不同補灌方式對馬鈴薯農田蒸散及水分利用的影響

張永勝，陳志丕，董海霞

(定西市水利科學研究所，甘肅 定西 743000)

因光、雨、熱資源與馬鈴薯塊莖膨大期相吻合，耕地資源充裕肥沃且富含鉀素等特有地理氣候條件和土壤環境綜合因素，定西市具有種植高淀粉型和優質商品型、脫毒種薯等不同類型馬鈴薯的天然條件[1- 2]。近年來，隨著農業節水型社會的建設和發展，膜下滴管、溝灌等節水灌溉技術在馬鈴薯種植中得到了推廣應用，但由于缺乏對馬鈴薯灌溉技術的系統研究，灌溉在馬鈴薯產業發展中的作用發揮還不夠，特別是灌溉技術與種植方式不吻合，灌溉水量與馬鈴薯生育期需水關鍵期不符合等問題，造成了田間水利用率、水分利用效率低等問題[3- 5]。本研究針對以上問題，重點探討膜下滴管、溝灌、畦灌等不同灌溉方式對農田耗水特征的影響，探討不同灌溉方式對棵間蒸發和作物蒸騰的影響，旨在為定西市有限灌溉水資源高效利用和促進馬鈴薯產業進一步發展提供科學依據。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗區狀況

試驗安排在定西市灌溉試驗站西川試驗基地，距定西市區2km，海拔1958m，屬中溫帶干旱、半干旱區。年平均日照2500h，年均氣溫6.3℃，極端最高溫34.3℃，極端最低氣溫零下27.1℃，無霜期141d，正常年降水量400mm左右，多集中在秋季，蒸發量高達1500mm。土壤以黃棉土為主，有機質含量在1%～1.5%。

1.2 灌水設施田間布置

試驗設膜下滴灌、畦灌、壟作溝灌3個灌溉處理。畦灌采用小畦灌溉方式，畦塊長10m，寬4m，行距0.4m×0.6m，株距0.3m；溝灌采用人工起壟，溝斷面為三角形，上口寬0.4m，溝深0.2m，灌水溝長10m，壟寬0.6m，壟上種植2行馬鈴薯，行距0.4m×0.6m，株距0.3m；滴灌在播種前安裝滴灌主管、支管、控制閥等設備，覆膜前每2行馬鈴薯中間鋪設1根滴灌帶，行距為0.4m×0.6m，株距0.3m。所有灌溉處理馬鈴薯種植密度為4500株/畝左右。

1.3 馬鈴薯生育期劃分

試驗用馬鈴薯材料為大西洋脫毒原種，該品種馬鈴薯有長勢強、產量高、耐儲藏運輸、適宜西北干旱地區種植等特點。按照《灌溉試驗規范》[6]，并結合當地作物實際生育進程，馬鈴薯生育期劃分為：幼苗期、塊莖形成期、塊莖膨大期和淀粉積累期4個生育階段。所有試驗小區馬鈴薯于2018年5月15日點播，6月4日出苗率達到90%以上，進入幼苗期(19d)，6月23日進入塊莖形成期(19d)，7月12日進入塊莖膨大期(30d)，8月12日進入淀粉積累期(49d)，9月28日采收，整個生育期117d。

1.4 主要測試項目及方法

馬鈴薯耐旱性較強，在南方地區，馬鈴薯相對土壤含水率50%～60%已屬充足供水，70%供水稍過量[5]。該試驗基地地處干旱的西北黃土高原區，田間持水率0.24%。結合當地農業生產實踐，相對土壤含水率60%～75%為充足供水。3種灌溉方式控制生育期內土壤含水量的下限水平，具體辦法是每隔5d用土鉆取樣烘干法測定土壤水分，當土壤水分含量下降到控制下限時灌水。該試驗基地土壤容重平均值1.5g/cm3，生育期內控制土壤水分含量的上限為18%、下限為14.4%。土壤濕潤比：畦灌為1、溝灌為0.8、滴灌為0.6，計劃濕潤層深度：畦灌為1m、溝灌為1m、滴灌為0.6m，凈灌水定額：畦灌為54mm、溝灌為37.5mm、滴灌19.5mm，見表1。

表1 土壤水分控制方案

2 結果與分析

2.1 不同灌溉方式對農田蒸散特征的影響

馬鈴薯農田蒸散在全生育期的變化，可通過日均耗水量在全生育期的變化來分析[7]。除畦灌在塊莖形成期外，其他處理在整個生育期日耗水強度有相同的變化趨勢，在苗期時最低，苗期到塊莖膨大期時變大，淀粉積累期時又減小，這與馬鈴薯生長發育對水分的需求規律相吻合。畦灌在塊莖形成期隨著葉面積指數增大棵間蒸發量減小，并導致日耗水強度明顯降低。2018年馬鈴薯生育期內農田蒸散畦灌最高，達283.71mm，較溝灌257.68mm高26.03mm，較滴灌122.38mm高161.33mm。在不同的生育期，滴灌處理日耗水強度為溝灌的1/2，為畦灌的1/3以下，具有顯著的節水性，見表2、如圖1所示。

表2 不同灌溉方式馬鈴薯各生育階段農田蒸散特征

圖1 不同灌溉方式馬鈴薯各生育階段日耗水強度變化

2.2 不同灌溉方式對農田棵間蒸發的影響

Micro-lysimeter是測定土壤蒸發的一種有效方法[7- 9]。本試驗棵間蒸發量用埋設在作物行間的小型蒸發器(Micro-lysimeter)采用換土稱重法測定。灌水日當天的棵間蒸發量參照灌后第2天棵間蒸發量與參考作物需水量的比值補齊[10]，如圖2所示。

圖2 不同灌溉方式馬鈴薯各生育階段棵間蒸發變化

三種灌溉方式農田棵間蒸發量在整個生育期內的變化曲線均成脈沖狀，其變化趨勢是一致的。每次灌水后，棵間蒸發達到峰值，隨著灌溉后天數的增加，棵間蒸發量逐漸降低，直到下一次灌水之后，棵間蒸發再次達到峰值。三種灌溉方式馬鈴薯棵間蒸發總體變化的趨勢是前期大于后期，主要是由于前期馬鈴薯葉面積比較小，田間耗水以棵間蒸發主為，隨著植株的不斷生長，葉面積逐漸增大，這時田間的耗水主要以植株的蒸騰耗水為主。與灌溉不同的是，滴灌處理在降雨后棵間蒸發只有輕微變化，而溝灌和畦灌在降雨后同灌溉一樣，棵間蒸發量有脈沖峰值出現，且畦灌處理峰值高于溝灌，見表3。

表3 不同灌溉方式馬鈴薯各生育階段棵間蒸發特征

圖3 不同灌溉方式馬鈴薯各生育階段棵間日蒸發強度變化特征

在生育期內不同灌溉方式日蒸發強度均表現為苗期>塊莖膨大期>塊莖形成期>淀粉積累期。這是因為苗期植株個體矮小，葉片數較少，地面覆蓋度小，土壤耗水以棵間蒸發為主，棵間蒸發占蒸散量比例都比較大。塊莖形成期以后，植株生長迅速，葉面積增大，土壤耗水轉向以葉面蒸騰為主，棵間蒸發占階段蒸散量比值下降。淀粉積累期階段，由于植株葉片逐漸變黃，葉面積系數減少，加之氣溫降低，葉面蒸騰降低，棵間蒸發占階段蒸散量比例又有所回升。在不同生育階段，滴灌、溝灌、畦灌棵間蒸發量占農田蒸散的比例分別為：苗期48.77%、66.66%、77.48%，塊莖形成期15.2%、52.98%、70.58%，塊莖膨大期14.59%、35.64%、50.16%，淀粉積累期24.85%、44.54%、53.48%。棵間日蒸發強度畦灌最高，為1.44mm/d，較溝灌1.01mm/d高0.43mm/d，較滴灌0.23mm/d高1.21mm/d。從整個生育期來看，滴灌處理棵間蒸發占農田蒸散的21.66%，溝灌占45.72%，畦灌占59.49%。因此，滴灌處理具有顯著限制農田棵間蒸發的作用。

2.3 不同灌溉方式對馬鈴薯蒸騰水量的影響

不同灌溉方式對馬鈴薯蒸騰水量的影響見表4。

表4 不同灌溉方式馬鈴薯各生育階段作物蒸騰特征

生育期內三種灌溉方式作物蒸騰占農田蒸散比例具有相同的變化趨勢，苗期由于植株個體矮小，葉片數較少，地面覆蓋度小，土壤耗水以棵間蒸發為主，作物蒸騰水量只占農田蒸散的少部分，其中滴灌為0.51%、溝灌、畦灌分別為33、23%。塊莖形成期以后，植株生長迅速，葉面積增大，此時作物的生理生化作用變強，土壤耗水轉向以葉面蒸騰為主，作物蒸騰占階段蒸散量比值分別上升到滴灌85%、溝灌47%、29%。在塊莖膨大期馬鈴薯葉面積達到最大，且轉入產量形成階段，需水強度大，葉面蒸騰在階段耗水中占據重要地位，蒸騰量占蒸散量比例也相對較高，分別為滴灌85%、溝灌64%、畦灌50%。成熟階段，由于植株葉片逐漸變黃，葉面積系數減少，加之氣溫降低，葉面蒸騰降低，蒸騰占階段蒸散量比例又有所下降，分別為滴灌75%、溝灌55%、畦灌47%。在馬鈴薯全生育期內，三種灌溉方式蒸騰總量占總蒸散量的比例分別為滴灌78%、溝灌54%、畦灌41%。由上面的數據分析可以看出不管在哪個時期，滴灌相對于溝灌和畦灌，蒸騰量占蒸散量的比例都較高。從日均作物蒸騰量來看，不管在哪個生育期，溝灌的日均作物蒸騰量均高于畦灌、滴灌，這對后期作物產量形成極為有益，但也造成農田蒸散水量增加。滴灌方式下，雖然葉面積指數較大，但降低了作物奢侈的蒸騰耗水，可節約大量水資源。

2.4 不同灌溉方式對馬鈴薯水分利用效率的影響

不同灌溉方式對馬鈴薯水分利用效率的影響見表5。

表5 不同灌溉方式的水分利用效率

在同一土壤水分水平下，溝灌方式的產量高于滴灌的產量，畦灌方式下，馬鈴薯的產量下降顯著。從水分利用效率來看，滴灌比溝灌處理的水分利用效率高出87.69%。畦灌方式由于棵間蒸發量大，灌溉方式使土壤板結、通氣性差，進而影響根系對水分和養分的吸收，影響作物地下和地上部分的生長，影響產量形成，并最終影響作物的水分利用效率，是不可取的灌溉方式。

3 結論與討論

(1)在同一土壤水分水平下，溝灌處理的產量高于滴灌，畦灌處理馬鈴薯產量下降顯著。從水分利用效率來看，滴灌比溝灌的水分利用效率高出87.69%。畦灌由于棵間蒸發量大，其灌溉方式使土壤板結、通氣性差，影響產量形成，是不可取的灌溉方式，在水資源緊缺的區域，要避免馬鈴薯大田漫灌的灌溉方式。

(2)從整個生育期來看，滴灌條件下日耗水強度為溝灌的1/2，為畦灌的1/3以下，滴灌處理棵間蒸發占農田蒸散的21.66%，溝灌占45.72%，畦灌占59.49%，滴灌方式具有顯著限制農田棵間蒸發的作用，可降低農田局部區域的空氣濕度，可節約大量水資源，在馬鈴薯育種設施農業發展種具有重要的推廣應用價值。

(3)從日均作物蒸騰量來看，不管在哪個生育期，溝灌的日均作物蒸騰量均高于畦灌、滴灌，這對后期作物產量形成極為有益。在水資源相對充足的區域，采用溝灌補灌方式，可提高馬鈴薯產量。