丘陵起伏，沟壑纵横，海拨1 366～2 955 m，南北长95 km，东西宽80 km，总面积 6 899 km2。东与原州区相连，南与西吉县接壤，西邻甘肃靖远县、会宁县，北濒同心县。大陆性季风气候明显，特点是春暖迟、夏热短、秋凉早、冬寒长。年均气温7 ℃，≥10 ℃积温 2 398 ℃，年日照时数2 710 h，无霜期149～171 d。年均降水量为389.0 mm，年最大降水量为706.0 mm，年最小降水量为194.5 mm。年均蒸发量为2 099.6 mm，年干燥度为2.17，属于干旱半干旱带。土壤类型为黑垆土。

1.2 试验材料

以宁南山区普遍种植的马铃薯品种青薯9号为供试材料。供试地膜有2种，宽度分别为90、120 cm，均为白色地膜。

1.3 试验设计

本试验于2016年5月1日播种，设置露地平种种植(CK)、单垄单行垄上种植(T1)、单垄双行垄上种植(T2)、单垄双行半覆膜垄上种植(T3)、单垄双行全覆膜垄上种植(T4)、单垄双行半覆膜垄侧种植(T5)6种不同覆膜栽培方式。各处理株距均为40 cm，CK、T2行距为50 cm，T1行距为 100 cm，T3、T4、T5为宽窄行行距60～40 cm，各处理种植深度为20～25 cm。T1种植密度为25 000株/hm2，其余处理种植密度为50 000株/hm2，每个处理小区面积为10.0 m×4.0 m，小区间距70 cm，周边设200 cm的保护行，起垄高度为 20 cm。4次重复，随机排列。

1.4 测定项目与方法

从苗期开始每个生育期选择晴朗天气，在田间自然空气条件下使用LI-6400光合仪对待测植株由上往下数第4、5、6张完全展开叶的固定位置进行测定，每个处理随机选取3株待测植株，测定时间为07：00—18：00，每小时测定1次。所测得的净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)取各测量值的平均值作为最终结果，以减小误差，马铃薯产量以收获的实际块茎产量为准。

1.5 数据处理

用Excel 2003和SPSS 17.0处理软件进行统计分析

2 结果与分析

2.1 不同覆膜栽培方式对马铃薯叶片净光合速率的影响

由图1可知，随着马铃薯生育期的推进，各处理马铃薯叶片净光合速率均呈先增加后降低的变化趋势，并且均在块茎形成期达到最大值，在淀粉积累期降到最低值。采用起垄和覆膜的处理在马铃薯各个生育期的净光合速率均显著高于对照。其中，采用起垄种植的T1、T2栽培方式马铃薯叶片净光合速率在马铃薯全生育期的平均值较CK分别增加1.100、0.965 μmol/(m2·s)，采用起垄覆膜种植的T3、T4、T5栽培方式的马铃薯叶片净光合速率在全生育期的平均值较CK分别高2.615、3.638、2.630 μmol/(m2·s)。起垄覆膜的种植方式(T3)较起垄种植方式(T2)的净光合速率增加7.88%，全覆膜种植(T4)较半覆膜种植(T5)增加4.42%。

2.2 不同覆膜栽培方式对马铃薯叶片蒸腾速率的影响

从图2可以看出，无论是起垄种植还是起垄覆膜种植的马铃薯叶片蒸腾速率都随着马铃薯的生长呈现出先增加后降低的变化规律，与马铃薯叶片净光合速率类似，马铃薯叶片蒸腾速率也是在块茎形成期达到最大值，在淀粉积累期降到最低值。各处理的蒸腾速率在各个生育期均明显高于对照，由高到低排列依次为T4>T3>T5>T2>T1>CK，采用起垄种植的T1、T2栽培方式马铃薯叶片蒸腾速率在马铃薯全生育期的平均值较CK分别增加1.13、1.18 mmol/(m2·s)，采用起垄覆膜种植的T3、T4、T5的马铃薯叶片蒸腾速率在全生育期的平均值较CK分别高3.02、3.68、3.01 mmol/(m2·s)。在马铃薯生长的关键期块茎形成期，3个起垄覆膜处理的蒸腾速率较对照分别增加83.05%、109.11%、81.78%。

2.3 不同覆膜栽培方式对马铃薯叶片气孔导度的影响

由图3可知，不同覆膜栽培模式下的马铃薯叶片气孔导度在马铃薯全部生育期内的变化趋势与马铃薯净光合速率、蒸腾速率变化趋势一致，也是呈先升高后降低的趋势，同样是在马铃薯块茎形成期达到最大值，在淀粉积累期降到最低值。各处理在马铃薯全部生育期的气孔导度均显著高于对照，3种覆膜栽培处理除在淀粉积累期差异不明显外，在其余生育期T4均显著高于T3、T5，且T4在全生育期的气孔导度平均值分别比CK、T1、T2高218.42%、116.07%、95.16%。

2.4 不同覆膜栽培方式对马铃薯叶片胞间CO2浓度的影响

由图4可以看出，各处理马铃薯叶片胞间CO2浓度在现蕾期达到最大值，然后伴随马铃薯生育期的推进，呈先降低后升高的趋势。各处理在马铃薯全部生育期内叶片胞间CO2浓度均明显低于CK，差异均达到显著水平。起垄种植模式下的T1、T2全生育期叶片胞间CO2浓度平均值分别为224.14、222.16 μmol/mol，分别较CK降低3.11、5.09 μmol/mol，起垄覆膜模式下的T3、T4、T5较CK分别降低11.13、14.41、11.87 μmol/mol。

2.5 不同覆膜栽培方式对马铃薯产量的影响

由表1可知，全覆膜栽培模式(T4)的马铃薯单株结薯数显著或极显著高于其他处理，较对照增加52.1%，半覆膜垄侧种植模式(T5)也显著高于对照，增加26.1%。在起垄覆膜条件下，T3、T4、T5的单株产量均显著或极显著高于其他处理，并且全覆膜栽培(T4)极显著高于其他2个覆膜栽培模式(T3、T5)，分别高32.5%、26.2%。单株商品薯率的变化与单株产量变化一致，3个起垄覆膜的栽培模式(T3、T4、T5)均显著或极显著高于其他处理，并且起垄种植的2个处理(T1、T2)也显著高于对照。在实际产量方面，各处理均显著或极显著高于对照，尤其是起垄覆膜的3个处理(T3、T4、T5)较对照增产效果明显，分别增加81.1%、105.0%、94.5%。

表1 不同覆膜栽培方式对马铃薯产量的影响

注：同列数据后标有不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)。

3 讨论与结论

光合作用的顺利进行决定着农作物的产量。本研究地处干旱半干旱地区，年均气温低，年降水量极其匮乏。秦玉芝等的研究表明，马铃薯净光合速率随环境温度降低而下降[9]；张恒嘉等的研究表明，马铃薯净光合速率、蒸腾速率及气孔导度均随水分胁迫程度增加而降低[10]。本试验针对试验地特殊的环境气候设置起垄覆膜种植模式，有效地在马铃薯苗期保墒、保温，为马铃薯幼苗成长提供适宜的环境。在马铃薯成长关键期，显著提高了马铃薯叶片净光合速率、蒸腾速率及气孔导度，为马铃薯块茎的形成奠定了良好的基础，使得光合性能增强，光合产物得到有效积累，进而提升了马铃薯的产量。

有研究表明，半覆膜垄侧种植最有利于提升马铃薯产量[11]，而本试验结果为采用全覆膜垄上种植的处理增产效果最显著，分别高于半覆膜垄上种植(T3)和半覆膜垄侧种植(T5)13.2%、5.4%，其原因可能为本试验地年有效降水量过少，无法通过垄沟下渗到有效深度，而全覆膜模式可更有效地减少膜内水分的无效蒸发，满足马铃薯根部及马铃薯全部生育期的光合作用所需的水分，使得马铃薯光合性能达到最佳。

综合以上结论，单垄双行全覆膜垄上种植在提升马铃薯叶片净光合速率、蒸腾速率、气孔导度及增产方面的表现优于其他覆膜栽培方式，笔者推荐将其作为宁夏南部山区雨养区马铃薯种植的首选模式。