甘肃省位于我国西部内陆，气候多变，为典型的干旱与半干旱地区，耕地面积的70%以上为山旱地，地貌特点为沟壑纵横。干旱是甘肃最严重的自然灾害，大多数区域农业生产均缺少灌溉，主要以雨养农业为主^[1]。降雨少而集中，土壤贫瘠与不合理的种植方式是影响作物产量低而不稳的重要因素。为应对干旱对作物造成的自然灾害，人们采取覆盖栽培来减少水分的无效蒸发，这些方法很大程度上提高了作物的产量，特别是“全膜双垄沟播玉米”、“一膜两年用”等技术的应用与推广，为甘肃省的旱作农业发展提供了技术支撑。但是，每一项技术的应用因受环境、作物、区域等因素的影响，在推广应用上会存在一定的局限性^[2]。马铃薯是甘肃省的主栽作物，种植与栽培方式多样，既有传统的无覆盖种植，也有全覆膜、半覆膜等多种种植方式，在一些偏远山区农户多采用无覆盖的起垄种植，没有形成统一的高产、高效种植模式。因此，寻求有效的栽培措施，以提高土壤肥力与生产力是旱地农作物稳产高产亟待解决的问题。

研究表明覆盖不仅能够节水保墒，同时还具有调节地温、协调水肥气热、改善土壤环境等作用^[3-4]。王平等^[5] 研究表明，地膜覆盖能促进土壤温度升高、作物的出苗时间提前，提高作物出苗率，增加水分利用效率。霍轶珍等^[6]研究表明秸秆覆盖能提升马铃薯生育后期土壤温度。杨长刚等^[7]研究表明秸秆覆盖能降低玉米生育后期土壤温度。众多研究表明覆盖方式能提高土壤养分。刘高远等^[8]通过3年田间定位试验研究发现，垄沟秸秆覆盖能够提高表层土壤全量氮、磷、钾、有机碳、活性有机碳含量及蔗糖酶、脲酶与磷酸酶活性等。罗珠珠等^[9]研究发现，秸秆与地膜覆盖栽培持续6年后，土壤速效养分和有机碳含量均有所增加。相关研究认为，地膜具有较好的增温保墒作用，覆盖秸秆具有平抑地温，增加对降水的拦储与入渗，地膜垄面覆盖 + 垄沟秸秆覆盖方式较单一覆盖更能改善伏旱期间的土壤水热状况，有利于作物的生长发育，提高产量。Jordán等^[10]研究发现，秸秆覆盖显著提高了土壤有机质含量，增加土壤水分储量与有效性，并改善土壤容重、孔隙度和团聚体稳定性。而李富翠等^[4]则认为覆盖栽培也可能会降低作物的养分吸收量，甚至会造成作物减产，这些研究结论的不一致很大程度上取决于区域气候环境条件的不同。

不同地膜覆盖技术或覆盖材料的应用效果因作物、区域环境的不同而异，技术有其适用的范围，针对兰州市山旱区的特点，本试验开展了覆盖栽培的研究。试验采取不同的覆盖材料和覆盖方式，比较研究不同覆盖技术处理对旱地春小麦土壤水分、温度、产量及降水利用效率等的影响，为因地制宜选择适合西北寒旱区春小麦覆盖种植技术模式提供依据，同时深化对覆盖增产和高效用水机制的认识。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

试验位于榆中县清水驿乡孟家山村试验基地，海拔约2400m。该区属于典型的半干旱气候，光、热资源丰富，年平均气温7.4℃，年蒸发量1450mm，年无霜期150d左右，年日照时数2500h，年平均降水量350mm，其中7～9月占年降水量的56%。2017年6月中旬至7月持续高温，且没有有效降雨，其余生育期较历年同期降水充足，以8月份降水最大，马铃薯生育期内降水368.4mm。土壤为栗钙土，覆盖前0～30cm土层全氮0.939g/kg，全磷0.648g/kg，全钾21.09g/kg，碱解氮63.40mg/kg，有效磷9.86mg/kg，速效钾312.54mg/kg，有机质15.13g/kg，pH值8.80。

1.2 试验材料

供试马铃薯品种：陇薯10号。

供试肥料：覆膜前结合整地施腐熟猪粪45000kg/hm²，施尿素260kg/hm²（N 46%），过磷酸钙857kg/hm²（P₂O₅ 14%），氯化钾250kg/hm²（K₂O 60%）。整地起垄时用40%辛硫磷乳油7.5kg/hm² 加细沙土450kg/hm²，搅拌撒施以防地下害虫。

1.3 试验设计

采用随机区组设计，共8个处理（表1），3次重复，小区面积6.6m×6m=39.6m²。其中，垄作宽度70cm，垄高18cm，垄沟宽40cm，每小区种植180株，株距40cm，种植密度45400株/hm²，小区保护行间距50cm。于4月21日开展马铃薯种植。

1.4 采样时间与测定方法

1.4.1 生育期记载

马铃薯物候期记载，主要为出苗期、现蕾期、开花期、成熟期。

1.4.2 土壤养分测定

2017年3月22日（覆膜前）与2017年10月2日，不同处理小区取0～30cm马铃薯的根际土（靠近马铃薯薯块的土壤），每小区采用“S”形取5个点土样进行混合，带回实验室，风干、研磨后待测土壤养分^[12-13]。

1）土壤有机质（OM）：重铬酸钾容量法；2） 土壤全氮（NT）：重铬酸钾消化法；3）土壤全磷（TP）：硫酸—高氯酸消煮法；4）土壤全钾（TK）：氢氧化钠熔融—火焰光度法；5）土壤碱解氮（AN）：碱解扩散法；6）土壤有效磷（AP）：碳酸氢钠法； 7）土壤速效钾（AK）：醋酸铵—火焰光度法。

1.4.3 成熟指标测定

马铃薯成熟期，每小区挖取3m² 马铃薯，挑选大薯及小薯，进行称量，并抽取10株记录块茎数。马铃薯产量按照小区单收计算。

1.5 数据分析

采用Excel 2007整理数据和作图，SPSS 21.0进行方差分析（P<0.05）。

2 结果与分析

2.1 不同覆盖方式对土壤温度的影响

不同覆盖方式能显著影响0～30cm的土壤温度（图1）。不同生育期的土壤温度变化呈现先增大后减小的趋势。出苗期不同覆盖方式下的土壤平均温度大小依次为BQ>BB>BJ>HQ>HB>HJ>CK>JL，以处理BQ土壤地温最高（19.71℃），其中同一覆盖方式下白膜处理（BB、BQ、BJ）较黑膜处理（HB、HQ、HJ）土温平均高0.61～0.75℃，黑膜以HQ处理下土壤温度最高，以JL处理土壤温度最低，JL处理较其他覆膜处理温度低2.69～6.10℃，地膜覆盖方式（BB、BQ、BJ、 HB、HQ与HJ） 与CK相比土壤温度增幅为2.25～3.41℃，以BQ处理土壤增温最高；马铃薯现蕾期，不同覆盖方式下的土壤温度较出苗期均升高，以JL处理下土壤增温最高（5.58℃），较其它覆盖处理下土壤温度提高2～3℃，地膜覆盖方式与CK相比土壤温度增幅为1.12～3.26℃； 马铃薯开花期，秸秆覆盖下的土壤温度较CK增加0.22℃，地膜覆盖与CK相比温度增幅为1.30～3.23℃；马铃薯成熟期，覆膜处理（BB、 BQ、BJ、HB、HQ、HJ）土壤温度与CK相比提高了1.16～2.43℃，处理JL较CK温度提高0.19℃。通过分析表明，随生育期的推进地膜覆盖对土壤温度的影响逐渐减弱，秸秆覆盖在生育前期具有降温作用，后期具有一定的保温性，白膜较黑膜更能促进土壤温度的提高，且以全膜覆盖增加温度最为明显。

2.2 不同覆盖方式对马铃薯生育期的影响

覆盖方式显著影响马铃薯出苗、开花、成熟的时间，成熟期的最后时间以霜冻来临10月18日为截止日期，不同覆盖处理马铃薯的生育期在132～138d。马铃薯的出苗时间以BQ处理最早（29d），其次为BB、BJ处理，白膜出苗时间均较黑膜出苗时间早，秸秆覆盖下的马铃薯出苗时间最迟达到49d，CK出苗时间42d；不同覆盖方式下的马铃薯现蕾期、开花期、成熟期与出苗期变化规律相似，均为白膜覆盖较黑膜提前，地膜覆盖下的马铃薯成熟期较为相近，秸秆覆盖受出苗影响生育期推迟。JL处理出苗最晚，成熟期最晚，生育期为最小（132d）。与CK相比秸秆覆盖延长了收获时间，地膜覆盖马铃薯生育时期提前。

2.3 不同覆盖方式对马铃薯根际土壤有机质与养分的影响

由表3可以看出，覆盖方式能显著影响马铃薯收获期0～30cm根际土壤有机质和养分含量。与CK相比不同覆盖方式均能提高土壤有机质含量，其中以JL处理的土壤有机质含量最高，较CK增加16.72%，其次影响显著的覆盖方式为白膜覆盖（BB、BQ、BJ），黑膜覆盖（HB、HQ、HJ）影响不显著，而同一膜色（黑膜、白膜）下不同覆盖方式对土壤有机质含量影响不显著，不同覆盖方式对土壤有机质的影响大小为：秸秆> 白膜> 黑膜>CK。处理JL与其他覆盖方式相比能显著提高土壤全氮的含量，与CK相比土壤全氮含量增加5.96%，不同覆膜方式对于土壤全氮的影响没有显著差异。黑膜覆盖方式下的土壤全磷含量与其他处理之间差异显著，同一膜色不同覆盖方式下的土壤全磷含量无显著差异。与CK相比，地膜或者秸秆覆盖均能提高全钾含量，JL处理较其他处理能够增加全钾含量，白膜较黑膜更能增加全钾含量。不同覆盖方式对于土壤速效养分的影响较全量养分更为明显，不同覆盖方式对于土壤碱解氮的影响表现为，JL处理与其他覆盖处理相比能显著增加土壤碱解氮含量，增幅为0.95%～12.99%，不同膜色覆盖方式对土壤碱解氮的影响差异不显著，同一膜色不同覆盖方式表现为：BJ>BQ>BB、HJ>HQ>HB。不同覆盖方式下的土壤有效磷含量以JL处理最高，其次为BJ、BB、BQ，有效磷含量较CK分别显著提高了104.96%、28.02%、25.89%及25.32%，白膜覆盖方式下的土壤有效磷显著高于黑膜。不同覆盖方式下土壤速效钾表现为：JL>HJ>HB>HQ> BJ>BB>BQ>CK，与CK相比不同覆盖方式下的土壤速效钾增幅为0.62%～49.40%，黑膜覆盖较白膜更能提高土壤速效钾含量。

注：同一列不同小写字母表示在0.05水平差异显著。下同。

2.4 不同覆盖方式对马铃薯产量的影响

马铃薯不同覆盖方式对马铃薯的产量具有显著影响，且覆盖方式均能提高马铃薯的产量（表4）。不同覆盖方式下马铃薯3m² 的大薯产量以BL处理最高，其次为HJ处理，较CK分别显著增加了114.29%、100.00%；在同一膜色处理中全膜覆盖较半膜与垄沟秸秆覆盖大薯产量均低，JL与CK处理无显著差异，不同覆盖方式对小薯的影响较小。单株块茎数BJ最高，其次为HJ、BQ、BB、 HQ、HB、JL及CK处理，同一膜色覆盖方式下，全膜覆盖较半膜更有利于促进块茎数的增加。马铃薯商品率表现为黑膜覆盖较高，以BQ处理商品率最低，其余覆盖方式之间无显著差异。覆盖方式对产量的影响表现为，覆盖方式均能显著提高马铃薯产量，对产量的增加幅度为19.60%～87.87%。其中以BJ处理的马铃薯产量39941.43kg/hm² 最高，产量依次为BJ>HJ>BB>HB>HQ>BQ>JL>CK，覆膜方式以全膜覆盖下的马铃薯产量最低，不同膜色下的半膜处理、垄面覆膜 + 垄沟秸秆处理之间对于产量的影响差异不显著，秸秆覆盖下的马铃薯产量增幅仅为19.60%。

3 讨论

3.1 不同覆盖方式对耕层土壤温度与作物生长的影响

土壤温度是影响作物生长发育的重要因素，覆盖方式能不同程度的改变土壤的温度状况进而影响作物的生长情况^[13]。研究表明不同覆盖方式对土壤温度的影响因土壤类型、气候条件、覆盖材料的不同而异^[6]，地膜、秸秆覆盖均有抑制土壤水分蒸发的作用，对土壤的温度影响表现为地膜覆盖能有效地增加生育期积温，在作物生育前期低温期的增温效果更为明显，耕层土壤平均温度比无覆盖时高1.7～4.8℃^[14]，吴杨等^[15]研究表明地膜覆盖不仅能迅速提高日间土壤温度，同时能显著减缓土壤温度的下降速度，播后0～60d土壤温度较无覆盖增温平均为4.7℃，在玉米出苗到穗期，可增加积温200℃。蔡太义等^[16]研究表明在玉米生长前期秸秆覆盖与不覆盖处理相比具有显著的降温作用，且温度降幅随秸秆覆盖量的增加而增加，这与王平等^[5]的研究结论相一致，同时表明秸秆的这种降温效应主要在前期。本研究也得出相似的结论，在马铃薯苗期覆膜方式下的土壤温度较无覆盖土壤温度高2.25～3.41℃，秸秆覆盖下的土壤温度较无覆盖土壤温度低。李静静等^[17]的研究也表明了随着生育期的推进秸秆覆盖显著降低了花前土壤温度，随生育期推进覆盖秸秆与无覆盖处理的土壤温度趋于一致，秸秆覆盖处理也明显提高了苗期整齐度，秸秆覆盖对苗期的生育期天数略有推迟。地膜覆盖与无覆盖处理相比能够促进作物的生育时期提前，秸秆覆盖则延迟了生育时期^[13]。

3.2 不同覆盖方式对土壤有机质与养分的影响

不同覆盖方式种植能够显著地影响土壤水热状况，并改善土壤的物理性质，进而影响土壤微生物及土壤养分含量。毛云玲等^[18]研究覆盖处理对核桃根系土壤养分的影响时发现，不同的覆盖处理（地膜与秸秆）均能提高土壤有机质与速效养分含量，且秸秆覆盖后能够分解产生更多的有机质，并能促进土壤腐殖物质的形成与增加土壤有机质易矿化的碳氮组分与数量，提高土壤有机碳氮的生物活性，从而能够给作物提供更多的养分^[19]，王永鹏^[20]进行了覆膜对土壤养分影响的研究，发现覆膜加快了有机质矿化速率，导致土壤总有机碳含量略有降低，而何进勤等^[21]研究发现地膜覆盖能增加土壤有机质含量，因为土壤有机碳的归还量较少，仅有利于增加表层土壤有机质含量，出现有机质表层富集。本研究结果表明覆膜对马铃薯根际土壤有机质有一定的促进作用，这与王倩等^[3]的结论相似，出现不同的结论可能是根际土样与非根际土样有关，地膜覆盖促进了土壤有机碳矿化，但同时增加了土壤微生物活性以及作物根系有机碳的输入（根际碳沉积物及根际效应）^[22]，与非根际土壤相比根际土分泌物较大，微生物的生长和代谢能够提供的碳源和能源较大，根部凋落物大，造成根部有机质略高的可能^[23]，An等^[24]在辽宁沈阳用 ¹³C脉冲标记技术研究也表明地膜覆盖下土壤中的有机碳输入也在增加。而不覆盖处理土壤裸露，降水促进土壤“结皮”的形成，致使地表径流量和土壤侵蚀量大，土壤养分损失量大^[25]。本研究结果表明不同覆盖方式均能显著增加土壤有机质与土壤速效氮、磷、钾养分，这与大部分的结果相似^[18，25-26]。覆盖地膜处理下土壤较湿热，有利于土壤中的部分微生物活动，有促进养分分解的作用，加快土壤中有机质分解成为可被植物直接利用的矿物质^[8]，这证明了本研究中白膜较黑膜更能显著增加土壤有机质的含量的结果。温度越高矿化速率越快，地膜覆盖增强了有机物矿化速率，提高了有效养分释放，但数值却低于秸秆覆盖的作用^[27]，而且矿化量增加可能会导致土壤全效养分的降低，提高了有效养分释放。也有研究表明^[28]秸秆覆盖显著增加了土壤有机质和速效氮、磷、钾等养分含量，而地膜覆盖对土壤养分的影响较小，甚至降低了表层土壤有机质含量，其原因有待进一步的分析和验证。垄面覆膜 + 垄沟覆盖增强了雨水入渗，沟内的秸秆覆盖起到了透气、保水功能，提高了酶活性，改善了更深层土壤微生态环境，增加了稳定态养分的含量，促进了难溶性物质的分解与转化，从而提高了土壤肥力的有效性^[8]，且垄沟秸秆覆盖对速效养分的拦蓄效应强于对全量养分的拦蓄效应^[29]。

3.3 不同覆盖方式对产量的影响

研究表明，地膜覆盖较无覆盖与秸秆覆盖能显著增加马铃薯产量^[6]。其中，白色膜覆盖较黑膜更能促进马铃薯产量的增加^[30-31]，与本研究结论一致；但在气温偏高降雨量少的年份与地膜覆盖营造高产田的同时，容易导致土壤水分过量消耗，土壤干燥化现象发生或土壤年际水分平衡破坏，耕层土壤干燥化风险增加。也有研究表明黑色膜比白色膜平抑低温变化方面作用强，认为在改善土壤水温效应的同时有助于马铃薯主茎数和结薯数的增加，增产效果较白膜覆盖更加明显^[32]。研究结论的不一致，可能是不同的地理环境与气候差异导致的。秸秆覆盖较地膜覆盖与无覆盖更加有利于土壤肥力的提高^[27]，却不能显著地提高产量，秸秆覆盖下耕层温度降低减缓了作物生育前期根系的生长，前期低温可能是引起作物生长发育滞后和产量降低的主导因素^[33]。本研究发现，覆膜较秸秆覆盖与无覆盖更能有利于马铃薯产量的增加，且以地膜垄面覆盖 + 秸秆垄沟覆盖下的马铃薯产量最高，该覆盖方式不仅能够有效地进行集雨，垄面地膜能够有效地提高土壤温度促进作物生长，垄沟秸秆具有一定的降温作用，促进前期发育并减缓后期高温对作物的胁迫。马铃薯是冷凉作物，持续的高温会增加作物的耗水对其生长发育会造成不利影响^[34]，在集雨保水措施应用的同时，必须充分考虑覆盖材料的增温效果对马铃薯生产的可能不利影响。

4 结论

地膜具有保温作用，全膜覆盖作用较半膜佳，白膜较黑膜佳，覆膜随生育期对土壤温度的影响减小，覆膜能促进马铃薯出苗提前与加快生长，缩短生育时期，各处理对生育期的影响效果与温度相似。秸秆覆盖对温度影响具有双重作用，在生育前期具有降温作用，后期具有一定的保温性，秸秆覆盖延长了马铃薯的生育时期。覆盖方式能影响土壤的养分，覆膜 + 秸秆覆盖（BJ、HJ）对于土壤养分含量的促进效果明显，对应马铃薯产量也表现为以覆膜 + 秸秆覆盖（BJ、HJ）对促进产量的增加更为显著，以处理BJ产量最高，达到39941.43kg/hm²，秸秆覆盖对产量的促进作用最小。

参考文献