深松覆蓋模式對寧南地區(qū)雨養(yǎng)馬鈴薯水分利用效率的影響*

韓 固，苗芳芳，王 楠，侯賢清

深松覆蓋模式對寧南地區(qū)雨養(yǎng)馬鈴薯水分利用效率的影響*

韓 固，苗芳芳，王 楠，侯賢清**

（寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院，銀川 750021）

針對寧南旱區(qū)年際降水變率大、馬鈴薯產(chǎn)量和降水利用率低等問題，連續(xù)3a秋作物收獲后分別采用深松覆蓋秸稈、深松覆蓋地膜、深松不覆蓋3種深松覆蓋模式，以傳統(tǒng)翻耕不覆蓋為對照，研究不同深松覆蓋模式對休閑期和生育期土壤水分、馬鈴薯干物質(zhì)累積、產(chǎn)量和水分利用效率的影響。結(jié)果表明，深松覆蓋模式可改善休閑期土壤水分狀況，以深松覆秸稈處理效果最佳，0?200cm層平均土壤含水量較對照顯著增加6.41%。與對照相比，深松覆秸稈和深松覆地膜處理下休閑期0?200cm層平均土壤蓄水量和降水補(bǔ)給率分別顯著提高49.85%、121.85%和46.82%、83.73%。深松覆蓋模式可改善馬鈴薯生育期0?200cm層土壤含水量，調(diào)控不同生育階段耗水量。深松覆秸稈處理對生育前期（播種后0～60d）60?100cm層土壤保水效果顯著，而對照處理該階段耗水量最高，深松覆地膜處理次之，而深松覆秸稈處理最低；深松覆秸稈處理對生育中期（播種后60～120d）0?60cm（2016年）和140?200cm（2015年）層土壤保水效果較好，而深松覆地膜處理生育中期耗水量最高，深松覆秸稈處理次之，對照處理最低；深松覆秸稈處理對生育后期（播種后120～150d）0?40cm層土壤蓄水效果最佳，其階段耗水量也最高，深松覆地膜處理次之，對照處理最低。深松覆蓋模式下馬鈴薯地上部和地下部干物質(zhì)累積量均顯著高于對照，生育前期以深松覆地膜處理效果較好，而生育中后期以深松覆秸稈處理具有顯著促進(jìn)作用。深松覆蓋模式能顯著提高馬鈴薯產(chǎn)量和水分利用效率，以深松覆秸稈處理最高，平均分別較對照顯著提高49.33%、43.80%?？梢?，休閑期深松覆蓋可改善休閑期土壤水分狀況，有利于提高生育期土壤水分含量，調(diào)控馬鈴薯階段耗水量，從而增加馬鈴薯干物質(zhì)累積，實(shí)現(xiàn)作物的高產(chǎn)和水分高效利用，以深松覆蓋秸稈處理效果最佳。

深松覆蓋；土壤水分；干物質(zhì)累積；馬鈴薯產(chǎn)量；水分利用效率

寧夏南部屬于半干旱雨養(yǎng)區(qū)，降水少且分布不均，土壤蓄水能力較差，導(dǎo)致降水利用率低，難以被作物吸收，土壤水分不足是影響作物產(chǎn)量形成的重要因素。該區(qū)農(nóng)戶種植馬鈴薯多采用傳統(tǒng)翻耕方式，破壞耕層土壤結(jié)構(gòu)，同時地表裸露加速土壤水分的蒸發(fā)，進(jìn)而影響作物生長及產(chǎn)量的形成[1]。合理的耕作覆蓋措施有利于創(chuàng)造良好的耕層結(jié)構(gòu)，減少水分無效蒸發(fā)，使土壤蓄水性能增強(qiáng)，從而使作物產(chǎn)量提高[2?3]。以深松為代表的保護(hù)性耕作措施可通過增加地表覆蓋來增強(qiáng)土壤蓄水保墑性能，從而降低水分蒸發(fā)與散失，同時通過調(diào)控土壤水分對作物生長的協(xié)同作用，對進(jìn)一步挖掘?qū)幠虾底鲄^(qū)馬鈴薯的產(chǎn)量潛力至關(guān)重要。

深松可疏松土壤而不擾亂土層，改善旱地土壤的滲透性，降低土壤無效水分蒸發(fā)，提高蓄水保墑性能，從而提高馬鈴薯產(chǎn)量及水分利用效率[4?5]。深旋松耕作可促進(jìn)馬鈴薯花期和塊莖膨大期耗水，使馬鈴薯干物質(zhì)量、塊莖產(chǎn)量和水分利用效率明顯升高[6]。地面覆蓋可有效改善土壤環(huán)境，促進(jìn)作物生長和產(chǎn)量的提高。黑色地膜與不覆膜相比能抑蒸保墑，協(xié)調(diào)馬鈴薯耗水量與土壤水分之間的分配，從而增加馬鈴薯產(chǎn)量和水分利用效率[7?8]。秸稈覆蓋可顯著改善馬鈴薯生育中后期土壤水分狀況，增加土壤水分入滲能力，促進(jìn)作物根系對土壤水分的吸收利用，從而提高水分利用效率[4]。與傳統(tǒng)耕作相比，秸稈覆蓋方式下馬鈴薯關(guān)鍵生長期土壤水分條件較好，有利于馬鈴薯塊莖產(chǎn)量的形成[9]。然而單一的深松耕作或覆蓋措施下土壤蓄水能力和作物增產(chǎn)效果不佳。大量研究表明，深松結(jié)合覆蓋有利于改善土壤水分，促進(jìn)作物生長，同時降水生產(chǎn)效率、水分利用效率及產(chǎn)量均有顯著提高[10?11]。寧南半干旱區(qū)馬鈴薯生長完全依賴自然降水，由于該地區(qū)降水不均導(dǎo)致作物產(chǎn)量波動較大。目前有關(guān)深松結(jié)合覆蓋對寧南地區(qū)土壤水分時空變化特征、雨養(yǎng)馬鈴薯產(chǎn)量及水分利用效率的影響研究較少。因此，本研究在秋作物收獲后對土壤進(jìn)行深松結(jié)合不同覆蓋措施，分析其對土壤水分利用、馬鈴薯產(chǎn)量形成的影響，旨在探究實(shí)現(xiàn)旱作馬鈴薯高產(chǎn)、高效的休閑期蓄水保墑技術(shù)途徑，為旱區(qū)馬鈴薯高產(chǎn)提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 概況

試驗(yàn)于2013?2016年在寧夏回族自治區(qū)彭陽縣城陽鄉(xiāng)長城塬旱作農(nóng)業(yè)試驗(yàn)站進(jìn)行。研究區(qū)位于寧夏南部山區(qū)（106°32′?106°58′E，35°41′-36°17′N），海拔1800m，年蒸發(fā)量1050mm，年均降水量431mm，60%的降水發(fā)生在7?9月，年平均氣溫8.1℃，無霜期155d，晝夜溫差大，屬典型溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候。2013?2016年降水總量分別為396.3mm、463.2mm和369.0mm，冬閑期（10月?翌年4月）降水量分別為112.9mm、131.5mm和120.6mm。試驗(yàn)前2013年10月初0?200cm層土壤蓄水量為450.4mm，試驗(yàn)田為旱塬地，土壤質(zhì)地為黃綿土，播前0?40cm層土壤有機(jī)質(zhì)含量7.5g×kg?1，土壤速效氮、有效磷和速效鉀含量分別為58.6、8.4和150.0mg×kg?1，屬低等肥力水平。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計

試驗(yàn)設(shè)置3種深松覆蓋模式，即深松覆蓋玉米秸稈（SJ）、深松覆蓋普通白色地膜（SD）和深松不覆蓋（SB），以傳統(tǒng)翻耕不覆蓋為對照（CK），共4個處理；采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，3次重復(fù)，共12個小區(qū)，小區(qū)面積4m×9m=36m2。

耕作覆蓋處理如下：（1）深松處理：分別在2013、2014和2015年10月秋作物收獲后，采用冀鏟式深松機(jī)，進(jìn)行間隔深松，耕作深度為30?35cm，間隔寬度為40cm，然后結(jié)合不同覆蓋措施進(jìn)入冬閑期，翌年4月末?5月初穴播馬鈴薯；（2）翻耕處理：分別在2013、2014和2015年10月秋作物收獲后，采用1L-220型專用鏵式犁拖拉機(jī)耕翻土壤，耕作深度15?20cm，耕后耙耱各1次，翌年4月末?5月初穴播馬鈴薯。（3）秸稈覆蓋處理：耕作處理后進(jìn)行秸稈覆蓋，覆蓋厚度5?8mm，玉米秸稈用量9000kg·hm?2，覆蓋方式為整稈覆蓋。（4）地膜覆蓋處理：經(jīng)過耕作處理后進(jìn)行地膜覆蓋，普通地膜為0.8m寬、0.008mm厚聚乙烯白色地膜，覆蓋方式為平膜覆蓋。

試驗(yàn)前茬作物為春玉米，采用傳統(tǒng)翻耕不覆蓋模式。馬鈴薯供試品種為隴薯3號，采用平作栽培方式，寬窄行種植，寬行60cm，窄行40cm，株距40cm，種植密度5萬株·hm?2，穴播后蓋土；施肥方式結(jié)合秋耕實(shí)行秋施肥，施農(nóng)家肥（牛糞）30t·hm?2，氮（N）69kg·hm?2，磷（P2O5）69kg·hm?2，鉀（K2O）75kg·hm?2。試驗(yàn)期間無灌水，進(jìn)行人工除草。馬鈴薯分別于2014年4月28日、2015年5月2日、2016年5月4日播種，于2014年10月3日、2015年9月23日、2016年10月2日收獲。

1.3 測定項(xiàng)目及方法

（1）土壤質(zhì)量含水量觀測

在冬春休閑期（10月3日?翌年4月28日）及馬鈴薯播后0、30、60、90、120和150d，采用土鉆取土烘干法分別測定0?200cm層土壤質(zhì)量含水量（%），每20cm土層取樣，并計算0?200cm層土壤蓄水量[4]。

（2）0?200cm層土壤蓄水量計算

W=10hab （1）

式中，W為土壤蓄水量（mm），h為土層深度（cm），a為土壤容重（g×cm?3），b為土壤質(zhì)量含水量（%），10為換算系數(shù)。

（3）馬鈴薯各生育階段耗水量計算

ETi=Wi?Wi+1+Pi（2）

式中，ETi為第i生育階段的耗水量（mm），Wi為某生育期初始時的土壤蓄水量（mm），Wi+1為該生育期結(jié)束時的土壤蓄水量（mm），Pi為生育階段降水量（mm），土壤蓄水量及不同時段耗水量均以2m層土壤質(zhì)量含水量計算。

（4）休閑期降水補(bǔ)給率計算

Q=(P0?P1)/Pi（3）

式中，Q為休閑期降水補(bǔ)給率（%），P0為休閑末期土壤蓄水量（mm），P1為休閑初期土壤蓄水量（mm），Pi為休閑期降水量（mm）。

（5）水分利用效率計算

WUE=Y/ET （4）

式中，WUE為水分利用效率[kg×（hm?2·mm?1）]，Y為作物產(chǎn)量（kg×hm?2），ET為作物耗水量（mm）。

（6）馬鈴薯干物質(zhì)累積量

分別在播后30、60、90、120和150d取長勢均勻的3株馬鈴薯，將地上部（莖、葉）和地下部（根、塊莖）干物質(zhì)重殺青后烘干稱重[7]。

（7）馬鈴薯產(chǎn)量

馬鈴薯收獲期分小區(qū)進(jìn)行測產(chǎn)。

1.4 統(tǒng)計方法

利用Excel 2016進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，運(yùn)用DPS 2005進(jìn)行單因素隨機(jī)區(qū)組統(tǒng)計分析，最小顯著差異法（LSD）進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)（P<0.05），采用Origin 2017 Pro制圖，Sufer 15.0繪制插值圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 深松覆蓋對休閑期土壤水分和降水補(bǔ)給率的影響

2.1.1 土壤含水量

由圖1可見，休閑期初，2013年10月由于試驗(yàn)處理前無耕作覆蓋，各處理0?200cm層土壤含水量均相同。3a休閑期末各處理0?200cm層土壤含水量垂直變化受不同耕作覆蓋措施的影響較大，不同耕作覆蓋方式可顯著提高土壤的蓄水保墑能力，與深松不覆蓋（SB）和傳統(tǒng)耕作（CK）處理相比，SJ處理0?200cm層平均土壤含水量分別顯著提高5.31%和6.41%。3a試驗(yàn)期間，傳統(tǒng)耕作與深松覆蓋各處理均以40cm深處土壤含水量最大。從40cm深處土壤含水量數(shù)值上看，不同試驗(yàn)?zāi)甓雀魈幚黹g略有差別，其中除2014年深松覆蓋玉米秸稈（SJ）和深松覆蓋普通白色地膜（SD）略低于CK外，2015年SJ和SD處理最大，2016年SJ處理最大，SD和SB處理次之。與CK處理相比，SJ處理平均顯著提高土壤含水量6.88%，與SB相比，SJ、SD處理分別平均顯著提高土壤含水量10.18%和5.87%。說明深松覆蓋有利于提高休閑期末土壤含水量，以深松覆秸稈處理效果最佳，深松覆地膜處理次之。

2013/2014年度，休閑期初和期末各處理0?60cm層土壤含水量均較高，各處理休閑期末0?60cm層平均土壤含水量均較休閑期初降低，但差異均不顯著；休閑期末SD處理60?120cm層土壤含水量最高，SJ、SB處理次之，平均分別較CK顯著提高15.25%、8.37%和5.05%，SD處理較SB處理平均顯著提高9.71%，而其它處理間無顯著差異。2014/2015年度，休閑期初SJ處理60?140cm層土壤含水量最高，較CK平均顯著提高10.99%，SD、SB處理次之，其它處理間無顯著差異；休閑期末SJ處理40?160cm層土壤含水量最高，SD、SB處理次之，但各處理間差異不顯著。2015/2016年度，休閑期初SJ處理0?200cm層平均土壤含水量顯著高于CK處理11.85%，顯著高于SB處理16.77%；休閑期末SJ處理0?100cm層土壤含水量最高，SD、SB處理次之，平均分別較CK顯著提高24.00%、12.56%和8.67%，而SJ處理較SB處理顯著提高13.46%。3a休閑期0?200cm層平均土壤含水量以SJ處理最高，SD處理次之，SB、CK處理較低。深松覆蓋處理下0?200cm層土壤含水量較高，SB處理次之，CK處理最低，SJ處理分別較CK、SB處理顯著提高6.41%和5.31%，而SB處理與CK無顯著差異?？梢?，深松覆秸稈處理休閑期土壤含水量較高，深松覆地膜處理次之。

注：誤差線表示P=0.05水平上的最小顯著性差異（LSD），SD：深松覆地膜；SB：深松不覆蓋；SJ：深松覆秸稈；CK：翻耕不覆蓋。下同。

Note: The error bars represent the least significant differences (LSD) at P= 0.05.SD: subsoiling with plastic film mulch; SB: subsoiling with no mulch; SJ: subsoiling with straw mulching; CK: conventional tillage with no mulching. The same as below.

2.1.2 土壤蓄水量和降水補(bǔ)給率

由表1可知，3a試驗(yàn)期間，深松結(jié)合不同覆蓋措施下休閑期0?200cm層土壤蓄水量較對照（翻耕不覆蓋）均顯著增加，且休閑期初深松覆地膜處理土壤蓄水效果較好，而休閑期末深松覆秸稈處理土壤蓄水效果最佳。與CK處理相比，休閑期平均土壤蓄水量SJ、SD處理分別相對顯著增加49.85%和46.82%。2013/2014年度休閑期初，各處理0?200cm層土壤蓄水量相同（450.4mm）；休閑期末，SD處理土壤蓄水量最高，SJ處理次之，分別較CK相對顯著提高9.27%和5.92%，SD較SB處理相對顯著提高8.09%。2014/2015年度休閑期初，SJ處理土壤蓄水量最高，較CK相對顯著提高5.96%；休閑期末，SJ處理土壤蓄水量最高，SD處理次之，SJ處理分別較CK、SB處理相對顯著提高11.37%和8.49%，而其它處理間無顯著差異。2015/2016年度，休閑期初以SD處理土壤蓄水量最高，SJ處理次之，分別較CK處理相對顯著提高15.48%和6.78%，SD處理較SB處理相對顯著提高13.32%；休閑期末，SJ處理土壤蓄水量最高，SD處理次之，分別較CK相對顯著提高29.61%和24.44%，較SB處理分別相對顯著提高31.09%和25.87%，SB處理與CK處理無顯著差異。說明深松覆蓋處理能顯著提高休閑期土壤蓄水量，以深松覆秸稈處理效果最佳，深松覆地膜處理次之。

由表1可知，試驗(yàn)期間，深松結(jié)合秸稈覆蓋下平均休閑期降水補(bǔ)給率最高，深松覆地膜處理次之，深松不覆蓋處理最低。與CK相比，SJ、SD處理休閑期兩年平均降水補(bǔ)給率分別相對顯著提高121.85%和83.73%，較SB處理平均分別相對顯著提高134.50%和94.21%，SB與CK處理之間差異不顯著。2013/2014年度各處理降水補(bǔ)給率以SD處理最高，SJ處理次之，SB、CK處理最低，分別較CK處理相對顯著提高171.16%、109.32%和20.18%，SD、SJ處理分別較SB處理相對顯著提高125.64%和74.18%。2014/2015年度和2015/2016年度兩年降水補(bǔ)給率均以SJ處理最高，SD處理次之，SB處理最低，與CK相比，SJ、SD處理平均分別相對顯著提高125.46%和58.55%，與SB處理相比，SJ、SD處理平均分別相對顯著提高158.43%和81.74%，而SB處理較CK處理相對顯著降低12.76%。由此可見，深松覆秸稈處理可顯著提高休閑期降水補(bǔ)給率，深松覆地膜處理次之。

表1 各處理休閑期初（SP）和期末（EP）0?200cm土層蓄水量和降水補(bǔ)給率（PR）

注：同列小寫字母表示處理間在0.05水平上的差異顯著性。下同。

Note: Lowercase within the same column indicates the difference significance among treatments at 0.05 level. The same as below.

2.2 深松覆蓋對馬鈴薯生長季土壤水分和階段耗水量的影響

2.2.1 土壤水分

克里格插值圖可通過等值線的疏密程度來反映不同處理下土壤水分時空變化的劇烈程度。由圖2可見，馬鈴薯全生育期不同處理土壤含水量均呈高?低?高的變化趨勢，隨著土層的加深，土壤含水量逐漸降低。2014年馬鈴薯生育前期（播種后0～60d）和后期（播種后120～150d）各處理0?200cm層土壤含水量較高，等值線較密，土壤含水量時空變化劇烈。0?80cm層土壤含水量各處理均較高，SJ處理分別較CK、SB處理平均顯著增加12.66%和11.54%，而其它處理間差異不顯著；生育中期（播種后60?120d）由于降水較少，土壤含水量較低，等值線相對稀疏，但120?200cm層土壤含水量較高；生育后期（播種后120～150d）0?120cm層土壤含水量較高，等值線較密，但生育中后期各處理間差異均不顯著。說明深松覆秸稈處理對馬鈴薯生育前期和中期120?200cm層土壤保水效果最佳，而對生育后期0?120cm層保水效果較好。

2015年生育前期（播種后0～60d），等值線分布較稀疏，土壤水分變化緩慢，各處理0?200cm層土壤含水量均隨土層的加深而降低，20?100cm層土壤含水量最高，SJ、SD處理平均分別較CK顯著增加19.23%、18.61%，較SB處理顯著增加10.66%和10.08%；生育中期（播種后60～120d）各處理140?200cm層土壤含水量最高且等值線分布較密，SJ、SD、SB處理平均分別較CK顯著增加16.83%、7.53%、6.00%，SJ較SB處理顯著增加8.65%；生育后期（播種后120～150d）各處理土壤水分等值線均在0?60cm層分布較密，80?200cm層疏松，土壤含水量在0?60cm層最高，SJ處理平均較CK、SB處理分別顯著增加15.68%和21.47%，而SD、SB處理與CK差異均不顯著。可見，在馬鈴薯生育前期和后期深松覆秸稈處理對20?60cm層土壤保水效果最佳，而在生育中期對140?200cm層保水效果較好。

2016年各處理0?200cm層土壤含水量明顯增加，并隨土層的加深而逐漸降低。整個生育期內(nèi)SJ、SD處理等值線分布緊密，土壤水分空間變化劇烈，SB、CK處理分布稀疏，整體土壤含水量較低。生育前期（播種后0～60d），SJ處理對提高0?200cm層土壤含水量效果最佳，較CK、SB處理分別顯著增加23.20%和17.68%，而SD、SB處理均與CK差異不顯著；生育中期（播種后60～120d），各處理0?60cm層土壤含水量最高，SJ、SD處理平均分別較CK顯著增加26.52%、14.69%，平均分別較SB處理顯著提高30.50%、18.29%，SB處理與CK差異不顯著；生育后期（播種后120～150d），各層土壤水分無明顯變化，各處理間差異不顯著。說明深松覆秸稈處理對馬鈴薯生育前期和中期0?60cm層保水效果最好，而生育后期各處理間無明顯變化。

2.2.2 階段耗水量

由表2可知，深松覆蓋可降低土壤蒸發(fā)量，以調(diào)控馬鈴薯生育期田間階段耗水量，但各處理不同階段耗水量存在差異。生育前期（播種后0～60d），傳統(tǒng)耕作由于地表無覆蓋，水分蒸發(fā)強(qiáng)烈，耗水量顯著高于各深松覆蓋處理。2014年和2015年均以SD處理耗水量最高，CK處理次之，2016年以CK處理最高，SB、SJ處理次之，生育前期耗水量3a平均高低次序依次為CK>SD>SB>SJ，SJ處理較CK顯著降低24.21%；生育中期（播種后60～120d），以2014年和2016年SD處理耗水量最高，2015年以SJ處理最高，SB和SD處理次之，與CK相比，SD、SJ、SB處理平均分別顯著提高10.36%、8.99%和8.32%，而SD與SB處理差異不顯著；生育后期（播種后120～150d），3a內(nèi)均以SJ處理最高，2014和2016年以SD處理次之，而2015年CK處理次之，與CK相比，SJ、SD、SB處理3a平均分別顯著提高186.88%、67.60%和9.38%，與SB處理相比，SJ、SD處理3a平均分別提高162.29%和34.74%；各處理馬鈴薯生育期總耗水量高低次序依次為SD>SJ>SB>CK，與CK相比，SD、SJ處理平均分別提高7.81%和6.68%，而SB處理與CK處理無顯著差異，與SB處理相比，SD、SJ處理平均分別提高6.01%和4.90%。說明深松覆蓋地膜處理馬鈴薯生育期總耗水量最高，深松覆地膜和翻耕不覆蓋處理均可顯著增加馬鈴薯生育前期和中期耗水量，而深松覆秸稈處理可增加生育后期耗水量。

表2 各處理馬鈴薯播后不同階段耗水量比較(mm)

2.3 深松覆蓋對馬鈴薯干物質(zhì)累積、產(chǎn)量和水分利用效率的影響

2.3.1 干物質(zhì)累積

由圖3可見，各處理地上部干物質(zhì)累積量先增加后降低，而深松覆蓋可在馬鈴薯不同生育期顯著增加馬鈴薯地上部干物質(zhì)。生育前期，2014年和2015年以SD處理最高，SJ處理次之；2016年以SJ處理最高，SD處理次之，SD、SJ處理平均較CK、SB處理分別顯著提高106.02%、89.61%和56.09%、43.66%；生育中期達(dá)到最大值，其中均以SJ處理最高，SD、SB處理次之，SD、SJ、SB處理平均分別較CK處理顯著提高37.88%、52.21%和15.03%，SD、SJ處理平均分別較SB提高19.87%和32.32%；生育后期，與CK處理相比，SD、SJ、SB處理平均分別顯著提高56.58%和34.59%、23.96%，SD、SJ 處理較SB處理平均分別顯著提高26.30%、8.57%?？梢姡钏筛驳啬ぬ幚眈R鈴薯生育前期和后期地上部干物質(zhì)累積均最高，而深松覆秸稈在生育中期最高。

地下部干物質(zhì)累積量隨生育進(jìn)程的推進(jìn)呈上升趨勢，而在生育后期對增加地下部干物質(zhì)累積效果顯著。生育前期，2014年和2015年以SJ處理最高，2016年以SD、SB處理最高，SJ處理3a平均較CK顯著提高17.84%，SJ、CK、SD處理平均分別較SB處理顯著增加260.60%、206.00%和145.32%；生育中期，SJ、SD處理分別較CK平均顯著提高58.03%和34.02%；生育后期以SJ處理最高，SD處理次之，SJ、SD、SB處理分別較CK顯著提高73.40%、44.10%和13.82%，SJ、SD處理平均分別較SB處理提高52.35%和26.60%。說明深松覆蓋處理有利于馬鈴薯干物質(zhì)累積量的增加，以深松覆秸稈處理效果最佳，深松覆地膜處理次之。

2.3.2 產(chǎn)量

如表3所示，3a研究期內(nèi)，馬鈴薯產(chǎn)量以2014年最高，2015年次之，2016年最低。這是由于2014年9月降水增加，促進(jìn)塊莖干物質(zhì)累積從而使馬鈴薯產(chǎn)量增加，而2015年7月短暫干旱和2016年4?6月干旱均導(dǎo)致馬鈴薯產(chǎn)量較低。深松覆蓋處理比傳統(tǒng)翻耕處理馬鈴薯產(chǎn)量較高，3a內(nèi)均以SJ處理最高，SD和SB處理次之。與CK相比，SJ、SD、SB處理平均分別增產(chǎn)49.33%、28.84%和7.05%，與SB處理相比，SJ、SD處理平均分別增產(chǎn)39.50%和20.36%。說明深松覆蓋處理能顯著提高馬鈴薯產(chǎn)量，以深松覆秸稈處理效果最佳，深松覆地膜處理次之。

2.3.3 水分利用效率

由表3可見，3a研究期內(nèi)，馬鈴薯水分利用效率以2014年最高，2016年次之，2015年最低。這可能與2014年9月降水量的增加，促進(jìn)水分利用效率的提高，2015年與2016年關(guān)鍵生育時期降水量較低，導(dǎo)致水分利用效率降低。深松覆蓋處理均比傳統(tǒng)翻耕處理馬鈴薯水分利用效率較高，3a內(nèi)均以SJ處理最佳，SD、SB處理次之，與CK相比，SJ、SD、SB處理平均分別提高43.80%、19.59%和6.55%，與SB處理相比，SJ、SD處理平均分別提高34.96%和12.24%?？梢?，與翻耕不覆蓋相比，深松覆蓋有利于馬鈴薯干物質(zhì)累積，促進(jìn)對深層水分的利用，進(jìn)而增加產(chǎn)量，以深松覆蓋秸稈處理效果最佳，深松覆蓋地膜處理次之。

表3 各處理馬鈴薯產(chǎn)量及水分利用效率的比較

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

3.1.1 深松覆蓋對休閑期土壤水分和降水補(bǔ)給量的影響

土壤水分的變化主要受耕作覆蓋措施及不同階段降水量分布的影響。侯賢清等[12]研究表明，保護(hù)性耕作可顯著提高休閑期土壤含水量，深松/免耕/深松處理平均蓄水量增加7.84%。劉爽等[13]研究表明，休閑期深松處理與傳統(tǒng)翻耕處理相比，能提高土壤含水量，從而增強(qiáng)土壤保水效果。張冬梅等[14]研究發(fā)現(xiàn)，秋深耕結(jié)合秸稈還田可顯著提高0?10cm層土壤含水量，降低土壤水分蒸發(fā)，且秋深耕能增加休閑期降水入滲。本研究結(jié)果表明，休閑末期深松覆蓋各處理和傳統(tǒng)翻耕不覆蓋均以40cm深處土壤含水量最大，深松秸稈覆蓋處理可顯著增加休閑末期60?100cm層土壤含水量。其原因可能為，深松可打破犁底層，增加土壤對降水的蓄納能力，結(jié)合覆蓋措施能有效減少水分徑流；同時秋閑期降水較多，覆蓋秸稈能蓄納水分于深層土壤中，尤其在雨水較少的年份效果更佳[15?16]。

侯賢清等[4]研究發(fā)現(xiàn)，休閑期深松結(jié)合覆蓋措施可顯著影響馬鈴薯播種期土壤貯水量，免耕秸稈覆蓋、深松秸稈覆蓋處理保水效果最佳。李俊紅等[17]研究表明，深松覆蓋能有效打破耕作犁底層，增加土壤蓄水保墑能力，使地表水分下滲，提高土壤水分。本研究結(jié)果表明，秋耕覆蓋能顯著改善休閑期土壤蓄水量，均高于傳統(tǒng)翻耕不覆蓋，其中深松覆地膜處理能改善休閑初期土壤水分，而深松覆秸稈處理在休閑末期對土壤蓄水效果最佳。分析其原因：深松覆蓋對作物水分的影響主要通過休閑期降水量及耕作方式[18]，保護(hù)性耕作在種前不進(jìn)行耕作，因此減少了對土壤的干擾，同時秋季深松覆秸稈處理可增加休閑期的降水入滲，有效減少春季土壤水分蒸發(fā)[11]，而傳統(tǒng)耕作方式經(jīng)常擾動土壤，導(dǎo)致土壤水分蒸發(fā)強(qiáng)烈[19]。

Mc Gee等[20]研究表明，傳統(tǒng)耕作在休閑期土壤蓄水率較低，而免耕覆蓋能顯著提高蓄水率。付增光等[21]研究報道，夏閑期留茬覆蓋深松耕可最大限度蓄積降水并儲存于土壤中，蓄水率可達(dá)一半以上。本研究發(fā)現(xiàn)，深松結(jié)合秸稈覆蓋下平均休閑期降水補(bǔ)給率最高，深松覆地膜次之，深松不覆蓋最低。分析其原因：深松結(jié)合秸稈覆蓋可顯著提高休閑期土壤對降水的蓄存能力，降低表層水分蒸發(fā)，使水分儲存于深層土壤中，從而增加降水補(bǔ)給率[22]。

3.1.2 深松覆蓋對馬鈴薯生育期土壤水分和耗水量的影響

王紅光等[23]研究表明，深松+條旋耕處理可增加小麥拔節(jié)?成熟階段40?160cm層土壤貯水的消耗，降低小麥各生育時期的棵間蒸發(fā)量。陳夢楠等[24]研究發(fā)現(xiàn)，休閑期深翻結(jié)合覆蓋可顯著增加小麥生育期0?300cm層土壤蓄水量。本研究表明，深松結(jié)合覆蓋處理可顯著提高整個生育期內(nèi)0?200cm層土壤含水量，2016年深松覆秸稈、深松覆地膜處理在生育后期0?200cm層土壤蓄水效果仍顯著，以深松覆蓋秸稈處理在生育中期0?60cm和后期140?200cm層土壤含水量最高；2014年和2015年以深松覆蓋秸稈處理對整個生育期土壤含水量改善效果最佳，尤其在生育前期0?80cm層、20?100cm層土壤蓄水效果顯著。分析其原因：深松覆蓋處理收納降水的能力更佳，其蓄水效果顯著[23]，同時秸稈覆蓋使降水緩慢入滲，增加下層土壤含水量，增強(qiáng)植株根系對深層水分的吸收利用，導(dǎo)致下層水向上運(yùn)移，因此水分垂直變化劇烈且深層水分較高，然而地膜覆蓋切斷空氣與土壤接觸，在抑制水分散失的同時形成土壤水分內(nèi)循環(huán)，降水無法入滲導(dǎo)致下層水分上移，深層水分無法得到補(bǔ)充，因此含水量較低且變化緩慢[24,16]；翻耕不覆蓋措施使地表裸露土壤蒸發(fā)強(qiáng)烈，加快表層水分的散失，不利于水分的保蓄，且表層水分受到作物利用的影響，使上層土壤水分變化劇烈，水分等值線分布較下層更為密切[25]。

劉曉偉等[26?27]研究表明，無論是否增加覆蓋措施，馬鈴薯階段耗水規(guī)律基本相同，整體呈現(xiàn)生育前期少，中期多，后期又少的變化趨勢，但全膜雙壟溝播較裸地減少了生育前期的耗水量，增加了生長中期尤其關(guān)鍵生育期的耗水量。張玉嬌等[28]研究報道，不同耕作方式下深松處理麥田年度耗水量稍高于免耕和翻耕。本研究發(fā)現(xiàn)，2014年和2015年馬鈴薯階段耗水量變化均表現(xiàn)為前期少，中期多，后期又少，而2016年生育前期耗水量大于生育中期耗水量，這可能與當(dāng)年階段降水量分布不同有關(guān)。深松覆秸稈和覆地膜處理可顯著降低3a生育前期耗水量，增加生育中后期耗水量。分析其原因：深松可打破犁底層，使地表水分下滲，能夠根據(jù)生育期降水條件調(diào)控階段耗水量，同時秸稈或地膜覆蓋措施可降低土壤水分蒸發(fā)，從而影響馬鈴薯不同生育階段水分的消耗，使蒸騰耗水較多[29]。

3.1.3 深松覆蓋對馬鈴薯干物質(zhì)累積、產(chǎn)量及水分利用效率的影響

侯賢清等[22]研究表明，耕作結(jié)合秸稈覆蓋措施可在馬鈴薯生育中后期有效促進(jìn)馬鈴薯的生長，增加地上部生物量，為提高馬鈴薯塊莖產(chǎn)量的形成奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。李俊紅等[30]研究發(fā)現(xiàn)，雙深松覆蓋處理下小麥、玉米在成熟期單株干物質(zhì)累積量均較傳統(tǒng)耕作顯著提高。本研究表明，深松覆蓋可增加馬鈴薯干物質(zhì)累積，其中深松覆地膜處理顯著增加地上部干物質(zhì)累積，而深松覆秸稈增加地下部干物質(zhì)累積。分析其原因：深松覆蓋措施可有效增加地表層土壤水分，有利于蓄水保墑，改善耕層土壤水分環(huán)境[31]，可促進(jìn)作物對深層水分的吸收，促進(jìn)干物質(zhì)積累向地下部轉(zhuǎn)移，進(jìn)而促進(jìn)馬鈴薯塊莖形成[27,31]。本研究還發(fā)現(xiàn)，馬鈴薯干物質(zhì)累積量以2014年最高，這是由于地下部干物質(zhì)的形成主要與不同階段降水量及其分布有關(guān)[20]，2014年生育中期降水量明顯增加，為馬鈴薯生長提供了良好的環(huán)境，促進(jìn)其干物質(zhì)累積。

武淑娜等[32]研究報道，耕作結(jié)合地膜覆蓋可顯著增加大豆產(chǎn)量。付國占等[33]研究發(fā)現(xiàn)，與翻耕不覆蓋處理相比，深松結(jié)合殘茬覆蓋能促進(jìn)玉米生育期的生長，顯著增加干物質(zhì)累積，從而增加產(chǎn)量。本研究表明，深松覆蓋地膜、深松覆蓋秸稈均可顯著增加馬鈴薯產(chǎn)量，以深松覆蓋秸稈處理增產(chǎn)效果最佳。分析其原因：秋閑期進(jìn)行深松覆蓋能蓄納有限的降水供作物后期利用，可改善馬鈴薯生長期土壤水分狀況，促進(jìn)根系對深層水分的吸收，減輕生育后期的干旱脅迫，有利于促進(jìn)干物質(zhì)積累和塊莖形成，進(jìn)而增加馬鈴薯產(chǎn)量[11,34]。楊清山等[35]研究發(fā)現(xiàn)，休閑期深松結(jié)合生育期覆蓋能高效利用土壤水分，實(shí)現(xiàn)小麥水分利用效率的提高。吳金芝等[36]研究表明，深松結(jié)合覆蓋處理較傳統(tǒng)耕作水分利用效率顯著提高。本研究表明，深松覆蓋可顯著改善土壤水分狀況，增加水分利用效率，尤其深松覆蓋秸稈效果最佳。分析其原因：秋閑期進(jìn)行深松覆蓋秸稈可增加降水入滲，減少水分蒸發(fā)散失，增加土壤蓄水能力，促進(jìn)作物根系對土壤水分的吸收利用，從而提高水分利用效率[16,37]。

3.2 結(jié)論

（1）與翻耕不覆蓋相比，深松覆秸稈、深松覆地膜處理均可顯著改善休閑期0?200cm層土壤水分狀況，以深松覆秸稈處理效果最佳；與翻耕不覆蓋相比，深松覆蓋措施可有效改善馬鈴薯生育期0?200cm層土壤含水量。

（2）深松覆秸稈處理對馬鈴薯生育前期（0～60d）60?100cm層土壤保水效果顯著，而翻耕不覆蓋處理的階段耗水量最高，深松覆地膜次之，深松覆秸稈最低；深松覆秸稈處理對生育中期（60～120d）0?60cm（2016年）和140?200cm（2015年）層土壤保水效果較好，而深松覆地膜處理的階段耗水量最高，深松覆秸稈處理次之，翻耕不覆蓋處理最低；深松覆秸稈處理對生育后期（120～150d）0?40cm層土壤蓄水效果最佳，其階段耗水量較高，深松覆地膜處理次之，翻耕不覆蓋處理最低。

（3）深松覆蓋模式能顯著促進(jìn)馬鈴薯生長，其地上部和地下部干物質(zhì)累積均高于翻耕不覆蓋，深松覆地膜處理對作物生育前期效果明顯，深松覆秸稈處理對生育中后期作用顯著。深松覆蓋模式可提高馬鈴薯產(chǎn)量和水分利用效率，以深松覆秸稈處理最高。在寧南地區(qū)3a的試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，深松覆蓋模式可蓄存休閑期降水，改善休閑期和馬鈴薯生育期土壤水分狀況，調(diào)控不同生育階段耗水量，促進(jìn)干物質(zhì)累積，從而顯著提高馬鈴薯產(chǎn)量和水分利用效率，以深松覆秸稈處理效果最佳。

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Effects of Subsoiling with Mulching Pattern on Water Use Efficiency of Potato in Rainfed Region of Southern Ningxia

HAN Gu, MIAO Fang-fang, WANG Nan, HOU Xian-qing

(College of Agriculture, Ningxia University, Yinchuan 750021, China)

Aiming at the problems of large interannual precipitation variability, low yield and precipitation utilization rate of potato in the arid area of Southern Ningxia, a field fixed position experiment was conducted to study the effect of subsoiling with mulching pattern on soil water during the fallow period and growth stage, potato dry matter accumulation, yield and water use efficiency of potato in rainfed region of southern Ningxia between 2014 and 2016. Three subsoiling tillage with mulching modes were adopted after autumn crops were harvested for three consecutive years, namely, subsoiling with straw mulching, subsoiling with plastic film mulching, subsoiling with no mulching. The conventional tillage with no mulching was used as the control. The results showed that subsoiling combined with different mulching patterns could improve the soil water status in fallow period, and the effect of subsoiling with straw mulching was the best. The average soil water content in 0?200cm layer was significantly increased by 6.41% compared with the control. Compared with the control, the average soil water storage and rainfall recharge rate of 0?200cm layer in fallow period were significantly increased by 49.85%, 121.85% and 46.82%, 83.73%, respectively. Subsoiling combined with different mulching patterns could improve the soil water content of 0?200cm layer during the potato growth period, and regulate the water consumption at different growth periods. Subsoiling with straw mulching treatment had significant effect on soil water conservation in 60?100cm layer at early growth stage (0?60 days), while the control treatment had the highest water consumption, followed by the subsoiling with plastic film mulching treatment, and subsoiling with straw mulching treatment had the lowest water consumption. Subsoiling with straw mulching treatment had better water retention effect on 0?60cm (2016) and 140?200cm (2015) soil layers in the middle growth period (60?120 days), while subsoiling with plastic film mulching had the highest water consumption, followed by the subsoiling with straw mulching treatment, and the control treatment had the lowest water consumption. Subsoiling with straw mulching treatment had the best soil water storage effect on 0?40cm layer at the later growth stage (120?150 days), and the water consumption was the highest at this stage, followed by the subsoiling with straw mulching treatment, and the control treatment was the lowest. The aboveground and underground dry matter accumulation of potato under subsoiling combined with different mulching patterns was significantly higher than that of the control. The effect of subsoiling with plastic film mulching treatment was better in the early growth stage, while the effect of subsoiling with straw mulching treatment in the middle and late growth stage was significant. Subsoiling with mulching patterns could significantly improve potato yield and water use efficiency, and the treatment of subsoiling with straw mulching was the highest, which was 49.33% and 43.80% higher than that of the control, respectively. Therefore, subsoiling with mulching pattern could improve the soil water status during the fallow period, it was beneficial to increase the soil water content and regulate the water consumption during the potato growth periods, and so as to increase the dry matter accumulation of potato and realize the high yield and water use efficiency of potato, particularly the effect of subsoiling with straw mulching treatment was the best.

Subsoiling with mulching; Soil water; Dy matter accumulation; Potato yield; Water use efficiency

10.3969/j.issn.1000-6362.2021.11.002

韓固,苗芳芳,王楠,等.深松覆蓋模式對寧南地區(qū)雨養(yǎng)馬鈴薯水分利用效率的影響[J].中國農(nóng)業(yè)氣象,2021,42(11):905-917

收稿日期：2021?03?27

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31860362；31760370）；寧夏自然科學(xué)基金項(xiàng)目（2019AAC03058；2020AAC03098）

通訊作者：侯賢清，副教授，主要從事保護(hù)性耕作技術(shù)研究，E-mail: houxianqing1981@126.com

韓固，E-mail:hg1765883646@163.com；苗芳芳，E-mail: 18795298737@163.com