旋耕深度對西北黃土高原旱作區(qū)土壤水分特性和馬鈴薯產(chǎn)量的影響

張緒成 馬一凡 于顯楓 侯慧芝 王紅麗 方彥杰 張國平 雷康寧

甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院旱地農(nóng)業(yè)研究所 / 甘肅省旱作區(qū)水資源高效利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 甘肅蘭州 730070

西北黃土高原降水少、蒸發(fā)強(qiáng), 但深厚的土層是有效的“土壤水庫”[1], 在緩解干旱脅迫中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。機(jī)械化旋耕技術(shù)的應(yīng)用大幅度提高了耕作效率, 但長期旋耕形成了相對堅(jiān)硬的犁底層, 耕層呈逐年變淺的態(tài)勢, 使得土壤物理性狀惡化, 并由此導(dǎo)致耕地質(zhì)量和生產(chǎn)力下降[2-5]。謝軍紅等[6]報(bào)道, 旋耕0～30 cm 土層的土壤容重隨土層深度增加呈增大趨勢, 形成了較為堅(jiān)硬的犁底層, 使作物產(chǎn)量下降[7]; 石磊等[8]在陜北黃土高原調(diào)查結(jié)果顯示, 土壤犁底層變淺、容重和緊實(shí)度增加, 影響作物根系下扎和水分養(yǎng)分運(yùn)移, 是長期旋耕造成土壤障礙的主要因素, 導(dǎo)致生產(chǎn)力明顯下降。針對這一問題, 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部出臺了《全國農(nóng)機(jī)深松整地作業(yè)實(shí)施規(guī)劃(2016—2020 年)》, 以通過深松打破犁底層,優(yōu)化土壤水肥環(huán)境和提高作物資源利用效率[9-12]。

馬鈴薯是西北黃土高原半干旱區(qū)主栽作物之一,該區(qū)也是我國馬鈴薯優(yōu)勢產(chǎn)區(qū)和主產(chǎn)區(qū)[13]。以甘肅省為例, 2017 年全省馬鈴薯播種面積超過66.7 萬公頃, 總產(chǎn)量達(dá)到1200 萬噸[14], 雖然在全膜覆蓋條件下顯著提高了降水利用率, 但單產(chǎn)低于全國平均水平[15], 這主要是季節(jié)性干旱脅迫、耕地質(zhì)量較差等因素共同作用的結(jié)果。因此, 通過優(yōu)化耕作措施來增強(qiáng)土壤的水肥供應(yīng)能力[16-17], 將是進(jìn)一步提高旱作馬鈴薯產(chǎn)量的主要方向之一。立式深旋耕作(粉壟技術(shù)、深旋松技術(shù))是首先應(yīng)用于山藥的一項(xiàng)耕作技術(shù), 其特點(diǎn)是利用螺旋犁頭, 將土壤粉碎但不改變土壤的垂直層次結(jié)構(gòu), 結(jié)合了深松和旋耕的優(yōu)點(diǎn),旋耕深度可達(dá)到60 cm 以上[18-20]。Zhai 等[21]在黃淮海玉米上的研究表明, 深旋松(立式深旋耕作)能夠顯著降低土壤容重, 提高土壤通透性, 提高土壤蓄水能力, 促進(jìn)玉米根系發(fā)育, 使產(chǎn)量和水分利用效率顯著增加; 在東北棕壤上也取得了相似的研究結(jié)果。目前, 該項(xiàng)技術(shù)在玉米、小麥、山藥、花生、大豆、水稻、甘蔗、馬鈴薯等作物上取得了顯著增產(chǎn)效果[18-23]。我們在半干旱區(qū)馬鈴薯上的研究也證明, 立式深旋技術(shù)能夠顯著降低黃綿土的土壤容重,提高土壤孔隙度, 改善土壤水分特性, 實(shí)現(xiàn)馬鈴薯的抗旱增產(chǎn)[23-24]。

旋耕深度是影響土壤特性尤其是水分性狀的一個關(guān)鍵因素, 增加耕作深度能夠改善土壤水分狀況和促進(jìn)作物生長發(fā)育, 這已在松遼平原玉米[25]、黃淮海平原冬小麥[26]、膠東平原[27]和黃土高原半干旱區(qū)馬鈴薯[24]上得到證明, 認(rèn)為增加耕作深度提高了土壤貯水量和作物地上、下部生長發(fā)育。然而, 耕作深度對作物生長發(fā)育的影響因作物而異, 當(dāng)旋耕深度增加到40 cm 時, 產(chǎn)量反而下降[26]。但對于塊莖類作物如馬鈴薯, 增加旋耕深度一方面能夠優(yōu)化土壤的水分特性, 提高土壤水肥供應(yīng)能力而增強(qiáng)抗旱性; 另外, 疏松的土壤有利于塊莖生長, 這同樣是提高產(chǎn)量的一個積極因素。進(jìn)一步加深旋耕深度將會促進(jìn)水肥在土壤中的運(yùn)移, 是否具有進(jìn)一步提升產(chǎn)量和作物抗旱性的作用, 并通過影響作物的耗水進(jìn)程以緩解季節(jié)性干旱對作物生產(chǎn)的脅迫強(qiáng)度？目前對此尚無探討。將立式深旋耕作的旋耕深度增加至60 cm, 研究不同旋耕深度對土壤水分性狀和馬鈴薯生長發(fā)育的影響, 將為建立馬鈴薯水分高效、產(chǎn)量提升的耕作制度提供依據(jù)。鑒于此, 本研究設(shè)置了15、40 和60 cm 3 種旋耕深度, 研究其對馬鈴薯階段耗水、干物質(zhì)積累、葉面積指數(shù)、葉片SPAD 值, 以及產(chǎn)量、水分利用效率的影響, 以期為確定西北黃土高原旱作區(qū)馬鈴薯抗旱增產(chǎn)的耕作技術(shù)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2016—2017 年在甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院定西試驗(yàn)站(甘肅省定西市安定區(qū)團(tuán)結(jié)鎮(zhèn)唐家堡村,104°36′E, 35°35′N)進(jìn)行。該區(qū)屬于典型的半干旱雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū), 也是我國優(yōu)質(zhì)馬鈴薯主產(chǎn)區(qū)之一。區(qū)域多年平均降水為 415 mm, 年平均蒸發(fā)量高達(dá)1500 mm, 春季低溫少雨, 降水主要集中在秋季, 7月至9 月份降水平均占全年總量的65%。試區(qū)屬中溫帶半干旱氣候, 海拔高度為1970 m, 作物一年一熟; 多年平均氣溫6.2℃, ≥10℃積溫2075.1℃, 無霜期140 d, 為典型的寒旱農(nóng)業(yè)區(qū); 光照充足, 多年平均日照時數(shù)為2500 h, 年總輻射量達(dá)5898 MJ m-2。試驗(yàn)區(qū)土壤屬于黃綿土, 土層厚度達(dá)50 m 以上。土質(zhì)相對疏松, 0～30 cm 土層平均容重1.25 g cm-3, 田間持水量和凋萎系數(shù)分別為21.18%和7.2%, 土壤質(zhì)量較差, 有機(jī)質(zhì)含量在10 g kg-1左右。

2016 年馬鈴薯生育期內(nèi)降水量為179.3 mm, 全年降水量為289.3 mm, 分別占多年平均的68.7%和55.2%, 屬嚴(yán)重干旱年份; 2016 年平均氣溫為7.5℃,較多年平均增加了1.3℃, 因此, 該年為干旱和高溫年份, 對馬鈴薯生產(chǎn)有不利影響。2017 年馬鈴薯生育期內(nèi)降水量為353.5 mm, 全年降水量為430.3 mm,屬于平水年, 但2 年均在馬鈴薯盛花期發(fā)生持續(xù)干旱, 季節(jié)分配不均(圖1); 2017 年氣溫與多年平均溫度基本持平。2 年的降水和氣溫有明顯不同, 對馬鈴薯的生長造成了較明顯的影響。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì), 設(shè)置3 個旋耕深度,即傳統(tǒng)旋耕15 cm (traditional rotary tillage, TT)、立式深旋松耕40 cm (vertically rotary sub-soiling tillage,VRT)和立式深旋松耕60 cm (VRT6) 3 個處理, 均在2016 和2017 年的3 月中旬機(jī)械耕作。耕作后即施肥、起壟和覆蓋地膜。每處理3 次重復(fù), 小區(qū)面積6 m ×10 m = 60 m2。采用全膜覆蓋壟上微溝種植方法(圖2),大壟寬為60 cm, 大溝寬為40 cm, 在大壟上開微溝,微溝寬度為20 cm, 微溝內(nèi)每50 cm 打孔以確保降水入滲。馬鈴薯在壟頂部按“品”字形種植, 種植密度60,000 穴 hm-2, 每穴種植1 株。2016 年和2017 年均在4 月20 日播種, 2016 年9 月上旬收獲, 2017 年10 月上旬收獲。土壤水分均在微溝內(nèi)取樣。

1.3 測定指標(biāo)及方法

1.3.1 土壤物理性狀 參照土壤理化分析的方法[25]測定馬鈴薯播前0～10、10～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm土層的土壤容重、田間持水量、飽和含水量、毛管含水量。采用環(huán)刀法(環(huán)刀容積為100 cm3)測定土壤容重。利用測定容重的環(huán)刀浸入水中24 h, 稱重至恒質(zhì)量, 按公式(1)計(jì)算田間持水量,公式(2)計(jì)算飽和含水量; 將飽和后的環(huán)刀樣置于鋁盒上, 中間用濾紙隔開, 放置12 h烘干至恒質(zhì)量, 并稱重, 按照公式(3)計(jì)算土壤毛管含水量。

飽和含水量(%) = (浸泡后土質(zhì)量–烘干土質(zhì)量)/烘干土質(zhì)量×100% (1)

土壤毛管含水量(%) = (放置后的土質(zhì)量–烘干的土質(zhì)量) /烘干的土質(zhì)量×100% (2)

田間持水量(%) = (浸泡后土質(zhì)量–烘干土質(zhì)量)/100 (3)1.3.2 土壤貯水量 于馬鈴薯播前、現(xiàn)蕾期、盛花期和收獲期用烘干法測定0～200 cm土層土壤含水量, 每20 cm為1個層次, 每小區(qū)在壟上微溝內(nèi)的馬鈴薯株間測定1個位點(diǎn)。按照公式(4)計(jì)算土壤貯水量。

SWS (mm)= SWC × γ × d /100 (4)

式中, SWC 為土壤重量含水量(g kg-1); γ 為土壤容重(g cm-3); d 為土壤深度(cm)。

1.3.3 SPAD和LAI 于馬鈴薯現(xiàn)蕾期、盛花期和塊莖膨大期, 在晴天10:00用SPAD-502 PLUS (柯尼卡美能達(dá), 日本)測定葉片SPAD值, 選擇倒二枝的頂葉為測定對象, 每個葉片避開葉脈自上而下測定3次,每小區(qū)選擇10個葉片。同時用美國CID公司生產(chǎn)的CI-110植物冠層數(shù)字圖像分析儀測定葉面積指數(shù)(LAI), 每小區(qū)測定3次, 計(jì)算其平均數(shù)為小區(qū)LAI。

1.3.4 水分利用效率的計(jì)算 測定馬鈴薯播前和收獲后0～200 cm土層的土壤含水量, 按照公式(5)計(jì)算馬鈴薯水分利用效率。

式中, 塊莖產(chǎn)量由小區(qū)實(shí)際測定產(chǎn)量換算得出, ET為蒸散量, 按照公式(6)計(jì)算。

1.4 數(shù)據(jù)處理

用Microsoft Excel 2003和DPS v3.01專業(yè)版統(tǒng)計(jì)分析軟件處理數(shù)據(jù), Tukey法檢驗(yàn)處理間的差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同旋耕深度對土壤容重的影響

立式深旋耕作能顯著降低土壤容重(圖3)。與TT 相比, VRT 在0～10、10～20 和20～40 cm 土層的土壤容重在2016 年分別降低了11.8%、12.1%和20.2%,2017 年分別降低了13.3%、13.8%和25.3%, 均達(dá)到顯著差異水平, 在40～100 cm 土層無顯著差異。VRT6 在0～10、10～20、20～40 和40～60 cm 土層的土壤容重2016 年分別降低了13.2%、13.7%、25.7%和10.5%, 2017 年相應(yīng)地降低了12.1%、10.1%、32.9%、23.8%, 但在60～100 cm 土層二者無顯著差異。與VRT 相比, VRT6 在40～60 cm 土層的土壤容重分別在2016 年和2017 年下降20.0%和18.1%, 達(dá)到顯著差異, 在其余土層二者無顯著差異。

2.2 不同旋耕深度對土壤水分特性的影響

與TT 相比, VRT 在0～10、10～20、20～40 cm 土層的飽和含水量在2016 年增加了27.0%、34.1%和53.4%, 2017 年則相應(yīng)地提高了 27.3%、35.1%和48.0%, 達(dá)到顯著差異水平, 其余土層差異不顯著;VRT6 在0～10、10～20、20～40 和40～60 cm 土層的土壤飽和含水量在 2016 年分別增加了 30.8%、34.8%、43.7%和25.5%, 2017 年這一數(shù)值為30.7%、33.6%、53.9%和31.3% (圖4-a, d), 均達(dá)到顯著差異,在60～100 cm 土層無顯著差異; VRT6 在40～60 cm 的飽和含水量較VRT 在2016 和2017 年分別顯著提高了24.8%和30.4%, 但在其余土層無顯著差異。與飽和含水量結(jié)果相似, VRT6 在0～60 cm 土層、VRT 在0～40 cm 土層, 均較TT 顯著提高了土壤毛管含水量,VRT6 的增加幅度在2016 年和2017 年的分別為30.5%～57.2% 和 32.6%～57.4%, VRT 則 分 別 為27.0%～53.4%和32.8%～57.9% (圖4-b, e)。與TT 相比, VRT6 顯著提高了0～60 cm 土層田間持水量,2016 年和2017 分別增加了7.8%～24.1%和8.8%～29.8%, VRT 在0～40 cm 土層的田間持水量則分別提高了9.3%～22.3%和9.4%～24.7% (圖4-c, f)。VRT6和VRT 的土壤飽和含水量、毛管含水量和田間持水量在20～40 cm 土層的增加幅度最大, 表明多年淺旋耕在這一層次形成了較為堅(jiān)硬的犁底層。

2.3 不同旋耕深度對土壤貯水量的影響

2016 年播前, VRT6 在0～60 cm、VRT 在0～40 cm土層的土壤貯水量較TT 分別增加了12.0 mm 和12.7 mm, VRT6 在40～60 cm 土層的土壤貯水量較VRT 增加了2.8 mm, 均達(dá)到顯著差異(圖5-a), 現(xiàn)蕾期VRT6 和VRT 的土壤貯水量在0～20 cm 土層無顯著差異, 但顯著高于TT, 且VRT6 在160～200 cm 土層顯著低于 VRT 和 TT (圖 5-b); 在盛花期的20～100 cm 土層, VRT6 較VRT 下降了18.2 mm; 在20～140 cm 土層, VRT6 和VRT 較TT 分別下降了61.0 mm 和39.7 mm, 均達(dá)到顯著差異(圖5-c)。在收獲期的80～200 cm 土層, VRT6 的土壤貯水量較VRT和 TT 分別降低了 47.0 mm 和 98.3 mm; 在100～200 cm 土層, VRT 較TT 下降了51.7 mm, 均達(dá)到顯著差異(圖5-d)。2017 年播前, VRT6 在0～100 cm土層土壤貯水量較VRT 和TT 分別下降了59.6 mm和34.7 mm, 而VRT 較TT 在40～120 cm 土層增加了39.2 mm, 但TT 在160～200 cm 土層較VRT6 和VRT分別增加了20.0 mm 和12.3 mm (圖5-e), 均達(dá)到顯著差異。在現(xiàn)蕾期, VRT6 在0～120 cm 土層的土壤貯水量較TT 下降了66.1 mm, 并在各層次達(dá)到顯著差異; 在0～100 cm 土層較VRT 下降了55.3 mm, 各層次差異顯著; 在0～140 cm 土層, 3 個處理無顯著差異(圖5-f); 在盛花期, VRT6 分別在0～60 cm 較VRT、0～80 cm 土層較TT 下降了43.9 mm 和65.3 mm, 各層次均達(dá)到顯著差異水平; 但在120～200 cm 土層,VRT6 較VRT 顯著增加了24.5 mm, 較TT 增加了15.6 mm, 且在140～160、180～200 cm 土層達(dá)到顯著差異(圖5-g)。在收獲期, VRT6 在0～120 cm 較VRT 和TT 分別顯著下降了103.4 mm 和115.6 mm,在各土層均達(dá)到顯著差異, 但VRT 和TT 之間無差異; 在140～180 cm 土層, VRT6 顯著高于VRT, 但和TT 之間差異不明顯; 其他層次3 個處理無顯著差異(圖5-h)。

2.4 不同旋耕深度對馬鈴薯階段耗水量的影響

VRT6 在播種到現(xiàn)蕾期的耗水量在 2016 年和2017 年分別較VRT 增加了41.9%、40.7%, 較TT 增加了88.5%、56.9%; VRT 較TT 在2016 年增加了32.8%, 差異顯著(圖6)。在現(xiàn)蕾到盛花期, 2016 年VRT6 較VRT 和TT 分別增加了81.1%和144.2%,VRT 較TT 增加了34.8%; 2017 年VRT6 的耗水量最低, 分別較VRT 和TT 下降了53.5%、26.6%, TT 較VRT 下降了57.8%。在盛花期至收獲期, 2016 年3個處理耗水量之間無顯著差異, 但2017 年VRT6 較VRT 和TT 顯著增加了42.2%、38.3%, VRT 和TT之間無顯著差異。

2.5 不同旋耕深度對馬鈴薯SPAD 值和葉面積指數(shù)的影響

3 種旋耕深度的馬鈴薯葉片SPAD 值在苗期和現(xiàn)蕾期無顯著差異(圖 7)。在盛花期, 2016 年VRT6 較TT 顯著增加了32.7%; 2017 年3 個處理間差異不顯著。在塊莖膨大期, VRT6 的SPAD 值在2016 和2017 年較TT 分別增加了41.3%、27.8%,并在2017 年與VRT 差異顯著; VRT 的馬鈴薯葉片SPAD 值在2016 年和2017 年較TT 分別增加了25.2%、21.8%, 均達(dá)到顯著差異。VRT6 的葉面積指數(shù)(LAI)在2 年的不同生育時期均高于VRT 和TT, 并在全生育期與TT 達(dá)到顯著差異, 2016 年和2017 年分別增加了29.9%～64.3%、34.1%～114.8%;在現(xiàn)蕾期至塊莖膨大期與VRT 達(dá)到顯著差異, 分別增加了17.0%～38.4%、17.1%～56.6%。在現(xiàn)蕾期至塊莖膨大期, VRT 的LAI 顯著高于TT, 2016 年和 2017 年分別增加了 16.7%～27.0%、14.5%～37.1%。

2.6 不同旋耕深度對馬鈴薯產(chǎn)量、耗水量和水分利用效率的影響

VRT6 和VRT 的塊莖產(chǎn)量在2016 年較TT 分別增加了 49.9%、47.8%, 2017 年增加 19.3%、41.0%, 均達(dá)顯著差異; 但在2017 年, VRT6 的產(chǎn)量較VRT 顯著下降了15.4%, 并呈顯著差異水平(表1)。VRT6 的耗水量在2 年均顯著高于VRT和TT, 2016 年和2017 年分別增加了24.7%、54.7%和19.2%、32.7%; 而且VRT 耗水量在2016 年和2017 年較TT 增加了24.0%、11.3%。VRT6 的水分利用效率(WUE)顯著低于VRT 和TT, 2016 年和2017 年分別下降了67.5%、61.2%和53.5%、41.0%;VRT 較 TT 在 2016 年和 2017 年分別增加了19.5%、26.7%。

表1 不同旋耕深度對馬鈴薯產(chǎn)量、耗水量和水分利用效率的影響Table 1 Effects of different tillage depths on tuber yield, evapotranspiration, and water use efficiency of potato

3 討論

立式深旋耕作能夠顯著降低土壤容重[20-21,23-24]。本試驗(yàn)中, VRT6 在40～60 cm 土層的土壤容重在2016 年和2017 年分別較VRT 顯著下降了20.0%和18.1%; 而與TT 相比, VRT6 在0～60 cm 土層的土壤容重顯著下降, VRT 在0～40 cm 土層顯著下降。土壤容重下降將導(dǎo)致土壤飽和含水量、毛管含水量和田間持水量發(fā)生變化[11-12], 影響土壤水分運(yùn)移和供應(yīng)能力。本試驗(yàn)中, VRT6 在0～10、10～20、20～40 和40～60 cm 土層的土壤飽和含水量在2016 年和2017年分別較TT 增加了30.8%、34.8%、43.7%、25.5%和30.7%、33.6%、53.9%、31.3%; VRT 則在0～10、10～20、20～40 cm 土層的飽和含水量在2016 年和2017 年分別增加了27.0%、34.1%、53.4%和27.3%、35.1%、48.0%; VRT6 較VRT 僅在40～60 cm 土層顯著增加。毛管含水量和田間持水量呈相似的變化趨勢。由于土壤水分性狀發(fā)生明顯變化, 使2016 年播前VRT6 在0～60 cm、VRT 在0～40 cm 土層的土壤貯水量分別較TT 增加了12.0 mm 和12.7 mm, 而VRT6 在40～60 cm 土層的土壤貯水量較VRT 增加了2.8 mm。雖然2017 年處理間土壤水分性狀的變化與2016 年相似, 但土壤貯水量受馬鈴薯耗水的顯著影響, 與2016 年呈現(xiàn)不同的變化。因此, 增加旋耕深度能夠顯著改變土壤水分性狀, 進(jìn)而影響土壤貯水量和作物耗水。

調(diào)節(jié)作物耗水進(jìn)程是提高旱地作物水分利用效率和抵御季節(jié)性干旱的主要途徑之一, 花前水分的過度消耗會加重季節(jié)性干旱脅迫程度[28], 促進(jìn)馬鈴薯花后耗水能夠顯著提高產(chǎn)量[13]。本試驗(yàn)結(jié)果表明, 在西北黃土高原半干旱旱作區(qū)這一降水匱乏地區(qū), VRT6 的耗水量在播種至現(xiàn)蕾期較VRT 和TT 顯著增加, 但干旱年現(xiàn)蕾期0～160 cm 土層土壤貯水量在處理間差異不明顯, 這主要是土壤的基礎(chǔ)貯水量較高; 由于2016 年水分的大量消耗, 所以2017 年VRT6 的土壤貯水量在現(xiàn)蕾期顯著低于VRT 和TT?，F(xiàn)蕾期至盛花期是塊莖形成的關(guān)鍵時期, 促進(jìn)該時期的耗水量對提高馬鈴薯塊莖數(shù)量有積極作用[13]。與TT 相比, VRT 在干旱年和平水年均能著提高現(xiàn)蕾期至盛花期的耗水量, 但VRT6 僅在干旱年提高此期耗水, 而在2017 顯著低于TT。這主要是2017 年VRT6 在現(xiàn)蕾期0～100 cm 土層的土壤貯水量僅有165.8 mm, 而在2016 年則為233.6 mm, 而且此期降雨量2016 年為34.8 mm, 2017 年為18.7 mm。2017年VRT6 的土壤貯水量較低, 加之自然降水較少, 導(dǎo)致耗水明顯下降, 對塊莖形成產(chǎn)生了不利影響, 并導(dǎo)致花期土壤貯水顯著低于VRT 和TT。2016 年花后耗水量在 3 個處理間無顯著差異, 但 2017 年VRT6 顯著高于VRT 和TT, 這主要依賴于此期降水量高達(dá)233.5 mm。

VRT6 在苗期較高的耗水促進(jìn)了地上部發(fā)育,LAI 在全生育期顯著高于TT, 在現(xiàn)蕾期至收獲期顯著高于VRT, 尤其是在2017 年塊莖膨大期的葉片SPAD 值顯著高于VRT 和TT, 這表明VRT6 促進(jìn)了馬鈴薯在花后的地上部旺長, 這可能導(dǎo)致地上地下的同化物競爭, 不利于地上同化物向地下運(yùn)轉(zhuǎn), 造成產(chǎn)量明顯下降[29]。另外, 2016 年在花后的降水量僅為45.8 mm, 而2017 年則高達(dá)233.5 mm, 更加劇了這一不利作用。就全生育期耗水量來看, VRT6 在2 年均顯著高于VRT 和TT; 雖然產(chǎn)量高于TT, 但在2017 年較VRT 顯著下降, 而且水分利用效率顯著低于VRT 和TT, 分別下降了53.5%和41.0%。因此, 在西北黃土高原半干旱雨養(yǎng)區(qū), 增加旋耕深度雖然能夠優(yōu)化土壤的水分特性, 但顯著促進(jìn)了花前的耗水,這加劇了季節(jié)性干旱脅迫對旱作馬鈴薯產(chǎn)量形成的不利影響, 導(dǎo)致水分利用效率的顯著下降, 而旋耕深度為40 cm 條件下, 能夠在改善土壤水分狀況,優(yōu)化馬鈴薯花前花后耗水, 顯著提高馬鈴薯產(chǎn)量和WUE。然而, 增加旋耕深度能促進(jìn)馬鈴薯地上部分的生長發(fā)育, 在水分充足的條件下可能對提高產(chǎn)量有積極意義, 這需要進(jìn)一步的研究證實(shí)。

4 結(jié)論

在西北黃土高原半干旱雨養(yǎng)區(qū), 旋耕深度增加至60 cm 時, 顯著降低耕作層的土壤容重、提高耕作層的土壤飽和含水量、毛管含水量和田間持水量,并提高2016 年馬鈴薯播前土壤貯水量; 但促進(jìn)馬鈴薯花前耗水, 降低現(xiàn)蕾期和花期的土壤貯水量, 這將加劇季節(jié)性干旱的脅迫強(qiáng)度, 對馬鈴薯塊莖形成不利, 導(dǎo)致產(chǎn)量和水分利用效率較VRT 下降。因此,在半干旱旱作區(qū), 馬鈴薯種植的立式深旋旋耕深度以40 cm 為佳, 可優(yōu)化土壤水分環(huán)境和耗水過程,顯著提高產(chǎn)量和水分利用效率。