深松覆盖模式对宁南地区雨养马铃薯水分利用效率的影响*

韩 固，苗芳芳，王 楠，侯贤清

深松覆盖模式对宁南地区雨养马铃薯水分利用效率的影响*

韩 固，苗芳芳，王 楠，侯贤清**

（宁夏大学农学院，银川 750021）

针对宁南旱区年际降水变率大、马铃薯产量和降水利用率低等问题，连续3a秋作物收获后分别采用深松覆盖秸秆、深松覆盖地膜、深松不覆盖3种深松覆盖模式，以传统翻耕不覆盖为对照，研究不同深松覆盖模式对休闲期和生育期土壤水分、马铃薯干物质累积、产量和水分利用效率的影响。结果表明，深松覆盖模式可改善休闲期土壤水分状况，以深松覆秸秆处理效果最佳，0−200cm层平均土壤含水量较对照显著增加6.41%。与对照相比，深松覆秸秆和深松覆地膜处理下休闲期0−200cm层平均土壤蓄水量和降水补给率分别显著提高49.85%、121.85%和46.82%、83.73%。深松覆盖模式可改善马铃薯生育期0−200cm层土壤含水量，调控不同生育阶段耗水量。深松覆秸秆处理对生育前期（播种后0～60d）60−100cm层土壤保水效果显著，而对照处理该阶段耗水量最高，深松覆地膜处理次之，而深松覆秸秆处理最低；深松覆秸秆处理对生育中期（播种后60～120d）0−60cm（2016年）和140−200cm（2015年）层土壤保水效果较好，而深松覆地膜处理生育中期耗水量最高，深松覆秸秆处理次之，对照处理最低；深松覆秸秆处理对生育后期（播种后120～150d）0−40cm层土壤蓄水效果最佳，其阶段耗水量也最高，深松覆地膜处理次之，对照处理最低。深松覆盖模式下马铃薯地上部和地下部干物质累积量均显著高于对照，生育前期以深松覆地膜处理效果较好，而生育中后期以深松覆秸秆处理具有显著促进作用。深松覆盖模式能显著提高马铃薯产量和水分利用效率，以深松覆秸秆处理最高，平均分别较对照显著提高49.33%、43.80%。可见，休闲期深松覆盖可改善休闲期土壤水分状况，有利于提高生育期土壤水分含量，调控马铃薯阶段耗水量，从而增加马铃薯干物质累积，实现作物的高产和水分高效利用，以深松覆盖秸秆处理效果最佳。

深松覆盖；土壤水分；干物质累积；马铃薯产量；水分利用效率

宁夏南部属于半干旱雨养区，降水少且分布不均，土壤蓄水能力较差，导致降水利用率低，难以被作物吸收，土壤水分不足是影响作物产量形成的重要因素。该区农户种植马铃薯多采用传统翻耕方式，破坏耕层土壤结构，同时地表裸露加速土壤水分的蒸发，进而影响作物生长及产量的形成[1]。合理的耕作覆盖措施有利于创造良好的耕层结构，减少水分无效蒸发，使土壤蓄水性能增强，从而使作物产量提高[2−3]。以深松为代表的保护性耕作措施可通过增加地表覆盖来增强土壤蓄水保墒性能，从而降低水分蒸发与散失，同时通过调控土壤水分对作物生长的协同作用，对进一步挖掘宁南旱作区马铃薯的产量潜力至关重要。

深松可疏松土壤而不扰乱土层，改善旱地土壤的渗透性，降低土壤无效水分蒸发，提高蓄水保墒性能，从而提高马铃薯产量及水分利用效率[4−5]。深旋松耕作可促进马铃薯花期和块茎膨大期耗水，使马铃薯干物质量、块茎产量和水分利用效率明显升高[6]。地面覆盖可有效改善土壤环境，促进作物生长和产量的提高。黑色地膜与不覆膜相比能抑蒸保墒，协调马铃薯耗水量与土壤水分之间的分配，从而增加马铃薯产量和水分利用效率[7−8]。秸秆覆盖可显著改善马铃薯生育中后期土壤水分状况，增加土壤水分入渗能力，促进作物根系对土壤水分的吸收利用，从而提高水分利用效率[4]。与传统耕作相比，秸秆覆盖方式下马铃薯关键生长期土壤水分条件较好，有利于马铃薯块茎产量的形成[9]。然而单一的深松耕作或覆盖措施下土壤蓄水能力和作物增产效果不佳。大量研究表明，深松结合覆盖有利于改善土壤水分，促进作物生长，同时降水生产效率、水分利用效率及产量均有显著提高[10−11]。宁南半干旱区马铃薯生长完全依赖自然降水，由于该地区降水不均导致作物产量波动较大。目前有关深松结合覆盖对宁南地区土壤水分时空变化特征、雨养马铃薯产量及水分利用效率的影响研究较少。因此，本研究在秋作物收获后对土壤进行深松结合不同覆盖措施，分析其对土壤水分利用、马铃薯产量形成的影响，旨在探究实现旱作马铃薯高产、高效的休闲期蓄水保墒技术途径，为旱区马铃薯高产提供理论依据和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 概况

试验于2013−2016年在宁夏回族自治区彭阳县城阳乡长城塬旱作农业试验站进行。研究区位于宁夏南部山区（106°32′−106°58′E，35°41′-36°17′N），海拔1800m，年蒸发量1050mm，年均降水量431mm，60%的降水发生在7−9月，年平均气温8.1℃，无霜期155d，昼夜温差大，属典型温带半干旱大陆性季风气候。2013−2016年降水总量分别为396.3mm、463.2mm和369.0mm，冬闲期（10月−翌年4月）降水量分别为112.9mm、131.5mm和120.6mm。试验前2013年10月初0−200cm层土壤蓄水量为450.4mm，试验田为旱塬地，土壤质地为黄绵土，播前0−40cm层土壤有机质含量7.5g×kg−1，土壤速效氮、有效磷和速效钾含量分别为58.6、8.4和150.0mg×kg−1，属低等肥力水平。

1.2 试验设计

试验设置3种深松覆盖模式，即深松覆盖玉米秸秆（SJ）、深松覆盖普通白色地膜（SD）和深松不覆盖（SB），以传统翻耕不覆盖为对照（CK），共4个处理；采用随机区组设计，3次重复，共12个小区，小区面积4m×9m=36m2。

耕作覆盖处理如下：（1）深松处理：分别在2013、2014和2015年10月秋作物收获后，采用冀铲式深松机，进行间隔深松，耕作深度为30−35cm，间隔宽度为40cm，然后结合不同覆盖措施进入冬闲期，翌年4月末−5月初穴播马铃薯；（2）翻耕处理：分别在2013、2014和2015年10月秋作物收获后，采用1L-220型专用铧式犁拖拉机耕翻土壤，耕作深度15−20cm，耕后耙耱各1次，翌年4月末−5月初穴播马铃薯。（3）秸秆覆盖处理：耕作处理后进行秸秆覆盖，覆盖厚度5−8mm，玉米秸秆用量9000kg·hm−2，覆盖方式为整秆覆盖。（4）地膜覆盖处理：经过耕作处理后进行地膜覆盖，普通地膜为0.8m宽、0.008mm厚聚乙烯白色地膜，覆盖方式为平膜覆盖。

试验前茬作物为春玉米，采用传统翻耕不覆盖模式。马铃薯供试品种为陇薯3号，采用平作栽培方式，宽窄行种植，宽行60cm，窄行40cm，株距40cm，种植密度5万株·hm−2，穴播后盖土；施肥方式结合秋耕实行秋施肥，施农家肥（牛粪）30t·hm−2，氮（N）69kg·hm−2，磷（P2O5）69kg·hm−2，钾（K2O）75kg·hm−2。试验期间无灌水，进行人工除草。马铃薯分别于2014年4月28日、2015年5月2日、2016年5月4日播种，于2014年10月3日、2015年9月23日、2016年10月2日收获。

1.3 测定项目及方法

（1）土壤质量含水量观测

在冬春休闲期（10月3日−翌年4月28日）及马铃薯播后0、30、60、90、120和150d，采用土钻取土烘干法分别测定0−200cm层土壤质量含水量（%），每20cm土层取样，并计算0−200cm层土壤蓄水量[4]。

（2）0−200cm层土壤蓄水量计算

W=10hab （1）

式中，W为土壤蓄水量（mm），h为土层深度（cm），a为土壤容重（g×cm−3），b为土壤质量含水量（%），10为换算系数。

（3）马铃薯各生育阶段耗水量计算

ETi=Wi−Wi+1+Pi（2）

式中，ETi为第i生育阶段的耗水量（mm），Wi为某生育期初始时的土壤蓄水量（mm），Wi+1为该生育期结束时的土壤蓄水量（mm），Pi为生育阶段降水量（mm），土壤蓄水量及不同时段耗水量均以2m层土壤质量含水量计算。

（4）休闲期降水补给率计算

Q=(P0−P1)/Pi（3）

式中，Q为休闲期降水补给率（%），P0为休闲末期土壤蓄水量（mm），P1为休闲初期土壤蓄水量（mm），Pi为休闲期降水量（mm）。

（5）水分利用效率计算

WUE=Y/ET （4）

式中，WUE为水分利用效率[kg×（hm−2·mm−1）]，Y为作物产量（kg×hm−2），ET为作物耗水量（mm）。

（6）马铃薯干物质累积量

分别在播后30、60、90、120和150d取长势均匀的3株马铃薯，将地上部（茎、叶）和地下部（根、块茎）干物质重杀青后烘干称重[7]。

（7）马铃薯产量

马铃薯收获期分小区进行测产。

1.4 统计方法

利用Excel 2016进行数据处理，运用DPS 2005进行单因素随机区组统计分析，最小显著差异法（LSD）进行显著性检验（P<0.05），采用Origin 2017 Pro制图，Sufer 15.0绘制插值图。

2 结果与分析

2.1 深松覆盖对休闲期土壤水分和降水补给率的影响

2.1.1 土壤含水量

由图1可见，休闲期初，2013年10月由于试验处理前无耕作覆盖，各处理0−200cm层土壤含水量均相同。3a休闲期末各处理0−200cm层土壤含水量垂直变化受不同耕作覆盖措施的影响较大，不同耕作覆盖方式可显著提高土壤的蓄水保墒能力，与深松不覆盖（SB）和传统耕作（CK）处理相比，SJ处理0−200cm层平均土壤含水量分别显著提高5.31%和6.41%。3a试验期间，传统耕作与深松覆盖各处理均以40cm深处土壤含水量最大。从40cm深处土壤含水量数值上看，不同试验年度各处理间略有差别，其中除2014年深松覆盖玉米秸秆（SJ）和深松覆盖普通白色地膜（SD）略低于CK外，2015年SJ和SD处理最大，2016年SJ处理最大，SD和SB处理次之。与CK处理相比，SJ处理平均显著提高土壤含水量6.88%，与SB相比，SJ、SD处理分别平均显著提高土壤含水量10.18%和5.87%。说明深松覆盖有利于提高休闲期末土壤含水量，以深松覆秸秆处理效果最佳，深松覆地膜处理次之。

2013/2014年度，休闲期初和期末各处理0−60cm层土壤含水量均较高，各处理休闲期末0−60cm层平均土壤含水量均较休闲期初降低，但差异均不显著；休闲期末SD处理60−120cm层土壤含水量最高，SJ、SB处理次之，平均分别较CK显著提高15.25%、8.37%和5.05%，SD处理较SB处理平均显著提高9.71%，而其它处理间无显著差异。2014/2015年度，休闲期初SJ处理60−140cm层土壤含水量最高，较CK平均显著提高10.99%，SD、SB处理次之，其它处理间无显著差异；休闲期末SJ处理40−160cm层土壤含水量最高，SD、SB处理次之，但各处理间差异不显著。2015/2016年度，休闲期初SJ处理0−200cm层平均土壤含水量显著高于CK处理11.85%，显著高于SB处理16.77%；休闲期末SJ处理0−100cm层土壤含水量最高，SD、SB处理次之，平均分别较CK显著提高24.00%、12.56%和8.67%，而SJ处理较SB处理显著提高13.46%。3a休闲期0−200cm层平均土壤含水量以SJ处理最高，SD处理次之，SB、CK处理较低。深松覆盖处理下0−200cm层土壤含水量较高，SB处理次之，CK处理最低，SJ处理分别较CK、SB处理显著提高6.41%和5.31%，而SB处理与CK无显著差异。可见，深松覆秸秆处理休闲期土壤含水量较高，深松覆地膜处理次之。

注：误差线表示P=0.05水平上的最小显著性差异（LSD），SD：深松覆地膜；SB：深松不覆盖；SJ：深松覆秸秆；CK：翻耕不覆盖。下同。

Note: The error bars represent the least significant differences (LSD) at P= 0.05.SD: subsoiling with plastic film mulch; SB: subsoiling with no mulch; SJ: subsoiling with straw mulching; CK: conventional tillage with no mulching. The same as below.

2.1.2 土壤蓄水量和降水补给率

由表1可知，3a试验期间，深松结合不同覆盖措施下休闲期0−200cm层土壤蓄水量较对照（翻耕不覆盖）均显著增加，且休闲期初深松覆地膜处理土壤蓄水效果较好，而休闲期末深松覆秸秆处理土壤蓄水效果最佳。与CK处理相比，休闲期平均土壤蓄水量SJ、SD处理分别相对显著增加49.85%和46.82%。2013/2014年度休闲期初，各处理0−200cm层土壤蓄水量相同（450.4mm）；休闲期末，SD处理土壤蓄水量最高，SJ处理次之，分别较CK相对显著提高9.27%和5.92%，SD较SB处理相对显著提高8.09%。2014/2015年度休闲期初，SJ处理土壤蓄水量最高，较CK相对显著提高5.96%；休闲期末，SJ处理土壤蓄水量最高，SD处理次之，SJ处理分别较CK、SB处理相对显著提高11.37%和8.49%，而其它处理间无显著差异。2015/2016年度，休闲期初以SD处理土壤蓄水量最高，SJ处理次之，分别较CK处理相对显著提高15.48%和6.78%，SD处理较SB处理相对显著提高13.32%；休闲期末，SJ处理土壤蓄水量最高，SD处理次之，分别较CK相对显著提高29.61%和24.44%，较SB处理分别相对显著提高31.09%和25.87%，SB处理与CK处理无显著差异。说明深松覆盖处理能显著提高休闲期土壤蓄水量，以深松覆秸秆处理效果最佳，深松覆地膜处理次之。

由表1可知，试验期间，深松结合秸秆覆盖下平均休闲期降水补给率最高，深松覆地膜处理次之，深松不覆盖处理最低。与CK相比，SJ、SD处理休闲期两年平均降水补给率分别相对显著提高121.85%和83.73%，较SB处理平均分别相对显著提高134.50%和94.21%，SB与CK处理之间差异不显著。2013/2014年度各处理降水补给率以SD处理最高，SJ处理次之，SB、CK处理最低，分别较CK处理相对显著提高171.16%、109.32%和20.18%，SD、SJ处理分别较SB处理相对显著提高125.64%和74.18%。2014/2015年度和2015/2016年度两年降水补给率均以SJ处理最高，SD处理次之，SB处理最低，与CK相比，SJ、SD处理平均分别相对显著提高125.46%和58.55%，与SB处理相比，SJ、SD处理平均分别相对显著提高158.43%和81.74%，而SB处理较CK处理相对显著降低12.76%。由此可见，深松覆秸秆处理可显著提高休闲期降水补给率，深松覆地膜处理次之。

表1 各处理休闲期初（SP）和期末（EP）0−200cm土层蓄水量和降水补给率（PR）

注：同列小写字母表示处理间在0.05水平上的差异显著性。下同。

Note: Lowercase within the same column indicates the difference significance among treatments at 0.05 level. The same as below.

2.2 深松覆盖对马铃薯生长季土壤水分和阶段耗水量的影响

2.2.1 土壤水分

克里格插值图可通过等值线的疏密程度来反映不同处理下土壤水分时空变化的剧烈程度。由图2可见，马铃薯全生育期不同处理土壤含水量均呈高−低−高的变化趋势，随着土层的加深，土壤含水量逐渐降低。2014年马铃薯生育前期（播种后0～60d）和后期（播种后120～150d）各处理0−200cm层土壤含水量较高，等值线较密，土壤含水量时空变化剧烈。0−80cm层土壤含水量各处理均较高，SJ处理分别较CK、SB处理平均显著增加12.66%和11.54%，而其它处理间差异不显著；生育中期（播种后60−120d）由于降水较少，土壤含水量较低，等值线相对稀疏，但120−200cm层土壤含水量较高；生育后期（播种后120～150d）0−120cm层土壤含水量较高，等值线较密，但生育中后期各处理间差异均不显著。说明深松覆秸秆处理对马铃薯生育前期和中期120−200cm层土壤保水效果最佳，而对生育后期0−120cm层保水效果较好。

2015年生育前期（播种后0～60d），等值线分布较稀疏，土壤水分变化缓慢，各处理0−200cm层土壤含水量均随土层的加深而降低，20−100cm层土壤含水量最高，SJ、SD处理平均分别较CK显著增加19.23%、18.61%，较SB处理显著增加10.66%和10.08%；生育中期（播种后60～120d）各处理140−200cm层土壤含水量最高且等值线分布较密，SJ、SD、SB处理平均分别较CK显著增加16.83%、7.53%、6.00%，SJ较SB处理显著增加8.65%；生育后期（播种后120～150d）各处理土壤水分等值线均在0−60cm层分布较密，80−200cm层疏松，土壤含水量在0−60cm层最高，SJ处理平均较CK、SB处理分别显著增加15.68%和21.47%，而SD、SB处理与CK差异均不显著。可见，在马铃薯生育前期和后期深松覆秸秆处理对20−60cm层土壤保水效果最佳，而在生育中期对140−200cm层保水效果较好。

2016年各处理0−200cm层土壤含水量明显增加，并随土层的加深而逐渐降低。整个生育期内SJ、SD处理等值线分布紧密，土壤水分空间变化剧烈，SB、CK处理分布稀疏，整体土壤含水量较低。生育前期（播种后0～60d），SJ处理对提高0−200cm层土壤含水量效果最佳，较CK、SB处理分别显著增加23.20%和17.68%，而SD、SB处理均与CK差异不显著；生育中期（播种后60～120d），各处理0−60cm层土壤含水量最高，SJ、SD处理平均分别较CK显著增加26.52%、14.69%，平均分别较SB处理显著提高30.50%、18.29%，SB处理与CK差异不显著；生育后期（播种后120～150d），各层土壤水分无明显变化，各处理间差异不显著。说明深松覆秸秆处理对马铃薯生育前期和中期0−60cm层保水效果最好，而生育后期各处理间无明显变化。

2.2.2 阶段耗水量

由表2可知，深松覆盖可降低土壤蒸发量，以调控马铃薯生育期田间阶段耗水量，但各处理不同阶段耗水量存在差异。生育前期（播种后0～60d），传统耕作由于地表无覆盖，水分蒸发强烈，耗水量显著高于各深松覆盖处理。2014年和2015年均以SD处理耗水量最高，CK处理次之，2016年以CK处理最高，SB、SJ处理次之，生育前期耗水量3a平均高低次序依次为CK>SD>SB>SJ，SJ处理较CK显著降低24.21%；生育中期（播种后60～120d），以2014年和2016年SD处理耗水量最高，2015年以SJ处理最高，SB和SD处理次之，与CK相比，SD、SJ、SB处理平均分别显著提高10.36%、8.99%和8.32%，而SD与SB处理差异不显著；生育后期（播种后120～150d），3a内均以SJ处理最高，2014和2016年以SD处理次之，而2015年CK处理次之，与CK相比，SJ、SD、SB处理3a平均分别显著提高186.88%、67.60%和9.38%，与SB处理相比，SJ、SD处理3a平均分别提高162.29%和34.74%；各处理马铃薯生育期总耗水量高低次序依次为SD>SJ>SB>CK，与CK相比，SD、SJ处理平均分别提高7.81%和6.68%，而SB处理与CK处理无显著差异，与SB处理相比，SD、SJ处理平均分别提高6.01%和4.90%。说明深松覆盖地膜处理马铃薯生育期总耗水量最高，深松覆地膜和翻耕不覆盖处理均可显著增加马铃薯生育前期和中期耗水量，而深松覆秸秆处理可增加生育后期耗水量。

表2 各处理马铃薯播后不同阶段耗水量比较(mm)

2.3 深松覆盖对马铃薯干物质累积、产量和水分利用效率的影响

2.3.1 干物质累积

由图3可见，各处理地上部干物质累积量先增加后降低，而深松覆盖可在马铃薯不同生育期显著增加马铃薯地上部干物质。生育前期，2014年和2015年以SD处理最高，SJ处理次之；2016年以SJ处理最高，SD处理次之，SD、SJ处理平均较CK、SB处理分别显著提高106.02%、89.61%和56.09%、43.66%；生育中期达到最大值，其中均以SJ处理最高，SD、SB处理次之，SD、SJ、SB处理平均分别较CK处理显著提高37.88%、52.21%和15.03%，SD、SJ处理平均分别较SB提高19.87%和32.32%；生育后期，与CK处理相比，SD、SJ、SB处理平均分别显著提高56.58%和34.59%、23.96%，SD、SJ 处理较SB处理平均分别显著提高26.30%、8.57%。可见，深松覆地膜处理马铃薯生育前期和后期地上部干物质累积均最高，而深松覆秸秆在生育中期最高。

地下部干物质累积量随生育进程的推进呈上升趋势，而在生育后期对增加地下部干物质累积效果显著。生育前期，2014年和2015年以SJ处理最高，2016年以SD、SB处理最高，SJ处理3a平均较CK显著提高17.84%，SJ、CK、SD处理平均分别较SB处理显著增加260.60%、206.00%和145.32%；生育中期，SJ、SD处理分别较CK平均显著提高58.03%和34.02%；生育后期以SJ处理最高，SD处理次之，SJ、SD、SB处理分别较CK显著提高73.40%、44.10%和13.82%，SJ、SD处理平均分别较SB处理提高52.35%和26.60%。说明深松覆盖处理有利于马铃薯干物质累积量的增加，以深松覆秸秆处理效果最佳，深松覆地膜处理次之。

2.3.2 产量

如表3所示，3a研究期内，马铃薯产量以2014年最高，2015年次之，2016年最低。这是由于2014年9月降水增加，促进块茎干物质累积从而使马铃薯产量增加，而2015年7月短暂干旱和2016年4−6月干旱均导致马铃薯产量较低。深松覆盖处理比传统翻耕处理马铃薯产量较高，3a内均以SJ处理最高，SD和SB处理次之。与CK相比，SJ、SD、SB处理平均分别增产49.33%、28.84%和7.05%，与SB处理相比，SJ、SD处理平均分别增产39.50%和20.36%。说明深松覆盖处理能显著提高马铃薯产量，以深松覆秸秆处理效果最佳，深松覆地膜处理次之。

2.3.3 水分利用效率

由表3可见，3a研究期内，马铃薯水分利用效率以2014年最高，2016年次之，2015年最低。这可能与2014年9月降水量的增加，促进水分利用效率的提高，2015年与2016年关键生育时期降水量较低，导致水分利用效率降低。深松覆盖处理均比传统翻耕处理马铃薯水分利用效率较高，3a内均以SJ处理最佳，SD、SB处理次之，与CK相比，SJ、SD、SB处理平均分别提高43.80%、19.59%和6.55%，与SB处理相比，SJ、SD处理平均分别提高34.96%和12.24%。可见，与翻耕不覆盖相比，深松覆盖有利于马铃薯干物质累积，促进对深层水分的利用，进而增加产量，以深松覆盖秸秆处理效果最佳，深松覆盖地膜处理次之。

表3 各处理马铃薯产量及水分利用效率的比较

3 讨论与结论

3.1 讨论

3.1.1 深松覆盖对休闲期土壤水分和降水补给量的影响

土壤水分的变化主要受耕作覆盖措施及不同阶段降水量分布的影响。侯贤清等[12]研究表明，保护性耕作可显著提高休闲期土壤含水量，深松/免耕/深松处理平均蓄水量增加7.84%。刘爽等[13]研究表明，休闲期深松处理与传统翻耕处理相比，能提高土壤含水量，从而增强土壤保水效果。张冬梅等[14]研究发现，秋深耕结合秸秆还田可显著提高0−10cm层土壤含水量，降低土壤水分蒸发，且秋深耕能增加休闲期降水入渗。本研究结果表明，休闲末期深松覆盖各处理和传统翻耕不覆盖均以40cm深处土壤含水量最大，深松秸秆覆盖处理可显著增加休闲末期60−100cm层土壤含水量。其原因可能为，深松可打破犁底层，增加土壤对降水的蓄纳能力，结合覆盖措施能有效减少水分径流；同时秋闲期降水较多，覆盖秸秆能蓄纳水分于深层土壤中，尤其在雨水较少的年份效果更佳[15−16]。

侯贤清等[4]研究发现，休闲期深松结合覆盖措施可显著影响马铃薯播种期土壤贮水量，免耕秸秆覆盖、深松秸秆覆盖处理保水效果最佳。李俊红等[17]研究表明，深松覆盖能有效打破耕作犁底层，增加土壤蓄水保墒能力，使地表水分下渗，提高土壤水分。本研究结果表明，秋耕覆盖能显著改善休闲期土壤蓄水量，均高于传统翻耕不覆盖，其中深松覆地膜处理能改善休闲初期土壤水分，而深松覆秸秆处理在休闲末期对土壤蓄水效果最佳。分析其原因：深松覆盖对作物水分的影响主要通过休闲期降水量及耕作方式[18]，保护性耕作在种前不进行耕作，因此减少了对土壤的干扰，同时秋季深松覆秸秆处理可增加休闲期的降水入渗，有效减少春季土壤水分蒸发[11]，而传统耕作方式经常扰动土壤，导致土壤水分蒸发强烈[19]。

Mc Gee等[20]研究表明，传统耕作在休闲期土壤蓄水率较低，而免耕覆盖能显著提高蓄水率。付增光等[21]研究报道，夏闲期留茬覆盖深松耕可最大限度蓄积降水并储存于土壤中，蓄水率可达一半以上。本研究发现，深松结合秸秆覆盖下平均休闲期降水补给率最高，深松覆地膜次之，深松不覆盖最低。分析其原因：深松结合秸秆覆盖可显著提高休闲期土壤对降水的蓄存能力，降低表层水分蒸发，使水分储存于深层土壤中，从而增加降水补给率[22]。

3.1.2 深松覆盖对马铃薯生育期土壤水分和耗水量的影响

王红光等[23]研究表明，深松+条旋耕处理可增加小麦拔节−成熟阶段40−160cm层土壤贮水的消耗，降低小麦各生育时期的棵间蒸发量。陈梦楠等[24]研究发现，休闲期深翻结合覆盖可显著增加小麦生育期0−300cm层土壤蓄水量。本研究表明，深松结合覆盖处理可显著提高整个生育期内0−200cm层土壤含水量，2016年深松覆秸秆、深松覆地膜处理在生育后期0−200cm层土壤蓄水效果仍显著，以深松覆盖秸秆处理在生育中期0−60cm和后期140−200cm层土壤含水量最高；2014年和2015年以深松覆盖秸秆处理对整个生育期土壤含水量改善效果最佳，尤其在生育前期0−80cm层、20−100cm层土壤蓄水效果显著。分析其原因：深松覆盖处理收纳降水的能力更佳，其蓄水效果显著[23]，同时秸秆覆盖使降水缓慢入渗，增加下层土壤含水量，增强植株根系对深层水分的吸收利用，导致下层水向上运移，因此水分垂直变化剧烈且深层水分较高，然而地膜覆盖切断空气与土壤接触，在抑制水分散失的同时形成土壤水分内循环，降水无法入渗导致下层水分上移，深层水分无法得到补充，因此含水量较低且变化缓慢[24,16]；翻耕不覆盖措施使地表裸露土壤蒸发强烈，加快表层水分的散失，不利于水分的保蓄，且表层水分受到作物利用的影响，使上层土壤水分变化剧烈，水分等值线分布较下层更为密切[25]。

刘晓伟等[26−27]研究表明，无论是否增加覆盖措施，马铃薯阶段耗水规律基本相同，整体呈现生育前期少，中期多，后期又少的变化趋势，但全膜双垄沟播较裸地减少了生育前期的耗水量，增加了生长中期尤其关键生育期的耗水量。张玉娇等[28]研究报道，不同耕作方式下深松处理麦田年度耗水量稍高于免耕和翻耕。本研究发现，2014年和2015年马铃薯阶段耗水量变化均表现为前期少，中期多，后期又少，而2016年生育前期耗水量大于生育中期耗水量，这可能与当年阶段降水量分布不同有关。深松覆秸秆和覆地膜处理可显著降低3a生育前期耗水量，增加生育中后期耗水量。分析其原因：深松可打破犁底层，使地表水分下渗，能够根据生育期降水条件调控阶段耗水量，同时秸秆或地膜覆盖措施可降低土壤水分蒸发，从而影响马铃薯不同生育阶段水分的消耗，使蒸腾耗水较多[29]。

3.1.3 深松覆盖对马铃薯干物质累积、产量及水分利用效率的影响

侯贤清等[22]研究表明，耕作结合秸秆覆盖措施可在马铃薯生育中后期有效促进马铃薯的生长，增加地上部生物量，为提高马铃薯块茎产量的形成奠定了物质基础。李俊红等[30]研究发现，双深松覆盖处理下小麦、玉米在成熟期单株干物质累积量均较传统耕作显著提高。本研究表明，深松覆盖可增加马铃薯干物质累积，其中深松覆地膜处理显著增加地上部干物质累积，而深松覆秸秆增加地下部干物质累积。分析其原因：深松覆盖措施可有效增加地表层土壤水分，有利于蓄水保墒，改善耕层土壤水分环境[31]，可促进作物对深层水分的吸收，促进干物质积累向地下部转移，进而促进马铃薯块茎形成[27,31]。本研究还发现，马铃薯干物质累积量以2014年最高，这是由于地下部干物质的形成主要与不同阶段降水量及其分布有关[20]，2014年生育中期降水量明显增加，为马铃薯生长提供了良好的环境，促进其干物质累积。

武淑娜等[32]研究报道，耕作结合地膜覆盖可显著增加大豆产量。付国占等[33]研究发现，与翻耕不覆盖处理相比，深松结合残茬覆盖能促进玉米生育期的生长，显著增加干物质累积，从而增加产量。本研究表明，深松覆盖地膜、深松覆盖秸秆均可显著增加马铃薯产量，以深松覆盖秸秆处理增产效果最佳。分析其原因：秋闲期进行深松覆盖能蓄纳有限的降水供作物后期利用，可改善马铃薯生长期土壤水分状况，促进根系对深层水分的吸收，减轻生育后期的干旱胁迫，有利于促进干物质积累和块茎形成，进而增加马铃薯产量[11,34]。杨清山等[35]研究发现，休闲期深松结合生育期覆盖能高效利用土壤水分，实现小麦水分利用效率的提高。吴金芝等[36]研究表明，深松结合覆盖处理较传统耕作水分利用效率显著提高。本研究表明，深松覆盖可显著改善土壤水分状况，增加水分利用效率，尤其深松覆盖秸秆效果最佳。分析其原因：秋闲期进行深松覆盖秸秆可增加降水入渗，减少水分蒸发散失，增加土壤蓄水能力，促进作物根系对土壤水分的吸收利用，从而提高水分利用效率[16,37]。

3.2 结论

（1）与翻耕不覆盖相比，深松覆秸秆、深松覆地膜处理均可显著改善休闲期0−200cm层土壤水分状况，以深松覆秸秆处理效果最佳；与翻耕不覆盖相比，深松覆盖措施可有效改善马铃薯生育期0−200cm层土壤含水量。

（2）深松覆秸秆处理对马铃薯生育前期（0～60d）60−100cm层土壤保水效果显著，而翻耕不覆盖处理的阶段耗水量最高，深松覆地膜次之，深松覆秸秆最低；深松覆秸秆处理对生育中期（60～120d）0−60cm（2016年）和140−200cm（2015年）层土壤保水效果较好，而深松覆地膜处理的阶段耗水量最高，深松覆秸秆处理次之，翻耕不覆盖处理最低；深松覆秸秆处理对生育后期（120～150d）0−40cm层土壤蓄水效果最佳，其阶段耗水量较高，深松覆地膜处理次之，翻耕不覆盖处理最低。

（3）深松覆盖模式能显著促进马铃薯生长，其地上部和地下部干物质累积均高于翻耕不覆盖，深松覆地膜处理对作物生育前期效果明显，深松覆秸秆处理对生育中后期作用显著。深松覆盖模式可提高马铃薯产量和水分利用效率，以深松覆秸秆处理最高。在宁南地区3a的试验研究发现，深松覆盖模式可蓄存休闲期降水，改善休闲期和马铃薯生育期土壤水分状况，调控不同生育阶段耗水量，促进干物质累积，从而显著提高马铃薯产量和水分利用效率，以深松覆秸秆处理效果最佳。

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Effects of Subsoiling with Mulching Pattern on Water Use Efficiency of Potato in Rainfed Region of Southern Ningxia

HAN Gu, MIAO Fang-fang, WANG Nan, HOU Xian-qing

(College of Agriculture, Ningxia University, Yinchuan 750021, China)

Aiming at the problems of large interannual precipitation variability, low yield and precipitation utilization rate of potato in the arid area of Southern Ningxia, a field fixed position experiment was conducted to study the effect of subsoiling with mulching pattern on soil water during the fallow period and growth stage, potato dry matter accumulation, yield and water use efficiency of potato in rainfed region of southern Ningxia between 2014 and 2016. Three subsoiling tillage with mulching modes were adopted after autumn crops were harvested for three consecutive years, namely, subsoiling with straw mulching, subsoiling with plastic film mulching, subsoiling with no mulching. The conventional tillage with no mulching was used as the control. The results showed that subsoiling combined with different mulching patterns could improve the soil water status in fallow period, and the effect of subsoiling with straw mulching was the best. The average soil water content in 0−200cm layer was significantly increased by 6.41% compared with the control. Compared with the control, the average soil water storage and rainfall recharge rate of 0−200cm layer in fallow period were significantly increased by 49.85%, 121.85% and 46.82%, 83.73%, respectively. Subsoiling combined with different mulching patterns could improve the soil water content of 0−200cm layer during the potato growth period, and regulate the water consumption at different growth periods. Subsoiling with straw mulching treatment had significant effect on soil water conservation in 60−100cm layer at early growth stage (0−60 days), while the control treatment had the highest water consumption, followed by the subsoiling with plastic film mulching treatment, and subsoiling with straw mulching treatment had the lowest water consumption. Subsoiling with straw mulching treatment had better water retention effect on 0−60cm (2016) and 140−200cm (2015) soil layers in the middle growth period (60−120 days), while subsoiling with plastic film mulching had the highest water consumption, followed by the subsoiling with straw mulching treatment, and the control treatment had the lowest water consumption. Subsoiling with straw mulching treatment had the best soil water storage effect on 0−40cm layer at the later growth stage (120−150 days), and the water consumption was the highest at this stage, followed by the subsoiling with straw mulching treatment, and the control treatment was the lowest. The aboveground and underground dry matter accumulation of potato under subsoiling combined with different mulching patterns was significantly higher than that of the control. The effect of subsoiling with plastic film mulching treatment was better in the early growth stage, while the effect of subsoiling with straw mulching treatment in the middle and late growth stage was significant. Subsoiling with mulching patterns could significantly improve potato yield and water use efficiency, and the treatment of subsoiling with straw mulching was the highest, which was 49.33% and 43.80% higher than that of the control, respectively. Therefore, subsoiling with mulching pattern could improve the soil water status during the fallow period, it was beneficial to increase the soil water content and regulate the water consumption during the potato growth periods, and so as to increase the dry matter accumulation of potato and realize the high yield and water use efficiency of potato, particularly the effect of subsoiling with straw mulching treatment was the best.

Subsoiling with mulching; Soil water; Dy matter accumulation; Potato yield; Water use efficiency

10.3969/j.issn.1000-6362.2021.11.002

韩固,苗芳芳,王楠,等.深松覆盖模式对宁南地区雨养马铃薯水分利用效率的影响[J].中国农业气象,2021,42(11):905-917

收稿日期：2021−03−27

国家自然科学基金项目（31860362；31760370）；宁夏自然科学基金项目（2019AAC03058；2020AAC03098）

通讯作者：侯贤清，副教授，主要从事保护性耕作技术研究，E-mail: houxianqing1981@126.com

韩固，E-mail:hg1765883646@163.com；苗芳芳，E-mail: 18795298737@163.com