等高橫向聚土壟作對早春馬鈴薯產量和水分生產率的影響

羅 萍，楊貴寶，王懷義，李 燕，梁淑敏，桑月秋，尹自友 *

(1.個舊市農業(yè)技術推廣中心，云南 個舊 661000；2.云南省紅河州農民科技教育培訓中心，云南 蒙自 661199；3.云南省農業(yè)科學院經濟作物研究所，云南 昆明 650205)

【研究的意義】馬鈴薯是云南低緯高原山區(qū)的主要農作物之一，種植面積48.58萬hm2，山區(qū)面積占總面積的94 %[1]。該區(qū)氣候特點冬春干旱，作物需水和自然降水不吻合，水分生產力低，從而降低肥料農學效率，導致產量低而不穩(wěn)[2-4]。因此，改善種植方式并配合地膜覆蓋栽培技術成為同步提高其產量和水分生產率的主要措施[5-8]。通過研究不同種植方式對低緯高原山區(qū)早春馬鈴薯土壤水分生產率的影響[9-10]，可更好地協調馬鈴薯生長發(fā)育對肥料的需求，提高肥料利用率，增加單產，減少環(huán)境污染，實現環(huán)境友好?！厩叭搜芯窟M展】許多研究認為，地膜覆蓋栽培是干旱半干旱少雨區(qū)生產力提升的主要驅動力之一[11-14]。1980年代，推廣馬鈴薯地膜覆蓋栽培可改善土壤水熱狀態(tài)[15-17]。但長期以來，國內外學者對等高橫向聚土壟作地膜覆蓋種植方式的研究較少，在云南低緯高原山區(qū)早春馬鈴薯生產區(qū)，主要采用傳統的順坡種植及平作種植方式，由于冬春季土壤蒸發(fā)量大，因土壤水分蒸騰散失，從而影響馬鈴薯出苗。此外，馬鈴薯苗期至開花期正值伏旱期，降水不能有效滲入土壤，導致土壤含水量較低，使馬鈴薯前期生長受阻。同時，因缺乏科學、規(guī)范的種植方式，在馬鈴薯生產中采用地膜覆蓋的種植方式各有不同，導致其產量無法有效提高。【本研究的切入點】目前，國內外對早春馬鈴薯等高橫向聚土單壟地膜覆蓋種植方式的研究較少，而云南省個舊市是一個以旱作農業(yè)為主的典型的低緯高原喀斯特地貌農業(yè)區(qū)，山區(qū)面積占全市總面積86 %。因此，結合2012年農業(yè)部財政專項旱作節(jié)水農業(yè)等項目的實施，提出早春馬鈴薯等高橫向聚土單壟地膜覆蓋種植方式的試驗研究，在2012年研究的基礎上，2013-2016年連續(xù)4年在個舊市賈沙鄉(xiāng)進行多年定點試驗研究，旨在找到該區(qū)干旱缺水、影響早春馬鈴薯產量的制約因素?！緮M解決的關鍵問題】本研究以低緯高原山區(qū)個舊市雨養(yǎng)條件下早春馬鈴薯等高橫向聚土單壟地膜覆蓋種植為研究對象，對土壤水分生產率、土壤含水量變化進行監(jiān)測。分析各因子對早春馬鈴薯生長及產量的影響，從而獲得高產高效的種植技術參數，以此指導當地馬鈴薯產業(yè)健康、持續(xù)發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2013-2016年連續(xù)4年在個舊市賈沙鄉(xiāng)石洞壩村小組的試驗地進行定點監(jiān)測。試驗地位于東經103°3′59.9111″，北緯23°24.3′3.3911″。土壤為黃棕壤，地面坡度12.1°。年均降水量1100 mm，其中最高降水量1400 mm，最低降水量750 mm。年≥10 ℃的積溫5256.1 ℃，年均蒸發(fā)量150 mm，無霜期340 d，海拔2214.0 m，梯化程度為坡式梯地。土壤pH值為5.66，容重0.91 g/cm3。1 m，土層平均田間持水率36.5 %～45.6 %, 凋萎含水率15.6 %(以上均為質量含水率)。該試驗點地下水埋深5 m以下，其向上補給量可忽略不計[18]。耕層土壤養(yǎng)分含量有機質7.47 %，堿解氮、速效磷、速效鉀分別為199.72、37.82、194.82 mg/kg。

1.2 試驗設計

試驗作物選用馬鈴薯(合作88號)。

試驗設3個處理：T1處理，等高橫向聚土單壟地膜覆蓋種植；T2處理，等高橫向平作半膜覆蓋種植；T3處理(CK)，順坡平作半膜覆蓋種植。試驗采用順序排列，3次重復，小區(qū)面積40 m2。種植規(guī)格：株行距25 cm × 80 cm。每小區(qū)10行，每行20株，折合每公頃4.95萬株/hm2。2013-2016年均于1月5日種植，施肥方法，全生育期所需肥料量均一次性作底肥施入。施肥配方N∶P∶K=12∶9∶12(純養(yǎng)分量)，即N 180 kg/hm2，P 135 kg/hm2，K 180 kg/hm2，施肥量折合尿素(N46 %)391.5 kg/hm2，普鈣(P2O517 %)793.5 kg/hm2，硫酸鉀(K2O50 %)360 kg/hm2。3個處理，除覆膜、種植方式不同外，其他施肥方法、施肥量，農藝措施一致。地膜為0.008 mm聚乙烯吹塑農用地膜。全生育期所需水分來自自然降水。收獲時間分別為2013年6月7日，2014年6月9日，2015年6月6日，2016年6月6日。

1.3 觀測指標與方法

1.3.1 土壤水分指標 按照全國農技推廣服務中心編制的節(jié)水模式效益觀測與評價方法觀察記載，土壤容重、田間持水量采用烘干法(環(huán)刀取土)實驗室測定，降雨量、平均溫、最高溫、最低溫委托個舊市氣象局觀測記載，土壤墑情監(jiān)測(溶積含水量)用TZS-W型農業(yè)環(huán)境檢測儀監(jiān)測。

播種前作一次墑情監(jiān)測，即耕作層0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm各層的土壤含水量、土壤容重、田間持水量。從播種時計，每15 d進行1次墑情監(jiān)測，即每月10日、25日進行墑情監(jiān)測(0～20、20～40 cm)土層。收獲后作1次墑情監(jiān)測，即耕作層0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm各層的土壤含水量、土壤容重、田間持水量。

表1 馬鈴薯不同種植模式特征描述

水分生產率WUE為：WUE=Y/ET

(1)

ET=W1+P-W2

(2)

W=m×ρ×H

(3)

式中，Y為馬鈴薯鮮薯產量(kg) ，ET為全生育期實際耗水量(mm) ，W1為播種前土壤貯水量(mm) ，W2為收獲后土壤貯水量(mm) ，P為生育期有效降水量(mm) ，m為土壤質量含水量(%) ，ρ為土壤容重(g /cm3)，H土層厚度(mm) 。

經濟效益=總收入-總成本

式中，總收入=收獲經濟產量×當地平均價格。按收獲當日市場價格1.80元/kg計;總成本包括種薯、肥料、農藥、地膜、機耕、勞動用工等各項資金投入。

土壤相對含水量(%)=土壤重量平均含水量/田間持水量×100

土壤重量含水量=溶積含水量×校正系數

1.3.2 馬鈴薯出苗率和形態(tài)指標 調查取樣，每個小區(qū)隨機選擇2個樣點，每個樣點5株，每個小區(qū)10株進行定點觀測。出苗期調查出苗數，計算出苗率。并分別在苗期、現蕾期、開花期、成熟期4個時期調查SPAD值、氮含量和株高。

1.3.3 產量和產量構成 小區(qū)產量，計算單位面積產量。每小區(qū) 取10 株考種，分析產量構成性狀，根據秦舒浩等[19]的分類方法，將單塊重量 100 g 以上定為商品薯，100 g 以下為小薯。3 次重復的平均產量作為處理產量。

圖1 圖1 2013年全生育期耕作層土壤水分動態(tài)變化Fig.1 Dynamic change of soil moisture in tillage layer at full growth stage in 2013

1.4 數據處理

采用Microsoft Excel 2003和Spss20.0 進行數據處理和分析。

2 結果與分析

2.1 全生育期耕作層水分動態(tài)變化

從圖1～4可知，通過對2013年1月5日至2016年6月10日，馬鈴薯4個生育周期不同處理土壤耕層墑情監(jiān)測數據進行數理統計分析[18-19]，不同處理對早春馬鈴薯0～40 cm土層土壤相對含水量有顯著的影響，不同年度的降水分布與土壤相對含水量密切相關。在較為干旱的1月份(播種至出苗期)各處理土壤相對含水量差異不大。2月以后，T1處理土壤相對含水量極顯著高于T3處理(CK)。其中，2013年較T3處理極顯著高20 %～54.8 %，2014年較T3處理極顯著高11.6 %～49 %，2015年較T3處理極顯著高17.2 %～35.9 %，2016年較T3處理極顯著高6.8 %～39.6 %。T2處理也顯著高于T3處理(CK)3.8 %～40.6 %。研究表明，馬鈴薯等高橫向聚土單壟地膜覆蓋種植方法，其土壤相對含水量極顯著高于傳統的順坡平作半膜覆蓋種植方式。

2.2 不同種植方式降水量與濕潤深度變化

從圖5～8可知，不同年份降水分布、不同種植方式與土壤濕潤深度成正相關[19-20]。在降水極少的1月份各處理間土壤濕潤深度差異不大，2015年1月降水量為114.6 mm，在本地區(qū)是比較少有的年景。但是，進入2月后，無論是豐水年或平水年，T1處理的土壤濕潤深度均顯著高于T3處理(CK)2.8～58.1 cm，其中2014年為降水最少年234.5 mm，其T1處理土壤濕潤深度較T3處理(CK)相比差異達極顯著。T2處理的土壤濕潤度低于T1處理而高于T3處理(CK)2.2～36.4 cm。研究表明，采用等高橫向聚土單壟地膜覆蓋種植技術種植早春馬鈴薯，可有效攔截雨水，減少地面蒸騰，增加土壤濕潤深度，特別是降水欠豐年份尤為明顯。

圖2 2014年全生育期耕作層土壤水分動態(tài)變化Fig.2 Dynamic change of soil moisture in tillage layer at full growth stage in 2014

圖3 2015年全生育期耕作層土壤水分動態(tài)變化Fig.3 Dynamic change of soil moisture in tillage layer at full growth stage in 2015

圖4 2016年全生育期耕作層土壤水分動態(tài)變化Fig.4 Dynamic change of soil moisture in tillage layer at full growth stage in 2016

2.3 耕作層土壤養(yǎng)分含量變化分析

圖5 2013年不同種植方式降水量與濕潤深度變化Fig.5 Variation of precipitation and wetting depth in different planting methods in 2013

圖6 2014年不同種植方式降水量與濕潤深度變化Fig.6 Variation of precipitation and wetting depth in different planting methods in 2014

圖7 2015年不同種植方式降水量與濕潤深度變化Fig.7 Variation of precipitation and wetting depth in different planting methods in 2015

圖8 2016年不同種植方式降水量與濕潤深度變化Fig.8 Variation of precipitation and wetting depth in different planting methods in 2016

圖9 2013年耕作層土壤養(yǎng)分含量變化Fig.9 Change of soil nutrient content in tillage layer in 2013

從圖9～12可知，2013-2016年4個生育周期，各年度T1和T2處理收獲后0～40 cm耕作層有機質、堿解氮、速效鉀均極顯著高于T3處理(CK)(播種前)。其中，T1處理耕作層有機質較T3處理增加1.55 %～1.57 %，較播種前增0.13 %～0.59%；堿解氮T1處理較T3處理增109.56～139.51 mg/kg ，較播種前增41.72～71.67 mg/kg；速效鉀T1處理較T3處理增147.3～210.66 mg/kg，較播種前增117.06～180.42 mg/kg；速效磷T處理1較T3處理增12.6～20.32 mg/kg，較播種前增12.7～20.22 mg/kg。研究表明，馬鈴薯等高橫向聚土單壟地膜覆蓋種植方法，可有效減少土壤養(yǎng)分流失，具有聚集土壤養(yǎng)分的作用。

圖10 2014年耕作層土壤養(yǎng)分含量變化Fig.10 Change of soil nutrient content in tillage layer in 2014

圖11 2015年耕作層土壤養(yǎng)分含量變化Fig.11 Change of soil nutrient content in tillage layer in 2015

圖12 2016年耕作層土壤養(yǎng)分含量變化Fig.12 Change of soil nutrient content in tillage layer in 2016

2.4 不同處理對商品薯及主要指標的影響

從表2可知，2013-2016年4個生育周期，T1處理和T2處理SPAD值、株高、出苗率、商品薯率、單株結薯數、單株產量均高于T3處理(CK)。其中，SPAD值苗期T1處理較T3處理高6.3～7.1；現蕾期T1處理較T3處理高6.4～8.7；開花期T1處理較T3處理高10.0～10.7；成熟期T1處理較T3處理高7.7～8.9。株高，苗期T1處理較T3處理高5.4～6.3 cm；現蕾期T1處理較T3處理高9.4～11.9 cm；開花期T1處理較T3處理高12.2～14.5 cm；成熟期T1處理較T3處理高12.4～15.0 cm。出苗率， T1處理較T3處理高19.6 %～22.3 %。商品薯率，T1處理較T3處理高29.6 %～30.6 %。單株結薯數,T1處理較T3處理高2.2～2.5個/株。單株產量，T1處理較T3處理高0.34～0.38 kg/株。研究表明，等高橫向聚土單壟地膜覆蓋種植栽培方式，對馬鈴薯葉綠素含量、株高、商品薯率、單株結薯數、單株產量有明顯的提高，而傳統的順坡平作半膜覆蓋種植栽培方式，田間植株長勢相對較弱，結薯率低，與尤廣蘭[21]的研究結果一致。

表2 不同處理對馬鈴薯商品薯及主要指標的影響

注：每列不同大寫字母和小寫字母分別表示同一年份不同處理在0.01水平上和0.05水平上差異顯著，下同。

Note:Different capital letters and lowercase letters in the same column indicated significant differences at 0.01 and 0.05 level, respectively.The same as below.

2.5 不同種植方式耗水量、產量、經濟效益與水分生產率分析

從表3可知，2013、2015、2016年3個生育周期，3個處理全生育期耗水量的顯著性分析結果，差異不顯著。2014年T3處理(CK)耗水量極顯著地高于T1處理，而顯著高于T2處理。說明在降水偏少的平水年，T1處理種植方式蓄水更強。同時，各年度均為T3處理耗水量最高,在2537.55～3997.5 mm/hm2，較T1處理高430.05～1890 mm/hm2，較T2處理次之。

2013-2016年，T1、T2處理產量均極顯著高于T3處理(CK)。其中，T1處理產量為44 239.5～45 676 kg/hm2，較T3處理(CK)增82.69 %～101.3 %。

2013-2016年，T1、T2處理的經濟效益均極顯著高于T3處理(CK)。其中，T1處理為63 326.1～65 912.7元/hm2，較T3處理(CK)高36 655.2～40 086.9元/hm2，增130.8 %～172.4 %。

2013-2016年，T1、T2處理水分生產率均極顯著地高于T3處理(CK)。其中，T1處理水分生產率最高為12.8～21.35 kg /m3，較T3處理(CK)高6.43 %～11.46 %。研究表明，等高橫向聚土單壟地膜覆蓋種植方式可有效提高水分生產率。

3 討 論

個舊市早春馬鈴薯種植，一般在當年12月中旬至翌年1月播種，來年5月下旬至6月初收獲。主產區(qū)屬于低緯高原山地旱作農業(yè)區(qū)，65 %的耕地種植早春馬鈴薯，農田水利設施滯后，無灌溉條件，干旱缺水是制約本區(qū)域農業(yè)生產發(fā)展的主要因素。馬鈴薯出苗至花序形成期對降水量變化十分敏感[3,6]，直接影響馬鈴薯薯塊產量高低。如何提高馬鈴薯水分生產效益、水分生產率[8,22-23]和單產是農業(yè)生產追求的目標。張哲元等[2]覆膜及深松配合措施對玉米生長發(fā)育及產量的影響研究表明，覆膜和配合其他農藝措施對土壤水分調節(jié)效應非常明顯，能夠顯著提高作物產量。本研究開展的早春馬鈴薯等高橫向聚土單壟地膜覆蓋種植方式，以提高其水分生產效益及產量的研究為目的，旨在探索一條提高低緯高原山區(qū)早春馬鈴薯單產的有效途徑。

表3 不同種植方式下馬鈴薯產量、經濟效益、水分生產率耗水量

本研究結果表明，等高橫向聚土單壟地膜覆蓋種植能夠明顯提高低緯高原山區(qū)早春馬鈴薯的出苗率及苗期、蕾期、花期、成熟期各時期的株高、葉綠素指標SPAD值、單株結薯數、單株產量，對改善土壤耕作層土壤含水量，促進馬鈴薯生長發(fā)育效果明顯。覆膜加劇了土壤溫度梯度差，在干旱土壤無重力水的情況下，深層水不斷向上運動這與王紅麗等[24]研究一致。同時，可有效攔截雨水，降低土壤水分蒸發(fā)，提高降水入滲和保蓄率[8,22-23]。低緯高原山區(qū)種植早春馬鈴薯，在對水分需求最大的塊莖膨大期，本地降水一般不能滿足馬鈴薯生長需要[16]。因此，采用等高橫向聚土單壟地膜覆蓋種植方法，可有效解決此生產難題。

本研究還發(fā)現，試驗中未覆膜的順坡平作的溝面熟土層土壤流失明顯，可看到犁底層。而等高橫向聚土單壟地膜覆蓋種植方法可以攔截雨水、阻止水土流失，由于沒有建立沉沙池進行數據采集，有待今后進一步試驗研究。

4 結 論

等高橫向聚土單壟地膜覆蓋種植和等高橫向平作半膜覆蓋種植方法種植早春馬鈴薯，與當地傳統的順坡平作半膜覆蓋種植方式相比較，可明顯促進馬鈴薯生長發(fā)育，提高馬鈴薯產量和水分生產率、水分生產效益，尤其前者，增產效果明顯。研究表明：在低緯高原梯化程度較高的坡式梯地山區(qū)種植早春馬鈴薯，采用等高橫向聚土單壟地膜覆蓋種植方式可有效的提高馬鈴薯產量、經濟效益和水分生產率。