灌水量對(duì)膜下滴灌馬鈴薯生長(zhǎng)、產(chǎn)量及水分利用的影響

摘 要：為探索灌水量對(duì)膜下滴灌馬鈴薯生長(zhǎng)、產(chǎn)量及水分利用的影響，在苗前、苗期、現(xiàn)蕾期、初花期、盛花期、落花期6個(gè)時(shí)期進(jìn)行0（CK）、100、150、200、250、300、350、400 m3·hm-2灌水量處理研究。結(jié)果表明，不同灌水量均可縮短馬鈴薯現(xiàn)蕾前生育期而延長(zhǎng)生育后期，也可提高花期葉面積指數(shù)。灌水量對(duì)現(xiàn)蕾前莖葉鮮、干質(zhì)量影響較小，在現(xiàn)蕾期、初花期、落花期，莖葉鮮質(zhì)量隨灌水量的增加呈上升趨勢(shì)，莖葉干質(zhì)量在灌水量增至300 m3·hm-2時(shí)于成熟期降低。每hm2產(chǎn)量及單株產(chǎn)量、大中薯數(shù)量、質(zhì)量均隨灌水量的增加呈先上升后下降的趨勢(shì)，每hm2產(chǎn)量在250 m3·hm-2灌水量時(shí)出現(xiàn)峰值，單株產(chǎn)量、大中薯數(shù)量及質(zhì)量均在300 m3·hm-2灌水量時(shí)出現(xiàn)峰值，其最大值分別達(dá)78 888.63 kg·hm-2、1 832.57 g、4.53 粒、1 720.47 g，產(chǎn)量較CK增產(chǎn)27 712.26 kg·hm-2，增產(chǎn)率54.15%。當(dāng)灌水量增至350 m3·hm-2及更大量時(shí)，植株在生育中后期出現(xiàn)徒長(zhǎng)現(xiàn)象，莖粗變細(xì)，小薯增多，商品率、產(chǎn)量及水分利用率均顯著下降。綜合分析，250～300 m3·hm-2灌水量為半干旱區(qū)定西市馬鈴薯膜下滴灌較適宜水平。

關(guān)鍵詞：馬鈴薯；灌水量；膜下滴灌；生長(zhǎng)發(fā)育；產(chǎn)量；水分利用

中圖分類號(hào)：S532 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1673-2871（2024）10-093-08

收稿日期：2023-03-23；修回日期：2024-03-11

基金項(xiàng)目：甘肅省科技重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（24YFNJ003，20YF3NJ028）；定西市科技重點(diǎn)技術(shù)攻關(guān)專項(xiàng)（DX2022AZ16，DX2023AZ17，DX2023AY06，DX2024AZ15）

作者簡(jiǎn)介：張小靜，女，研究員，主要從事旱作農(nóng)業(yè)栽培技術(shù)研究。E-mail：zhangxj_123@163.com

通信作者：陳 富，男，副研究員，主要從事作物栽培技術(shù)研究。E-mail：dxsnkycf@163.com

Effects of irrigation quantity on growth， yield and water use efficiency of potato under mulched drip irrigation

ZHANG Xiaojing， TANG Caimei， YUAN Anming， YANG Jie， YANG Jianlu， YAN Chenghong， CHEN Fu

（Dingxi Academy of Agricultural Sciences， Dingxi 743000， Gansu， China）

Abstract： In order to explore the effect of irrigation amount on the growth， yield and water use of potato under mulched drip irrigation， 0 （CK）， 100， 150， 200， 250， 300， 350， 400 m3·hm-2 irrigation treatments were carried out at six stages of pre-seedling， seedling， squaring， early flowering， full flowering and falling flowering. The results showed that different irrigation amount could shorten the growth period of potato before budding and prolong the late growth period， and also increase the LAI at flowering stage. The irrigation amount had little effect on the fresh and dry mass of stems and leaves before budding. During budding， early flowering and falling， the fresh mass of stems and leaves increased with the increase of irrigation amount， and the dry mass of stems and leaves decreased at maturity when the irrigation amount increased to 300 m3·hm-2. The yield per hm2 and yield per plant， the number and mass of large and medium-sized potatoes increased and then decreased with the increase of irrigation amount. The peak values appeared at 250 m3·hm-2 and 300 m3·hm-2 irrigation amount， respectively. The maximum values were 78 888.63 kg·hm-2， 1 832.57 g·plant-1， 4.53 g·plant-1 and 1 720.47 g·plant-1， respectively. The yield increased by 27 712.26 kg·hm-2 compared with CK， with an increase rate of 54.15%. When the irrigation amount increased to 350 m3·hm-2 and more， the plant appeared overgrowth in the middle and late growth period， the stem diameter became thinner， the number of small potatoes increased， and the commodity rate， yield and water use efficiency decreased significantly. Comprehensive analysis showed that 250-300 m3·hm-2 irrigation is the most suitable level for potato drip irrigation under film in semi-arid Dingxi city.

Key words： Potato; Irrigation amount; Drip irrigation under mulch; Growth and development; Yield; Water utilization

馬鈴薯是世界上重要的糧菜兼用性作物，具有重要的營(yíng)養(yǎng)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。中國(guó)是世界馬鈴薯第一大生產(chǎn)國(guó)，面積和總產(chǎn)量約占世界的1/4。馬鈴薯作為甘肅省主要農(nóng)作物之一，種植面積位居全國(guó)第三，總產(chǎn)量位居全國(guó)第二[1-2]。定西市地處甘肅省中部，具有熱量豐富、光照充足、太陽(yáng)輻射強(qiáng)、晝夜溫差大、氣候冷涼等獨(dú)特的地理?xiàng)l件，是馬鈴薯理想的生產(chǎn)基地。但是由于該區(qū)域干旱少雨且各季降水分配不均勻[3-4]，極大限制了馬鈴薯植株的生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量提高。隨著定西市馬鈴薯規(guī)模化種植面積逐年擴(kuò)大，對(duì)水資源的需求持續(xù)增加，發(fā)展節(jié)水灌溉已經(jīng)成為首要任務(wù)。研究表明，馬鈴薯全生育期內(nèi)田間供水量為350～500 mm時(shí)才能滿足生長(zhǎng)需求[5]，每增加1 mm降水，塊莖產(chǎn)量可提升30～60 kg·hm-2 [6]。由此可見(jiàn)，在馬鈴薯生長(zhǎng)過(guò)程中的需水關(guān)鍵期進(jìn)行合理灌溉，對(duì)提高馬鈴薯產(chǎn)量具有重要意義。

滴灌技術(shù)作為旱作農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉的首選模式，已經(jīng)在干旱和半干旱地區(qū)得到廣泛應(yīng)用，能夠在很大程度上保證作物產(chǎn)量的提高和水肥資源的高效利用[7-8]。膜下滴灌技術(shù)則是將滴灌技術(shù)與地膜栽培技術(shù)有機(jī)結(jié)合，是一項(xiàng)節(jié)水增產(chǎn)的農(nóng)田灌溉技術(shù)，不僅具有增溫保墑的作用，還具備防滲及節(jié)水特點(diǎn)，成為旱作區(qū)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然選擇[9-11]。膜下滴灌技術(shù)可以顯著提高作物產(chǎn)量。段萌等[12]研究表明，覆膜滴灌能夠明顯提高西北干旱地區(qū)玉米的產(chǎn)量和收獲指數(shù)。劉偉等[13]研究表明，膜下滴灌通過(guò)增加前期積溫使小麥提前出苗且增加有效穗數(shù)，并促進(jìn)后期小麥提早成熟，有利于小麥各項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)和產(chǎn)量的提升。劉梅先等[14]研究表明，采用適量灌水量及灌水頻率的膜下滴灌模式可以提高新疆地區(qū)棉花的產(chǎn)量和水分利用率。隨著農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施的改善，膜下滴灌技術(shù)在馬鈴薯種植過(guò)程中也得到推廣，但是普遍存在過(guò)量灌水或灌水不及時(shí)等問(wèn)題，不僅沒(méi)有起到促進(jìn)高產(chǎn)的作用，還造成了水資源浪費(fèi)。已經(jīng)有學(xué)者針對(duì)這些問(wèn)題開(kāi)展了一些相關(guān)研究，提出了適用于當(dāng)?shù)氐囊恍┠は鹿嗨Ｊ絒15-17]。因此，建立科學(xué)合理的灌溉制度，確定合理的灌水量和灌水頻率，在實(shí)現(xiàn)水資源高效利用的同時(shí)促進(jìn)馬鈴薯產(chǎn)量的提升仍然是當(dāng)前急需解決的問(wèn)題。

筆者針對(duì)定西市馬鈴薯生產(chǎn)中的實(shí)際問(wèn)題及自然環(huán)境條件，利用引洮灌溉工程水資源，結(jié)合膜下滴灌技術(shù)，對(duì)不同滴灌量下植株生長(zhǎng)發(fā)育、水分利用和產(chǎn)量形成進(jìn)行對(duì)比，旨在對(duì)適宜該地區(qū)馬鈴薯節(jié)水豐產(chǎn)的高效用水滴灌制度進(jìn)行探究，為提升馬鈴薯單產(chǎn)水平提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于定西市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院創(chuàng)新園試驗(yàn)基地，平均海拔1920 m，位于甘肅省中部的半干旱雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)，年均氣溫7.2 ℃，年日照總時(shí)數(shù)25 002 h，日照率56%，年均無(wú)霜期140 d，年均降水量415 mm，年蒸發(fā)量1531 mm[16-17]。試驗(yàn)地前茬為玉米，土壤類型為黃綿土，播前土壤耕作層堿解氮含量（w，下同）118.0 mg·kg-1，有效磷含量36.2 mg·kg-1，速效鉀含量256.2 mg·kg-1，有機(jī)質(zhì)含量14.8 g·kg-1，土壤含水量12.98%，pH值8.15，試驗(yàn)水源采用洮河水。2022年試驗(yàn)區(qū)總降水量為407.4 mm，馬鈴薯生育期內(nèi)有效降水量291.5 mm。

1.2 材料

供試馬鈴薯品種新大坪原種由定西市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院提供，單果質(zhì)量為5～10 g。有機(jī)肥采用定西市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院旱農(nóng)所制作農(nóng)作物秸稈腐熟肥（有機(jī)質(zhì)含量≥45%），氮肥來(lái)源為尿素（N含量 46%），磷肥為普過(guò)磷酸鈣（P2O5 含量16%），鉀肥為農(nóng)用硫酸鉀（K2O含量 50%）。地膜采用寬度為0.8 m、厚度為0.012 mm的黑色地膜。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用單因素試驗(yàn)隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，共設(shè)8個(gè)處理，3次重復(fù)，各處理灌水時(shí)期及灌水量見(jiàn)表1，小區(qū)面積21 m2（3.5 m×6.0 m），單壟壟播栽培模式，壟高15 cm，壟面寬30 cm，行距70 cm，株距25 cm，人工點(diǎn)播種植，播種后鋪滴帶覆膜。采用聚乙烯樹(shù)脂內(nèi)鑲貼片式滴灌帶，管徑為16 mm，滴頭間距為30 cm，滴頭流量為2 L·h-1，滴灌系統(tǒng)由水池、壓力泵、過(guò)濾器及輸配水管道等組成，各處理灌水量由水表嚴(yán)格控制。試驗(yàn)田氮、磷、鉀總施肥量為N 180 kg·hm-2、P2O5 150 kg·hm-2、K2O 180 kg·hm-2、有機(jī)肥15 000 kg·hm2，所有肥料均于播前一次性施入土壤。試驗(yàn)播種于2022年4月18日，收獲于9月23日，播種、放苗、采樣、考種及收獲等均于同一天完成。

1.4 試驗(yàn)指標(biāo)測(cè)定與方法

1.4.1 植株生長(zhǎng)指標(biāo)測(cè)定 觀察記載各處理下馬鈴薯生育期（苗期、分枝期、現(xiàn)蕾期、初花期、盛花期、落花期、成熟期）并測(cè)定株高、莖葉鮮干質(zhì)量，現(xiàn)蕾期調(diào)查出苗率，花期分別測(cè)定植株莖粗、葉面積指數(shù)（leaf area index，LAI）、葉片葉綠素相對(duì)含量（soil and plant analyzer development，SPAD）。采用直尺測(cè)量株高，采用游標(biāo)卡尺測(cè)定莖粗，采用葉面積指數(shù)儀測(cè)定LAI值，采用葉綠素儀測(cè)定SPAD值，每個(gè)測(cè)試樣確定為植株第3個(gè)完全展開(kāi)葉，每小區(qū)測(cè)試3株。莖葉鮮、干質(zhì)量的測(cè)定在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，對(duì)植株樣品稱鮮質(zhì)量后，于烘箱中105 ℃殺青1 h，再在80 ℃恒溫下烘至恒質(zhì)量，稱干質(zhì)量。

1.4.2 收獲期產(chǎn)量等指標(biāo)測(cè)定 單株結(jié)薯數(shù)量、鮮質(zhì)量、≥100 g及＜100 g薯塊質(zhì)量及數(shù)量于收獲前統(tǒng)計(jì)，每小區(qū)隨機(jī)取3個(gè)點(diǎn)、每點(diǎn)取樣5株進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，>2 g的薯塊按有效薯計(jì)，商品薯按≥100 g薯塊計(jì)；收獲時(shí)對(duì)邊行以外每小區(qū)兩行薯塊進(jìn)行稱量測(cè)產(chǎn)。

1.4.3 土壤水分含量測(cè)定 試驗(yàn)收獲時(shí)，對(duì)植株根際耕作層0～30 cm土壤進(jìn)行水分含量測(cè)定，采用烘干法，對(duì)所取土樣在105 ℃烘箱中烘6～8 h至恒質(zhì)量后稱質(zhì)量，計(jì)算土壤水分利用效率WUE（kg·hm-2·mm-1）。計(jì)算依據(jù)[15-17]為WUE = Y/ETa，式中Y 為馬鈴薯產(chǎn)量（kg·hm-2），ETa 為全生育期實(shí)際蒸散量（mm）。Eta = 播前土壤貯水量（mm）+降雨量（mm）＋補(bǔ)灌量（mm）-收獲后土壤貯水量（mm）。

1.5 數(shù)據(jù)分析

田間調(diào)查及室內(nèi)測(cè)定數(shù)據(jù)采用Excel 2019進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并使用DPS 7.05對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，多重比較采用Duncan新復(fù)極差法。

2 結(jié)果與分析

2.1 灌水量對(duì)馬鈴薯生育期及出苗率的影響

不同處理對(duì)馬鈴薯生育期的影響見(jiàn)表2，全生育期（出苗期至成熟期）隨灌水量的增加而延長(zhǎng)，7個(gè)不同灌水量處理的生育期較CK延長(zhǎng)了3～14 d，表現(xiàn)為出苗至現(xiàn)蕾時(shí)期縮短、初花至成熟時(shí)期延長(zhǎng)的趨勢(shì)。苗前補(bǔ)灌可提高出苗率，當(dāng)灌水量達(dá)200 m3·hm-2時(shí)，出苗率可達(dá)100.0%。

2.2 灌水量對(duì)馬鈴薯地上部分植株生長(zhǎng)性狀的影響

灌水量對(duì)馬鈴薯生育期株高、莖葉鮮干質(zhì)量的影響見(jiàn)表3、表4，植株株高與灌水量基本呈正相關(guān)，當(dāng)灌水量達(dá)200 m3·hm-2及以上時(shí)，植株生長(zhǎng)較快，各生育期株高均極顯著高于CK；當(dāng)灌水量增至350 m3·hm-2時(shí)，植株在生育中后期出現(xiàn)徒長(zhǎng)現(xiàn)象。灌水量對(duì)現(xiàn)蕾前地上部分植株鮮、干質(zhì)量的影響較小，各處理均與CK無(wú)顯著差異；在現(xiàn)蕾期、初花期、落花期，地上部分植株鮮質(zhì)量隨灌水量的增加呈上升趨勢(shì)，且當(dāng)灌水量增至150 m3·hm-2及以上時(shí)，與CK差異顯著。0～250 m3·hm-2灌水量處理莖葉干質(zhì)量隨生育期的推進(jìn)不斷遞增，各處理均在成熟期達(dá)最大值；而300～400 m3·hm-2灌水量處理莖葉干質(zhì)量均在落花期達(dá)到峰值，成熟期莖葉干質(zhì)量在各灌水處理間無(wú)顯著差異，但均高于CK。

2.3 灌水量對(duì)馬鈴薯地上部分植株花期莖粗、SPAD值及LAI的影響

在初花期和盛花期，不同灌水量處理馬鈴薯植株SPAD值與CK間無(wú)顯著差異（表5）。W7在落花期SPAD值最小，為49.03；W3在初花期SPAD值最高，為60.43。各處理LAI隨花期的推進(jìn)呈遞增趨勢(shì)，初花期至盛花期增加較快，盛花期至落花期增加較慢，在同一時(shí)期，各個(gè)灌水處理LAI均高于CK。不同處理植株莖粗隨生育期推進(jìn)不斷增加，而在盛花期及落花期，隨灌水量的增加莖粗呈先增加后降低趨勢(shì)，當(dāng)灌水量達(dá)250～300 m3·hm-2時(shí)，莖粗大于CK和其他處理。

2.4 灌水量對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量指標(biāo)及商品率的影響

灌水量對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量指標(biāo)及商品率的影響見(jiàn)表6。不同灌水量處理單株塊莖數(shù)量為5.07～6.13 粒，均高于CK（4.20 粒），但差異不顯著，其中W6單株結(jié)薯數(shù)量最多，為6.13 粒。單株產(chǎn)量隨灌水量的增加呈先上升后下降的趨勢(shì)，峰值（1 832.57 g）出現(xiàn)于300 m3·hm-2的灌水量，這與單株大中薯結(jié)薯數(shù)量與質(zhì)量相一致，當(dāng)灌水量增加至350 m3·hm-2時(shí)，單株小薯增多，商品率顯著下降。灌水量對(duì)每hm2產(chǎn)量的影響變化趨勢(shì)與單株產(chǎn)量較為一致，呈先上升后下降的趨勢(shì)，產(chǎn)量峰值出現(xiàn)于250 m3·hm-2的灌水量，但與200 m3·hm-2和300 m3·hm-2灌水量處理無(wú)顯著差異，而極顯著高于CK，增產(chǎn)率達(dá)54.15%，當(dāng)灌水量增加至350 m3·hm-2時(shí)，每hm2產(chǎn)量顯著下降。

2.5 灌水量對(duì)馬鈴薯土壤水分利用效率的影響

由表7可知，試驗(yàn)播種前土壤含水量較低，處理間無(wú)顯著差異，均低于55.00 mm。不同灌水量處理馬鈴薯全生育期實(shí)際蒸散量均極顯著高于CK，大于有效降雨量291.5 mm。土壤水分利用效率隨灌水量的增加而呈先上升后下降的趨勢(shì)，100～300 m3·hm-2的灌水量處理間變化較小，水分利用效率較高，與CK無(wú)顯著差異，而當(dāng)灌水量達(dá)350 m3·hm-2時(shí)，水分利用效率顯著下降。

3 討論與結(jié)論

馬鈴薯為淺根系作物，對(duì)土壤水分的吸收利用率較低，被認(rèn)為是干旱敏感型作物[18]。Fabeiro等[19]研究表明，馬鈴薯塊莖膨大期和成熟期是水分虧缺最為敏感的時(shí)期。杜嘉[20]對(duì)馬鈴薯不同生育時(shí)期進(jìn)行水分調(diào)虧研究的結(jié)果表明，塊莖膨大期是馬鈴薯耗水量最敏感時(shí)期，其次是塊莖形成期和苗期。張萬(wàn)恒等[21]對(duì)馬鈴薯不同生育時(shí)期進(jìn)行調(diào)虧灌溉研究的結(jié)果表明，其耗水特性近似表現(xiàn)為：塊莖膨大期＞塊莖形成期＞苗期＞淀粉積累期。韋冬萍等[22]研究表明，馬鈴薯不同生育時(shí)期占全生育期的耗水比為苗期10%～15%、塊莖形成期（分枝至初花期）23%～28%、塊莖膨大期（初花至落花期）45%～50%、淀粉積累期（落花至成熟期）10%。前人研究表明，塊莖膨大期是馬鈴薯需水量最大的時(shí)期，根據(jù)馬鈴薯生育這一特性及當(dāng)?shù)貧夂蛱攸c(diǎn)，在本試驗(yàn)中各處理在馬鈴薯全生育期進(jìn)行了6次灌水，在塊莖膨大期（即初花期、盛花期及落花期）分別進(jìn)行3次不同灌水量的補(bǔ)灌，在苗期和現(xiàn)蕾期分別進(jìn)行了1次補(bǔ)灌，為保障出苗，并于苗前灌水1次。

在干旱半干旱的雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)，季節(jié)性干旱或難以預(yù)測(cè)的不定期干旱是造成馬鈴薯減產(chǎn)及品質(zhì)下降的關(guān)鍵性因素。根據(jù)馬鈴薯各生育時(shí)期需水特性合理供水，可提高馬鈴薯產(chǎn)量和水分利用率，而水分供應(yīng)不足或不合理利用，均成為限制馬鈴薯生長(zhǎng)發(fā)育的主要因素，嚴(yán)重影響產(chǎn)量及品質(zhì)的提升[5，23-24]。鄒建忠[25]認(rèn)為，滴灌對(duì)馬鈴薯養(yǎng)分供應(yīng)、塊莖形成、膨大及淀粉積累的影響尤為顯著，但用水過(guò)多會(huì)使植株徒長(zhǎng)、薯塊停止膨大而導(dǎo)致減產(chǎn)。任永峰等[26]研究認(rèn)為，馬鈴薯產(chǎn)量隨苗前滴灌量的增加呈增加趨勢(shì)，在滴灌量為180 m3·hm-2時(shí)，馬鈴薯產(chǎn)量和水分利用效率均為最高，在滴灌量為225 m3·hm-2時(shí)，產(chǎn)量和水分利用效率顯著降低。

本試驗(yàn)結(jié)果表明，不同灌水量均可縮短馬鈴薯現(xiàn)蕾前生育期而延長(zhǎng)生育后期，對(duì)現(xiàn)蕾前莖葉鮮、干質(zhì)量影響較小。每hm2產(chǎn)量及單株產(chǎn)量、大中薯數(shù)量及質(zhì)量均隨灌水量的增加呈先上升后下降的趨勢(shì)，每hm2產(chǎn)量在250 m3·hm-2灌水量時(shí)出現(xiàn)峰值，單株產(chǎn)量、大中薯數(shù)量及質(zhì)量均在300 m3·hm-2灌水量時(shí)出現(xiàn)峰值，當(dāng)灌水量增至350 m3·hm-2及更大量時(shí)，植株在生育中后期出現(xiàn)徒長(zhǎng)現(xiàn)象，莖稈變細(xì)，小薯增多，商品率、產(chǎn)量及水分利用率均顯著下降。綜合各項(xiàng)指標(biāo)，250～300 m3·hm-2灌水量為半干旱區(qū)定西市馬鈴薯膜下滴灌較適宜水平。

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