地膜與稻秸覆蓋對(duì)冬作馬鈴薯產(chǎn)量和品質(zhì)的影響及其抑草效應(yīng)

許國(guó)春，羅文彬，李華偉，許泳清，紀(jì)榮昌，湯 浩

（福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所/農(nóng)業(yè)部南方薯類科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站/福建省特色旱作物品種選育工程技術(shù)研究中心，福州350013）

0 引言

馬鈴薯是中國(guó)重要的糧菜兼用作物，具有耐寒、耐旱、耐瘠薄、省水、省肥等特點(diǎn)，適應(yīng)性強(qiáng)，在中國(guó)各區(qū)域均有種植，而且產(chǎn)量高、營(yíng)養(yǎng)豐富。在中國(guó)南方地區(qū)，馬鈴薯多采用冬作方式，不與水稻等主糧爭(zhēng)地，充分利用了冬季氣候和土地資源[1-2]；而且冬作馬鈴薯收獲期正處春季蔬菜供應(yīng)淡季，鮮薯市場(chǎng)需求較大，生產(chǎn)效益明顯[2]。然而，冬作馬鈴薯在生產(chǎn)上存在較多問(wèn)題，如生長(zhǎng)期處于南方氣溫最低的季節(jié)，該時(shí)期土壤溫度較低，易對(duì)種薯萌發(fā)和根系生長(zhǎng)產(chǎn)生阻礙；另外，冬作馬鈴薯中后期正值南方春季，雨水較多、氣溫回暖等因素會(huì)促進(jìn)田間雜草生長(zhǎng)，雜草滋生不利于馬鈴薯生育后期的塊莖膨大[3]。這些對(duì)冬作馬鈴薯的增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)均有不利影響。前人研究與生產(chǎn)實(shí)踐表明，覆蓋物覆蓋具有增溫保墑和抑制雜草的作用[4-5]，因此，覆蓋栽培是解決冬作馬鈴薯上述問(wèn)題的有效途徑[6]。

覆蓋栽培主要可分為地膜覆蓋和秸稈覆蓋[7]，其中黑色或白色塑料地膜在馬鈴薯栽培中應(yīng)用較多[4,8]，在南方水稻-馬鈴薯輪作地區(qū)，為促進(jìn)前茬水稻秸稈資源化利用，也有利用稻秸作為覆蓋物的傳統(tǒng)。圍繞不同覆蓋類型影響馬鈴薯產(chǎn)量和土壤性質(zhì)的研究已有諸多報(bào)道。前人研究表明，地膜和稻秸覆蓋下冬作馬鈴薯產(chǎn)量相對(duì)露地栽培均有提高，并且地膜的增產(chǎn)效果更明顯[9-10]。但也有研究指出，相比普通露地栽培，地膜[11]和稻秸[12]覆蓋影響了馬鈴薯產(chǎn)量形成，并發(fā)生減產(chǎn)。馬文成[13]研究比較了地膜和稻秸覆蓋對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量的差異，結(jié)果指出稻秸覆蓋的增產(chǎn)率高于地膜，這與馮艷青等[9]的研究結(jié)論不同。何進(jìn)勤等[8]研究了不同覆膜方式對(duì)土壤氮磷鉀養(yǎng)分及馬鈴薯產(chǎn)量的影響，發(fā)現(xiàn)地膜覆蓋下土壤全氮和堿解氮含量較露地栽培高，產(chǎn)量也顯著增加。另外，有關(guān)地膜覆蓋影響田間雜草發(fā)生的研究表明，黑膜的控草效果較白膜明顯[5,14]。

從現(xiàn)有研究可以看出，因試驗(yàn)立地條件和品種的不同，前人針對(duì)不同覆蓋類型的研究結(jié)果存在一定差異，而且對(duì)不同覆蓋類型下馬鈴薯塊莖品質(zhì)差異的認(rèn)識(shí)也相對(duì)缺乏。因此，本研究擬明確地膜和稻秸覆蓋在不同區(qū)域?qū)Χ黢R鈴薯產(chǎn)量、品質(zhì)和雜草發(fā)生的影響，探究不同試驗(yàn)條件下地膜和稻秸覆蓋對(duì)冬作馬鈴薯塊莖淀粉、蛋白質(zhì)、還原糖和維生素C含量的影響，以期為深入研究冬作馬鈴薯覆蓋栽培的產(chǎn)量品質(zhì)變化機(jī)制和綠色高效栽培技術(shù)提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2017—2018和2018—2019年度進(jìn)行，其中2017—2018年的試驗(yàn)點(diǎn)為福建省泉州市惠安縣前園村(118°43′2″E，24°56′47″N)，2018—2019年試驗(yàn)點(diǎn)則設(shè)在寧德市霞浦縣南屏村(119°59′25″E，26°47′33″N)。2個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)均屬于冬作馬鈴薯主產(chǎn)區(qū)，前茬作物為水稻，一年兩熟種植，兩地具體氣候與土壤條件見表1。

表1 2個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的氣候與土壤條件

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用單因素隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)，以露地栽培為對(duì)照(CK)，設(shè)置黑色地膜覆蓋(BM)、白色地膜覆蓋(WM)和稻秸覆蓋(RSM)3種方式，試驗(yàn)共4個(gè)處理，3次重復(fù)?；莅颤c(diǎn)以‘費(fèi)烏瑞它’為試驗(yàn)品種，2017年12月3日播種，次年4月12日收獲，小區(qū)面積16 m2，單壟雙行種植，密度8.7萬(wàn)株/hm2，施有機(jī)肥15000 kg/hm2和硫酸鉀型復(fù)合肥(16-16-16)1500 kg/hm2；霞浦點(diǎn)以‘閩薯1號(hào)’為試驗(yàn)品種，2018年12月22日播種，次年4月23日收獲，小區(qū)面積38.4 m2，單壟雙行種植，密度7.95萬(wàn)株/hm2，施硫酸鉀型復(fù)合肥(17-17-17)1500 kg/hm2。灌溉和病蟲草害防治等田間管理同當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)做法。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 產(chǎn)量與商品薯率 于馬鈴薯收獲期，按商品薯(≥50 g)和小薯(＜50 g)分別稱量小區(qū)實(shí)收塊莖質(zhì)量，并計(jì)算商品薯率（商品薯產(chǎn)量與總產(chǎn)量之比）。

1.3.2 塊莖品質(zhì) 于馬鈴薯收獲期取新鮮塊莖，采用蒽酮比色法測(cè)定淀粉含量、凱氏定氮法測(cè)定蛋白質(zhì)含量、2,6-二氯靛酚法測(cè)定維生素C含量、3,5-二硝基水楊酸比色法測(cè)定還原糖含量。

1.3.3 雜草防效 于馬鈴薯出苗后1個(gè)月，每小區(qū)取3點(diǎn)調(diào)查，每點(diǎn)1 m2，將調(diào)查點(diǎn)內(nèi)的所有雜草整株拔除，去除雜草根系土壤后稱量鮮重。按公式(1)計(jì)算鮮重防效[3]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Office Excel 2013和SPSS 19.0進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和圖表繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 塊莖產(chǎn)量

由表2可知，3種覆蓋類型均不同程度地提高了馬鈴薯塊莖產(chǎn)量，在惠安點(diǎn)，黑膜、白膜和稻秸覆蓋處理的商品薯產(chǎn)量較對(duì)照露地栽培分別提高9.7%、5.3%和30.9%，總產(chǎn)量分別提高7.4%、3.2%和21.9%，3種覆蓋處理中稻秸覆蓋的增產(chǎn)效果最明顯，其次為黑膜；在霞浦點(diǎn)，與露地栽培相比，黑膜、白膜和稻秸覆蓋處理的商品薯產(chǎn)量分別增加15.8%、3.2%和13.7%，總產(chǎn)量分別增加18.1%、5.4%和14.8%，其中黑膜覆蓋的增產(chǎn)效果最好，其次為稻秸。另外，不同處理間馬鈴薯小薯產(chǎn)量和商品薯率無(wú)明顯差異（表2）。

表2 不同覆蓋類型對(duì)馬鈴薯塊莖產(chǎn)量及商品薯率的影響

2.2 塊莖品質(zhì)

試驗(yàn)結(jié)果表明，不同覆蓋方式對(duì)馬鈴薯品質(zhì)產(chǎn)生了一定影響。由圖1可知，在2個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)中，均以黑膜覆蓋處理下的塊莖淀粉含量最高，分別為15.57、15.27 g/100 g，但除霞浦點(diǎn)黑膜覆蓋處理較對(duì)照顯著提高19.3%之外，其余處理之間的差異不明顯。4種處理間的馬鈴薯還原糖含量在霞浦點(diǎn)未表現(xiàn)除明顯差異，但在惠安點(diǎn)差異顯著（圖1），相比對(duì)照，覆蓋處理的還原糖含量均不同程度降低，其中稻秸覆蓋處理下降明顯。黑膜和稻秸覆蓋處理的維生素C含量較高，在惠安點(diǎn)顯著高于其他2個(gè)處理，較對(duì)照分別提高39.6%和36.1%，較白膜覆蓋處理分別提高37.1%和33.6%，而在霞浦點(diǎn)，稻秸覆蓋處理較白膜覆蓋明顯提高36.8%。另外，不同處理間馬鈴薯蛋白質(zhì)含量的差異不明顯。

圖1 不同覆蓋類型對(duì)馬鈴薯塊莖主要品質(zhì)指標(biāo)的影響

2.3 雜草防效

由圖2可知，3種覆蓋類型均明顯抑制了馬鈴薯田間雜草的發(fā)生。根據(jù)調(diào)查，惠安點(diǎn)露地栽培處理下雜草鮮重為2.07 kg/m2，黑膜、白膜和稻秸覆蓋處理則分別為0.70、1.40、1.29 kg/m2，分別下降66.4%、32.4%和37.4%；霞浦點(diǎn)露地栽培處理下雜草鮮重為1.45 kg/m2，黑膜、白膜和稻秸覆蓋處理則分別為0.33、0.95、1.08 kg/m2，分別下降77.6%、34.5%和25.9%。不同覆蓋處理間的雜草鮮重防效也存在明顯差異（圖2），黑膜覆蓋防效最好，在惠安和霞浦點(diǎn)鮮重防效分別為66.8%和77.9%，顯著高于白膜覆蓋（32.5%和34.2%）和稻秸覆蓋（37.4%和26.1%）。

圖2 不同覆蓋類型對(duì)雜草發(fā)生的影響

2.4 不同處理產(chǎn)量、品質(zhì)和雜草防效的綜合表現(xiàn)

為綜合反映各處理產(chǎn)量、品質(zhì)及雜草防效的綜合表現(xiàn)，根據(jù)以上結(jié)果，本研究將不同指標(biāo)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為同一量級(jí)后繪制雷達(dá)圖，由此可直觀地看出不同覆蓋類型對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量、品質(zhì)及雜草防效的綜合影響（圖3）。由圖3易知，黑膜覆蓋處理因其顯著的雜草防效在4個(gè)處理中表現(xiàn)出最好的均衡性，綜合表現(xiàn)最優(yōu)。

圖3 不同覆蓋類型馬鈴薯產(chǎn)量、品質(zhì)和雜草防效的綜合表現(xiàn)

3 討論

2個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的結(jié)果表明，地膜和稻秸覆蓋有助于提高馬鈴薯產(chǎn)量，與何進(jìn)勤等[8]、馮艷青等[9]、聶唯等[15]的研究結(jié)果相似。究其增產(chǎn)原因，主要有以下幾個(gè)方面。首先，地膜和稻秸覆蓋能夠減少土壤和大氣間的顯熱交換，阻礙土壤水分向大氣蒸散，具有明顯的增溫保墑作用[12]，地表溫度的提高有利于種薯萌發(fā)和馬鈴薯根系生長(zhǎng)，以及植株?duì)I養(yǎng)器官的建成，并促進(jìn)結(jié)薯[16]。其次，覆蓋栽培能夠明顯增加土壤細(xì)菌、真菌和放線菌的數(shù)量[17]，促進(jìn)土壤養(yǎng)分活化，提高土壤氮、磷、鉀供應(yīng)能力[18-20]，提升地力水平，為馬鈴薯生長(zhǎng)發(fā)育提供較充足的養(yǎng)分。再次，地膜和稻秸覆蓋都明顯抑制了馬鈴薯田間雜草的發(fā)生（圖2），減少了馬鈴薯對(duì)養(yǎng)分、水分、光照等資源的競(jìng)爭(zhēng)壓力[21]。

本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，不同覆蓋類型的增產(chǎn)效果存在差別，2個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的結(jié)果也存在差異，惠安點(diǎn)產(chǎn)量最高的處理為稻秸覆蓋，而霞浦點(diǎn)則為黑膜覆蓋。這一結(jié)果說(shuō)明，馬鈴薯產(chǎn)量對(duì)不同覆蓋類型的響應(yīng)可能受所處生態(tài)條件影響，因此在選擇覆蓋類型時(shí)，還應(yīng)結(jié)合考慮當(dāng)?shù)氐牡乩須夂蛞蛩?。綜合兩地結(jié)果，黑膜和稻秸覆蓋優(yōu)于白膜。吳家全等[14]指出，黑膜的透光率只有1%～3%，熱輻射只有30%～40%，相比白膜，黑膜能夠顯著抑制雜草，從而減少雜草對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量的影響[4]。雖然稻秸與白膜覆蓋對(duì)雜草的防效差異不明顯（圖2），但是在合適的土壤水分和溫度條件下，稻秸能夠被微生物分解并向土壤釋放養(yǎng)分[7]，有研究表明，稻秸覆蓋可提高土壤堿解氮、有效磷和速效鉀的含量[22]，而且能形成較穩(wěn)定的土壤水熱環(huán)境，為塊莖膨大提供更優(yōu)良的土壤條件[23]。

當(dāng)前，關(guān)于馬鈴薯覆蓋栽培的研究多圍繞產(chǎn)量開展，關(guān)注塊莖品質(zhì)的較少，實(shí)際上馬鈴薯塊莖營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)除由遺傳因素控制，還受到溫度、水分等外界環(huán)境的影響[24]。地膜和稻秸覆蓋改變了土壤環(huán)境，具有明顯的增溫保墑作用，改善了冬作馬鈴薯生長(zhǎng)過(guò)程中土壤的溫度和水分條件，因此，有必要考慮不同覆蓋類型對(duì)馬鈴薯塊莖品質(zhì)的影響。本研究發(fā)現(xiàn)，黑膜覆蓋處理淀粉含量較高，而黑膜和稻秸覆蓋處理下維生素C含量較高，這與聶唯等[15]和Qin等[25]的研究結(jié)果一致。宋娜等[26]研究表明，在一定范圍內(nèi)，馬鈴薯淀粉和維生素C含量隨田間持水量的增加而增加，合適的土壤溫度和水分有利于塊莖淀粉等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化和積累，這在一定程度上解釋了本研究中黑膜覆蓋有助于改善馬鈴薯品質(zhì)的現(xiàn)象。然而，目前學(xué)界對(duì)不同覆蓋類型對(duì)馬鈴薯塊莖品質(zhì)的認(rèn)識(shí)仍然較為粗淺，不同覆蓋類型下馬鈴薯主要營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的形成特征，以及與土壤理化性質(zhì)的協(xié)同變化關(guān)系需要進(jìn)一步探究。

4 結(jié)論

（1）地膜和稻秸覆蓋均有助于提高冬作馬鈴薯產(chǎn)量水平，在一定程度上改善了塊莖營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)，特別是黑膜和稻秸覆蓋處理，不僅增產(chǎn)效果顯著，且對(duì)提升塊莖淀粉和維生素C含量有較明顯的作用。

（2）得益于明顯的抑草效果，黑膜覆蓋處理在產(chǎn)量、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)和雜草控制等方面表現(xiàn)出最佳的均衡性，綜合表現(xiàn)最優(yōu)。

（3）兩地試驗(yàn)中增產(chǎn)最明顯的處理并不一致，說(shuō)明不同覆蓋類型的效果受到地理氣候、土壤條件、品種等因素的影響，各區(qū)域在選擇覆蓋方式時(shí)應(yīng)考慮具體的立地條件。

（4）本試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明黑膜和稻秸覆蓋具有相對(duì)優(yōu)勢(shì)，但是使用普通塑料黑膜存在殘留污染問(wèn)題，稻秸覆蓋也有操作復(fù)雜、勞動(dòng)力消耗較大的局限，因此，后期應(yīng)考慮生物降解膜的研發(fā)使用，以及創(chuàng)新稻秸還田方式。