覆膜和密度對(duì)寧南旱地馬鈴薯產(chǎn)量及水分利用效率的影響

梁錦秀, 郭鑫年, 張國(guó)輝, 陳 剛, 王西娜, 周 濤

(1.寧夏農(nóng)林科學(xué)院, 銀川 750002; 2.寧夏大學(xué), 銀川 750021)

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覆膜和密度對(duì)寧南旱地馬鈴薯產(chǎn)量及水分利用效率的影響

梁錦秀1, 郭鑫年1, 張國(guó)輝1, 陳 剛1, 王西娜2, 周 濤1

(1.寧夏農(nóng)林科學(xué)院, 銀川 750002; 2.寧夏大學(xué), 銀川 750021)

以莊薯3號(hào)為供試材料，采用大田試驗(yàn)，研究覆膜對(duì)不同栽培密度條件下土壤儲(chǔ)水量、馬鈴薯產(chǎn)量構(gòu)成、產(chǎn)量以及水分利用效率的影響。結(jié)果表明:地膜覆蓋可明顯提高0—40，40—100 cm土壤儲(chǔ)水量，提高了馬鈴薯塊莖產(chǎn)量(25.2%)和水分利用效率(28.0%);不論覆膜與否，適宜的馬鈴薯密度可提高馬鈴薯產(chǎn)量和水分利用效率，趨勢(shì)為6.0萬(wàn)株/hm2>7.5萬(wàn)株/hm2>4.5萬(wàn)株/hm2，但地膜覆蓋優(yōu)于裸地。因此，在寧南旱地馬鈴薯覆膜栽培條件下密度為6.0萬(wàn)株/ hm2時(shí)，能有效減少土壤水分消耗，同時(shí)實(shí)現(xiàn)馬鈴薯高產(chǎn)。

覆膜; 密度; 馬鈴薯; 產(chǎn)量; 水分利用效率

馬鈴薯是寧夏第一大作物，近年來(lái)栽培面積穩(wěn)定在26.7萬(wàn)hm2[1]，是寧南山區(qū)的主要經(jīng)濟(jì)作物，自然降水是該地區(qū)馬鈴薯需水的主要來(lái)源，據(jù)統(tǒng)計(jì)，寧南山區(qū)年均降雨量450 mm左右，主要集中在7—9月份，有年內(nèi)分布不均，年際間變化大的顯著特點(diǎn)[2]。如何減少土壤水分蒸發(fā)，提高土壤水分保蓄能力一直是降水高效利用的主要課題。研究表明，地膜覆蓋可以改善土壤環(huán)境，提高土壤溫度，促使作物早生快發(fā)，發(fā)揮土壤水庫(kù)的調(diào)配作用，有效減少土壤水分蒸發(fā)，促進(jìn)產(chǎn)量的提高[3-8]。燕曉娟等[9]認(rèn)為在旱地上不同品種冬小麥種植密度對(duì)小麥根系生長(zhǎng)、水分利用效率及其產(chǎn)量均有不同程度的影響。

一些研究也表明，馬鈴薯產(chǎn)量與栽培密度存在著一定的依存關(guān)系[10-12]，合理的栽培密度有利于馬鈴薯光合產(chǎn)物的累積，促進(jìn)根系對(duì)水分養(yǎng)分的吸收，提高單株產(chǎn)量。密度過(guò)低、單位面積內(nèi)株數(shù)不足將造成減產(chǎn)，而過(guò)高則影響馬鈴薯的光合作用，降低個(gè)體經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量，致使產(chǎn)量下降。在有限降水的前提下，選擇適宜的種植密度對(duì)提高馬鈴薯產(chǎn)量及水分利用效率具有促進(jìn)作用、對(duì)研究馬鈴薯密度與產(chǎn)量、水分利用效率之間的關(guān)系、對(duì)指導(dǎo)農(nóng)戶栽培具有實(shí)際意義。鑒于此，我們?cè)趯幠仙絽^(qū)西吉縣將臺(tái)鎮(zhèn)馬蓮村，開(kāi)展地膜覆蓋對(duì)不同栽培密度土壤儲(chǔ)水變化、馬鈴薯產(chǎn)量及水分利用效率的影響研究，以期為寧南旱地覆膜條件下馬鈴薯栽培合理密度提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

本試驗(yàn)于2013年設(shè)在寧夏南部典型雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)西吉縣馬蓮村(東經(jīng)106°44′，北緯36°10′)，海拔1 350 m，該區(qū)域是寧夏南部山區(qū)典型旱區(qū)，同樣是寧夏馬鈴薯主要產(chǎn)區(qū)，多年平均降水量為410 mm，年均蒸發(fā)量1 800 mm左右，平均氣溫8.3℃，無(wú)霜期145 d，屬半干旱半濕潤(rùn)地區(qū)。土壤類(lèi)型為黃綿土，耕層土壤pH值8.6、有機(jī)質(zhì)14.2 g/kg、全氮0.85 g/kg，堿解氮45.3 mg/kg、速效磷15.7 mg/kg、速效鉀142.5 mg/kg。試驗(yàn)地播種前土壤0—200 cm土層儲(chǔ)水量為361.6 mm。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，栽培方式為主區(qū)，設(shè)覆膜(F)和裸地(CK)兩種方式，馬鈴薯不同種植密度為副區(qū)，設(shè)地馬鈴薯密度為4.5，6.0，7.5萬(wàn)株/hm2，3個(gè)水平，分別用CK4.5，CK6.0，CK7.5，F(xiàn)4.5，F(xiàn)6.0，F(xiàn)7.5表示。地膜規(guī)格為0.008 mm，覆膜方式為半覆膜，種植方式為人工穴播平作，覆膜前基施純氮150 kg/hm2，P2O5150 kg/hm2和K2O 75 kg/hm2，生育期不追肥，5月4日播種，10月1日收獲，生育期150 d，供試品種為：莊薯3號(hào)，小區(qū)面積50 m2(10 m×5 m)，重復(fù)3次。

1.3 取樣及測(cè)定方法

分別于2013年4月29日馬鈴薯播前、2013年10月5日馬鈴薯收獲后采用土鉆法以20 cm為一層采集0—200 cm剖面同層土壤混合樣品，于馬鈴薯關(guān)鍵苗期(5月25日)、盛花期(7月15日)、淀粉積累期(9月2日)和成熟期(10月1日)取0—100 cm剖面土壤樣品，田間取樣時(shí)每小區(qū)隨機(jī)選取3個(gè)采樣點(diǎn)進(jìn)行采樣，同層混合樣帶回實(shí)驗(yàn)室采用烘干法測(cè)定土壤水分含量；在馬鈴薯播種前和收獲后采用根鉆(直徑為10 cm，高15 cm)以20 cm為一層，采集0—200 cm土壤樣品計(jì)算各層次土壤容重。于馬鈴薯成熟期每小區(qū)取10株馬鈴薯進(jìn)行考種，指標(biāo)包括小薯(<50 g)個(gè)數(shù)和重量、中薯(50～150 g)個(gè)數(shù)和重量、大薯(>150 g)個(gè)數(shù)和重量以及單株結(jié)薯數(shù)、單薯種等產(chǎn)量構(gòu)成，同時(shí)計(jì)算經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理及計(jì)算

ρb=ms/vt

(1)

式中：ρb——土壤容重(g/cm3)；ms——土壤鮮重(g)；vt——根鉆容積(cm3)。

w=10ρbhc

(2)

式中：w——土壤儲(chǔ)水量(mm)；ρb——土層容重(g/cm3)；h——土層厚度(cm)；c——土壤水分重量百分?jǐn)?shù)(%)。

a=b+r-d

(3)

式中：a——馬鈴薯生育期耗水量(mm)；b——播前2 m土壤儲(chǔ)水量(mm)；r——生育期降水量(mm)；d——馬鈴薯收獲后2 m土壤儲(chǔ)水量(mm)。

WUE=t/a

(4)

式中：WUE——馬鈴薯水分利用效率[kg/(hm2·mm)]；t——馬鈴薯塊莖產(chǎn)量(kg/hm2)；a——馬鈴薯生育期耗水量(mm)。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用DPS 7.05軟件處理，LSD法進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)(p<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 研究區(qū)域降水特征分析

如表1所示，寧夏雨養(yǎng)農(nóng)田近5年平均降雨量為417.7 mm，試驗(yàn)?zāi)攴萁涤炅繛?36.2 mm，比平均降雨量高52.3%，為典型豐水年。馬鈴薯生育期內(nèi)降雨量占總降水量的91.9%，高于多年平均值。試驗(yàn)?zāi)攴莶シN期降雨量高于均值，為馬鈴薯出苗提供了保障，生育期降水量主要集中在苗期—盛花期(6月中旬—7月下旬)，塊莖膨大期馬鈴薯需水量較高，而試驗(yàn)?zāi)攴輧H為31.4 mm，低于5 a平均值。

表1 試驗(yàn)區(qū)近5年降水特征

2.2 不同密度條件下覆膜對(duì)土壤儲(chǔ)水量的影響

由圖1可看出，隨生育進(jìn)程的推移，不同處理下100 cm土體儲(chǔ)水量呈先升高后降低再升高的變化趨勢(shì)，且在苗期達(dá)到峰值；在相同密度條件下，不同密度處理各生育期儲(chǔ)水量均表現(xiàn)為地膜覆蓋>裸地，且從苗期到淀粉累積期，處理間差異較大，生育后期差異減小。無(wú)論覆膜與否，0—100 cm土壤儲(chǔ)水量均為4.5萬(wàn)株/hm2>6.0萬(wàn)株/hm2>7.5萬(wàn)株/hm2，地膜覆蓋條件下苗期—淀粉累積期不同密度處理間差異較大。說(shuō)明隨著馬鈴薯栽培密度的增加土壤水分消耗隨之增加。

覆膜增加了0—200 cm土壤儲(chǔ)水量(圖2)，且在40—100 cm土層增加較多。同時(shí)覆膜可增加深層土壤儲(chǔ)水量。0—40 cm土層裸地處理4.5萬(wàn)株/hm2儲(chǔ)水量最高，且隨著密度增加儲(chǔ)水量減少，而地膜覆蓋則增加了7.5萬(wàn)株/hm2處理的土壤儲(chǔ)水量。在40—100 cm土體，地膜覆蓋儲(chǔ)水優(yōu)勢(shì)增加，在相同密

度條件下地膜覆蓋提高了土壤儲(chǔ)水量。

注：不同小寫(xiě)字母表示0.05水平差異顯著，下圖同。

圖1 生育期內(nèi)1 m土體蓄水量變化特征

圖2 不同處理土壤層次儲(chǔ)水特征

如圖3所示，隨馬鈴薯生育進(jìn)程的推進(jìn)，不同處理土壤水分垂直方向變異較大，土壤剖面儲(chǔ)水量60 cm土層為拐點(diǎn)，表現(xiàn)為先升高后降低的趨勢(shì)，整個(gè)生育期內(nèi)0—40 cm土壤儲(chǔ)水量苗期最高，其次為成熟期，淀粉累積期最低。

苗期地膜覆蓋對(duì)增加土壤儲(chǔ)水量無(wú)明顯作用，盛花期各處理垂直剖面土壤儲(chǔ)水量無(wú)顯著差異，主要是由于此時(shí)期降雨量增加從而提高了土壤各層次的儲(chǔ)水量，地膜覆蓋并無(wú)優(yōu)勢(shì)。淀粉累積期，不同處理各土層的土壤儲(chǔ)水量在各層次之間有較為明顯的變化，雖然馬鈴薯對(duì)土壤水分消耗較大，但覆膜處理減少了馬鈴薯對(duì)各土層土壤水分的消耗，整個(gè)剖面地膜覆蓋土壤儲(chǔ)水量高于裸地對(duì)照，且4.5萬(wàn)株/hm2處理最高。成熟期各處理間土壤儲(chǔ)水量垂直分布差異降低，0—60 cm土層各處理無(wú)顯著差異，地膜覆蓋提高了60 cm以下土層儲(chǔ)水量，且4.5萬(wàn)株/hm2處理略高于其他處理。

2.3 不同密度條件下覆膜對(duì)產(chǎn)量及其構(gòu)成的影響

由表2可以看出，覆膜增加馬鈴薯塊莖產(chǎn)量，差異顯著，與裸地相比增產(chǎn)25.2%，無(wú)論覆膜與否，馬鈴薯塊莖產(chǎn)量隨著栽培密度的增加而增加，均表現(xiàn)為6.0萬(wàn)株/hm2>7.5萬(wàn)株/hm2>4.5萬(wàn)株/hm2，裸地處理間差異顯著。與4.5萬(wàn)株/hm2處理相比，裸地處理增產(chǎn)64.7%～30.4%，覆膜增產(chǎn)20.4%～3.0%。在不同密度條件下覆膜增加大薯塊個(gè)數(shù)和產(chǎn)量，同時(shí)增加單薯重量，差異顯著，其他指標(biāo)無(wú)顯著差異。在地膜覆蓋條件下增加密度提高了小、中薯塊個(gè)數(shù)和重量，降低大薯塊個(gè)數(shù)和重量，且降低了單薯重，從而降低產(chǎn)量。裸地處理不同密度處理之間各指標(biāo)無(wú)顯著差異。

2.4 不同密度條件下覆膜對(duì)水分利用率的影響

由表3可看出，與裸地相比，地膜覆蓋提高了馬鈴薯水分利用效率，差異顯著，增幅為28.0%，無(wú)論覆膜與否，6.0萬(wàn)株/hm2處理馬鈴薯水分利用效率均為最高，其次為7.5萬(wàn)株/hm2處理，與4.5萬(wàn)株/hm2相比，裸地處理水分利用效率增幅為31.5%～64.4%，差異顯著，在覆膜條件下水分利用效率增幅為3.4%～20.7%。

圖3 地膜覆蓋和不同密度條件下馬鈴薯生育期0-100 cm土層土壤儲(chǔ)水量的變化

表2 覆膜和不同密度馬鈴薯產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

注：不同小寫(xiě)字母表示0.05水平差異顯著，下表同。

表3 不同密度條件下覆膜對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量及水分利用效率的影響

3 討論與結(jié)論

在黃土高原地區(qū)，自然降水的60%～70%為無(wú)效蒸發(fā)，僅有20%～25%形成初級(jí)生產(chǎn)力[13]，而地膜覆蓋能有效提高土壤蓄水保墑能力，同時(shí)能夠提高地表溫度，促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)分解，提高馬鈴薯根區(qū)土壤速效養(yǎng)分，從而提高產(chǎn)量。目前地膜作為一項(xiàng)成熟的技術(shù)在寧夏南部雨養(yǎng)區(qū)得到大面積應(yīng)用和推廣。研究結(jié)果表明，覆膜顯著增加了馬鈴薯產(chǎn)量同時(shí)提高了水分利用效率。買(mǎi)自珍等[14]研究發(fā)現(xiàn)覆膜提高土壤水分含量，顯著提高馬鈴薯產(chǎn)量(29.31%)，提高降水利用效率(36.15%)，表明地膜覆蓋能實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)增效。本研究結(jié)果與前人的研究結(jié)果相似。在本試驗(yàn)中馬鈴薯產(chǎn)量在不同密度條件下地膜覆蓋處理高于裸地。作物生產(chǎn)是一個(gè)群體過(guò)程，種植密度和群體數(shù)量、光能利用等密切相關(guān)，是影響作物產(chǎn)量和水分利用效率的重要因子之一[15]。多數(shù)研究認(rèn)為[16-18]馬鈴薯的產(chǎn)量與密度方程呈拋物線型，產(chǎn)量在一定范圍內(nèi)隨著播種密度的增加而提高，馬鈴薯產(chǎn)量和個(gè)體經(jīng)濟(jì)性狀最佳，在這基礎(chǔ)上再增加則產(chǎn)量降低。隨著馬鈴薯播種密度的增加畝產(chǎn)量也在逐漸增加，但單株產(chǎn)量則隨著密度的增加而降低，本研究也有相似的研究結(jié)果。蘭小龍[19]認(rèn)為在寧南山區(qū)覆膜栽培條件下，密度在6.0萬(wàn)株/hm2時(shí)產(chǎn)量最高。何進(jìn)勤[20]認(rèn)為寧夏南部山區(qū)馬鈴薯適宜栽培的密度為5.25萬(wàn)株/hm2。本研究結(jié)果表明無(wú)論覆膜與否，馬鈴薯產(chǎn)量隨著栽培密度增加而提高，但均表現(xiàn)為6.0萬(wàn)株/hm2>7.5萬(wàn)株/hm2>4.5萬(wàn)株/hm2。自然降水是旱地馬鈴薯水分的唯一來(lái)源，通過(guò)減少水分的無(wú)效損耗是提高水分利用效率途徑之一，而適宜的馬鈴薯群體對(duì)于馬鈴薯產(chǎn)量的貢獻(xiàn)不能忽視。本研究表明，覆蓋能明顯提高土壤蓄水能力，提高水分利用效率，覆膜馬鈴薯增產(chǎn)25.2%，水分利用效率提高28.0%，無(wú)論覆膜與否，栽培密度為6.0萬(wàn)株/hm2產(chǎn)量最高，再此基礎(chǔ)上增加密度則造成減產(chǎn)。可見(jiàn)，覆膜是增加產(chǎn)量和提高降水利用率的有效措施，針對(duì)寧夏南部雨養(yǎng)農(nóng)田馬鈴薯的生產(chǎn)實(shí)際，認(rèn)為在覆膜條件下栽培密度為6.0萬(wàn)株/hm2可保證高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)，在寧南旱地馬鈴薯生產(chǎn)上有一定的推廣價(jià)值。

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Effects of Plastic Mulch and Different Densities on Potato Yield and Water Use Efficiency on Dry land of South Ningxia

LIANG Jinxiu1, GUO Xinnian1, ZHANG Guohui1, CHEN Gang1, WANG Xi′na2, ZHOU Tao1

(1.NingxiaAcademyofAgricultureandForestryScience,Yinchuan750002,China;2.NingxiaUniversity,Yinchuan750021,China)

The experiments were designed and implemented to investigate soil water storage under different planting densities, potato(ZHUANG3 type) yield components，yield and water use efficiency under plastic mulch on dry land of south Ningxia. The result showed that mulching could significantly improve soil water storage in the depths of 0—40 cm and 40—100 cm, potato tuber yield(25.2%) and water use efficiency(28.0%). Whether or not the mulch was used, potato production and water use efficiency increased with the increase of the density. The trend followed the density order 6.0×104plants/hm2>7.5×104plants/hm2>4.5×104plants/hm2. And the indicators of the mulching were better than no mulching. The conclusion of the experiment is that the optimal potato planting practice is mulching and density of 6.0×104plants/hm2，which can achieve high yield and soil water use efficiency in dry land.

mulch; density; potato; yield; water use efficiency

2015-02-02

2015-03-05

公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)“黃土高原雨養(yǎng)農(nóng)田水分高效利用技術(shù)研究與示范”(201303104)

梁錦秀(1962—),女,寧夏銀川人,副研究員,碩士,主要從事植物營(yíng)養(yǎng)與施肥研究。E-mail:liangjinxiu0951@163.com

周濤(1966—)男,重慶巴縣人,研究員,博士,主要從事土壤肥力提升研究。E-mail:zhoutao6084609@163.com

S532

1005-3409(2015)05-0266-05