張 樂(lè)，尹 娟,2,3，王懷博

(1.寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院，銀川 750021；2.旱區(qū)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)水資源高效利用教育部工程中心，銀川 750021；3.寧夏節(jié)水灌溉與水資源調(diào)控工程技術(shù)研究中心，銀川 750021；4.寧夏水利科學(xué)研究院，銀川 750021)

0 引 言

寧夏中部干旱地區(qū)降雨稀少，水資源匱乏[1]，水分成為制約作物生長(zhǎng)的決定性因素[2]。馬鈴薯作為世界四大糧食作物之一[3]，對(duì)水分虧缺比較敏感[4]。膜下滴灌是一種較為節(jié)水的灌水方式，將覆膜種植與滴灌技術(shù)有效集成，僅在作物根系范圍內(nèi)實(shí)施局部灌溉[5,6]。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)滴灌的研究主要集中在玉米、西瓜等作物，對(duì)馬鈴薯特別是寧夏干旱區(qū)馬鈴薯的研究較少。本文通過(guò)田間試驗(yàn)，研究不同補(bǔ)灌定額和補(bǔ)灌次數(shù)對(duì)馬鈴薯灌溉參數(shù)的影響，旨在提出旱區(qū)馬鈴薯適宜的補(bǔ)灌灌溉制度，為提高寧夏中部干旱區(qū)馬鈴薯的灌水技術(shù)提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)基地概況

試驗(yàn)點(diǎn)位于寧夏回族自治區(qū)吳忠市同心縣王團(tuán)鎮(zhèn)寧夏旱作節(jié)水高效農(nóng)業(yè)科技園，地處北緯36°58′48″，東經(jīng)105°54′24″，屬于典型的溫帶大陸性氣候，干旱少雨，日照充足，晝夜溫差大，年均降水量259 mm左右，蒸發(fā)量達(dá)2 325 mm，年內(nèi)分配不均。

試驗(yàn)區(qū)土壤類(lèi)型為黏壤土，田間土壤飽和含水率為22%(占干土重%)，土壤干容重1.46 g/cm3。有機(jī)質(zhì)12.2 g/kg，速效氮55 mg/kg，速效磷9.8 mg/kg，速效鉀111 mg/kg，全鹽量0.098 g/kg，pH值8.6。試驗(yàn)水源經(jīng)首部過(guò)濾加壓后進(jìn)入田間管網(wǎng)系統(tǒng)，經(jīng)鋪設(shè)的一次性?xún)?nèi)鑲貼片式滴灌帶對(duì)馬鈴薯進(jìn)行灌溉。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試馬鈴薯品種為冀張薯5號(hào)，栽培方式為雙壟黑膜全膜覆蓋膜下滴灌，微集雨栽培，采用隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)3次，小區(qū)面積32 m2(8 m×4 m)，區(qū)距80 cm，排距120 cm，每小區(qū)種3壟6行，行距60 cm，株距30 cm，密度55 500 株/hm2，種植4行保護(hù)區(qū)。主處理補(bǔ)灌定額設(shè)300、675、1 050 m3/hm2、對(duì)照(CK)，未灌水4個(gè)水平，副處理補(bǔ)灌次數(shù)設(shè)2次、3次和4次3個(gè)水平。根據(jù)馬鈴薯生長(zhǎng)發(fā)育需水規(guī)律，分現(xiàn)蕾期(6月中旬)、塊莖形成期(7月下旬)、塊莖緩慢增長(zhǎng)期(8月上旬)和快速膨大期(8月中旬)4個(gè)生育階段進(jìn)行補(bǔ)灌。具體試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案見(jiàn)表1。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

(1)土壤含水量測(cè)定。選擇PR2/6測(cè)量10、20、30、40、60和100 cm 6個(gè)層面土壤含水量，播前測(cè)定土壤基礎(chǔ)含水量，生育期一般每隔10 d測(cè)一次，降雨階段前后、滴灌前后加測(cè)一次。

(2)光合指標(biāo)測(cè)定。在馬鈴薯塊莖膨大期選擇晴天，選擇該小區(qū)具有代表性的植株于上午8∶00至下午18∶00每隔2 h對(duì)凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)進(jìn)行測(cè)定。

(3)取樣測(cè)產(chǎn)。試驗(yàn)采用單株平均法測(cè)產(chǎn)，即每個(gè)處理的每個(gè)重復(fù)取10株，對(duì)其單株薯重進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 不同補(bǔ)灌處理對(duì)馬鈴薯耗水量的影響

試驗(yàn)在監(jiān)測(cè)了田間土壤含水率、降雨量的基礎(chǔ)上，把馬鈴薯生育期歸為芽條生長(zhǎng)期、幼苗期～塊莖形成期、塊莖膨大期、淀粉積累期四個(gè)階段，測(cè)得降雨量分別為80.7、80.25、278.4、372.15 m3/hm2，根據(jù)水量平衡法計(jì)算耗水量。從表2可以看出，淀粉積累期耗水量較大的是處理F1、F2、F3、F7、F8，塊莖膨大期耗水量較大的處理是F8、F9，幼苗期～塊莖形成期耗水量較大的處理是F5、F6、F9，各處理耗水量較小的階段主要是芽條生長(zhǎng)期，其中F1、F4和F7幼苗期～塊莖形成期耗水量較小。全生育期耗水量隨補(bǔ)灌定額的增大而增大，當(dāng)補(bǔ)灌定額一定時(shí)，在塊莖膨大期實(shí)施補(bǔ)灌耗水量較大。整體表現(xiàn)為F10(CK)

表1 馬鈴薯滴灌試驗(yàn)因素水平組合設(shè)計(jì)表

表2 不同灌溉制度條件下膜下滴灌馬鈴薯耗水量 m3/hm2

2.2 不同補(bǔ)灌處理對(duì)馬鈴薯光合特性的影響

光合速率(Pn)是光合作用固定二氧化碳的速率，的光合速率日變化曲線圖，可以看出，光合速率變化曲線呈雙峰凸拋物線型。經(jīng)過(guò)夜間富集作用，早晨的胞間CO2濃度較高[7]，葉片光合速率從8：00開(kāi)始逐漸增長(zhǎng)，除處理F7、F8光合速率日變化第一個(gè)峰值出現(xiàn)在圖中的12∶00，其他處理第一個(gè)峰值均出現(xiàn)在10∶00點(diǎn)，隨后光合速率開(kāi)始逐漸減小，到14∶00點(diǎn)降低到一個(gè)極小值，出現(xiàn)“午睡”現(xiàn)象[8,9]，這是由于太陽(yáng)輻射較強(qiáng)，光合有效輻射降低和氣溫急劇升高引起氣孔關(guān)閉，隨后光合速率又逐漸升高，到16∶00，光合速率回到另一個(gè)峰值，之后開(kāi)始逐漸降低，直到18∶00，只有微弱的光合速率；處理F7、F8從早上8：00-12：00，光合速率逐漸升高，到12點(diǎn)才出現(xiàn)第一個(gè)峰值，隨后變化曲線和其他處理相同。處理F10(CK)的光合速率在一天當(dāng)中變化較為平緩，平均為2.35 μmol/(m2·s)，全天光合速率整體表現(xiàn)為F5> F6> F4> F8> F9> F7> F2> F3> F1> F10(CK)，表明在馬鈴薯塊莖膨大期適當(dāng)進(jìn)行補(bǔ)灌有利于提高馬鈴薯葉片的光合速率。圖2是不同補(bǔ)灌處理馬鈴薯蒸騰速率(Tr)日變化曲線圖，可以看到，蒸騰速率與光合速率有相似的變化規(guī)律，蒸騰速率日變化第一個(gè)峰值都出現(xiàn)在12∶00，這是因?yàn)榇藭r(shí)太陽(yáng)輻射較強(qiáng)，氣溫急劇升高，受到高溫脅迫引起氣孔導(dǎo)度增加，作物提高蒸騰速率以減少高溫傷害，隨后蒸騰速率開(kāi)始逐漸減小，到14∶00降低到一個(gè)極小值，之后蒸騰速率逐漸升高，到16∶00又回到另一個(gè)峰值，之后開(kāi)始逐漸降低。其中12∶00到14∶00蒸騰速率降幅較大，達(dá)到了31.75%～81.20%，這是氣孔突然關(guān)閉的結(jié)果。適宜的補(bǔ)灌量能提高滴灌馬鈴薯的蒸騰速率，且在馬鈴薯塊莖膨大期進(jìn)行補(bǔ)灌對(duì)蒸騰速率的影響較為明顯。全天馬鈴薯蒸騰速率整體表現(xiàn)為F5> F6> F4> F9> F7> F10(CK)>F8 > F2> F3> F1。

圖1 不同補(bǔ)灌處理馬鈴薯光合速率日變化曲線

圖2 不同補(bǔ)灌處理馬鈴薯蒸騰速率日變化曲線

2.3 不同補(bǔ)灌處理對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量及水分利用效率的影響

采用單株平均法對(duì)產(chǎn)量進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表3，可以看出，各處理馬鈴薯的產(chǎn)量最高的是處理F5，為32 790 kg/hm2，其次是F7和F4，分別為29 220和25 935 kg/hm2，產(chǎn)量最低的是處理F10(CK)，為11 205 kg /hm2，其次是F2和F1，分別為12 825和12 030 kg/hm2。補(bǔ)灌定額在一定范圍內(nèi)可以使產(chǎn)量增加，但是當(dāng)補(bǔ)灌定額超過(guò)675 m3/hm2時(shí)，產(chǎn)量與補(bǔ)灌定額不再呈正相關(guān)關(guān)系。

表3 各處理馬鈴薯產(chǎn)量及水分利用效率

灌溉水利用效率是作物產(chǎn)量與灌水量的比值。從表中可以看出，不同補(bǔ)灌處理馬鈴薯灌溉水利用效率處理F5最大，為48.58 kg/m3，處理F9最小，為18.98 kg/m3，總體表現(xiàn)為F5> F3> F6> F2> F1> F4> F7> F8> F9，處理F5灌溉水生產(chǎn)效率分別較處理F1、F2、F3、F4、F6、F7、F8、F9增加21.15%、13.64%、1.84%、26.44%、13.45%、74.56%、104.72%、155.95%。

水分生產(chǎn)效率表示作物產(chǎn)量與耗水量的比值。可以看出，不同補(bǔ)灌處理馬鈴薯水分生產(chǎn)效率隨著補(bǔ)灌定額先增加后減小，其中處理F5最大，為19.0 kg/m3，處理F9最小，為9.73 kg/m3，總體表現(xiàn)為F5>F6>F4>F7> F8>F10(CK)> F3> F2> F1> F9。

葉片水分利用效率表示葉片固定二氧化碳的能力，是光合速率與蒸騰速率的比值。從表中可以看出，處理F8日平均水分利用效率最大，為1.55 μmol/mmol，其次為處理F5，為1.25 μmol/mmol，處理F10(CK)最小，為0.77 μmol/mmol，總體表現(xiàn)為F8>W5>F7>F4>F9>F3>F2=F1>F6>F10(CK)。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文通過(guò)在田間設(shè)置不同的膜下滴灌補(bǔ)灌處理試驗(yàn)，研究不同補(bǔ)灌定額和補(bǔ)灌次數(shù)對(duì)馬鈴薯耗水量、光合指標(biāo)、產(chǎn)量及水分利用效率的影響，得出以下結(jié)論。

(1)全生育期耗水量隨補(bǔ)灌定額的增大而增大，在塊莖膨大期實(shí)施補(bǔ)灌耗水量較大；

(2)光合速率變化曲線呈雙峰凸拋物線型，在馬鈴薯塊莖膨大期適當(dāng)進(jìn)行補(bǔ)灌有利于提高馬鈴薯葉片的光合速率，全天光合速率整體表現(xiàn)為F5> F6> F4> F8> F9> F7> F2> F3> F1> F10(CK)；蒸騰速率與光合速率有相似的變化規(guī)律，在馬鈴薯塊莖膨大期進(jìn)行補(bǔ)灌對(duì)蒸騰速率的影響較為明顯，全天馬鈴薯蒸騰速率整體表現(xiàn)為F5> F6> F4> F9> F7>F10(CK)>F8 > F2> F3> F1；

(3)處理F5的產(chǎn)量最高，為32 790 kg/hm2，產(chǎn)量最低的是處理F10(CK)，一定范圍的補(bǔ)灌定額可以提高產(chǎn)量，當(dāng)補(bǔ)灌定額超過(guò)675 m3/hm2時(shí)，產(chǎn)量與補(bǔ)灌量不再呈正相關(guān)關(guān)系；

(4)處理F5的灌溉水利用效率和水分生產(chǎn)效率最大，分別為48.58和19.0 kg/m3；處理F8日平均水分利用效率最大，為1.55 μmol/mmol，其次為處理F5，為1.25 μmol/mmol，處理F10(CK)最小。

綜上可得，處理F5的產(chǎn)量最高，灌水利用效率和水分生產(chǎn)效率最大，說(shuō)明在關(guān)鍵需水期實(shí)施補(bǔ)灌，能顯著提高馬鈴薯產(chǎn)量及水分利用效率；處理F8的葉片水分利用效率最大，但灌水利用效率較低。因此，處理F5是最佳補(bǔ)灌方案。

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