不同補灌方式對馬鈴薯生長特征及水分利用效率的影響

高恩基，張永勝，李虹彩

(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，定西市具有種植高淀粉型和優質商品型馬鈴薯的天然條件[1]。近年來，隨著農業節水型社會的建設和發展，膜下滴灌、溝灌等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，造成馬鈴薯產量下降、水分利用效率降低[2]。為明確滴灌、溝灌、畦灌等不同補灌方式對馬鈴薯生長特征及水分利用效率的影響，在甘肅定西地區進行馬鈴薯不同補灌技術大田試驗，探討馬鈴薯在滴灌、溝灌、畦灌補灌方式下，生育期內農田相對土壤含水率為60%～75%時，不同補灌方式對馬鈴薯生長特征及水分利用效率的影響，為定西地區馬鈴薯灌溉體系建設和有限灌溉水資源高效利用提供科學依據和生產指導。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗區簡況

試驗安排在定西市灌溉試驗站西川試驗基地進行，試驗區距定西市區2 km，海拔1 958 m，屬中溫帶干旱、半干旱氣候區。年平均日照2 500 h，年均氣溫6.3 ℃，極端最高氣溫34.3 ℃，極端最低氣溫-27.1 ℃，無霜期141 d，平均年降水量370 mm，多集中在秋季，年平均蒸發量高達1 500 mm。土壤以黃棉土為主，有機質含量1.5%。

1.2 試驗設計與實施

試驗設計：試驗設膜下滴灌、畦灌、壟作溝灌3個灌溉處理。畦灌采用小畦不覆膜灌溉方式，畦塊長10 m，寬4 m，行距0.5 m，株距0.3 m；溝灌采用人工起壟，壟上覆膜，溝斷面為三角形，上口寬0.4 m，溝深0. 2 m，灌水溝長10 m，壟寬0.6 m，壟上種植2行馬鈴薯, 行距0.5 m，株距0.3 m；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0.5 m，株距0.3 m。所有灌溉處理重復3次，馬鈴薯種植密度均為67 500 株/hm2左右。

馬鈴薯生育期劃分：試驗用馬鈴薯品種為大西洋脫毒原種，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》[3]，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(19 d)，6月23日進入塊莖形成期(19 d)，7月12日進入塊莖膨大期(30 d)，8月12日進入淀粉積累期(49 d)，9月28日采收，整個生育期117 d。

主要觀試項目及測試方法：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[4]。該試驗基地地處干旱的西北黃土高原區，田間持水率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種灌溉方式下均控制生育期內土壤相對含水量下限，為60%。具體辦法是每隔5天用土鉆取樣烘干法測定土壤水分，當土壤水分含量接近或低于到控制下限時即進行灌水。該試驗基地土壤密度平均值1.5 g/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1 m、溝灌為1 m、滴灌為0.6 m；凈灌水定額：畦灌為54 mm、溝灌為37.5 mm、滴灌19.5 mm。

(1)土壤水分測定：用土鉆在小區首尾取樣用烘干法測定，測定深度為1 m，分六層，即0、10、20、40、60、80、100 cm。

(2)葉面積的測定。在每個生育期的開始、中間、末尾在試驗小區內選擇具有平均長勢水平的植株5株，用剪紙稱重法測葉面積，再計算葉面積指數。

(3)株高、莖粗測定。苗期初、各生育期末，各處理選擇有平均長勢的馬鈴薯30株記錄株高、莖粗。株高測定時，從莖部地面處至頂部第一片展開葉片的拉直高度。莖粗測定時，用游標卡尺測定距地面2 cm處的數值。

(4)主根長測定。采用開挖取樣法，在苗期初、各生育期末，各處理選擇有平均長勢的馬鈴薯5株開挖取樣，開挖面積為0.25～0.5 m2，深度1 m，用水沖洗干凈，挑去雜質，記錄長度。

(5)干物質測定。地上干物質測定時，在各處理小區取有代表性的植株3株，然后將各處理的植株樣品用紙包好，并寫上處理編號，然后先將樣品放在100～110 ℃烘箱中15～20 min，使植物組織迅速停止生理活動，再降至80 ℃左右烘至恒重。根系干物質測定。選取測地上部干物量的植株處，在一定面積的地方開始往下開挖根系，每20 cm一層，每層的土和根用塑料袋裝好，并編好號，然后依次往下挖掘，直到挖至沒有根的土層。取好樣后，把樣品放在土篩里揀出根來，再把根洗凈放入編好號的大信封中，再按上述的方法把根系烘干稱重。

(6)考種：收獲前在各小區中間取樣10株進行考種，記錄單株果數、單果重、縱徑、橫徑。

2 結果與分析

2.1 不同補灌方式對馬鈴薯營養生長特征的影響

2.1.1 不同補灌方式對馬鈴薯株高的影響

不同補灌方式，從幼苗期到塊莖膨大期，株高呈持續上升趨勢。在塊莖形成和塊莖膨大前期增長速度最快，進入淀粉積累期后趨于穩定或略有下降，日增長率呈現出生育前期先升高生育后期再下降的單峰規律(圖1)。

圖1 不同補灌方式馬鈴薯生育期株高變化Fig.1 Variation of plant height in potato growth period by different irrigation methods

在苗初期，不同處理株高差異不顯著(P>0.05)；在幼苗期末和塊莖形成期初，不同處理株高開始有明顯差異，滴灌處理株高達11.67 cm，較溝灌處理高0.46 cm，較畦灌處理高1.28 cm，差異顯著(P<0.05)；在塊莖形成期末和膨大期初，不同處理株高差異更加明顯，滴灌處理株高達39.77 cm，較溝灌處理高0.64 cm，較滴灌處理高5.03 cm，溝灌與滴灌處理差異顯著(P<0.05)，溝灌、滴灌與畦灌處理差異極顯著(P<0.01)；在淀粉積累期，植株株高不再增加，但受前期生長差異影響，不同處理株高之間的差異仍然極顯著(P<0.01)(表1)。

2.1.2 不同灌溉方式對馬鈴薯徑粗的影響分析

不同補灌方式，莖粗變化趨勢與株高變化趨勢基本一致(圖2)，從幼苗期到塊莖膨大期呈持續上升趨勢，在塊莖形成和塊莖膨大前期莖粗增長速度最快，進入淀粉積累期后趨于穩定或略有下降，日增長率亦呈現生育前期先升高生育后期再下降的單峰規律。

表1 不同補灌方式馬鈴薯生育期株高差異分析 cm

注：不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，不同大寫字母表示差異極顯著(P<0.01)。

圖2 不同補灌方式馬鈴薯生育期徑粗變化Fig.2 Crude changes in the growth period of potato by different irrigation methods

在苗初期，不同處理莖粗差異不顯著(P>0.05)；在幼苗期末和塊莖形成期初，不同處理莖粗開始有明顯差異，在塊莖形成期末和膨大期初，不同處理差異更加明顯，在淀粉積累期，植株莖粗不再增加，但受前期生長差異影響，不同處理莖粗之間的差異仍然極顯著(P<0.01)(表2)。

表2 不同補灌方式馬鈴薯生育期莖粗差異分析 mm

注：不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，不同大寫字母表示差異極顯著(P<0.01)。

2.1.3 不同補灌方式對馬鈴薯葉面積的影響

在塊莖膨大末期前，不同補灌方式生育期葉面積與株高、莖粗變化趨勢一致，在塊莖形成和塊莖膨大前期葉面積增長速度最快，在塊莖膨大期達到高峰。進入淀粉積累期后，受葉片衰老、枯黃脫落、病蟲害等因素影響而急劇下降，呈單峰發展規律(圖3)。

圖3 不同補灌方式馬鈴薯生育期葉面積變化Fig.3 Change of leaf area in potato growth period by different irrigation methods

通過分析葉面積指數，不同處理葉面積指數在苗初期無顯著差異(P>0.05)；在苗期末，滴灌處理葉面積指數達1.65，較溝灌高0.76，較畦灌高0.87，差異極顯著(P<0.01)，畦灌、滴灌處理間有差異，但不顯著(P>0.05)；在塊莖形成期、膨大期，各處理間葉面積指數極顯著(P<0.01)，其中滴灌處理葉面積指數最高，達3.62，較溝灌處理高1.23，較畦灌處理高4.12；淀粉積累后期，葉面積指數急劇下降。其中滴灌處理下降了92.8%，溝灌處理下降了85.7%，畦灌處理下降了82.2%，各處理間，溝灌與滴灌、畦灌處理間差異極顯著(P<0.01)，滴灌與畦灌處理間差異不顯著(P>0.05)(表3)。

表3 不同補灌方式馬鈴薯生育期葉面積指數差異分析Tab.3 Differential analysis of leaf area index in potato growth period by different irrigation methods

注：不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，不同大寫字母表示差異極顯著(P<0.01)。

2.1.4 不同補灌方式對馬鈴薯根系生長的影響

不同補灌方式生育期根長在苗期至塊莖膨大期與株高、莖粗、葉面積變化趨勢一致，在塊莖形成和塊莖膨大前期主根伸長的速度最快。不同的是，根長在進入淀粉積累期后仍有增長，但伸長速度放緩，在生育期末達到最大值(圖4)。各處理主根長在整個生育期內與播種后的天數之間呈對數關系，擬合方程為：

溝灌：y= 12.227ln(x) + 8.832 5R2= 0.978 4

(1)

滴灌：y= 10.661ln(x) + 9.015 3R2= 0.977 5

(2)

畦灌：y= 10.138ln(x) + 8.132 7R2= 0.988 5

(3)

式中：y為根系長度，cm；x為播種后的天數，d。

抑郁性人格障礙主要表現為情緒低落，精神不振，沉默寡言，對自己評價過低，對周圍環境估計過高，總是內疚自責，對一切不感興趣，對生活充滿悲觀色彩等。具有這種人格障礙傾向的個體常常表現為極端不自信，對于網絡中他人的批評非常敏感，在很多時候，他們會盡量選擇逃避以避免他人的批評。他們為了避免發生難堪的局面而限制自己的瀏覽活動，只對確信能夠鼓勵和支持自己的人進行網上互動，并有較低的自尊。在網上聊天時經常具有的思維是“我希望所有的人都不討厭我，但我想其實一切都未可知”“我必須盡量避免令人不愉快的回復出現”等等。

圖4 不同補灌方式馬鈴薯生育期根長變化Fig.4 Change of root length in potato growth period by different irrigation methods

在苗初期，各處理根長為8 cm左右，主根長度的差異不顯著(P>0.05)；苗期末，不同處理根長分別為：溝灌17.5 cm，滴灌16.9 cm，畦灌15.7 cm(各處理間差異顯著(P<0.05)，占生育期內根長總伸長量的比例分別為49.7%、52.1%、50.9%，苗期是根系伸長最快的時期。隨著生育期推進，根長伸長速率逐步放緩，處理間差異極極顯著(P<0.01)，在各個生育期末，溝灌處理根系最長(表4)。

表4 不同補灌方式馬鈴薯生育期根長差異分析 cm

注：不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，不同大寫字母表示差異極顯著(P<0.01)。

2.2 不同補灌方式對馬鈴薯根冠比的影響

2.2.1 不同補灌方式對馬鈴薯營養器官干物質積累的影響

結合馬鈴薯葉、莖、根系在生育期內的變化趨勢，選擇在塊莖形成期末期測定馬鈴薯各營養器官的干物質積累情況。在塊莖形成期末期，馬鈴薯還未全面進入到生殖生長階段前，不同處理干物質在葉、莖、根部的積累量全部表現為葉>莖>根(圖5、圖6)。

圖5 不同補灌方式馬鈴薯塊莖形成期干物質積累情況Fig.5 Accumulation of dry matter during tuber formation of potato by different irrigation methods

圖6不同補灌方式馬鈴薯塊莖形成期各營養器官干物質積累比例Fig. 6 Proportion of dry matter accumulation of different vegetative organs during tuber formation of potato by different irrigation methods

分析馬鈴薯塊莖形成期末不同處理各營養器官干物質積累差異情況。此時期葉、莖、根系干物質積累差異達顯著水平(p<0.05)以上。其中葉片在滴灌處理下干物質積累最高，達23.21 g，較溝灌處理高5.57 g，較畦灌處理高8.86 g，差異極顯著(p<0.01)；莖在滴灌處理下干物質積累亦最高，達20.48 g，較溝灌處理高10.74 g，較畦灌處理高14.57 g，差異極顯著(p<0.01)；而根系在溝灌處理下干物質積累最高，達3.94 g，較滴灌處理高0.5 g[差異顯著(p<0.05)]，較畦灌處理高2.08 g[差異極顯著(p<0.01) ](表5)。

表5 不同補灌方式馬鈴薯塊莖形成期干物質積累差異分析 g

注：不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，不同大寫字母表示差異極顯著(P<0.01)。

2.2.2 不同補灌方式對馬鈴薯根冠比的影響

表6 不同補灌方式馬鈴薯塊莖形成期根冠比差異分析Tab.6 Difference analysis of root crown ratio of potato tuber in different irrigation modes

注：不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，不同大寫字母表示差異極顯著(P<0.01)。

2.3 不同補灌方式對馬鈴薯產量及水分利用效率的影響

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(表7)。

表7 不同灌溉方式的水分利用效率Tab.7 Water use efficiency in different irrigation modes

3 討 論

李小利，李昊儒等[5]通過小麥試驗，滴灌可促進葉片生長，開花期滴灌能減緩小麥葉面積指數下降速率，增加干物質積累速率。本研究結果表明，滴灌補灌方式對馬鈴薯莖粗、株高、葉面積影響較大，在生育期內與溝灌、畦灌處理差異顯著，能顯著提高各營養器官的干物質積累量，這與其他研究結果相一致。但與竇超銀，孟維忠等[6]在風沙土玉米地下滴灌技術田間應用試驗研究中地下滴灌有利于延緩葉片衰老的結論不一致。本研究結果中表明，滴灌補灌方式馬鈴薯新葉發展速率明顯大于溝灌和畦灌處理，而后期枯葉的數目又明顯多余其他兩個處理。分析原因，主要是因為膜下滴管條件下，葉面積指數較大，作物葉片的蒸騰作用強，區域小環境空氣濕度高，病蟲害等因素對馬鈴薯葉片脫落的影響大所致。

根系活力是根系生理特性的重要指標，根系活力高，根系就能更多的吸收水分和養分供地上部分生長。水分脅迫會使冬小麥根系活力有所降低[7,8]，在各種環境脅迫因子中干旱對馬鈴薯產量造成的損失最大[9]。關于灌溉方式對馬鈴薯根系和水分利用效率影響的研究不多，劉素軍，孟麗麗等[10]在馬鈴薯對塊莖形成期水分脅迫及脅迫后復水的生理響應研究的結果表明，田間持水率的75%～85%處理下馬鈴薯各項生理指標變化幅度較小，且產量最高，表明75%～85%為塊莖形成期適宜含水率；高于或低于75%～85%,都會造成葉片相對含水率、SPAD、根系活力降低。張磊，劉景輝等[11]在植物生長營養液對干旱復水馬鈴薯根系及光合特性影響的結果表明，不同干旱脅迫與復水條件下，植物生長營養液均能有效改善馬鈴薯根系活力及光合特性，根系活力和馬鈴薯產量增加，干旱脅迫下，植物生長營養液對重度脅迫馬鈴薯產量的增幅最大。本研究結果表明，溝灌處理受灌溉后水分入滲方式和土壤淺層干旱脅迫的影響，因而能使根系扎根較深。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。在水資源許可區域，采用溝灌補灌方式，可增加馬鈴薯產量，采用滴灌補灌方式可提高水分利用效率。

4 結 論

(1)滴灌補灌方式對馬鈴薯莖粗、株高、葉面積影響最大。在生育期前期，滴灌處理新葉發展速率明顯大于溝灌和畦灌處理，而后期枯葉的數目又明顯多余其他兩個處理。溝灌方式雖然前期新葉發展速率較慢，但后期受葉片衰老、枯黃脫落、病蟲害等因素的影響較小，對于后期產量的形成、養分的充分利用極為有利。

(2)由于畦灌、滴灌是將水分直接灌溉到作物根部，而溝灌處理受灌溉后水分入滲方式和土壤淺層干旱脅迫的影響，因而能使根系扎根較深。

(3)在塊莖形成期末，滴灌處理葉面積指數3.62，較溝灌處理高1.23，較畦灌處理高4.12，因蒸騰作用強，對根系、莖稈莖輸送水分的需求更高，在土壤含水量相同的情況下，莖稈、根系的含水量相比畦灌、溝灌低。在同一土壤水分水平下，溝灌不僅能促進馬鈴薯根冠比的增長，使干物質分配更加合理，還能增加根系的保水和吸水能力。

(4)在相同的土壤水分水平下，溝灌處理的產量高于滴灌，畦灌處理馬鈴薯產量下降顯著。從水分利用效率看，滴灌比溝灌的水分利用效率高出87.69%。因此在水資源許可的區域，宜采用溝灌補灌的方式，可顯著提高馬鈴薯產量。在水資源緊缺區域，采用滴灌補灌的方式，可進一步提高水分利用效率。畦灌由于棵間蒸發量大，且易使土壤板結、通氣性差，影響產量形成，要在馬鈴薯生產中盡量避免使用。