半干旱區全膜雙壟溝播對馬鈴薯耗水規律的影響

劉曉偉 ，孫萬倉 ，張緒成

（1.甘肅農業大學農學院，蘭州，730070；2.甘肅省農科院旱地農業研究所）

水分是影響作物生長發育的主要生態和環境因素，與作物生長發育有著密切的關系[1，2]。半干旱區農業主要靠自然降水，無效蒸發、地表徑流等方式損失的水量占降水量的60%～65%[3]，因此，旱區作物穩產高產的根本途徑是提高自然降水利用效率[4]，覆草、覆膜等技術可降低土壤水分的無效消耗[5～7]，對水、肥、氣、熱資源進行合理優化，提高水資源的利用率[8～10]。

關于全膜雙壟溝播對土壤水熱條件及產量的影響，前人從不同方面進行了系統而深入的研究[6，8]，但對全膜雙壟溝播條件下馬鈴薯的耗水進度、水分平衡等耗水規律的影響缺乏深入研究，加之以往的研究多關注生育關鍵期或者需水關鍵期馬鈴薯的耗水狀況[11，12]，存在一定的局限性，因為半干旱區由于氣候條件差，降水變率大，土壤墑情也表現出很大的波動性，馬鈴薯生長的各時期都可能表現出水分虧缺。為此，在前人研究基礎上，把馬鈴薯生育關鍵期和需水關鍵期結合起來，通過研究裸地與全膜雙壟溝播條件馬鈴薯各生育階段耗水量、耗水模系數及全生育期水分利用效率（WUE）的影響，揭示地膜覆蓋后馬鈴薯的耗水特性和水分平衡特點，為提高馬鈴薯水分利用效率提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于甘肅省農業科學院定西試驗站（104°36′E，35°35′N），海拔 1 970 m，年輻射總量為5 898 MJ/m2，年日照時數為2 500 h，≥10℃積溫為2 075.1℃，年平均氣溫為6.2℃，無霜期為140 d，平均年降水量為415 mm，為典型旱地雨養農業區。試驗地平均基礎養分為：NH4+-N 4.2 mg/kg，NO3--N 0.85 mg/kg， 全 P 26.28 mg/kg， 全 K 126.07 mg/kg，pH值8.1。

1.2 試驗材料

試驗所用馬鈴薯品種為新大坪，所用地膜為厚度0.008 mm、寬120 cm的聚乙烯黑色地膜。

1.3 試驗方法

采用裂區設計，主處理為全膜覆蓋雙壟溝播（PM）和裸地種植（CK），副處理設2個灌水量水平：水平1，足量灌溉（FI，保持0～100 cm土層的平均土壤含水量占田間持水量的80%）；水平2，無灌溉（NI）。 小區面積27.5 m2，3次重復。 2012年依照本試驗方法實施，試驗前將各處理試驗地條件調成一致；2013年在2012年的試驗基礎上接著開展試驗，試驗前對試驗地塊不做任何處理，因馬鈴薯生育期降水量為484.2 mm，0～100 cm土層貯水量均超過試驗設計灌溉量，因此，2013年只有全膜覆蓋雙壟溝播（PM）和裸地種植（CK）2個處理。

1.4 試驗測定及方法

用烘干法在2穴馬鈴薯中間位置分別測定播前、收獲后及全生育期0～300 cm土壤含水量（20 cm一層），并根據苗期、現蕾期、開花期、塊莖生長期0～100 cm平均土壤水分含量的測定結果進行灌溉。馬鈴薯成熟后，全小區收獲并考種，稱鮮薯質量，采用Microsoft Excel 2007制表繪圖，DPS 11.5軟件進行分析方差。

灌溉量（m3）=[80%×田間持水量（%）-土壤含水量（%）]×土壤容重×1 m×小區面積（27.5 m2）×1.5（灌溉水分損失系數）。

馬鈴薯耗水量的估算方法是根據農田水量平衡法計算，在本試驗區，因地下水埋深大于10 m，而且設計的單次灌溉量較小，因此公式中的地下水補給量、徑流量和深層滲漏量可忽略不計，故計算公式簡化為：ET=P＋I-（Wt-W0）， 式中：ET 為時段 t內作物的耗水量，P為時段t內的降雨量，I為時段t內的灌水量；W0、Wt為時段初和時段末的土體貯水量。

2 結果與分析

2.1 不同處理對馬鈴薯0～300 cm土壤貯水量的影響

①馬鈴薯生長關鍵期不同處理對0～300 cm土壤貯水量的影響 由圖1、2可知，受生育期和降水的影響，各處理0～300 cm土壤貯水量在不同年份不同生育期變化不同，其中2012年各處理0～100 cm變化較大，100 cm以下各處理差異較小，而2013年各處理在100 cm以下差異均比較明顯。2012年，開花期CKFI處理 0～100 cm的土壤貯水量最大，PMFI次之，PMNI處理0～60 cm的貯水量均最小，可能是此階段PMNI耗水量較高且前期無灌溉所致；隨后由于灌水量和降水量大于耗水量，土壤水分被蓄積并下滲，至塊莖生長期各處理100～300 cm土壤貯水量差異不明顯。

薯塊膨大期至成熟期由于馬鈴薯快速生長的需要，40～150 cm土層貯水量迅速下降，至成熟期達到全生育期的最低值，其中全膜覆蓋的馬鈴薯生長消耗致使此土層貯水量顯著低于裸地。

2012年9月底，馬鈴薯收獲后對所有處理進行了秋覆膜，將休閑期的有限降水蓄積起來并下滲，致使2013年播前所有處理各土層貯水量均有明顯增加，其中從馬鈴薯開花期到塊莖生長期，全膜雙壟溝播處理80 cm以下各土層土壤貯水量明顯高于不覆膜處理，主要是此階段305.6 mm的降水量遠遠大于馬鈴薯生長的需水量，且以前蓄積的土壤貯水量消耗很少所致。

從開花期到塊莖生長期，處理間深層（150 cm以下）土壤貯水量差異逐漸縮小，至成熟期進一步縮小，因為此階段馬鈴薯的耗水量增大，不僅消耗了淺層水分，且使深層土壤水分逐漸上移，但PM處理在100～300 cm的貯水量明顯高于裸地，表現了較好的蓄水保墑效果。

圖1 2012年馬鈴薯關鍵生育期各處理0～300 cm土壤貯水量變化

圖2 2013年馬鈴薯關鍵生育期各處理0～300 cm土壤貯水量變化

②不同處理對馬鈴薯播前收后0～300 cm土壤貯水量的影響 從2012年4月21日播種到2013年9月28日收獲，試驗區降水960.7 mm，PM處理灌水量為56.27 mm，CK灌水量為92.39 mm。全膜雙壟溝播處理0～300 cm各個層次2013年收后的貯水量均比2012年播前有明顯增加（圖3），裸地0～60 cm和200～300 cm土層貯水量與2012年播前相當，60～200 cm增加幅度較大。其中，PM和CK 0～300 cm的土壤貯水量在2013年收后比2012年播前分別增加了201.77 mm和94.45 mm，增幅分別達到34.45%和11.99%。

2.2 不同處理對馬鈴薯產量的影響

不同覆膜方式下各灌水處理馬鈴薯的產量存在顯著差異（圖4）。2 a試驗結果表明，PM比CK處理增產30.46%～32.64%，達到顯著性水平。

因2013年降水明顯多于2012年，所以馬鈴薯成熟期腐爛現象較嚴重，導致2013年各處理的產量均低于2012年。

圖3 各處理2012年播前和2013年收后0～300 cm土壤貯水量變化

2.3 不同處理對馬鈴薯耗水量和水分利用效率（WUE）的影響

①不同處理對馬鈴薯不同生育階段耗水量的影響 馬鈴薯不同生育階段耗水量不盡相同，但總體上隨生育期呈現先增大后減小的趨勢（表1、圖5）。全膜雙壟溝播馬鈴薯在苗期生長比較緩慢，耗水量比較小，此階段耗水量占整個生育期耗水量的4%～7%。開花期氣溫明顯升高，植株快速生長，蒸騰迅速增加，此期占總耗水量的18%～25%。隨著馬鈴薯塊莖快速膨大，葉面蒸騰達到峰值，日平均耗水強度約為9 mm，耗水量占32%～46%，由此判斷，此期即為馬鈴薯的耗水關鍵期。隨后的淀粉積累期，耗水量占整個生育期耗水量的10%左右。

圖4 不同處理的馬鈴薯產量

表1 不同處理馬鈴薯生育階段耗水量

圖5 各處理的馬鈴薯不同生育階段耗水量

苗期—薯塊膨大期，裸地處理由于地表無地膜覆蓋，水分蒸發較強，耗水量明顯高于覆膜處理，是覆膜處理的1.4～2.0倍，至成熟期2個處理耗水量差異逐漸縮小。開花期—塊莖形成期，覆膜處理間，足量灌溉小于不灌溉，裸地處理間則相反。淀粉積累期，覆膜處理耗水量均高于裸地。在薯塊生長期到成熟期，2 a試驗結果表現不同，其主要原因可能是2012年此階段2個灌水處理的耗水量相當，均顯著高于不灌水處理；2013年試驗區此階段降水量達273 mm，各處理此時耗水量基本無差異。

全膜雙壟溝播使馬鈴薯的生育進程和耗水過程相對于裸地種植發生了一定的變化，前期的耗水量降低，使得生育后期的土壤貯水量較高，這有利于高產。

②不同處理對馬鈴薯水分利用效率的影響 由表2可知，各處理對馬鈴薯水分利用效率有顯著影響。PM處理由于土壤貯水量保持在較高水平，促進了馬鈴薯的個體發育和產量形成，2 a的產量和水分利用效率均顯著高于CK，其中2012年和2013年全膜雙壟溝播足量灌溉和無灌溉處理分別較對應裸地高 40.26%，20.66%，32.64%；水分利用效率2 a 分別為 66.14，64.13，68.44 kg·hm-2·mm-1， 較裸地分別增加了54.32%，27.29%，47.37%。

表2 不同處理的馬鈴薯水分利用效率

足量灌溉與不灌溉相比，無論覆膜與否，水分利用效率隨土壤水分的增加無明顯變化，其中裸地足量灌溉處理的水分利用效率低于不灌溉處理，說明足量灌水并不能提高水分利用效率。

3 討論與結論

地膜覆蓋變更了土壤水分的運移，阻斷其蒸發，實現了蓄水保墑的目的[13]。本試驗結果表明，無論覆膜與否，馬鈴薯的耗水規律基本一致，即總體上呈現前期少、中期多、后期又少的變化趨勢，但全膜雙壟溝播能使馬鈴薯的耗水過程發生一定的改變，與裸地相比，減少了馬鈴薯生長前期（苗期—現蕾期）的耗水量，增加了生長中期尤其是馬鈴薯生長關鍵期（薯塊形成期—薯塊膨大期）的耗水量，這極有利于馬鈴薯薯塊的增長和淀粉的積累，是獲得高產的重要基礎。

[1]李鳳民，王靜，趙松.半干旱黃土高原集水高效農業的發展[J].生態學報，1999，19（2）：152-157.

[2]李鳳民，趙松嶺.黃土高原半干旱區作物水分利用研究新途徑[J].應用生態學報，1997（1）：104-109.

[3]高世銘.隴中黃土高原丘陵溝壑區生態環境建設與農業可持續發展研究[M].鄭州：黃河水利出版社，2003.

[4]山侖，陳培元.旱地農業生理生態基礎[M].北京：科學出版社，1998.

[5]石紀成，喻永芳，張正平.馬鈴薯免耕擺播稻草全程覆蓋栽培存在的問題及對策[J].長江蔬菜，2005（12）：41-42.

[6]張雷，牛芬菊，李小燕，等.旱地全膜雙壟溝播秋覆膜對土壤水分和玉米產量的影響[J].中國農學通報，2010，26（22）：142-145.

[7]劉曉偉，何寶林.不同種植模式對旱區馬鈴薯產量的影響[J].長江蔬菜，2011（14）：38-40.

[8]楊祁峰，孫多鑫，熊春蓉，等.玉米全膜雙壟溝播栽培技術[J].中國農技推廣，2007，23（8）：20-21.

[9]張雷.旱地雙壟面集水全膜不同時期覆蓋對玉米生長的影響[J].作物雜志，2007（3）：67-68.

[10]李尚中，王勇，樊廷錄，等.旱地玉米不同覆膜方式的水溫及增產效應研究[J].中國農業科學，2010，43（5）：922-931.

[11]劉戰東，肖俊夫，于秀琴.不同土壤水分處理對馬鈴薯形態指標、耗水量及產量的影響[J].中國農村水利水電，2010（8）：1-3.

[12]尹娟，邱小琮.寧夏中部干旱區馬鈴薯種薯耗水規律及水分效應研究[J].寧夏工程技術，2011，10（4）：334-337.

[13]Zhou L M,Li F M,Jin S L,et al.How double ridges and furrows mulched with plastic film affect soil water,soil temperature and yield of maize on the semiarid Loess Plateau of China[J].Field Crops Research,2000,113（1）:41-47.