秸稈帶狀覆蓋對半干旱雨養(yǎng)區(qū)馬鈴薯光合特性及產(chǎn)量的影響

馮雨露 張森昱 楊成存 馬建濤 韓凡香 柴守璽黃彩霞 常 磊，

（1甘肅省干旱生境作物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；2蘭州城市學(xué)院地理與環(huán)境工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；3甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)水利水電工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070）

西北雨養(yǎng)區(qū)因氣候冷涼、土壤環(huán)境適宜、晝夜溫差大等優(yōu)良的生態(tài)條件而成為我國馬鈴薯（Solanum tuberosumL.）優(yōu)勢產(chǎn)區(qū)［1］。但該區(qū)域常年干旱少雨，農(nóng)業(yè)水資源匱乏制約了該地區(qū)作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)［2-3］。如何科學(xué)、合理地聚集、利用有限降水，增加土壤蓄水保墑能力，是實(shí)現(xiàn)馬鈴薯穩(wěn)定增產(chǎn)的關(guān)鍵所在。地表覆蓋具有明顯的集雨保墑、抑蒸調(diào)溫作用，是近年來旱作區(qū)重要的抗旱保墑措施，可顯著提高作物產(chǎn)量［4］。地表覆蓋材料主要包括地膜、秸稈、砂石及編織物等，其中地膜覆蓋增產(chǎn)效果明顯，為我國糧食安全做出了積極貢獻(xiàn)［5］，但長期地膜覆蓋易造成地膜碎片大量殘留，導(dǎo)致土壤白色污染［6-7］，與現(xiàn)階段綠色發(fā)展理念不符。秸稈覆蓋可提高作物產(chǎn)量、改善土壤理化性質(zhì)、增加土壤肥力［8-9］，但秸稈覆蓋利用方式（全地面覆蓋、碎稈覆蓋、局部覆蓋等）因氣候、區(qū)域、作物而異，也存在不增產(chǎn)、甚至減產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)［10］。因此，探索綠色有效覆蓋方式是解決西北旱作區(qū)適水栽培的關(guān)鍵途徑之一。

光合作用是決定作物產(chǎn)量的關(guān)鍵因素，增強(qiáng)作物光合性能對提高作物產(chǎn)量有重要意義［11-12］。但在干旱脅迫下，植物葉片的氣孔阻力和二氧化碳摩爾分?jǐn)?shù)會(huì)逐漸升高，導(dǎo)致氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率和光合速率急劇下降，最終影響作物生長及光合同化［13］。在旱作區(qū)，地表覆蓋可有效緩解土壤旱情，為土壤水肥吸收利用奠定良好的生物學(xué)基礎(chǔ)［14-15］。許多研究發(fā)現(xiàn)，地膜覆蓋和秸稈覆蓋均能改善耕層土壤水熱狀況，提高作物葉面積，增大光截獲率，進(jìn)而顯著提高玉米、小麥等作物葉片光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度，最終使作物產(chǎn)量穩(wěn)步提升［16-18］。但也有研究證實(shí)，地膜覆蓋會(huì)使生育早期馬鈴薯出現(xiàn)燒苗現(xiàn)象，對其生長產(chǎn)生脅迫作用［19-20］，且透明膜下極易生長雜草，形成與作物爭奪養(yǎng)分的局面，使馬鈴薯產(chǎn)量降低、綠薯率增加［11］。而傳統(tǒng)的秸稈全地面覆蓋因降溫過低，也會(huì)影響馬鈴薯等作物的前期生長，不利于后期產(chǎn)量的形成［21-22］。

秸稈局部帶狀覆蓋技術(shù)解決了降溫與保墑的矛盾，增產(chǎn)效果明顯，已在小麥、馬鈴薯生產(chǎn)上得到推廣應(yīng)用［23-24］，但目前大部分研究主要集中于水熱、農(nóng)藝指標(biāo)及其與產(chǎn)量形成的關(guān)系等方面，而在馬鈴薯光合特性變化方面的研究較少。為此，本研究通過2 年的大田試驗(yàn)，分析秸稈帶狀覆蓋對旱地馬鈴薯葉片光合特性、光合日變化、葉綠素含量、光合酶及產(chǎn)量的影響，旨在為提高半干旱地區(qū)作物光合利用率和綠色高產(chǎn)種植提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2020—2021 年在甘肅省通渭縣旱作循環(huán)農(nóng)業(yè)試驗(yàn)基地（35°11′N，105°19′E）進(jìn)行，該區(qū)域?qū)僦袦貛О敫珊禋夂?，平均海? 750 m，年均氣溫7.2 ℃，年日照時(shí)數(shù)2 096 h，無霜期120～170 d，為典型半干旱雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)，該區(qū)作物均為一年一熟制。多年平均降水量390.7 mm，且60%以上的降雨集中于7—9 月，其中馬鈴薯生育期多年平均降雨量為305.0 mm。試驗(yàn)區(qū)土壤類型為黃綿土，0～20 cm 耕作層土壤容重平均為1.25 g·cm3，土壤有機(jī)質(zhì)含量11.72 g·kg-1、全氮0.79 g·kg-1、速效磷11.63 mg·kg-1、速效鉀122.72 mg·kg-1、pH值8.5。

馬鈴薯兩個(gè)生長季降雨量和日均氣溫見圖1。2020 年和2021 年馬鈴薯全生育期總降雨量分別為352.6 和385.7 mm，生育期內(nèi)有效降雨量（≥5 mm）分別為352.6 mm（豐水年）、284.5 mm（平水年）。

圖1 馬鈴薯全生育期降水量及大氣溫度Fig.1 The precipitation and daily average temperature during the growth period of the experimental area

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采取隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)秸稈帶狀覆蓋2 行（SM1）、秸稈帶狀覆蓋3 行（SM2）、黑膜大壟覆蓋（PM）和露地平作（CK）4個(gè)處理，每小區(qū)面積90 m2（18 m×5 m），3次重復(fù)。具體如下：

秸稈帶狀覆蓋兩行（SM1）：在上茬冬小麥?zhǔn)斋@后，于10月底將小區(qū)分為秸稈覆蓋帶和種植帶2帶交替布置，覆蓋帶∶種植帶=60 cm∶60 cm，人工將玉米整稈鋪設(shè)于覆蓋帶上，秸稈覆蓋量約9×103kg·hm-2，每種植帶呈正三角形穴播2行馬鈴薯，株距32 cm，行距60 cm。

秸稈帶狀覆蓋三行（SM2）：在上茬冬小麥?zhǔn)斋@后，于10月底將小區(qū)分為秸稈覆蓋帶和種植帶2帶交替布置，覆蓋帶∶種植帶=60 cm∶90 cm，秋季覆蓋，人工將玉米整稈鋪設(shè)于覆蓋帶上，秸稈覆蓋量約9×103kg·hm-2，每種植帶呈正三角形穴播3 行馬鈴薯，株距38 cm，行距26 cm。

黑膜大壟覆蓋（PM）：在上茬作物收獲后，使用聚乙烯黑色塑料地膜（幅寬1.2 m，厚度0.01 mm）進(jìn)行起壟覆蓋。壟寬120 cm，大壟寬約100 cm，壟高10 cm，壟溝寬約20 cm。在大壟兩側(cè)穴播2 行馬鈴薯，相鄰2 行植株間呈正三角形分布，株距32 cm，行距60 cm。

露地平作（CK）：傳統(tǒng)不覆蓋露地平作，相鄰兩行呈正三角形分布，穴播，株距32 cm，行距60 cm。

供試材料為隴薯7 號，由甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)通渭縣旱作循環(huán)農(nóng)業(yè)試驗(yàn)基地提供，各處理播種密度均為5.25×104株·hm-2。兩年試驗(yàn)地前茬均為冬小麥，在覆膜覆稈前對試驗(yàn)地進(jìn)行深翻1次，旋耕2次，后覆膜、覆稈。將全部肥料（純N 180 kg·hm-2、P2O5150 kg·hm-2）全部作為基肥在旋耕整地前一次性施入，馬鈴薯各生育時(shí)期均不再追肥，生育期內(nèi)化學(xué)防晚疫病2～3次。

本次研究通過軟件SPSS22.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)數(shù)據(jù)分析，其中計(jì)數(shù)資料通過卡方檢驗(yàn)，計(jì)量資料通過標(biāo)準(zhǔn)差表示，通過t檢驗(yàn)，如果差異明顯，則P＜0.05。

1.3 測定指標(biāo)與方法

光合生理指標(biāo)：每小區(qū)選取10 株具有代表性的馬鈴薯相鄰植株進(jìn)行掛牌標(biāo)記，于馬鈴薯塊莖形成期、塊莖膨大期和淀粉積累期，選擇晴朗無風(fēng)天氣9：00—17：00時(shí)，測定每株馬鈴薯頂端生長點(diǎn)向下第4片功能葉的光合特性，3 次重復(fù)，光合測定進(jìn)氣速率設(shè)定為500 μmol·mol-1，采用Li-6400 便攜光合測定儀（北京力高泰科技有限公司）的標(biāo)準(zhǔn)葉室（面積：2 cm×3 cm）進(jìn)行測定。按公式（1）計(jì)算葉片水分利用率（water use efficienty，WUEL）。

葉綠素含量：在馬鈴薯塊莖形成期、塊莖膨大期和淀粉積累期，每小區(qū)選取5 株，采用TYS-3N 型植株養(yǎng)分速測儀（浙江托普儀器有限公司，杭州），在晴天的9：00—11：00 AM 測定馬鈴薯倒4 葉復(fù)葉頂端小葉的葉綠素相對含量（soil and plant analyzer development，SPAD）值。

光合關(guān)鍵酶：每個(gè)處理取15 片長勢均勻植株的倒4 葉復(fù)葉，采用試劑盒（蘇州科銘生物技術(shù)有限公司）酶標(biāo)儀微量法測定葉片的核酮糖二磷酸羧化酶（rubisco diphosphate carboxylase，Rubisco 羧化酶），重復(fù)3次。

產(chǎn)量：馬鈴薯成熟后，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取15 株進(jìn)行室內(nèi)考種，按商品薯分級標(biāo)準(zhǔn)（單薯重＞150 g 為大薯，75 g≤單薯重≤150 g為中薯，單薯重＜75 g為小薯）計(jì)算各級薯率和商品薯率。收獲時(shí)按小區(qū)測產(chǎn)，取3 次重復(fù)的平均值折算為每公頃產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2016 和SPSS 23.0 軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，利用Duncan 法進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)（P＜0.05），應(yīng)用SPSS 23.0 軟件對各指標(biāo)進(jìn)行皮爾遜相關(guān)性分析，使用Sigmaplot 14.0軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 覆蓋處理對馬鈴薯光合特性的影響

2.1.1 凈光合速率 由表1可知，覆蓋處理均明顯提高了馬鈴薯塊莖形成期與塊莖膨大期凈光合速率（Pn），且處理間整體存在顯著差異。2020年（豐水年），與CK 相比，塊莖形成期和塊莖膨大期覆蓋處理下Pn分別顯著提高了12.14%～27.96%和2.26%～14.75%，且增幅均表現(xiàn)為PM＞SM1＞SM2；在淀粉積累期，SM1、SM2 和PM 處理下Pn 分別較CK 顯著降低了13.15%、2.85%和13.79%。2021年（平水年），塊莖形成期和塊莖膨大期覆蓋處理下Pn 分別較CK 顯著增加了45.14%～70.62%和13.93%～35.54%，分別以SM1、PM增幅最大；在淀粉積累期，僅PM 處理的Pn 較CK 顯著降低了18.20%，SM1和SM2處理則與CK無顯著差異。

表1 覆蓋處理對馬鈴薯各生育時(shí)期的光合特性的影響Table 1 Differences in photosynthetic characteristics of potato at different growth stages under mulching treatments

2.1.2 蒸騰速率 2 年試驗(yàn)中不同覆蓋處理馬鈴薯關(guān)鍵生育期蒸騰速率（Tr）趨勢表現(xiàn)不一致，這可能與年際間降水量的差異有關(guān)。隨著生育期的推進(jìn)，豐水年各處理蒸騰速率總體呈現(xiàn)“先升高，后降低”變化趨勢，平水年則呈下降趨勢。豐水年，SM1、SM2 處理Tr在塊莖形成期分別較CK 顯著提高了8.88%、3.51%，在塊莖膨大期和淀粉積累期則較CK 分別顯著降低了8.71%～9.35% 和12.45%～16.26%，降幅均表現(xiàn)為SM1＞SM2；PM 處理Tr 在塊莖形成期和塊莖膨大期分別較CK 顯著提高了15.42%和17.37%，在淀粉積累期則顯著降低33.93%。平水年，塊莖形成期覆蓋處理Tr 較CK 顯著增加25.59%～38.19%，增幅表現(xiàn)為PM＞SM1＞SM2；在塊莖膨大期，各覆蓋處理Tr與CK 差異不顯著；而淀粉積累期SM1、SM2 和PM 處理的Tr 分別較CK顯著降低了19.10%、14.59%、19.95%。

2.1.3 氣孔導(dǎo)度 隨著馬鈴薯生育期的推進(jìn)，各處理葉片氣孔導(dǎo)度（Gs）呈下降趨勢，覆蓋處理可以明顯提高馬鈴薯氣孔導(dǎo)度。豐水年，覆蓋處理Gs在塊莖形成期較CK 顯著提高8.03%～25.72%，增幅表現(xiàn)為PM＞SM1＞SM2；塊莖膨大期，SM1 和PM 處理Gs 分別較CK顯著提高了24.57%和47.23%，SM2則與CK無顯著差異；淀粉積累期，與CK 相比，除SM1 處理無顯著差異外，SM2 和PM 處理Gs 分別較CK 顯著降低10.22%和22.70%。平水年，塊莖形成期各處理間Gs 無顯著差異；塊莖膨大期SM1、SM2 和PM 處理Gs 分別較CK 提高32.34%、10.25%和45.62%；淀粉積累期覆蓋處理Gs較CK顯著降低27.94%～40.98%，降幅表現(xiàn)為SM1＞PM＞SM2，各覆蓋處理之間無顯著差異。

2.1.5 葉片水分利用效率 兩個(gè)生長季覆蓋種植的馬鈴薯葉片水分利用效率（WUEL）總體上高于露地種植。豐水年，與CK 相比，秸稈帶狀覆蓋處理平均在塊莖形成期、塊莖膨大期和淀粉積累期的WUEL分別顯著提高了6.50%、15.85%和7.34%，且秸稈帶狀覆蓋處理塊莖形成期和淀粉積累期的增幅均以SM2 處理最大（8.37%和10.97%），而塊莖膨大期則以SM1最大（19.68%）；PM 處理在塊莖形成期和淀粉積累期的WUEL分別較CK 顯著提高10.86%和30.49%，在塊莖膨大期較CK 降低了2.22%，且無顯著差異。平水年，馬鈴薯WUEL總體上高于豐水年，與CK 相比，秸稈帶狀覆蓋處理WUEL平均在塊莖形成期和淀粉積累期分別較CK 提高了23.35%和15.86%，且兩時(shí)期增幅均以SM1 最大；在塊莖膨大期，秸稈帶狀覆蓋處理的WUEL平均明顯低于CK 9.03%，降幅以SM1 處理最大（P＜0.05）；PM 處理WUEL的變化趨勢與秸稈帶狀覆蓋處理一致，但在各時(shí)期均與CK無顯著差異。

2.2 覆蓋處理對塊莖膨大期馬鈴薯光合日變化的影響

塊莖膨大期為馬鈴薯關(guān)鍵生育時(shí)期，測定該時(shí)期馬鈴薯在不同覆蓋處理下的光合日變化可為后期產(chǎn)量形成打下基礎(chǔ)。由圖2 可知，各處理馬鈴薯塊莖膨大期葉片凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導(dǎo)度（Gs）以及胞間CO2濃度（Ci）均呈“單峰”曲線變化，且各參數(shù)最大值均出現(xiàn)在上午9：00。覆蓋總體上較對照提高了馬鈴薯全天的Pn、Tr、Gs，而降低了Ci。具體來看，在上午9：00和11：00，覆蓋處理Pn、Tr、Gs分別較CK提高了8.1%～12.6%、10.1%～20.2%、10.3%～37.5%，且增幅分別以SM1、PM 和PM 處理最大；而覆蓋處理Ci值在兩個(gè)時(shí)間段低于CK 2.0%～9.4%，降幅均以SM1處理最大。在中午13：00 時(shí)，各處理的Pn、Tr、Gs 和Ci值均較前一個(gè)時(shí)間段下降，但覆蓋處理的Pn、Tr、Gs值仍分別較CK 高4.1%～19.4%、17.2%～40.1% 和46.6%～65.2%；而Ci 值則較CK 低1.2%～7.1%。下午15：00 時(shí)，由于大氣溫度略有下降，各處理的Pn、Tr、Gs和Ci值均有所上升，與CK相比，覆蓋處理Pn、Tr、Gs值分別提高了5.9%～18.4%、11.4%～25.6% 和29.8%～82.6%；而Ci 值較CK 低4.6%～9.8%。下午17：00 時(shí)，各處理光合參數(shù)均明顯下降，其中Pn 和Cs 在各處理間差異較小，而Tr 表現(xiàn)為PM 明顯高于SM1、SM2 和CK；Ci則表現(xiàn)為CK＞SM2＞SM1＞PM。

圖2 覆蓋處理對塊莖膨大期馬鈴薯光合日變化的影響Fig.2 Effects of mulching treatments on diurnal variation of photosynthetic characteristics of potato during tuber expansion stage.

2.3 覆蓋對馬鈴薯葉片葉綠素含量的影響

葉綠素是吸收、傳遞、轉(zhuǎn)化光能的主要物質(zhì)。由圖3可知，兩個(gè)生長季覆蓋處理總體上增加了馬鈴薯葉綠素含量（SPAD值），且平水年增幅大于豐水年。具體來看，在豐水年，SM1和SM2處理葉片葉綠素含量僅在塊莖形成期顯著高于CK，增幅分別為8.7%和7.2%，在塊莖膨大期和淀粉積累期與CK 均無顯著差異；PM 處理的葉綠素含量在塊莖形成期和塊莖膨大期分別較CK 顯著增加了5.0%和9.8%，在淀粉積累期較CK顯著降低6.7%。平水年，隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)，馬鈴薯葉片葉綠素含量呈先降低后增加的趨勢，與CK 相比，秸稈帶狀覆蓋處理葉綠素含量在塊莖形成期、塊莖膨大期和淀粉積累期分別平均提高了16.2%、11.1%和3.2%，且三個(gè)時(shí)期增幅分別以SM1、SM2 和SM1 處理最大（P＜0.05）。PM 處理在塊莖形成期、塊莖膨大期和淀粉積累期的葉綠素含量分別較CK 提高了7.6%、14.3%和5.1%。

圖3 覆蓋處理下馬鈴薯葉綠素含量的變化Fig.3 Changes of chlorophyll content in potato under mulching treatments

2.4 覆蓋處理對馬鈴薯葉片Rubisco羧化酶活性的影響

Rubisco 羧化酶作為馬鈴薯光合作用中最關(guān)鍵的光合酶，其酶活性的高低直接影響馬鈴薯葉片的光合效率，因此，本試驗(yàn)于2021 年補(bǔ)測Rubisco 羧化酶活性。由圖4 可知，隨著馬鈴薯生育期的推進(jìn)，各處理Rubisco 羧化酶活性總體呈下降趨勢。覆蓋處理明顯提高了馬鈴薯Rubisco羧化酶活性，與CK相比，秸稈帶狀覆蓋處理塊莖形成期、塊莖膨大期和淀粉積累期的酶活性平均分別顯著提高了36.3%、60.0%和96.0%，且三個(gè)時(shí)期增幅分別以SM1、SM2 和SM1 處理最大；PM 處理在三個(gè)時(shí)期的酶活性分別較CK 提高了18.3%、21.3%和24.0%，但在淀粉積累期無顯著差異?？梢姡斩拵罡采w和地膜覆蓋均可提高馬鈴薯葉片Rubisco羧化酶活性，且秸稈帶狀覆蓋效果優(yōu)于地膜覆蓋。

圖4 2021年覆蓋處理下馬鈴薯葉片Rubisco羧化酶活性Fig.4 Rubisco carboxylase activity in potato leaves under mulching treatments in 2021 year

2.5 不同覆蓋處理馬鈴薯的產(chǎn)量表現(xiàn)

由表2 可知，兩個(gè)生長季覆蓋處理均較對照明顯增加了馬鈴薯鮮薯和干薯產(chǎn)量，且增幅表現(xiàn)為平水年＞豐水年，地膜覆蓋＞秸稈帶狀覆蓋。具體來看，在豐水年，與CK 相比，SM1、SM2 和PM 處理下鮮薯產(chǎn)量分別顯著增加13.7%、11.2%和26.4%，但SM1和SM2處理間無顯著差異；干薯產(chǎn)量則分別顯著增加了18.3%、5.2%和39.6%。平水年，SM1、SM2 和PM 處理下鮮薯產(chǎn)量分別較CK 增加16.4%、9.1%和37.2%，但SM2與CK 無顯著差異；干薯產(chǎn)量則分別顯著增加了18.4%、12.0%和41.5%。

表2 覆蓋處理下2020—2021年馬鈴薯產(chǎn)量的變化Table 2 Changes of potato yield under mulching treatments from 2020 to 2021

兩個(gè)生長季覆蓋處理單薯重和單株結(jié)薯數(shù)分別較CK 提高3.6%～13.1%、6.9%～24.8%，且均以PM 處理增幅最大。單薯重的提高使得各處理商品薯率也進(jìn)一步增加，但各處理商品薯率年際間差異明顯，與CK 相比，SM1、SM2 和PM 處理商品薯率在豐水年較CK 顯著增加了12.2%、7.8%和15.5%，但在平水年，各處理商品薯率與CK無顯著差異。

2.6 馬鈴薯產(chǎn)量與光合特性指標(biāo)之間的相關(guān)關(guān)系

由表3 可知，兩個(gè)生長季馬鈴薯鮮薯產(chǎn)量與葉片凈光合速率（Pn）呈顯著或極顯著正相關(guān)，與胞間CO2濃度（Ci）呈負(fù)相關(guān)。具體來看，豐水年，馬鈴薯鮮薯產(chǎn)量與Pn、氣孔導(dǎo)度（Gs）、葉片水分利用效率（WUEL）呈極顯著正相關(guān)，與葉綠素含量呈顯著正相關(guān)，與Ci呈負(fù)相關(guān)；Pn 與Gs、WUEL、葉綠素含量呈顯著或極顯著正相關(guān)，與Ci呈負(fù)相關(guān)。平水年，鮮薯產(chǎn)量與Pn、Tr呈顯著或極顯著正相關(guān)，與Ci 呈負(fù)相關(guān)；Pn 與WUEL、葉綠素含量呈顯著或極顯著正相關(guān)，與Ci呈極顯著負(fù)相關(guān)。

表3 不同覆蓋處理馬鈴薯產(chǎn)量與光合特性指標(biāo)之間的相關(guān)關(guān)系Table 3 Correlation of potato yield and photosynthetic characteristics under different mulching treatments

3 討論

3.1 覆蓋方式對馬鈴薯光合參數(shù)特性的影響

光合作用是植物最基本的生命活動(dòng)，是植物合成有機(jī)物質(zhì)和獲取能量的根本來源［25］。在植物生長發(fā)育過程中，植物葉片葉綠素含量、Rubisco 羧化酶和光合器官結(jié)構(gòu)的改變均會(huì)影響CO2的同化，進(jìn)而影響光合產(chǎn)物的積累，最終影響作物產(chǎn)量［26］。農(nóng)田覆蓋栽培能優(yōu)化土壤水熱環(huán)境，提高葉片葉綠素的積累，進(jìn)而明顯起到增加作物光合性能的作用［27］。紀(jì)曉玲等［28］研究發(fā)現(xiàn)，旱作區(qū)秸稈覆蓋和地膜覆蓋均可增加馬鈴薯盛花期凈光合速率、蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度，且增幅均以秸稈覆蓋處理最大。Ali等［29］發(fā)現(xiàn)，壟溝覆膜種植能使冬小麥的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率和胞間CO2濃度顯著提高4.0%～27.2%。本試驗(yàn)中，覆蓋種植無論在豐水年還是平水年均總體上提高了馬鈴薯光合性能，這可能是由于覆蓋的蓄水保水作用促進(jìn)了馬鈴薯生長，增大了葉面積，使得光截獲率升高，進(jìn)而提高了葉片的光合性能［30］。同時(shí)本研究還發(fā)現(xiàn)，覆蓋處理各光合參數(shù)在生育前中期（塊莖形成期和塊莖膨大期）較對照的增幅較為明顯，在生育后期（淀粉積累期）均有不同程度的下降，這與前人研究略有出入［4］。推測原因如下：一方面，西北半干旱地區(qū)降雨主要集中在6—9 月，而此時(shí)正處于馬鈴薯生長中后期，連續(xù)的陰雨天會(huì)使植株光合效率降低，并且在弱光條件下，植株只能利用較低濃度的二氧化碳，進(jìn)而減弱了光合同化能力；另一方面，在馬鈴薯淀粉積累期后，地上部逐漸開始衰老，特別是地膜覆蓋加速了葉片的衰老進(jìn)程，降低了葉面積，使得光能截獲率大幅下降，進(jìn)而使光合參數(shù)下降［31］。此外，前人在小麥上的研究都證實(shí)了凈光合速率的日變化雙峰曲線不明顯，基本呈單峰曲線［16，32］，本研究也得到了類似結(jié)果。本研究在對光合日變化的監(jiān)測中發(fā)現(xiàn)，馬鈴薯的凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度和胞間CO2濃度均以上午9：00 時(shí)最大，且隨著時(shí)間的推移逐漸減小，在中午13：00 時(shí)各指標(biāo)均劇烈下降，而在下午15：00 時(shí)略有回升，之后再次下降。這可能是由于西北地區(qū)中午前后大氣溫度較高，土壤供水能力下降，導(dǎo)致葉片氣孔開張度減小，甚至有氣孔關(guān)閉的現(xiàn)象，而午后大氣溫度降低，葉片氣孔重新開放，進(jìn)而使光合性能得到了一定的回升。

3.2 覆蓋方式對馬鈴薯產(chǎn)量的影響

在旱作區(qū)，農(nóng)田覆蓋栽培能有效調(diào)節(jié)土壤水分、溫度，進(jìn)而影響作物的光合同化能力，最終使產(chǎn)量明顯增加［33-35］。眾多研究證實(shí)，秸稈和地膜覆蓋均能明顯改善小麥、玉米、馬鈴薯生育期內(nèi)農(nóng)田水熱狀況，進(jìn)而增加產(chǎn)量［36-37］。且在不同覆蓋栽培方式下，馬鈴薯平水年較豐水年增產(chǎn)幅度大，地膜覆蓋增產(chǎn)幅度高于秸稈覆蓋［3］。本研究也得到了相似結(jié)果，即無論在豐水年還是平水年，3 種覆蓋模式均較對照明顯增加了馬鈴薯鮮薯和干薯產(chǎn)量，增幅表現(xiàn)為地膜覆蓋大于秸稈覆蓋，平水年大于豐水年。同時(shí)本研究結(jié)果顯示，覆蓋增產(chǎn)的主要原因在于馬鈴薯單薯重和單株結(jié)薯數(shù)的提高，且單薯重對產(chǎn)量的貢獻(xiàn)大于單株結(jié)薯數(shù)，這與前人研究結(jié)論相似［23］。可能是由于覆蓋栽培從根本上緩解了馬鈴薯生育期內(nèi)的水分脅迫，并且無論在豐水年還是平水年，覆蓋都能形成穩(wěn)定的供水，使光合性能的穩(wěn)定性得到改善，進(jìn)而增加物質(zhì)同化能力，最終實(shí)現(xiàn)馬鈴薯增產(chǎn)［34］。

4 結(jié)論

本研究2 年田間試驗(yàn)表明，秸稈帶狀覆蓋（SM1、SM2）和地膜覆蓋（PM）均較露地平作（CK）明顯提高了馬鈴薯葉片葉綠素含量及馬鈴薯塊莖形成期和膨大期葉片的Pn、Tr、Gs，且增幅總體上表現(xiàn)為平水年＞豐水年，地膜覆蓋＞秸稈覆蓋。同時(shí)，覆蓋處理總體提高了馬鈴薯葉片的WUEL和Rubisco 羧化酶活性，且增幅均以SM1 處理最大。兩年度試驗(yàn)中，秸稈帶狀覆蓋和地膜覆蓋均明顯提高了馬鈴薯單薯重和單株結(jié)薯數(shù)，進(jìn)而使馬鈴薯鮮薯和干薯產(chǎn)量分別較對照增加2.1%～37.2%和5.2%～41.5%。此外，秸稈帶狀覆蓋較地膜覆蓋具有操作簡單、成本低和無污染等特點(diǎn)，并且有較大的增產(chǎn)潛力，是實(shí)現(xiàn)西北旱作區(qū)馬鈴薯高產(chǎn)綠色栽培的理想措施。