生物降解膜對(duì)甘薯干物質(zhì)分配及產(chǎn)量構(gòu)成的效應(yīng)分析

王文靜，劉亞軍，胡啟國(guó)，儲(chǔ)鳳麗

（商丘市農(nóng)林科學(xué)院，河南商丘 476000）

0 引言

【研究意義】華北平原是我國(guó)糧食主產(chǎn)區(qū)，其區(qū)域降水分布不均，春季降水少，蒸發(fā)旺盛，容易發(fā)生春旱[1-3]。甘薯是我國(guó)重要糧食作物[4-6]。近年來(lái)隨著甘薯新型產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，甘薯需求量逐年加大，甘薯早收獲早上市選擇種植春薯，甘薯生長(zhǎng)前期需要較多水分和適宜溫度進(jìn)行返青和生長(zhǎng)[7-8]，而春薯栽培期大多集中4月中下旬，此時(shí)期華北平原也較易發(fā)生倒春寒等天氣，利用地膜覆蓋提高土壤含水量和地溫對(duì)甘薯生長(zhǎng)發(fā)育具有重要的研究意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】地膜覆蓋可改善耕層土壤水熱狀況，有效減輕春旱和早期低溫對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育的危害，顯著提高作物產(chǎn)量[9-11]，但隨著地膜覆蓋的使用，地膜殘留量逐年增加[12]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】普通聚乙烯地膜的高分子聚合性，使其難以在土壤中自然降解[13]，生物降解膜在自然環(huán)境下通過(guò)地下微生物和水肥氣熱等影響分解為二氧化碳和水，不僅能夠具有普通聚乙烯地膜增溫保墑的作用，也能夠降低農(nóng)業(yè)地膜殘留量，緩解了農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的壓力[14-18]。生物降解膜在蔬菜和玉米種植方面已經(jīng)取得一定的研究進(jìn)展[19-21]，但在甘薯栽培領(lǐng)域還未見(jiàn)其可行性研究報(bào)道，需開(kāi)展甘薯生物可降解地膜覆膜種植試驗(yàn)研究。【擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題】研究不同地膜覆蓋對(duì)甘薯生長(zhǎng)發(fā)育、干物質(zhì)分配與產(chǎn)量形成的影響以及進(jìn)行甘薯產(chǎn)量形成因素與其它主要農(nóng)藝性狀之間的相關(guān)性分析，研究生物降解膜在甘薯種植領(lǐng)域的可行性，為生物降解膜在甘薯領(lǐng)域的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)于2020年5～10月在商丘市農(nóng)林科學(xué)院試驗(yàn)示范基地進(jìn)行。N39°93′，E116°38′，海拔大約53 m。商丘市屬于典型暖溫帶季風(fēng)氣候，夏季炎熱多雨，秋季涼爽干燥，無(wú)霜期大約210 d，年降水689.5～889.6 mm，年日照時(shí)長(zhǎng)大約2 200 h，年平均積溫（≥10℃）4 250～5 210℃。供試土壤為黃潮土，質(zhì)地為黏土質(zhì)，基礎(chǔ)土壤養(yǎng)分含量：速效磷47.65 mg/kg，速效氮87.56 mg/kg，速效鉀123.83 mg/kg，有機(jī)質(zhì)1.72%，pH8.0。供試甘薯品種為商薯17，由國(guó)家甘薯體系商丘綜合試驗(yàn)站選育；供試地膜：生物降解膜寬度為1 100 mm，厚度為0.01 mm，由國(guó)家甘薯體系提供，普通膜寬度、厚度與生物降解膜一致，購(gòu)買于市場(chǎng)。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。覆膜方式分設(shè)3個(gè)水平，MOPLA完全生物降解地膜（以下簡(jiǎn)稱：降解膜）、普通聚乙烯地膜（以下簡(jiǎn)稱：普通膜）、不覆膜，3個(gè)處理、4次重復(fù)，共計(jì)12小區(qū)。甘薯行距80 cm，株距26 cm，試驗(yàn)周圍設(shè)置3 m保護(hù)行，小區(qū)面積為62.4 m2。甘薯種植時(shí)間為5月1號(hào)，收獲時(shí)間10月15日，甘薯水平栽培，所用秧苗節(jié)數(shù)均為6節(jié)，3節(jié)地下放平、1節(jié)斜入土、2節(jié)留地上，秧苗粗細(xì)水平相當(dāng)。試驗(yàn)地前茬種植甘薯，冬季閑置恢復(fù)。施肥量為紅薯專用肥750 kg/hm2，K2SO4150 kg/hm2，P2O5150 kg/hm2，農(nóng)藥噴灑多菌靈45 kg/hm2，毒鋅顆粒75 kg/hm2，甘薯種植前進(jìn)行滴灌帶和地膜的鋪蓋，地膜全壟覆蓋，統(tǒng)一澆水量。

1.2.2 指標(biāo)測(cè)定

薯苗栽培30、60、90、120和150 d時(shí)進(jìn)行地上部與地下部干物重的測(cè)定，測(cè)定時(shí)分別隨機(jī)選取中間行5株進(jìn)行烘干測(cè)定；收獲期每個(gè)小區(qū)選取3個(gè)4×2.6（m2）大小樣方測(cè)產(chǎn)、商品薯率測(cè)定（為100～500 g，外觀良好，無(wú)破損，無(wú)病蟲害），每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取3個(gè)薯塊測(cè)定干物率，折算淀粉率和薯干產(chǎn)量；收獲期調(diào)查結(jié)薯習(xí)性，T/R值：地上部植株蔓莖鮮重與地下薯塊鮮重比值；薯塊平均尺寸為甘薯尺寸最長(zhǎng)值。

1.3 數(shù)據(jù)處理

利用office 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，利用SPSS 17.0進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)和相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 地膜覆蓋對(duì)甘薯地上部與地下部干物重的影響

研究表明，不同地膜覆蓋對(duì)甘薯干物質(zhì)分配有不同的影響。薯苗栽培15 d時(shí)，各處理蔓莖干物重差異均不明顯；從栽培30 d時(shí)，生物降解膜與普通膜處理的蔓莖干物重開(kāi)始明顯高于不覆膜處理，生物降解膜處理高于普通膜處理，直到栽培100 d左右時(shí)，普通膜處理開(kāi)始高于生物降解膜處理，栽培150 d時(shí)，蔓莖干物質(zhì)重量為普通膜＞生物降解膜＞不覆膜。覆膜處理顯著高于不覆膜處理（P＜0.05）。圖1

圖1 地膜覆蓋下地上部植株蔓莖干物重變化Fig.1 Effect of plastic film mulching on the dry matter weight of stems

薯苗栽培30 d時(shí)，地下薯塊干物重差異不明顯，栽培30～60 d時(shí)，地下干物重開(kāi)始增長(zhǎng)，但增長(zhǎng)速率較緩，栽培60 d后，地下薯塊開(kāi)始快速增長(zhǎng)，直到生育期結(jié)束，覆膜處理薯塊干物重顯著（P＜0.05）高于不覆膜處理，而生物降解膜處理明顯高于普通膜處理。覆膜對(duì)甘薯生長(zhǎng)發(fā)育有明顯的促進(jìn)作用，而生物降解膜隨著栽培時(shí)間的延長(zhǎng)大片裂解，腐爛化成生物肥料可供地下薯塊吸收利用，而普通膜處理生育后期由于對(duì)甘薯根部的密封，透氣性明顯弱于生物降解膜處理，對(duì)甘薯生理生長(zhǎng)以及干物質(zhì)的分配有較大的影響。圖2

圖2 地膜覆蓋下地下部薯塊干物重變化Fig.2 Effect of plastic film mulching on the dry weight of underground tubers

2.2 地膜覆蓋對(duì)甘薯結(jié)薯習(xí)性的影響

研究表明，降解膜處理單株薯重、單株結(jié)薯數(shù)均最高，普通膜處理其次，不覆膜處理最低，其中降解膜處理單株結(jié)薯數(shù)較普通膜、不覆膜處理顯著（P＜0.05）增加15.75%、36.62%；不覆膜處理單塊薯重、平均尺寸最高，降解膜處理其次，普通膜處理最低，其中降解膜與普通膜處理的單塊薯重、平均尺寸差異不顯著，而普通膜處理單塊薯重較不覆膜處理顯著減低12.50%，降解膜、普通膜處理平均尺寸較不覆膜處理顯著降低10.91%、20.50%；降解膜處理T/R值最低，普通膜處理其次，不覆膜處理最高，其中降解膜處理T/R值較普通膜、不覆膜處理分別顯著降低23.20%、30.43%。表1

表1 地膜覆蓋下甘薯結(jié)薯習(xí)性Table 1 Effects of plastic film mulching on tuber setting habit of sweet potato

2.3 地膜覆蓋對(duì)甘薯產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

研究表明，地膜覆蓋對(duì)甘薯鮮薯產(chǎn)量、商品薯率，干物率等有較大的影響。降解膜處理的干物率、淀粉率、商品薯率、鮮薯產(chǎn)量和薯干產(chǎn)量均高于其它兩個(gè)處理，不覆膜處理的干物率、商品薯率、鮮薯產(chǎn)量和薯干產(chǎn)量均最低，普通膜處理商品薯率最低，其中降解膜處理干物率、淀粉率、鮮薯產(chǎn)量和薯干產(chǎn)量較不覆膜處理顯著（P＜0.05）增加7.40%、9.90%、15.70%和24.45%，商品薯率較普通膜增加11.76%，但結(jié)果差異不顯著；普通膜處理的干物率、淀粉率、鮮薯產(chǎn)量較不覆膜處理顯著增加3.13%、4.18%、8.19%。地膜覆蓋對(duì)甘薯產(chǎn)量、薯干產(chǎn)量、干物率、淀粉率、商品薯率均有一定的影響，其中生物降解膜表現(xiàn)較優(yōu)。表2

表2 地膜覆蓋下甘薯產(chǎn)量形成因素變化Table 2 Effects of plastic film mulching on yield formation factors of sweet potato

2.4 地膜覆蓋條件下鮮薯產(chǎn)量與其它主要農(nóng)藝性狀的相關(guān)性

研究表明，鮮薯產(chǎn)量與薯塊干物率、薯塊干物重、單株結(jié)薯數(shù)呈顯著（P＜0.05）正相關(guān)關(guān)系，與T/R值、蔓莖干物率呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，但均為顯著相關(guān)性；薯塊干物率與薯塊干物重、單株結(jié)薯數(shù)呈顯著正相關(guān)關(guān)系，與T/R值、蔓莖干物率呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，其中與T/R值呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。表3

表3 鮮薯產(chǎn)量與其它主要農(nóng)藝性狀相關(guān)性Table 3 Correlation Analysis of yield formation factors,agronomic traits and soil water and heat environment

3 討論

土壤水分與溫度是作物生長(zhǎng)的重要環(huán)境因子[22]，華北平原春旱和早期低溫對(duì)甘薯返青與生長(zhǎng)造成了較大的影響。有研究表明，地膜覆蓋可明顯降低作物根系表面土壤水分蒸發(fā)，改善土壤水熱環(huán)境，對(duì)干旱和春季早期低溫有較好的緩解作用，促進(jìn)作物生長(zhǎng)發(fā)育[23-24]。試驗(yàn)研究結(jié)果表明，覆膜處理蔓莖干物重均顯著（P＜0.05）高于不覆膜處理，而生物降解膜處理蔓莖干物重略低于普通膜處理，但無(wú)顯著性差異；薯塊干物重表現(xiàn)為：生物降解膜處理＞普通膜處理＞不覆膜處理。分析認(rèn)為，栽后種植45 d左右時(shí)，生物降解膜由于材質(zhì)較脆，有部分薄膜開(kāi)始大片破裂，其溫度及濕度的保持弱于普通膜處理，進(jìn)而使得普通膜植株生長(zhǎng)明顯強(qiáng)于生物降解膜處理及不覆膜處理，但生物降解膜腐爛后化成生物肥料可供地下薯塊吸收利用，而普通膜處理生育后期由于對(duì)甘薯根部的密封，透氣性明顯弱于生物降解膜處理，對(duì)甘薯生理生長(zhǎng)以及干物質(zhì)的分配有較大的影響，從而使得生物降解膜薯塊干物重明顯高于普通膜處理。

甘薯農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量形成因素受地膜覆蓋影響較大，研究結(jié)果可知，覆膜處理的單株結(jié)薯數(shù)與單株薯塊重、鮮薯產(chǎn)量、干物率均顯著高于不覆膜處理，而T/R值顯著低于不覆膜處理，商品薯率高于不覆膜處理。分析可知地膜覆蓋有利于提高甘薯單株結(jié)薯數(shù)與單株薯塊重，而T/R值的降低可說(shuō)明地膜覆蓋有利于提高表面土壤溫度和含水率，降低作物根系土壤水分蒸發(fā)，提高水分利用效率，使有限的水分用于蒸騰性生產(chǎn)，減弱甘薯地上部蔓莖的瘋長(zhǎng)與干物質(zhì)的浪費(fèi)，促使光合作用產(chǎn)物向薯塊轉(zhuǎn)移，從而促進(jìn)鮮薯產(chǎn)量與干物率的提高，對(duì)甘薯商品薯率也有一定的影響。生物降解膜處理的單株薯塊重、單株結(jié)薯數(shù)、鮮薯產(chǎn)量、干物率、商品薯率、薯干產(chǎn)量均高于普通膜處理，T/R值低于普通膜處理，說(shuō)明生物降解膜在保溫方面不顯著低于普通膜處理的情況下，相比于不覆膜處理能夠提高地膜保墑效果，改善甘薯的農(nóng)藝性狀，提高甘薯的產(chǎn)量形成因素。在分析鮮薯產(chǎn)量與其它農(nóng)藝性狀之間的相關(guān)性發(fā)現(xiàn)，鮮薯產(chǎn)量與薯塊干物率、薯塊干物重、單株結(jié)薯數(shù)呈顯著（P＜0.05）正相關(guān)關(guān)系，與T/R值、蔓莖干物率呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，鮮薯產(chǎn)量與其它甘薯農(nóng)藝性狀有著較為緊密的聯(lián)系。說(shuō)明地膜覆蓋有利于提高甘薯表面土壤溫度和含水率，降低土壤水分蒸發(fā)，使有限的水分主要用于蒸騰性生產(chǎn)[25-26]，減弱甘薯地上部植株瘋長(zhǎng)，促使光合作用產(chǎn)生的干物質(zhì)向地下部營(yíng)養(yǎng)器官轉(zhuǎn)移，促進(jìn)薯塊干物質(zhì)的積累，提高單株結(jié)薯數(shù)，進(jìn)一步提高鮮薯產(chǎn)量、薯塊干物重及干物率。綜上所述，生物降解膜的表現(xiàn)優(yōu)于普通膜與不覆膜處理。但生物降解膜在甘薯種植過(guò)程中破碎較早，沒(méi)有起到最大作用，如何延遲降解膜破裂的時(shí)間以及生物降解膜破碎后對(duì)土壤肥力、微生物群落的變化均沒(méi)有詳細(xì)的機(jī)理，需要進(jìn)一步探究。

4 結(jié)論

覆膜處理蔓莖干物重均顯著（P＜0.05）高于不覆膜處理，而生物降解膜處理蔓莖干物重略低于普通膜處理，但無(wú)顯著性差異；地下薯塊干物重表現(xiàn)為生物降解膜處理＞普通膜處理＞不覆膜處理；生物降解膜處理的單株薯塊重、單株結(jié)薯數(shù)、鮮薯產(chǎn)量、干物率、商品薯率、薯干產(chǎn)量均高于普通膜處理和不覆膜處理，T/R值最低；鮮薯產(chǎn)量與薯塊干物率、薯塊干物重、單株結(jié)薯數(shù)呈顯著（P＜0.05）正相關(guān)關(guān)系；生物降解膜處理表現(xiàn)較優(yōu)。