秸秆覆盖方式对西北旱作马铃薯产量效益的影响

西北地区土地面积约占全国面积的40%，但水资源量不足全国总量的10%，特别是黄土高原地区，年均降水量220~550 mm，年均蒸发量高达2 000~2 500 mm。干旱、土壤贫瘠成为制约西北地区旱地农业可持续发展的主要因素。

马铃薯因其产量高，经济效益好，已成为西北旱地农业增收的主要来源。依靠传统的露地平播或垄沟条播模式，马铃薯产量维持在13 522 kg/hm2左右，并且土壤表层蒸发强烈，降水和灌溉水利用率低，干旱缺水问题较为突出。

如何提高土壤水含量，确保有限的降雨和灌溉水高效利用，切实提高马铃薯产量，成为西北地区重要的研究课题。研究表明，地膜覆盖可以大幅提高西北旱地马铃薯产量，但地膜覆盖产生的高温胁迫和难以自然降解的特性，对薯块生长和环境都不利，故不是理想的马铃薯覆盖材料。

对于该问题，研究发现，秸秆覆盖可以改良土壤物理特性，增强保墒蓄水能力，并且对温度的调控比较缓慢，适合马铃薯生性喜凉的特性，故研究秸秆覆盖对马铃薯产量的影响具有重大意义。

1马铃薯秸秆覆盖方式

秸秆覆盖栽培马铃薯，是21世纪初我国农业技术部门研发的一种由秸秆还田和轻型栽培配套形成的马铃薯栽培新技术。目前西北地区较为常见有两种马铃薯秸秆覆盖方式：一是秸秆覆盖方式与免耕相结合，此种方法使得约70%的薯块生长在秸秆之中，收获时薯块圆整，色泽鲜亮，并不易伤及薯块，提高了马铃薯的商品性和贮藏性能；另一种是在起垄覆土后，将粉碎的秸秆作为保温、保墒材料覆在马铃薯沟垄之上，此类覆盖方式多用于秸秆的生态效应研究。

表1不同覆盖方式下马铃薯产量效应比较

2对马铃薯产量的影响

在我国西北地区对玉米、棉花等旱地作物研究均表明，秸秆覆盖有明显的增产效应［7-8］。马铃薯与其他作物的区别在于薯块分布于土层之下，根区土壤环境直接影响薯块的生长发育。而秸秆覆盖层的保水性优于裸地，透气性高于地膜，更利于土层与近地表大气的气体交换，促进了土壤呼吸与地上部分光合作用；并且通过微生物对秸秆的分解，可调节土壤的碳氮比，增加土壤有机质含量，提高土壤肥力，为马铃薯薯块的生长发育提供更适宜的环境。

张万恒等：秸秆覆盖方式对西北旱作马铃薯产量效益的影响农业工程农学与生物技术由表1可得出，西北地区秸秆覆盖与无覆盖相比可增产10%~20%，增产效应显著（p<0.05），但在充分灌溉条件下，秸秆覆盖仅比无覆盖增产4.6%，而干旱缺水时增产幅度却达到40%，说明秸秆覆盖在干旱环境下增产效应更显著。

对比秸秆与地膜覆盖，马铃薯产量却无显著差异（p>0.05），但秸秆覆盖方式在宁夏回族自治区、陕西地区多表现出增产；而在甘肃大部分地区却表现出减产，主要是甘肃地区降雨稀少，覆膜能更有效地保持土壤水分，使地膜覆盖产量高于秸秆覆盖。

综上所述，在西北地区采用秸秆覆盖方式栽培马铃薯的增产现象是客观存在的。因此，在实际生产活动中，应根据当地实际情况，因地制宜的选择合适的覆盖方式，以求马铃薯年产量最大化。

3对马铃薯产量构成要素的影响

3.1对单株结薯数量的影响

马铃薯块茎是由匍匐茎顶端膨大形成，但在匍匐茎生长过程中，如果遇到低温、缺水等不利因素，会抑制块茎的形成和生长，进而影响到马铃薯单株结薯数量。

施坰林等认为，覆盖层对太阳光辐射、吸收和热量传导均有影响，使热量传导至覆盖层以下数量少且时间长，导致低温回升缓慢。西北地区春旱和低温持续时间较长，对马铃薯根系活动影响很大，导致马铃薯匍匐茎生长、分化也较为缓慢，最终使单株块茎数量减少。

3.2对块茎质量分级的影响

秸秆覆盖虽使马铃薯结薯数量下降，但却促成了大薯和商品薯的比率，侯清贤等表明，秸秆覆盖比传统裸地种植和地膜覆盖收获的马铃薯大薯产量分别提高38%和25%，中薯产量分别提高70%和17%，可以显著提高单位面积内的马铃薯产量。

秸秆明显提高土壤水含量及水分利用效率，此外能延缓土温升高的速率，使薯块避开夏季高温伤害，利于薯块的膨大，促成了马铃薯大、中薯的数量增加。

4马铃薯增产的主要原因

4.1秸秆覆盖对土壤理化性质的影响

4.1.1土壤温度

马铃薯块茎是由匍匐茎顶端膨大而形成，在生长过程中气温超过29 ℃就会抑制块茎的形成与生长，对马铃薯产量影响很大。纪晓玲等表明，秸秆覆盖与无覆盖相比，苗期平均温度低0.5 ℃，块茎形成期和膨大期平均低2 ℃，较适宜的温度可为马铃薯提供优良的环境，更利于块茎养分的积累。因此，研究表明，土壤温度是影响马铃薯生长的一个主要因素，对于产量的构成具有较大影响。

4.1.2土壤水分

在自然条件下，土壤表层受雨滴冲击而形成密实的弱透水层，降雨易产生径流难以入渗。秸秆覆盖可以很好的保护土层土壤团粒结构，粗糙的表面加大了对径流的拦蓄能力，从而可提高土层含水量。

此外，由于秸秆覆盖物的存在，减小了地表与土壤剖面的温差，放缓了水汽散失的速率，土层保水性能提高。籍增顺等表明，秸秆覆盖比裸地0~20 cm的土层含水量增加约2.29%。因此，秸秆覆盖可有效提高土壤水分，并且，较高的土壤含水量是保证马铃薯产量的基础条件，尤其是马铃薯需水关键期（现蕾至终花）。

表2不同地区秸秆覆盖马铃薯水分利用效率（WUE）比较

4.1.3土壤酶活性

秸秆覆盖与无覆盖土壤最明显的差异在于对微生物及酶促反应的影响，秸秆覆盖增温保墒效应间接影响土壤酶活性。其中脲酶能够催化尿素水解为CO2和NH4，其活性的高低在一定的程度上可以反映土壤供N水平；过氧化氢酶在有机质氧化及腐殖质形成过程中起重要作用；碱性磷酸酶加速有机磷的脱磷速率，增加土壤有效磷含量；转化酶对土壤碳素循环有重要意义等。

苗琳等表明，在0~10cm的土层范围内，脲酶、过氧化氢酶、转化酶、碱性磷酸酶的活性分别提高3.2%、6.8%、19.6%、11.4%。在氮肥营养充足时，能促进马铃薯茎叶生长，使同化面积加大，增强光合作用，提高净光合作用生产率；而磷肥有益于根系发育，促进马铃薯开花结果。

4.1.4土壤微生物

秸秆覆盖后为土壤微生物提供了丰富的C源和N源，可增加微生物数量。王芸等［18］表明，秸秆覆盖使养分聚集在0~20 cm土层中，导致土壤表层的细菌、放线菌、真菌的数量均明显高于传统裸地。

秸秆覆盖方式为微生物生长活动提供必需的能量和养分，加速微生物利用外源养分进行自身物质合成和新陈代谢，从而使微生物的数量及其活性增加；通过微生物的同化作用沤肥土壤，为马铃薯的生长发育提供良好的物质环境。

4.2秸秆覆盖对马铃薯水分利用的影响

秸秆覆盖改变了近地表的水热状况，增加了地表显热通量，有效抑制土壤表面水分蒸发，提高土壤水分储存量。而在马铃薯高耗水阶段能促进蒸腾作用，将耗水从棵间蒸发的物理过程转变为植株蒸腾的生理过程，使无效消耗转化为有效消耗，从而提高了水分利用效率。

通过表2可得出，西北地区秸秆覆盖下的马铃薯水分利用效率比无覆盖提高了10%~16%，说明秸秆覆盖在一定程度上提高了马铃薯的水分利用效率，这与许翠平的结论相似。

并且秸秆覆盖下的水分利用率与无覆盖相比，其提高的百分比与降雨表现出正相关。无论是无覆盖还是秸秆覆盖，降雨稀少导致土壤水分含量降低，使两种覆盖方式水分利用效率无明显差别；而降雨较充足时，秸秆覆盖的保蓄水能力强于无覆盖，减少无效的棵间蒸发，马铃薯水分利用效率显著提高。

研究表明，农田耕作多年后其土壤有机质必定减少，施用化肥可提高土壤碳氮含量，但污染问题也较突出；从土壤改良的角度看，腐熟的秸秆覆盖物会增加土壤碳氮含量及地表微生物的数量，从而可提高土壤肥力和质量。并且现代农业的发展对地膜的需求逐年增加，而地膜残留也逐年积累，常年残存在土壤中的塑料地膜严重阻碍了作物根系的伸长与土壤水分的运移。

尽管目前覆盖膜料有生物降解膜、液体膜等新型材料，但始终因成本等因素没有大范围推广使用，在没有彻底解决塑料薄膜的可降解性问题之前，地膜残留污染仍是目前面临的主要环境问题。

而地表秸秆覆盖措施可通过生物降解的途径沤肥土壤，涵养土层养分，马铃薯水分利用效率和产量比传统裸地均有显著提高，而与地膜覆盖产量却无显著性差异，分析以上诸多因素，秸秆覆盖可能是一种双赢的马铃薯覆盖措施。

（作者：张万恒 张恒嘉 王泽义 高佳）