旱作馬鈴薯微壟覆膜側(cè)播栽培模式的集雨效果

趙元霞，樊明壽，賈立國*，張子義

（1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特010019；2.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特010018）

栽培生理

旱作馬鈴薯微壟覆膜側(cè)播栽培模式的集雨效果

趙元霞1，樊明壽1，賈立國1*，張子義2

（1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特010019；2.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特010018）

微壟覆膜側(cè)播栽培模式是最近提出的旱作區(qū)馬鈴薯集雨栽培技術(shù)，研究的目的是通過設(shè)置5，10，15和20 mm 4個(gè)模擬降雨量水平，與傳統(tǒng)平作模式進(jìn)行比較以檢驗(yàn)微壟覆膜側(cè)播栽培模式在內(nèi)蒙古陰山北麓地區(qū)的集雨效果。試驗(yàn)在馬鈴薯出苗后16 d進(jìn)行模擬降水處理。結(jié)果表明，在微壟覆膜側(cè)播栽培模式下，5 mm降雨即可顯著提高馬鈴薯根際0～20 cm土層土壤含水量，10 mm時(shí)微壟覆膜側(cè)播的貯水效果最好。隨著模擬降雨量的增加，微壟覆膜側(cè)播馬鈴薯的干物質(zhì)積累速率、各器官干物質(zhì)積累、葉面積指數(shù)及水分利用效率均呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)。

旱作；馬鈴薯；微壟覆膜側(cè)播；集雨效果

溝壟集雨是雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)一種重要集雨技術(shù)措施，主要是通過對(duì)地表進(jìn)行起微小壟狀突起，利用集雨壟面將降雨匯集至溝側(cè)，之后水分向溝中聚集，隨之被聚集的降水慢慢向溝中土壤滲入，進(jìn)而使種在溝中的作物得到生長所需水分，并且使土壤中降水得到有效的貯存，進(jìn)而在時(shí)間和空間上對(duì)農(nóng)田水分進(jìn)行有效的調(diào)控與利用[1,2]。將溝壟技術(shù)與地膜覆蓋技術(shù)結(jié)合起來[3-6]，進(jìn)而形成壟膜溝播技術(shù)，能夠?qū)τ晁鸬礁玫氖占眯Ч鸞7]。韓娟等[8]通過2007~2010年間在黃土高原溝壑區(qū)的研究表明，壟上覆地膜溝內(nèi)覆秸稈能顯著提高冬小麥水分利用效率，且溝壟集雨種植的水分利用效率較對(duì)照高出33.6%~35.8%。李榮等[9]試驗(yàn)證明，壟覆地膜、溝覆地膜可顯著提高作物水分利用效率和0~ 200 cm土壤蓄水量。吳育學(xué)等[10]證明，溝壟覆膜處理是一種耗水量相對(duì)較小，燕麥產(chǎn)量和水分利用效率最高的集雨種植模式，分別可達(dá)1 745.5 kg/hm2和9.1 kg/mm·hm2。王曉凌等[11]試驗(yàn)表明，在壟溝覆膜集雨處理下旱作馬鈴薯產(chǎn)量分別較在土壟集雨處理下和裸地平作處理下提高126.8%和277.2%，主要是由于壟溝覆膜集雨能夠增加土壤水分含量，促進(jìn)土壤礦質(zhì)營養(yǎng)的積累，同時(shí)，該集雨模式能夠起到集雨、保墑和增溫的作用。任小龍等[12]研究發(fā)現(xiàn)，溝壟集雨技術(shù)因顯著增加了功能葉片的葉綠素含量，從而提高了玉米葉片凈光合速率。

內(nèi)蒙古陰山北麓丘陵地區(qū)是典型的“雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)”，年降雨量在400 mm以下，而且主要集中在6~8月，充分、合理、有效地利用好當(dāng)?shù)氐挠行Ы涤曩Y源，提高水分利用效率對(duì)提高當(dāng)?shù)伛R鈴薯產(chǎn)量起到關(guān)鍵性的作用。研究證明，溝壟覆膜側(cè)播能夠有效提高馬鈴薯產(chǎn)量，并且提高水分利用效率[13,14]，鑒于此，結(jié)合內(nèi)蒙古陰山北麓丘陵地區(qū)實(shí)際氣候特點(diǎn)，本課題組經(jīng)過多年的實(shí)地調(diào)查研究，提出了適宜內(nèi)蒙古陰山北麓丘陵地區(qū)的栽培模式-微壟覆膜側(cè)播，目前生產(chǎn)中大多數(shù)溝壟種植模式壟高均在20 cm左右，壟寬在60 cm左右，而微壟覆膜側(cè)播的特點(diǎn)是壟高為10 cm，壟寬在50 cm。這樣的特點(diǎn)既起到了壟作覆膜匯集雨水的功能，又使植株根部保障良好的通氣條件，有效避免當(dāng)溝內(nèi)播種單次雨水過大時(shí)，溝內(nèi)雨水過多匯集，不利于馬鈴薯根部的生長發(fā)育。研究表明，微壟覆膜側(cè)播較平地覆膜和露地平作的產(chǎn)量分別提高20.21%和30.70%[15,16]。但是這種模式在多少毫米降雨下開始發(fā)揮作用，又在多少毫米降雨量下集雨效果達(dá)到飽和狀態(tài)？即微壟覆膜側(cè)播模式下的集雨下限降雨量值與集雨上限降雨量值是未知的。本試驗(yàn)旨在確定微壟覆膜側(cè)播能夠發(fā)揮作用的降雨量下限值，以期進(jìn)一步完善微壟覆膜側(cè)播的技術(shù)規(guī)程，為雨養(yǎng)馬鈴薯的高產(chǎn)和水分高效利用提供更加充足的理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2014年在內(nèi)蒙古呼和浩特市武川縣廠漢木臺(tái)鄉(xiāng)（東經(jīng)111°27'，北緯41°14'，海拔1 600 m）進(jìn)行。該地區(qū)屬于半干旱雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)，年均降雨量約300 mm左右，全年日照時(shí)數(shù)為2 963 h，年光合有效輻射為2 858.1×106J/m2，無霜期100 d左右。試驗(yàn)地土質(zhì)為沙壤土，耕層（0~20 cm）土壤有機(jī)質(zhì)17.43 g/ kg，全氮1.21 g/kg，速效磷11.53 mg/kg，速效鉀143.5 mg/kg，pH值8.3，容重1.3 g/cm3。播前土壤含水量：12.36%（0~20 cm），13.55%（20~40 cm）和14.17%（40~60cm）。

1.2材料與處理

供試馬鈴薯品種為‘克新1號(hào)’脫毒原種。試驗(yàn)采用微壟覆膜側(cè)播（以下用W表示）和露地平作（以下用P表示）2種種植模式，在苗期設(shè)置4個(gè)模擬降雨量處理：5，10，15和20 mm。以下5W、5P、10W、10P、15W、15P、20W、20P分別代表5，10，15和20 mm模擬降雨量的微壟覆膜側(cè)播和露地平作處理。小區(qū)面積均為60 m2，其中寬4 m、長15 m。行距0.5 m，株距0.38 m，種植密度為52 500株/hm2，試驗(yàn)設(shè)置3次重復(fù)，采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。

試驗(yàn)于2014年5月12日播種，9月14日收獲。肥料用量為N 150 kg/hm2（氮源為尿素），P2O560 kg/hm2（磷源為重過磷酸鈣），K2O 150 kg/hm2（鉀源為硫酸鉀）。肥料全部采用播前基施，其他管理措施均按常規(guī)方法進(jìn)行。

模擬降雨：根據(jù)公式，降雨毫米數(shù)=降雨體積/土地面積，求得模擬降雨體積，利用人工噴霧進(jìn)行模擬降雨處理，在出苗后16 d（6月25日）進(jìn)行處理。

1.3取樣及測(cè)定

1.3.1土壤含水量

取樣時(shí)間及部位：露地平作和微壟覆膜側(cè)播均從距離植株5 cm處取土，其中微壟覆膜側(cè)播在偏溝部位置取土，取樣深度為60 cm，每20 cm為1層，取樣時(shí)間分別為出苗后15 d（模擬降雨前1 d）、17 d（處理后1 d）、19 d（處理后3 d）、22 d（處理后6 d）。用土鉆取土后采用烘干法測(cè)定含水量，土壤含水量計(jì)算公式：Ws（%）=（W1-W2）/（W2-W3）×100%（I），其中W1為濕土和鋁盒的重量（g），W2為干土和鋁盒的重量（g），W3為空鋁盒的重量（g）。

1.3.2植株生物量

取樣時(shí)間：除處理后1 d不取樣外，其余取樣時(shí)間同土壤樣本。

測(cè)定方法：將各個(gè)器官分開后，先稱取鮮重，然后放入105℃烘箱中殺青30 min，之后放入80℃烘箱中烘48 h后稱得干重。

1.3.3葉面積指數(shù)

取樣時(shí)間：同植株生物量取樣時(shí)間。

測(cè)定方法：打孔法。

計(jì)算公式：整株馬鈴薯葉面積（cm2）=30×（a+ b）/a，葉面積指數(shù)=整株馬鈴薯葉面積（m2）×公頃株數(shù)（株/10 000m2），其中a為30片小圓葉片的鮮重，b為其余葉片的總鮮重。

1.3.4水分利用效率

水分利用效率根據(jù)公式WUE[kg/（hm2·mm）]= Y塊莖產(chǎn)量（kg/hm2）/ET總耗水量（mm）;其中，ET=P+I+△SWS-R-D；ET為作物總耗水量，P為馬鈴薯生長季節(jié)的降雨量，I為灌溉量，△SWS為模擬降雨前1 d土壤貯水量與取樣時(shí)土壤貯水量之差，R為地表徑流量，D為耕層土壤水的滲漏量。本試驗(yàn)由于R和D值太小，忽略不計(jì)，所以作物耗水量實(shí)際計(jì)算公式為ET=P+I+△SWS。

1.4數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 18.0軟件、Excel 2003進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

土壤貯水量（mm）=土層厚度（mm）×土壤容重（g/ cm3）×土壤含水量（%）。

土壤水分利用率[kg/（hm2·mm）]=馬鈴薯生物量累積（kg/hm2）/[模擬降雨前1 d土壤貯水量（mm）+模擬降雨后到取樣期間總降水量（mm）-取樣時(shí)土壤貯水量（mm）]。

2　結(jié)果與分析

2.1土壤含水量

苗期不同處理0~60 cm各個(gè)土層土壤貯水量見表1。從表1可以看出，處理后1 d，不同處理的土壤含水量較處理前1 d都有不同程度的增加，但是微壟覆膜側(cè)播模式（W）明顯高于露地平作模式（P）。處理后3 d相比處理前1 d，0~20 cm土層土壤含水量的增加值W明顯高于P，5，10，15和20 mm處理下，W模式較P模式分別多增加4.74，8.55，10.27和13.12 mm。隨土層深度增加，W模式與P模式土壤含水量增加量差值逐漸減小。20~40 cm土層土壤含水量，在4個(gè)模擬降雨量下，W比P分別多增加1.01，4.19，7.10和2.81 mm，40~60 cm土層土壤含水量，4個(gè)模擬降雨量下，W比P分別多增加0.78，2.57，1.79和5.41 mm。

模擬降雨5 mm在處理后1 d微壟覆膜側(cè)播的土壤含水量增加值明顯高于露地平作，且隨模擬降雨量的增加，微壟覆膜側(cè)播的集雨效果越明顯，2種栽培模式的土壤含水量增加值差值越大（圖1）。說明從5 mm開始，微壟覆膜側(cè)播較露地平作就有明顯的收集雨水的作用。

處理后1 d和處理后3 d，2種模式的土壤含水量均減少，露地平作土壤含水量減小值隨模擬降雨量增加差異不大，微壟覆膜側(cè)播土壤含水量減小值則隨模擬降雨量增加呈先減小后增加的趨勢(shì)（圖2）。

2.2干物質(zhì)積累

2.2.1整株干物質(zhì)積累

經(jīng)測(cè)量，從播種到苗期模擬降雨處理前共有56.6 mm天然降雨。從表2看出處理前，不同模式的馬鈴薯干物質(zhì)積累量在處理時(shí)已存在顯著差異，W比P干物質(zhì)積累量多44%。5，10，15和20 mm處理后3 d，2種栽培模式干物質(zhì)增長率均隨模擬降水量增加而呈增加趨勢(shì)。微壟覆膜側(cè)播（W）干物質(zhì)量增長率較露地平作（P）多6~24個(gè)百分點(diǎn)，5~20 mm時(shí)2種栽培方式干物質(zhì)量增長率都有顯著差異。

處理后3 d內(nèi)，隨模擬降雨量增加干物質(zhì)積累速率也隨之增大，且微壟覆膜側(cè)播干物質(zhì)積累速率顯著大于露地平作，5，10，15和20 mm處理下，微壟覆膜側(cè)播分別比露地平作高0.25，0.73，0.91和0.96 g/株·d。

2.2.2各器官干物質(zhì)積累

如表3所示，處理前1 d微壟覆膜側(cè)播與露地平作在葉干重上有顯著差異，而在莖及根上無顯著差異。經(jīng)過模擬降雨量處理后3 d，W與P在葉干重上依然有顯著差異。W模式經(jīng)5，10，15和20 mm降水處理后葉干重分別增加了23.88%，51.06%，87.23%和99.29%，而P模式在相應(yīng)的降水處理下分別增加4.38%，37.85%，74.50%和138.65%。

表1　苗期不同處理0~60 cm土層土壤貯水量Table 1Water content at 0-60 cm depth soil under different treatments at seedling stage

圖1　處理后1 d 60 cm土層土壤含水量的增加量Figure 1Increase of soil water content at 60 cm depth soil 1 d after treatment

圖2　處理后1~3 d 60 cm土層土壤含水量的減小量Figure 2Decrease of soil water content at 60 cm depth soil 1-3 d after treatment

表2　苗期不同處理下馬鈴薯干物質(zhì)積累及干物質(zhì)積累速率Table 2Amount and percentage of dry matter accumulation of potato under different treatments at seedling stage

表3　苗期不同處理下馬鈴薯各器官干物質(zhì)積累Table 3Dry matter accumulation in different organs of potato under different treatments at seedling stage

這一點(diǎn)同樣可以通過各器官占總干重的比例來分析，處理后3 d，5，10，15和20 mm地上部干重的分配率，W分別為82.34%，80.25%，84.71%和84.52%，P分別為74.91%，76.71%，83.75%和85.90%。由此可見5和10 mm處理下，微壟覆膜側(cè)播地上部分配率明顯高于露地平作，而在15和20 mm作用下，二者無明顯差異。處理后3 d，5，10，15和20 mm地下部干重的分配率，W分別為17.66%，19.75%，15.29%，15.48%，P分別為25.09%，23.29%，16.25%，14.10%。5和10 mm處理下，微壟覆膜側(cè)播地下部分配率明顯低于露地平作，而在15和20 mm作用下，二者無明顯差異（表3）。

2.3葉面積指數(shù)

表4為苗期不同處理對(duì)葉面積指數(shù)的影響，葉面積指數(shù)變化規(guī)律與葉干重變化規(guī)律基本相同，隨模擬降雨量增加，微壟覆膜側(cè)播植株葉面積指數(shù)呈單峰型曲線變化，且微壟覆膜側(cè)播與露地平作之間差異顯著。

表4　苗期不同處理對(duì)馬鈴薯葉面積指數(shù)的影響Table 4Effect of different treatments on LAI of potato at seedling stage

2.4水分利用效率

由表5可以看出，5，10，15和20 mm處理后3 d，W模式的水分利用率較P分別高78到112個(gè)百分點(diǎn)，呈現(xiàn)隨降水量增加而增加的趨勢(shì)。

3　討論

起壟覆膜在許多地區(qū)被證明可以起到增產(chǎn)和提高水分利用效率的作用，也有部分學(xué)者對(duì)其增產(chǎn)增效的生理機(jī)制進(jìn)行了研究[1,7,15]。微壟覆膜側(cè)播在馬鈴薯上證明也具有這樣的效果，該模式設(shè)計(jì)時(shí)即考慮到內(nèi)蒙古主產(chǎn)區(qū)干旱少雨，無效降雨頻率高的降水特點(diǎn)而設(shè)計(jì)。但是，不同降雨條件下的集雨與保水效果還不清楚，這些指標(biāo)的確立將為該模式的推廣應(yīng)用和創(chuàng)新提供必要的理論依據(jù)。課題組的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，烏蘭察布地區(qū)無效降雨（單次降雨小于5 mm）的頻率高達(dá)近80%，如何將無效降雨有效化是急需解決的理論問題，該研究結(jié)果顯示微壟覆膜側(cè)播模式在至少5 mm時(shí)呈現(xiàn)出明顯的集雨效果，在5~20 mm的降雨范圍內(nèi)，微壟覆膜側(cè)播的干物質(zhì)積累速率與露地平作相比呈現(xiàn)隨降雨量增加而增加的趨勢(shì)。在5和10 mm降雨量下，微壟覆膜側(cè)播較露地平作能收集更多的雨水，進(jìn)而有利于地上部生長。

微壟覆膜側(cè)播不僅具有較好的集雨效果，而且還有很好的保水效果，且在降雨量為10 mm時(shí)的保水效果最好。原因可能是當(dāng)模擬降雨量為5 mm時(shí)，大多數(shù)模擬降水被截留在膜上，水分損失較大，當(dāng)模擬降雨量為10 mm，微壟覆膜側(cè)播能更有效的收集雨水且所收集的雨水量沒有達(dá)到導(dǎo)致大量土壤水分下滲的程度，所以在此模擬降雨量下，其損失的降雨最小。當(dāng)模擬降雨量繼續(xù)增加時(shí)，微壟覆膜側(cè)播所收集的降雨較多導(dǎo)致雨水下滲。從5 mm起，微壟覆膜側(cè)播開始表現(xiàn)出顯著優(yōu)于露地平作的保水優(yōu)勢(shì)，但到20 mm時(shí)，由于土壤含水量達(dá)到了飽和狀態(tài)，2種栽培模式間的貯水能力沒有顯著差異，可以認(rèn)為是該模式發(fā)揮作用上限值，但是在5~20 mm的降雨范圍內(nèi)，微壟覆膜側(cè)播水分利用效率顯著高于露地平作。

表5　苗期不同處理對(duì)馬鈴薯水分利用效率的影響（kg/hm2·mm）Table 5Water use efficiency of potato under different treatments at seedling stage(kg/ha·mm)

該研究結(jié)果為該模式的推廣應(yīng)用提供了較好的理論基礎(chǔ)，但是該模式對(duì)最終產(chǎn)量的影響是整個(gè)生育期的累計(jì)效應(yīng)，而且不同時(shí)期的集雨效果還受到植物生長狀況的影響。因此，對(duì)集雨效果的數(shù)量化指標(biāo)還需深入研究，為旱作馬鈴薯集雨模式的創(chuàng)新提供更加扎實(shí)的理論基礎(chǔ)。

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Simulation Study on Rainwater Harvesting of Rainfed Potato Under the Cultivation Pattern of Micro Ridge Mulching with Side Planting

ZHAO Yuanxia1,FAN Mingshou1,JIA Liguo1*,ZHANG Ziyi2
(1.College of Agronomy,Inner Mongolia Agricultural University,Hohhot,Inner Mongolia 010019,China；2.College of Life Sciences,Inner Mongolia Agricultural University,Hohhot,Inner Mongolia 010018,China)

ract:Micro ridge mulching with side planting is a rainwater harvesting cultivation pattern for the rainfed potato in arid area.This research aimed to quantify the rainwater harvesting effect of the micro ridge mulching with side planting by comparing with conventional flat planting under different simulated rainfall levels of 5,10,15 and 20 mm.Treatments were applied 16 days after emergence(DAE).The results showed that from 5 mm of rainfall level,the micro ridge mulching with side planting pattern began to significantly improve the soil moisture content of 0-20 cm,with the best effect on soil water storage at 10 mm under simulated conditions.As the amount of rainfall increasing,the potato dry matter accumulation percentage,dry matter accumulation in various organs,leaf area index and water use efficiency also had a tendency to increase under the cultivation mode.

rds:rainfed farming;potato;micro ridge mulching with side planting;effective rainwater

S532

A

1672－3635（2016）02-0080-07

2015-06-09

農(nóng)業(yè)部公益性行業(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——內(nèi)蒙古雨養(yǎng)農(nóng)田馬鈴薯水分高效利用技術(shù)研究與示范”（201303104）；中國博士后科學(xué)基金“微壟覆膜側(cè)播馬鈴薯集雨效果的數(shù)量化研究”（2015M572633XB）；內(nèi)蒙古自然科學(xué)基金（2013MS0302）。

趙元霞（1991-），女，碩士，主要從事植物生理生態(tài)方面研究。

（Correspondingauthor）：賈立國，講師，主要從事馬鈴薯水分及營養(yǎng)生理的研究，E-mail:nndjialiguo@163.com。