不同集雨垄面和垄沟宽度对马铃薯产量和土壤含水量的影响

余帮强，万海霞，张国辉，王收良，吴林科

(宁夏农林科学院固原分院，宁夏 固原 756000)

宁夏南部山区属半干旱区,具有春迟、夏短、秋早、冬长的特点,光照充足,日照时间长,昼夜温差大。土层疏松深厚,通透性好,土壤富含钾素,降水集中于7-9月，十分有利于干物质的制造和积累,这些有利的自然条件为马铃薯的大面积种植提供了一个良好的平台[1]。马铃薯是该地区的重要作物，近年来，每年的种植面积基本一直稳定在26.67万hm2左右，当地农民收入的1/4来自马铃薯，为农民增收致富和当地的社会稳定起着关键作用[2]。

然而该地区是典型的雨养农业区，干旱少雨，年降水量为350 mm左右，不但降雨量小，而且降水集中在少数几次降雨过程,小于5 mm的无效降水多,导致径流损失与蒸发损失,水分供应不足和水分利用效率低成为影响该地区马铃薯产量的主要因子,再加上缺乏有效的灌溉条件,严重影响了当地马铃薯产业的发展。因此,如何充分利用有限的降水资源,提高水分利用效率WUE,成为提高宁南山区马铃薯产量的重要途径。已有研究证明,通过合理的水肥管理和覆膜等技术可提高该地区马铃薯产量和水分利用效率WUE[3-5]。所以，如何应用集水、蓄水、保水措施来挖掘现有降水的最大生产潜力，是解决马铃薯关键生育期缺水影响产量提高的关键[6-8]。提高降水利用率有多种途径，研究表明地膜覆盖能明显减少土壤水分蒸发及集5 mm以下的无效降雨为有效降水，从而提高降水利用率[9,10]。

由于宁夏南部山区独特的气候、土壤和主栽品种的差异，本试验根据当地实际情况，设置了不同的覆膜集雨垄面和垄沟宽度，通过分析不同集雨垄面和垄沟宽度对土壤含水量、马铃薯产量、商品薯率和产量WUE的影响，为制定该地区最佳的马铃薯覆膜集雨种植模式提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区基本概况

试验于2015年4-10月在宁夏农林科学院固原分院头营科研基地进行，该年为干旱年份，降雨量仅为243 mm。试验地位于北纬36°44′，东经106°44′，海拔为1 586 m，年降水量350 mm左右，属半干旱地区。年平均气温7.4 ℃，≥10 ℃以上积温2 500～2 800 ℃，无霜期130～150 d。供试土壤为湘黄土，肥力水平见表1。

表1 试验地土壤基本理化性状

1.2 试验设计及田间管理

供试品种为当地马铃薯主栽品种庄薯3号。本试验采用单因素4水平随机区组设计，试验共设4个处理：不设集雨垄面(CK)；集雨垄面宽40 cm，垄沟宽30 cm(M40G30)；集雨垄面宽50 cm，垄沟宽20 cm(M50G20)；集雨垄面宽60 cm，垄沟宽10 cm(M60G10)。除CK为露地平种垄作种植方式，其余处理的种植方式均为在垄沟内露地种1行。集雨垄高20 cm，株距33 cm，行距70 cm，密度为43 500株/hm2，小区面积4.2 m×10 m=42 m2，重复4次。

试验统一施基肥，马铃薯专用复合肥225 kg/hm2，有机肥3 万kg/hm2。人工穴播方式播种，6行区种植。4月16日播种， 5月17日出苗，6月8日现蕾，6月25日开花，9月19日收获。试验期间不人工补水，人工除草4次，培土起垄2次，防治马铃薯晚疫病4次。

1.3 测定指标及方法

土壤含水量：分别于苗期、蕾期、花期、成熟期用土钻取0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm土样，采用烘干法测定土壤含水量，分析不同覆膜集雨垄面和垄沟宽度对土壤含水量的影响。

产量WUE：测定各处理的马铃薯产量和整个生育期内的总耗水量，计算产量WUE，分析不同覆膜集雨垄面和垄沟宽度对马铃薯产量WUE的影响。产量水分利用效率的计算公式为：

WUE=Y/ET

(1)

式中：Y为产量；ET为马铃薯耗水量。

结合本试验地所在地特点，马铃薯耗水量公式简化为：

ET=P+ΔW

(2)

式中：P、ΔW分别代表降水量、土壤贮水量变化量(播前储水量-收获后储水量)。

块茎产量：成熟期各小区全区进行收获计产，折合计算各处理每公顷的块茎产量，分析不同覆膜集雨垄面和垄沟宽度对马铃薯产量的影响。

商品薯率：收获时每个小区取3个点，每个点挖取10株，分别称量10株的块茎重量和商品薯(75 g以上的块茎)的重量，计算商品薯率，分析不同覆膜集雨垄面和垄沟宽度对马铃薯商品薯率的影响。

1.4 统计与分析

所有试验数据采用Microsoft office Excel 2003计算处理，方差分析Duncar新复极差法多重比较等都由DPS 7.05数据统计软件进行统计分析。

2 试验结果与分析

2.1 不同集雨垄面宽度对土壤含水量的影响

试验分别于苗期(5月27日)、蕾期(6月18日)、花期(7月3日)、成熟期(10月4日)用土钻取0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm土样，采用烘干法测定土壤含水量，分析不同集雨垄面和垄沟宽度对土壤含水量的影响。

从图1可以看出，在马铃薯的各个生育阶段，不同集雨垄面和垄沟宽度对0～100 cm土层的土壤含水量均有不同程度的影响，整体表现为M60G10>M50G20>M40G30>CK，其中M60G10对土壤含水量的影响最大。在苗期、蕾期、花期和成熟期M60G10对不同深度土层土壤含水量的影响具体表现为：对0～20 cm土层，在各生育阶段M60G10分别比CK增加7.3%、14.3%、16.8%和8.5%；对20～40 cm土层，在各生育阶段M60G10分别比CK增加8.0%、15.6%、15.5%和11.6%；对40～60 cm土层，在各生育阶段M60G10分别比CK增加9.6%、14.8%、15.2%和10.8%；对60～80 cm土层，在各生育阶段M60G10分别比CK增加13.4%、14.8%、16.2%和14.3%；对80～100 cm土层，在各生育阶段M60G10分别比CK增加14.7%、14.0%、16.9%和12.5%。说明各处理对土壤含水量的影响是随着集雨垄面宽度的增加而增加。

2.2 不同集雨垄面宽度对产量WUE的影响

从图2可以看出，不同集雨垄面宽度对产量WUE均有不同程度的影响，具体表现为M50G20>M60G10>M40G30>CK，各处理都和CK差异显著，M50G20、M60G10和M40G30分别比对照增加21.9%、15.2%和12.9%，其中M50G20的产量WUE显著高于M60G10和M40G30，M60G10和M40G30之间差异不显著。说明随着集雨垄面宽度的增加，产量WUE先升后降，当集雨垄面宽度为50 cm时，产量WUE最大。可见，M50G20对马铃薯产量水分利用效率影响最大，集雨效果最好。

2.3 不同集雨垄面宽度和垄沟宽度对块茎产量和商品薯率的影响

由表2可知，不同集雨垄面和垄沟宽度对马铃薯均有显著的增产效果，产量均和CK差异显著，M50G20、M60G10、M40G30分别比CK增产53.8%、34.9%、18.9%。其中，M50G20产量最高，达32 602.5 kg/hm2，分别比M60G10、M40G30增产14.0%和29.3%，并且与M60G10、M40G30产量差异显著。M60G10比M40G30增产13.4%，二者之间差异显著。

图1 不同集雨垄面和垄沟宽度对0～100 cm土层的土壤含水量变化

图2 不同集雨垄面和垄沟宽度对产量WUE的影响

不同集雨垄面和垄沟宽度对马铃薯商品薯率均有显著影响，具体表现为M50G20>M60G10>M40G30>CK。M50G20、M60G10、M40G30商品薯率分别比CK增加21.0%、16.1%、11.9%，且均与CK差异显著。其中，M50G20商品薯率最高，达89.2%，分别比M60G10、M40G30的商品薯率高出4.2%和6.7%，并且与M60G10、M40G30差异显著。从表2可以看出，随着集雨垄面宽度的增加，产量和商品薯率先升后降，当集雨垄面宽度为50 cm时，产量和商品薯率最大。可见，M50G20对马铃薯的块茎产量和商品薯率的影响最大，能显著增加产量，提高商品薯率，增加经济效益。

表2 不同集雨垄面宽度对马铃薯块茎产量的影响

3 结 语

在旱作农业区推广沟垄覆膜栽培已成为提高作物产量和增加经济效益的一项主要措施。本试验通过设置不同的覆膜集雨垄面和垄沟宽度，分析了不同集雨垄面和垄沟宽度对土壤含水量、马铃薯产量和产量WUE的影响。试验结果表明，覆膜集雨能够显著增加0～100 cm土层的土壤含水量，随着覆膜集雨垄面宽度的增加，土壤含水量呈上升趋势。分析原因是由于集雨效果随着集雨垄面宽度的增大而增强。

研究表明,在黄土高原半干旱地区垄沟覆膜集雨能提高作物的产量,还可以提高降雨的水分利用效率,主要原因是垄面覆盖地膜的集雨、保墒、增温效应[11-13]。刘世明[13]通过对沟垄覆膜对马铃薯增产机理的研究也表明,地膜覆盖比一般露地栽培温度高3.5 ℃, 水分的利用率提高82%，提前早成熟15 d。高世铭,张绪成等[14]研究表明,通过沟垄覆膜种植水分利用效率可以提高39%～58.38%和8.46%～67.97%。本试验结果表明，不同集雨垄面和垄沟宽度均对产量WUE、产量和商品薯率有显著的影响，能够显著提高产量WUE，增加块茎产量和商品薯率，与前人研究结果一致。影响具体表现为M50G20>M60G10>M40G30，说明随着集雨垄面宽度的增加，对产量WUE、产量和商品薯率的影响是先增加，当集雨垄面宽度为50 cm，垄沟宽度为20 cm时影响最大，而后随着集雨垄面宽度的增加影响逐渐降低。分析原因是可能是由于产量WUE、产量和商品薯率受集雨垄面宽度和垄沟宽度的双重影响，随着集雨垄面宽度的增加而增加，随着垄沟宽度的减少而减少，当集雨垄面宽度为50 cm，垄沟宽度为20 cm时，产量WUE、产量和商品薯率最大。综合分析，初步推出M50G20这种模式集雨效果最好，能最大程度增加经济效益。由于该地区降雨时空分布不均匀，所以还需要继续试验进一步验证检验试验结果。

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