秋耕覆盖对土壤水热肥与马铃薯生长的影响分析

侯贤清 李 荣

(宁夏大学农学院， 银川 750021)

0 引言

宁夏南部(简称“宁南”)半干旱区的农业生产主要依赖天然降水，年降水量300～450 mm，年降水变率大，季节分配不均，其中60%～70%集中在7—9月，且无效、微效降水日数多，有效降水利用效率低，水分供应不足是制约作物生长的主要因素[1]。旱作农业区常年进行土壤频繁翻耕，破坏了土壤团粒结构，作物秸秆全部移走或就地焚烧致使土壤裸露，水热资源和养分损失严重，加剧了土壤质量的下降和生态环境的恶化[2]。以少(深松)、免耕为代表的保护性耕作措施通过增加地表覆盖能有效增强夏秋降水就地入渗、休闲期土壤水分贮蓄，实现了有限降水资源的跨季、跨年利用，同时调控土壤中的水、肥、气、热对作物生长的协同作用，从而提高作物产量，保护性耕作是解决长期连续翻耕、旋耕弊病的有效措施[3]。

耕作覆盖措施可通过耕作蓄水、覆盖保墒技术的综合应用，以最大程度降低地表水分蒸发，优化土壤水、热及养分环境与作物生长的协同作用，从而达到稳产高产的目的[4-5]。耕作方式对土壤温度的影响主要通过对土壤孔隙度和水分的影响实现，覆盖措施下土壤水分由不同覆盖物的保水效果和保温性质共同决定[6]，耕作结合覆盖措施会通过影响土壤水分及温度状况进而影响土壤养分的转化与含量水平[7]。目前，耕作结合覆盖措施在改善土壤水热环境方面，已有许多学者进行了研究。汪可欣等[8]研究表明，覆盖与压实结合耕作方式可调控播种至出苗期表层土壤温度，覆盖降温效果明显，压实处理具有一定增温作用，浅松压实覆盖在改善根区土壤环境方面具有一定优势。武淑娜等[9]认为，传统耕作结合地膜覆盖在作物生长前期增温保墒、后期降温抑蒸，有利于改善土壤水热环境，符合大豆生长发育对环境的需求。YANG等[10]研究表明，将耕作方式与覆盖措施相结合，对改善土壤水热环境及作物生长均有积极的作用。然而，在研究耕作覆盖模式对旱地土壤水、热和养分环境与作物生长影响的同时，必须考虑二者的交互效应，以确定最有效的耕作覆盖措施，适应旱作区作物生育期多变的气候和环境条件[3]。

马铃薯是宁南半干旱区重要的粮食作物。在马铃薯播种期，春旱突出、土壤低温及含水率、肥力不足，严重影响了马铃薯的前期生长[1]。在马铃薯生育中后期，常处于伏旱阶段，高温胁迫对马铃薯生殖生长极为不利[11]。前茬作物收获后在休闲期进行耕作结合覆盖措施，通过耕作蓄水、覆盖保墒保温的协调互作，实现休闲期秋雨深蓄、跨季节利用，以协调土壤中的水、肥、气、热[7,12]。前人多注重于单一的耕作方式或覆盖措施对休闲期覆盖和生育期覆盖进行研究，将耕作方式与覆盖措施及休闲期和生育期覆盖相结合的系统研究较少。本研究以“秋雨春用、春墒秋保”为目标，在秋作物收获后将耕作方式和覆盖措施集成在同一马铃薯栽培模式中，探讨耕作方式、覆盖措施及二者交互作用对土壤水分、温度、养分及马铃薯生长的影响，同步优化农田水、热、肥特性，提高马铃薯生长的水热、养分需求与农艺调控效应间的吻合度，以期明确适合宁南半干旱区土壤蓄墒调温保肥和稳产高效的耕作覆盖措施，为该区马铃薯的可持续发展提供理论支撑。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

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实施，研究区位于宁南旱区(106°48′E，35°51′N)，海拔1 800 m，年平均降水量430.5 mm，60%～70%降水发生在7—9月。年平均气温8.1℃，无霜期155 d，属于典型的温带半干旱大陆性气候。该区光热资源丰富、昼夜温差大、气候冷凉，是马铃薯栽培适宜的生态区。2013—2014年、2014—2015年和2015—2016年降水总量分别为396.3、463.2、369.0 mm，其中休闲期(10月—次年4月)降水量分别为112.9、131.5、120.6 mm，马铃薯生长期(5—9月)降水量分别为283.4、331.7、248.4 mm。根据40年平均降水量(430.5 mm)和生长期平均降水量(337.8 mm)数据，2013—2014年为相对干旱年份，2014—2015年正常年份，2015—2016年为干旱年份。试验田为旱塬地，土壤质地为黄绵土，播种前0～40 cm层土壤有机质质量比为7.5 g/kg，速效氮、磷、钾质量比分别为58.6、8.4、150.0 mg/kg，属于低等肥力水平。

1.2 试验设计与田间管理

试验采用双因素裂区设计，设耕作方式和覆盖措施两个因素，主处理为耕作方式，分别为免耕(NT)、深松(ST)、翻耕(PT)3种耕作方式；副处理为覆盖措施，分别为玉米秸秆覆盖(SM)、塑料地膜覆盖(FM)、不覆盖(NM)3种覆盖措施，以耕作方式和覆盖措施设置交叉处理，共9个处理组合，3次重复，27个小区，小区面积36 m2(4 m×9 m)，随机区组排列。

2013年10月初，秋作收获后清除残茬及杂草进行耕作处理，然后结合覆盖措施。免耕处理：秋作收获后进行表土处理，结合覆盖措施进行休闲，次年4月底穴播马铃薯，依次重复3年。深松处理：秋作收获后采用可调冀铲式深松机，进行间隔深松，耕作深度30～35 cm，间隔40 cm，然后结合覆盖措施进行休闲，次年4月底穴播马铃薯，依次重复3年。翻耕处理：秋作收获后采用铧式犁耕翻，耕作深度15～20 cm，耕后耙耱各1次，然后结合覆盖措施进行休闲，次年4月底穴播马铃薯，依次重复3年。

试验地前茬作物为春玉米，一直采用传统翻耕，马铃薯品种为陇薯3号，采用平作栽培方式，宽窄行种植(宽行60 cm，窄行40 cm)，株距40 cm，全薯作种，穴播后覆土5 cm，种植密度5万株/hm2。玉米秸秆采用全生育期整秆覆盖，覆盖量9 000 kg/hm2，覆盖厚度5～8 cm；地膜为白色聚乙烯薄膜(宽0.8 m，厚0.008 mm)。试验期间无灌溉，苗期、现蕾期中耕培土2次，结合秋耕实行秋施肥，施腐熟农家肥(牛粪)30 t/hm2，尿素150 kg/hm2，磷酸二铵150 kg/hm2，硫酸钾150 kg/hm2，试验期间人工除草。马铃薯分别于2014年4月28日、2015年5月2日和2016年5月4日播种，于2014年10月3日、2015年9月23日和2016年10月2日收获。

1.3 指标测定

1.3.1土壤含水率

在马铃薯播种期、现蕾期、块茎形成期、块茎膨大期和收获期作物种植行，采用土钻取土干燥法测定0～200 cm层土壤含水率，每20 cm为一层，3次重复。土壤贮水量计算式为

W=10hγa

式中W——土壤贮水量，mm

h——土层深度，cm

γ——土壤容重，g/cm3

a——土壤质量含水率，%

1.3.2土壤温度

在马铃薯播种期、现蕾期、块茎形成期、块茎膨大期和收获期，选择晴天采用曲管温度计测定08:00—18:00土壤5、10、15、20、25 cm层温度，每2 h记录1次读数；连续3 d并取其均值为代表值，平均值作为每个生育时期的土壤温度。

1.3.3土壤养分含量

2013年试验处理前及2016年作物收获后，在种植行内用土钻按5点采样法分别采集各试验区0～20 cm和20～40 cm层混合土样500 g，装入自封袋中带回实验室风干、磨细，过1 mm和0.25 mm筛用于测定土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷、速效钾含量。土壤有机质含量采用重铬酸钾容量-外加热法测定；土壤全氮含量采用凯氏定氮法测定；土壤碱解氮含量采用碱解扩散法测定；有效磷含量采用钼锑抗比色法测定；速效钾含量采用火焰光度法测定。

1.3.4马铃薯生长指标

在马铃薯关键生育期(现蕾期、块茎形成期、块茎膨大期)，每重复区随机选取5株测定与作物生长发育密切相关的株高、茎粗及地上部生物量。植株株高采用生理株高衡量，为地上茎基部到生长点的距离；主茎粗为近基部最粗处直径。植株地上部生物量包括地上部茎、叶生物量的总和。干物质量在105℃杀青30 min，80℃干燥至质量恒定后称量。

1.3.5马铃薯产量

在马铃薯收获期，分小区进行测产，根据马铃薯商品薯分级标准分别记录大(单薯质量大于150 g)、中(单薯质量75～150 g)、小薯(单薯质量小于75 g)质量，折算产量，并计算其商品薯率。商品薯率为单薯75 g以上的产量占马铃薯总产量百分比。

1.4 数据处理

采用SPSS 18.0进行裂区设计方差分析，最小显著差异法(LSD)进行多重比较，Excel 2003绘制图表。

2 结果与分析

2.1 秋耕覆盖对马铃薯生育期土壤水分的影响

3年研究期间，耕作方式、覆盖措施及其交互作用对马铃薯播种期0～200 cm层土壤贮水量均有显著影响，这与休闲期降水量有关(表1)。2014年不同耕作覆盖措施下土壤贮水量均较试验处理前(0～200 cm层基础贮水量均为450.4 mm)有不同程度的增加。同一覆盖措施下耕作方式对土壤贮水量的影响不显著，而同一耕作方式下覆盖措施可显著增加土壤贮水量。FM、SM处理土壤蓄水量较NM处理显著增加7.8%和5.8%。在所有处理组合中，ST×FM处理下土壤贮水量最高，NT×FM处理次之，分别较PT×NM处理显著提高9.3%和7.6%。2015年和2016年，耕作方式、覆盖措施及二者交互作用均能显著影响播种期土壤贮水量。SM和FM处理土壤贮水量分别较NM处理显著提高16.5%和10.6%。在所有的处理组合中，ST×SM处理平均土壤贮水量最高，NT×SM处理次之，而PT×NM处理最低，分别较PT×NM处理显著提高19.4%和18.7%。可见，耕作方式、覆盖措施及二者交互作用对马铃薯播种期土壤贮水量影响显著，以NT×SM、ST×SM处理保水效果最佳，其3年平均土壤贮水量分别较PT×NM处理显著提高14.4%和14.7%。

秋耕覆盖措施可显著影响马铃薯关键生育期(现蕾期、块茎形成期和块茎膨大期)0～200 cm层土壤贮水量，耕作方式对土壤贮水量影响显著，覆盖措施、耕作与覆盖交互作用对土壤贮水量影响极显著(表1)。马铃薯现蕾期，3种耕作方式中ST处理平均土壤贮水量最高，其次为NT处理，PT处理最低。在所有处理组合中，ST×SM处理下平均土壤贮水量最高，而PT×NM处理最低，平均较PT×NM处理显著提高19.0%。2014年，同一耕作方式下不同覆盖措施，SM、FM处理土壤贮水量分别显著高于NM处理22.6%和11.4%。2015年，与NM处理相比，免耕方式下SM、FM处理平均土壤贮水量分别显著提高13.9%和9.1%，深松方式下分别显著提高12.0%和7.7%，翻耕方式下分别显著提高15.0%和12.8%。2016年，FM、SM处理平均土壤贮水量分别较NM显著提高11.0%和9.4%。块茎形成期(7月中旬)，作物耗水量增加，各处理下0～200 cm层土壤贮水量急剧下降。3年研究期间，同一耕作方式下SM、FM处理平均土壤贮水量均显著高于NM。而3种耕作方式中土壤平均贮水量由大到小依次为ST、NT、PT，ST与PT处理间差异显著。在所有处理组合中，ST×SM处理平均土壤贮水量最高，而PT×NM处理最低，平均较PT×NM显著提高24.5%。8月中旬—9月初，马铃薯进入块茎膨大期，耗水大幅度增加，且蒸发强烈，使0～200 cm层土壤贮水量降至最低，3年研究期间，同一耕作方式下SM、FM处理马铃薯关键生育期平均土壤贮水量分别显著高于NM处理17.0%和11.6%，而同一覆盖措施下ST处理平均土壤贮水量最高，PT处理最低，但处理间差异均不显著。在所有处理组合中，ST×SM处理平均土壤贮水量较PT×NM处理显著提高20.7%。

马铃薯收获期0～200 cm层土壤贮水量受覆盖措施和生育后期降水量的影响较大(表1)。3年研究期间，耕作方式对土壤贮水量的影响不显著，而覆盖措施影响极显著。同一覆盖措施下不同耕作方式平均土壤贮水量由大到小均表现为ST、PT、NT，而处理间无显著差异。在同一耕作方式下不同覆盖措施平均土壤贮水量由大到小依次为FM、SM、NM，与NM处理相比，FM、SM处理分别显著增加6.4%和4.0%。耕作与覆盖交互作用对收获期土壤贮水量影响显著，在9个处理组合中，ST×SM处理平均土壤贮水量最高，NT×SM处理次之，而PT×NM处理最低，其平均土壤贮水量分别较PT×NM处理显著提高8.5%和8.0%。

表1 秋耕覆盖措施下马铃薯生育期0～200 cm层土壤贮水量Tab.1 Soil water storage (0～200 cm) in potato growth stage under autumn tillage with mulching practices mm

2.2 秋耕覆盖对马铃薯生育期0～25 cm耕层土壤温度的影响

各耕作覆盖处理耕层土壤温度的季节或年际动态均相似，均受生育期气温和降水的影响(表2)。

表2 秋耕覆盖措施下马铃薯生育期0～25 cm层土壤温度Tab.2 Soil temperature (0～25 cm) during potato growth stage under autumn tillage with mulching practices ℃

3年研究期间，耕作方式、覆盖措施及其交互作用对耕层土壤温度的影响程度随生育期的推进而降低。同一覆盖措施下，ST处理在马铃薯生长前期具有明显的增温效应，后期表现出一定的降温效应，PT处理耕层土壤温度前期较低、后期较高，而NT处理介于二者之间；同一耕作方式下，FM处理平均土壤温度始终最高，而SM处理最低。在马铃薯播种期，耕作方式、覆盖措施对耕层土壤温度的影响极显著，而耕作与覆盖交互作用影响显著。3种耕作方式中，平均耕层土壤温度以ST处理最高(15.4℃)，均显著高于NT、PT处理，而NT与PT处理无显著差异。同一耕作方式下平均耕层土壤温度，与NM处理相比，FM处理显著提高3.6℃，而SM处理显著降低1.4℃。在所有的处理组合中，ST×FM处理平均耕层土壤温度最高(18.6℃)，而NT×SM处理最低(12.3℃)。在马铃薯生长前期(现蕾期)，耕作方式对耕层土壤温度无显著影响，而覆盖措施对耕层土壤温度影响极显著(表2)。在同一耕作方式下，与NM处理相比，FM处理平均土壤温度显著增加2.6℃，但SM处理显著降低3.1℃。耕作与覆盖对耕层土壤温度的交互作用在2014年和2016年影响显著，而在2015年影响极显著。3年研究期间，耕层土壤温度FM处理显著高于NM，而SM处理显著降低。在所有处理组合中，NT×FM处理平均耕层土壤温度最高(26.3℃)，PT×SM处理最低(19.7℃)。

随植物冠层的生长，到马铃薯生长中期(块茎形成期)地表遮蔽，耕层土壤温度各处理间差异逐渐减小(表2)。研究期间3种耕作方式下，与NM处理相比，FM处理平均耕层土壤温度显著提高2.5℃，而SM处理显著降低2.2℃。在2014年和2016年，覆盖措施、耕作与覆盖交互作用对耕层土壤温度有显著影响，而耕作方式无显著影响。在2015年，耕作方式、覆盖措施及其交互作用对耕层土壤温度均有显著影响。在生育中后期(块茎膨大期)，耕作方式下各覆盖处理耕层土壤温度差异有所减小，但均达到极显著水平(表2)，FM处理较NM处理提高2.1℃，而SM处理降低1.8℃。2014年，耕作方式、覆盖措施及其二者交互作用对耕层土壤温度有显著影响，而在2015年和2016年耕作方式、耕作与覆盖交互作用均无显著影响。3年研究期间，PT×FM处理平均耕层土壤温度最高(21.4℃)，而NT×SM处理最低(16.2℃)。生长后期(收获期)，耕作方式对耕层土壤温度有显著影响，ST处理耕层土壤温度显著高于NT、PT处理，而覆盖措施及耕作与覆盖交互作用均无显著影响。在所有处理组合中，ST×FM处理平均耕层土壤温度最高(15.2℃)，而NT×SM处理最低(14.0℃)。

2.3 秋耕覆盖对0～40 cm层土壤养分的影响

经过3年不同耕作覆盖处理后，土壤肥力状况得到不同程度的改善。随着试验年限的增加，2016年收获期各耕作覆盖处理0～40 cm层各土壤养分指标均明显高于2013年试验处理前(表3)。耕作方式对土壤有机质、全氮含量影响显著，而覆盖措施及耕作与覆盖交互作用影响均呈极显著水平。同一覆盖措施下，土壤有机质含量由大到小依次为NT、ST、PT，而土壤全氮含量由大到小依次为ST、NT、PT。同一耕作方式下，SM、FM处理土壤平均有机质和全氮含量均显著高于NM处理，SM、FM处理土壤有机质含量较NT处理分别提高17.9%和6.3%，土壤全氮含量分别提高23.7%和10.4%。在所有处理组合中，耕层土壤有机质和全氮含量均以NT×SM处理最高，而PT×NM处理最低，NT×SM处理平均土壤有机质和全氮含量分别较PT×NM处理显著提高38.3%和23.6%。

耕作方式对土壤碱解氮和速效钾含量影响极显著，对土壤有效磷含量影响显著，而覆盖措施及耕作与覆盖交互作用对土壤速效养分各指标影响均极显著。这表明土壤速效养分含量受覆盖措施和耕作方式影响较大，秋耕覆盖使土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量均显著增加。同一覆盖措施下，土壤碱解氮和速效钾含量由大到小均表现为ST、NT、PT，而土壤有效磷含量由大到小表现为NT、ST、PT。同一耕作方式下，SM、FM处理土壤速效养分各指标均显著高于NM处理，SM、FM处理土壤碱解氮含量较NT处理分别提高19.2%和13.6%，土壤有效磷含量分别提高19.8%和13.6%，土壤速效钾含量分别提高21.2%和15.3%。在所有处理组合中，土壤碱解氮和速效钾含量均为ST×SM处理最高，NT×SM处理土壤有效磷含量最高，而PT×NM处理土壤速效养分各指标均最低，ST×SM处理平均土壤碱解氮和速效钾含量分别较PT×NM处理显著提高26.6%和27.3%，NT×SM处理土壤有效磷含量较PT×NM处理显著提高26.2%。

表3 秋耕覆盖措施下0～40 cm层土壤养分含量Tab.3 Soil nutrient content in 0～40 cm layer under autumn tillage with mulching practices

2.4 秋耕覆盖对马铃薯生长的影响

由表4可知，各处理马铃薯关键生育期株高、茎粗的变化均先增加后降低，而马铃薯生物量逐渐增加，覆盖措施对植株株高、茎粗和生物量均有极显著影响。马铃薯现蕾期，2014年和2015年耕作方式对马铃薯植株株高、茎粗和生物量影响显著，覆盖措施对马铃薯生长影响极显著，而耕作与覆盖交互作用对马铃薯生长影响不显著。2016年耕作方式、覆盖措施对马铃薯生长指标影响极显著，耕作与覆盖交互作用对马铃薯生长的影响显著。在所有处理组合中，PT×NM处理下马铃薯株高、茎粗和生物量最低，而ST×FM处理对作物生长的促进作用最佳。在块茎形成期和膨大期，秋耕覆盖措施对作物植株生长的影响与该生育阶段的降雨量有关。2014年，耕作方式、耕作与覆盖交互作用对马铃薯株高、茎粗的影响均不显著，而覆盖措施对马铃薯生长的影响极显著。2015年和2016年，耕作方式、覆盖措施及其二者交互作用对马铃薯株高、茎粗均存在极显著影响。而3年耕作方式、覆盖措施及其交互作用对马铃薯生物量影响均极显著。同一耕作方式下马铃薯株高、茎粗和生物量均表现为SM和FM相近且大于NM，而同一覆盖措施下马铃薯生长指标均表现为ST和NT相近且大于PT。在2014年所有处理组合中，NT×SM处理下马铃薯株高、茎粗和生物量均最高，而PT×NM处理最低。而在2015和2016年，ST×SM处理下马铃薯株高、茎粗和生物量均最高，而PT×NM处理最低。这表明，免耕、深松结合秸秆覆盖措施(NT×SM和ST×SM)能改善马铃薯生长前期土壤水热环境，有效促进马铃薯生育中后期的生长，显著提高马铃薯的地上部生物量。

表4 秋耕覆盖对马铃薯生长指标的影响Tab.4 Effects of autumn tillage with mulching on growth indexes of potato

2.5 秋耕覆盖对马铃薯产量性状的影响及经济效益分析

作物产量不仅与耕作方式和覆盖措施有关，还与年降水量及其分布有关。3年研究期间，秋耕覆盖措施对马铃薯总产量影响有显著差异，各处理马铃薯产量2014年最高，2015年次之，2016年最低(表5)。在所有处理组合中，ST×SM、NT×SM处理3年平均马铃薯产量较PT×NM处理显著提高49.4%和38.3%。2014年，同一耕作方式下覆盖措施对马铃薯总产量无显著影响，但覆盖措施、耕作与覆盖的交互作用对马铃薯总产量影响极显著。在所有处理组合中，NT×SM处理马铃薯总产量最高，较PT×NM处理显著提高51.8%。2015年和2016年，耕作方式、覆盖措施及其二者交互作用对马铃薯总产量有极显著影响。同一耕作方式下FM和SM处理马铃薯平均总产量最高，而NM处理最低。3种耕作方式中，ST处理马铃薯平均总产量最高，其次是NT和PT处理。在所有处理组合中，ST×SM处理的马铃薯平均总产量最高，较PT×NM处理显著提高56.2%。

表5 秋耕覆盖下马铃薯产量性状与经济效益Tab.5 Yield characters and economic benefit of potato under autumn tillage with mulching

耕作方式、覆盖措施及其二者交互作用均可改善马铃薯大薯、中薯和小薯产量，从而显著提高其商品薯率(表5)。2014年，耕作方式对马铃薯大薯产量无显著影响，而覆盖措施、耕作与覆盖交互作用影响极显著。耕作方式、覆盖措施及其交互作用对马铃薯中薯和小薯产量的影响均呈极显著水平。2015年，耕作方式对马铃薯小薯产量无显著影响，而覆盖措施、耕作与覆盖交互作用影响极显著。2016年，覆盖措施对马铃薯小薯产量无显著影响，而耕作方式、耕作与覆盖交互作用影响极显著。2015年和2016年，耕作方式、覆盖措施及其二者交互作用对马铃薯大薯和中薯产量影响极显著。同一耕作方式下大薯、中薯产量由高到低均表现为SM、FM、NM，而小薯产量表现为NM、FM、SM；同一覆盖措施下马铃薯大薯产量由高到低表现为ST、PT、NT，而中薯产量表现为ST、NT、PT，小薯产量表现为PT、NT、ST。在所有处理组合中，大薯平均产量以ST×SM处理最高，中薯平均产量以NT×SM处理最高，小薯平均产量以PT×NM处理最高。ST×SM处理大薯平均产量较PT×NM处理显著增加84.5%，NT×SM处理中薯平均产量较PT×NM处理显著增加50.4%。3年试验期间，耕作方式、覆盖措施及其交互作用对马铃薯商品薯率影响均极显著。2014年ST×SM处理的商品薯率最高，而2015年和2016年ST×FM处理平均商品薯率最高，其次为ST×SM处理。可见，ST×FM、ST×SM处理对提高马铃薯商品薯率效果较优，分别较PT×NM处理显著提高18.4%和16.2%。

由表5可知，因不同耕作覆盖措施下投入成本存在差异，投入包括种子费、肥料费、人工费及机械耕作费及覆盖材料费(其中3年平均马铃薯种子费为5 760元/hm2；肥料费为1 200元/hm2；人工费为1 200元/hm2；机械耕作费为750元/hm2；地膜为1 050元/hm2，秸秆为750元/hm2；3年马铃薯价格分别为0.70、0.85、1.2元/kg)。各处理总投入由高到低依次为ST×FM处理(等于ST×FM处理，9 960元/hm2)、ST×SM处理(等于PT×SM处理，9 660元/hm2)、NT×FM处理(9 210元/hm2)、NT×SM处理(等于ST×SM处理和PT×NM处理，8 910元/hm2)、NT×NM处理(8 160元/hm2)。2014年耕作方式对马铃薯纯收益有显著影响，而覆盖措施、耕作与覆盖交互作用对马铃薯纯收益影响极显著。2015年和2016年耕作方式、覆盖措施及其二者交互作用对马铃薯纯收益均有极显著影响。在所有处理组合中，2014年NT×SM处理的净收入最高，ST×SM处理次之，而NT×NM处理最低；2015年和2016年，ST×SM处理平均纯收益最高，而NT×NM处理最低。综合3年经济效益分析发现，ST×SM、NT×SM处理平均纯收益较NT×NM处理分别显著提高129.1%和103.3%。

3 讨论

3.1 秋耕覆盖对马铃薯生育期土壤水分的影响

宁南旱作区秋作物收获后土壤墒情较好，其次年作物生育期土壤蓄水保墒效果与其耕作方式和覆盖措施有密切关系[12]。刘爽等[13]认为，休闲期免耕覆盖和深松覆盖可增加土壤的蓄水和保水能力，使旱地小麦播前底墒显著提高。WANG等[14]研究报道，休闲期免耕/深松轮耕结合覆盖措施比传统耕作不覆盖可维持春玉米播种期0～200 cm层较高的土壤贮水量。本研究结果表明，3年马铃薯播种期，耕作方式、覆盖措施及其交互作用对提高马铃薯播种期土壤蓄水保墒能力效果显著，以深松秸秆覆盖处理最高，而翻耕不覆盖处理土壤贮水量最低，分析其原因：耕作覆盖措施对作物播种期土壤水分的影响主要依赖于休闲期降雨量和耕作措施[12]，保护性耕作在作物播种前未进行耕作因而减少对土壤的扰动[15]，同时秋季深松耕结合秸秆覆盖措施可增加休闲期降水入渗，在春季干旱多风天气下有效降低土壤蒸发[16]，而传统耕作频繁扰动土壤，使土壤水分蒸发强烈[17]。陈梦楠等[18]研究发现，休闲期深翻后覆盖对小麦田0～300 cm层土壤蓄水量的影响从播种至开花期均达显著水平，且欠水年更有利于蓄水保墒。付国占等[19]研究认为，同一耕作方式下残茬覆盖处理在玉米各个时期耕层土壤含水率均高于不覆盖处理，生长前期差异较小，中期差异最大，后期差异减小。同一覆盖条件下耕作方式间耕层土壤含水率差异较小，均以深松覆盖处理最高。本研究结果表明，秋耕覆盖措施可显著改善马铃薯关键生育期0～200 cm层土壤贮水量。耕作方式对土壤贮水量影响显著，覆盖措施、耕作与覆盖交互作用影响极显著，尤其以深松秸秆覆盖处理改善效果最佳，这是因为休闲期深松可打破犁底层，能够增加土壤水分入渗，同时秸秆覆盖可减少土壤水分蒸发损失，提高深层土壤贮水量，从而促进作物中后期对深层水分的利用[20]。本研究还发现，耕作方式对马铃薯收获期土壤水分状况影响较小，而覆盖措施、耕作与覆盖交互作用影响显著，这与YANG等[10]研究结果相似，其主要原因是耕作措施储存的土壤水分在作物生育中后期一定程度上被作物消耗[21]，而休闲期覆盖能显著增加休闲期降水的蓄积，从而维持生育中后期较高的土壤水分[22]。

3.2 秋耕覆盖对马铃薯生育期土壤温度的影响

杨雪等[23]研究结果表明，耕作方式对耕层土壤温度无显著影响，而深旋松耕结合地膜覆盖在春玉米生长前期低温时有较好的保温效应，0～25 cm层土壤温度显著高于所有耕作不覆盖处理。赵天武等[24]研究发现，与传统耕作相比，免耕秸秆覆盖可降低结薯期0～25 cm层土壤温度，降低高温对马铃薯块茎生长的不利影响。本研究结果表明，在马铃薯播种期，耕作方式、覆盖措施及其交互作用对0～25 cm耕层土壤温度影响显著，但随生育期的推进其影响程度减小。不同耕作方式中，深松处理在马铃薯生长前期具有明显的增温效应，后期表现出一定的降温效应，翻耕处理耕层土壤温度前期较低、后期较高，而免耕处理介于二者之间；不同覆盖措施中地膜覆盖的保温效应对马铃薯生育前期生长有促进作用，但后期高温不利于块茎的形成；然而秸秆覆盖在作物整个生育期具有稳温和降温效应。在所有处理组合中，深松地膜覆盖处理平均耕层土壤温度最高，而免耕秸秆覆盖处理最低。这与HOU等[12]、赵天武等[24]研究结论“与传统耕作相比，免耕秸秆覆盖可降低马铃薯关键生育期0～25 cm各土层土壤温度，降低高温对马铃薯生长的不利影响”一致，究其原因：①免耕条件下作物生长较弱，秸秆覆盖能阻挡太阳直射，且秸秆表面又吸收大量的热能[11]。②免耕秸秆覆盖可改善耕层土壤热量条件，在增温阶段土壤温度增幅较小，在降温阶段降幅较大，从而实现稳温和降温效应[25]。

3.3 秋耕覆盖对土壤养分的影响

不同农田耕作覆盖措施可通过调节土壤理化性状和结构，影响土壤水分含量以及土壤的热量状况，进而影响土壤有机质的分解和转化与养分含量[7]。晋凡生等[26]报道，免耕覆盖使土壤有机质、全氮、速效磷等土壤养分均有不同幅度增加，大大改善土壤的生态环境。李友军等[27]研究表明，深松覆盖秸秆能使土壤有机质和氮、磷、钾含量明显高于传统耕作，特别是对上层土壤全氮及碱解氮和深层土壤的有效磷及速效钾的影响更为明显。高茂盛等[28]研究发现，耕作与秸秆覆盖相结合可显著提高0～40 cm层有机质含量，使土壤速效养分含量明显增加，各处理以翻耕秸秆覆盖及免耕秸秆覆盖土壤养分含量最高。本研究结果表明，经过3年耕作覆盖处理后，土壤肥力状况得到明显改善。耕作方式对土壤有机质、全氮、有效磷含量影响显著，对土壤碱解氮和速效钾含量影响极显著，而覆盖措施、耕作与覆盖交互作用对土壤有机质、全氮及速效养分各指标影响均极显著。这表明耕作与覆盖交互作用可使土壤肥力状况得到显著改善，其中以免耕覆盖秸秆处理效果最佳，深松覆盖秸秆处理次之，而翻耕不覆盖处理效果最差。分析其可能原因主要有3方面：①免耕因减少土壤扰动，使深层土壤接触空气的机会减少，土壤有机质的氧化和矿化减弱，土壤水分蒸发也减少，而覆盖于地表的秸秆等有机物料的降解也使土壤养分含量增加[29]。②深松能够改善土壤的通透性，促进土壤中有机物的腐殖化过程，使土壤有机质含量提高，而秸秆中含有大量有机物质，覆盖后可显著增加土壤有机质含量，提高土壤养分含量[3]。③翻耕频繁扰动土壤加速了土壤有机质的分解，而地表土壤非但无秸秆的输入，有机质的持续矿化及淋失降低了土壤有机质含量及养分水平[30]。

3.4 秋耕覆盖对马铃薯生长及产量的影响

在马铃薯关键生长期，适宜的土壤水热条件更有利于马铃薯生长发育，最终影响产量的形成[31]。已有研究证明，免耕秸秆覆盖可显著改善土壤水分条件，但由于地表大量秸秆覆盖，导致早春地温较低使作物前期生长缓慢，低温导致减产[32]；在高温季节，单一的地膜覆盖往往造成作物根区极端高温，导致作物发生早衰现象，从而影响产量[33]。赵天武等[24]研究表明，免耕覆盖能明显改善0～80 cm层土壤贮水量，降低马铃薯结薯层土壤温度，从而有利于块茎的生长。李荣等[16]研究发现，深松结合不同地表覆盖方式对马铃薯生长有显著促进作用。作物生育前期以深松地膜覆盖处理效果最佳，中后期以深松秸秆覆盖处理促进作用明显。本研究结果表明，耕作方式对马铃薯生长的影响程度较小，而覆盖措施、耕作与覆盖交互作用对马铃薯生长影响极显著。免耕秸秆覆盖、深松秸秆覆盖措施均能改善马铃薯生长前期土壤水热环境，有效促进生育中后期的生长。这是因为深松耕在作物生长前期具有明显的增温效应，后期表现出一定的降温效应，而翻耕处理土壤温度在作物生长前期较低后期较高，这不利于马铃薯生长发育[21]，同时秸秆覆盖措施下马铃薯生长关键期根际土壤水热条件较好，实现了水热环境对马铃薯生长的协同作用，这有利于中后期生长和块茎的形成[31,34]。

PERVAIZ等[35]认为，耕作方式对玉米产量无显著影响，而覆盖措施、耕作与覆盖交互作用对玉米产量影响显著。GUPTA等[36]发现，耕作方式、耕作与覆盖交互作用对前2年小麦产量影响显著，但第3年免耕秸秆覆盖下小麦产量均低于传统耕作。黄明等[37]研究表明，免耕覆盖能改善小麦产量构成因素(有效穗数和千粒质量)，从而提高小麦产量。郭书亚等[38]认为，深松覆盖可通过改善玉米穗行数、行粒数、千粒质量来提高玉米籽粒产量。在本研究中，耕作方式、覆盖措施及其二者交互作用均可改善马铃薯产量构成，从而极显著提高马铃薯总产量和商品薯率，尤其以深松秸秆覆盖处理最为显著。究其原因：秋季深松能积蓄更多秋雨实现秋雨春用[16,39]，同时秸秆覆盖下较好的水分条件在一定程度上弥补低温对马铃薯生育前期生长的影响，且能降低中后期高温胁迫对块茎生长的不利，从而显著提高马铃薯产量和商品薯率[11,24]。然而，旱作马铃薯产量受降雨年型的影响波动较大，在极端年型也存在减产现象，鉴于本研究期间仅为平水年和欠水年，而丰水年秋耕覆盖对马铃薯生长及产量影响还有待进一步深入研究。保护性耕作措施(免耕、深松及少耕结合覆盖)在提高资源利用率和粮食增产增收方面均具有明显优势[2，40]。王育红等[41]研究表明，在豫西旱坡地实施保护性耕作措施具有明显的节本增效效果，深松覆盖和免耕覆盖分别节本412元/hm2和562元/hm2，净增效益888元/hm2和763元/hm2。本研究发现，免耕或深松结合秸秆覆盖措施下马铃薯纯收益最高，免耕、深松结合地膜覆盖次之，但从马铃薯增产增效和环境保护角度考虑，免耕、深松结合秸秆覆盖措施能在宁南旱作区马铃薯生产中具有一定的推广应用价值，这是因为保护性耕作结合秸秆覆盖在实现增产增效的同时也有利于农业的可持续发展，但保护性耕作结合地膜覆盖措施在实现增产增效的同时，其废旧残膜易造成环境污染，这严重限制马铃薯的可持续生产。

4 结束语

秋耕覆盖措施可显著改善马铃薯生育期土壤水、热和养分状况，优化耕层水、热和养分环境对马铃薯生长的协同作用，从而有利于块茎产量的提高，其中以免耕、深松结合秸秆覆盖处理最为显著。耕作方式、覆盖措施及其二者交互作用均能显著影响马铃薯生育前期、中期的土壤温度环境，而对后期影响较小。经过3年秋耕覆盖后，耕作与覆盖交互作用可使土壤养分状况明显改善，其中以免耕、深松结合秸秆覆盖处理效果最佳，而翻耕不覆盖处理效果最差。3种耕作方式下，秸秆覆盖较地膜覆盖处理在改善马铃薯关键生育期土壤水热环境、促进中后期马铃薯生殖生长和提高马铃薯产量方面效果更为显著。在所有耕作覆盖处理组合中，免耕秸秆覆盖和深松秸秆覆盖处理下马铃薯总产量和净收益最高，深松秸秆覆盖和深松地膜覆盖处理对提高商品薯率效果较好。因此，综合考虑经济、环境效益等因素，秋季免耕秸秆覆盖或深松秸秆覆盖措施在调控土壤水、热和养分环境，提高马铃薯总产量等方面具有显著优势，在宁南半干旱区有推广应用前景。