不同補(bǔ)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(xué)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(yōu)質(zhì)商品型馬鈴薯的天然條件[1]。近年來，隨著農(nóng)業(yè)節(jié)水型社會的建設(shè)和發(fā)展，膜下滴灌、溝灌等灌溉技術(shù)在馬鈴薯種植中得到了推廣應(yīng)用，但由于缺乏對馬鈴薯灌溉技術(shù)的系統(tǒng)研究，灌溉在馬鈴薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的作用發(fā)揮還不夠，特別是灌溉技術(shù)與種植方式不吻合，灌溉水量與馬鈴薯生育期需水關(guān)鍵期不符合等問題，造成馬鈴薯產(chǎn)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(bǔ)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(qū)進(jìn)行馬鈴薯不同補(bǔ)灌技術(shù)大田試驗(yàn)，探討馬鈴薯在滴灌、溝灌、畦灌補(bǔ)灌方式下，生育期內(nèi)農(nóng)田相對土壤含水率為60%～75%時(shí)，不同補(bǔ)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(qū)馬鈴薯灌溉體系建設(shè)和有限灌溉水資源高效利用提供科學(xué)依據(jù)和生產(chǎn)指導(dǎo)。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)簡況

試驗(yàn)安排在定西市灌溉試驗(yàn)站西川試驗(yàn)基地進(jìn)行，試驗(yàn)區(qū)距定西市區(qū)2 km，海拔1 958 m，屬中溫帶干旱、半干旱氣候區(qū)。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(fā)量高達(dá)1 500 mm。土壤以黃棉土為主，有機(jī)質(zhì)含量1.5%。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)施

試驗(yàn)設(shè)計(jì)：試驗(yàn)設(shè)膜下滴灌、畦灌、壟作溝灌3個(gè)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(shè)備，覆膜前每2行馬鈴薯中間鋪設(shè)1根滴灌帶, 行距0.5 m，株距0.3 m。所有灌溉處理重復(fù)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(yàn)用馬鈴薯品種為大西洋脫毒原種，該品種馬鈴薯有長勢強(qiáng)、產(chǎn)量高、耐儲藏運(yùn)輸、適宜西北干旱地區(qū)種植等特點(diǎn)。按照《灌溉試驗(yàn)規(guī)范》[3]，并結(jié)合當(dāng)?shù)刈魑飳?shí)際生育進(jìn)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(gè)生育階段。所有試驗(yàn)小區(qū)馬鈴薯于2018年5月15日點(diǎn)播，6月4日出苗率達(dá)到90%以上，進(jìn)入幼苗期(19 d)，6月23日進(jìn)入塊莖形成期(19 d)，7月12日進(jìn)入塊莖膨大期(30 d)，8月12日進(jìn)入淀粉積累期(49 d)，9月28日采收，整個(gè)生育期117 d。

主要觀試項(xiàng)目及測試方法：馬鈴薯耐旱性較強(qiáng)，在南方地區(qū)，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(yàn)基地地處干旱的西北黃土高原區(qū)，田間持水率24%。結(jié)合當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)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(nèi)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(dāng)土壤水分含量接近或低于到控制下限時(shí)即進(jìn)行灌水。該試驗(yàn)基地土壤密度平均值1.5 g/cm3，生育期內(nèi)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(jì)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(qū)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(gè)生育期的開始、中間、末尾在試驗(yàn)小區(qū)內(nèi)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(jì)算葉面積指數(shù)。

(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(shí)，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(shí)，用游標(biāo)卡尺測定距地面2 cm處的數(shù)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(zhì)，記錄長度。

(5)干物質(zhì)測定。地上干物質(zhì)測定時(shí)，在各處理小區(qū)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(zhì)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(qū)中間取樣10株進(jìn)行考種，記錄單株果數(shù)、單果重、縱徑、橫徑。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同補(bǔ)灌方式對馬鈴薯營養(yǎng)生長特征的影響

2.1.1 不同補(bǔ)灌方式對馬鈴薯株高的影響

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

圖1 不同補(bǔ)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(dá)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(dá)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(bǔ)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(xù)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(jìn)入淀粉積累期后趨于穩(wěn)定或略有下降，日增長率亦呈現(xiàn)生育前期先升高生育后期再下降的單峰規(guī)律。

表1 不同補(bǔ)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(bǔ)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(bǔ)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(bǔ)灌方式對馬鈴薯葉面積的影響

在塊莖膨大末期前，不同補(bǔ)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(dá)到高峰。進(jìn)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(fā)展規(guī)律(圖3)。

圖3 不同補(bǔ)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(shù)，不同處理葉面積指數(shù)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(shù)達(dá)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(shù)極顯著(P<0.01)，其中滴灌處理葉面積指數(shù)最高，達(dá)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(shù)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(bǔ)灌方式馬鈴薯生育期葉面積指數(shù)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(bǔ)灌方式對馬鈴薯根系生長的影響

不同補(bǔ)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(jìn)入淀粉積累期后仍有增長，但伸長速度放緩，在生育期末達(dá)到最大值(圖4)。各處理主根長在整個(gè)生育期內(nèi)與播種后的天數(shù)之間呈對數(shù)關(guān)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(shù)，d。

抑郁性人格障礙主要表現(xiàn)為情緒低落，精神不振，沉默寡言，對自己評價(jià)過低，對周圍環(huán)境估計(jì)過高，總是內(nèi)疚自責(zé)，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(gè)體常常表現(xiàn)為極端不自信，對于網(wǎng)絡(luò)中他人的批評非常敏感，在很多時(shí)候，他們會盡量選擇逃避以避免他人的批評。他們?yōu)榱吮苊獍l(fā)生難堪的局面而限制自己的瀏覽活動，只對確信能夠鼓勵(lì)和支持自己的人進(jìn)行網(wǎng)上互動，并有較低的自尊。在網(wǎng)上聊天時(shí)經(jīng)常具有的思維是“我希望所有的人都不討厭我，但我想其實(shí)一切都未可知”“我必須盡量避免令人不愉快的回復(fù)出現(xiàn)”等等。

圖4 不同補(bǔ)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(nèi)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(shí)期。隨著生育期推進(jìn)，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(gè)生育期末，溝灌處理根系最長(表4)。

表4 不同補(bǔ)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(bǔ)灌方式對馬鈴薯根冠比的影響

2.2.1 不同補(bǔ)灌方式對馬鈴薯營養(yǎng)器官干物質(zhì)積累的影響

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

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

圖6不同補(bǔ)灌方式馬鈴薯塊莖形成期各營養(yǎng)器官干物質(zhì)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(yǎng)器官干物質(zhì)積累差異情況。此時(shí)期葉、莖、根系干物質(zhì)積累差異達(dá)顯著水平(p<0.05)以上。其中葉片在滴灌處理下干物質(zhì)積累最高，達(dá)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(zhì)積累亦最高，達(dá)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(zhì)積累最高，達(dá)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(bǔ)灌方式馬鈴薯塊莖形成期干物質(zhì)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(bǔ)灌方式對馬鈴薯根冠比的影響

表6 不同補(bǔ)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(bǔ)灌方式對馬鈴薯產(chǎn)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(chǎn)量高于滴灌的產(chǎn)量，畦灌方式下，馬鈴薯的產(chǎn)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(fā)量大，灌溉方式使土壤板結(jié)、通氣性差，進(jìn)而影響根系對水分和養(yǎng)分的吸收，影響作物地下和地上部分的生長，影響產(chǎn)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(yàn)，滴灌可促進(jìn)葉片生長，開花期滴灌能減緩小麥葉面積指數(shù)下降速率，增加干物質(zhì)積累速率。本研究結(jié)果表明，滴灌補(bǔ)灌方式對馬鈴薯莖粗、株高、葉面積影響較大，在生育期內(nèi)與溝灌、畦灌處理差異顯著，能顯著提高各營養(yǎng)器官的干物質(zhì)積累量，這與其他研究結(jié)果相一致。但與竇超銀，孟維忠等[6]在風(fēng)沙土玉米地下滴灌技術(shù)田間應(yīng)用試驗(yàn)研究中地下滴灌有利于延緩葉片衰老的結(jié)論不一致。本研究結(jié)果中表明，滴灌補(bǔ)灌方式馬鈴薯新葉發(fā)展速率明顯大于溝灌和畦灌處理，而后期枯葉的數(shù)目又明顯多余其他兩個(gè)處理。分析原因，主要是因?yàn)槟は碌喂軛l件下，葉面積指數(shù)較大，作物葉片的蒸騰作用強(qiáng)，區(qū)域小環(huán)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(biāo)，根系活力高，根系就能更多的吸收水分和養(yǎng)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(huán)境脅迫因子中干旱對馬鈴薯產(chǎn)量造成的損失最大[9]。關(guān)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(fù)水的生理響應(yīng)研究的結(jié)果表明，田間持水率的75%～85%處理下馬鈴薯各項(xiàng)生理指標(biāo)變化幅度較小，且產(chǎn)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(yǎng)液對干旱復(fù)水馬鈴薯根系及光合特性影響的結(jié)果表明，不同干旱脅迫與復(fù)水條件下，植物生長營養(yǎng)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(chǎn)量增加，干旱脅迫下，植物生長營養(yǎng)液對重度脅迫馬鈴薯產(chǎn)量的增幅最大。本研究結(jié)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(chǎn)量高于滴灌，畦灌處理馬鈴薯產(chǎn)量下降顯著。在水資源許可區(qū)域，采用溝灌補(bǔ)灌方式，可增加馬鈴薯產(chǎn)量，采用滴灌補(bǔ)灌方式可提高水分利用效率。

4 結(jié) 論

(1)滴灌補(bǔ)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(fā)展速率明顯大于溝灌和畦灌處理，而后期枯葉的數(shù)目又明顯多余其他兩個(gè)處理。溝灌方式雖然前期新葉發(fā)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(chǎn)量的形成、養(yǎng)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(shù)3.62，較溝灌處理高1.23，較畦灌處理高4.12，因蒸騰作用強(qiáng)，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(jìn)馬鈴薯根冠比的增長，使干物質(zhì)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(chǎn)量高于滴灌，畦灌處理馬鈴薯產(chǎn)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(qū)域，宜采用溝灌補(bǔ)灌的方式，可顯著提高馬鈴薯產(chǎn)量。在水資源緊缺區(qū)域，采用滴灌補(bǔ)灌的方式，可進(jìn)一步提高水分利用效率。畦灌由于棵間蒸發(fā)量大，且易使土壤板結(jié)、通氣性差，影響產(chǎn)量形成，要在馬鈴薯生產(chǎn)中盡量避免使用。