不同秸稈覆蓋量對(duì)土壤養(yǎng)分及馬鈴薯產(chǎn)量的影響

郭欣欣，張 蓉，董祿信，路 平，郭喜軍，張立鵬

（甘肅省通渭縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，甘肅通渭743300）

農(nóng)業(yè)水資源匱乏、降雨供需錯(cuò)位、降水稀少、植被稀疏、地表蒸發(fā)量大、產(chǎn)量和水分利用效率低下已成為隴中旱作區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面臨的主要問(wèn)題[1]。傳統(tǒng)種植方式導(dǎo)致地表裸露，不僅使土壤水分大量流失，還破壞了表層土壤結(jié)構(gòu)，從而使土壤養(yǎng)分失衡，導(dǎo)致作物嚴(yán)重減產(chǎn)[2]。有研究表明：以秸稈覆蓋為代表的保護(hù)性耕作措施能顯著提高土壤含水量、有機(jī)質(zhì)含量，秸稈覆蓋對(duì)生育中后期土壤水分狀況的改善效果明顯[3]。因此，了解作物耗水規(guī)律并合理調(diào)控耗水分配，從而提高作物產(chǎn)量和水分利用效率已成為該地區(qū)長(zhǎng)期以來(lái)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)研究關(guān)注的焦點(diǎn)[1]。在隴中旱作農(nóng)業(yè)區(qū)，馬鈴薯是主產(chǎn)糧食作物之一，傳統(tǒng)種植方式、地膜覆蓋等栽培技術(shù)對(duì)馬鈴薯水分利用效率和產(chǎn)量已有一定研究[4-6]，而不同秸稈覆蓋量對(duì)馬鈴薯水分利用效率及產(chǎn)量的影響機(jī)制尚不明確。為此，本研究設(shè)計(jì)了不同的秸稈覆蓋量，旨在探索適宜于隴中旱作區(qū)的馬鈴薯覆蓋技術(shù)體系，以期為隴中旱作區(qū)馬鈴薯生產(chǎn)可持續(xù)高產(chǎn)提供理論依據(jù)和技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于 2018 年 4 月—2020 年 10 月在甘肅省通渭縣襄南鎮(zhèn)馬店村進(jìn)行。試驗(yàn)地海拔1 742 m，屬半干旱雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)，年平均氣溫7.2℃，≥10℃的積溫為1 823℃，無(wú)霜期123～146 d，年均降水量350～400 mm。

試驗(yàn)地為旱川地，土壤為黃綿土，前茬作物為玉米，土壤有機(jī)質(zhì)含量7.3 g/kg、全氮量0.64 g/kg、速效磷6.55 mg/kg、全磷 0.71 g/kg、堿解氮 32.6 mg/kg、pH8.43。

1.2 試驗(yàn)材料

馬鈴薯供試品種為隴薯10 號(hào)脫毒原種（由甘肅省農(nóng)科院馬鈴薯研究所提供），覆蓋材料為玉米秸稈。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2018—2020 年連續(xù)3 年在同一塊田進(jìn)行馬鈴薯秸稈用量栽培試驗(yàn)，試驗(yàn)采用單因素設(shè)計(jì)，設(shè)置6水平覆蓋，即 T1：0 kg/hm2（CK）、T2：6 000 kg/hm2；T3：9 000 kg/hm2；T4：12 000 kg/hm2；T5：15 000 kg/hm2；T6：18 000 kg/hm2。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組排列，3 次重復(fù)，小區(qū)面積45 m2（5 m×9 m），種植密度15 000株/hm2，播前各處理均施尿素225 kg/hm2、過(guò)磷酸鈣750 kg/hm2、硫酸鉀150 kg/hm2。于播種當(dāng)年前一年的11 月上旬整地施肥后按照大壟70 cm、小壟40 cm 起壟，玉米秸稈覆于小壟處，2018 年4 月27日播種，10 月 6 日收獲，2019 年 4 月 20 日播種，9月 25 日收獲，2020 年 4 月 25 日播種，10 月 5 日收獲，田間管理同當(dāng)?shù)卮筇镆恢隆?/p>

1.4 測(cè)定方法

1.4.1 產(chǎn)量測(cè)定 在馬鈴薯收獲期按小區(qū)測(cè)定產(chǎn)量，最后折算產(chǎn)量。

1.4.2 土壤養(yǎng)分含量的測(cè)定 在馬鈴薯收獲后測(cè)定。土壤pH 測(cè)定采用電極法；土壤有機(jī)碳采用重鉻酸鉀外加熱法；土壤全氮采用凱氏定氮法；土壤全磷采用酸溶鉬銻抗比色法；速效磷采用碳酸氫鈉浸提- 鉬銻抗比色法測(cè)定[7]。

1.4.3 土壤含水率的測(cè)定 在馬鈴薯出苗期、塊莖膨大期、淀粉積累期、收獲期采用土鉆取0～200 cm土壤，每20 cm 一層次，用烘干法測(cè)各土層土壤含水率。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Office Excel 2010 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，用SPSS 21.0 軟件進(jìn)行相關(guān)分析，采用Duncan＇s 新復(fù)極差法進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同秸稈覆蓋量對(duì)土壤理化性狀的影響

由表1 可知，通過(guò)3 年試驗(yàn)后，0～40 cm 土層土壤養(yǎng)分含量得到不同程度的改善。2020 年秸稈覆蓋處理后土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷顯著高于2018 年試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)的水平。不同秸稈覆蓋量顯著影響土壤養(yǎng)分含量，在試驗(yàn)期間總體秸稈覆蓋量水平和土壤養(yǎng)分含量基本吻合。各處理土壤養(yǎng)分播前和收獲期高于塊莖膨大期，但播前和收獲期基本持平。播前各處理間土壤全氮、全磷差異不顯著，塊莖膨大期、收獲期隨著秸稈覆蓋量的增加T2～T6 處理高于無(wú)秸稈覆蓋處理T1。在馬鈴薯的整個(gè)生育期內(nèi)，速效磷、堿解氮、有機(jī)質(zhì)含量隨著秸稈覆蓋量的增加而增大，T3～T6 處理顯著高于T1 處理（P＞0.05）。與CK 相比，收獲期T5、T6 處理有機(jī)質(zhì)含量明顯有所提高，其分別提高了42.9%、60.0%。因此，覆蓋秸稈能有效提高土壤有機(jī)質(zhì)含量。

表1 不同秸稈覆蓋量對(duì)土壤理化性狀的影響

2.2 不同秸稈覆蓋量下土壤含水率的時(shí)空變化

土壤含水率的時(shí)空變化與秸稈覆蓋量、馬鈴薯的生育時(shí)期息息相關(guān)[8]。圖1 顯示，在馬鈴薯整個(gè)生育期內(nèi)，0～80 cm 土層含水率從莖膨大期開(kāi)始明顯降低，而表層土壤含水率變化幅度最大，深層土壤含水率隨著生育時(shí)期的推進(jìn)變化幅度逐漸減小。收獲期表層土壤含水率呈上升趨勢(shì)，而秸稈覆蓋量越大上升越快。塊莖膨大期各處理間差異在20 cm 土層最大，相差 4.48 個(gè)百分點(diǎn)（T1 與 T6），100 cm 土層處理間的含水率在淀粉積累期差異最大，相差4.28 個(gè)百分點(diǎn)（T1 與T3）。在馬鈴薯整個(gè)生育期內(nèi)各處理20 cm 土層含水率從大到小依次為T(mén)6＞T5＞T4＞T3＞T2＞T1，各處理間40 cm 土層含水率以T6 最高，平均為14.62%，較CK 提高了30%。因此，秸稈覆蓋處理能有效提高表層土壤含水率。

圖1 不同處理水平下馬鈴薯各生育時(shí)期的土壤水分變化

2.3 不同秸稈覆蓋量對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量的影響

由表2 可知，不同秸稈覆蓋量顯著影響馬鈴薯產(chǎn)量。在試驗(yàn)期間總體產(chǎn)量水平和秸稈覆蓋量情況基本吻合。不同秸稈覆蓋量馬鈴薯產(chǎn)量T1 最低，T6 最高，且秸稈覆蓋處理T2～T6 與CK間差異顯著（P＞0.05），其中T2～T6 處理馬鈴薯產(chǎn)量較CK 分別增加了6%、14%、24%、28%、36%。不同秸稈覆蓋量下馬鈴薯產(chǎn)量平均值大小順序?yàn)門(mén)6＞T5＞T4＞T3＞T2＞T1。T2～T6 處理產(chǎn)量分別為 23 850 kg/hm2、25 650 kg/hm2、27 900 kg/hm2、28 800 kg/hm2、30 600 kg/hm2，較 CK分別增產(chǎn) 1 350 kg/hm2、3 150 kg/hm2、5 400 kg/hm2、6 300 kg/hm2、8 100 kg/hm2。因此，與無(wú)秸稈覆蓋（T1）處理相比，覆蓋秸稈處理均增加了馬鈴薯產(chǎn)量。

表2 不同覆蓋處理對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量的影響

2.4 不同處理下馬鈴薯全生育土壤水分、土壤養(yǎng)分與產(chǎn)量的相關(guān)性

由表3 可知，馬鈴薯產(chǎn)量與含水率、土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷、全磷均極顯著正相關(guān)。表明覆蓋處理產(chǎn)量的增加主要通過(guò)提高含水率、土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷、全磷等指標(biāo)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

表3 不同處理下馬鈴薯全生育土壤水分、土壤養(yǎng)分與產(chǎn)量的相關(guān)性

3 討論

秸稈覆蓋是提高旱地土壤水分利用效率的主要措施之一，能夠有效提高旱作區(qū)農(nóng)作物的產(chǎn)量[9]。不同的秸稈覆蓋量可通過(guò)調(diào)節(jié)土壤結(jié)構(gòu)和理化性狀，影響土壤含水率進(jìn)而影響土壤有機(jī)質(zhì)的分解、轉(zhuǎn)化[10]。李卿沛[11]等研究表明：秸稈覆蓋是增加土壤有機(jī)質(zhì)的主要原因，覆蓋秸稈可有效提高表層土壤有機(jī)質(zhì)含量，但對(duì)養(yǎng)分總量平衡的影響不顯著。相關(guān)研究表明[12,13］：秸稈覆蓋增加了結(jié)薯層土壤有機(jī)質(zhì)含量，秸稈中的養(yǎng)分還田，能改良土壤結(jié)構(gòu)，使土壤疏松，孔隙度增加，容質(zhì)量減輕，促進(jìn)微生物活力和作物根系發(fā)育。本研究表明：有秸稈T2～T6 處理0～40 cm土層土壤養(yǎng)分含量顯著高于對(duì)照。隨著種植年份的增長(zhǎng)，2020 年秸稈覆蓋處理速效磷、堿解氮、有機(jī)質(zhì)顯著高于2018 年試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，土壤有機(jī)質(zhì)、速效磷、堿解氮較2018 年均提高分別為24.9%、62.9%、27.5%。塊莖膨大期土壤有機(jī)質(zhì)、速效磷、堿解氮含量秸稈覆蓋處理T6 較無(wú)覆蓋處理T1 分別提高了41.2%、76.1%、48.3%，收獲期秸稈覆蓋處理T6 較無(wú)覆蓋處理 T1 分別提高了 60.0%、73.8%、55.6%。這與薛喜全[14]等的研究結(jié)果相一致。此外，在馬鈴薯的整個(gè)生育期內(nèi)，秸稈覆蓋處理T3～T6 的有機(jī)質(zhì)、速效磷、堿解氮含量均高于無(wú)秸稈覆蓋處理T1，說(shuō)明秸稈覆蓋具有培肥地力的作用，改善土壤結(jié)構(gòu)。

通過(guò)對(duì)5 種不同秸稈覆蓋量的試驗(yàn)研究，結(jié)果表明：在隴中旱作區(qū)，秸稈覆蓋處理T2～T6 的水分利用效率和產(chǎn)量均高于無(wú)秸稈覆蓋處理T1。秸稈覆蓋處理方式能明顯提高0～40 cm 土層土壤水分，這與馬建濤[15]等的研究結(jié)果相一致，且T6 處理的表層貯水量高于其余各處理。在馬鈴薯整個(gè)生育期內(nèi)，40 cm層處理的含水率秸稈覆蓋處理T6 最高，較無(wú)秸稈處理T1 提高了30%。這主要是秸稈覆蓋抑制了土壤水無(wú)效蒸發(fā)[16]，減少降水對(duì)土壤的侵蝕,減少?gòu)搅鳎瑥亩竺娣e控制土壤水蝕的發(fā)生，提高天然降水利用率，達(dá)到增產(chǎn)、增收和保護(hù)環(huán)境的雙重目的[17-19]。本研究中，秸稈覆蓋處理T2～T6 馬鈴薯產(chǎn)量顯著高于無(wú)秸稈覆蓋處理T1，且各處理間差異均顯著。T4～T6 處理較CK 增產(chǎn)20%以上。綜上所述，在5 種秸稈覆蓋量下，T6 處理在綜合效果上均高于其他處理，值得在隴中旱作區(qū)馬鈴薯主產(chǎn)區(qū)的實(shí)際種植中加以推廣。

4 結(jié)論與建議

秸稈覆蓋技術(shù)具有顯著的蓄水保墑作用，秸稈還田可增加土壤有機(jī)質(zhì)、速效磷、堿解氮含量，能改良土壤結(jié)構(gòu)，提升土壤肥力。在隴中旱作區(qū)秸稈覆蓋量在15 000～18 000 kg/hm2時(shí)，能夠協(xié)調(diào)馬鈴薯全生育期內(nèi)的土壤水分和養(yǎng)分供給，優(yōu)化耕層水分和養(yǎng)分環(huán)境對(duì)馬鈴薯生長(zhǎng)的協(xié)同作用，從而有利于馬鈴薯產(chǎn)量的提高。因此，綜合考慮水分及土壤養(yǎng)分等因素，秸稈覆蓋對(duì)馬鈴薯增產(chǎn)具有顯著優(yōu)勢(shì)，在隴中旱作區(qū)有較大的推廣應(yīng)用前景。