李福強(qiáng)，張恒嘉，鄧浩亮，巴玉春

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)水利水電工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；2.民樂縣洪水河管理處，甘肅 民樂 734500)

馬鈴薯(Solanum tuberosum)屬茄科茄屬，為一年生草本類植物，其別名有洋芋、土豆、地蛋等，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高、適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)、產(chǎn)量高。目前馬鈴薯在世界范圍內(nèi)種植廣泛，預(yù)計(jì)到2020年馬鈴薯在全球范圍內(nèi)的需求量可能會(huì)超過小麥、玉米、水稻而躍居首位。中國(guó)是最大的馬鈴薯生產(chǎn)國(guó)，隨著馬鈴薯加工工藝的快速發(fā)展和農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)的不斷優(yōu)化，西北地區(qū)馬鈴薯已從主要糧食作物轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂懈呤找娴慕?jīng)濟(jì)作物[1]。相關(guān)研究表明，地膜覆蓋可以起到保溫、保墑的作用，滴灌技術(shù)可以顯著提高灌溉水的利用效率，因此膜下滴灌可以大幅度提升馬鈴薯的產(chǎn)量及其水分利用率[2]。目前膜下滴灌技術(shù)主要用在葡萄、菘藍(lán)、棉花和果樹等方面，而在馬鈴薯種植方面的應(yīng)用較少[3- 5]，不同生育期不同梯度下調(diào)虧灌溉馬鈴薯研究更是少見。膜下滴灌調(diào)虧技術(shù)打破了馬鈴薯常規(guī)種植模式，能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)水、高產(chǎn)及高品。目前，在馬鈴薯膜下滴灌調(diào)虧技術(shù)方面的研究較少，其相關(guān)理論體系也不夠完善[6]。

民樂縣灌溉種植馬鈴薯主要依靠當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行灌水，水資源浪費(fèi)嚴(yán)重。本試驗(yàn)以當(dāng)?shù)亍扒嗍?68”品種為研究對(duì)象，在其苗期、塊莖形成期、塊莖膨大期、淀粉積累期分別進(jìn)行膜下滴灌調(diào)虧灌溉，并對(duì)其不同生育期土壤含水量、耗水強(qiáng)度、產(chǎn)量、水分利用效率、灌水利用效率和品質(zhì)等指標(biāo)進(jìn)行綜合分析，尋找當(dāng)?shù)刈顑?yōu)調(diào)控措施，從而為當(dāng)?shù)匕l(fā)展高效節(jié)水農(nóng)業(yè)提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)基本情況

試驗(yàn)于2017年4—9月在甘肅省民樂縣洪水河管理處益民灌溉試驗(yàn)站進(jìn)行。試驗(yàn)站位于民樂縣三堡鎮(zhèn)張連莊村，洪水河灌區(qū)中游。當(dāng)?shù)貙俚湫桶敫珊禋夂騾^(qū)，具有豐富的光熱資源和晝夜溫差大等特點(diǎn)，為各類農(nóng)作物進(jìn)行有效光合作用、養(yǎng)分積累和產(chǎn)量形成等創(chuàng)造了適宜的外界環(huán)境條件。試驗(yàn)區(qū)平均海拔1970m，年平均氣溫6.0℃，≥0℃積溫3500℃，≥10℃有效積溫2985℃，極端最高溫37.8℃，極端最低溫-33.3℃。年總降雨量為183～285mm，降雨稀少且分布極不均勻，蒸發(fā)強(qiáng)度大、河源來水不足等特點(diǎn)。無霜期109～174d，年日照時(shí)數(shù)3000h左右。試驗(yàn)地地面平整，pH值7.22，耕層的田間最大持水量(Field Capacity，簡(jiǎn)稱FC)24%，土壤剖面平均容重1.48t/m3，試驗(yàn)地土壤為輕壤土，pH值7.22，耕層土壤田間最大持水量24%，土壤容重1.4g·cm-3。試驗(yàn)區(qū)地下水位埋深較深，鹽堿化影響較小。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及方法

試驗(yàn)所用材料為青海省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所選育的“青薯168”，屬晚熟菜用型和淀粉加工兼用型品種。該試驗(yàn)根據(jù)作物的生育階段共設(shè)了4個(gè)水分調(diào)虧水平共8個(gè)調(diào)虧處理(WD1～WD8)和1組對(duì)照(CK)，分別在馬鈴薯苗期(從播種至現(xiàn)蕾為標(biāo)志)、塊莖形成期(從現(xiàn)蕾到初花為標(biāo)志)、塊莖膨大期(從始花到終花為標(biāo)志)和淀粉積累期(從終花到枯萎為標(biāo)志)4個(gè)生育階段進(jìn)行水分調(diào)虧處理，試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案見表1。本試驗(yàn)材料于2017年4月17日播種，9月27日收獲，整個(gè)生育期歷時(shí)162d。在試驗(yàn)栽培方面采用了起壟覆膜與膜下滴灌相結(jié)合的單壟雙行栽培模式。壟寬80cm，壟高20cm，溝寬40cm，行距40cm，株距20cm。且在每條壟中間鋪設(shè)一條滴頭間距為20cm的滴灌帶，并在每個(gè)處理區(qū)的支管上安有閘閥和水表，最后在每條土壟上覆一層寬為120cm的薄膜。每個(gè)處理及對(duì)照均3次重復(fù)，試驗(yàn)小區(qū)面積33.6m2(7m×4.8m)。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案 單位：%

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.3.1土壤含水量

試驗(yàn)主要沿用傳統(tǒng)的土鉆取土烘干稱重法來測(cè)定每個(gè)處理小區(qū)的土壤水分。依據(jù)前人的研究結(jié)果表明，馬鈴薯的根系活動(dòng)范圍主要集中在土層的0～40cm之間，因此在馬鈴薯整個(gè)生育期內(nèi)每隔10d取土一次，取土深度為80cm，共分為5個(gè)梯度，依次為：0～10cm，10～20cm，20～40cm，40～60cm，60～80cm。并在試驗(yàn)開始前和結(jié)束時(shí)分別加測(cè)到100cm土深。在灌水前后及其降雨后需要加測(cè)一次。

1.3.2耗水量

采用水量平衡法計(jì)算，計(jì)算公式為：

式中，ETⅠ-Ⅱ—馬鈴薯階段耗水量，mm；i—土層序號(hào)；n—土層總數(shù)；rⅰ—第i層土壤干容重，g·cm-3；Hi—第i層土壤厚度，cm；WiⅠ、WiⅡ—第i層土壤在該生育期階段始末的質(zhì)量含水量，%；M、P—該生育期階段內(nèi)灌水量和降雨量，mm；K—該生育期階段內(nèi)地下水補(bǔ)給量，mm；試驗(yàn)區(qū)地下水埋深大于10m，故K=0；D—階段內(nèi)排水量，mm，試驗(yàn)區(qū)為干旱區(qū)，故D=0。

1.3.3干物質(zhì)

馬鈴薯每個(gè)生育期，將每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)隨機(jī)挑選3株作物取樣帶回室內(nèi)沖洗、晾干。將各個(gè)器官從植株上剪下，用紙袋標(biāo)記分裝，105℃恒溫烘箱殺青20min，然后將溫度調(diào)至80℃，烘干至恒重，采用精度為0.001g電子稱稱重，分別測(cè)定地上干物質(zhì)和地下干物質(zhì)，結(jié)果取各處理均值。

1.3.4產(chǎn)量

在馬鈴薯收獲期按試驗(yàn)小區(qū)進(jìn)行單獨(dú)的記錄產(chǎn)量，并將收獲的馬鈴薯薯塊按大、中、小分成3個(gè)等級(jí)，重量大于200g的為大薯，100～200g之間為中薯，重量小于100g的為小薯。

1.3.5品質(zhì)

馬鈴薯蛋白質(zhì)采用考馬斯亮藍(lán)G- 250法來測(cè)定，還原糖含量利用采用3，5-二硝基水揚(yáng)酸比色法(%)來測(cè)定，淀粉利用碘比色法(%)來測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理及分析

利用Microsoft Office Excel 2007軟件平臺(tái)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理及其制表、繪圖等，并利用SPSS19.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行方差分析，采用Duncan和LSD法進(jìn)行顯著性分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同生育期膜下滴灌調(diào)虧對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量及其構(gòu)成要素的影響

不同處理馬鈴薯產(chǎn)量及其構(gòu)成要素見表2。

2.1.1單株結(jié)薯數(shù)

調(diào)虧處理WD1、WD3、WD4、WD5、WD6、WD7單株結(jié)薯數(shù)較對(duì)照CK分別降低11.34%、12.89%、4.64%、17.18%、6.19%、17.87%，差異顯著(P<0.05)。而調(diào)虧處理WD2、WD8單株結(jié)薯數(shù)較對(duì)照CK分別增加8.76%、0.17%，無顯著差異(P>0.05)。說明在苗期、塊莖膨大期和淀粉積累期虧水對(duì)馬鈴薯單株結(jié)薯數(shù)影響顯著，而在塊莖形成期虧水對(duì)馬鈴薯單株結(jié)薯數(shù)影響不顯著。

表2 不同處理馬鈴薯產(chǎn)量及其構(gòu)成要素

注：表2中數(shù)值為每個(gè)處理3次重復(fù)的平均值。

2.1.2單株薯重量

調(diào)虧處理WD2～WD8單株薯重量較對(duì)照CK分別降低9.77%、13.49%、15.99%、8.38%、21.37%、35.55%、19.96%，差異顯著，而調(diào)虧處理WD1單株薯重量較對(duì)照CK降低3.39%，無顯著差異。說明在苗期進(jìn)行輕度調(diào)虧灌溉對(duì)馬鈴薯單株薯重量影響不顯著，而在苗期進(jìn)行中度調(diào)虧灌溉、塊莖膨大期和淀粉積累期虧水對(duì)馬鈴薯單株薯重量影響顯著。

2.1.3單個(gè)薯重量

調(diào)虧處理WD2～WD7、WD8單薯重量較對(duì)照CK分別降低17.12%、25.80%、19.56%、12.20%、19.51%、31.31%、25.61%，差異顯著，而調(diào)虧處理WD1單個(gè)薯重量較對(duì)照CK降低10.19%，無顯著差異。說明在苗期進(jìn)行輕度調(diào)虧灌溉對(duì)馬鈴薯單個(gè)薯重量影響不顯著，而在苗期進(jìn)行中度調(diào)虧灌溉、塊莖膨大期和淀粉積累期虧水對(duì)馬鈴薯單株薯重量影響顯著。

2.1.4馬鈴薯縱徑

調(diào)虧處理WD1～WD8馬鈴薯縱徑較對(duì)照CK分別降低2.49%、4.39%、0.99%、1.25%、3.48%、3.53%、3.02%，無顯著差異。而調(diào)虧處理WD6馬鈴薯縱徑較對(duì)照CK降低5.62%，差異顯著。說明在苗期、塊莖形成期、塊莖膨大期輕度調(diào)虧灌溉、淀粉積累期對(duì)馬鈴薯縱徑影響不顯著，而在塊莖膨大期進(jìn)行中度調(diào)虧灌溉對(duì)馬鈴薯縱徑影響顯著。

2.1.5馬鈴薯橫徑

調(diào)虧處理WD2～WD8薯塊產(chǎn)量較對(duì)照CK分別降低14.27%～39.26%，差異顯著，而調(diào)虧處理WD1薯塊產(chǎn)量較對(duì)照CK降低13.34%，無顯著差異。說明在苗期進(jìn)行輕度調(diào)虧灌溉對(duì)馬鈴薯薯塊產(chǎn)量影響不顯著，而在苗期進(jìn)行中度調(diào)虧灌溉、塊莖膨大期和淀粉積累期虧水對(duì)馬鈴薯薯塊產(chǎn)量影響顯著；調(diào)虧處理WD1～WD8商品薯產(chǎn)量較對(duì)照CK分別降低12.83%、22.11%、28.06%、9.92%、12.04%、23.99%、39.25%、33.91%，差異顯著，說明在苗期、塊莖形成期、塊莖膨大期和淀粉積累期虧水對(duì)馬鈴薯商品薯產(chǎn)量影響顯著。

2.2 膜下滴灌調(diào)虧對(duì)馬鈴薯水分利用的影響

馬鈴薯全生育期水分利用狀況見表3，由表3可知，處理WD1、WD4、WD5和WD8水分利用效率分別高達(dá)10.32、10.15、10.80、10.48kg·m-3，分別較對(duì)照處理CK增加14.67%、12.78%、20.00%和16.44%，說明在苗期和淀粉積累期進(jìn)行適度虧水可以提高馬鈴薯水分利用效率，且苗期適度虧水提高幅度更顯著。而處理WD3、WD6和WD7水分利用效率分別為8.45、8.61、6.42kg·m-3，分別較對(duì)照處理CK降低6.11%、4.33%和28.67%，說明在塊莖形成期和塊莖膨大期進(jìn)行虧水不利于馬鈴薯水分利用效率的提高，中度虧水降低幅度顯著。

處理WD1、WD4、WD5和WD8灌溉水利用效率分別高達(dá)27.55、26.30、32.81、28.14kg·m-3，分別較對(duì)照處理CK增加21.96%、16.42%、45.24%和24.57%，差異顯著(P<0.05)，說明在苗期和淀粉積累期進(jìn)行適度虧水可以提高馬鈴薯灌溉水利用效率，且苗期適度虧水提高幅度更顯著。處理WD6灌溉水利用效率為22.40kg·m-3，較對(duì)照處理CK降低0.84%，無顯著差異(P>0.05)，而處理WD7灌溉水利用效率為14.22kg·m-3，較對(duì)照處理CK降低37.05%，差異顯著。說明在塊莖形成期和塊莖膨大期進(jìn)行中度虧水不利于馬鈴薯灌溉水利用效率的提高，中度虧水降低幅度顯著。

表3 馬鈴薯全生育期水分利用狀況

注：表3中數(shù)值為每個(gè)處理3次重復(fù)的平均值。

2.3 膜下滴灌調(diào)虧對(duì)馬鈴薯品質(zhì)的影響

不同生育期調(diào)虧灌溉處理對(duì)馬鈴薯品質(zhì)的影響見表4，由表4可知，各調(diào)虧灌溉處理中苗期調(diào)虧灌溉處理WD1和WD5總糖含量較對(duì)照處理CK顯著(P<0.05)增加14.77%和10.23%，塊莖形成期中度調(diào)虧灌溉處理WD6總糖含量較對(duì)照處理CK增加3.41%，無顯著差異(P>0.05)。塊莖膨大期中度調(diào)虧處理WD7和淀粉積累期中度調(diào)虧處理WD8總糖含量較對(duì)照處理CK降低17.05%和11.36%，差異顯著，而其他生育期調(diào)虧灌溉處理WD2、WD3、WD4總糖含量分別較對(duì)照處理CK降低4.55%、3.41%和7.95%，無顯著差異；調(diào)虧灌溉處理中，苗期調(diào)虧灌溉處理WD1和WD5蛋白質(zhì)含量較對(duì)照處理CK增加18.95%和7.26%，差異顯著，而塊莖膨大期調(diào)虧處理WD3、WD7和淀粉積累期調(diào)虧處理WD4、WD8蛋白質(zhì)含量較對(duì)照處理CK分別降低12.10%、20.56%和10.08%、17.34%，差異顯著。塊莖形成期調(diào)虧處理WD2、WD5蛋白質(zhì)含量較對(duì)照處理CK分別降低5.65%和2.82%，無顯著差異；苗期調(diào)虧灌溉處理WD1和WD5淀粉含量較對(duì)照處理CK增加14.77%和7.12%，差異顯著。塊莖形成期輕度調(diào)虧灌溉處理WD2和淀粉積累期中度調(diào)虧灌溉處理WD8淀粉含量較對(duì)照處理CK增加0.42%和2.43%，無顯著差異。而塊莖膨大期輕度調(diào)虧處理WD7淀粉含量較對(duì)照處理CK減少4.89%，無顯著差異，而塊莖膨大期中度調(diào)虧處理WD7和淀粉積累期輕度調(diào)虧處理WD4、塊莖形成期中度調(diào)虧處理WD6淀粉含量較對(duì)照處理CK分別減少16.23%、13.19%和11.18%，差異顯著?？梢钥闯觯诿缙谶M(jìn)行適度的調(diào)虧灌溉可以顯著增加馬鈴薯總糖、蛋白質(zhì)和淀粉含量，而在淀粉積累期進(jìn)行調(diào)虧灌溉顯著降低馬鈴薯品質(zhì)，不利于總糖、蛋白質(zhì)和淀粉的積累。

表4 不同生育期調(diào)虧灌溉處理對(duì)馬鈴薯品質(zhì)的影響

注：表4中數(shù)值為每個(gè)處理3次重復(fù)的平均值。

3 結(jié)論

綜合考慮馬鈴薯產(chǎn)量、水分利用效率和品質(zhì)等指標(biāo)，最佳馬鈴薯灌溉策略為苗期進(jìn)行輕度調(diào)虧灌溉，即該時(shí)期土壤相對(duì)含水率為55%～65%，其余生育期土壤相對(duì)含水率為65%～75%。由此可見，在適時(shí)、適度的調(diào)虧灌溉既能顯著提高馬鈴薯水分生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)水、高效用水的目的，又能提馬鈴薯品質(zhì)，對(duì)河西灌區(qū)馬鈴薯種植具有重要的意義。本試驗(yàn)只對(duì)馬鈴薯單個(gè)生育期進(jìn)行了調(diào)虧灌溉分析研究，而連續(xù)或交替調(diào)虧對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量、水分利用效率和品質(zhì)的影響是否更具有優(yōu)勢(shì)還有待進(jìn)一步研究。