新鲜玉米秸秆覆盖对马铃薯产量及效益的影响

2021-06-30杨建波黄冬霞凌健珍刘芸渟吴秋云陈华

中国瓜菜 2021年2期

杨建波黄冬霞凌健珍刘芸渟吴秋云陈华

摘要：為探究新鲜玉米秸秆在南方马铃薯生产中的应用价值，通过随机区组田间试验研究了6种覆盖栽培方式对马铃薯产量及效益的影响。结果表明，不同覆盖方式对马铃薯单薯质量、商品薯数量比率、薯长径和长短径比有显著影响，其中单薯质量和薯长径对鲜薯产量的直接效应较大，通径系数分别达到258.5和88.7。黑膜下覆盖3 cm厚粉碎秸秆处理的薯长径、长短径比、单薯质量、鲜薯产量和商品薯数量比率分别可达82.95 mm、1.62、0.153 kg、20 528 kg·hm-2和42.0%，黑膜下覆盖6 cm厚粉碎秸秆处理的分别可达82.91 mm、1.62、0.157 kg、19 369 kg·hm-2和41.5%，而黑膜下覆盖9 cm厚整根秸秆处理的则分别为82.36 mm、1.60、0.146 kg、15 102 kg·hm-2和32.5%。与膜下覆土栽培处理相比，黑膜下覆盖3 cm或6 cm厚粉碎秸秆处理的薯长径、长短径比、单薯质量、鲜薯产量以及单薯质量≥100 g的商品薯的产出均无显著差异，仅商品薯数量比率显著降低，而黑膜下覆盖9 cm厚整根秸秆处理的鲜薯产量、商品薯数量比率以及单薯质量≥100 g的商品薯的产出均显著降低。可见，黑膜下覆盖3 cm或6 cm厚粉碎秸秆的马铃薯覆盖栽培的生产表现与常规覆土栽培无明显差异，通过机械化进行膜下覆盖3～6 cm厚新鲜粉碎玉米秸秆的马铃薯覆盖栽培可实现冬种马铃薯的高效生产。

关键词：马铃薯;覆盖栽培;玉米秸秆;产量;经济效益

中图分类号：S532+S141.4 文献标志码：A 文章编号：1673-2871（2021）02-030-06

Effects of fresh corn stalks mulching on yield and benefit of potato

YANG Jianbo， HUANG Dongxia， LING Jianzhen， LIU Yunting， WU Qiuyun， CHEN Hua

（College of Agriculture and Food Engineering， Baise University， Baise 533000， Guangxi， China）

Abstract： To explore the application value of fresh corn stalks in the production of potato in southern China， a randomized block field trial was carried out to study the effects of six mulching cultivation methods on potato yield and economic benefits， the results showed that different mulching cultivation methods had significant effects on the single potato weight， rate of commercial potato amount， long potato diameter and ratio of long potato diameter to short potato diameter. The direct effect of single potato weight and long potato diameter on potato yield was larger， and the path coefficients of them were 258.5 and 88.7， respectively. The long potato diameter， ratio of long potato diameter to short potato diameter， single potato weight， potato yield and rate of commercial potato amount in the treatment with 3 cm thick grinding corn stalks mulching under black plastic film were 82.95 mm， 1.62， 0.153 kg， 20 528 kg·hm-2 and 42.0%， respectively， and those of the treatment with 6 cm thick grinding corn stalks mulching under black plastic film were 82.91 mm， 1.62， 0.157 kg， 19 369 kg·hm-2 and 41.5%， respectively， while those of the treatment with 9 cm thick whole corn stalks mulching under black plastic film were 82.36 mm， 1.60， 0.146 kg， 15 102 kg·hm-2 and 32.5%， respectively. Compared with the conventional overlay cultivation under black plastic film， no significant reduction was observed in the indexes like long potato diameter， ratio of long potato diameter to short potato diameter， single potato weight， potato yield and produce of commercial potato with single potato weight≥100 g， but the rate of commercial potato amount was decreased， while potato yield， rate of commercial potato amount and produce of commercial potato with single potato weight ≥100 g in the treatment with 9 cm thick whole corn stalks mulching under black plastic film were significantly lower. In conclusion， the performance of potato cultivation mulching with 3 cm or 6 cm thick thick grinding corn stalks under black plastic film was not significantly different from that of conventional overlay cultivation， and more efficient production of winter potato could be achieved by mechanized potato mulching cultivation with 3-6 cm thick grinding fresh corn stalks under plastic film.

Key words： Potato; Mulching cultivation; Corn stalks; Yield; Economic benefit

马铃薯（Solanum tuberosum）块茎富含淀粉、蛋白质等营养物质[1]，是全球第三大重要的粮食作物。马铃薯是一种喜冷凉的作物，适应性强且产量高，在我国东西部地区广泛种植，特别是在北方一季作区和西南二季作区，种植面积占到全国马铃薯种植面积的80%左右。我国南方冬季农业区气候温和湿润，闲置土地资源丰富，为马铃薯生产提供了充分条件。我国冬薯市场价格高，种植效益好，南方冬薯种植面积逐渐扩大[2]。马铃薯少耕覆盖栽培是近年来发展起来的马铃薯轻简栽培技术之一，具有省时、省力、产量高、质量好等方面的优势[3]。在稻作区，稻草覆盖马铃薯免耕栽培技术不仅对地面温度、土壤湿度有很好的调节功能，还可显著提高产量[4]，而少耕覆盖稻草耕作方式是提高冬作区马铃薯产量最有效的方式之一[5];但覆盖厚度及均匀度对产量、商品率的影响较大[6]，覆盖厚度在7 cm以上为宜[5，7-8]，稻草覆盖量在18.0～22.5 t·hm-2最好[9-10]。若结合稻草覆盖和黑色地膜覆盖则生产表现更佳[5，8，11-12]。鉴于用量大、分布不均等造成马铃薯冬作区稻草的供应不足，占据主粮地位且拥有广阔种植面积和可观生物产量的玉米秸秆可在免耕马铃薯覆盖栽培中作为覆盖物稻草的补充和替代，因此具有巨大的潜在应用价值。在广大旱作区，免耕覆盖秸秆处理可有效降低耕层土壤容重和增加耕层机械稳定性团聚体含量并改善土壤空隙状况和水分保蓄效果[13]，能够有效提高土壤含水率和储水量进而达到缓解季节性干旱的效果[14]。无论玉米整根秸秆覆盖，还是玉米秸秆粉碎物覆盖，主要农艺性状均较优，而最佳覆盖量分别为12 t·hm-2和18 t·hm-2 [15-16]。毛妍婷等[14]研究表明，以免耕马铃薯玉米秸秆覆盖+宽行地膜覆盖栽培模式的增产增效效果为最佳。广西冬季水热充足，无霜期长甚至全年无霜冻，水稻、玉米等作物种植面积广，而且秋季水稻或玉米收获后的田地多闲置，适宜马铃薯冬种。考虑到马铃薯覆盖栽培中稻草资源的缺乏及玉米秸秆的广阔应用前景，笔者结合黑膜覆盖保温、保墒和抑制杂草的作用，以直接覆膜处理和传统常规栽培中的黑膜下覆土处理作为对照，分别探究膜下覆土与覆秸秆的差异和膜下覆秸秆与否对马铃薯生长的影响，并通过田间试验对比不同方式、不同厚度的玉米秸秆覆盖在南方冬种马铃薯覆盖栽培中的应用效果，寻找最适宜的覆盖方式，探究南方冬季玉米-马铃薯轮作制度下的马铃薯玉米秸秆覆盖栽培技术的应用推广价值，也为广西右江河谷地区马铃薯的高产、优质栽培提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2019年1—4月在广西壮族自治区百色市右江区杨屋村责任田中进行，田块位于东经106°38′9″、北纬23°51′22″。该地区位于右江河谷盆地，属南亚热带季风气候，全年夏长冬短，日照时间长，热量充足，气候湿润，降雨量适中且比较集中，6—8月份的降雨量占全年的75%左右，平均年降雨量1 115 mm，年平均气温在22.1 ℃左右。试验周期内该地区平均气温20.1 ℃，累计降水150 mm左右，大约占平均年降水量的13.5%。

试验田前茬为玉米，壤土，排灌方便。土壤pH 6.13，基本肥力为：有机质（w，后同）15.8 g·kg-2，水解性氮74.4 mg·kg-2，有效磷27.6 mg·kg-2，速效钾94.6 mg·kg-2，全氮0.90 g·kg-2，全磷0.95 g·kg-2，全钾8.74 g·kg-2。

1.2 材料

供试马铃薯品种为‘费乌瑞它，种子级别为GB 18133—2012规定的大田用种，供种单位为内蒙古希森马铃薯种业有限公司;供试秸秆为前茬玉米秸秆，品种为‘桂糯519。

1.3 试验设计

采用随机区组设计，3次重复。共设置6个处理，分别为黑膜下覆盖9 cm厚整根秸秆（A）、黑膜下覆盖3 cm厚粉碎秸秆（B）、黑膜下覆盖6 cm厚粉碎秸秆（C）、黑膜下覆盖9 cm厚粉碎秸秆（D）、直接覆黑膜（E）和黑膜下覆土（F），其中E和F为对照。试验区面积共计432 m2，分为3个小区（重复）;小区面积144 m2，种植12垄，每个处理2垄;小区之间种植保护行2行。垄长10 m、宽60 cm，垄底间距30 cm。每垄种植2行，行距30 cm，株距25 cm，品字形摆种。

于2019年1月13—14日播种，2019年4月11—12日收获测产。播种期平整土地并施入基肥，所用肥料为史丹利三安复合肥（mN∶mP∶mK=18∶18∶18），用量750 kg·hm-2。其他田間管理同常规种植。

1.4 试验指标测定

收获时取各垄中部连续30穴（株）进行马铃薯考种和测产，观测鲜薯的长径、短径、畸形薯个数、单株结薯个数、单株商品薯（≥75 g）个数、单薯质量、单株产量、鲜薯产量和商品薯产量等一级指标，并进一步计算长短径比、畸形薯率、商品薯数量比率和产值等二级指标。

长短径比=薯长径/薯短径;

畸形薯率/%=畸形薯个数/结薯个数;

商品薯数量比率/%=商品薯个数/结薯个数×100;

产值=一级商品薯产量×一级商品薯价格+二级商品薯产量×二级商品薯价格+三级商品薯产量×三级商品薯价格，分级标准参照鲜食型商品薯评级标准[17]。

1.5 数据分析

数据处理及图表制作采用Microsoft Excel 2007，方差显著性统计分析采用SPSS 15.0软件。

2 结果与分析

2.1 不同覆盖栽培处理对马铃薯形状的影响

由表1可以看出，各处理鲜薯的短径和畸形薯率差异不显著;秸秆覆盖4种处理之间、4种处理和覆土处理F之间鲜薯长径均无显著差异，且5种处理鲜薯长径均显著小于处理E;秸秆覆盖4种处理之间、4种处理和覆土处理F之间鲜薯长短径比无显著差异，处理A和D的鲜薯长短径比显著小于处理E，而处理B和C的鲜薯长短径比与处理E、F无显著差异。可见，结合黑膜覆盖的秸秆覆盖栽培对马铃薯形状的影响不大，与处理F无显著差异，但其他5种处理所生产的鲜薯薯块比处理E的更加圆厚、接近圆球形。

[注] 同列数字后不同小写字母表示不同栽培模式间在0.05水平差异显著，下同。

2.2 不同覆盖栽培处理对产量的影响

如表2所示，不同栽培处理马铃薯的单株结薯数、单株产量的差异不显著，但处理间商品薯数量比率、商品薯单薯质量以及鲜薯产量差异不同。其中，秸秆覆盖栽培的马铃薯单株结薯数高于对照，且覆盖3 cm厚粉碎秸秆的处理最优，但差异未达显著水平。秸秆覆盖处理马铃薯的商品薯数量比率均显著低于处理F;单薯质量则均与处理F没有显著差异，处理A、D显著小于处理E。鲜薯总产量以处理F和膜下覆盖3 cm厚粉碎秸秆2个处理为最高，且膜下粉碎秸秆覆盖处理的产量与对照无明显差异，但膜下整根秸秆覆盖的商品薯数量比率和鲜薯产量均显著低于处理F。可见，不同栽培处理对单株结薯的数量和产量影响不大，主要是通过影响商品薯的比率和单薯质量进而影响经济产量。

按照单薯质量分级进行统计，如表3所示：不同覆盖栽培处理的鲜薯质量在75～100 g范围内的鲜薯个数及产量的处理间差异不显著;而质量在100～150 g范围内的鲜薯个数及产量以膜下覆盖6 cm厚粉碎秸秆处理的为最高，其次为处理F，且膜下覆盖3 cm或6 cm厚粉碎秸秆的处理与处理F之间差异均不显著;在质量大于150 g的鲜薯个数及产量中，粉碎秸秆覆盖处理的鲜薯个数及产量与处理F均无明显差异，但整根秸秆覆盖处理的表现则明显低于处理F。

2.3 不同覆盖栽培处理的马铃薯产量的相关分析及通径分析

由表4不同覆盖栽培处理马铃薯的产量及性状的相关分析显示，鲜薯产量与单株产量、商品薯数和商品薯产量具有极显著相关性，单株产量与商品薯数、商品薯产量之间也有极显著相关性，而商品薯产量与单薯质量呈显著正相关，与商品薯数呈极显著正相关，可能受商品薯数和单薯质量决定的商品薯产量可影响到单株产量，进而影响鲜薯产量。另外，薯长径与单薯质量呈极显著正相关，薯短径和单薯质量也呈显著正相关，这说明结薯过程中薯径的增大都有可能形成大薯，进而影响到产量，但长短径比与商品薯数量比率呈显著负相关，意味着产生较小的马铃薯长短径比的处理更容易获得更高的商品薯数量比率。

由表5通径分析显示，产量性状中的单薯质量、薯长径和单株结薯数对鲜薯产量的直接效应比较大，通径系数分别达到258.5、88.7和-15.6。各指标通过单薯质量、薯长径对鲜薯产量的间接效应也比较大，其中单株结薯数和结薯总数表现出较强的间接的负效应。商品薯数对鲜薯产量的直接效应为1.28，且几乎相当于商品薯产量通过商品薯数对鲜薯产量的间接效应。

2.4 不同覆盖栽培处理对经济效益的影响

由表6可知，6种覆盖栽培处理中，处理F的鲜薯产量及商品薯产量最高，其次分别为膜下覆盖3 cm和6 cm厚粉碎秸秆处理。按照商品数分级标准和当时市场销售价格计算，处理F的产值最大，其次为覆盖6 cm厚粉碎秸秆的处理，而整根秸秆覆盖处理的产值最低。在人工种收的情况下，由于包括秸秆粉碎、覆盖在内的人工成本比较高，最终使得处理E和处理F的经济效益较高，而秸秆覆盖栽培处理中则以覆盖3 cm厚粉碎秸秆的处理为最佳。相比人工种收，机械种收所需时间、人工成本大大缩减，每hm2可节省成本1 4362元至4 4071元不等。结合多功能联合机械的应用，马铃薯秸秆覆盖栽培的经济效益将大幅提高，最终使得覆盖6 cm厚粉碎秸秆的处理的经济效益仅低于处理F，而覆盖3 cm厚粉碎秸秆的处理的经济效益与处理E相当。

3 讨论与结论

随着马铃薯成为我国的第四大粮食作物，其种植面积逐渐扩大。在广大南方地区，冬种马铃薯常在秋季稻或秋季鲜食玉米之后播种，伴随着秸秆的大量产生和处理，非常适合就地利用秸秆进行马铃薯覆盖栽培。无论膜下覆盖栽培还是膜上点播，都有良好的水土保持作用，而且可以通过促进秸秆和残茬的直接还田而增加有机质含量，从而达到培肥地力的效果[5，8，11-12，18]。

理论上，商品薯产量主要由有效株数、单株结薯数、商品薯数量比率和商品薯单薯质量决定。在本试验中，不同栽培处理对单株结薯数的影响不显著，而主要通过影响有效苗数、商品薯数量比率和单薯质量进而影响产量。通径分析结果表明，产量性状中的单薯质量和薯长径对鲜薯产量呈较强的直接正效应，且各指标通过单薯质量、薯长径对鲜薯产量的间接正效应也比较大，而单株结薯数则对鲜薯产量有较强的直接负效应和较强的间接负效应。其中，薯长径与单薯质量呈极显著正相关且通过单薯质量而最终对鲜薯产量表现出正效应，而鲜薯长短径之比与商品薯数量比率呈显著负相关，这意味着在鲜薯短径差异不显著的情况下，适当减小鲜薯长径可能会降低单薯质量，但减小长短径比又可能获得更高的商品薯数量比率。正如试验结果所显示的，秸秆覆盖处理和处理F的鲜薯长径均显著小于处理E，即所生产的鲜薯薯块会比处理E的稍小，更加圆厚，而其中膜下粉碎秸秆覆盖的鲜薯长径、长短径之比以及单薯质量、鲜薯产量均与处理F之间没有显著差异。虽然各处理单株结薯数差异不显著，但膜下整根秸秆覆盖的商品薯数量比率以及商品薯中的中、大薯的数量和产量均显著低于处理F，因此鲜薯产量也明显低于处理F。

目前南方冬作区马铃薯生产中应用最广泛的覆膜技术主要为黑色地膜覆膜和秸秆覆盖，它们能有效调节土壤微环境和抑制水分蒸发，提高水分利用率和作物产量，有利于提高马铃薯产量和商品率，其中地膜覆盖对马铃薯生育前期土壤水分有较好的保蓄效果，而秸秆带状覆盖对生育中后期土壤水分状况有明显改善[19]。随着该技术的推广，可以有效地控制农田秸秆焚烧现象，达到土壤净化、减少土壤污染和生态环境保护的效果。结合缓释肥料施用，免耕覆膜处理的马铃薯薯质量、产量较稻草覆盖处理有显著提高，而壟作不覆膜处理的表现尚不及稻草覆盖处理[20]。虽然无论是产值还是经济效益，都以覆土栽培处理的为最高，直接覆膜处理的也比较高，但因为粉碎秸秆覆盖处理的产量与对照组没有明显差异，因此它们的产值也相当。人工成本的提高使得机械化成为农业的必然趋势，所以，如果统一采用机械化种收，粉碎秸秆覆盖处理的经济效益也与对照组相当。机械化秸秆覆盖垄上双行种植马铃薯，用粉碎的玉米秸秆代替地膜覆盖，既可有效地纳雨保墒、抑制土壤风蚀和水土流失，又可以通过玉米秸秆的腐解增强土壤中微生物的活性，提高土壤有机质含量和土壤通透性[21]。

综上所述，不同覆盖方式及秸秆厚度的马铃薯覆盖栽培处理对马铃薯单薯质量、商品薯数量比率、薯长径和长短径比有不同程度的影响。其中黑膜下覆盖3 cm和6 cm厚粉碎秸秆的处理在单薯质量、产量、产值等方面的表现良好，可作为马铃薯常规覆土栽培的替代模式，因此，本研究推荐进行机械化的膜下覆盖3～6 cm厚新鲜粉碎玉米秸秆的马铃薯覆盖栽培，从而推动南方玉米-马铃薯的轮作、玉米秸秆的还田和冬闲耕地的有效利用，为农民增收提供有效途径。

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