不同覆盖材料对旱地马铃薯土壤水分和耗水的影响.pdf

第3 0卷第6期2 0 2 3年1 2月水土保持研究R e s e a r c ho fS o i l a n dW a t e rC o n s e r v a t i o nV o l.3 0,N o.6D e c.,2 0 2 3 收稿日期:2 0 2 2-0 9-0 1 修回日期:2 0 2 2-1 0-0 8 资助 项 目:国 家 自 然 科 学 基 金(3 1 9 6 0 2 3 9,3 1 7 6 0 3 7 3);甘 肃 省 高 等 学 校 产 业 支 撑 计 划 项 目(2 0 2 2 C Y Z C-4 8);国 家 重 点 研 发 计 划(2 0 2 1 Y F D 1 9 0 0 7 0 0);甘肃省优秀研究生“创新之星”项目(2 0 2 2 C X Z X B-0 2 9)第一作者:刘青(1 9 9 9),女,甘肃临泽人,硕士研究生,研究方向为作物栽培与耕作学。E-m a i l:1 2 4 2 1 7 5 2 2 9q q.c o m 通信作者:常磊(1 9 8 0),男,甘肃通渭人,博士,教授,主要从事作物生理生态研究。E-m a i l:c h a n g 3 2 5 81 2 6.c o mh t t p:s t b c y j.p a p e r o n c e.o r gD O I:1 0.1 3 8 6 9/j.c n k i.r s w c.2 0 2 3.0 6.0 2 1.刘青,马建涛,韩凡香,等.不同覆盖材料对旱地马铃薯土壤水分和耗水的影响J.水土保持研究,2 0 2 3,3 0(6):1 9 7-2 0 5.L i uQ i n g,M a J i a n t a o,H a nF a n x i a n g,e t a l.E f f e c t s o fD i f f e r e n tM u l c h i n gM a t e r i a l s o nS o i lM o i s t u r e a n dW a t e rC o n s u m p t i o no fP o t a t o i nD r y l a n dJ.R e s e a r c ho fS o i l a n dW a t e rC o n s e r v a t i o n,2 0 2 3,3 0(6):1 9 7-2 0 5.不同覆盖材料对旱地马铃薯土壤水分和耗水的影响刘 青1,马建涛1,韩凡香2,杨成存1,黄彩霞3,程宏波4,柴守玺1,常 磊1(1.甘肃省干旱生境作物学重点实验室/甘肃农业大学 农学院,兰州7 3 0 0 7 0;2.兰州城市学院 地理与环境工程学院,兰州7 3 0 0 7 0;3.甘肃农业大学 水利水电工程学院,兰州7 3 0 0 7 0;4.甘肃农业大学 生命科学技术学院,兰州7 3 0 0 7 0)摘 要:目的 明确西北半干旱区不同覆盖材料对马铃薯土壤水分及耗水规律的影响,寻求旱作区保墒抑蒸及降低农田污染问题的最佳种植措施。方法 于2 0 2 1年设置了4种覆盖种植模式:生物可降解地膜覆盖(PM1)、普通P E地膜覆盖(PM2)、整秆带状覆盖(S M1)和碎秆全覆盖(S M2),以传统露地平作(C K)为对照,研究了不同覆盖材料对旱地马铃薯土壤水分、耗水及产量的影响。结果 覆盖较C K能显著增加马铃薯全生育期土壤含水量5.7%9.7%,且PM1和PM2处理均在淀粉积累期增墒幅度最大,而S M1和S M2处理均在块茎膨大期增幅最大;土层间,PM1和S M1处理均以1 2 01 8 0c m土层增墒幅度最大,而PM2和S M2处理均以06 0c m土层增幅最大。覆盖显著降低马铃薯全生育期耗水量5.1%1 1.2%,降幅以PM1处理最大,S M1处理最小;与C K相比,地膜覆盖显著降低生育前期(播种期块茎形成期)、中期(块茎形成期淀粉积累期)的耗水,增加后期(淀粉积累期成熟期)耗水,而秸秆覆盖主要降低了生育前期和后期耗水,增加了中期耗水。覆盖均能增加马铃薯鲜薯产量5.0%1 7.1%、干薯产量7.0%1 9.0%和水分利用效率1 5.0%3 3.7%,且秸秆覆盖中增幅均为S M2S M1,地膜覆盖均为PM2PM1。结论 秸秆覆盖具有与地膜覆盖相似的增墒增产潜力,且整秆带状覆盖操作简便,可在旱地马铃薯生产中推广使用。关键词:马铃薯;地膜覆盖;秸秆覆盖;土壤水分;耗水特性中图分类号:S 5 3 2;S 1 5 2.7 文献标识码:A 文章编号:1 0 0 5-3 4 0 9(2 0 2 3)0 6-0 1 9 7-0 9E f f e c t so fD i f f e r e n tM u l c h i n gM a t e r i a l so nS o i lM o i s t u r ea n dW a t e rC o n s u m p t i o no fP o t a t o i nD r y l a n dL i uQ i n g1,M aJ i a n t a o1,H a nF a n x i a n g2,Y a n gC h e n g c u n1,H u a n gC a i x i a3,C h e n gH o n g b o4,C h a iS h o u x i1,C h a n gL e i1(1.G a n s uP r o v i n c i a lK e yL a b o r a t o r yo fA r i d l a n dC r o pS c i e n c e/C o l l e g eo fA g r o n o m y,G a n s uA g r i c u l t u r a lU n i v e r s i t y,L a n z h o u7 3 0 0 7 0,C h i n a;2.C o l l e g eo fG e o g r a p h ya n dE n v i r o n m e n t a lE n g i n e e r i n g,L a n z h o uC i t yC o l l e g e,L a n z h o u7 3 0 0 7 0,C h i n a;3.C o l l e g eo f W a t e rC o n s e r v a n c ya n dH y d r o p o w e rE n g i n e e r i n g,G a n s uA g r i c u l t u r a lU n i v e r s i t y,L a n z h o u7 3 0 0 7 0,C h i n a;4.C o l l e g eo fL i f ea n dT e c h n o l o g y,G a n s uA g r i c u l t u r a lU n i v e r s i t y,L a n z h o u7 3 0 0 7 0,C h i n a)A b s t r a c t:O b j e c t i v eT h ea i m so f t h i ss t u d ya r e t oc l a r i f yt h ee f f e c t so fd i f f e r e n tm u l c h i n gm a t e r i a l so ns o i lm o i s t u r ea n dw a t e rc o n s u m p t i o no fp o t a t oi nt h es e m i-a r i da r e ao fN o r t h w e s tC h i n a,a n dt os e e kt h eb e s tp l a n t i n gm e a s u r e s f o rp r e s e r v i n gs o i lm o i s t u r e,s u p p r e s s i n ge v a p o r a t i o n,a n dr e d u c i n gf a r m l a n dp o l l u t i o n i nd r ya r e a.M e t h o d sF o u rm u l c h i n gp l a n t i n gm o d e sw e r es e t i n2 0 2 1:b i o d e g r a d a b l em u l c h i n g(PM1),P Em u l c h i n g(PM2),s t r a ws t r i pm u l c h i n g(S M1)a n dc r u s h e ds t r a wm u l c h i n go n t h ew h o l eg r o u n d(S M2).T h et r a d i t i o n a lb a r e l a n dp l a n t i n gw i t h o u tm u l c h i n g(C K)w a su s e da sac o n t r o l t os t u d yt h ee f f e c t so fd i f f e r e n tm u l c h i n gm a t e r i a l so ns o i lm o i s t u r e,w a t e rc o n s u m p t i o na n dy i e l do fd r y l a n dp o t a t o.R e s u l t sT h es o i lm o i s t u r ec o n t e n td u r i n gt h ew h o l eg r o w t hp e r i o du n d e ra l l t h em u l c h i n gs i g n i f i c a n t l yi n c r e a s e db y5.7%9.7%c o m p a r e dw i t hC K,a n du n d e rt h ePM1a n dPM2t r e a t m e n t s,t h em o i s t u r ec o n t e n th a dt h el a r g e s ti n c r e a s ed u r i n gs t a r c ha c c u m u l a t i o ns t a g e,w h i l eu n d e rt h eS M1a n dS M2t r e a t m e n t st h ec o n t e n th a dt h el a r g e s t i n c r e a s e i nt h et u b e re x p a n s i o ns t a g e.A sf o rt h em o i s t u r ec o n t e n t i ns o i l l a y e r s,t h ePM1a n dS M1t r e a t m e n t sh a dt h el a r g e s t i n c r e a s ei n1 2 01 8 0c ms o i l l a y e r,w h i l et h ePM2a n dS M2t r e a t m e n t sh a dt h el a r g e s t i n c r e a s e i n06 0c ms o i l l a y e r.A l l t h em u l c h i n gs i g n i f i c a n t l yr e d u c e d t h ew a t e r c o n s u m p t i o no f p o t a-t od u r i n gt h ew h o l eg r o w t hp e r i o db y5.1%1 1.2%,w i t h t h e l a r g e s t r e d u c t i o nu n d e r t h ePM1t r e a t m e n t a n dt h es m a l l e s tr e d u c t i o nu n d e rt h eS M1t r e a t m e n t.C o m p a r e d w i t hC K,p l a s t i cf i l m m u l c h i n gs i g n i f i c a n t l yr e d u c e dt h ew a t e rc o n s u m p t i o ni ne a r l yg r o w t hp e r i o d s(f r o ms o w i n gs t a g et ot u b e rf o r m a t i o ns t a g e)a n dm i d d l eg r o w t hp e r i o d s(f r o mt u b e rf o r m a t i o ns t a g et os t a r c ha c c u m u l a t i o ns t a g e),b u t i n c r e a s e dt h ew a t e rc o n s u m p t i o n i nl a t eg r o w t hp e r i o d s(f r o ms t a r c ha c c u m u l a t i o ns t a g et om a t u r a t i o ns t a g e),w h i l et h es t r a wm u l c h i n gr e d u c e dt h e w a t e rc o n s u m p t i o n m a i n l yi ne a r l yg r o w t hp e r i o d sa n dl a t eg r o w t hp e r i o d s,b u ti n c r e a s e dt h ew a t e rc o n s u m p t i o ni n m i d d l eg r o w t hp e r i o d s.M u l c h i n gc o u l di n c r e a s ef r e s hp o t a t oy i e l db y5.0%1 7.1%,d r yp o t a t oy i e l db y7.0%1 9.0%a n dw a t e ru s ee f f i c i e n c yb y1 5.0%3 3.7%,a n dt h ei n c r e a s e f o l l o w e dt h eo r d e r:S M2S M1u n d e rs t r a w m u l c h i n ga n dPM2PM1i np l a s t i cf i l m m u l c h i n g.C o n c l u s i o nS t r a wm u l c h i n g i s s i m i l a r t op l a s t i c f i l m m u l c h i n g i n i n c r e a s i n gs o i lm o i s t u r e a n dy i e l d,a n d t h es t r a ws t r i pm u l c h i n g i se a s yt oo p e r a t e,s o i t c a nb ew i d e l yu s e d i nd r y l a n dp o t a t op r o d u c t i o n.K e y w o r d s:p o t a t o;p l a s t i c f i l m m u l c h i n g;s t r a w m u l c h i n g;s o i lm o i s t u r e;w a t e rc o n s u m p t i o nc h a r a c t e r i s t i c s 西北黄土高原半干旱区是我国粮油糖和特色农产品的重要生产基地,干旱少雨、水资源匮乏严重制约着该区域农村经济的发展。覆盖蓄水技术已经成为当前国内外广泛使用的农业技术,主要包括地膜覆盖和秸秆覆盖,具有增温保湿、保墒的功效,能有效调控土壤微环境1,增产明显,而地膜覆盖材料中应用最广的是聚乙烯塑料地膜(P E膜),其主要优点是经济成本低,提高土壤含水量,显著改善了农作物的水分利用效率,但在自然条件下难降解,随着地膜投入不断增加,长期P E膜覆盖会导致碎片化残留,影响作物水分、养分吸收利用、阻碍作物根系生长,残膜逐年积累导致土壤结构破坏,存在作物减产的风险2。因此,寻找既能提高旱地作物产量及水分利用效率,又绿色环保的覆盖材料是解决这一问题的关键措施之一。马铃薯是西北旱作区主要栽培作物和特色作物之一,是我国第四大粮食作物,在甘肃省其种植面积超过6.8 2 51 05h m23。目前生产上主要采用覆盖蓄水技术,不同覆盖栽培可改善作物土壤环境,有利于提高马铃薯产量及水分利用效率。秸秆覆盖和地膜覆盖均能调控马铃薯阶段耗水,其增产和提高水分利用效率效果显著4-6。近年来,一些环保型覆盖材料先后问世,如新型可降解地膜(光降解、生物降解和光-生物双降解)和液态地膜等7,其中生物可降解地膜是一种可被土壤微生物利用的外源有机物料,大多可在收获时被土壤微生物降解8。推广使用可降解地膜可在一定程度上减少白色污染,在玉米9、油菜1 0作物上证实了这一点,但由于受到生产技术、经济成本和其他因素的限制,并未得到广泛的应用和推广。传统的秸秆覆盖在农作物播种和收获过程中往往会给机械化作业带来很大的困难,并且其明显的降温作用,使得小麦1 1、玉米等1 2作物生育前期生长缓慢,有减产风险;而相比于传统的秸秆覆盖模式,碎秆全覆盖将作物秸秆先进行粉碎,再抛撒覆盖在地表,减少了秸秆腐熟时间,提高秸秆还田的利用效率,并显著增加了作物产量1 3。张蓉等1 4研究发现,旱地冬小麦种植中,秸秆粉碎覆盖能显著改善土壤的水热条件,有利于小麦生长,进而提高了产量;但秸秆粉碎也因机械的问题存在一定的局限性。而整秆带状覆盖是利用玉米秸秆在田间进行局部覆盖的栽培方式,具有操作简便的优势,并且其解决了传统覆盖降温和保墒矛盾,能够有效防止压苗,抑制水分蒸发,进而促进作物增产,已在小麦1 5-1 6、马铃薯1 7和玉米1 8上推广应用。目前,在西北黄土高原半干旱雨养农业区,生物可降解地膜覆盖和碎秆全覆盖对该区马铃薯耗水特性及水分利用效率研究鲜见报道。为此本研究设置生物可降解地膜覆盖、普通P E地膜覆盖、整秆带状覆盖和碎秆全覆盖4种覆盖方式,并以传统露地种植为对照,研究不同覆盖材料及方式对马铃薯土壤水分及耗水规律等的影响,以期筛选出适合旱地马铃薯绿891 水 土 保 持 研 究 第3 0卷色高效生产模式,为旱地马铃薯高产稳产绿色发展及资源高效利用提供理论依据和技术支持。1 材料与方法1.1 试验区概况试验于2 0 2 1年在甘肃省通渭县甘肃农业大学试验基地(1 0 5 1 9 E,3 5 1 1 N)进行。该地海拔17 5 0m,属中温带半干旱气候,无霜期1 2 01 7 0d,年均气温7.2,年日照时数21 0 024 3 0h。作物一年一熟,为典型的旱作雨养农业区。多年平均降水量为3 9 0.7mm,且6 0%以上集中于79月。试验期内日降水量与日均气温分布如图1所示,马铃薯生育期有效降水量(5mm)为2 8 4.6mm,属平水年份。试验区土壤质地为黄绵土,02 0c m土壤容重平均为1.2 5g/c m3,土壤有机质含量为5.5 2g/k g,速效氮含量为0.6 5g/k g,速效磷含量为1 0.6 3m g/k g,速效钾含量为1 0 7.1m g/k g,p H值为8.5。图1 2 0 2 1年马铃薯全生育期日均温和降水分布F i g.1 D i s t r i b u t i o no f a v e r a g ed a i l y t e m p e r a t u r e a n dp r e c i p i t a t i o ni np o t a t od u r i n g t h ew h o l eg r o w t hp e r i o d i n2 0 2 11.2 试验设计试验设5个处理,分别为:生物可降解地膜覆盖(PM1)(兰州鑫银环全生物降解地膜,由生物材料和聚合物构成,地膜1.2m宽,0.0 0 8mm厚)、普通P E地膜覆盖(PM2)(地膜选用幅宽1.2m,厚0.0 1mm的黑 色 地 膜)、整 秆 带 状 覆 盖(S M1)、碎 秆 全 覆 盖(S M2)、露地种植(C K),3次重复,随机区组排列。PM1:全膜覆盖,大垄宽约1 0 0c m,垄高1 0c m,秋季覆盖,垄沟宽约2 0c m,株距3 2c m,行距6 0c m。PM2:全膜覆盖,大垄宽约1 0 0c m,垄高1 0c m,秋季覆盖,垄沟宽约2 0c m,株距3 2c m,行距6 0c m。S M1:覆盖带与种植带交替布置,覆盖带种植带=6 0c m6 0c m,秋季覆盖,人工将玉米整秆铺于覆盖带上,秸秆覆盖量约90 0 0k g/h m2,每种植带呈正三角形穴播两行马铃薯,株距3 2c m,行距6 0c m,总带宽1 2 0c m。S M2:秸秆粉碎(切成1 01 5c m长)均匀全覆盖于地表,株距3 2c m,行距6 0c m,秸秆覆盖量90 0 0k g/h m2,覆盖度1 0 0%。C K:平作不覆盖,株距3 2c m,行距6 0c m。供试品种为“陇薯1 0号”,试验布置于前茬小麦收获后,所有肥料在秋季整地前作为基肥施入,施纯氮1 2 0k g/h m2,P2O5为9 0k g/h m2,生育期内无追肥。各处理密度和播种深度一致,密度5 25 0 0株/h m2,播种深度1 5c m,两行植株错开呈三角形。田间管理同大田,试验期无灌水,生育期化学防晚疫病23次,定期人工除草,4月下旬播种,1 0月初收获。1.3 测定指标与方法1.3.1 土壤水分测定及计算 于马铃薯播种期、苗期、块茎形成期、块茎膨大期、淀粉积累期和成熟期,用直径0.0 5m土钻从马铃薯种植行中间取土样,采用质量烘干法测定02 0 0c m土层的土壤含水量。=(M1-M2)/M21 0 0%(1)式中:为土壤含水量(%);M1为土壤鲜质量(g);M2为烘干土质量(g)。1.3.2 产量的测定 于马铃薯成熟期每个小区随机取1 5株进行室内考种,分别调查大薯(1 5 0g)、中薯(7 51 5 0g)、小薯(秸秆覆盖。具体来看,与C K相比,S M1,S M2,P M1和P M2处理分别显著增加了马铃薯全生育期02 0 0 c m土层土壤含水量5.7%,8.0%,9.2%,9.7%。注:误差线表示平均值的标准误(n=3)。不同小写字母表示0.0 5水平上差异显著。图2马铃薯全生育期0-2 0 0c m土壤平均含水量F i g.2 A v e r a g e s o i lw a t e rc o n t e n t c a p a c i t yo f 0-2 0 0c mi nt h ew h o l eg r o w t hp e r i o do fp o t a t o2.1.2 不同生育时期全土层土壤含水量的变化 随着生育进程的推进和作物的生长,各处理土壤含水量总体呈现先升后降再升的趋势(图3)。总体上,各处理土壤含水量均以苗期最高,以淀粉积累期最低。具体来看,与C K相比,S M1和S M2处理分别显著增加了苗期至成熟期土壤水分4.8%9.0%和5.3%1 2.1%,且增幅分别以块茎膨大期和块茎形成期最大。地膜覆盖处理中,PM1和PM2分别显著较C K增加苗期至成熟阶段的土壤含水量8.0%2 1.6%和6.2%1 9.8%,并且增幅均是淀粉积累期最大。比较各处理时期间变异系数可知,S M1,S M2,P M1,P M2和C K的C V值分别为1 5.2%,1 3.6%,1 2.1%,1 4.4%,1 6.4%,即覆盖处理能均能较露地对照平抑时期间的土壤水分波动,能为作物生长提供较稳定的供水。2.1.3 全生育时期不同土层土壤含水量的变化 随土层加深,在马铃薯全生育期各处理各土层含水量大致呈先升后降再升的趋势(图4)。覆盖处理较对照能显著提高各土层土壤含水量,平均增幅以下层土壤(1 2 02 0 0c m)最大(9.0%),上层(06 0c m)次之(8.5%),以中层土壤(6 01 2 0c m)最小(6.2%)。具体来看,与C K相比,秸秆覆盖处理平均增加了上层、中层和下层土壤含水量7.8%,4.5%,7.5%,并且上层和中层的增墒幅度均以S M2处理最大,而下层则以S M1处理最大。地膜覆盖中,P M1和P M2处理分别较C K增加上层、中层和下层土壤含水量7.1%,7.8%,1 1.9%和1 1.6%,8.2%,9.0%,且PM1处理在下层呈增幅最大,而PM2处理则在上层最大。分析各处理土层间变异系数可知,S M1,S M2,PM1,PM2和C K的C V值分别为8.5 3,6.3 7,8.5 9,5.8 9,6.4 2,即覆盖对各处理土壤含水量土层间波动无明显影响。注:S W为播种期;B D为苗期;T F为块茎形成期;T E为块茎膨大期;S A为淀粉积累期;MT为成熟期。每个土层数据上方的误差线代表L S D 0.0 5。图3 不同生育时期0-2 0 0c m土层含水量F i g.3 S o i lw a t e rc o n t e n t o f0-2 0 0c ms o i l l a y e ri nd i f f e r e n t g r o w t hp e r i o d s注:每个土层数据旁边的误差线代表L S D0.0 5,下同。图4 全生育时期不同土层土壤含水量F i g.4 S o i lw a t e rc o n t e n t o fd i f f e r e n t s o i l l a y e r si nt h ew h o l eg r o w t hp e r i o d2.1.4 不同土层和生育时期土壤含水量的垂直变化特征 覆盖对不同时期不同土层的含水量表现为明显的增墒或降墒效应(图5)。相比于C K,各覆盖处理增墒或降墒出现的具体时期、土层差异明显,PM1和PM2处理在淀粉积累期6 0c m以下土层增幅最大,分别较C K增墒2 5.4%,2 7.5%,降墒幅度最大分别出现在播种期6 0c m以下土层和1 2 02 0 0c m土层,分别较C K降墒6.0%,4.6%。秸秆覆盖处理中,002 水 土 保 持 研 究 第3 0卷S M1和S M2处理增幅最大分别出现在块茎膨大期1 2 02 0 0c m和6 01 2 0c m土层,分别较C K增墒1 4.1%,2 2.8%,而降墒幅度最大分别出现在成熟期6 01 2 0c m土层和播种期1 2 02 0 0c m土层,分别降墒5.5%,5.0%。各时期各土层处理间差异总体较大,在播种期至块茎形成期以及淀粉积累期以06 0c m土层最大,块茎膨大期和成熟期则以6 01 2 0c m土层最大;处理间最小差异分别出现在块茎膨大期、成熟期的06 0c m土层,播种期、苗期、淀粉积累期的6 01 2 0c m土层,块茎形成期的1 2 02 0 0c m土层。总体来看,各时期各土层最大差异出现在不同覆盖材料之间,且覆盖处理明显高于露地对照,即覆盖栽培具有良好的保墒效果。图5 不同处理下马铃薯田02 0 0c m土壤含水量垂直变化F i g.5 S o i lw a t e rc o n t e n t i n0-2 0 0c mo fp o t a t o f i e l dv a r i e dv e r t i c a l l yu n d e rd i f f e r e n t t r e a t m e n t s2.2 不同覆盖方式对马铃薯耗水量的影响试验年度马铃薯生育期内降水少(2 8 4.6mm),马铃薯耗水7 0%以上来自降水量,其余部分来自土壤贮水消耗量(表1)。相比于C K,各覆盖处理均显著降低了马铃薯全生育期耗水量和土壤贮水消耗量。不同处理马铃薯农田耗水量较C K的降幅表现为PM1(1 1.2%)S M2(1 0.8%)PM2(1 0.5%)S M1(5.1%),PM1,PM2,S M1,S M2处理下的土壤贮水消耗量分别平均比C K低4 1.2,3 8.9,1 8.7,3 9.9mm。耗水组成各处理间存在差异,各覆盖处理除S M1降水量比例和土壤贮水消耗量比例较C K不显著,其余各覆盖处理的降水量比例显著提高,土壤贮水消耗量比例显著降低。表明各覆盖处理下S M1处理的土壤贮水消耗量对农田总耗水的贡献最大。2.3 不同覆盖方式对马铃薯阶段耗水量的影响由表2可知,各处理马铃薯全生育时期耗水量表现出先增大后降低的趋势,马铃薯生育期以块茎形成期淀粉积累期阶段耗水最高,其次为播种期块茎形成期,以淀粉积累期成熟期耗水最少。具体来看,相比于C K,在马铃薯生育前期(播种期块茎形成期),各覆盖处理下马铃薯耗水量及耗水比例均明显降低,降幅分别为2 5.4%3 4.3%,2 0.2%2 6.2%,以S M2处理下降幅最大。马铃薯生育中期(块茎形成期淀粉积累期),各处理间耗水量无显著差异,P M1,P M2分别较C K降低耗水1 0.5%,7.5%,S M1,S M2分别较C K增加耗水6.9%,5.6%;但此阶段由于降水量的明显增加(1 5 2.3mm),各覆盖处理耗水比例均增加,增幅为0.6%1 8.4%,其中S M2处理耗水比例增加最显著。马铃薯生育后期(淀粉积累期成熟期),此阶段是马铃薯生殖生长阶段,覆盖对该阶段的耗水影响较大,总体表现为地膜覆盖显著增加耗水1 3 8.4%,且耗水比例增幅为1 4 2.3%1 9 5.9%,均以P M1P M2;而秸秆覆盖降低耗水及其耗水比例,降幅分别为3 0.5%8 9.2%,2 5.4%8 9.5%,以S M1降幅最小。102第6期 刘青等:不同覆盖材料对旱地马铃薯土壤水分和耗水的影响表1 不同覆盖方式对马铃薯总耗水量及其分配的影响T a b l e1 E f f e c t so fd i f f e r e n tm u l c h i n gm e t h o d so nt o t a lw a t e rc o n s u m p t i o no fp o t a t oa n d i t sd i s t r i b u t i o n处理总耗水量/mm降水量/mm降水比例/%土壤贮水消耗/mm土壤贮水消耗比例/%C K3 6 9.5 a2 8 4.67 7.0 b8 4.9 a2 3.0 aPM13 2 8.3 c2 8 4.68 6.7 a4 3.7 c1 3.3 bPM23 3 0.6 c2 8 4.68 6.1 a4 6.0 c1 3.9 bS M13 5 0.8 b2 8 4.68 1.1 b6 6.2 b1 8.9 aS M23 2 9.6 c2 8 4.68 6.3 a4 5.0 c1 3.7 b注:表中同列不同小写字母表示不同处理在p生物可降解地膜覆盖;秸秆覆盖处理中,碎秆全覆盖整秆带状覆盖。具体来看,PM1,PM2,S M1,S M2处理下的鲜薯产量较C K依次提高8.4%,1 3.3%,5.0%,1 7.1%,处理间差异均达到显著水平;干薯产量分别显著增加了7.0%,1 3.5%,9.1%,1 9.0%。各覆盖处理间单薯重及商品薯率存在差异,与C K相比,除S M1处理下单薯重降低2.5%,其余各覆盖处理均增加,增幅为4.4%3 9.1%,以PM1处理下增幅最大;商品薯率以PM1和S M2处理较高,分别较C K提高4.4%,2.8%,而PM2和S M1处理较低,分别较C K降 低1.2%,0.1%。由处理间变异系数(C V)可见,覆盖对单株结薯数的影响大于单薯重,可见,覆盖种植能显著增加马铃薯产量的原因主要是单株结薯数的提高,其次是增加了单薯重。各覆盖处理明显改善土壤水环境,且调节马铃薯各生育阶段的耗水及比例,进而显著提高水分利用效率。覆盖处理PM1,PM2,S M1,S M2较C K依次显著提高水分利用效率2 0.7%,2 6.9%,1 5.0%,3 3.7%。表明覆盖处理均能不同程度地提高作物产量及水分利用效率,且PM1处理下单薯重、商品薯率最高,其处理效果最佳;S M1处理下单株结薯数最高;S M2处理下产量及水分利用效率最高。表3 不同处理对马铃薯产量及水分利用效率的影响T a b l e3E f f e c t so fd i f f e r e n t t r e a t m e n t so np o t a t oy i e l da n dw a t e ru s e e f f i c i e n c y处理鲜薯产量/(k gh m-2)干薯产量/(k gh m-2)单株结薯数单薯重/g商品薯率/%WU ED/(k gmm-1h m-2)C K3 5 5 9 3.7e7 1 3 7.3 d6.6 a1 2 6.2 b c9 0.8 b c1 9.3ePM13 8 5 8 7.6 c7 6 3 5.5 c4.0 b1 7 5.5 a9 4.8 a2 3.3 cPM24 0 3 1 2.7 b8 1 0 4.4 b6.2 a1 3 1.8 b c8 9.7 c2 4.5 bS M13 7 3 8 5.1 d7 7 8 9.7 c6.6 a1 2 3.0 c9 0.7 b c2 2.2 dS M24 1 6 7 1.1 a8 4 9 1.7 a5.6 a1 5 3.8 c9 3.3 b c2 5.8 aC V/%6.26.51 8.71 5.72.32.5 不同覆盖方式对马铃薯经济效益的影响本研究中,各处理每公顷成本中除地膜、人工外,种薯、肥料、农药和机械的投入相同,由于整秆带状覆盖和碎秆全覆盖是使用闲置的玉米秸秆,故秸秆投入成本为0元/h m2。同时,由于普通P E地膜覆盖在马铃薯收获后需要清除残膜,增加了人工成本,所以普通P E地膜覆盖的总投入远高于可降解膜覆盖和秸秆覆盖。由表4可知,覆盖均可提高马铃薯总收入,不同覆盖处理下马铃薯纯经济效益不同,其中,与C K相比,P M1,P M2,S M1,S M2处理的马铃薯总收入分别提高8.5%,1 3.2%,5.0%,1 7.1%。地膜覆盖P M1,P M2处理降低马铃薯纯经济效益,分别较C K降低3 2.5%,2 6.7%,而秸秆覆盖S M1,S M2处理提高马铃薯纯经济效益,分别较C K提高2.0%,1 0.4%。地膜覆盖处理的产投比明显低于C K,且其产投比相近,而秸秆覆盖处理的产投比与C K相近,其中S M1处理略微高于S M2处理。3 讨 论3.1 覆盖对土壤水分的影响覆膜可减少地表裸露面积,进而减少土壤蒸发,202 水 土 保 持 研 究 第3 0卷而秸秆覆盖有利于充分利用自然降水并增加土壤水分入渗,可有效抑制棵间土壤的水分蒸发,从而提高土壤含水量1 9。本研究发现,秸秆覆盖与地膜覆盖在马铃薯全生育时期的土壤含水量显著(p0.0 5)高于对照,这表明覆盖栽培蓄水保墒,能有效改善马铃薯生长发育的耕层土壤水分,这与L i a n g等2 0的研究结果相似。王红丽等2 1研究表明,黑色地膜覆盖种植能显著提高02 0 0c m土层土壤蓄水量,对水分状况具有优化作用,这与本研究结果相似。本研究中,秸秆覆盖和地膜覆盖均能增加土壤水分