西北沿黃灌區(qū)地膜覆蓋和套作對(duì)土壤水熱特征及馬鈴薯產(chǎn)量的影響

譚雪蓮，郭天文，劉高遠(yuǎn)

（1.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院旱地農(nóng)業(yè)研究所，甘肅蘭州 730070；2.甘肅省水資源高效利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅蘭州 730070；3.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，甘肅蘭州 730070）

西北沿黃灌區(qū)地膜覆蓋和套作對(duì)土壤水熱特征及馬鈴薯產(chǎn)量的影響

譚雪蓮1，2，郭天文2，3，劉高遠(yuǎn)1，2

（1.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院旱地農(nóng)業(yè)研究所，甘肅蘭州 730070；2.甘肅省水資源高效利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅蘭州 730070；3.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，甘肅蘭州 730070）

在西北沿黃灌區(qū)，以馬鈴薯-大豆套田為研究對(duì)象，研究了地膜覆蓋與套作對(duì)土壤水熱效應(yīng)和馬鈴薯產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明，在馬鈴薯塊莖增長(zhǎng)期和成熟期，地膜覆蓋馬鈴薯單作的土壤含水量顯著高于套作。馬鈴薯各生育期，地膜覆蓋馬鈴薯單作土壤溫度顯著高于套作。不同地膜覆蓋馬鈴薯套作大豆的土地當(dāng)量比（LER）均大于1。黑色地膜覆蓋比透明地膜覆蓋馬鈴薯水分利用效率提高了11.3%，產(chǎn)量提高了5.1%，且在一定程度上降低了馬鈴薯生育期土壤溫度，有利馬鈴薯植株的生長(zhǎng)及提高馬鈴薯產(chǎn)量，可作為西北沿黃灌區(qū)的馬鈴薯優(yōu)化栽培方式。

薯豆套作；地膜覆蓋；土壤水熱效應(yīng)；產(chǎn)量

覆蓋栽培作為一種重要的旱作農(nóng)業(yè)抗旱栽培手段，在旱作農(nóng)業(yè)區(qū)被廣泛推廣應(yīng)用，但目前關(guān)于不同顏色地膜覆蓋對(duì)土壤理化特性的影響還少有報(bào)道。間套作技術(shù)在生產(chǎn)中已得到廣泛應(yīng)用［1～6］，但將覆蓋技術(shù)集成到間套作體系中，通過改變耕作方式和覆蓋方式降低間套作群體耗水量，同時(shí)提高區(qū)域土地持續(xù)產(chǎn)出率，還缺乏理論探討［7～12］。為此，我們?cè)谖鞅秉S土高原沿黃灌區(qū)，以馬鈴薯套作大豆為研究對(duì)象，分析黑色地膜和透明地膜覆蓋對(duì)馬鈴薯與大豆套作體系水資源利用效果和土壤溫度的變化規(guī)律，以期為區(qū)域作物生產(chǎn)結(jié)構(gòu)調(diào)整與農(nóng)田水土資源高效利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

指示馬鈴薯品種為克新2號(hào)，大豆品種為冀豆17。

1.2 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2011年在沿黃灌區(qū)甘肅省會(huì)寧縣郭城鎮(zhèn)紅堡子村長(zhǎng)期定位試驗(yàn)田進(jìn)行。當(dāng)?shù)睾０? 536 m，年平均氣溫6.7℃，年均降水量320 mm，年蒸發(fā)量1 600 mm，≥10℃有效積溫2 400℃，年日照時(shí)數(shù)為2 500～2 800 h，光能資源豐富，適合發(fā)展間作套作。土壤為灰鈣土，耕層土壤含有機(jī)質(zhì)9.8 g/kg、速效氮17.3 mg/kg、速效磷20.6 mg/kg、速效鉀95.2 mg/kg。馬鈴薯生育期降水量為89.3 mm，平均溫度20.4℃。馬鈴薯播種到成熟期的溫度和降水量如圖1。

圖1 馬鈴薯全生育期降水和氣溫變化

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)分黑色地膜覆蓋和透明地膜覆蓋2種方式，馬鈴薯套作大豆、馬鈴薯單作、大豆單作3種栽培模式，共5個(gè)處理，3次重復(fù)，15個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積40 m2。試驗(yàn)設(shè)計(jì)見表1，灌溉方案見表2。栽培模式總帶幅150 cm，其中100 cm起壟覆膜種馬鈴薯，壟高30 cm。2011年3月20日穴播馬鈴薯，每壟2行，行距45 cm，穴距33 cm，密度47 625穴/hm2。大豆帶幅50 cm，種2行，4月15日播種，行距40 cm，密度為15萬株/hm2。其余田間管理同當(dāng)?shù)卮筇?。馬鈴薯于7月30日收獲，大豆于10月6日收獲。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.4 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.4.1 土壤含水量分別于馬鈴薯苗期、塊莖形成期、塊莖增長(zhǎng)期、淀粉積累期、成熟期用烘干法測(cè)定0～120 cm土壤含水量，共分6個(gè)層次，分別為0～20、20～40、40～60、60～80、80～100、100～120 cm。

土壤含水量WS（%）＝［（W1-W2）/（W2-W3）］100%

式中，W1為濕土加鋁盒重；W2為干土加鋁盒重；W3為空鋁盒重。

1.4.2 土壤耗水量ET=BFW-HAW+P+1，式中，BFW為播前貯水量，HAW為收獲后貯水量，P為生育期降水量，1為灌水量。

1.4.3 地溫每小區(qū)安置1套曲管地溫計(jì)，在馬鈴薯不同生育期用地溫計(jì)測(cè)定0～25 cm地溫，測(cè)定6個(gè)土壤層面地溫（0、5、10、15、20、25 cm）。

1.4.4 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素成熟期馬鈴薯、大豆分別按小區(qū)收獲計(jì)產(chǎn)。馬鈴薯成熟期每小區(qū)隨機(jī)取10株進(jìn)行室內(nèi)考種，測(cè)定統(tǒng)計(jì)株高、穴薯數(shù)、穴薯重、最大鮮薯重、大薯數(shù)（≥150 g）、中薯數(shù)（50～150 g）、小薯數(shù)（≤50 g）。

1.4.5 土地當(dāng)量比土地當(dāng)量比（Land Equivalent ratio，LER）常被用來衡量間作產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì)，被定義為獲得與間作相同產(chǎn)量所需的單位土地面積。

LER＝Y(jié)Aic/YAsc+YBic/YBsc

式中Aic和Bic分別代表間作中作物A和B的產(chǎn)量，Asc和Bsc分別代表單作中作物A和B的產(chǎn)量。當(dāng)LER＞1時(shí)，表明間作比單作利用更多的資源滿足作物生長(zhǎng)，當(dāng)LER＜1時(shí)，單作比間作更有效利用資源［13］。

表2 不同種植模式的灌溉方案m3

1.4.6 作物水分利用效率（WUE）作物水分利用效率為作物消耗單位水量生產(chǎn)出的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量（籽粒產(chǎn)量），其表達(dá)式為：WUE=y/ET，式中，y為單位面積的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量，ET為作物全生育期的耗水量［14］。

1.5 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)采用DPS 6.5軟件進(jìn)行方差分析和LSD法多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理馬鈴薯土壤含水量動(dòng)態(tài)變化

如表3所示，單作馬鈴薯0～120 cm土層平均土壤水分含量皆高于套作，全生育期BI土壤水分含量較BM降低1.43百分點(diǎn)；CI土壤水分含量比CM降低1.71百分點(diǎn)。馬鈴薯塊莖增長(zhǎng)期、淀粉積累期及成熟期BM和BI以及CM和CI均差異顯著。黑膜覆蓋比透明膜膜覆蓋處理土壤水分含量有所提高，但差異不顯著。

2.2 不同處理馬鈴薯各生育期土壤耗水量變化

如圖2所示，馬鈴薯各物候期以塊莖增長(zhǎng)期耗水量最大，與淀粉積累期和成熟期間均差異顯著（P＜0.05），塊莖增長(zhǎng)期耗水量比淀粉積累期和成熟期分別提高了73.7%和114.0%。且塊莖增長(zhǎng)期BI比BM耗水量增加了0.7%，CI比CM耗水量增加了5.1%。說明套作處理促進(jìn)了馬鈴薯植株的旺盛生長(zhǎng)，增加了馬鈴薯根系對(duì)水分的需求量，同時(shí)隨著大豆植株的生長(zhǎng)，提高了作物耗水量。馬鈴薯塊莖形成期和塊莖增長(zhǎng)期，與透明地膜覆蓋相比，黑色地膜覆蓋平均耗水量分別增加了2.8%和2.0%。

圖2 馬鈴薯各生育期不同處理耗水量

2.3 不同處理馬鈴薯各生育期土壤溫度動(dòng)態(tài)變化

由表4可以看出，馬鈴薯全生育期透明膜覆蓋比黑膜覆蓋土壤0～25 cm平均土層溫度提高了0.45℃，由于黑膜在陽(yáng)光照射下，本身增溫快，但傳給土壤的熱量較少，故增溫作用不如透明膜。全生育期BI比BM平均土壤溫度降低了2.20℃，CI比CM平均土壤溫度降低了1.90℃，差異達(dá)顯著水平。塊莖增長(zhǎng)期、淀粉積累期和成熟期，BM比BI溫度提高了1.92～3.62℃，CM比CI溫度提高了1.88～2.80℃。馬鈴薯塊莖形成期到成熟期，馬鈴薯和大豆均處于旺盛生長(zhǎng)階段，地表覆蓋度大，大大提高了作物對(duì)光能的截獲強(qiáng)度，投射到地表的光能減少，從而導(dǎo)致土壤溫度降低。

2.4 不同處理對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

不同種植方式對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量構(gòu)成有顯著影響（表5）。黑膜覆蓋馬鈴薯的株高、穴薯重和最大鮮薯重均顯著高于透明地膜覆蓋（P＜0.05）。與透明地膜覆蓋相比，黑膜覆蓋的馬鈴薯平均株高高9.85 cm，穴薯重增加150 g，最大鮮薯重增加105 g，大薯率提高5.5百分點(diǎn)。BM較BI馬鈴薯株高高12.7 cm，穴薯重增加60 g，最大鮮薯重增加180 g，大薯率提高9.0百分點(diǎn)。CM較CI馬鈴薯株高增加14.6 cm，穴薯重增加60 g，最大鮮薯重增加10 g，大薯率提高10.0百分點(diǎn)。說明穴薯重、最大鮮薯重、大薯率直接影響著馬鈴薯的產(chǎn)量。套作馬鈴薯和單作馬鈴薯株高、穴薯重、最大鮮薯重、大薯率差異顯著，單作較套作馬鈴薯平均株高高13.65 cm，穴薯重增加60 g，最大鮮薯重增加95 g，大薯率提高9.5百分點(diǎn)。

表3 馬鈴薯各生育期不同處理0～120 cm土層土壤含水量%

表4 馬鈴薯各生育期不同處理土壤溫度變化℃

表5 不同處理對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量構(gòu)成的影響

2.5 不同處理的土地當(dāng)量、產(chǎn)量及水分利用效率

統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果（表6）表明，黑膜覆蓋和透明膜覆蓋馬鈴薯套作大豆的土地當(dāng)量比（LER）均大于1，說明2種膜色覆蓋馬鈴薯套作大豆均可提高土地利用率。黑膜覆蓋馬鈴薯比透明膜覆蓋馬鈴薯平均產(chǎn)量提高了5.1%，WUE提高了11.3%。馬鈴薯黑膜覆蓋下，BI產(chǎn)量較BM降低了0.3%，BI大豆的產(chǎn)量較SM降低了36.3%。透明地膜覆蓋下，CI馬鈴薯產(chǎn)量較CM降低了1.0%，大豆產(chǎn)量較SM降低了29.8%。說明套種中起主要增產(chǎn)作用的組分作物為馬鈴薯，對(duì)復(fù)合套作群體的增產(chǎn)潛力影響較大。地膜覆蓋馬鈴薯單作比地膜覆蓋馬鈴薯套作產(chǎn)量增加了0.7%，WUE降低了11.7%，BI比BM的WUE提高了10.3%，CI比CM的WUE提高了16.6%。

表6 不同種植模式土地當(dāng)量比及對(duì)水分利用效率的影響

3 小結(jié)與討論

1）西北黃土高原沿黃灌區(qū)，采用黑膜和白膜覆蓋馬鈴薯套作豆科作物（大豆）的土地當(dāng)量比（LER）均大于1。馬鈴薯塊莖增長(zhǎng)期黑色地膜覆蓋馬鈴薯0～25 cm地溫、0～120 cm土層土壤含水量均低于透明地膜覆蓋。黑色地膜覆蓋比透明膜覆蓋馬鈴薯的水分利用效率提高了11.3%，產(chǎn)量提高了5.1%。黑色地膜覆蓋馬鈴薯套作大豆馬鈴薯產(chǎn)量較黑色地膜覆蓋馬鈴薯單作降低了0.3%，大豆產(chǎn)量較露地單作降低了36.3%。透明膜覆蓋馬鈴薯套作大豆馬鈴薯產(chǎn)量較透明地膜覆蓋馬鈴薯單作降低了1.0%，大豆的產(chǎn)量較露地單作降低了29.8%。套種中馬鈴薯對(duì)復(fù)合套作群體的增產(chǎn)潛力影響較大。可見，采用豆科作物（大豆）與當(dāng)?shù)刂髟宰魑锺R鈴薯套種種植集成的黑色地膜覆蓋技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)作物高產(chǎn)。、

2）水分短缺是西北黃土高原干旱半干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要限制因子，因此調(diào)整種植結(jié)構(gòu)，采用合理的種植方式成為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展首待解決的問題。豆科作物與非豆科作物間作可以明顯提高土地、光、熱的利用效率，增加農(nóng)作物產(chǎn)量［15～17］。本研究中，馬鈴薯生育期覆膜單作土壤溫度顯著高于覆膜套作，可能原因是馬鈴薯套作大豆后，改善了馬鈴薯土壤微生態(tài)環(huán)境，作物地上部生長(zhǎng)旺盛，增加了地表的覆蓋度，作物葉片對(duì)光的捕獲和利用率大大提高，削弱了太陽(yáng)光對(duì)地表的日照射度，使土壤溫度下降，而較低的地溫為馬鈴薯生長(zhǎng)提供了適宜的環(huán)境條件，從而有利于產(chǎn)量形成。

3）在馬鈴薯生育期中，馬鈴薯覆膜套作的土壤含水量下降比覆膜馬鈴薯單作快，尤其是在馬鈴薯塊莖增長(zhǎng)期至淀粉積累期下降最快。由于馬鈴薯和大豆生態(tài)位的差異，馬鈴薯在整個(gè)生育期中都存在著與大豆對(duì)土壤水分的強(qiáng)烈競(jìng)爭(zhēng)，塊莖增長(zhǎng)期至淀粉積累期，大豆正處于結(jié)莢鼓粒期，對(duì)水分的競(jìng)爭(zhēng)最為激烈，因此，套作使作物體系耗水

量增加，土壤水分含量減少。這與前人關(guān)于豆科作物與玉米及大麥間作中“間作玉米及大麥土壤含水量低于單作玉米及大麥”的結(jié)論一致［18～19］。4）在西北旱作區(qū)，地膜覆蓋栽培已作為農(nóng)田保墑增產(chǎn)的一項(xiàng)重要措施，不同覆蓋栽培類型均可通過改變土壤地表狀況，阻隔土壤與大氣的熱交換，影響土壤溫度變化，抑制土壤水分蒸發(fā)，提高土壤表層溫度，最終提高作物產(chǎn)量［20～21］。本研究結(jié)果表明，馬鈴薯塊莖增長(zhǎng)期，黑膜全膜覆蓋馬鈴薯地溫低于透明地膜全膜覆蓋，有利于馬鈴薯生長(zhǎng)，對(duì)植株長(zhǎng)勢(shì)和根莖的增長(zhǎng)有明顯促進(jìn)作用，加大對(duì)土壤水分的耗散，進(jìn)而導(dǎo)致黑色地膜覆蓋的土壤含水量比透明地膜高。覆膜套作與單作相比，覆膜套作耗水量增加，水分利用效率高于單作，這一結(jié)論與玉米水分利用效率、產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因素間的關(guān)系一致［22～23］。說明水分利用效率的改善是提高作物產(chǎn)量的最佳途徑［24］。

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（本文責(zé)編：陳偉）

Effects of Plastic Mulching and Intercropping on Dynamics of Temperature and Humidity，andPotatoYieldinNorthwest AlongYellowRiver Irrigation Areas

TAN Xue-lian1，2，GUO Tian-wen2，3，LIU Gao-yuan1，2
（1.Institute of Dryland Agriculture，Gansu Academy of Agricultural Sciences，Lanzhou Gansu 730070，China；2.Key Laboratory of Efficient Utilization of Water in Dry Farming，Lanzhou Gansu 730070，China；3.Gansu Academy of Agricultural Sciences，Lanzhou Gansu 730070，China）

The field of potato（Solanum tuberosum L）and soybean（Glycine max）interplanting is used to study the effects of plastic film mulching and intercropping on potato soil temperature，humidity and yield.The result shows that soil water content of plastic-film mulching monoculture cropping potato is significantly higher than that of intercropping in stage of tuber bulking，and maturity of potato.The soil temperature of monoculture is significantly higher than that of intercropping in every growing period of potato. LER of potato and soybean interplanting of different plastic-film mulching is more than 1.Compared to transparent plastic-film mulching plastic-film mulching，WUE and yield of black plastic-film mulching plastic-film mulching in potato increased by 11.3%and 5.1%，and reduced soil temperature of growth period，promoted plant growth and yield，as well as best tillage modes in Northwest Along Yellow River Irrigation Areas.

Potato and soybean intercropping；Mulching；Soil temperature and humidity；Yield

S532；S344.3

A

1001-1463（2015）03-0006-05

10.3969/j.issn.1001-1463.2015.03.003

2014-12-18

國(guó)家自然科學(xué)基金（41161042）；甘肅省干旱生境作物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室—省部共建國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地開放基金（GSCS-2012-13）資助

譚雪蓮（1979—），女，吉林樺甸人，助理研究員，主要從事作物抗旱生理研究。E-mail：tanxuelian_2002@163. com

郭天文（1963—），男，山西山陰人，研究員，主要從事土壤及土壤環(huán)境、旱地農(nóng)業(yè)等方面的研究工作。E-mail：guotw11@sohu.com