半干旱区不同种植模式对覆膜马铃薯产量及水分利用效率的影响

何万春，谭伟军，王 娟，黄 凯，何小谦，韩儆仁，张娟宁

（定西市农业科学研究院，甘肃 定西 743000）

马铃薯是中国继水稻、小麦、玉米和豆类之后的第五大粮食作物，也是重要的粮菜饲兼用型作物[1]。甘肃省是中国重要的马铃薯种薯和商品薯生产基地，位于甘肃省中部的定西市是典型的干旱半干旱雨养农业区，马铃薯栽培历史悠久，是中国最佳马铃薯主产区之一[2]。马铃薯的种植模式多种多样，主要形式有敞土常规栽培、地膜覆盖栽培、无土栽培等，其中地膜覆盖栽培因其具有增温保墒、抗旱保苗、改善土壤生态环境、活化土壤养分、提高养分有效性和利用率而大面积推广。但该地区马铃薯种植模式比较混乱，因此找到一种高产高效的马铃薯种植模式对于定西马铃薯的可持续发展具有重要的现实意义。对玉米研究表明，合理密植是玉米高产的主要措施[3,4]，合理的行距可以改善冠层内的光照、温度、湿度等微气候环境，影响群体的光合效率和作物产量[5-8]。不同区域限制马铃薯产量提高的因素不同[9]。不同种植模式对覆膜马铃薯产量的研究较多，但缺少一种适合陇中干旱半干旱条件下马铃薯高产高效的种植模式。因此，本试验在干旱半干旱条件下研究了不同种植模式和密度对覆膜马铃薯产量和水分利用效率的影响，以期为该地区马铃薯的可持续生产提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验设在定西市安定区定西百泉马铃薯有限公司香泉镇基地，该地区海拔2 109 m，年均辐射量592.85 kJ/cm2，年均气温6.4 ℃，≥10 ℃积温2 239.1 ℃，年均降水量415.2 mm，年蒸发量1 531 mm，具体情况见表1、2。

表1 2017年试验期间气象数据Table 1 Meteorological data during experimentation in 2017

1.2 供试品种

试验品种为‘陇薯10 号’，由甘肃省定西市百泉马铃薯有限公司提供。

1.3 试验设计

试验在2017 年5 月1 日播种，10 月1 日收获。每处理3 次重复，采用随机区组排列，小区面积5.5 m × 10 m = 55 m2。播前结合整地施氮肥（N）4 kg/667m2，磷肥（P2O5）8 kg/667m2，钾肥（K2O）5 kg/667m2，在马铃薯始花期追施氮肥6 kg/667m2。所用肥料为撒可富（N∶P∶K=18∶18∶18）、尿素（N 46%）、过磷酸钙（P2O512%）和硫酸钾（K2O 50%）。试验处理组合见表3。

1.4 样品采集与分析

在马铃薯生育期间，分别于盛花期（7 月20日）、块茎膨大期（8 月24 日）和成熟期（9 月24 日）取3次样，每小区每次7株，按地上部、根和块茎分别称鲜重。

1.5 调查测定项目

1.5.1 生育期马铃薯生长指标记载

试验期间观察记载马铃薯出苗率和盛花期、块茎膨大期及成熟期马铃薯叶面积指数（LAI）、SPAD，在各生育期每小区取7 株测定马铃薯地上部和根鲜重、单株块茎数、单株块茎重。

表2 供试土壤理化性状Table 2 Physicochemical property of tested soil

表3 试验设计Table 3 Experiment treatment

马铃薯出苗率（%）=小区马铃薯出苗数/小区马铃薯总数×100

生育期叶面积指数（Leaf area index，LAI）用叶面积指数仪（ECA-GG05，北京益康农科技有限公司）测定，SPAD（Soil and plant analyzer development，SPAD）值用SPAD仪（SPAD-520Plus，山东恒美电子科技有限公司）测定。

1.5.2 土壤含水量的测定

利用烘干法测定播前、关键生育期（始花期、块茎膨大期）、收获后土壤0～300 cm 土壤含水量，所取土样在105 ℃烘箱中烘6～8 h 至恒重称重，计算水分利用效率（WUE）。

水分利用效率（WUE）（kg/hm2·mm）= Y/ETa，Y 为马铃薯产量（kg/hm2），ETa 为全生育期实际蒸散量。

土壤重量含水量（%）=（土壤湿重- 土壤干重）/土壤干重×100

补灌量（mm）：作物生育期补充灌溉的水量实际蒸散量（ETa，mm）=播前土壤贮水量＋降雨量＋补灌量－收后土壤贮水量

贮水量（mm）= 重量含水量× 土壤容重× 土壤层厚度（mm）

1.5.3 产量和商品薯率的测定

收获时测定未采样1 行马铃薯块茎产量和商品薯率，面积为1.1 m×10 m=11 m2。

马铃薯商品薯率（%）= 小区大于100 g 块茎重/小区块茎总重×100

1.6 数据处理

试验数据使用Excel 2010 进行统计汇总，并使用SPSS 19 对各处理数据进行方差分析和最小显著极差法检验（LSR法）。

2 结果与分析

2.1 不同处理对马铃薯田间生长的影响

表4 是马铃薯的出苗率和盛花期、块茎膨大期、收获前所测的马铃薯叶面积指数（LAI）、叶绿素含量（SPAD）以及冠层温度。由表4 可以看出，不同的栽培模式对马铃薯出苗率没有显著影响，同样，对盛花期、块茎膨大期和成熟期的叶绿素含量（SPAD）和冠层温度也没有显著影响；在同一种种植模式下密度为5 000 株/667m2处理的叶面积指数各生育期均要大于密度为4 000 株/667m2处理；而在同一密度之间，4 000 株/667m2的T2 处理叶面积指数（LAI）大于其他处理，5 000株/667m2的T6 处理叶面积指数（LAI）大于其他处理，也就是随着垄宽的变宽和垄沟的变窄叶面积指数（LAI）随之变小。

2.2 不同处理对马铃薯各生育期地上部和根鲜重的影响

表5 是不同处理对马铃薯各生育期地上部和根鲜重的影响，马铃薯地上部和根鲜重都随着马铃薯生育进程的推进呈先增后减的趋势，在块茎膨大期达到最大值。在盛花期、块茎膨大期和成熟期，当密度为4 000 株/667m2，T2 处理地上部和根鲜重最高，而当密度为5 000 株/667m2，T6 处理地上部和根鲜重最高；在同一种植模式下，一般来说，4 000 株/667m2的处理地上部鲜重和根鲜重要高于5 000株/667m2的处理，但无论密度为4 000株/667m2还是5 000 株/667m2，同为垄上微沟种植时，随着垄宽的变宽和垄沟的变窄，地上部和根鲜重都逐渐减小。

表4 不同处理对马铃薯出苗率和不同生育期LAI、SPAD、冠层温度的影响Table 4 Effects of different treatments on potato emergence rates and LAI, SPAD and canopy temperature at different growing stages

表5 不同处理对马铃薯各生育期地上部和根鲜重的影响Table 5 Effects of different treatments on aboveground and root fresh weights at different growing stages

2.3 不同处理对马铃薯生育期块茎动态变化的影响

由表6可以看出，随着生育进程的推进马铃薯块茎数和单株块茎重都逐渐增加。无论盛花期、块茎膨大期、成熟期，当密度为4 000 株/667m2时，T2 处理马铃薯块茎重高于其他处理，而当密度为5 000 株/667m2时，T6 处理马铃薯块茎重高于其他处理。总体上，T2处理马铃薯块茎重在各生育期都最高，在成熟期，与T1、T3、T4、T5、T6、T7和T8 相比，T2 处理块茎重分别高6.90%、11.51%、13.07%、25.79%、9.87%、25.84%和41.75%；在同一种植模式条件下，5 000株/667m2处理的块茎数整体大于4 000株/667m2处理，但块茎重却小于4 000株/667m2的处理。无论密度为5 000 株/667m2还是4 000株/667m2时，同为垄上微沟种植时，随着垄宽的变宽和垄沟的变窄，块茎重逐渐减小，在各生育期都是50 cm垄宽和50 cm垄沟块茎重最大。

2.4 不同处理对马铃薯产量和商品薯率的影响

表7 是不同处理对马铃薯产量和商品薯率的影响。由表7可以看出，T2处理产量最高，与T1、T3、T4、T5、T6、T7 和T8 相 比，分 别 高13.01%、19.11%、24.25%、5.60%、2.82%、13.39%和16.67%；商品薯率也是T2 处理最高，与T1、T3、T4、T5、T6、T7 和T8 相比，分别高18.43、8.72、12.40、6.49、8.12、9.51 和9.31 个百分点；无论密度为5 000 株/667m2还是4 000 株/667m2，同为垄上微沟种植时，随着垄宽的变宽和垄沟的变窄产量降低，当密度为4 000株/667m2时，随着垄宽的变宽和垄沟的变窄商品薯率也随之降低，但都高于垄沟种植时的商品薯率；而当密度为5 000株/667m2时，商品薯率则垄上微沟种植都低于垄沟种植。

表6 不同处理对马铃薯生育期块茎动态变化的影响Table 6 Effects of different treatments on tuber numbers and tuber weights at different growing stages

表7 不同处理对马铃薯产量的影响Table 7 Effects of different treatments on tuber yields

表8 不同处理对水分利用效率的影响Table 8 Effect of different treatments on water use efficiency

2.5 不同处理对水分利用效率的影响

从表8 可以看出，不同处理对马铃薯水分利用效率有显著影响，T2处理水分利用效率最高，与T1、T3、T4、T5、T6、T7 和T8 相比，分别高1.82%、9.36% 、 17.51% 、 9.32% 、 1.43% 、 16.76% 和19.20%。总体而言，在同一种植模式条件下，4 000株/667m2处理的水分利用效率高于5 000 株/667m2处理的水分利用效率，2 种密度下都是50 cm 垄宽和50 cm垄沟时水分利用效率最高。

3 讨 论

良好的营养生长是马铃薯产量形成的基础[10]，只有在营养生长阶段形成健壮的植株体，才能在生殖生长阶段形成足够多的干物质从而有最大的产量。有对玉米的研究表明，密度、光温条件是玉米高产的关键决定因素之一，种植模式的改变可以显著影响玉米群体产量[4,11]，本研究结果表明在相同的种植模式条件下，马铃薯叶面积指数（LAI）5 000 株/667m2处理要大于4 000 株/667m2处理，而地上部和根鲜重小于4 000 株/667m2处理，且都随着垄宽的变宽和垄沟的变窄而减小，但是，从产量表现看，T2 处理的产量和商品率最高，说明并不是叶面积指数（LAI）越大，地上部鲜重、根鲜重和产量越高；原因可能是在垄宽50 cm和垄沟50 cm 的条件下有利于马铃薯冠层间的通气和光能的利用，而当垄宽变宽、垄沟变窄时垄沟边两行马铃薯相互遮荫，即不利于通气，也不利于光能的利用，从而影响马铃薯产量的形成，这与武志海等[6]对玉米的研究结果相似，但还需进一步研究。

有研究表明[12,13]，不同的种植模式对作物的生长指标有显著影响，试验结果表明，随着密度增加块茎数增加，但块茎重却减少，无论密度为5 000 株/667m2还 是4 000 株/667m2，同 为 垄上微沟种植时，随着垄宽的变宽和垄沟的变窄，块茎重逐渐减小，这和胡文慧[12]、陈哲明[13]研究结果相似。可能是由于垄沟太窄时，会导致竞争空间和养分，从而影响马铃薯块茎的生长发育；4 000株/667m2处理的的水分利用效率高于5 000 株/667m2处理的水分利用效率，且在相同密度的条件下，垄上微沟种植（50 cm 垄宽、50 cm 垄沟）时的水分利用效率高于垄沟种植时的水分利用效率，都是50 cm 垄宽和50 cm 垄沟时水分利用效率最高，这和秦舒浩等[14]的研究结果一致，由此可见，50 cm 垄宽和50 cm 垄沟、密度为4 000株/667m2、垄上微沟种植是适合陇中干旱半干旱条件下马铃薯高产高效的种植模式。