王斌 何文壽 耿世杰

摘要：為提高水分利用效率及馬鈴薯產(chǎn)量，2019年在寧夏南部山區(qū)以青薯9號(hào)為試驗(yàn)材料，設(shè)置粉壟耕作F20（耕作深度20 cm）、粉壟耕作F40（耕作深度40 cm）、粉壟耕作F50（耕作深度50 cm）處理并以傳統(tǒng)旋耕C20（耕作深度為20 cm）為對照，探究粉壟耕作對土壤團(tuán)聚體、水分、馬鈴薯產(chǎn)量及水分利用效率的影響。結(jié)果表明，與傳統(tǒng)旋耕相比，粉壟耕作可以顯著增加粒徑在 0.25 mm以上的機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體數(shù)量，改善土壤結(jié)構(gòu);粉壟耕作可以提高土壤含水率及水分利用效率，F(xiàn)30、F40和F50的水分利用效率顯著高于C20，增量分別為54.76%、70.32%和71.85%;粉壟耕作可以顯著提高馬鈴薯產(chǎn)量和商品薯率，F(xiàn)30、F40和F50的總產(chǎn)量均顯著高于C20，F(xiàn)40和F50的商品薯率顯著高于C20和F30。綜合考慮，寧夏南部山區(qū)較適宜的耕作方式為粉壟耕作，推薦粉壟深度為40～50 cm。

關(guān)鍵詞：粉壟耕作;團(tuán)聚體;土壤水分;水分利用效率;馬鈴薯產(chǎn)量

中圖分類號(hào)：S532.04?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A?文章編號(hào)：1002-1302（2020）21-0093-04

馬鈴薯是我國四大糧食作物之一，僅次于水稻、小麥、玉米[1-2]。寧夏作為北方馬鈴薯主產(chǎn)區(qū)之一，馬鈴薯已成為該地區(qū)糧食生產(chǎn)和脫貧致富的優(yōu)勢作物。寧夏的馬鈴薯種植主要集中在南部山區(qū)，由于缺乏灌溉條件，作物生長基本依靠自然降水，季節(jié)性干旱時(shí)有發(fā)生，而且經(jīng)過連年旋耕，耕作層變淺、犁底層加厚、土壤保水保肥能力下降，水分利用效率低且不穩(wěn)定，導(dǎo)致單產(chǎn)偏低。因此，高效利用自然降水、改善土壤結(jié)構(gòu)是提高旱作區(qū)作物水分利用效率的重要途徑[3]。粉壟（又稱深旋耕技術(shù)）是指根據(jù)作物生長需求，利用多個(gè)并列垂直螺旋型鉆頭，在高速旋轉(zhuǎn)下垂直入土旋磨（深度可為30～50 cm）進(jìn)行調(diào)節(jié)，使土壤粉碎、自然懸浮成壟，能夠原位粉碎土塊，并且打破犁底層，達(dá)到增厚耕作層、疏松深層土壤、提高土壤含水率的目的[4-5]。有研究表明，粉壟可以降低土壤容重，提高土壤水分含量，進(jìn)而改善土壤結(jié)構(gòu)[6-7]。張緒成等的研究表明，粉壟能夠通過促進(jìn)土壤供水，增強(qiáng)馬鈴薯個(gè)體和群體發(fā)育，對馬鈴薯產(chǎn)量和商品率有較明顯的提高作用[8]。因此，本試驗(yàn)研究傳統(tǒng)旋耕與不同深度粉壟耕作對馬鈴薯水分利用效率與產(chǎn)量的影響，旨在尋求更適宜該地區(qū)的耕作方式，為推廣馬鈴薯高效種植模式提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)點(diǎn)設(shè)在西吉縣新營鄉(xiāng)白城村（36°15′N，105°E點(diǎn)），位于寧夏回族自治區(qū)南部，六盤山西麓，屬黃土高原干旱丘陵區(qū)。年均氣溫12.7 ℃，年均降水量570.2 mm，無霜期達(dá)198 d。試驗(yàn)地土壤類型為侵蝕黑壚土，土壤基本理化性質(zhì)為有機(jī)質(zhì)含量16.28 g/kg、堿解氮含量74.52 mg/kg、速效磷含量15.34 mg/kg、速效鉀含量132.71 mg/kg、pH值8.33。

1.2 試驗(yàn)材料

供試馬鈴薯品種為青薯9號(hào)原種，試驗(yàn)用肥料為尿素（N含量≥46%）、過磷酸鈣（P2O5含量≥12%）、硫酸鉀（K2O含量≥50%）。

1.3 試驗(yàn)方法

采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)置粉壟耕作F30（耕作深度為30 cm）、粉壟耕作F40（耕作深度為 40 cm）、粉壟耕作F50（耕作深度為50 cm）、傳統(tǒng)旋耕C20（耕作深度為20 cm，對照）共4個(gè)處理，每個(gè)處理3次重復(fù)，小區(qū)面積為27 m2（9 m×3 m）。采取白膜半覆、雙行種植，膜寬80 cm，行距50 cm，株距40 cm，種植深度15～20 cm，人工種植，用種量 1 800 kg/hm2，密度40 000穴/hm2。2019年4月28日播種、10月2日收獲。供試肥料用量為尿素 390 kg/hm2、過磷酸鈣750 kg/hm2、硫酸鉀 150 kg/hm2;氮肥70%作基肥，30%在現(xiàn)蕾期作追肥。

1.4 項(xiàng)目測定

土壤機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體：使用S形取土法，在2019年10月初馬鈴薯收獲后，采集0～20 cm、20～40 cm 共2個(gè)土層的原狀土樣，帶回實(shí)驗(yàn)室，自然風(fēng)干后剔除石塊、有機(jī)殘?bào)w，利用干篩法測定機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體的粒級分布及穩(wěn)定性[9]。

土壤含水率：在馬鈴薯苗期（6月20日）、塊莖形成期（7月16日）、塊莖增長期（8月14日）、淀粉積累期（9月10日）、收獲期（10月1日），采用土鉆按照0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm分3層采集土樣，將樣品帶回實(shí)驗(yàn)室后立即測定土壤自然含水率。

馬鈴薯水分利用效率：在馬鈴薯播種前與收獲后，使用環(huán)刀取土法分3層（0～20、20～40、40～60 cm）采集土樣測定土壤容重，相關(guān)計(jì)算公式如下：

式中：WUE為馬鈴薯水分利用效率[kg/（hm2·mm）];Y為產(chǎn)量（kg/hm2）;ET為馬鈴薯耗水量（mm）;P為降水量（mm）;ΔW為馬鈴薯收獲期與播種期的土壤貯水量變化量（mm）;W為土壤貯水量（mm）;h為土層厚度（cm）;b為土壤含水率（%）;a為土壤容重（g/cm3）。

馬鈴薯產(chǎn)量：將各小區(qū)的馬鈴薯全部挖出，分別稱質(zhì)量，按小區(qū)記錄馬鈴薯大薯（質(zhì)量>150 g）、中薯（質(zhì)量為75～150 g）、小薯（質(zhì)量>75 g）的產(chǎn)量及薯數(shù)，并計(jì)算其商品薯率。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理與圖表制作、SPSS21進(jìn)行單因素方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 粉壟耕作對土壤團(tuán)聚體的影響

采用干篩法獲取的土壤機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體包括水穩(wěn)性團(tuán)聚體和非水穩(wěn)性團(tuán)聚體，其組成特征反映了土壤團(tuán)聚體抵抗機(jī)械外力破壞的能力[13]。如表1所示，粉壟條件下粒徑>0.25 mm的機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體數(shù)量（DR0.25）均高于傳統(tǒng)耕作，0～20 cm土層，F(xiàn)30、F40、F50的DR0.25分別較C20顯著提高7.4%、6.5%、8.0%。而相應(yīng)的，粒徑≤0.25 mm的機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體數(shù)量C20則顯著高于F30、F40、F50。粒徑為0.5～1.0 mm的機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體數(shù)量表現(xiàn)為F30顯著高于C20、F40、F50。20～40 cm 土層，粒徑>0.25 mm的機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體數(shù)量（DR0.25）同樣均高于傳統(tǒng)耕作，并且粒徑為>0.25～0.50 mm的機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體數(shù)量表現(xiàn)為F40、F50顯著高于F30與C20，可見，粉壟對土體有一定的擾動(dòng)影響，可以提高土壤中中等粒徑團(tuán)聚體的占比。

2.2 粉壟耕作對馬鈴薯含水率及水分利用效率的影響

2.2.1 粉壟耕作對土壤含水率的影響 由圖1可知，在各處理下，試驗(yàn)區(qū)0～60 cm（養(yǎng)分吸收層）土層的土壤含水率變化趨勢大體一致，并且與相應(yīng)時(shí)間的降水量（圖2）密切相關(guān)。從圖2可以看出，8月上旬降水量明顯增加，達(dá)到74.5 mm，而此時(shí)正值馬鈴薯塊莖增長期，較大的耗水量使土壤含水率反而下降。整體來看，以塊莖增長期為節(jié)點(diǎn)，0～60 cm土層的土壤含水率隨馬鈴薯生育期的進(jìn)行呈現(xiàn)出先降后升的變化趨勢。土壤含水率表現(xiàn)為F50>F40>F30>C20，粉壟耕作下的土壤含水率均高于傳統(tǒng)耕作，粉壟耕作在苗期、塊莖形成期、塊莖增長期、淀粉積累期、收獲期較C20分別高出8.18%～20.23%、17.86%～47.79%、35.85%～58.55%、14.89%～27.11%、7.13%～23.50%，增幅較大，其中以塊莖增長期增幅最大。

2.2.2 粉壟耕作對馬鈴薯水分利用效率的影響 如表2所示，粉壟耕作能夠顯著降低作物耗水量，從而提高水分利用效率。收獲期各處理土壤貯水量表現(xiàn)為F40>F50>F30>C20，但差異不顯著，而F30、F40和F50的作物耗水量分別較C20顯著減少29.76%、34.00%和33.99%，粉壟耕作各處理之間的差異并不顯著。從水分利用效率來看，F(xiàn)30、F40和F50均顯著高于C20，分別提高54.76%、70.32%和71.85%，其中以F40與F50表現(xiàn)為最佳，相比C20的增量達(dá)到70%以上，對比F30，F(xiàn)40與F50的水分利用效率有顯著提高。

2.3 粉壟耕作對馬鈴薯產(chǎn)量的影響

表3為不同處理下馬鈴薯產(chǎn)量情況，可以看出，粉壟耕作可以顯著提高馬鈴薯產(chǎn)量，并對商品薯率有一定的影響。F30、F40和F50的總產(chǎn)量顯著高于C20，增量分別為8.56%、12.31%和13.21%，F(xiàn)40與F50的總產(chǎn)量相近。F30、F40和F50的總薯數(shù)高于C20，且不同處理間有顯著的差異。不同處理間大薯和中薯的薯數(shù)和產(chǎn)量均有顯著差異，具體表現(xiàn)為F30、F40和F50的大薯薯數(shù)和產(chǎn)量均顯著高于C20，中薯的薯數(shù)和產(chǎn)量為F50>F40>F30>C20。而小薯的薯數(shù)表現(xiàn)為F30>C20>F50>F40，產(chǎn)量表現(xiàn)為C20>F30>F40>F50，有一定區(qū)別。從馬鈴薯商品率來看，F(xiàn)50>F40>F30>C20，F(xiàn)30與C20之間無較大差異，而F40和F50則顯著高于C20，增量分別為6.53%和6.74%。

3 討論與結(jié)論

西吉縣位于寧夏南部山區(qū)，海拔高、氣候冷涼，得天獨(dú)厚的自然環(huán)境使其成為馬鈴薯生產(chǎn)的優(yōu)勢產(chǎn)區(qū)[14]。但由于地處山區(qū)，無灌溉條件，土壤結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，水分利用效率偏低，該地區(qū)馬鈴薯單產(chǎn)處于較低水平。

土壤團(tuán)聚體分布及數(shù)量能直接表明土壤結(jié)構(gòu)的抗蝕性和機(jī)械穩(wěn)定性，粉壟耕作能改變土壤團(tuán)聚體分布特征，顯著增加中團(tuán)聚體數(shù)量[15]，本研究結(jié)果表明，粉壟可以顯著提高粒徑>0.25 mm的機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體的數(shù)量，特別是粒徑為>0.25～0.50 mm、>0.5～1.00 mm團(tuán)聚體的數(shù)量。Six等認(rèn)為，粒徑>0.25 mm的團(tuán)聚體是土壤中最好的結(jié)構(gòu)體，其含量越多，說明團(tuán)聚性越好，土壤團(tuán)聚體越穩(wěn)定，粉壟可以改善土壤結(jié)構(gòu)[16-17]。

與傳統(tǒng)旋耕相比，粉壟耕作深度達(dá)30～50 cm，可以打破犁底層，降低土壤耕層的容重。李軼冰等的研究表明，與傳統(tǒng)旋耕相比，粉壟可改善土壤水分條件[18]。覆蓋地膜可降低土壤跑墑，減少耗水量。隨著粉壟深度的增加，土壤含水率呈上升趨勢，說明作業(yè)深度越深越利于降水入滲和土壤水分調(diào)蓄。本研究結(jié)果表明，粉壟耕作可以顯著降低作物耗水量，提高水分利用效率，且與C20相比，F(xiàn)40和F50的水分利用效率增量較大，均在70%以上。粉壟栽培技術(shù)可以增加耕層厚度，改善土壤物理結(jié)構(gòu)，達(dá)到提升產(chǎn)量的目的[7，19]。本研究結(jié)果表明，相較傳統(tǒng)旋耕，粉壟耕作可顯著提高馬鈴薯產(chǎn)量與商品薯率，且F40和F50增量最大。結(jié)合以上分析，粉壟耕作可改善土壤結(jié)構(gòu)，提高水分利用效率，達(dá)到增產(chǎn)增收的目的，且以粉壟深度為40～50 cm最佳。

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