張永勝，陳志丕，董海霞

(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，耕地資源充裕肥沃且富含鉀素等特有地理氣候條件和土壤環(huán)境綜合因素，定西市具有種植高淀粉型和優(yōu)質(zhì)商品型、脫毒種薯等不同類型馬鈴薯的天然條件[1- 2]。近年來，隨著農(nóng)業(yè)節(jié)水型社會的建設(shè)和發(fā)展，膜下滴管、溝灌等節(jié)水灌溉技術(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，造成了田間水利用率、水分利用效率低等問題[3- 5]。本研究針對以上問題，重點(diǎn)探討膜下滴管、溝灌、畦灌等不同灌溉方式對農(nóng)田耗水特征的影響，探討不同灌溉方式對棵間蒸發(fā)和作物蒸騰的影響，旨在為定西市有限灌溉水資源高效利用和促進(jìn)馬鈴薯產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)狀況

試驗(yàn)安排在定西市灌溉試驗(yàn)站西川試驗(yàn)基地，距定西市區(qū)2km，海拔1958m，屬中溫帶干旱、半干旱區(qū)。年平均日照2500h，年均氣溫6.3℃，極端最高溫34.3℃，極端最低氣溫零下27.1℃，無霜期141d，正常年降水量400mm左右，多集中在秋季，蒸發(fā)量高達(dá)1500mm。土壤以黃棉土為主，有機(jī)質(zhì)含量在1%～1.5%。

1.2 灌水設(shè)施田間布置

試驗(yàn)設(shè)膜下滴灌、畦灌、壟作溝灌3個灌溉處理。畦灌采用小畦灌溉方式，畦塊長10m，寬4m，行距0.4m×0.6m，株距0.3m；溝灌采用人工起壟，溝斷面為三角形，上口寬0.4m，溝深0.2m，灌水溝長10m，壟寬0.6m，壟上種植2行馬鈴薯，行距0.4m×0.6m，株距0.3m；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，行距為0.4m×0.6m，株距0.3m。所有灌溉處理馬鈴薯種植密度為4500株/畝左右。

1.3 馬鈴薯生育期劃分

試驗(yàn)用馬鈴薯材料為大西洋脫毒原種，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》[6]，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(19d)，6月23日進(jìn)入塊莖形成期(19d)，7月12日進(jìn)入塊莖膨大期(30d)，8月12日進(jìn)入淀粉積累期(49d)，9月28日采收，整個生育期117d。

1.4 主要測試項(xiàng)目及方法

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[5]。該試驗(yàn)基地地處干旱的西北黃土高原區(qū)，田間持水率0.24%。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種灌溉方式控制生育期內(nèi)土壤含水量的下限水平，具體辦法是每隔5d用土鉆取樣烘干法測定土壤水分，當(dāng)土壤水分含量下降到控制下限時灌水。該試驗(yàn)基地土壤容重平均值1.5g/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，計劃濕潤層深度：畦灌為1m、溝灌為1m、滴灌為0.6m，凈灌水定額：畦灌為54mm、溝灌為37.5mm、滴灌19.5mm，見表1。

表1 土壤水分控制方案

2 結(jié)果與分析

2.1 不同灌溉方式對農(nóng)田蒸散特征的影響

馬鈴薯農(nóng)田蒸散在全生育期的變化，可通過日均耗水量在全生育期的變化來分析[7]。除畦灌在塊莖形成期外，其他處理在整個生育期日耗水強(qiáng)度有相同的變化趨勢，在苗期時最低，苗期到塊莖膨大期時變大，淀粉積累期時又減小，這與馬鈴薯生長發(fā)育對水分的需求規(guī)律相吻合。畦灌在塊莖形成期隨著葉面積指數(shù)增大棵間蒸發(fā)量減小，并導(dǎo)致日耗水強(qiáng)度明顯降低。2018年馬鈴薯生育期內(nèi)農(nóng)田蒸散畦灌最高，達(dá)283.71mm，較溝灌257.68mm高26.03mm，較滴灌122.38mm高161.33mm。在不同的生育期，滴灌處理日耗水強(qiáng)度為溝灌的1/2，為畦灌的1/3以下，具有顯著的節(jié)水性，見表2、如圖1所示。

表2 不同灌溉方式馬鈴薯各生育階段農(nóng)田蒸散特征

圖1 不同灌溉方式馬鈴薯各生育階段日耗水強(qiáng)度變化

2.2 不同灌溉方式對農(nóng)田棵間蒸發(fā)的影響

Micro-lysimeter是測定土壤蒸發(fā)的一種有效方法[7- 9]。本試驗(yàn)棵間蒸發(fā)量用埋設(shè)在作物行間的小型蒸發(fā)器(Micro-lysimeter)采用換土稱重法測定。灌水日當(dāng)天的棵間蒸發(fā)量參照灌后第2天棵間蒸發(fā)量與參考作物需水量的比值補(bǔ)齊[10]，如圖2所示。

圖2 不同灌溉方式馬鈴薯各生育階段棵間蒸發(fā)變化

三種灌溉方式農(nóng)田棵間蒸發(fā)量在整個生育期內(nèi)的變化曲線均成脈沖狀，其變化趨勢是一致的。每次灌水后，棵間蒸發(fā)達(dá)到峰值，隨著灌溉后天數(shù)的增加，棵間蒸發(fā)量逐漸降低，直到下一次灌水之后，棵間蒸發(fā)再次達(dá)到峰值。三種灌溉方式馬鈴薯棵間蒸發(fā)總體變化的趨勢是前期大于后期，主要是由于前期馬鈴薯葉面積比較小，田間耗水以棵間蒸發(fā)主為，隨著植株的不斷生長，葉面積逐漸增大，這時田間的耗水主要以植株的蒸騰耗水為主。與灌溉不同的是，滴灌處理在降雨后棵間蒸發(fā)只有輕微變化，而溝灌和畦灌在降雨后同灌溉一樣，棵間蒸發(fā)量有脈沖峰值出現(xiàn)，且畦灌處理峰值高于溝灌，見表3。

表3 不同灌溉方式馬鈴薯各生育階段棵間蒸發(fā)特征

圖3 不同灌溉方式馬鈴薯各生育階段棵間日蒸發(fā)強(qiáng)度變化特征

在生育期內(nèi)不同灌溉方式日蒸發(fā)強(qiáng)度均表現(xiàn)為苗期>塊莖膨大期>塊莖形成期>淀粉積累期。這是因?yàn)槊缙谥仓陚€體矮小，葉片數(shù)較少，地面覆蓋度小，土壤耗水以棵間蒸發(fā)為主，棵間蒸發(fā)占蒸散量比例都比較大。塊莖形成期以后，植株生長迅速，葉面積增大，土壤耗水轉(zhuǎn)向以葉面蒸騰為主，棵間蒸發(fā)占階段蒸散量比值下降。淀粉積累期階段，由于植株葉片逐漸變黃，葉面積系數(shù)減少，加之氣溫降低，葉面蒸騰降低，棵間蒸發(fā)占階段蒸散量比例又有所回升。在不同生育階段，滴灌、溝灌、畦灌棵間蒸發(fā)量占農(nóng)田蒸散的比例分別為：苗期48.77%、66.66%、77.48%，塊莖形成期15.2%、52.98%、70.58%，塊莖膨大期14.59%、35.64%、50.16%，淀粉積累期24.85%、44.54%、53.48%。棵間日蒸發(fā)強(qiáng)度畦灌最高，為1.44mm/d，較溝灌1.01mm/d高0.43mm/d，較滴灌0.23mm/d高1.21mm/d。從整個生育期來看，滴灌處理棵間蒸發(fā)占農(nóng)田蒸散的21.66%，溝灌占45.72%，畦灌占59.49%。因此，滴灌處理具有顯著限制農(nóng)田棵間蒸發(fā)的作用。

2.3 不同灌溉方式對馬鈴薯蒸騰水量的影響

不同灌溉方式對馬鈴薯蒸騰水量的影響見表4。

表4 不同灌溉方式馬鈴薯各生育階段作物蒸騰特征

生育期內(nèi)三種灌溉方式作物蒸騰占農(nóng)田蒸散比例具有相同的變化趨勢，苗期由于植株個體矮小，葉片數(shù)較少，地面覆蓋度小，土壤耗水以棵間蒸發(fā)為主，作物蒸騰水量只占農(nóng)田蒸散的少部分，其中滴灌為0.51%、溝灌、畦灌分別為33、23%。塊莖形成期以后，植株生長迅速，葉面積增大，此時作物的生理生化作用變強(qiáng)，土壤耗水轉(zhuǎn)向以葉面蒸騰為主，作物蒸騰占階段蒸散量比值分別上升到滴灌85%、溝灌47%、29%。在塊莖膨大期馬鈴薯葉面積達(dá)到最大，且轉(zhuǎn)入產(chǎn)量形成階段，需水強(qiáng)度大，葉面蒸騰在階段耗水中占據(jù)重要地位，蒸騰量占蒸散量比例也相對較高，分別為滴灌85%、溝灌64%、畦灌50%。成熟階段，由于植株葉片逐漸變黃，葉面積系數(shù)減少，加之氣溫降低，葉面蒸騰降低，蒸騰占階段蒸散量比例又有所下降，分別為滴灌75%、溝灌55%、畦灌47%。在馬鈴薯全生育期內(nèi)，三種灌溉方式蒸騰總量占總蒸散量的比例分別為滴灌78%、溝灌54%、畦灌41%。由上面的數(shù)據(jù)分析可以看出不管在哪個時期，滴灌相對于溝灌和畦灌，蒸騰量占蒸散量的比例都較高。從日均作物蒸騰量來看，不管在哪個生育期，溝灌的日均作物蒸騰量均高于畦灌、滴灌，這對后期作物產(chǎn)量形成極為有益，但也造成農(nóng)田蒸散水量增加。滴灌方式下，雖然葉面積指數(shù)較大，但降低了作物奢侈的蒸騰耗水，可節(jié)約大量水資源。

2.4 不同灌溉方式對馬鈴薯水分利用效率的影響

不同灌溉方式對馬鈴薯水分利用效率的影響見表5。

表5 不同灌溉方式的水分利用效率

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。

3 結(jié)論與討論

(1)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。從水分利用效率來看，滴灌比溝灌的水分利用效率高出87.69%。畦灌由于棵間蒸發(fā)量大，其灌溉方式使土壤板結(jié)、通氣性差，影響產(chǎn)量形成，是不可取的灌溉方式，在水資源緊缺的區(qū)域，要避免馬鈴薯大田漫灌的灌溉方式。

(2)從整個生育期來看，滴灌條件下日耗水強(qiáng)度為溝灌的1/2，為畦灌的1/3以下，滴灌處理棵間蒸發(fā)占農(nóng)田蒸散的21.66%，溝灌占45.72%，畦灌占59.49%，滴灌方式具有顯著限制農(nóng)田棵間蒸發(fā)的作用，可降低農(nóng)田局部區(qū)域的空氣濕度，可節(jié)約大量水資源，在馬鈴薯育種設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展種具有重要的推廣應(yīng)用價值。

(3)從日均作物蒸騰量來看，不管在哪個生育期，溝灌的日均作物蒸騰量均高于畦灌、滴灌，這對后期作物產(chǎn)量形成極為有益。在水資源相對充足的區(qū)域，采用溝灌補(bǔ)灌方式，可提高馬鈴薯產(chǎn)量。