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第33卷第10期农业工程学报Vol.
33No.
101682017年5月TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineeringMay2017宁南旱区沟垄覆盖改善土壤水热状况提高马铃薯产量李荣,王艳丽,吴鹏年,孙瑞萍,仇佳欣,苏梅,侯贤清(宁夏大学农学院,银川750021)摘要:垄覆塑料地膜沟内覆盖集雨种植模式可影响土壤水热状况,促进作物生长,提高作物的产量和水分利用效率.
为探讨旱作条件下沟垄二元覆盖的土壤水热效应对马铃薯产量的影响效果,于2015年在宁南旱区设置垄覆地膜沟内覆盖不同材料(普通塑料地膜、玉米秸秆、生物降解膜、麻纤维地膜及液态地膜),以垄覆地膜沟不覆盖为对照,研究沟垄二元覆盖模式对土壤水分、耕层土壤温度、马铃薯生长、产量及水分利用效率的影响.
结果表明:垄覆地膜沟覆地膜处理在马铃薯前期、中期土壤蓄水量较对照显著增加(P20~401.
3810.
648.
36.
587.
18.
5图12015年试验地月降水量分布Fig.
1Distributionofmonthlyprecipitationatexperimentalsitein20151.
2试验设计及过程试验采用沟垄种植模式,垄覆塑料地膜,沟内分别覆盖塑料地膜、秸秆、生物降解膜、麻纤维地膜和液体地膜5种材料,以垄覆普通塑料地膜沟内不覆盖为对照,共6个处理.
具体设置如下:处理1,膜垄+沟覆塑料地膜(DD);处理2,膜垄+沟覆秸秆(DJ);处理3,膜垄+沟覆生物降解膜(DS);处理4,膜垄+沟覆麻纤维地膜(DM);处理5,膜垄+沟覆液体地膜(DY);处理6,垄覆地膜+沟不覆盖作为对照(CK).
各处理3次重复,小区长9m,宽4m,随机区组排列.
播种日期为2015年5月2日,收获日期为2015年10月3日.
播种前30天,在试验地修筑沟垄,沟宽60cm,垄宽40cm,垄高20cm,马铃薯种于沟内膜垄两侧,将农家肥(牛粪)30t/hm2,尿素(N≥46%)291kg/hm2,磷酸二铵(总养分≥64.
0%,N≥18%,P2O5≥46%)195kg/hm2,硫酸钾(K2O≥50%)180kg/hm2施于种植沟中,翻入土壤后覆盖.
起垄时要求垄面细绵平整、覆膜垄面呈拱型.
垄上均覆盖塑料地膜.
处理1~4沟内分别覆盖普通地膜、玉米秸秆、生物降解膜和麻纤维地膜.
供试塑料地膜为聚乙烯白色薄膜(0.
8m宽,0.
008mm厚),山西运城塑料厂生产;生物可降解由合成聚合物(淀粉、聚乙烯醇)和生物材料(增塑剂、补强剂、改性剂)构成(0.
8m宽,0.
008mm厚),陕西华宇高科生物有限公司生产;麻纤维地膜由麻类纤维作为主要材料(0.
8m宽,0.
22~0.
31mm厚),湖南省沅江市润泽科技有限公司生产.
处理2:玉米秸秆被切成15cm长,以9000kg/hm2的覆盖量均匀覆于沟内.
处理5:液态地膜主要为腐植酸类物质,北京金尚禾生物科技有限公司生产,按产品/水体积比1∶5,以450L/hm2使用量(公司推荐最佳用量)在沟内种植行间进行喷施.
马铃薯为中晚熟品种陇薯3号,宽窄行种植(60cm∶40cm),株距40cm,种植密度49995株/hm2,播种深度5cm,种薯点播后立即覆土.
试验期间无灌水,定期进行人工除草.
1.
3测定项目及方法马铃薯生育期内降雨量采用雨量器法测定,定期观测马铃薯出苗、块茎形成、块茎膨大、收获,并记录生育期.
土壤水分:从播种后30d开始,每隔20d利用土钻取土烘干法测定马铃薯播种期(播后0d)、出苗期(播后30d)、现蕾期(播后50d)、块茎形成期(播后70d)、块茎膨大期(播后90d)和成熟期(播后110d)作物种植株间0~200cm土层土壤水分动态变化,每20cm层测定1次.
土壤温度:在马铃薯种植株间放置曲管地温计,从播种后30d,每隔20d测定08:00—20:00土壤5、10、15、20和25cm土层处的温度,每2h记录1次读数;在马铃薯关键生育时期则连续监测2d(晴天)并取其平均值作为该生育时期的代表值.
马铃薯生长指标:在马铃薯生育期测定马铃薯株高、主茎粗及地上部生物量等生物学性状.
产量性状:根据吕文河等[16]研究中马铃薯商品薯分级标准,并结合当地马铃薯鲜薯特征,单薯质量>150g薯块为大薯,单薯质量150~75g薯块为中薯、单薯质量0.
05),而在表层5cmDJ地温甚至显著低于CK(P0.
05).
各处理商品薯率差异不显著(P>0.
05).
沟垄二元覆盖模式通过改善土壤水分状况,降低作物耗水,从而提高作物的水分利用效率.
不同沟垄覆盖处理下,DJ处理水分利用效率最高(81.
1kg/(hm2·mm)),较CK处理提高幅度最大(65.
9%),其次为DD、DM、DS处理,分别较CK显著提高39.
3%、14.
3%、14.
7%(P0.
05).
表4沟垄二元覆盖模式下马铃薯产量与水分利用效率Table4Effectsofdual-mulchingofridgeandfurrowpatternsonyieldandwateruseefficiencyofpotato大薯Bigtuber中薯Middletuber小薯Smalltuber处理Treatment薯数Tubernumber/(个·hm–2)产量Yield/(kg·hm–2)薯数Tubernumber/(个·hm–2)产量Yield/(kg·hm–2)薯数Tubernumber/(个·hm–2)产量Yield/(kg·hm–2)商品薯率Commodityrate/%总产量Totalyield/(kg·hm–2)耗水量Waterconsumption/mm水分利用效率Wateruseefficiency/kg·(hm–2·mm–1)DD70035a19413.
0b63360a7684.
5a157305a4933.
5a84.
60a32029.
5b470.
4ab68.
1bDJ74760a25929.
0a53355b5947.
5b150915a5335.
5a85.
66a37213.
5a459.
1b81.
1aDS57810b15910.
5c56700ab5878.
5b126450b4113.
0a84.
12a25902.
0c463.
2b55.
9cDM52245c16021.
5c51420b6238.
5ab165645a4281.
0a83.
87a26541.
0c473.
2ab56.
1cDY63090ab16675.
5bc35295c3627.
0c79485c3790.
5a84.
27a24093.
0cd480.
0ab50.
2cdCK48630c14020.
5c5280b5488.
5b107280b4335.
0a81.
82a23844.
0d487.
3a48.
9d3讨论沟垄集雨结合覆盖能有效集蓄雨水,增强水分入渗,从而显著影响旱作土壤的水分状况[20-21].
本研究结果表明,沟垄二元覆盖模式可有效改善土壤的水分状况,DJ处理各生育期土壤蓄水量均较高.
蔡太义等[22]研究结果表明,在半干旱区域,一定量的秸秆覆盖均能在一定程度上提高土壤蓄水量.
由于秸秆覆盖使地表粗糙度增加,减少裸露地表的面积,降低土壤水分的蒸发,同时有利于高效自然降雨,增强水分入渗性能,因而改善土壤的水分状况.
本研究发现,DD处理在马铃薯生育中前期保水效果显著,在后期其蓄水效果低于DJ处理,可能由于作物生长前期地膜覆盖能抑制土壤蒸发,保持较好的土壤底墒,后期地膜覆盖虽能抑制蒸发,但补水过程中水分可能从膜表面直接蒸发,不利于其接纳与入渗[23];然而,秸秆覆盖在马铃薯生育中后期能增加雨水入渗,减少地表径流,从而提高土壤水分的保蓄能力[24].
有研究表明[25],覆盖液态地膜的保水效果主要体现在作物生长前期,,这与本研究结果"覆盖液态地膜在播后30和90d对土壤无保水效果,而在其他各生育期土壤保水效果显著"有所不同,可能由于液处理Treatment农业工程学报(http://www.
tcsae.
org)2017年172态地膜覆盖受外界环境的影响而使土壤的保水效果不稳定[26].
不同覆盖材料对土壤温度的影响效果不同[27].
本研究发现,与CK相比,在马铃薯生长前期,DD处理的增温效果最为显著,DJ处理在生育中后期降温效果显著.
王建红等[28]的研究发现,液态地膜在增加土壤温度方面有一定的效果,但这与本研究结果不太一致:DY处理下土壤温度与不覆盖处理相似,这主要与液态地膜喷施后成膜效果易受外界环境条件影响,成膜效果较差有关[29].
DJ处理在整个生育期土壤温度低于CK,DD处理显著高于CK,其主要原因:秸秆覆盖可遮挡太阳直射,有较高的反射率和较低的热传导性,降低了到达地面的热量,而地膜隔绝了土壤与外界的水分交换,消除潜热交换的损失,减弱土壤与外界的显热交换,使耕层的土壤温度提高[30].
覆盖麻纤维地膜使土壤温度平稳升温而避免作物烧苗,其保温效果良好[31],但本试验中DM的增温效果不明显,这与付登强等[32]的研究结果一致.
田间沟垄集雨种植能调节土壤的水热微环境,从而可显著影响作物的生长[33].
相关研究表明,沟垄集雨种植比平作种植提前了夏玉米生育期,植株株高和生物量显著增加[20].
覆盖生物可降解地膜和普通地膜的土壤温度和土壤水分含量较高,同时其玉米生育期株高和干物质量均高于裸地[34].
环保型麻地膜具有明显的增温和保湿效果,能促进作物的生长[35].
本研究中,沟内覆盖塑料地膜的增温和秸秆覆盖的保墒效果最佳,使马铃薯生长前期植株株高及生物量均显著高于沟不覆盖处理.
肖继兵等[36]研究发现,沟垄全覆盖种植能充分满足作物生长的需求,显著提高了自然降水利用率,其增产效果显著高于不覆盖处理.
本研究结果表明,沟垄二元覆盖可调节土壤的水热环境,加快作物的生长,其中DJ处理与CK相比显著提高了马铃薯产量和水分利用率.
DJ处理下土壤水分条件较好,虽土壤温度较对照降低,但其产量和水分利用效率显著高于CK,原因有二:1)DJ处理对土壤的保水较好;2)马铃薯种于垄膜两侧,膜垄的增温效应能有效弥补秸秆覆盖下的低温效应,从而影响作物的生长及产量的形成.
这与相关研究[19,37]结果相似.
本研究还发现,生物降解地膜虽在马铃薯前期进行部分降解但并不影响作物的生长发育,使块茎产量与普通地膜对比相差不大,这与王鑫等[25]、付登强[32]和白丽婷等[38]研究结果一致.
在本研究中,垄覆地膜沟覆秸秆处理对土壤具有调温保墒的作用,提高作物水分利用效率、增产效果显著.
虽然沟垄二元覆盖能显著提高马铃薯的产量,但在其生长中后期(7月份)膜垄土壤温度较高,对马铃薯生长及块茎产量产生一定的负面影响.
同时其种植区域性差异千差万别,垄沟结构及覆盖方式的选择也必须考虑环境因素及作物的生长习性等,为实现最佳的生态效益和经济效益,今后沟垄二元覆盖技术的在马铃薯方面的研究应集中最佳沟垄结构、覆盖方式和适宜的覆盖材料方面.
4结论不同沟垄二元覆盖模式对马铃薯生育期土壤水分具有一定的保墒效果,垄覆地膜沟覆地膜处理在马铃薯前期、中期土壤蓄水量较对照显著增加,垄覆地膜沟覆秸秆处理在马铃薯生育后期土壤蓄水量最高.
在马铃薯整个生育期,垄覆地膜沟覆地膜处理较垄覆地膜沟不覆盖(对照)能显著提高土壤耕层温度,马铃薯生育中后期垄覆地膜沟覆秸秆处理具有显著的降温效果.
在马铃薯生育期,垄覆地膜沟覆秸秆处理的株高和茎粗均显著高于对照(P0.
05).
Higherpotatoyieldandwater-useefficiencywasfoundwithDD,DJ,DSandDMtreatments.
TheyieldandwateruseefficiencyofpotatowithDJtreatmentwerethehighest(37213.
5kg/hm2and81.
1kg/(hm2mm)).
ComparedwithCK,thepotatoyieldwithDD,DJ,DSandDMtreatmentswassignificantly(P<0.
05)increasedby34.
3%,56.
1%,8.
6%,and11.
3%,meanwhilethewater-useefficiencyincreasedby39.
3%,65.
9%,14.
7%,and14.
3%(P<0.
05).
Inaword,whenridgeswerecoveredwithcommonplasticfilm,thefurrowsweremulchedwithstraw,thesoilwaterandtemperatureconditionswereimprovedandpotatogrowthanddevelopmentwaspromoted,andthepotatoyieldandwateruseefficiencywereincreased.
Therefore,wesuggestedthatplasticfilmmulchedridgesandstrawmulchedfurrowsshouldbepopularizedandappliedinaridareaofsouthernNingxia.
Keywords:soilmoisture;temperature;straw;dry-farmingareas;mulchingofridgeandfurrow;potatoyield