延安市新造耕地馬鈴薯種植潛力初探

王凱博，張永旺，鄭太波，李 媛，孫 琦，魏 蓉，陳怡平

(1.中國(guó)科學(xué)院 地球環(huán)境研究所，陜西 西安 710061；2.延安大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，陜西 延安 716000；3.延安市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，陜西 延安 716000；4.西安地球環(huán)境創(chuàng)新研究院，陜西 西安 710061)

馬鈴薯是僅次于玉米、小麥和水稻的世界第四大糧食作物[1]。2016年以來，農(nóng)業(yè)部大力推動(dòng)馬鈴薯作為主糧產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化開發(fā)，以貫徹落實(shí)新形勢(shì)下國(guó)家糧食安全戰(zhàn)略部署和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。馬鈴薯具有耐旱、耐寒、耐貧瘠、適應(yīng)性廣等特點(diǎn)，在延安具有悠久的種植歷史，是該區(qū)的優(yōu)勢(shì)農(nóng)作物。同時(shí)，當(dāng)?shù)厝罕娨灿虚L(zhǎng)期食用馬鈴薯、加工馬鈴薯的傳統(tǒng)，馬鈴薯種植及主糧化推廣在該區(qū)具有較大潛力。馬鈴薯是典型的高產(chǎn)作物，全球馬鈴薯平均產(chǎn)量為18 t·hm-2，歐美發(fā)達(dá)國(guó)家馬鈴薯平均產(chǎn)量為45 t·hm-2[2]。然而，由于土地貧瘠，品種老化，管理粗放等原因，延安市馬鈴薯平均產(chǎn)量為10～15 t·hm-2，其種植面積一直維持在6.67萬hm2左右[3]。馬鈴薯產(chǎn)量不高打擊了群眾種植馬鈴薯的積極性，也限制了馬鈴薯在該區(qū)的主糧化推廣。

治溝造地是針對(duì)黃土高原丘陵溝壑區(qū)特殊地貌，利用現(xiàn)代化機(jī)械快速填溝覆土，田壩渠路林綜合建設(shè)的一種溝道土地整治新模式[4]。2013年國(guó)土資源部、財(cái)政部等批復(fù)在延安市實(shí)施治溝造地重大工程，設(shè)計(jì)土地整治面積3.38萬hm2，總投資51.72億[5]。截止2018年底，延安治溝造地重大工程已完成建設(shè)規(guī)模3.40萬hm2，造地任務(wù)全部完成[6]。當(dāng)前，如何科學(xué)高效使用新造耕地是亟需解決的科學(xué)問題。蘇翠翠等通過在延安新造耕地種植不同農(nóng)作物發(fā)現(xiàn)，馬鈴薯對(duì)新造耕地適應(yīng)性最強(qiáng)，具有較高的產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。但該研究同時(shí)發(fā)現(xiàn)，在傳統(tǒng)管理方式下，新造耕地馬鈴薯產(chǎn)量?jī)H9 t·hm-2，低于現(xiàn)有坡耕地馬鈴薯產(chǎn)量[7]。為此，筆者研究針對(duì)延安市新造耕地馬鈴薯產(chǎn)量不高的現(xiàn)狀，擬從品種、地力和栽培方式三個(gè)方面出發(fā)，通過引進(jìn)新品種，增施有機(jī)肥，改進(jìn)栽培技術(shù)等途徑提高新造耕地馬鈴薯產(chǎn)量，評(píng)估其種植潛力。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于安塞區(qū)沙渠灣的延安市農(nóng)科所試驗(yàn)基地(N36°47′58.3″，E109°20′51.4″)，屬中溫帶大陸性半干旱季風(fēng)氣候，年平均氣溫8.8℃，年降水量505.3 mm。研究區(qū)2019年平均氣溫9.6 ℃，降雨量542.6 mm，生育期降雨量468.8 mm(6-10月)(圖1)，高于多年平均水平。試驗(yàn)樣地為當(dāng)年新造耕地，土壤類型為黃綿土，0～20 cm土壤有機(jī)質(zhì)含量6.52 g·kg-1，全氮含量0.31 g·kg-1，全磷含量1.14 g ·kg-1，全鉀含量18.2 g·kg-1，具體土壤理化性質(zhì)見表1。

表1 試驗(yàn)田土壤基本性質(zhì)

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

研究設(shè)計(jì)兩組試驗(yàn)，共7個(gè)處理(表2)。第一組試驗(yàn)設(shè)起壟和增施農(nóng)家肥(M)4個(gè)處理，分別為克新1號(hào)+NPK+平作(CK)、克新1號(hào)+NPK+起壟(T1)、克新1號(hào)+NPKM+平作(T2)和克新1號(hào)+NPKM+起壟(T3)。第二組試驗(yàn)設(shè)4個(gè)品種處理，以T3為對(duì)照，其他為隴薯7號(hào)+NPKM+起壟(T4)、NK001+NPKM+起壟(T5)和青薯9號(hào)+NPKM+起壟(T6)。供試馬鈴薯品種克新1號(hào)為當(dāng)?shù)囟嗄曛髟云贩N，隴薯7號(hào)和青薯9號(hào)分別為甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院和青海省農(nóng)林科學(xué)院選育高產(chǎn)品種，近年來在我國(guó)西部干旱半干旱區(qū)推廣迅速，NK001為寧夏農(nóng)林科學(xué)院近年來選育的新品種。

表2 試驗(yàn)處理

試驗(yàn)采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每個(gè)處理3次重復(fù)。小區(qū)面積為35.8 m2(6.4 m×5.6 m)，小區(qū)之間設(shè)0.8 m保護(hù)行，樣地四周留1.0 m保護(hù)行。小區(qū)種植馬鈴薯204株(12行×17列)，種植密度為57 000株·hm-2。起壟方式人工起壟，壟寬60 cm，壟高20 cm，馬鈴薯種植深度12 cm，壟上種植株距40 cm，行距40 cm/60 cm。每公頃化肥用量：N∶P2O5∶K2O=150 kg∶60 kg∶345 kg，每公頃農(nóng)家肥用量30 000 kg。其中70%的氮、鉀肥做基肥，播種時(shí)施用，30%做追肥，盛花期施用；農(nóng)家肥和磷肥全部做基肥施用，施用方式為撒施。馬鈴薯種植時(shí)間為2019年6月7日，收獲時(shí)間為2019年10月18日。除上述處理差異外，其他管理方式與當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶相同。

1.3 測(cè)定指標(biāo)與方法

在試驗(yàn)處理前用土鉆在樣地內(nèi)按照S形曲線多點(diǎn)混合采樣，采樣深度為60 cm，每20 cm分層，每層為10個(gè)樣點(diǎn)的混合樣。采集的土樣帶回實(shí)驗(yàn)室剔除雜質(zhì)后風(fēng)干、研磨、過篩供土壤理化性質(zhì)測(cè)定。土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、有效磷、有效鉀、pH和陽離子交換量(CEC)均采用常規(guī)方法測(cè)定[8]。

采用全區(qū)收獲法測(cè)定馬鈴薯地上、根系生物量和塊莖產(chǎn)量。將馬鈴薯地上和根系生物量鮮重稱重后，取部分樣品烘干后測(cè)定其樣品干重，計(jì)算馬鈴薯地上和根系生物量總干重。采用馬鈴薯根系生物量占地上生物量的比例作為其根冠比(式1)；馬鈴薯塊莖產(chǎn)量占植株總鮮重(地上、根系和塊莖鮮重之和)的比例作為其塊莖生產(chǎn)效率(式2)。

根冠比 = 根系生物量/地上生物量(1)

塊莖生產(chǎn)效率 = 塊莖鮮重/總鮮重(2)

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel2013軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和繪圖，采用SPSS16.0軟件進(jìn)行不同處理間差異顯著性分析，采用LSD法進(jìn)行處理間多重比較(P<0.05)。

2 研究結(jié)果

2.1 起壟和增施農(nóng)家肥對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量的影響

2.1.1 地上和根系生物量 不同處理馬鈴薯平均地上生物量鮮重為0.63～1.47 t·hm-2，其中，T2處理最低，除T2外，其他處理差異不顯著(P>0.05)。馬鈴薯平均根系生物量鮮重為0.10～0.14 t·hm-2，各處理差異均不顯著(P>0.05)。馬鈴薯平均地上和根系生物量干重分別為0.34～0.53 t·hm-2和0.03～0.05 t·hm-2，各處理差異也不顯著(P>0.05)(圖2)。

2.1.2 根冠比 不同處理馬鈴薯平均鮮重和干重根冠比分別為0.09～0.17和0.07～0.13。相同處理馬鈴薯的平均鮮重根冠比和干重根冠比差異不顯著(P>0.05)。不同處理下，鮮重根冠比的CK處理顯著低于其他處理(P<0.05)，而干重根冠比各處理均不顯著(P>0.05)(圖3)。

2.1.3 塊莖產(chǎn)量和生產(chǎn)效率 不同處理馬鈴薯平均塊莖產(chǎn)量和生產(chǎn)效率分別為14.5～16.1 t·hm-2和0.91～0.95，各處理間差異均不顯著(P>0.05)(圖4)。

2.2 栽培品種對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量的影響

2.2.1 地上和根系生物量 栽培品種對(duì)新造耕地馬鈴薯地上和根系生物量有顯著影響(P<0.05)(圖5)。其中，T4處理馬鈴薯地上生物量鮮重最大，其顯著高于其他處理(P<0.05)；T6處理地上生物量鮮重次之，其又顯著高于T3和T5處理(P<0.05)。T3和T5處理地上和根系生物量鮮重、干重差異均不顯著；T4和T6處理的根系生物量鮮重、地上生物量干重和根系生物量干重差異不顯著，但其顯著高于T3和T5處理(P<0.05)。

2.2.2 根冠比 不同品種馬鈴薯平均鮮重和干重根冠比分別為0.04～0.11和0.06～0.10(圖6)。相同品種馬鈴薯平均鮮重和干重根冠比差異不顯著(P>0.05)，但不同品種下，其鮮重根冠比表現(xiàn)為T3處理最大，其顯著高于T4和T5處理(P<0.05)，T4處理最小，其顯著低于其他處理(P<0.05)。不同品種干重根冠比無顯著差異(P>0.05)。

2.2.3 塊莖產(chǎn)量和生產(chǎn)效率 不同品種馬鈴薯平均塊莖產(chǎn)量和生產(chǎn)效率分別為7.2～24.3 t·hm-2和0.55～0.91，其組間差異顯著(P<0.05)(圖7)。T4處理馬鈴薯塊莖產(chǎn)量最高，較T3處理增加了51.5%，T5處理馬鈴薯塊莖產(chǎn)量最低，較T3處理減少了54.9%，T6處理和T3差異不顯著。與產(chǎn)量不同，T3處理的馬鈴薯塊莖生產(chǎn)效率顯著高于其他處理，其次為T5處理，T4和T6處理的最低。

3 討論

通常情況下，起壟和增施農(nóng)家肥都能夠增加馬鈴薯塊莖產(chǎn)量。然而，筆者研究起壟和增施農(nóng)家肥均未對(duì)新造耕地馬鈴薯產(chǎn)量產(chǎn)生顯著影響，分析其可能原因如下：

(1)馬鈴薯起壟栽培主要通過增加松軟土層厚度，提高土壤溫度，減少田塊淹水等促進(jìn)作物增產(chǎn)[9,10]。然而，筆者試驗(yàn)樣地土壤類型為黃綿土，其土壤質(zhì)地相對(duì)疏松[11～13]，并且新造耕地在種植前經(jīng)過了多次深翻，土壤結(jié)構(gòu)可能不是新造耕地馬鈴薯生長(zhǎng)的制約因子。另外，筆者研究馬鈴薯種植時(shí)間為6月初，平均氣溫超過20℃，土壤溫度對(duì)馬鈴薯的影響也較??；此外，該區(qū)處于半干旱黃土高原地區(qū)，年降雨量相對(duì)較少，而土壤水分入滲速率較高，基本沒有田塊淹水現(xiàn)象發(fā)生。因此，研究中起壟對(duì)新造耕地馬鈴薯產(chǎn)量沒有表現(xiàn)出顯著影響。

(2)農(nóng)家肥主要通過提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，增加土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，改善土壤通氣性等提高土壤質(zhì)量，促進(jìn)作物增產(chǎn)[14～18]。然而，本次試驗(yàn)施用農(nóng)家肥為未經(jīng)漚制的羊糞，在種植前通過撒播的方式施用于土壤表面，農(nóng)家肥起效慢，作用時(shí)間長(zhǎng)，在第一個(gè)生長(zhǎng)期內(nèi)并未對(duì)馬鈴薯的生長(zhǎng)起到明顯提升作用。并且，各處理在施用農(nóng)家肥的同時(shí)均按照相同比例施用了氮、磷和鉀等無機(jī)肥，無機(jī)肥起效快，是馬鈴薯生長(zhǎng)季內(nèi)養(yǎng)分供應(yīng)的主要途徑。綜上，筆者研究中增施農(nóng)家肥并未對(duì)新造耕地馬鈴薯產(chǎn)量起到明顯增產(chǎn)作用。

在相同栽培方式和施肥條件下，品種對(duì)新造耕地馬鈴薯塊莖產(chǎn)量有著顯著影響，隴薯7號(hào)的塊莖產(chǎn)量大約是本地品種克新1號(hào)的1.5倍，表明引進(jìn)高產(chǎn)品種能夠顯著提高新造耕地馬鈴薯產(chǎn)量。除了塊莖產(chǎn)量，隴薯7號(hào)的地上和根系生物量也顯著高于克新1號(hào)，反映了隴薯7號(hào)具有較高的光合同化能力，但同時(shí)也意味著該品種具有高的土壤水分和養(yǎng)分消耗量。另外，與克新1號(hào)相比，隴薯7號(hào)的塊莖生產(chǎn)效率降低，其單位同化物質(zhì)分配給馬鈴薯塊莖的比例下降。因此，關(guān)于新造耕地馬鈴薯種植推廣仍需要更多更全面的研究。

4 主要結(jié)論

(1)在化肥施用充足情況下，起壟和增施農(nóng)家肥對(duì)新造耕地馬鈴薯地上生物量、根系生物量、根冠比、塊莖產(chǎn)量和塊莖生產(chǎn)效率沒有表現(xiàn)出顯著影響。

(2)在相同施肥和栽培條件下，栽培品種對(duì)新造耕地馬鈴薯地上生物量、根系生物量、根冠比、塊莖產(chǎn)量和塊莖生產(chǎn)效率有顯著影響。其中，隴薯7號(hào)和青薯9號(hào)較當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)品種克新1號(hào)具有顯著高的地上和根系生物量，并且隴薯7號(hào)塊莖產(chǎn)量較克新1號(hào)增加51.5%，在新造耕地表現(xiàn)出較大的增產(chǎn)潛力。