壟作對土壤水熱條件及旱地馬鈴薯產(chǎn)量的影響

姜春霞 張偉 賀亭峰

摘要 為了確定適合山西旱作條件下馬鈴薯高產(chǎn)高效的起壟種植方式，設置平作、起壟12.5 cm、起壟25.0 cm 3種不同起壟高度，分析不同起壟高度對土壤水熱條件、馬鈴薯產(chǎn)量及水分利用效率的影響。結(jié)果表明，起壟25.0 cm顯著降低了0～20 cm土層土壤容重，0～10 cm、10～20 cm土層起壟25.0 cm的土壤容重較平作分別降低了0.20和0.21 g/cm3;起壟主要降低了0～20 cm土壤水分，對深層土壤水分的影響較小，起壟25.0 cm的0～100 cm平均土壤貯水量較平作降低8.0%;馬鈴薯塊莖增長期起壟25.0 cm的日平均地溫均值較平作降低了0.55 ℃。隨著起壟高度的增加，馬鈴薯產(chǎn)量呈上升趨勢。起壟25.0 cm的馬鈴薯產(chǎn)量為38 691 kg/hm2，較平作、起壟12.5 cm分別增加15.2%和12.1%，且提高了馬鈴薯水分利用效率。因此，底寬80 cm、頂寬30 cm、壟高25 cm的梯形壟的種植方式降低土壤容重和土壤溫度，有利于馬鈴薯塊莖的形成、膨大及水分利用效率的提高，是山西北部旱地馬鈴薯種植的高效栽培模式。

關鍵詞 壟作;土壤容重;土壤水分;土壤溫度;產(chǎn)量

中圖分類號 S532 ?文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2020）19-0218-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.19.057

Abstract In order to determine the suitable ridging planting model for high yield and high efficiency of potato under dryland conditions in Shanxi Province，the field experiment with different ridge height of 0，12.5，25.0 cm was conducted to explore the effects of different ridge height on the soil moisture and temperature，the yield of dryland potato，and water use efficiency.The results showed that the soil bulk density of the ridge height 25.0 cm was significantly decreased in 0-20 cm soil layer than that of the traditional planting （CK）.Compared with the traditional planting （CK），the soil bulk density of the ridge height 25.0 cm decreased 0.20 and 0.21 g/cm3 in 0-10 cm，10-20 cm soil layer respectively.Ridging reduced the soil moisture content of 0-20 cm，but it had little effect on the moisture content in deep soil layer.Average soil water storage of the ridge height 25.0 cm decreased by 8% in the 0-100 cm soil layer than that of the traditional planting （CK）.In the potato tuber expansion stage，the daily average soil temperature of the ridge height 25.0 cm decreased 0.55 ℃ than that of the traditional planting （CK）.The potato yield showed an increasing trend with the increase of ridge height.The potato yield of ridge height 25.0 cm was 38 691 kg/hm2，which increased by 15.2% and 12.1% than that of traditional planting（CK） and ridge height 12.5 cm respectively.And the water use efficiency of ?ridge height 25.0 cm was improved.Consequently，the planting method of trapezoid ridge with bottom width 80 cm，top width 30 cm，the ridge height 25 cm decreased soil bulk density and soil temperature，and it was beneficial to the formation and expansion of potato tubers，and the improvement of the water use efficiency，which could be used as an efficient planting pattern for planting dryland potato in north areas of Shanxi Province.

Key words Ridging planting;Soil bulk density;Soil moisture;Soil temperature;Yield

基金項目 山西省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新研究課題（YCX2017D2108）。

作者簡介

姜春霞（1986—），女，山西渾源人，助理研究員，碩士，從事旱作節(jié)水技術研究。

收稿日期 2020-03-23

山西省地處黃土高原，緯度高、日照長、晝夜溫差大、集中降雨期與馬鈴薯結(jié)薯期同步，馬鈴薯在全省南北均有種植，尤其以中北部種植栽培面積大且集中，是當?shù)氐膬?yōu)勢作物，也是當?shù)剞r(nóng)民賴以生存和致富的作物。2016年山西省馬鈴薯播種面積16.7萬hm2，總產(chǎn)量為208.4萬t，單位面積產(chǎn)量12.5 t/hm2，僅為全國平均單位面積產(chǎn)量的51.85%[1]，距全國平均水平還存在一定差距。目前，全國馬鈴薯的種植模式多種多樣，主要形式有敞土常規(guī)栽培、地膜覆蓋栽培、無土栽培等，其中地膜覆蓋栽培因其具有增溫保墑、抗旱保苗、改善土壤生態(tài)環(huán)境、活化土壤養(yǎng)分、提高養(yǎng)分有效性等優(yōu)點[2-4]，在干旱半干旱地區(qū)大面積推廣。山西省馬鈴薯種植多沿用傳統(tǒng)的平作培土和條播技術，種植密度小，薯塊埋土淺，易產(chǎn)生畸形薯、綠頭薯，機械化程度低，且生長中后期鋤草、培土等田間管理勞動強度大[5]，不能適應農(nóng)村勞動力老齡化、勞動力缺乏的現(xiàn)狀。為實現(xiàn)馬鈴薯播種、收獲機械化，前人基于山西省氣候和土壤特征，針對上述生產(chǎn)問題，研制出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的馬鈴薯旋耕起壟播種機，形成了集硬茬地旋耕、施肥、起壟、播種和鎮(zhèn)壓于一體的馬鈴薯高壟寬行機械化種植技術[6]，減少田間作業(yè)次數(shù)，便于機械化中耕培土及收獲。但是，該技術對土壤環(huán)境及馬鈴薯產(chǎn)量的影響還有待進一步研究。筆者設置平作、起壟12.5 cm、起壟25.0 cm，分析不同起壟高度對土壤物理性質(zhì)、馬鈴薯產(chǎn)量及水分利用效率的影響，旨在為該技術的升級完善及大面積應用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗于2018年在山西省農(nóng)業(yè)科學院朔州分院基地進行。試驗地塊前茬作物為玉米。采用單因素隨機區(qū)組設計，以“晉薯16號”為供試品種，密度設置4.95×104株/hm2，試驗處理設置為平作（CK）、起壟12.5 cm、起壟25.0 cm。播種前用馬鈴薯播種機起底寬80 cm、頂寬30 cm、壟高25 cm的梯形壟為起壟25 cm處理，將起壟25 cm攤至12.5 cm 高作為起壟12.5 cm處理，不起壟為平作處理。試驗設3次重復，共9個小區(qū)，小區(qū)面積4.8 m×4 m=19.2 m2。試驗于2018年5月13日播種，2018年10月10日收獲。播前將腐熟有機肥（有機質(zhì)含量50～600 g/kg，N含量30 g/kg，P2O5含量17.8 g/kg，K2O含量10 g/kg）撒施，復混肥料（N∶P2O5∶K2O =16∶10∶20）隨馬鈴薯播種機條施在壟中。試驗區(qū)馬鈴薯生育期降水量如圖1所示。

1.2 測定項目與方法

1.2.1 土壤容重。塊莖膨大期用環(huán)刀法測土壤容重（0～10、10～20、20～30 cm）。

1.2.2 土壤溫度。馬鈴薯播種后，將溫度格式記錄儀埋設在播種行，距壟頂10 cm的土層，用于測定土壤溫度。

1.2.3 土壤含水量的測定[7]。苗期、開花期、塊莖形成期、塊莖膨大期、收獲期采用傳統(tǒng)的土鉆取樣烘干法分別測定0～100 cm土壤質(zhì)量含水量，取土層分別為0～10、10～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm。按以下公式計算土壤體積含水量、土壤貯水量和生育期耗水量：

土壤體積含水量（cm3/cm3）=土壤質(zhì)量含水量×土壤容重（1）

土壤貯水量（mm）=土壤質(zhì)量含水量×土壤容重×土層厚度×10（2）

生育期耗水量（mm）=播種后土壤貯水量+ 降水量 - 收獲后土壤貯水量（3）

1.2.4 產(chǎn)量及商品薯率[8]。在成熟期，采集小區(qū)中間兩壟馬鈴薯測實產(chǎn)，并依據(jù)重量分為大（>150 g）、中（75～150 g）和小（<75 g）3個等級，分別調(diào)查每個等級的個數(shù)并稱重，按以下公式計算商品薯率（%）：

商品薯率=（單薯75 g以上的產(chǎn)量/馬鈴薯總產(chǎn)量）×100%（4）

1.2.5 水分利用效率[9]。測定馬鈴薯播前和收獲后0～100 cm土層的土壤含水量，按以下公式計算馬鈴薯水分利用效率（WUE）：

WUE[kg/（hm2·mm）] = 馬鈴薯塊莖產(chǎn)量（kg/hm2）/生育期耗水量（mm）（5）

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Origin 8.0軟件和Microsoft Excel 2007軟件繪圖，利用SPSS 13.0統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對0～30 cm土壤容重的影響 從圖2可以看出，不同起壟高度對土壤容重有顯著影響，隨著起壟高度的增加，0～20 cm深度的土壤容重呈顯著下降趨勢，20～30 cm的土壤容重差異不顯著。在0～10 cm土層，起壟25.0、12.5 cm的土壤容重較平作分別降低了0.20和0.18 g/cm3;在10～20 cm土層，二者的土壤容重較平作降低了0.21和0.08 g/cm3。

2.2 不同處理對0～100 cm土壤含水量的影響

從圖3可以看出，起壟對0～20 cm（表層）土壤含水量的影響較大，對20～100 cm土層土壤含水量的影響小于表層。隨著起壟高度的增加，表層土壤含水量呈下降趨勢，起壟25 cm、12.5 cm 馬鈴薯生育期0～10 cm土層的土壤平均含水量較平作（CK）分別降低了27.6%和20.8%，起壟25 cm、12.5 cm 10～20 cm土壤平均含水量較平作（CK）分別降低了23.3%和8.1%，起壟25 cm、12.5 cm 20～40 cm土壤平均含水量較平作（CK）分別降低了3.2%和5.8%，起壟25 cm、12.5 cm 40～60 cm土壤平均含水量較平作分別降低了3.6%和5.9%，說明起壟主要增加了0～20 cm土壤水分的消耗，而對20～100 cm土層的影響逐漸減小。

2.3 不同處理對0～100 cm土壤貯水量的影響 不同處理0～100 cm土層的土壤貯水量在馬鈴薯各生育期變化不同。在馬鈴薯生長前期（發(fā)芽期—幼苗期），由于降雨較少（降水量為38.6 mm，較多年平均降雨量少20.8 mm），不同處理0～100 cm土壤貯水量降至低谷，且隨著起壟高度的增加，土壤貯水量呈下降趨勢;馬鈴薯幼苗期—塊莖膨大期正處于馬鈴薯一生中生長發(fā)育的全盛時期，開花、莖葉增長和塊莖膨大同時進行，馬鈴薯耗水高，但由于該期降雨量為321.5 mm，較多年平均降雨量多130.2 mm（圖1），不同處理0～100 cm土壤貯水量均不同程度增加。在馬鈴薯生育期，由于起壟增加了表層土壤水分的散失，加上馬鈴薯生長對土壤水分的消耗，起壟的土壤貯水量低于平作;起壟25.0 cm、12.5 cm的0～100 cm平均土壤貯水量較平作降低8.0%和5.9%（圖4）。

2.4 不同處理對塊莖增長期土壤溫度的影響

土壤溫度對馬鈴薯塊莖的生長有很大的影響，尤其在馬鈴薯塊莖增長期，溫度對塊莖大小和種性有決定性作用，土壤溫度過高，塊莖小，種性變劣，退化重。馬鈴薯塊莖增長期起壟25.0 cm、12.5 cm、平作處理下10 cm土層日平均地溫的變化見圖5。

由圖5可知，隨著氣溫的下降，不同處理的日平均地溫均呈下降趨勢;隨著起壟高度的增加，日平均地溫呈下降趨勢。馬鈴薯塊莖增長期平作的日平均地溫平均值為23.52 ℃，起壟12.5 cm的日平均地溫平均值為23.21 ℃，起壟25.0 cm的日平均地溫平均值為22.97 ℃。結(jié)果表明，起壟降低馬鈴薯塊莖增長期土壤10 cm地溫。

2.5 不同處理對馬鈴薯產(chǎn)量及水分利用效率的影響

由表1可知，隨著起壟高度的增加，馬鈴薯產(chǎn)量及商品薯率呈上升趨勢，起壟25.0 cm的馬鈴薯產(chǎn)量較平作、起壟12.5 cm分別增加15.2%和12.1%，商品薯率較平作、起壟12.5 cm分別高2.8和0.9百分點。起壟后，馬鈴薯生長期耗水量有所增加，但起壟25.0 cm的水分利用效率最高。馬鈴薯塊莖主要生長在地下15 cm左右，起壟25 cm，0～20 cm土壤容重顯著降低，土壤疏松，為馬鈴薯生長提供了良好的生長環(huán)境;起壟25 cm主要影響表層土壤水分，但對20～100 cm土層土壤含水量的影響較小，仍能為馬鈴薯生長提供良好的水分條件;起壟后土壤溫度降低，有利于馬鈴薯塊莖的膨大。因此，隨著起壟高度的增加，馬鈴薯產(chǎn)量、水分利用效率呈上升趨勢。

3 討論

山西省馬鈴薯種植多沿用傳統(tǒng)的平作培土和條播技術，種植密度小，薯塊埋土淺，易產(chǎn)生畸形薯、綠頭薯[5]，加上常年的淺旋耕，使得土壤通透性下降，犁底層變淺，限制了作物根系生長，降低土壤水肥供應能力[10-11];同時，在馬鈴薯生長后期，若降雨較多，排水不暢導致馬鈴薯發(fā)生爛薯。起壟改變了土壤微地形，將耕層土壤集中到壟上，加厚了適宜作物生長的熟土層，大雨后有利于排水防澇。同時，起壟協(xié)調(diào)了土壤水熱條件等物理性狀，促進農(nóng)作物生長，增加農(nóng)作物產(chǎn)量[12-13]。前人研究表明，起壟促進馬鈴薯植株、根系生長，增加了單窩薯重、商品薯率，提高了馬鈴薯產(chǎn)量[14-16]。該研究結(jié)果表明起壟顯著降低了0～20 cm土層土壤容重，降低了0～20 cm土壤水分，但對深層土壤水分含量的影響較小，起壟25.0、12.5 cm的0～100 cm平均土壤貯水量較平作降低8.0%和5.9%。溫度對塊莖生長有很大影響，在馬鈴薯塊莖形成期、增長期，如土壤溫度過高，塊莖停止生長，種性變劣，退化嚴重[17]。該研究結(jié)果表明，馬鈴薯塊莖增長期，起壟降低地溫，起壟25.0 cm的日平均地溫均值較平作降低了0.55 ℃。隨著起壟高度的增加，馬鈴薯產(chǎn)量及商品薯率呈上升趨勢，起壟25.0 cm的馬鈴薯產(chǎn)量較平作、起壟12.5 cm分別增加15.2%和12.1%，商品薯率較平作、起壟12.5 cm分別高2.8百分點和0.9百分點。這與前人研究結(jié)果[14-15]基本一致。起壟25.0 cm改善了田間通風受光及土壤散熱面積，降低土壤溫度，使得土壤疏松通氣，有利于馬鈴薯塊莖的形成及膨大。起壟25.0 cm后，馬鈴薯生育期耗水量有所增加，但馬鈴薯增產(chǎn)幅度大，水分利用效率顯著高于其他處理，這對干旱缺水的旱作農(nóng)業(yè)區(qū)具有重要意義。因此，用馬鈴薯播種機起底寬80 cm、頂寬30 cm、壟高25 cm的梯形壟的種植方式機械化程度高，有利于馬鈴薯產(chǎn)量及商品薯率的增加，可大面積示范推廣。但在馬鈴薯發(fā)芽期，由于降雨稀少，土壤表層含水率降低，馬鈴薯出苗時間有所推遲，因此在馬鈴薯播種后出苗前的保墑措施還有待進一步研究。

參考文獻

[1] 山西省統(tǒng)計局.山西省統(tǒng)計年鑒-2017[EB/OL].[2019-09-30].http：//www.statssx.gov.cn/tjsj/tjnj/nj2017/indexch.htm.

[2] 何萬春，譚偉軍，王娟，等.半干旱區(qū)不同種植模式對覆膜馬鈴薯產(chǎn)量及水分利用效率的影響[J].中國馬鈴薯，2019，33（2）：77-83.

[3] 王友生，王多堯.不同覆蓋種植模式對馬鈴薯土壤溫度、水分及產(chǎn)量的影響[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2017，35（6）：59-64.

[4] 李繼明，潘麗娟，李成德，等.旱作區(qū)馬鈴薯不同覆蓋材料栽培模式試驗[J].中國馬鈴薯，2019，33（4）：203-210.

[5] 池吉平.山西忻州市冷涼山區(qū)馬鈴薯高產(chǎn)種植技術[J].農(nóng)業(yè)工程技術，2018，38（23）：50-51.

[6] 韓彥龍，王娟玲，劉恩科，等.馬鈴薯高壟寬行機械化種植技術規(guī)程：DB 14/T 945—2014[S].太原：山西省質(zhì)量技術監(jiān)督局，2014.

[7] 侯賢清，牛有文，吳文利，等.不同降雨年型下種植密度對旱作馬鈴薯生長、水分利用效率及產(chǎn)量的影響[J].作物學報，2018，44（10）：1560-1569.

[8] 呂文河，馬子竣，李瑩，等.馬鈴薯4x-4x和4x-2x雜種后代高世代選系總產(chǎn)和商品薯產(chǎn)量比較[J].東北農(nóng)業(yè)大學學報，2014，45（10）：1-9.

[9] 薛俊武，任穩(wěn)江，嚴昌榮.覆膜和壟作對黃土高原馬鈴薯產(chǎn)量及水分利用效率的影響[J].中國農(nóng)業(yè)氣象，2014，35（1）：74-79.

[10] 石彥琴，陳源泉，隋鵬，等.農(nóng)田土壤緊實的發(fā)生、影響及其改良[J].生態(tài)學雜志，2010，29（10）：2057-2064.

[11] 呂薇，李軍，岳志芳，等.輪耕對渭北旱塬麥田土壤有機質(zhì)和全氮含量的影響[J].中國農(nóng)業(yè)科學，2015，48（16）：3186-3200.

[12] 陳志權(quán)，曾玉清，呂澤林，等.不同田塊類型壟作栽培對水稻農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的影響[J].耕作與栽培，2014（6）：17-18，24.

[13] 劉劍金，劉子儀，葉娟，等.不同起壟高度對煙草生長發(fā)育的影響[J].湖南農(nóng)業(yè)科學，2019（1）：8-11.

[14] 孫小娟.山區(qū)坡地馬鈴薯不同起壟方式對土壤水分蓄積和產(chǎn)量的效果[J].中國馬鈴薯，2018，32（2）：81-85.

[15] 彭慧元，鄧寬平，雷尊國.不同起壟方式對馬鈴薯產(chǎn)量及經(jīng)濟性狀的影響研究[J].江西農(nóng)業(yè)學報，2012，24（7）：42-43，56.

[16] 葉旭剛.脫毒馬鈴薯費烏瑞它在修文縣適宜種植方式與密度的研究[J].耕作與栽培，2015（1）：16-17，3.

[17] 位東斌，東先旺.作物栽培學[M].北京：中國農(nóng)業(yè)大學出版社，2001：246-247.