侯賢清 李 榮 馬 菲 王全旺

(寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院, 銀川 750021)

0 引言

馬鈴薯以抗旱、高產(chǎn)、高效的特色優(yōu)勢(shì)，成為寧夏南部旱作區(qū)(簡(jiǎn)稱“寧南旱區(qū)”)農(nóng)民抗旱增收的主糧作物，也是近年來發(fā)展的主要經(jīng)濟(jì)作物和特色產(chǎn)業(yè)[1]，年種植面積僅次于玉米、小麥和小雜糧。馬鈴薯也是一種分布廣泛、容易栽培的宜糧、宜飼、宜作多種工業(yè)原料的作物，在保障糧食安全、幫助農(nóng)民脫貧致富和促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展等方面發(fā)揮著十分重要的作用[2]。然而，水資源短缺、降水時(shí)空分布不均嚴(yán)重限制了寧南旱區(qū)馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[3]。該區(qū)春播馬鈴薯一年一季，但傳統(tǒng)耕作方式在休閑期不能有效保蓄土壤水分，導(dǎo)致作物產(chǎn)量低而不穩(wěn)[4]。因此，必須采取有效的蓄水保墑措施，以改善馬鈴薯生長(zhǎng)期的土壤水分供應(yīng)，從而增加作物產(chǎn)量。

保護(hù)性耕作結(jié)合覆蓋土壤管理措施可保持土壤水分、調(diào)節(jié)耕層土壤水熱狀況、提高作物產(chǎn)量[5-6]。免耕和深松是保護(hù)性耕作的關(guān)鍵部分，可通過增加降雨入滲和減少土壤蒸發(fā)來保持更多的土壤水分，從而滿足作物生長(zhǎng)的需要[7-8]。農(nóng)田覆蓋具有改善土壤結(jié)構(gòu)、蓄水保墑、調(diào)節(jié)地溫、抑制雜草和提高產(chǎn)量等作用，已在旱地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用[9-10]。耕作結(jié)合覆蓋措施在改善土壤水熱環(huán)境方面的優(yōu)勢(shì)已被許多研究證明。劉爽等[11]研究結(jié)果表明，休閑期不同耕作方式對(duì)冬小麥播種前底墑?dòng)绊戯@著，與傳統(tǒng)耕作相比，免耕覆蓋和深松覆蓋均可顯著增加土壤水分，具有良好的保墑作用。武淑娜等[12]認(rèn)為，傳統(tǒng)耕作結(jié)合地膜覆蓋在作物前期增溫保墑、后期降溫抑蒸，有利于改善土壤水熱環(huán)境，符合大豆生長(zhǎng)發(fā)育對(duì)環(huán)境的需求。因此，將耕作方式與覆蓋措施相結(jié)合，對(duì)改善土壤水熱環(huán)境及促進(jìn)作物生長(zhǎng)有著積極的作用[10]。在研究旱作農(nóng)業(yè)區(qū)，耕作方式結(jié)合覆蓋措施對(duì)土壤環(huán)境與作物生長(zhǎng)影響的同時(shí)，還必須考慮二者的交互效應(yīng)，確定最有效的耕作覆蓋措施，以適應(yīng)旱作區(qū)作物生育期多變的氣候和環(huán)境條件[13]。

寧夏南部旱作區(qū)干旱頻發(fā)，尤其是春季干旱、水分不足和低溫等問題對(duì)馬鈴薯生長(zhǎng)和塊莖產(chǎn)量影響較大[14]。受到水溫脅迫時(shí)，植物體內(nèi)會(huì)形成清除活性氧系統(tǒng)，其中過氧化氫酶、過氧化物酶和丙二醛是重要的抗氧化酶，可清除植物體內(nèi)產(chǎn)生的活性氧[15-16]。馬鈴薯在苗期常受到春季干旱或低溫脅迫的影響，破壞了植物體內(nèi)活性氧的清除和生產(chǎn)平衡[17]，嚴(yán)重影響了馬鈴薯的出苗及生長(zhǎng)發(fā)育。目前，休閑期耕作覆蓋及其交互作用對(duì)旱作馬鈴薯苗期生理生態(tài)及塊莖產(chǎn)量影響的研究，特別是馬鈴薯塊莖產(chǎn)量形成與幼苗抗旱性之間關(guān)系的研究鮮見報(bào)道。研究耕作覆蓋措施下休閑期土壤水分保蓄、苗期土壤水溫調(diào)控和馬鈴薯生理生態(tài)特征，有助于解釋耕作覆蓋下馬鈴薯苗期抗旱性與增產(chǎn)的機(jī)理。本研究于2013—2015年在寧南旱區(qū)秋作收獲后，采用3種耕作方式(免耕、深松及翻耕)、結(jié)合3種覆蓋措施(地膜、秸稈及不覆蓋)，分析耕作覆蓋措施下休閑期和馬鈴薯苗期土壤水溫變化、抗旱成苗生理生態(tài)特征及對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量形成的影響，以減輕春旱對(duì)馬鈴薯適時(shí)播種的威脅，為實(shí)現(xiàn)抗旱節(jié)水、馬鈴薯增產(chǎn)增收提供理論借鑒。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2013年9月—2015年10月在寧夏回族自治區(qū)彭陽縣城陽鄉(xiāng)長(zhǎng)城塬旱作農(nóng)業(yè)試驗(yàn)站實(shí)施，研究區(qū)位于寧夏南部旱作區(qū)(106°48′E，35°51′N)，海拔1 800 m，多年平均降水量430.5 mm，60%降水發(fā)生在7—9月。年平均氣溫8.1℃，無霜期155 d，屬于典型的溫帶半干旱大陸性氣候。2013—2014年和2014—2015年降水總量分別為396.3、463.2 mm，其中休閑期(當(dāng)年10月—次年4月)降水量分別為112.9、131.5 mm，馬鈴薯生育期(4—9月)降水量分別為283.4、331.7 mm。根據(jù)當(dāng)?shù)囟嗄昶骄邓?430.5 mm)及春播作物生育期降水量(337.8 mm)可知，2013—2014年為枯水年，比多年平均降水量低16.1%；2014—2015年為平水年，與多年平均降水量持平。試驗(yàn)田為旱塬地，土壤質(zhì)地為黃綿土，0～200 cm層平均土壤容重為1.35 g/cm3，播種前0～40 cm層土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量比為7.5 g/kg，速效氮、磷、鉀質(zhì)量比分別為58.6、8.4、150.0 mg/kg，屬于低等肥力水平。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用雙因素裂區(qū)設(shè)計(jì)，設(shè)耕作方式和覆蓋措施兩個(gè)因子，主處理為耕作方式，分別為免耕(NT)、深松(ST)、翻耕(CT)3種耕作方式；副處理為覆蓋措施，分別為塑料地膜(PM)、玉米秸稈(SM)、不覆蓋(NM) 3種覆蓋措施，以不同耕作方式和不同覆蓋措施設(shè)置交叉處理，共9個(gè)處理，3次重復(fù)，27個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)面積36 m2(4 m×9 m)， 隨機(jī)區(qū)組排列。

2013年10月初，秋作收獲后清除殘茬及雜草進(jìn)行耕作處理，然后結(jié)合覆蓋措施。免耕處理：秋作收獲后進(jìn)行表土處理，結(jié)合覆蓋措施進(jìn)行休閑，次年4月底穴播馬鈴薯，依次重復(fù)2年。深松處理：秋作收獲后采用可調(diào)冀鏟式深松機(jī)，進(jìn)行間隔深松，耕作深度 30～35 cm，間隔40 cm，然后結(jié)合覆蓋措施進(jìn)行休閑，次年4月底穴播馬鈴薯，依次重復(fù)2年。翻耕處理：秋作收獲后采用鏵式犁拖拉機(jī)耕翻，耕作深度 15～20 cm，耕后耙、耱各1次，然后結(jié)合覆蓋措施進(jìn)行休閑，次年4月底穴播馬鈴薯，依次重復(fù)2年。

試驗(yàn)地前茬作物為春玉米，處理前一直采用傳統(tǒng)翻耕。馬鈴薯品種為隴薯3號(hào)，采用平作栽培方式，寬窄行種植，寬行60 cm，窄行40 cm，株距40 cm，全薯作種，穴播后覆土5 cm，種植密度5萬株/hm2。玉米秸稈覆蓋采用全生育期整稈覆蓋，覆蓋量9 000 kg/hm2，覆蓋厚度5～8 cm；地膜為聚乙烯薄膜(寬0.8 m、厚0.008 mm)。試驗(yàn)期間無灌溉，苗期和現(xiàn)蕾期中耕培土2次，施肥方式結(jié)合秋耕實(shí)行秋施肥，施腐熟農(nóng)家肥(牛糞)30 t/hm2，尿素150 kg/hm2，磷酸二銨150 kg/hm2，硫酸鉀150 kg/hm2，試驗(yàn)期間人工除草。馬鈴薯分別于2014年4月28日、2015年5月2日播種；于2014年10月3日、2015年9月23日收獲。

1.3 指標(biāo)測(cè)定

1.3.1土壤含水率

在2013年10月初試驗(yàn)處理前、2014年馬鈴薯播種、苗期、收獲期和2015年播種期、苗期，采用土鉆取土干燥法測(cè)定0～200 cm層土壤質(zhì)量含水率，每20 cm為一層，3次重復(fù)。每處理小區(qū)選擇中間行馬鈴薯植株附近10 cm區(qū)域進(jìn)行測(cè)定。

土壤蓄水量計(jì)算公式為

W=10hγa

(1)

式中W——土壤蓄水量，mm

h——土層深度，cm

γ——土壤容重，g/cm3

a——土壤質(zhì)量含水率，%

休閑期土壤蓄水效率計(jì)算公式為

WSE=ΔW/P×100%

(2)

式中WSE——休閑期土壤蓄水效率，%

ΔW——休閑期前、后0～200 cm層土壤增加的蓄水量，mm

P——休閑期降水量，mm

1.3.2土壤溫度

在馬鈴薯苗期，選擇晴天采用曲管溫度計(jì)測(cè)定08:00—20:00土壤5、10、15、20、25 cm溫度，每2 h記錄1次；連續(xù)3 d并取其平均值作為苗期地溫。

1.3.3馬鈴薯苗期生長(zhǎng)及生理指標(biāo)

在馬鈴薯苗期，統(tǒng)計(jì)各處理區(qū)最終出苗率(直至出苗完全為止，出苗率為出苗數(shù)與種薯數(shù)比值)。同時(shí)各處理區(qū)隨機(jī)選取5株，測(cè)定與作物生長(zhǎng)狀況密切相關(guān)的株高、地上部生物量等指標(biāo)：株高采用生理株高衡量，為地上莖基部到生長(zhǎng)點(diǎn)的距離；植株地上部生物量包括地上部莖、葉的總和，在105℃殺青30 min，80℃干燥至質(zhì)量恒定。

在馬鈴薯苗期，分別測(cè)定葉片過氧化氫酶(CAT)活性、過氧化物酶(POD)活性、丙二醛(MDA)含量。采用高錳酸鉀滴定法測(cè)定CAT活性，愈創(chuàng)木酚法測(cè)定葉片POD活性，硫代巴比妥酸(TBA)法測(cè)定葉片丙二醛(MDA)含量。CAT活性用U/(g·min)表示；POD活性測(cè)定，以每分鐘Unit變化0.1為一個(gè)活性單位，用U/(g·min)表示。

1.3.4馬鈴薯產(chǎn)量及構(gòu)成因素

馬鈴薯收獲時(shí)，分小區(qū)進(jìn)行測(cè)產(chǎn)，并根據(jù)馬鈴薯商品薯分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，分別記錄大(單薯質(zhì)量大于150 g)、中(單薯質(zhì)量75～150 g)、小薯(單薯質(zhì)量小于75 g)個(gè)數(shù)及質(zhì)量，折算產(chǎn)量，并計(jì)算商品薯率，計(jì)算公式為

S=Y/Ytotal×100%

(3)

式中S——商品薯率，%

Y——單薯75 g以上的產(chǎn)量，kg/hm2

Ytotal——馬鈴薯總產(chǎn)量，kg/hm2

同時(shí)各處理連續(xù)取植株10株，測(cè)定單株薯數(shù)、單薯質(zhì)量及單株產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用SPSS 18.0軟件進(jìn)行裂區(qū)設(shè)計(jì)的方差分析，最小顯著差異法(LSD)進(jìn)行多重比較，Excel 2003繪制圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同耕作覆蓋對(duì)休閑期土壤蓄水保墑作用的影響

如表1所示，在不同耕作方式下，兩年休閑末期各處理土壤蓄水量均隨降水量的增加而有不同程度的增加，與NM處理相比，PM、SM處理分別顯著增加平均土壤蓄水量5.1%和7.3%；同一覆蓋措施下，與CT處理相比，NT、ST處理能增加土壤蓄水量，但差異不顯著。在所有處理組合中，2013—2014年ST×PM處理下土壤蓄水量最高，NT×PM和CT×PM處理次之，分別較CT×NM處理顯著提高9.3%、7.6%和7.6%。2014—2015年ST×SM和NT×SM處理下土壤蓄水效果最佳，CT×SM處理次之，分別較CT×NM處理顯著提高11.2%、11.4%和9.0%。在2013—2014年試驗(yàn)處理前(2013年10月3日)，由于無耕作和覆蓋措施，各處理0～200 cm層基礎(chǔ)土壤蓄水量相同(450.4 mm)。2013—2014年休閑末期，耕作方式、耕作和覆蓋交互作用對(duì)土壤水分的影響不顯著，而同一耕作方式下不同覆蓋措施對(duì)土壤蓄水量影響極顯著，PM、SM處理土壤蓄水量較NM處理顯著增加7.8%和5.8%。2014—2015年，在休閑初期耕作與覆蓋交互作用顯著影響土壤蓄水量，覆蓋措施極顯著影響土壤蓄水量，而耕作方式影響不顯著；休閑末期，耕作方式、覆蓋措施及其二者交互作用均對(duì)土壤蓄水量影響顯著。

隨著降水量的增加，不同耕作覆蓋措施下土壤蓄水效率存在差異(表1)。2013—2014年各處理土壤蓄水效率與土壤蓄水量相似，耕作方式、耕作和覆蓋交互作用對(duì)土壤蓄水效率的影響均不顯著，而不同覆蓋措施對(duì)土壤蓄水效率影響極顯著，PM、SM處理土壤蓄水效率均較NM處理顯著增加。2014—2015年耕作方式、覆蓋措施及耕作和覆蓋交互作用對(duì)土壤蓄水效率的影響均與對(duì)休閑初期土壤蓄水量的影響一致。在同一覆蓋措施下ST、NT處理土壤蓄水效率顯著高于CT處理，而ST、NT處理間無顯著差異。在同一耕作方式下PM、SM處理土壤蓄水效率顯著高于NM處理，而PM、SM處理間無顯著差異。與NM處理相比，PM、SM處理平均土壤蓄水效率分別顯著增加75.4%和78.0%。在所有處理組合中，ST×PM處理兩年平均土壤蓄水效率最高(52.33%)，NT×SM處理(51.51%)和ST×SM處理(51.42%)次之，而CT×NM處理最低(27.66%)?？梢?，耕作方式結(jié)合覆蓋措施可更好接納冬春降水，蓄存于深層土壤，供春播作物生長(zhǎng)需要，以深松結(jié)合地膜覆蓋處理土壤蓄水保墑效果最佳。

表1 耕作覆蓋對(duì)休閑期0～200 cm土壤蓄水效應(yīng)的影響Tab.1 Effects of tillage with mulching practices on soil water storage at 0～200 cm layer during fallow period

2.2 不同耕作覆蓋對(duì)苗期土壤蓄水量和溫度的影響

耕作覆蓋措施可調(diào)控馬鈴薯苗期土壤水溫狀況。如圖1a、1b(圖中不同小寫字母表示同類處理間差異達(dá)到顯著水平(P<0.05)。*和** 分別表示F值達(dá)顯著(P<0.05)和極顯著(P<0.01)水平)所示，2015年馬鈴薯苗期各處理0～200 cm層土壤蓄水量均高于2014年，這是由于2015年作物苗期降雨量高于2014 年(2014年為27.4 mm，2015年為72.7 mm)。兩年同一耕作方式下不同覆蓋措施土壤蓄水量均存在極顯著差異，而同一覆蓋措施下不同耕作方式對(duì)土壤蓄水量影響顯著。無論何種耕作方式，PM、SM處理較NM處理平均土壤蓄水量分別顯著提高10.5%、9.2%。在同一覆蓋措施下，ST處理土壤蓄水量最高，其次為NT、CT處理，但處理間差異不顯著。在2年馬鈴薯苗期，耕作與覆蓋交互作用對(duì)苗期土壤蓄水量影響顯著，NT×SM處理在所有處理組合中土壤蓄水量最高(481.7 mm)，而CT×NM處理土壤蓄水量最低(425.8 mm)，NT×SM處理平均土壤蓄水量較CT×NM處理顯著提高13.1%。

2014年各耕作覆蓋處理表層(0～25 cm)土壤溫度均顯著高于2015年(圖1c、1d)，這與2014年馬鈴薯生育期氣溫均高于2015年有關(guān)。同一覆蓋措施下不同耕作方式對(duì)表層土壤溫度影響不顯著，而同一耕作方式下不同覆蓋措施對(duì)表層土壤溫度的影響顯著。不同覆蓋措施中，兩年平均表層土壤溫度以PM處理最高(25.0℃)，SM處理最低(19.7℃)。與NM處理(23.1℃)相比，PM處理表層土壤溫度顯著增加1.9℃，而SM處理使表層土壤溫度顯著降低3.4℃。不同耕作方式中，ST處理平均表層土壤溫度較高(23.0℃)，CT處理(22.6℃)和NT(22.3℃)次之。在所有的處理組合中，NT×PM處理獲得最高的平均表層土壤溫度(25.8℃)，而NT×SM處理(19.3℃)表層土壤溫度最低。與CT×NM處理相比，NT×PM處理平均表層土壤溫度顯著增加2.7℃，而NT×SM處理顯著降低3.8℃。

圖1 耕作覆蓋對(duì)馬鈴薯苗期土壤蓄水量和溫度的影響Fig.1 Effects of tillage with mulching practices on soil water and temperature

2.3 不同耕作覆蓋措施下馬鈴薯苗期的生理生態(tài)特征

過氧化氫酶(CAT)、過氧化物酶(POD)和丙二醛(MDA)是植物體內(nèi)清除活性氧的重要抗氧化酶。由表2可知，2014年不同耕作覆蓋處理下馬鈴薯苗期葉片CAT、POD活性以及MDA含量均高于2015年，這可能由于2014年馬鈴薯苗期降水量高于2015年。耕作方式、覆蓋措施以及二者交互作用對(duì)葉片抗氧化酶活性均有顯著影響。同一耕作方式下，與NM處理相比，PM、SM處理平均CAT活性2014年分別顯著下降7.0%和11.6%，2015年分別顯著下降16.5%和18.4%。兩年在同一覆蓋措施下，ST處理平均CAT活性顯著低于CT處理14.9%，而NT處理與CT處理間無顯著差異。在所有的處理組合中，ST×SM處理平均CAT活性最低，而CT×NM處理最高，ST×SM處理平均CAT活性較CT×NM處理顯著降低29.3%。2014年不同耕作方式下葉片POD活性由大到小依次為CT、ST、NT，不同覆蓋措施下葉片POD活性由大到小依次為NM、PM、SM；而2015年各處理POD活性由大到小表現(xiàn)為CT、NT、ST和NM、PM、SM。在所有的處理組合中，兩年P(guān)OD活性均以CT×NM處理平均值最大，ST×SM處理較CT×NM處理POD活性平均值顯著降低38.7%。耕作方式、覆蓋措施以及二者交互作用對(duì)MDA含量也有顯著影響。在不同耕作方式下，NM處理兩年平均MDA含量最大，其次是PM處理，SM處理最小，SM、PM處理較NM處理平均MDA含量分別顯著降低18.4%和8.6%。無論何種覆蓋措施，2014年MDA含量由大到小依次為CT、ST、NT，2015年為CT、NT、ST。ST×SM處理兩年平均MDA含量最低，而CT×NM處理最高，ST×SM處理平均MDA含量較CT×NM處理顯著降低25.0%。

表2 不同耕作覆蓋模式下馬鈴薯苗期生理生態(tài)特征Tab.2 Physiological ecology characteristics of tillage with mulching patterns at potato seedling period

提高馬鈴薯出苗率及促進(jìn)苗期生長(zhǎng)對(duì)其營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和塊莖產(chǎn)量的形成至關(guān)重要。在2015年馬鈴薯幼苗生長(zhǎng)期，各處理土壤水分和溫度條件較好，馬鈴薯出苗率均高于2014年(表2)。2014年，不同耕作方式對(duì)作物出苗率影響不顯著，而覆蓋措施、耕作與覆蓋交互作用對(duì)作物出苗率存在顯著差異。2015年，耕作方式、覆蓋措施及其二者交互作用對(duì)馬鈴薯出苗率有顯著影響。在兩年的研究中，在同一耕作方式下PM、SM處理平均馬鈴薯出苗率均顯著高于NM處理13.3%和13.2%。在所有的處理組合中，兩年馬鈴薯平均出苗率以ST×PM處理最高(92.2%)，NT×SM處理次之(91.2%)，而CT×NM處理最低(76.9%)，ST×PM、NT×SM處理較CT×NM處理平均馬鈴薯出苗率分別顯著提高19.9%和18.6%。耕作覆蓋措施可調(diào)節(jié)馬鈴薯苗期土壤水分和溫度微環(huán)境，從而顯著促進(jìn)馬鈴薯前期生長(zhǎng)發(fā)育。在兩年的研究中，覆蓋措施、耕作與覆蓋交互作用對(duì)馬鈴薯苗期株高和生物量(表2)均存在極顯著影響。2014年耕作方式可極顯著影響馬鈴薯苗期株高，而2015年不同耕作方式對(duì)馬鈴薯苗期株高的影響呈顯著水平。兩年在所有處理組合中，CT×NM處理下馬鈴薯平均株高最低，而ST×PM、NT×PM處理對(duì)作物生長(zhǎng)的促進(jìn)作用最佳。兩年耕作方式、覆蓋措施及其二者交互作用對(duì)馬鈴薯苗期生物量的影響均呈極顯著水平。同一耕作方式下不同覆蓋措施馬鈴薯苗期平均生物量由大到小依次為SM、PM、NM，PM、SM處理較NM處理平均馬鈴薯生物量分別顯著提高41.8%和49.0%；同一覆蓋措施下不同耕作方式平均馬鈴薯生物量NT處理和ST處理相近，較CT處理分別顯著提高19.8%和20.1%。在

所有的處理組合中，平均馬鈴薯生物量以ST×PM處理最高，CT×NM處理最低，這是由于ST×PM處理的馬鈴薯出苗率最高，對(duì)作物苗期干物質(zhì)累積起促進(jìn)作用。然而，CT×NM處理馬鈴薯出苗率較低，在苗期表現(xiàn)出較低的生物量。

2.4 不同耕作覆蓋對(duì)旱作馬鈴薯產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表3可知，耕作方式、覆蓋措施及其二者交互作用均可顯著改善旱作馬鈴薯的產(chǎn)量構(gòu)成(單株結(jié)薯數(shù)、單薯質(zhì)量和單株產(chǎn)量)，顯著提高馬鈴薯產(chǎn)量。無論何種覆蓋措施，2014年不同耕作方式對(duì)馬鈴薯單株結(jié)薯數(shù)、單薯質(zhì)量和單株產(chǎn)量的影響顯著，而2015年同一覆蓋措施下不同耕作方式對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量構(gòu)成影響極顯著。不同耕作方式下平均單株結(jié)薯數(shù)由大到小依次為NT、ST、CT，不同覆蓋措施下平均單薯質(zhì)量、單株產(chǎn)量由高到低依次為ST、NT、CT；不同覆蓋措施下平均單株結(jié)薯數(shù)SM處理最大，PM處理和NM處理相近，平均單薯質(zhì)量、單株產(chǎn)量由高到低依次為SM、PM、NM。在所有處理中，平均單株結(jié)薯數(shù)以NT×SM處理最高，而單薯質(zhì)量和單株產(chǎn)量均以ST×SM處理最高。NT×SM處理較CT×NM處理平均單株結(jié)薯數(shù)顯著增加26.5%，ST×SM處理較CT×NM處理平均單薯質(zhì)量和單株產(chǎn)量分別顯著增加43.4%和42.1%。

表3 不同耕作覆蓋措施下旱作馬鈴薯產(chǎn)量及其構(gòu)成因素Tab.3 Yield and yield components of potato under different tillage with mulching practices

兩年研究期間，耕作方式、覆蓋措施及其交互作用對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量和商品薯率的影響均存在極顯著差異。2014年馬鈴薯塊莖產(chǎn)量和商品薯率均高于2015年(表3)，這可能與不同試驗(yàn)?zāi)攴蓠R鈴薯生育期降水分布有關(guān)。2014年，同一覆蓋措施下不同耕作方式對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量的影響不顯著。但在同一耕作方式下覆蓋措施對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量的影響極顯著。在所有處理組合中，NT×SM處理的馬鈴薯產(chǎn)量最高，ST×SM處理次之，分別較CT×NM處理顯著提高51.8%和43.3%。2015年，耕作方式、覆蓋措施及其二者交互作用對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量的影響均呈極顯著水平。在所有的處理組合中，ST×SM處理馬鈴薯產(chǎn)量最高，ST×PM處理次之，分別較CT×NM處理顯著提高36.7%和20.8%。兩年商品薯率與馬鈴薯產(chǎn)量變化一致，在2年試驗(yàn)期間，無論是耕作方式、覆蓋措施及其交互作用對(duì)馬鈴薯商品薯率均有極顯著影響。ST×SM處理的平均商品薯率最高(89.6%)，而CT×NM處理最低(78.0%)。綜上分析發(fā)現(xiàn)，ST×SM處理對(duì)提高馬鈴薯產(chǎn)量和商品薯率表現(xiàn)最佳，分別較CT×NM處理顯著提高40.0%和14.9%。

3 討論

3.1 耕作覆蓋下休閑期土壤的蓄水保墑效應(yīng)

西北旱作農(nóng)田休閑期實(shí)施保護(hù)性耕作可吸納和保蓄更多的降水以促進(jìn)作物生育期生長(zhǎng)，而土壤水分的蓄保效果與耕作方式和覆蓋措施顯著相關(guān)[18-19]。李俊紅等[20]研究表明，夏秋雙深松覆蓋能夠增加土壤水分入滲，增加土壤蓄水保墑能力。劉繼龍等[21]試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，免耕結(jié)合秸稈覆蓋對(duì)增強(qiáng)土壤水分特性效果更為顯著，土壤水分有效性隨覆蓋量的增加而增強(qiáng)。李娟等[22]認(rèn)為，免耕/深松和連續(xù)免耕處理在冬閑期均能不同程度提高土壤的蓄水保墑能力，但免耕/深松處理在生育期蓄保水分效果更為明顯。本研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)歷冬、春季休閑期，耕作方式、覆蓋措施以及二者交互作用對(duì)土壤蓄水量及蓄水效率均有顯著影響，其中ST×SM處理組合的土壤蓄水量和蓄水效率最高，這是由于深松能打破犁底層，使降雨下滲較深，其蓄水效果增強(qiáng)，同時(shí)秸稈本身也可吸收大量的水分，能增加雨水入滲，減少地表蒸發(fā)，起到蓄水保墑的作用[4, 23]。

3.2 耕作覆蓋對(duì)苗期土壤水分和溫度的影響

常曉等[24]研究表明，在播后30 d持續(xù)干旱，與傳統(tǒng)深翻處理相比，耕作結(jié)合秸稈覆蓋措施調(diào)節(jié)土壤蓄水能力更為顯著，0～60 cm層土壤蓄水量顯著增加19.7%。劉爽等[11]發(fā)現(xiàn)，不同耕作措施對(duì)春玉米苗期表層土壤含水率影響顯著，與傳統(tǒng)耕作相比，免耕結(jié)合秸稈覆蓋措施能顯著提高表層土壤水分含量，這可為作物苗期生長(zhǎng)提供較好的水分條件。在本研究中，同一耕作方式下，不同覆蓋措施兩年馬鈴薯苗期0～200 m層土壤蓄水量存在顯著差異，而同一覆蓋處理下不同耕作方式對(duì)土壤蓄水量的影響不顯著，MUPANGWA等[25]研究也得出類似結(jié)論，盡管在作物種植前耕作能收集更多的雨水，但不同耕作方式對(duì)土壤水分無顯著影響。然而，覆蓋措施顯著改善土壤的水分狀況，耕作與覆蓋交互作用對(duì)兩年作物苗期土壤蓄水量有顯著影響，這與本研究結(jié)果一致，分析其原因是由于耕作處理后疏松土壤使總孔隙度增加，結(jié)合不同覆蓋措施能進(jìn)一步減少土壤蒸發(fā)，增加雨水入滲，使土壤水分含量增加[5, 26-27]。

作物生長(zhǎng)前期適宜的土壤溫度可加快作物種子萌發(fā)和產(chǎn)量的形成[28]。馬鈴薯適宜萌發(fā)的土壤溫度為12～16℃，快速萌發(fā)溫度為18～25℃，而較低的土壤溫度和水分含量可延長(zhǎng)作物出苗時(shí)間[29]。本研究中，各處理的土壤溫度均在馬鈴薯快速出苗溫度的范圍內(nèi)。因此，表層土壤溫度并不是限制馬鈴薯苗期生長(zhǎng)的主要因子。覆蓋措施、耕作與覆蓋交互作用對(duì)土壤溫度的影響顯著，同一耕作方式下地膜覆蓋處理可為馬鈴薯出苗提供良好的土壤溫度條件，這是由于作物苗期植株較小，地膜覆蓋能接收更多的太陽輻射，使表層溫度升高[30]，但秸稈覆蓋通常使表層土壤降溫，可延遲作物幼苗的出苗時(shí)間[31]。然而，在盛夏高溫季節(jié)，熱脅迫可能會(huì)成為限制馬鈴薯后期生殖生長(zhǎng)的主要因素，耕作結(jié)合秸稈覆蓋或移去地膜覆蓋能降低表層土壤溫度[13,32]，從而利于馬鈴薯塊莖產(chǎn)量的形成。

3.3 耕作覆蓋對(duì)苗期生理生態(tài)的影響

王穎慧等[33]研究證明，不同覆膜方式較不覆蓋使葉片丙二醛含量處于較低水平，維持植株正常的生長(zhǎng)代謝，其中以壟作覆膜和雙壟全膜覆蓋兩種覆膜方式的效果最好。張保軍等[34]研究發(fā)現(xiàn)，保墑灌溉有利于小麥旗葉MDA含量積累速度延緩、抗氧化酶活性增強(qiáng)，提高細(xì)胞膜的抗損害能力，從而維持較好的光合功能，其中以免耕留茬和深松覆蓋處理效果最佳。本研究結(jié)果表明，在2年試驗(yàn)期內(nèi)，耕作方式、覆蓋措施以及二者交互作用對(duì)葉片抗氧化酶活性有顯著影響。在同一耕作方式下，地膜和秸稈覆蓋較不覆蓋處理均能顯著降低馬鈴薯葉片中抗氧化酶活性，這是因?yàn)楦骱透采w改善了土壤水分和溫度狀況[10, 12]，降低了對(duì)植株的干旱脅迫程度，從而減少對(duì)膜系統(tǒng)的破壞，使馬鈴薯生長(zhǎng)正常[15-16]。

保護(hù)性耕作措施可增加作物出苗率，而常規(guī)耕作通常出苗率較低[35]。ODJUGO[36]研究表明，在耕作覆蓋措施下，土壤水分含量越高，作物出苗率越高，適宜的土壤溫度也有利于作物苗期生長(zhǎng)。袁彥云[37]研究表明，地膜覆蓋、深松覆蓋、免耕留茬，與傳統(tǒng)耕作相比能提高出苗率，有效增加株高和葉面積，以地膜覆蓋處理和深松覆蓋處理最佳。趙天武等[38]研究發(fā)現(xiàn)，免耕秸稈覆蓋種植馬鈴薯可提高出苗率。本研究結(jié)果表明，耕作結(jié)合覆蓋可顯著影響作物苗期出苗率、株高和生物量。傳統(tǒng)耕作不覆蓋處理下馬鈴薯出苗率較低，致使苗期株高和生物量最低，而深松結(jié)合地膜覆蓋處理下馬鈴薯出苗率最高，對(duì)作物前期生長(zhǎng)的促進(jìn)作用效果最好。這是因?yàn)閮赡暄芯科陂g耕作覆蓋措施下土壤水分和溫度條件較好，有利于馬鈴薯的出苗及生長(zhǎng)，加速了馬鈴薯前期生育期進(jìn)程[39]，而傳統(tǒng)耕作不覆蓋處理下植株則遭受嚴(yán)重的水分和溫度脅迫，限制了馬鈴薯的正常生長(zhǎng)發(fā)育[32]。

3.4 耕作覆蓋對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量的影響

旱作農(nóng)田采取少耕、免耕、深松以及配合覆蓋措施是提高降水利用效率、增加馬鈴薯產(chǎn)量的有效手段[4,40]。王穎慧等[33]研究報(bào)道，不同覆膜方式有利于提高旱作馬鈴薯的產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成(單株結(jié)薯數(shù)、單薯質(zhì)量和單株產(chǎn)量)，鄺偉生等[39]也發(fā)現(xiàn)，少耕覆蓋稻草處理的馬鈴薯產(chǎn)量和單株產(chǎn)量最高，而商品薯率以免耕覆蓋稻草處理最高。筆者前兩年的研究[4, 40]也證明，免耕、深松結(jié)合秸稈覆蓋能顯著提高馬鈴薯產(chǎn)量和商品薯率。在本研究中，耕作與覆蓋交互作用對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量構(gòu)成及商品薯率有顯著影響。這可能由于耕作覆蓋措施可改善馬鈴薯苗期土壤水溫環(huán)境條件，這對(duì)作物后期生殖生長(zhǎng)及產(chǎn)量的形成產(chǎn)生了積極影響[28]。本研究還發(fā)現(xiàn)，在同一耕作方式下，秸稈覆蓋處理的馬鈴薯產(chǎn)量最高，地膜覆蓋處理次之。究其原因主要有兩方面：①在氣溫較低的冬春閑期和苗期地膜覆蓋能有效改善土壤的水溫效應(yīng)[31]。②在馬鈴薯苗期，耕作結(jié)合秸稈覆蓋土壤蓄水量較多，秸稈覆蓋下較好的水分條件在一定程度上彌補(bǔ)了低溫對(duì)馬鈴薯生長(zhǎng)的影響[14]，從而促進(jìn)馬鈴薯塊莖產(chǎn)量的形成和提高。本研究中，干旱是限制馬鈴薯產(chǎn)量形成的主要因素，而土壤溫度對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量并沒有顯著影響。深松結(jié)合秸稈覆蓋(ST×SM處理)是更有利于馬鈴薯抗旱保苗、增加作物產(chǎn)量的農(nóng)業(yè)措施。然而，旱作馬鈴薯苗期低溫、干旱，生長(zhǎng)后期高溫不利于馬鈴薯的生殖生長(zhǎng)，因此在考慮氣候和環(huán)境可行性的同時(shí)，也要考慮在保護(hù)性耕作條件下用秸稈覆膜代替地膜覆蓋或適時(shí)揭膜等措施以獲得有利于馬鈴薯產(chǎn)量形成的水溫條件，這還有待進(jìn)一步深入研究。

4 結(jié)束語

休閑期耕作覆蓋可顯著影響土壤的蓄水保墑效應(yīng)，其中以ST×SM處理組合的土壤蓄水量和蓄水效率最高。同一耕作方式下，地膜覆蓋和秸稈覆蓋處理可顯著改善馬鈴薯苗期土壤水分和溫度，有利于馬鈴薯苗期的生長(zhǎng)。耕作方式、覆蓋措施以及二者交互作用對(duì)葉片抗氧化酶活性均有顯著影響，ST×SM處理能使馬鈴薯苗期葉片過氧化氫酶活性、過氧化物酶活性、丙二醛含量處于較低水平。耕作與覆蓋交互作用對(duì)馬鈴薯幼苗生長(zhǎng)和塊莖產(chǎn)量形成均有顯著影響。與不覆蓋處理相比，地膜和秸稈覆蓋可顯著提高馬鈴薯出苗率、株高及其生物量，有利于促進(jìn)塊莖產(chǎn)量的形成。在所有處理組合中，ST×SM處理下馬鈴薯塊莖產(chǎn)量和商品薯率最高，較傳統(tǒng)耕作不覆蓋處理分別顯著提高40.0%和14.9%。可見，深松結(jié)合秸稈覆蓋措施可顯著改善馬鈴薯苗期土壤水溫環(huán)境，有利于馬鈴薯出苗、生長(zhǎng)及其塊莖產(chǎn)量的形成，可在寧夏南部旱作區(qū)應(yīng)用推廣。