寧夏中部干旱區(qū)馬鈴薯最優(yōu)灌溉制度研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

吳軍斌 張文兵 宋成飛 李鳳麗 李小瑩

(大禹節(jié)水集團(tuán)股份有限公司，甘肅 蘭州 730000)

1 研究背景與現(xiàn)狀

1.1 研究背景

中國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展已經(jīng)成為不可阻礙的趨勢(shì)，伴隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展同樣暴露出了許多問(wèn)題，如水資源緊缺、用水安全、生態(tài)環(huán)境等諸多問(wèn)題。而在不阻礙經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)更好地解決與上述問(wèn)題的矛盾，是目前主要研究和發(fā)展的方向。從古至今，中國(guó)作為農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)業(yè)發(fā)展的程度是體現(xiàn)國(guó)家綜合發(fā)展實(shí)力的方面之一。2020年，全國(guó)用水總量為5813億m3，農(nóng)業(yè)用水量占全國(guó)總用水量約62%。根據(jù)《十四五節(jié)水型社會(huì)建設(shè)規(guī)劃》，全國(guó)節(jié)水灌溉面積占灌溉總面積不足50%?？梢?jiàn)，發(fā)展現(xiàn)代化灌溉技術(shù)和優(yōu)化灌溉制度是解決水資源用水矛盾的主要手段之一。近年來(lái)隨著灌溉技術(shù)和管理水平的發(fā)展，截至2020年,農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)為0.565，但相較發(fā)達(dá)國(guó)家還有一定差距[1]。從現(xiàn)狀來(lái)看，在國(guó)家一系列政策的指導(dǎo)下，先后完成了一批高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)的任務(wù)，但建成后的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田項(xiàng)目在后期管護(hù)和運(yùn)維方面的欠缺，導(dǎo)致灌溉水生產(chǎn)效率沒(méi)有顯著的增長(zhǎng)；并且政策的推進(jìn)需要一個(gè)過(guò)程和階段，我國(guó)部分地區(qū)依舊以傳統(tǒng)的灌水方式如漫灌、溝灌、渠灌等為主，這些灌水方法使得農(nóng)業(yè)用水產(chǎn)生了巨大的無(wú)效損失，為確保讓每一滴水都作用到每一株作物生長(zhǎng)上，避免水資源的無(wú)效利用，保證農(nóng)業(yè)生產(chǎn)持續(xù)向好發(fā)展，大力發(fā)展現(xiàn)代化節(jié)水灌溉技術(shù)是最有效的手段之一。

當(dāng)前，我國(guó)農(nóng)業(yè)與農(nóng)村發(fā)展進(jìn)入新的發(fā)展階段，正致力于提高農(nóng)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，保障農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)安全，提高農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)能力，增加農(nóng)民收入，發(fā)展農(nóng)村社會(huì)事業(yè)，保障農(nóng)村社會(huì)安定，統(tǒng)籌城鄉(xiāng)發(fā)展。當(dāng)前中國(guó)面臨國(guó)際農(nóng)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)和國(guó)內(nèi)糧食生產(chǎn)效益較低的雙重壓力，種植作物的品種在現(xiàn)有生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)方式之下經(jīng)濟(jì)效益普遍較低，尤其普遍缺乏國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，發(fā)展馬鈴薯產(chǎn)業(yè)可以為中國(guó)農(nóng)業(yè)保障提供一個(gè)選擇途徑；增加農(nóng)民收入是農(nóng)業(yè)發(fā)展的主題之一，通過(guò)研究發(fā)展馬鈴薯生產(chǎn)開(kāi)辟一條農(nóng)民增收和發(fā)展農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的有效途徑具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

在我國(guó)，馬鈴薯種植迄今已有300多年的歷史，馬鈴薯的種植已經(jīng)形成了區(qū)域相對(duì)集中的態(tài)勢(shì)，主要分4大區(qū)域，我國(guó)屬于馬鈴薯最大的產(chǎn)業(yè)區(qū)。從發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)講，我國(guó)馬鈴薯種植區(qū)多以自然條件惡劣、農(nóng)田肥力低、水資源短缺、灌溉條件差、農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施不配套的山區(qū)旱地為主。這些馬鈴薯主產(chǎn)區(qū)的地形氣候環(huán)境差和生產(chǎn)條件落后是造成馬鈴薯產(chǎn)量低且不穩(wěn)定的主要原因，同時(shí)也在一定程度上限制了農(nóng)業(yè)機(jī)械化的普及。極力發(fā)展馬鈴薯產(chǎn)業(yè)和優(yōu)化灌溉技術(shù)可以有效改善這類地區(qū)的居民收入、保障糧食供給安全。寧夏馬鈴薯種植面積已達(dá)11.3萬(wàn)hm2[2]。在此背景下，以寧夏中部干旱區(qū)馬鈴薯種植為例，研究馬鈴薯節(jié)水節(jié)肥，在提高節(jié)水利用效率和優(yōu)化灌溉制度等方面具有重要作用。

1.2 發(fā)展研究現(xiàn)狀

馬鈴薯具有耐熱、耐寒、耐干旱、耐瘠薄、適應(yīng)性廣等特點(diǎn)，在世界范圍得到大面積種植，現(xiàn)已成為繼水稻、小麥、玉米之后第4大糧食作物[3]。我國(guó)是全球馬鈴薯生產(chǎn)的第一大國(guó)，約占全球種植面積的25%左右[4]。對(duì)于寧夏而言，馬鈴薯是寧夏干旱半干旱區(qū)重要的糧食作物，又是水分生態(tài)適應(yīng)性較好的作物之一[5]。截至目前，馬鈴薯已經(jīng)成為寧夏回族自治區(qū)第一大農(nóng)作物，而寧夏中部干旱區(qū)作為主要的馬鈴薯種植區(qū)，馬鈴薯產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為以寧夏西吉縣、同心縣等縣區(qū)為代表的特色優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)。由于自然條件受限，年均降雨量少，馬鈴薯多是起壟種植，基本靠天然降雨，其產(chǎn)量受當(dāng)季氣候條件的影響顯著。

2 馬鈴薯節(jié)水灌溉技術(shù)研究進(jìn)展

2.1 馬鈴薯節(jié)水灌溉技術(shù)

通過(guò)近年的資料研究，2011年尹娟、邱小琮[6]在寧夏中部干旱區(qū)馬鈴薯種薯耗水規(guī)律及水分效應(yīng)研究中闡述了膜下滴灌馬鈴薯技術(shù)有利于保持土壤水分，有效節(jié)約水資源，適宜在寧夏中部干旱地區(qū)廣泛推廣。王樂(lè)、張紅玲[7]在關(guān)于寧夏干旱區(qū)馬鈴薯田間滴灌限額灌溉技術(shù)研究中得出，在馬鈴薯關(guān)鍵生育期，灌水量對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量影響顯著；按照灌水次數(shù)來(lái)說(shuō)，灌水次數(shù)和馬鈴薯產(chǎn)量呈正相關(guān)；根據(jù)本試驗(yàn)結(jié)論，在寧夏干旱區(qū)種植馬鈴薯按照限額滴灌灌溉技術(shù)時(shí)，灌水定額為131.25m3·hm-2，分4次灌水，灌溉定額525m3·hm-2，灌水時(shí)間主要安排在馬鈴薯關(guān)鍵生育期。雛倞豪[8]在寧夏同心縣關(guān)于馬鈴薯膜下補(bǔ)灌灌溉制度的研究中，推薦在寧夏中部地區(qū)馬鈴薯種植按照補(bǔ)灌灌溉制度時(shí)，在馬鈴薯全生育生長(zhǎng)階段，灌水定額為100m3·hm-2，分3次灌水，灌水時(shí)間分別對(duì)應(yīng)馬鈴薯苗期、塊莖形成期和塊莖增大期。

綜上，結(jié)合寧夏中部干旱區(qū)馬鈴薯灌溉技術(shù)的相關(guān)研究、地區(qū)水資源現(xiàn)狀表明，在寧夏中部干旱地區(qū)種植馬鈴薯推廣和發(fā)展滴灌灌溉技術(shù)是有利的。主要因?yàn)楫?dāng)?shù)厮Y源條件匱乏，通過(guò)建設(shè)相應(yīng)的配套工程發(fā)展滴灌灌溉可有效減少農(nóng)田灌溉水的無(wú)效損失，提高農(nóng)田水利用效率，增加馬鈴薯種植抵抗自然風(fēng)險(xiǎn)能力。

2.2 馬鈴薯種植技術(shù)

馬鈴薯的種植技術(shù)主要從種植密度和播期2個(gè)方面來(lái)講。馬鈴薯的種植密度是影響產(chǎn)量的主要因素。張延磊[9]通過(guò)曲線擬合、方差分析等數(shù)據(jù)分析方法，得出馬鈴薯產(chǎn)量與種植密度方程呈拋物線型關(guān)系。不同的馬鈴薯品種適應(yīng)對(duì)應(yīng)的種植密度，種植密度的不合理不利于馬鈴薯塊莖的形成。同時(shí)，不合理的種植密度容易造成商品薯率下降。馬鈴薯種植密度對(duì)馬鈴薯植株生長(zhǎng)的株高和莖粗影響較明顯，株高和馬鈴薯種植密度呈正相關(guān)；莖粗隨種植密度的提高呈一定下降趨勢(shì)。研究顯示，適當(dāng)加大種植密度，能有效降低薯塊空心率。吳利曉[10]通過(guò)在寧夏中部干早帶研究不同種植密度對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量及品質(zhì)的影響研究結(jié)果中得出，滿足馬鈴薯生長(zhǎng)的基本條件下，獲得馬鈴薯最高產(chǎn)量的種植密度為77926株·hm-2，獲得馬鈴薯品質(zhì)最優(yōu)產(chǎn)量最高的種植密度為70433株·hm-2。

在播期方面，馬金虎、李海洋等[11]通過(guò)對(duì)寧夏干旱區(qū)馬鈴薯秋覆膜栽培適宜播種期的研究表明，在秋覆膜條件下，不同播期對(duì)馬鈴薯生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)程的影響顯著；自3月初始，隨著馬鈴薯播種時(shí)間的推遲，出苗時(shí)間變短；3月20日左右播種的馬鈴薯種出苗時(shí)間為40d，5月20日播種的出苗時(shí)間為24d；播種時(shí)間在3月20日左右，相比馬鈴薯生育期短，成熟期提前，播種到成熟約為87d；在產(chǎn)量與播期的關(guān)系方面，4月20日播種下的馬鈴薯產(chǎn)量最高，但4月20日以后播種馬鈴薯，隨著播期的后延馬鈴薯產(chǎn)量呈下降趨勢(shì)。錢蕊、王連喜[12]通過(guò)對(duì)不同播期對(duì)馬鈴薯干物質(zhì)實(shí)驗(yàn)的研究中得出以下結(jié)論，隨著馬鈴薯播時(shí)期的推遲，馬鈴薯生育期天數(shù)有明顯的減少，最短和最長(zhǎng)生育期相差較大，最大相差期限達(dá)50d；4月和5月、6月播種的馬鈴薯產(chǎn)量相差較大，選擇5月或者6月初播種馬鈴薯，馬鈴薯產(chǎn)量較高，生育期較短。

綜上，通過(guò)對(duì)寧夏中部干旱區(qū)馬鈴薯種植密度和播期研究來(lái)講主要有以下2點(diǎn)概述。從上述馬鈴薯種植密度的研究成果來(lái)看，對(duì)于不同品種的馬鈴薯有適合該品種馬鈴薯的種植密度；馬鈴薯的種植密度對(duì)馬鈴薯的生長(zhǎng)、產(chǎn)量、商品薯率等存在不同程度的影響，合理的種植密度有利于馬鈴薯的生長(zhǎng)，產(chǎn)量的增加和商品薯率的提高；保證馬鈴薯高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的合理種植密度為70433～77926株·hm-2。主要因?yàn)轳R鈴薯出苗至生長(zhǎng)成熟階段，馬鈴薯種植密度偏小會(huì)減弱馬鈴薯葉片的光合作用、根系養(yǎng)分吸收積累和塊莖的形成；馬鈴薯種植密度偏大會(huì)增加農(nóng)田土地占用率，導(dǎo)致馬鈴薯產(chǎn)量降低。從馬鈴薯播期的研究成果來(lái)看，馬鈴薯播期對(duì)生長(zhǎng)周期和產(chǎn)量存在顯著影響；馬鈴薯播期推薦在4月20日—6月10日。主要因?yàn)殡S著播期的后延，農(nóng)田土壤水分和溫度均會(huì)升高，適宜馬鈴薯出苗生長(zhǎng)。

2.3 馬鈴薯施肥技術(shù)

根據(jù)現(xiàn)狀施肥技術(shù)，馬鈴薯施肥技術(shù)主要以傳統(tǒng)施肥技術(shù)為主，包括撒施、溝施和穴施，從施肥時(shí)間和用途上來(lái)說(shuō)又包括基肥和追肥；現(xiàn)代施肥技術(shù)主要包括以水肥一體化技術(shù)為主的配方施肥，從施肥時(shí)間上也要講究基肥和追肥。

白茹、何文壽[13]在寧夏馬鈴薯種植基地土壤養(yǎng)分狀況及施肥建議中給出施肥建議，以產(chǎn)量15000～18000kg·hm-2為指標(biāo)，推薦寧夏中部干旱帶種植馬鈴薯時(shí)在施用農(nóng)家肥和生物有機(jī)肥基礎(chǔ)上，建議施N：1050～1950kg·hm-2，P2O5:60～120kg·hm-2，K:45～75kg·hm-2為宜。耿浩杰[14]通過(guò)水肥一體化條件下施氮比例分配對(duì)馬鈴薯生長(zhǎng)影響的研究中得出，在施用氮肥總量(純氮總量12kg·m-3，尿素)不變的條件下，在馬鈴薯幼苗期、塊莖形成期、塊莖增長(zhǎng)期和淀粉積累期施用氮肥比例分別為10%、30%、40%和20%；同時(shí)灌水時(shí)期設(shè)置為幼苗期、塊莖形成期和塊莖增長(zhǎng)期，灌溉補(bǔ)水量分別占灌溉定額的(灌溉定額1260m3·hm-2)25%、25%和50%，在相應(yīng)的灌水和施肥條件下，馬鈴薯生長(zhǎng)和生理指標(biāo)最優(yōu)、產(chǎn)量品質(zhì)最好、水分利用效率和氮素利用效率最高、干物質(zhì)和塊莖鮮果重在各生育期累積合理。

綜上，通過(guò)上述作者對(duì)寧夏中部干旱區(qū)馬鈴薯施肥技術(shù)的研究表明，在寧夏中部干旱區(qū)種植馬鈴薯施肥技術(shù)主要推薦方式為在施用基肥的基礎(chǔ)上，根據(jù)馬鈴薯生長(zhǎng)關(guān)鍵生長(zhǎng)期N、P、K生長(zhǎng)需要量進(jìn)行配方施肥。主要是因?yàn)?，基肥主要以農(nóng)家肥或者有機(jī)肥為主，在馬鈴薯播種之前或者北方農(nóng)田解凍時(shí)施用，通過(guò)一段時(shí)間農(nóng)田土壤微生物的分解，釋放出營(yíng)養(yǎng)元素，供農(nóng)作物利用，最終形成的腐殖質(zhì)，可有效改善土壤結(jié)構(gòu)并提高土壤的耕作性和保墑性。在馬鈴薯播種之后，前期施用基肥形成的土壤環(huán)境可為馬鈴薯初期生長(zhǎng)提供良好的條件。在馬鈴薯生長(zhǎng)過(guò)程中根據(jù)馬鈴薯生長(zhǎng)所需養(yǎng)分量，對(duì)應(yīng)馬鈴薯不同階段進(jìn)行配方施肥。

3 小結(jié)與展望

國(guó)內(nèi)就馬鈴薯節(jié)水灌溉技術(shù)、種植技術(shù)和施肥技術(shù)已經(jīng)開(kāi)展了大量研究，并取得一些進(jìn)展。針對(duì)寧夏中部地區(qū)馬鈴薯種植現(xiàn)狀，中部山區(qū)大部分地區(qū)滴灌灌溉方式以及配套的種植技術(shù)和施肥技術(shù)還未得到有效推廣，目前部分地區(qū)馬鈴薯種植技術(shù)依舊采用傳統(tǒng)的種植方式起壟覆膜種植，靠自然降雨、施用農(nóng)家肥或者經(jīng)驗(yàn)性施用化肥滿足馬鈴薯生長(zhǎng)所需的水分和養(yǎng)分，導(dǎo)致馬鈴薯產(chǎn)量受自然條件影響較大，馬鈴薯的生長(zhǎng)抵抗自然災(zāi)害能力差，難以保證馬鈴薯穩(wěn)產(chǎn)穩(wěn)收。近幾年，以寧夏同心縣小部分地區(qū)為代表開(kāi)展了馬鈴薯膜下滴灌的節(jié)水、種植和施肥技術(shù)研究，研究結(jié)果為馬鈴薯種植推廣提供了有力支撐，效果顯著。結(jié)合國(guó)內(nèi)其它農(nóng)作物種植區(qū)(如甘肅張掖的玉米種植，已經(jīng)成為全國(guó)最大的玉米制種基地)進(jìn)行比較，寧夏中部旱區(qū)還未形成灌溉、施肥、種植、生產(chǎn)為一體的技術(shù)指導(dǎo)。2018年開(kāi)始，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高速發(fā)展，對(duì)于馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展不僅需保證馬鈴薯的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)，還要保證馬鈴薯以及附加產(chǎn)品的銷售運(yùn)維，進(jìn)而提高當(dāng)?shù)剞r(nóng)民收入和地區(qū)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)。加強(qiáng)種植技術(shù)推廣，配合互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展進(jìn)行銷售運(yùn)維，為發(fā)展“馬鈴薯+互聯(lián)網(wǎng)”產(chǎn)業(yè)提供了有力保障。總體而言，寧夏中部干旱區(qū)對(duì)于馬鈴薯的種植還是以傳統(tǒng)的種植方式為主，針對(duì)現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)節(jié)水、節(jié)肥技術(shù)的相關(guān)研究沒(méi)有得到大力推廣，沒(méi)有形成一個(gè)系統(tǒng)的模式去指導(dǎo)馬鈴薯的種植。今后的研究和工作中，以馬鈴薯高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)為目標(biāo)，爭(zhēng)取相應(yīng)資金，建設(shè)馬鈴薯高效節(jié)水配套工程，加強(qiáng)技術(shù)推廣工作，總結(jié)出一套系統(tǒng)、全面的適合寧夏中部干旱區(qū)馬鈴薯種植的技術(shù)方案，大力發(fā)展“馬鈴薯+互聯(lián)網(wǎng)”產(chǎn)業(yè)，為適應(yīng)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和節(jié)水型社會(huì)建設(shè)提供支持。