寧夏中部干旱帶不同灌水量對馬鈴薯生長、產量和品質的影響

金建新，何進勤，黃建成，桂林國

(寧夏農林科學院農業資源與環境研究所，寧夏 銀川 750002)

【研究意義】寧夏地處西北內陸，獨特的自然條件和氣候特點，為馬鈴薯產業發展創造了十分有利的條件，2017年全區種植面積達到18.67萬hm2[1]。壟作栽培作為馬鈴薯傳統種植方式，由于其不僅光能利用效率高，通風效果良好，而且大大提高土地利用效率的特點而得以推廣應用。隨著高效節水技術的普及，近年來壟作栽培和覆膜滴灌技術相結合，極大促進了土壤水肥利用效率[2]?！厩叭搜芯窟M展】近年，研究人員針對馬鈴薯水資源高效利用進行分析，得出適宜的虧缺灌溉，可抑制馬鈴薯地上部分的徒長，促進光合同化物向塊莖轉移[3]，且有利于改善馬鈴薯水分利用狀況，提高產量和水分利用效率[4]，但針對馬鈴薯的水分敏感期卻結論各異，如認為馬鈴薯匍匐莖和塊莖形成期對水分的虧缺最敏感，缺水會導致產量的顯著降低[5-6]，也有認為塊莖膨大期和成熟期是水分虧缺最敏感時期，在該生育期15 d不灌水，部分品種減產幅度可以達到40 %以上[7-8]?！颈狙芯壳腥朦c】可見，馬鈴薯需水關鍵期需要定額研究仍沒有較為一致的結論，同時，其與立地條件、氣候因素、灌水方式等因素均有較大關系，在不同地區得到的結論差異較大[9-11]。馬鈴薯作為寧夏中部干旱帶主要種植作物，針對其需水關鍵期需要定額研究較少，同時，由于研究區降雨稀少，且年內分布不均，無法保障馬鈴薯需水關鍵期的供水?！緮M解決的關鍵問題】因此，開展不同灌水定額條件下馬鈴薯生長、產量和品質的影響，明確馬鈴薯不同生育期對灌水量的敏感程度，提出科學合理的節水灌溉制度，為寧夏中部干旱帶馬鈴薯灌溉提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

本試驗在寧夏鹽池縣馮記溝鄉試驗基地展開，位于寧夏中部地區，東經107°43′33″，北緯37°57′57″，典型的大陸性季風氣候，氣溫冬冷夏熱，平均氣溫22.4 ℃，晴天多，降雨少，光能豐富，日照充足溫差大，冬夏兩季氣候迥異，平均溫差28 ℃左右，秋冬交節之際，晝夜溫差可達20 ℃，多年平均降雨量為254.8 mm，蒸發量 2100 mm，日照時數2286 h，大于10 ℃的有效積溫為3145 ℃，無霜期198 d，海拔1352 m，試驗區土質為沙壤土，耕層平均容重1.42 g/cm3，田間持水量為21.8 %，耕層土壤堿解氮為92 mg/kg，有效磷含量13.8 mg/kg，速效鉀含量125.4 mg/kg，有機質含量百分數為2.5 %。

1.2 試驗設計

試驗品種選擇寧薯16號，根據馬鈴薯生長發育規律，把馬鈴薯整個生育期分為出苗期、現蕾期、初花期、盛花期和淀粉積累期5個生育階段。本試驗以灌溉定額為變量的單因素試驗，設置3000、3750、4500、5250、6000 m3/hm25個梯度灌溉量處理，共計5個處理，如表1所示。每個處理3個重復，共計15個小區，采用滴灌進行供水，隨機區組排列。從馬鈴薯出苗期開始進行灌水量梯度處理，用水表嚴格計量灌水量，每個小區長20 m，寬3 m，于4月23日前后開始穴播，種薯用量750 kg/hm2，壟作滴灌種植，采用一壟雙行一帶布置，行距50 cm，株距33 cm。全生育期N、P2O5、K2O總用量分別為375、225、225 kg/hm2，施肥處理中將75 kg純氮(尿素163 kg/667m2)、120 kg磷肥(P2O5量，折合成重磷酸鈣約為240 kg/667m2)在播種前基施，剩余氮和磷，以及全部鉀肥利用滴灌系統隨水追施，施肥在苗期、塊莖形成期、塊莖增長期和淀粉積累期分別施肥1、2、2和1次。

1.3 測試指標及方法

(1)株高。在馬鈴薯每個特征生育期測定1次，用卷尺從地表量至生長點，在每個小區隨機標記10株，取平均值。

(2)地上及根系生物量。測定時間同株高，每個小區隨機選擇5株馬鈴薯，挖至地下60 cm處，洗掉土壤，除去塊莖，按照根系和地上部分別測定其鮮重。

(3)產量。在馬鈴薯成熟后期每個小區隨機選擇10株測定其產量，按照不同質量進行分級，計算商品薯率，各重復取平均值。

(4)品質。在每個小區隨機選取大中小3級馬鈴薯塊莖，采用Lowry法、還原糖測定儀法、分光光度計法分別測定馬鈴薯塊莖中蛋白質、淀粉、還原糖的含量，各重復取平均值。

1.4 數據處理方法

用Excel2012進行數據處理和繪圖，各重復取平均值作為分析值，用DPSv17.10軟件進行顯著性分析。

表1 試驗處理

2 結果與分析

2.1 灌水量對馬鈴薯株高的影響

從圖1可以看出，灌水量對馬鈴薯株高具有較大的影響，基本表現為正相關關系，在6月29日測定的株高中處理1平均株高最小，為45.6 cm，處理5最大，為56.8 cm，分別較處理1、處理2、處理3和處理4大24.5 %、7.9 %、6.8 %和8.8 %，各處理之間達到顯著水平(P<0.05)，說明水分能促進馬鈴薯株高的生長，但從整個生育期來看，處理5在7月17日和8月1日測得的株高值均比處理2、處理3和處理4低，如在8月1日，處理5分別低12.1 %、7.5 %和13.3 %，出現了早衰的現象，這可能是由于早期過多的水分供應，導致馬鈴薯根系分布較淺，無法吸收土壤深層土壤水分所致。而處理4在后期株高一直表現為優勢，方差分析表明，與其他處理差異顯著，在7月17日和8月1日處理4較處理1分別大14.7 %和20.1 %，說明灌水量在一定范圍內可以有效促進馬鈴薯株高生長，而過多的水分供應不僅不能增加株高的生長，反而在后期造成馬鈴薯早衰，減少后期光合同化物的積累。

圖1 各處理馬鈴薯株高變化(大寫英文字母表示在1 %水平的差異,小寫字母表示在5 %水平的差異)Fig.1 Changes in plant height of each treated potato(The capital letter shows the difference in 1 % level, and the litter letter shows the difference in 5 % level)

2.2 灌水量對馬鈴薯生物量的影響

馬鈴薯生物量是反應其對環境因素適應的一個綜合指標，由地上部分和地下根系部分構成，由圖2可以看出，不同灌水量對馬鈴薯地上和地下部分生物量具有較大的影響，在6月12日馬鈴薯現蕾期，灌水量對其地上部分生物量的影響不顯著，但對馬鈴薯根系生物量的影響較大，除處理1外，其他處理基本表現為灌水量越小其地下部分生物量越大，特別是處理2，較處理3、處理4和處理5分別大53.3 %、56.7 %和66.7 %，可見在馬鈴薯早期低定額灌水能有效促進根系生長，這種調節有利于后期土壤水分不足時，馬鈴薯根系吸收更深土壤水分，能提高其抗旱減災能力。在6月29日所測得的結果表明，地下部分和現蕾期具有類似的規律，表現為處理1和處理2顯著大于其他3個處理，但是地上部分生物量隨著灌水量的增大則表現為增大的趨勢，處理5較處理1、處理2、處理3和處理4分別大97.4 %、87.5 %、10.3 %和4.2 %，說明在馬鈴薯開花期水分能顯著促進其地上生物量的積累。

圖2 不同時間馬鈴薯生物量Fig.2 Potato biomass in different time

表2 不同處理條件下馬鈴薯產量、商品薯率及WUE

在圖2-c和圖2-d中，地上部和地下部生物量都表現為隨著灌水量的增加而增加，在8月1日地上部生物量中處理5和處理4無顯著性差異(P>0.05)，處理4較處理1、處理2和處理3分別大65.5 %、41.4 %和17.3 %，但在圖5中處理4地上和地下部分干物質均達到最大值，分別較處理5大8.7 %和7.4 %，這和前面株高的結果一致，說明馬鈴薯在后期受到一定程度的水分脅迫，導致根系生長相對較弱的處理5受水分脅迫影響較大，地下部生物量和地上部具有類似的規律，處理4均達到最大值，其次是處理5和處理2，在圖1～5(8月20日)中較其分別小7.4 %、25.9 %、44.4 %、55.6 %。說明在一定范圍內，增加灌水量有利于提高馬鈴薯生物量的積累，但是當灌水量超出一定的限度時，其生物量出現報酬遞減的現象，因此，在制定灌溉制度時，在生長早期適當減少灌水量，在其關鍵需水期保證充足的供水量，可顯著提高水資源的利用效率和馬鈴薯的生產效率。

圖3 馬鈴薯主食化品種邊際產量Fig.3 Marginal yield of potato stapled varieties

2.3 灌水量對馬鈴薯產量的影響

產量是反應馬鈴薯對農業資源利用效率及對農田小氣候適應性的重要指標，馬鈴薯主食化專用品種較常規品種對養分和水肥的消耗量也表現出較大的差異，對農田環境的要求更為嚴格。

由表2可見，水分對馬鈴薯主食化品種的產量影響較大，隨著灌溉定額的增加其產量整體表現為增大的趨勢，產量最小為處理1，僅為2261.6 kg/667m2，其次為處理2、5、3 3個處理，分別較產量最高的處理4低31.04 %、18.6 %、1.7 %和3.0 %，說明在一定范圍內，增加灌水量有助于提高馬鈴薯的產量，但是當灌水量超過一定量后，其產量增加平緩，甚至出現降低的現象。商品薯率也是處理4最高，達到80.41 %，其次為處理3，最小值為處理1，說明低定額灌溉，阻礙了馬鈴薯主食化品種馬鈴薯的膨大，影響了其商品薯的形成。WUE處理1最大，為11.81 kg/m3，較處理2、3、4、5分別高5.6 %、5.0 %、17.2 %和29.7 %，其中處理2和處理3經方差分析，無顯著性差異，從WUE看，灌水量最小的處理1最大，但是其產量較低，其次為處理3和處理2，同樣處理2其產量也較低，僅為最大值的81.4 %。

圖4 單位灌水量WUE增加值Fig.4 Increased value of unit irrigation amount WUE

由圖3～4可以看出，當灌溉定額超過4500 m3/hm2時，隨著灌溉水量的增加，馬鈴薯主食化品種寧薯16的邊際產量降低，表現為灌水量報酬遞減趨勢，當灌水量大于5460 m3/hm2時，隨著灌水量的增加，馬鈴薯產量表現為下降趨勢，這可能是由于過多的水分投入抑制了根系活性，植株表現為生理性缺水，造成馬鈴薯沒有充分膨大。從灌溉定額為3750 m3/hm2開始，隨著灌水量的增加，單位水量的水分利用效率WUE的增加值表現為先增大再減小后增大的趨勢，說明灌溉定額為3750 m3/hm2時，馬鈴薯WUE處于較高值，其后隨著灌水量的增加其WUE逐漸減小，當灌水量大于4200 m3/hm2時，WUE開始隨著灌水量的增加開始增加，當超過4680 m3/hm2時，WUE又開始呈現出減小趨勢，說明水分利用效率WUE表現為先減小再增大后減少的趨勢。

2.4 灌水量對馬鈴薯品質的影響

由表3可以看出，灌水對馬鈴薯淀粉、蛋白質、多糖的影響較大。處理3淀粉含量最大，為15.3 g/100g，其次為處理4和處理5，兩者之間沒有顯著性差異，淀粉含量最小為處理1，僅為7.09 g/100g，較最大值小53.7 %，除處理4和處理5之間無顯著性差異外，其余各處理間均具有顯著性性差異(P<0.01)，且具有統計學意義。蛋白質含量各處理間均存在顯著性差異，蛋白質含量最高的為處理2，其次為處理1、處理4、處理5、處理3，最大值分別較其大0.95 %、8.7 %、10.6 %和12.2 %。多糖處理4和處理1無顯著性差異，其余各處理均存在顯著性差異，其多糖含量最大的為處理3，其次為處理2，前者較后者大20.8 %，其次為處理1和處理4，處理5多糖含量最小，僅為0.44 g/100g?？梢?，灌水對馬鈴薯主食化品種寧薯16號品質指標具有較大的影響，整體來看隨著灌水量的增加，各指標表現為先增加后減小的趨勢，因此，制定適宜的灌溉制度可顯著提高寧薯16號的可加工性能，增加其主食化品質，對馬鈴薯主食化品種的推廣和應用提供支撐。

表3 不同處理馬鈴薯品質指標

3 討 論

(1)灌溉對馬鈴薯生長和產量、品質都具有重要的影響，在馬鈴薯需水關鍵期水分脅迫后，會對其生長產生重要的影響，在薯塊膨大期水分虧缺對馬鈴薯株高影響最大，所產生的抑制作用在淀粉積累期達到最大[12]，適宜灌水量可以促進馬鈴薯株高的生長，總灌水量為1260和1620 m3/hm2的處理在塊莖增長期馬鈴薯株高均達到最大值，但是前者較后者大8.2 %[13]，在灌水次數相同，不同灌水定額條件下也有類似的規律，如灌水量為48 m3/hm2的處理株高顯著大于96 m3/hm2的處理[14]，這與本文所得到的結論一致，本試驗在8月1日測定的結果中，處理5較處理4株高大14.94 %。但侯翔皓[15]發現馬鈴薯株高在其生長前期和后期對水分的響應效應有較大差異，在苗期和塊莖形成期，株高和灌水量有較好的正相關關系，但在塊莖增長期、淀粉積累期和成熟期，株高隨著灌水量的增加表現為先增加后減小的趨勢。在本試驗中，前期灌水量較大的處理株高一直表現為生長優勢，如在6月19日處理5株高顯著大于其他處理，但在之后生長過程中，處理5的生長優勢消失，處理4株高達到最大，說明適宜的灌溉定額和生育期分配對馬鈴薯株高具有重要影響，在大田生產中既要促進馬鈴薯株高以提高光合效率，也要防止其徒長消耗光合同化物。

(2)較大的地上部分可以增加受光面積，提高光合效率，而較長的作物根系可以促進作物吸收深層土壤水分，提高水分利用效率，也可以防止作物后期倒伏等發生。水分對馬鈴薯地下和地上部分的相對生長影響較大。本研究表明在馬鈴薯7月1日初花期之前較小的灌水量能促進馬鈴薯根系生長，在現蕾期灌水量最小的處理(灌溉定額為3000 m3/hm2)較最大的處理(灌溉定額為6000 m3/hm2)根系生物量大66.7 %，但是地上部的生物量與灌水量成正相關，最大灌水量處理較最小灌水量處理大97.4 %。8月1日盛花期之后，大定額灌水處理地上生物量和根系生物量顯著高于小定額處理，但當灌水量超出一定的限度時，其生物量出現報酬遞減的現象，如在8月20日，處理4較處理5的地上生物量大7.4 %。目前大多數學者在灌溉條件下對馬鈴薯生物量變化的影響研究均集中在干物質積累和轉運方面，劉振[16]研究發現在隴中半干旱地區補灌后提高了馬鈴薯干物質的轉運率，有助于提高產量。曹正鵬[17]發現青薯9號和大西洋兩品種在水分虧缺下，隨著虧缺程度的增加兩品種生物量的增量和絕對值均降低，各品種之間存在一定差異。李晶[18]發現不同時期水分虧缺對馬鈴薯干物質積累的影響不同，在馬鈴薯塊莖形成期水分虧缺則會嚴重影響馬鈴薯干物質的積累。說明在馬鈴薯需水關鍵期保證水分供應能促進馬鈴薯生物產量的形成，早期一定程度的水分虧缺在后期復水后會有一定的補償效應，應根據馬鈴薯生長情況適時灌溉，可以促進馬鈴薯生物量積累和轉運速率，進而形成塊莖產量。

(3)耿浩杰[19]等人提出在寧夏中部干旱帶覆膜滴灌馬鈴薯適宜的灌溉定額為1260 m3/hm2，杜嘉[20]提出河西綠洲區膜下滴灌馬鈴薯全生育期灌溉定額為2250 m3/hm2時，產量達到43.86 t/hm2。該量與本文提出的差異較大，主要是因為本試驗在壟作未覆膜的條件開展，并且在馬鈴薯生育期內只有一次有效降雨量，導致耗水量較大。整體來看本次試驗中馬鈴薯品質隨著灌水量的增加，各指標表現為先增加后減小的趨勢，灌溉定額小于4500 m3/hm2時，淀粉、蛋白質和多糖等指標的含量較大。馬微[21]在膜下滴灌條件下發現總灌溉定額在630 m3/hm2內，灌水次數一致灌溉定額不同時，灌溉定額越大，馬鈴薯塊莖的淀粉、還原糖和干物質含量越大。耿浩杰[19]等人發現灌溉定額越小越有利于馬鈴薯還原糖的積累，而淀粉在一定灌水量范圍內表現為先增加后減小，與本文結果一致。總之，灌水量和農藝措施互作下對馬鈴薯產量和品質具有較大的影響，應根據區域水資源特征和氣候條件合理制定馬鈴薯灌溉制度，進而達到高產、優質、高效的目的。

4 結 論

通過對寧薯16號的生長、生理、產量及對水分利用效率等的研究，發現灌水量顯著影響其薯塊膨大和產量形成，并且在一定范圍之內，兩者之間呈正相關關系，其主食化品質隨著灌水量的增加表現為先增加后降低的趨勢，綜合以上各因素，處理3雖然產量和商品薯率均較處理4低，但其較處理4僅分別小1.8 %和6.8 %，而且其水分利用效率最高，實現水資源高效利用的目的，在寧夏中北部干旱地區推薦處理3(灌水量為4500 m3/hm2)可作為馬鈴薯主食化專用品種寧薯16號的灌溉定額。