覆盖模式对旱地马铃薯田水热环境及产量形成的影响

发布时间：2020-08-26 21:30

【摘要】：马铃薯是我国西北雨养寒旱区的主要作物,地膜覆盖是该区广泛使用的抗旱保墒栽培技术,但地膜覆盖存在土壤累积性污染和增加成本问题,急需研发地膜替代或减量使用技术。秸秆覆盖是一种生态环保、种养结合、可实现秸秆资源化循环利用的可持续绿色生产技术。西北寒旱区玉米秸秆资源丰富,若采取传统全地面秸秆碎段覆盖方式,存在粉碎玉米秸秆耗能费力、机收玉米残膜难以清除、影响马铃薯机播机收等诸多问题。为此,本研究在西北雨养寒旱条件下,于2016(干旱年)和2017(平水年)在甘肃省定西市通渭县旱作马铃薯主产区,以传统裸地平作种植(CK)为主对照、生产上主推的黑色地膜全地面覆盖(简称全膜覆盖:FM)为副对照,设置了4种玉米整秆带状覆盖模式,分别为:沟覆垄播双行(RT)、沟覆垄播单行(RS)、平覆双行(PT)和平覆单行(PS)。研究了不同覆盖模式对马铃薯的生长发育状况、土壤水分、土壤温度、植株水分及叶片光合生理、块茎产量及水分利用效率的影响,以期为秸秆整秆覆盖马铃薯高产高效绿色栽培提供理论依据和技术支撑。主要结果如下:1.覆盖较裸地种植(CK)能显著提高旱地马铃薯产量和水分利用效率,以全膜覆盖(FM)和沟覆垄播双行(RT)增产最显著,FM和RT两年分别平均较CK增产(干薯)53.8%、52.0%,但两年度RT和FM间产量均无显著差异(P0.05),表明适宜的秸秆覆盖模式可达到全膜覆盖的产量水平。不同秸秆带状覆盖模式间产量比较,总体来讲,覆秆双行覆秆单行、秸秆沟覆秸秆平覆。分析覆盖增产机制原因,无论干旱年还是平水年,在密度相同情况下,从产量结构因素角度主要是显著提高了单薯重(r=0.883**~0.980**),覆盖两年平均较CK单薯重提高42%,以RT和FM提高幅度最大(56%~62%),而单株结薯数覆盖反而较CK略有降低,后期形成的单薯重对前期结薯数不足有较强的补偿效应(r=-0.618**~-0.725**);从营养生长和生殖生长角度分析,覆盖增产原因主要是显著促进了营养生长,覆盖处理的单株生长量较CK两年平均提高38%,仍以RT和FM提高幅度最大(58%~59%),产量与单株生长量高度正相关(r=0.946**~0.989**),而收获指数处理间相对较稳定;同时覆盖也显著提高了大薯率和商品薯率,其中RT大薯率和商品薯率均最高,RT大薯率分别高出CK和FM 15.7和7.4个百分点,商品薯率分别高出CK和FM 21.2和5.8个百分点。2.覆盖显著影响马铃薯田土壤温度。与CK相比,覆膜具有普遍的增温效应,而秸秆覆盖具有普遍的降温效应。比较全生育期5~25 cm平均温度,FM高出CK 1.03(干旱年)和1.51℃(平水年),而4个秸秆覆盖处理平均较CK降温1.68℃(干旱年)和1.46℃(平水年),秸秆覆盖模式间土壤温度差异不大。进一步分析发现,随着生育时期和土层的不同,秸秆覆盖和覆膜均不同程度的较CK出现增温和降温的“双重效应”,但覆膜增温效应大于降温效应,秸秆覆盖则相反,在干旱年和平水年,覆膜增温点(次)比例分别为82.9%、85.7%,而4种秸秆覆盖模式的降温点(次)比例为95.0%、90.0%。覆膜的降温效应主要在块茎形成期,而秸秆覆盖的增温效应主要在出苗期。地膜覆盖也明显增加了生育期土壤积温,在干旱年和平水年,覆膜较CK分别增加全生育期有效积温122.0、179.9℃,致使生育期缩短约6 d,而秸秆覆盖较CK分别降低积温208.9℃和156.1℃,生育期延长7~12 d。相关分析表明,降低土壤温度可显著改善植株水分状况,块茎形成期土壤温度对结薯数影响不大,但块茎膨大期土壤温度显著影响单薯重,降温效应是秸秆覆盖大薯率和单薯重提高的主要原因。3.覆盖能显著提高土壤供水能力,以秸秆沟覆垄播双行(RT)的0~2 m土壤水分状况最好。比较覆盖较CK在全生育期2 m土体的增墒效果,总体来讲,秸秆覆盖全膜覆盖,平水年干旱年,秸秆带状覆盖双行与单行相近,秸秆沟覆与平覆在年际间差异不尽一致。秸秆局部带状覆盖较全膜覆盖显著提高了降水入渗率,秸秆覆盖的降水入渗率平均高出覆膜43.3个百分点,秸秆无论沟覆还是平覆,其降水入渗率与CK无显著差异,均高达90.0%以上。秸秆带状覆盖属于局部覆盖,保墒效果肯定不如覆膜,但由于秸秆覆盖具有提高降水入渗率和降温抑蒸的明显优势,这是其土壤水分状况好于地膜覆盖的主要原因。但同时也发现,随着生育时期和土层不同,秸秆覆盖和地膜覆盖也都程度不等的出现较CK增墒和降墒的双重效应。改善土壤水分状况是覆盖增产的主要原因。土壤水分与植株及各器官水分状况、植株营养生长量、单薯重一般呈明显正相关,土壤水分以块茎形成~膨大期对单薯重和产量影响最显著。同时发现深层供水在旱地马铃薯生产中具有重要作用,马铃薯生长和产量形成对40 cm以下深层供水的依赖度显著大于40 cm以上土层。覆盖也明显改变了耗水结构。与CK相比,覆盖显著降低前期(出苗~块茎形成)耗水比例,增加中后期(块茎形成~成熟)耗水比例,这是覆盖显著提高单薯重、进而提高产量的主要原因;土壤贮水消耗主要集中在0~1.2 m范围,但覆盖和降水会明显降低1.2m以下土壤耗水。4.土壤水温存在明显互作调控效应。0~25 cm耕层温度与0~40、40~120、120~200、0~200 cm土层含水量呈负相关,但负相关程度随土层深度增加逐渐加强,这一方面表明,耕层温度会明显影响深层水分的迁移和调用,另一方面与上层土壤受降水、气温影响较大有关。5.覆盖可显著提高马铃薯叶片净光合速率(Pn)。在块茎形成期,覆盖处理的叶片净光合速率(Pn)、叶片瞬时水分利用效率(WUE_L)、实际光化学效率(ΦPSⅡ)、表观电子传递效率(ETR)和光化学猝灭系数(qP)显著高于CK,而秸秆覆盖和地膜覆盖差异不明显;但进入块茎膨大期,秸秆覆盖的Pn、WUE_L、ΦPSⅡ、ETR和qP显著高于地膜覆盖和CK。叶片SPAD值、叶片N含量(L_N)、胞间CO_2浓度(Ci)和蒸腾速率(Tr)随生育时期不同差异不尽一致。在块茎膨大与增重的产量形成关键阶段,维持较高的ΦPSⅡ、ETR、qP、SPAD、Ci、L_N、WUE_L、Tr和气孔导度(Gs)、尤其是提高叶绿素荧光反应参数值(ΦPSⅡ、ETR、qP),是叶片保持较高光合速率(Pn)的直接生理原因,而秸秆覆盖降温引起的叶片延迟衰老,是薯重形成期秸秆覆盖保持较高Pn的间接外因。
【学位授予单位】：甘肃农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S532
【图文】：

-1，约等于试验区1ha旱地玉米秸秆生产量。每70cm种植带穴播2行马铃薯，穴距30 cm，行距40 cm，相邻2行马铃薯植株呈正三角形分布（图2-2C）。平覆单行种植（PS）：试验处理同PT。每播种带中间穴播1行马铃薯，穴距15cm（图2-2D）。全膜覆盖（FM）：大垄宽80cm，垄高10cm；小垄宽40cm，高10cm。用120cm宽、0.01 mm厚的黑色塑料地膜覆盖。在大垄中间留10 cm渗水带，渗水带上用土压实以防大风揭膜，在沟内用穴播器打渗水孔，孔距30 cm。在距离大垄边缘10 cm处穴播2行马铃薯，行距60 cm，穴距30 cm

-1 覆盖对马铃薯各生育时期日间 5~25cm 土壤平均温度的影ily soil temperature in 5-25cm soil depth in different potato gaffected by different mulching patterns期 SD：seedling；分枝期 BD：budding；块茎形成期 TI：tuber initiatiSA：starch accumulation；成熟期 MT：maturity。下同，The same as b差异显著（n=3），下同。Vertical error bars represent the LSD at P<0.05（1015SW SD BD TI TB生育时期 Growth stRT PT FM BD TI TB SA MT生育时期 Growth stage20 25 30 35 Soil temperature (℃)510 15 20 25 土壤温度 Soil tempe2017

图 5-1 覆盖对各生育时期 Fig.5-1 Soil water storage（0~200 cm depthSW：播种期，sowing；SD：出苗期，seedling； BD：TI：块茎膨大期，tuber bulking；SA：淀粉积累期同，The same as below。250SW SD BD TI TB SA MT生育时期 Growth stage

本文编号：2805720