覆盖材料对薯棉连作栽培模式产量和品质的影响

刘为胜，伍 琦，韦礼飞，曾小林，吴振江，时娟娟，威海霞，曹瑞群，熊新民

（1.江西省棉花研究所，江西 九江 332105；2.江西省通用技术工程学校，江西 永修 330306）

环鄱阳湖地区是中国优质棉生产基地之一，也是江西省棉花集中种植区域，常年种植面积在53.3千hm2左右。近年来，因国家棉花政策的改变，受国际国内棉花生产诸多不利因素的影响，棉花生产的物料成本和人工成本逐年增加，植棉比较效益降低，棉农植棉收益缺乏保障，棉花生产稳定性较差［1］。找到棉田合理的连、间、套作高效种植模式，提高棉田周年利用效率、复种指数、资源利用率，减少农药化肥使用量，降低生产成本，促进农业增效和农民增收，增强农民的种棉积极性，对稳定赣北地区棉花生产具有重要的现实意义。开展马铃薯-棉花高效复种（连作）模式研究是充分利用棉田的有效途径［2，3］，可以提高复种指数，充分利用光、热、水、土等自然资源，提高资源利用率，改善土壤环境，增加棉花和马铃薯的产量［4］，增加生态效益和经济效益。

本研究对赣北棉区冬闲棉田栽培马铃薯使用不同覆盖材料进行了比较试验，同时对种植马铃薯后茬连作棉花的农艺性状、产量及品质的影响进行了分析，以期筛选出马铃薯-棉花高效复种（连作）栽培模式综合效益较高的覆盖材料组合。

1 材料与方法

1.1 试验材料

马铃薯品种选用中薯5号，由中国农业科学院蔬菜花卉研究所育成，较适宜赣北棉区冬季种植，当地种植面积较大。该品种株型高、早熟、抗晚疫病、产量高、丰产性好、适应性广、增产潜力大，属于农业农村部主推品种。

棉花品种选用赣棉18，由江西省棉花研究所提供。白色地膜选择1.5 m×400 m、厚0.015 mm普通白色地膜；黑色地膜选择1.5 m×400 m、厚0.015 mm普通黑色地膜。稻草选用无虫害、无霉变、洁净的本地稻草。

试验地块位于江西省棉花研究所试验基地，供试地块土壤为潮沙壤土。马铃薯和棉花种植均采用直播轻简化栽培管理技术［5，6］。

1.2 试验设计

设置5个处理，分别为：处理A（CK），冬闲露地+棉花（不种马铃薯）；处理B，黑膜覆盖+棉花（马铃薯-棉花连作）；处理C，黑膜+稻草覆盖+棉花（马铃薯-棉花连作）；处理D，白膜覆盖+棉花（马铃薯-棉花连作）；处理E，白膜+稻草覆盖+棉花（马铃薯-棉花连作）。设置3个重复，试验小区长7.0 m、宽4.5 m，小区面积31.5 m2，试验面积472.5 m2，四周设保护区。

1.2.1 马铃薯种植试验设计A处理冬闲露地，不种植马铃薯。B、C、D、E 4个处理，各种植3畦，畦宽为1.5 m，畦长7.0 m，每畦2行，共计6行，行距为0.75 m，株距为0.20 m，密度为67 500株/hm2，其中3行用于取样，另3行用于测产。

播种前，依种薯块茎的大小进行切块或不切块，30～50 g的种薯可整薯播种，50 g以上的大薯则切为30～40 g的楔形块，要确保每个切块有1～2个芽眼。切块前对刀具、砧板等进行消毒，切块后用钙镁磷肥、地虫绝·辛硫磷（100∶1，质量比）进行拌种，防止交叉感染并促进伤口愈合。每畦中间开15 cm深沟，一次性填埋复合肥（N∶P∶K=19∶9∶19）1 650 kg/hm2，免耕播种，按行距为0.75 m，每畦均匀开双行畦沟，以株距为0.20 m摆好种马铃薯（用种量为2 400 kg/hm2），用少许泥土将种薯覆盖，然后根据试验设计方案，按不同覆盖材料组合覆盖地膜和稻草（稻草覆盖厚度为8～10 cm，稻草用量为16 500～18 000 kg/hm2）。马铃薯出苗后，人工破膜，让幼苗露出地面，栽培管理依据当地种植习惯。马铃薯播种时间为2019年1月21日，收获时间为5月20日。

1.2.2 棉花种植试验设计 棉花采用增密、减肥、轻简化高效栽培技术种植，种植密度为45 000株/hm2，施复合肥（N∶P∶K=19∶9∶19）1 500 kg/hm2。B、C、D、E处理的马铃薯收获后，5个小区按行距0.75 cm，株距为0.29 m，每穴直播3～5粒种子，播种密度为45 000株/hm2，用种量为22.5 kg/hm2。播种时间为2019年5月21日，收获时间为12月10日。

1.3 测定内容与方法

1.3.1 土壤取样与测定 马铃薯种植前、收获后分别取2个时期土样。具体为2018年12月18日马铃薯播种前，整块试验区内采用5点取样法，取地表层0～20 cm土壤，3次重复，土壤放置阴凉处自然风干，压碎待用；2019年5月20日马铃薯收获后，采用相同方法，取各小区表层0～20 cm土壤。主要测定耕作层土壤中的pH、有机质、全氮、全磷、全钾、水解性氮、有效磷、速效钾。

pH采用pH计测定；有机质采用重铬酸钾容量法测定；全氮采用FOSS凯氏定氮仪测定；全磷采用HClO4-H2SO4消煮法测定；全钾采用火焰光度法测定；水解性氮采用碱解蒸馏法测定；有效磷采用Na2CO3-钼锑抗比色法测定；速效钾采用火焰光度法测定。

1.3.2 马铃薯调查取样与测定

1）马铃薯农艺性状调查。调查马铃薯的各生育期，主要调查各处理出苗期、开花期、收获期等物候期。马铃薯成熟期分各小区调查马铃薯植株青枯病、黑胫病、早疫病、晚疫病和块茎黑痣病等病害发生情况，并计算发病率，调查危害的严重程度。

2）马铃薯田间温湿度测定。使用ZDR-20温湿度仪测定各小区内部的温湿度变化情况；使用直角地温计测定马铃薯块茎形成期至成熟期（播种后的86～88 d）的地表下5、10、15、20、25 cm 5个土层的地温。马铃薯的块茎膨大期（4月24日到5月19日），使用ZDR-20温湿度仪，悬挂于各小区中间，距地面30 cm处，测定各小区温湿度的变化情况，每隔5 min读数一次，共记录26 d，取平均值计算各小区的平均相对湿度。地温计在开始测定前1 d埋下，使其适应土壤温度。隔10 d测定一次，每次3 d，记录测定日的上午8：00和下午14：00的土层温度，最终数据取3 d的平均值。

3）马铃薯田间测产。调查马铃薯的主要农艺性状，在马铃薯块茎形成至块茎成熟的生育期间内，共取样4次，每次每个小区取5株，分地上部、根和块茎3个部分，分株记录鲜重和干重，并按块茎重量进行分级［单鲜重＜50 g（含）为小薯、50～100 g为中薯，＞100 g（含）为大薯］调查数量及重量。同时，以鲜重计算商品率（单鲜重≥50 g总重量占所有鲜薯总重量的百分比）。按小区内用于测产的3行收获全部鲜薯进行称重，统计产量。

1.3.3 棉花调查取样与测定

1）生育期性状及农艺性状。调查棉花的生育期，包括播种期、出苗期、开花期和吐絮期；固定小区内生长一致的10株进行田间农艺性状调查，以平均数表示，测量单株铃数。

2）产量性状。棉花成熟吐絮时，分别在棉株的上、中、下部取样，上部（12台以上果枝）和下部（5台以下果枝）各分别取10个、中部（6～12台果枝）取30个，共取正常吐絮的棉铃50个。晒干后测量单铃重，轧花后，考察单铃重、子指、衣分率等产量性状指标；测定百粒重，在各小区内随机数出100毛子，称重，重复3次，取平均值；田间测产和实收计产。以11月10日（含）前所收子棉计为霜前子棉，计算霜前花率；截至12月10日（含）所收子棉重量为子棉产量。统计子棉产量、大样的衣分率，计算出皮棉产量。

3）纤维品质测定指标。在各小区考种皮棉纤维中取20 g样品，送农业农村部棉花品质监督检验测试中心进行纤维品质指标检测，包括纤维长度、断裂比强度、马克隆值、整齐度指数和伸长率5项指标。

1.4 田间杂草生长抑制情况调查

在马铃薯播种一周后至马铃薯收获期间（2019年1月28日至5月20日）对小区内杂草生长情况进行调查，包括杂草的主要种类及发生等级，每周三上午进行一次数据统计，按各小区中杂草地面积的百分比计算发生程度，取平均值分级进行登记，具体为0级，田间无发生；1级，杂草田间覆盖率＜5%；3级，≥5%杂草田间覆盖率＜30%；5级，杂草田间覆盖率≥30%。

2 结果与分析

2.1 不同覆盖材料种植马铃薯后对土壤理化性质及养分的影响

分别在2018年12月28日马铃薯种植前和2019年5月20日马铃薯收获后，对小区土壤取样进行分析。由表1可知，从检测结果来看，在pH方面，种植前＞A＞D＞E＞B＞C，其中，C处理较A处理pH下降6.13%，降幅最大；在有机质方面，C＞E＞B＞A＞D＞种植前，其中，C处理较A处理提高21.74%；在全氮方面，C＞B＞E＞D＞A＞种植前，种植马铃薯后均得到提高，其中，C处理较A处理提高32.28%；在全磷方面，D＞C＞B＞E＞A＞种植前，马铃薯种植前全磷浓度最低，其中，D处理较A处理提高36.34%；对全钾分析，C＞B＞E＞D＞A＞种植前，C处理略高，较A处理提高4.22%，二者差异显著；从水解性氮方面，D＞B＞C＞A＞E＞种植前，其中，D处理较A处理提高6.96%；种植马铃薯前最低，E处理次之，E处理较A处理降低7.36%；在有效磷方面，C＞E＞B＞D＞A＞种植前，马铃薯种植前土壤中有效磷最低，且各处理均明显高于种植前，其中，C处理较A处理提高24.46%；对速效钾分析，D＞C＞B＞E＞A＞种植前，种植马铃薯后各处理均明显高于种植前，处理间差异较大，其中，C处理较A处理提高18.52%。

表1 种植马铃薯前后土壤理化性质及养分的差异

综合分析表明，种植马铃薯后，土壤pH各处理较种植前更接近中性，其中C（黑膜+稻草覆盖）处理表现更优；有机质、全氮、全钾、有效磷方面，种植马铃薯后，均表现为明显高于种植前，其中以C（黑膜+稻草覆盖）处理在不同组合中表现最优；全磷、水解性氮、速效钾方面，种植马铃薯后同样高于种植前，D（白膜覆盖）处理优势较高。

2.2 不同覆盖材料对种植马铃薯期间土壤耕作层温度的影响

由表2可知，在5～20 cm土壤层内，B、C、D、E 4个处理显著高于对照处理A，温度差异随着土壤深度加深而减少，在25 cm的土壤层温度差异不显著。在5～10 cm土壤层内，B、C、D、E 4个处理显著高于对照处理A，其中处理C在5～10 cm的土壤层内8：00时温度均显著高于对处理A，为所有处理中最高，在14：00时高于处理A，但是低于其他3个处理，日较差在5个试验处理中最小。

2.3 不同覆盖材料对种植马铃薯期间田间相对湿度的影响

由图1可知，不同覆盖材料组合的马铃薯生长期间田间相对湿度表现为D＞B＞C＞E＞A，不同覆盖材料的小区均高于对照小区，最大差值为3.91%，差异显著，B、C、D、E 4个处理小区间最大差值为0.83%，差异不显著，有稻草覆盖小区平均相对湿度较低。

图1 不同覆盖材料对种植马铃薯期间田间相对湿度的影响

2.4 不同覆盖材料对种植马铃薯田间杂草生长抑制情况的影响

由表3可知，B（黑膜覆盖）处理及C（黑膜+稻草覆盖）处理，杂草田间平均覆盖率为1级；E（白膜+稻草覆盖）处理，因稻草覆盖减少光合作用，田间杂草多表现为茎秆发黄，杂草田间覆盖率为3级；D（白膜覆盖）处理，由于地膜覆盖增加了地温，且白膜透光性强，利于杂草生长，冬前期杂草长势更旺，田间平均覆盖率为5级，前期杂草生长情况高于A（冬闲露地）处理，后期较A（冬闲露地）处理弱，总体上与对照A（冬闲露地）处理基本相当；A（冬闲露地）处理在冬前期因地温较低，杂草生长受抑制，随气温逐渐上升，杂草生长明显加快，调查表明杂草田间覆盖率为5级。杂草田间平均覆盖率表现为D处理和A处理小区为较高，C处理小区最低，差异明显。

表3 不同覆盖材料对种植马铃薯田间杂草生长抑制情况的影响

各试验小区的杂草种类基本一致，以禾本科杂草为主，草种类有马唐、狗牙根、早熟禾等禾本科杂草，菊科等双子叶杂草种类较少。

2.5 不同覆盖材料对马铃薯农艺性状、商品性状及产量的影响

2.5.1 对于马铃薯农艺性状及产量的影响 由表4可知，马铃薯播期为2019年1月21日，出苗期B＜D＜C＜E，表现为B（黑膜覆盖）处理最早，较最晚的E（白膜+稻草覆盖）处理早3 d；现蕾期表现与出苗期相同，B＜D＜C＜E，表现为B（黑膜覆盖）处理最早，较最晚的E（白膜+稻草覆盖）处理早5 d；开花期表现均与出苗期相同；收获期一致。

表4 不同覆盖材料对马铃薯生育期、出苗率及产量的影响

从出苗率来看，C＞E＞B＞D，C处理较D处理提高4.8个百分点，C处理较E处理提高2.2个百分点。从发病率来看，D＞E＞B＞C，D处理较C处理高2.8个百分点，差异显著。从青头率来看，D＞E＞B＞C，D处理较C处理高23.8个百分点，差异显著。从叶绿素SPAD值的变化情况来看，马铃薯在开花期的叶绿素SPAD值变化规律表现为B＞C＞D＞E，差异显著；从产量来看，C＞B＞E＞D，C处理分别较B、D、E处理高7.9%、16.8%、13.5%，差异显著；从商品率来看，C＞B＞E＞D，C处理较D处理大5.6个百分点，各类覆盖材料组合小区间差异显著。

综合分析，不同组合模式中C处理（黑膜+稻草覆盖）提高了出苗率达4.8个百分点，减少发病率2.8个百分点，并显著降低青头率23.8个百分点，叶绿素SPAD值低于单独黑膜覆盖，高于白膜覆膜及白膜+稻草覆盖，能显著提高马铃薯的产量16.8%，提高商品率5.6个百分点。

2.5.2 不同覆盖材料对马铃薯单株大小薯个数及重量的影响 由表5可知，小薯个数方面，95、102、109、116 d时不同覆盖材料处理小区间无显著差异；中薯个数方面，95、116 d时不同覆膜材料间差异不显著，102 d时C＞E＞B＞D，C处理较D处理高0.29个，差异显著；109 d时，C＞B＞E＞D，C处理较D处理高0.31个，差异显著；大薯个数方面，95 d无大薯，102 d时不同覆膜材料间差异不显著，109 d时，C处理较D处理高0.34个，差异显著，116 d时，C处理较D处理高0.45个，差异显著；总数方面，95 d时不同覆膜材料间差异不显著，102 d时，C处理较D处理高0.57个，差异显著。109 d时，C处理较D处理高0.78个，差异显著。116 d时，C处理较D处理高0.46个，差异显著。

表5 不同覆盖材料对马铃薯单株大、中、小薯个数的影响

总体分析，不同覆盖材料组合中C（黑膜+稻草覆盖）处理结薯总数为最高，与最低组合的差异分别为：95 d高3.1%、102 d时高13.5%、109 d时高17.5%、116 d时高10.1%，显著高于其他组合。

由表6可知，在单株小薯重方面，95、102、109 d时，C处理高于其他处理，116 d时各处理间差异不显著；在单株中薯重方面，102、109 d时，C处理显著高于其他处理，116 d时除B处理外，各处理间差异不显著；在大薯重方面，95 d无大薯，102 d时，C处理和E处理接近，且均与B、D处理差异显著，109 d时，C处理较B处理高31.3 g，差异显著，116 d时，C处理较D处理高101.7 g，差异显著；从单株总薯重来看，95 d时C处理显著高于其余3个处理，且B、D、E3个处理间差异不显著；102 d时，C处理、E处理接近，且均显著高于B、D 2个处理，B、D 2个处理差异不显著；109 d时，C处理显著高于其余3个处理，且B、E 2个 处 理 差 异 不显 著；116 d时，C处理 较D处理高97.0 g，差异显著。

表6 不同覆盖材料对马铃薯单株大、中、小薯鲜重的影响 （单位：g）

综合来看，单株大薯及总薯重方面C（黑膜+稻草覆盖）处理显著高于B、D、E 3个处理。

2.6 不同覆盖材料种植马铃薯后对棉花农艺性状、产量、品质性状的影响

2.6.1 不同覆盖材料对棉花农艺性状、产量的影响 由表7、表8可知，在前茬马铃薯收获后同时播种的情况下，不同覆盖材料种植马铃薯对后茬棉花的生育期、产量、品质性状产生一定影响。播种期一致为5月21日。出苗期早于对照处理A 2～3 d，开花期、吐絮期早于对照处理A 2～5 d，生育期缩短1 d，差异不显著；子棉产量方面为C＞B＞E＞D＞A，处理C较对照处理A高8.9%，差异显著；皮棉产量变化与子棉基本一致；单株大铃数量，处理C较对照处理A高10.5%，差异显著；单株小铃个数，处理C较对照处理A高10.5%，差异显著；单株铃数，马铃薯不同覆盖材料组合间差异不显著，均表现为种植马铃薯后显著高于对照A；子指方面，C处理显著高于对照处理A，E处理低于对照处理A，其他与对照处理A差异不显著；单铃重方面，C处理显著高于对照处理A；衣分率分析方面，均表现为种植马铃薯后显著高于对照处理A，除D处理外不同覆盖材料间无显著差异。

表7 不同覆盖材料对后茬棉花生育期的影响

表8 不同覆盖材料对后茬棉花产量性状的影响

由于前茬马铃薯使用了不同覆盖材料种植，在前茬马铃薯收获后同时播种的棉花，对其生育期影响较小，生育期缩短1 d，对于棉花产量，子棉衣分率、棉花铃重、单株铃数影响显著，其中C处理（黑膜+稻草覆盖）较对照A（冬闲露地）皮棉产量提高9.59%。

2.6.2 不同覆盖材料对棉花品质的影响 由表9可知，不同覆盖材料种植马铃薯后再种植棉花，棉花上半部分纤维平均长度具体表现为C＞B=D＞E＞A，整齐度指数为C＞B＞D＞A＞E，断裂比强度为C＞D＞A＞B＞E，伸长率方面，各处理均无显著差异。

表9 不同覆盖材料组合模式对棉花纤维品质的影响

综合分析表明，C处理（黑膜+稻草覆盖）在上半部纤维平均长度、整齐度指数和断裂比强度3个指标中为所有处理中数值最高者，高于对照A（冬闲露地）；B处理（黑膜覆盖+棉花）的马克隆值高于其他处理，伸长率各处理差异很小。

2.7 不同覆盖材料薯-棉连作模式的经济效益分析

本试验中马铃薯采用免耕覆盖栽培，棉花采用直播轻简化栽培技术，均达到省工节本。马铃薯于2019年5月20日收获，按当时市场价格2.6元/kg计算，棉花子棉按市场价格5.8元/kg计算。投入品方面：棉花生产投入按9 800元/hm2计，马铃薯种植投入（含覆盖黑、白薄膜）按17 550元/hm2计，覆盖的稻草按2 250元/hm2计。

通过表10分析表明，收入方面对照A小区只有单独的棉花产量，为4 812.07 kg/hm2，且比其他模式产量低；其余4个小区分别有马铃薯产量和棉花产量，总净收入表现为C＞B＞D＞E＞A，C、B、D、E处理与对照A显著差异，分别较A处理增加334.04%、313.76%、282.50%、281.10%。不同覆盖材料种植马铃薯后，后茬种棉花的4个处理间总净收入，B、C处理间差异不显著，D、E处理间差异不显著，B、C处理与D、E处理差异显著，C处理较E处理增加13.89%，B处理较E处理增加8.57%。

表10 不同覆盖材料薯-棉连作模式的经济效益分析

综合分析表明，经济效益净收入方面，马铃薯+棉花连作模式棉花产量及总收入显著高于对照处理A（冬闲+棉花）模式，不同覆盖材料的马铃薯-棉花连作模式中，C处理（黑膜+稻草覆盖+棉花）的总净收入在试验组中最高，较对照A处理（冬闲+棉花）高334.04%，经济效益显著。

4 小结与讨论

在种植马铃薯后，不同种类覆盖材料4个组合（黑膜覆盖、黑膜+稻草覆盖、白膜覆盖、白膜+稻草覆盖）中黑膜+稻草覆盖材料组合较另3个材料组合能更有效降低土壤pH，增加土壤中有机质、全氮、全钾、有效磷含量。同时，提高土壤中的全磷、水解性氮和速效钾含量，改善了土壤理化性能和肥力指标。

在种植马铃薯过程中，黑膜+稻草覆盖材料组合较黑膜覆盖、白膜覆盖、白膜+稻草覆盖材料组合更能调节田间温湿度的变化，缩小田间温度日较差，特别在播后86～88 d和96～98 d，田间温度变幅更低，且田间平均相对湿度较其他覆盖材料组合除白膜+稻草覆盖组合外较低，马铃薯生长的环境温湿度更稳定，利于高产稳产。

马铃薯种植过程中，黑膜+稻草覆盖材料组合较黑膜覆盖、白膜覆盖、白膜+稻草覆盖材料组合更利于马铃薯生长，能显著提高马铃薯的出苗率，降低发病率和青头率，提高大薯个数，显著提高鲜薯产量。黑膜+稻草覆盖及黑膜覆盖材料组合较白膜覆盖、白膜+稻草覆盖材料组合能明显抑制杂草生长，黑膜及黑膜+稻草处理杂草田间覆盖率为1级，对杂草生长抑制效果明显高于白膜+稻草和白膜覆盖。

不同覆盖材料与马铃薯互作后对棉花生长具有显著成效。种植马铃薯后可以促进后茬棉花提早出苗、开花和吐絮，且子棉产量、皮棉产量、单株大铃数、单株铃数及衣分率均显著高于冬闲露地，其中，黑膜+稻草覆盖材料组合在皮棉产量、单株大铃数、单铃重和衣分均表现为显著提高，优于黑膜覆盖、白膜覆盖、白膜+稻草覆盖3个材料组合。

分析马铃薯-棉花连作栽培模式的产量、净收益和综合效益，马铃薯+棉花连作栽培模式显著高于冬闲+棉花栽培模式，其中黑膜+稻草覆盖材料的马铃薯-棉花连作栽培模式在不同种类覆盖材料组合中显著高于其他3个覆盖材料组合。黑膜+稻草覆盖的薯棉连作模式的经济效益、生态效益、社会效益最好，为最适种植模式，可提高复种指数，提高资源利用率，增加作物产量，改善马铃薯品质，提高土地周年效益，促进农业增效和农民增收。该模式是赣北棉区较适宜推广的种植模式，黑膜+稻草覆盖材料组合对于马铃薯种植的增产效果显著，可作为冬季马铃薯种植的主要覆盖材料。