黃土高原半干旱區(qū)馬鈴薯保護(hù)性耕作技術(shù)的篩選

牟麗明，謝軍紅，楊習(xí)清

（1.定西市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，甘肅定西743000；2.甘肅省干旱生境作物學(xué)重點實驗室，甘肅蘭州730070；

3.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，甘肅蘭州730070；4.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院，甘肅蘭州730070)

黃土高原半干旱區(qū)馬鈴薯保護(hù)性耕作技術(shù)的篩選

牟麗明1，謝軍紅2,3*，楊習(xí)清4

（1.定西市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，甘肅定西743000；2.甘肅省干旱生境作物學(xué)重點實驗室，甘肅蘭州730070；

3.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，甘肅蘭州730070；4.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院，甘肅蘭州730070)

針對黃土高原半干旱水資源短缺，水土流失嚴(yán)重，馬鈴薯播種面積大，但生產(chǎn)技術(shù)落后，缺乏對以收獲地下塊莖為主的具有良好水保功能保護(hù)性耕作技術(shù)的理論研究。本文通過大田試驗，以傳統(tǒng)耕種為對照比較研究了6種保護(hù)性耕作措施對馬鈴薯產(chǎn)量和水分利用效率的影響，結(jié)果表明，在黃土高原半干旱區(qū)，對于收獲地下塊莖的馬鈴薯，壟上覆膜溝內(nèi)草膜雙覆蓋擺種、壟上覆膜溝內(nèi)覆草淺播擺種和壟上覆膜溝內(nèi)覆草擺種三種保護(hù)性耕作技術(shù)是可行的，三種技術(shù)的采用使各自的產(chǎn)量和水分利用效率較傳統(tǒng)耕種分別提高30.0%、22.0%、17.2%和44.2%、27.4%、22.1%，且不降低馬鈴薯商品品質(zhì)。

馬鈴薯；保護(hù)性耕作；篩選；黃土高原

黃土高原丘陵溝壑區(qū)，受資源型缺水，水土流失、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式落后的影響，土地瘠薄，生態(tài)脆弱。本試驗研究篩選出的適宜于不同地類、不同作物且具有節(jié)本增效的保護(hù)性耕作技術(shù)對農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、農(nóng)民增收和生態(tài)保護(hù)具有重大意義。馬鈴薯作為黃土高原半干旱地區(qū)的特色和主栽作物之一，目前種植大多采用傳統(tǒng)的平作坑種培土耕作技術(shù)，受水資源短缺和栽培技術(shù)落后的影響，馬鈴薯產(chǎn)量徘徊不前，水分利用效率較低。因此，如何有效提高降水利用效率和提高其產(chǎn)量是發(fā)展試區(qū)馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的重點問題[1]。近年來，免耕結(jié)合秸稈覆蓋作為低耗可持續(xù)農(nóng)業(yè)和保護(hù)性耕作的一種重要手段，在生產(chǎn)實踐中得到了推廣應(yīng)用。研究發(fā)現(xiàn)，除改善作物的種植結(jié)構(gòu)、作物水分利用狀況能提高作物的水分利用效率外，通過農(nóng)藝措施調(diào)控降水的入滲、分配與利用，進(jìn)而提高其有效性成為當(dāng)前旱作農(nóng)業(yè)作物栽培領(lǐng)域研究的熱點問題[2,3]，就覆蓋方式而言，有秸稈[4,5]、地膜覆蓋[6,7]、秸稈+地膜覆蓋[8,9]、秸稈+地膜覆蓋結(jié)合溝壟種植[10,11]等不同形式，均能不同程度的增加降雨入滲，防止土壤侵蝕，提高水分有效性，具有明顯的增溫、保墑、增產(chǎn)和提高水分利用效率的作用，但這些研究多圍繞收獲地上部分的作物展開，對以收獲地下器官為目的薯類作物研究與應(yīng)用較少[12]。

本試驗研究了包括傳統(tǒng)耕種在內(nèi)的7種種植模式對馬鈴薯土壤貯水量、產(chǎn)量與水分利用效率的影響，以期為黃土高原半干旱區(qū)馬鈴薯保護(hù)性耕作技術(shù)體系提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

中早熟馬鈴薯品種‘費烏瑞它’脫毒一級原種，適合黃土高原半干旱區(qū)種植。

播前選擇無病蟲害、凍害，表皮光滑新鮮，單個在30 g以上的塊莖做種薯，對于薯塊大的將其切成30～40 g大小即可。覆蓋物為5 cm長小麥秸稈，覆蓋量為34 462 kg/hm2，覆好秸稈并在上面撒上濕土，防大風(fēng)將秸稈吹走。地膜為0.008 mm厚的黑色低壓膜。

1.2 試區(qū)概況

試驗于2012年在甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)定西旱農(nóng)綜合試驗站實施。該區(qū)屬中溫帶偏旱區(qū)，平均海拔2 000 m，年平均太陽輻射在141.6 kcal/cm2，年日照時數(shù)在2 476.6 h，年均溫6.4℃，≥10℃積溫2 239.1℃，年降雨量390.9 mm，年蒸發(fā)量1 531 mm，干燥度2.53，80%保證率的降水量為365 mm，變異系數(shù)為24.3%，為黃土高原西部典型的半干旱雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)。當(dāng)年降雨量為486.7 mm，馬鈴薯生育期降雨量410.7 mm，具體分布見圖1。土壤為典型的黃綿土，土質(zhì)綿軟，土層深厚，質(zhì)地均勻，貯水性能良好。0～200 cm土壤容重平均為1.17 g/cm3。試驗前茬為豌豆。

1.3 試驗設(shè)計

試驗采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，設(shè)7個處理（表1），以傳統(tǒng)平作坑種培土耕種為統(tǒng)一對照。各處理3次重復(fù)，小區(qū)面積為27 m2。4月11日進(jìn)行了試驗各處理的布置。5月1日完成馬鈴薯播種，播種密度：52 500株/hm2；施肥量:純N 200 kg/hm2，純P2O5150 kg/hm2，K2O 240 kg/hm2在距種薯6 cm處作為種肥穴施。各處理生育期間均不中耕追肥，勤除草。

圖1 降雨量分布Figure 1Distribution of rainfall

表1 各處理種植方式Table 1Various treatments of cultivation methods

處理1（對照）：前作收獲后至凍結(jié)前三耕兩耱，播種時將馬鈴薯播種于10～15 cm深的土壤中；處理2：前作收獲后免耕，翌年4月11日開溝起壟，壟底寬30 cm，溝寬70 cm，壟高15 cm，壟上覆蓋地膜，溝內(nèi)覆蓋秸稈，播種時將種薯在溝內(nèi)秸稈下貼地表“品”字形擺種；處理3：前期土壤處理同處理2，播種時將馬鈴薯淺播5 cm土層；處理4：前作收獲后免耕，翌年4月11日開溝起壟，壟面寬70 cm，溝寬30 cm，壟高15 cm，壟上覆蓋秸稈，播種時在壟上秸稈下貼地表“品”字形擺種；處理5：前作收獲后免耕，翌年4月11日直接覆蓋秸稈，播種時將馬鈴薯在秸稈下貼地表“品”字形擺種；處理6：所有操作同處理2，但壟上不覆蓋地膜；處理7：土壤前期處理同處理2，待溝內(nèi)覆蓋完秸稈后壟上、壟溝全地面地膜覆蓋，溝內(nèi)留適度的滲水孔，播種時在溝內(nèi)地膜、秸稈低下貼地表“品”字形擺種馬鈴薯。

1.4 土壤水分的測定

采用烘干稱重法和中子儀法測定。土壤水分測定深度為200 cm，共9個層次。其中0～10 cm用烘干法，10～200 cm用中子儀測定，測定層次為0～5 cm，5～10 cm，10～30 cm，30～50 cm，50～80 cm，80～110 cm，110～140 cm，140～170 cm，170～200 cm。

1.5 產(chǎn)量的測定

收獲前，隨機(jī)取樣15株，室內(nèi)考種數(shù)其單株結(jié)薯總數(shù)及綠薯數(shù)，收獲時各個小區(qū)單獨收獲計產(chǎn)，并按大薯（250 g以上）、中薯（50～250 g）和小薯（50 g以下）標(biāo)準(zhǔn)分類稱重，計算大薯率、中薯率和小薯率，以各小區(qū)實際收獲產(chǎn)量折算公頃產(chǎn)量。

1.6 作物耗水量的計算

作物耗水量用農(nóng)田水分平衡法計算。簡化的農(nóng)田水分平衡方程式為:

ET=P-△W

式中：ET為作物耗水量；P為降水量；△W為收獲后與播種前土壤貯水量之差。式中均以mm為單位。

1.7 水分利用效率的計算

水分利用效率的計算公式為：

WUE=Y/ET

式中，Y為塊莖產(chǎn)量（kg/hm2）；ET為作物一生的耗水量（mm）。

1.8 數(shù)據(jù)分析

應(yīng)用SPSS16.0軟件，采用單因素方差分析(One-way ANOVA)，用LSD法進(jìn)行平均數(shù)間差異顯著性測驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同覆膜種植方式對馬鈴薯的產(chǎn)量及商品品質(zhì)的影響

不同覆膜種植方式對馬鈴薯產(chǎn)量和商品品質(zhì)有顯著影響（表2）。其中處理7、3、2，較處理1具有顯著的增產(chǎn)作用，產(chǎn)量分別較處理1顯著增產(chǎn)30.0%、22.0%和17.2%（P＜0.05）；處理6的產(chǎn)量較處理1增產(chǎn)10.8%，但不顯著（P＞0.05）；處理4和5產(chǎn)量較處理1分別減產(chǎn)11.5%和2.4%，但不顯著（P＞0.05）。不同覆膜種植方式顯著影響馬鈴薯的綠薯率，其中處理6、5和4的綠薯率較處理1分別提高24%、40%和61%（P＜0.05）；其余3個處理與處理1無顯著差異。覆膜種植方式對馬鈴薯塊莖大小無顯著影響。

綜合以上結(jié)果表明，處理7、3和2這3種保護(hù)性馬鈴薯耕作技術(shù)較處理1，具有顯著的增產(chǎn)作用，且不影響馬鈴薯的商品品質(zhì)。

2.2 不同覆膜種植方式對馬鈴薯的水分利用效率的影響

覆膜種植方式顯著影響馬鈴薯的耗水量和水分利用效率（表3）。

其中處理7的耗水量最低，較處理1顯著降低9.7%，處理4耗水量最高，雖然和處理1無顯著差異，但是較處理2、3耗水量分別顯著增加6.5%和6.7%（P＜0.05），其余3個處理和處理1耗水量無顯著差異。

另外，水分利用效率，處理7、3和2，較處理1馬鈴薯土壤的水分利用效率分別顯著提高44.2%、27.4%和22.1%（P＜0.05），其余3個處理和處理1無顯著差異。馬鈴薯播前、收獲后貯水量常用來辨別水分利用效率的高低，本試驗中4月11日進(jìn)行了各處理的布置，5月1日完成馬鈴薯播種，期間總降水26.5 mm，研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)過前期處理，各處理播種期土壤貯水量已發(fā)生明顯變化，具體由高到低的排序為處理7＞處理1＞處理6＞處理4＞處理2＞處理3＞處理5，處理7的土壤貯水量雖與處理1無顯著差異，但顯著高于處理2、3和5。收獲期的土壤貯水量，處理7最高，處理5、4最低，3個處理和處理1差異顯著。

表2 不同處理對馬鈴薯產(chǎn)量和商品薯性狀的影響Table 2Effects of various treatments on potato yield and tuber commodity

表3 不同處理的水分利用效率Table 3Water use efficiency of various treatments

以上結(jié)果說明，黃土高原半干旱區(qū)采用覆膜溝內(nèi)草膜雙覆蓋擺種、壟上覆膜溝內(nèi)覆草淺播和壟上覆膜溝內(nèi)覆草擺種技術(shù)較傳統(tǒng)耕種能顯著提高馬鈴薯水分利用效率。

2.3 不同覆膜種植方式下馬鈴薯土壤貯水量的動態(tài)變化

馬鈴薯地的土壤貯水量受降雨量的影響較大，各處理全生育期的土壤貯水量大體呈拋物線形變化，隨生育期的推移，處理間土壤貯水量間的差異呈逐漸增大趨勢（圖2）。處理7由于采用了全地表覆蓋壟溝種植技術(shù)，能有效蓄積雨水并降低土壤蒸發(fā)，使得各測定時期土壤貯水量均高于其它處理。處理1由于具體操作中土壤較溝壟種植擾動較小，使得從播種到生長90 d較除處理7之外的處理均保持有較高的土壤貯水量。90～105 d受降雨量較低和馬鈴薯后期生長的影響傳統(tǒng)耕種的貯水量下降明顯，除處理7外各處理間土壤貯水量差異變小。130～160 d，處理3、4、5的土壤貯水量呈降低趨勢；處理1、2和6基本持平。

圖2 土壤貯水量的動態(tài)變化Figure 2Dynamic changes of soil water storage

3 討論

壟上覆膜溝內(nèi)草膜雙覆蓋擺種、壟上覆膜溝內(nèi)覆草淺播擺種和壟上覆膜溝內(nèi)覆草擺種3種馬鈴薯保護(hù)性耕作種植技術(shù)，均較傳統(tǒng)耕種具有顯著的增產(chǎn)和提高水分利用效率的作用，其產(chǎn)量和水分利用效率較傳統(tǒng)耕種分別提高分別增加30.0%、22.0%、17.2%和44.2%、27.4%、22.1%，且對馬鈴薯商品品質(zhì)無影響，是黃土高原半干旱區(qū)馬鈴薯現(xiàn)代保護(hù)性種植新技術(shù)。以上3種種植技術(shù)的共同點是都應(yīng)用了溝壟系統(tǒng)，溝壟系統(tǒng)通過壟上地膜覆蓋使有限降水（小于5 mm的為無效降水）在溝中疊加，改善了溝內(nèi)水環(huán)境，增加了有限水資源的資源化利用程度，同時在馬鈴薯種植中配合秸稈覆蓋、秸稈+地膜二元覆蓋，形成的全地表覆蓋環(huán)境，降低了土壤水分無效蒸發(fā)，創(chuàng)造了適宜于作物生長的微環(huán)境，有利于馬鈴薯產(chǎn)量和水分利用效率的提高[13-15]。在一定的秸稈（秸稈+地膜）保證覆蓋度的條件下，馬鈴薯擺種、淺播可以實現(xiàn)節(jié)本增效保土的功能，因此在黃土高原半干旱區(qū)對于以收獲地下塊莖為目標(biāo)的作物，保護(hù)性耕作技術(shù)是可行的。

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Screening for Potato Conservation Tillage Technology in Semi-arid
Region of Loess Plateau

MU Liming1,XIE Junhong2,3＊,YANG Xiqing4
(1.Dingxi Academy of Agricultural Sciences,Dingxi,Gansu 743000,China;2.Gansu Provincial Key Laboratory of Arid Land Crop
Sciences,Lanzhou,Gansu 730070,China;3.Faculty of Agronomy,Gansu Agricultural University,Lanzhou,Gansu 730070,China;
4.Faculty of Science,Gansu Agricultural University,Lanzhou,Gansu 730070,China)

Water resource shortage and serious soil erosion are the main problems in the semi-arid region of the Loess PlateauinChina,wherepotatoisoneof thedominantcropsinthearea.However,thepotatocultivationtechnologyisbackward and the research and successful conservation tillage practices for tuber crops like potato is sparse.Therefore,it is of great importancetodevelopsuitableconservationpracticesforpotatoproductioninthesemi-aridareasontheLoessPlateau.Inthis research,the tuber yield and water use efficiency of six conservation tillage treatments were compared to conventional cultivation.Surface seeding in the stubble and the whole mulched with plastic film in furrow and ridge,shallow seeding in the stubble of furrow and mulched ditch with plastic film mulched ridge,and surface seeding in the stubble of furrow and mulched withplasticfilmontheridgewerethesuitableconservationtillagecultivationtechnologiesforpotato.Thesepracticescouldbe adopted,and the tuber yield and water use efficiency were increased by 30.0%,22.0%and 17.2%,and 44.2%,27.4%and 22.1%,respectively,comparedwithconventionaltillagecultivation,meanwhilethequalityofpotatoeswasnotreduced.

potato;conservation tillage;screening;Loess Plateau

S532

B

1672－3635（2014）06-0335-05

2014-09-29

農(nóng)業(yè)部公益性行業(yè)計劃項目（201103001）；甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)盛彤笙創(chuàng)新基金項目（GSAU-STS-1226,GSAU-STS-1240）。

牟麗明（1975-），女，副研究員，主要從事農(nóng)作物新品種選育及產(chǎn)業(yè)化開發(fā)工作。

謝軍紅，助理研究員，從事保護(hù)性農(nóng)業(yè)、旱地農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣工作，E-mail:xiejh@gsau.edu.cn。