高蘭蘭，李 靖，黃海燕，相 彪，李淑芳,李 爽

(1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)水利學(xué)院，云南 昆明 650051；2.云南水利水電職業(yè)學(xué)院，云南 昆明 650051；3.中國(guó)電建集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，云南 昆明 650051；4.云南省智慧農(nóng)業(yè)與水安全國(guó)際聯(lián)合研發(fā)中心，云南 昆明 650201)

馬鈴薯是云南省繼水稻、玉米之后的第三大糧食作物，云南獨(dú)特的地形和氣候條件實(shí)現(xiàn)了馬鈴薯的四季生產(chǎn)，在全國(guó)范圍內(nèi)具有周年生產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)[1]。云南冬馬鈴薯的生產(chǎn)區(qū)域?yàn)闊釒螀^(qū)、高山山區(qū)和低海拔干熱河谷區(qū)[2]，該區(qū)域土壤多為壤土或砂壤土，較為黏重，緊實(shí)易板結(jié)，土壤通氣性和透水性均較差[3]。在壤土上進(jìn)行滴灌作業(yè)時(shí)，容易導(dǎo)致水分在作物根區(qū)分布不均、根部吸水不平衡，進(jìn)而影響作物生長(zhǎng)。同時(shí)，滴灌作業(yè)后土壤板結(jié)致使土壤緊實(shí)度增加，土壤容重增加、孔隙度減小，在一定程度上阻礙了O2、CO2在土壤與大氣間的交換，易對(duì)植株根系造成低氧脅迫[4]。因此，改善冬馬鈴薯根區(qū)土壤通氣狀況，對(duì)于提高冬馬鈴薯的產(chǎn)量和品質(zhì)具有重要意義。

加氣灌溉是在地下滴灌基礎(chǔ)上，以水為載體、通過(guò)加氣設(shè)備向作物根區(qū)通氣，從而解決根區(qū)微環(huán)境的缺氧問(wèn)題、滿(mǎn)足根系有氧呼吸以及土壤中微生物對(duì)氧氣的共同需求的一種節(jié)水增產(chǎn)灌溉技術(shù)[5]。已有研究表明,加氣灌溉能提高土壤導(dǎo)氣率，改善土壤氧環(huán)境，使根系有氧呼吸順利進(jìn)行，促進(jìn)作物生長(zhǎng)[6-9],但這些研究均為溫室種植條件下對(duì)果蔬類(lèi)作物進(jìn)行加氣灌溉的探究，而在大田自然條件下對(duì)糧食作物的加氣灌溉研究較少。孫周平等[10]通過(guò)研究不同通氣方式來(lái)改善馬鈴薯根際土壤的氣體環(huán)境，表明在提高馬鈴薯根際通氣狀況、降低根區(qū)CO2濃度條件下，馬鈴薯生長(zhǎng)得到明顯促進(jìn)且產(chǎn)量得以提高。陳濤等[11]采用盆栽試驗(yàn)，研究3 d·次-1和2 d·次-1的增氧灌溉對(duì)馬鈴薯水分利用效率的影響，與不加氣處理相比，2個(gè)水平增氧灌溉使馬鈴薯水分利用效率分別提高了16.7%和1.22%。以上研究都著眼于在溫室或者盆栽試驗(yàn)條件，本文擬在大田自然種植條件下，研究加氣灌溉對(duì)云南冬馬鈴薯根區(qū)生境因子(土壤呼吸、土壤水分、土壤溫度、土壤氧氣摩爾分?jǐn)?shù))和產(chǎn)量的影響，以期為加氣灌溉在大田種植方面的推廣應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1.材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2020年11月6日―2021年4月16日在云南省水利水電科學(xué)研究院灌溉試驗(yàn)中心站(102°47′E，24°53′N(xiāo))進(jìn)行。試驗(yàn)區(qū)海拔1 931.9 m，年均氣溫16℃，年均日照時(shí)數(shù)2 200 h，無(wú)霜期331～365 d，屬亞熱帶高原季風(fēng)氣候。多年平均降水量859.7 mm，其中5―10月降水占全年降水量的85%，年均蒸發(fā)量2 204.4 mm。試驗(yàn)區(qū)土壤類(lèi)型為紅壤，質(zhì)地為壤土，pH值7.35，飽和含水量42.62%(體積含水率)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)計(jì)分2個(gè)因素，分別為加氣2個(gè)水平：Y(加氣)、N(不加氣)；灌水量2個(gè)水平：W1(100%ETc)、W2(60%ETc)，共4個(gè)處理，即W1Y(加氣高水灌溉)、W1N(不加氣高水灌溉)、W2Y(加氣低水灌溉)、W2N(不加氣低水灌溉)，每個(gè)處理3次重復(fù)，共12個(gè)小區(qū)。

供試馬鈴薯品種為‘青薯9號(hào)’，大田種植。采用機(jī)械起壟，壟長(zhǎng)4 m、寬0.8 m。壟間距60 cm，株距為40 cm，單行栽培，每壟9株[12]。壟上覆膜寬度80 cm，厚0.008 mm。壟之間用塑料膜隔開(kāi)，防止側(cè)滲。采用壟上滴灌方式進(jìn)行灌水，滴頭埋深20 cm，滴頭間距40 cm，每個(gè)滴頭控制的小區(qū)面積為0.4 m×0.4 m=0.16 m2。

本試驗(yàn)加氣方式為水氣分離法，即利用空氣壓縮機(jī)(額定壓力為0.78 MPa，容積流量為0.11 m3·min-1)向進(jìn)氣管加氣，所加氣體為空氣(N2和O2體積分?jǐn)?shù)分別為78%和21%，其他氣體體積分?jǐn)?shù)為1%)，進(jìn)氣管用直徑為8 mm的PE管，每個(gè)加氣點(diǎn)打5個(gè)孔，用無(wú)紡布包扎以防止堵塞。加氣管一頭封堵埋于地表下20 cm處，距離定植點(diǎn)5 cm處。

ETc為馬鈴薯蒸發(fā)蒸騰量,基于試驗(yàn)地氣象資料，并通過(guò)彭曼修正公式計(jì)算獲得ET0，再根據(jù)馬鈴薯的作物系數(shù)Kc計(jì)算得到馬鈴薯的蒸發(fā)蒸騰量ETc[13]。計(jì)算公式如下：

ETc=Kc·ET0

(1)

冬馬鈴薯具體生育期劃分見(jiàn)表1，整個(gè)生育期灌水量和降水量見(jiàn)表2。

表1 冬馬鈴薯各生育期起止時(shí)間Table 1 Starting and ending time of winter potato in different growth period

表2 冬馬鈴薯生育期灌水量和降水量Table 2 Irrigation and precipitation of winter potato in different growth period

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 土壤呼吸速率(Rs) 利用Li-6400便攜式氣體分析系統(tǒng)(Li-CorInc，NE，USA)連接Li-6400-09土壤呼吸室測(cè)定。在加氣灌溉前1 d選擇每個(gè)小區(qū)相同位置靠近中間的3株植株，在1/2株距處插入PVC環(huán)(內(nèi)徑10.2 cm，高5 cm)，插入深度2 cm。每個(gè)處理的土壤呼吸速率為3個(gè)環(huán)測(cè)得的平均值，每個(gè)環(huán)測(cè)得的土壤呼吸速率是儀器兩次循環(huán)測(cè)量的平均值。馬鈴薯整個(gè)生長(zhǎng)季內(nèi)，每20 d左右測(cè)定1次土壤呼吸，共測(cè)定10次，均在加氣灌溉后第2 d測(cè)定[14]。

1.3.2 土壤氧氣摩爾分?jǐn)?shù) 通過(guò)光纖式氧氣測(cè)量?jī)x(Fiber-Optic Oxygen Meter FireSting O2,Pyro Science公司，德國(guó))測(cè)量，每天測(cè)定時(shí)選擇相同灌水水平下加氣和不加氣灌溉處理的小區(qū)各1個(gè)，選擇2個(gè)小區(qū)相同位置的各1株植株同時(shí)插入探針[15]，探針插入深度為15 cm，距離馬鈴薯植株莖稈5 cm，測(cè)定時(shí)間為07∶00—19∶00，因探針數(shù)量有限，每個(gè)處理每次只測(cè)1個(gè)重復(fù)，每次約2 min記錄1次數(shù)據(jù)。

1.3.3 土壤溫度和含水率 通過(guò)試驗(yàn)區(qū)的綜合試驗(yàn)測(cè)坑區(qū)系統(tǒng)自動(dòng)測(cè)得，該系統(tǒng)可測(cè)得土壤剖面溫度和土壤含水率；然后通過(guò)數(shù)據(jù)采集器和采集軟件可自動(dòng)獲得開(kāi)展試驗(yàn)所需的土壤溫度。土壤溫度和土壤含水率的測(cè)定均與土壤呼吸速率同步。

1.3.4 產(chǎn)量 收獲時(shí)，每個(gè)小區(qū)內(nèi)選取馬鈴薯長(zhǎng)勢(shì)相近區(qū)域，在此區(qū)域平行挖取1 m距離的馬鈴薯，每個(gè)小區(qū)選取3個(gè)區(qū)域后測(cè)量馬鈴薯產(chǎn)量、單株薯質(zhì)量及商品薯質(zhì)量。其中，商品薯是指質(zhì)量大于75 g的馬鈴薯。

1.3.5 作物全生育期耗水量和水分利用率計(jì)算 馬鈴薯生育期蒸發(fā)蒸騰按式(2)計(jì)算：

ET=P+I+ΔS-R-D

(2)

式中，ET為作物蒸發(fā)蒸騰量即耗水量(mm)；P為降雨量(mm)；I為全生育期灌水量(mm)；ΔS為0～100 mm土層播種前后土體貯水量的變化(mm)；R為地表徑流量(mm)；D為深層滲漏量(mm)。本試驗(yàn)中，滴灌條件下不會(huì)形成地表徑流，而且灌水定額較低，不會(huì)形成深層滲漏，因此R和D忽略不計(jì)；整個(gè)生育期的降水量P見(jiàn)表2。

水分利用效率(water use efficiency，WUE)是指單位蒸騰耗水量的光合作用量或生長(zhǎng)量，WUE=作物產(chǎn)量/作物騰發(fā)量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS Statistics 23.0 統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行顯著性分析，用Microsoft Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 加氣灌溉和灌水量對(duì)土壤呼吸速率的影響

圖1為不同處理下的冬馬鈴薯的土壤呼吸速率。4種處理的土壤呼吸速率整體變化趨勢(shì)一致，與整個(gè)生育期的土壤溫度變化規(guī)律相似。同一灌溉水平下，加氣處理的土壤呼吸速率均顯著高于不加氣處理(P<0.05)；同一加氣條件下，W1(高水)灌溉的土壤呼吸速率也均高于W2(低水)灌溉，但差異不顯著。在加氣條件下，除種植后20、60、100 d外，W1Y與W2Y處理在各個(gè)生育期差異顯著(P<0.05)；在不加氣條件下，W1N與W2N處理在除塊莖形成期外的其他生育期都差異不顯著(P>0.05)；說(shuō)明在加氣條件下灌水量對(duì)土壤呼吸速率影響較大，而不加氣處理時(shí)灌水量對(duì)土壤呼吸速率影響較小。

2.2 加氣灌溉和灌水量對(duì)土壤含水率的影響

圖2為冬馬鈴薯各生育期不同深度層處的土壤含水率。加氣灌溉與對(duì)照處理的土壤含水率在不同生育期的變化規(guī)律一致，0～20 cm土層土壤含水率呈降低趨勢(shì)，20～40 cm土層土壤含水率先升高后降低，40～60 cm土層土壤含水率變化較小。其中10～20 cm土層土壤含水率最高，原因可能是該深度層距離滴頭及加氣管埋深最近，滴頭附近因灌水造成水分聚集形成濕潤(rùn)體，進(jìn)而導(dǎo)致土壤含水率較高[16-17]。同一生育期內(nèi)，W1N處理土壤含水率最高，W2Y處理土壤含水率最低。在苗期(圖2A)，10～30 cm土層中灌水量對(duì)土壤含水率有顯著影響(P<0.05)，而加氣處理對(duì)土壤含水率影響不顯著；在塊莖形成期(圖2B)，10～20 cm土層中灌水量對(duì)土壤含水率有顯著影響(P<0.05)，30 cm土層中加氣和灌水量都對(duì)土壤含水率影響不顯著；在塊莖膨大期(圖2C)，0～20 cm深度W1Y、W2Y處理下的土壤含水率較W1N、W2N分別降低了0.8%，1.3%，且差異顯著(P<0.05)；W1Y與W2Y處理、W1N與W2N處理也存在顯著差異，說(shuō)明在此生育期加氣和灌水量都對(duì)土壤含水率影響顯著(P<0.05)。在淀粉積累期(圖2D)，加氣和灌水量對(duì)土壤含水率影響均不顯著。

注：不同小寫(xiě)字母表示在0.05水平下差異顯著，下同。Note:Different lowercase letters indicate significant difference at 0.05 level.The same below.圖1 不同處理下的冬馬鈴薯的土壤呼吸速率Fig.1 Soil respiration rate of winter potato under different treatments

圖3為冬馬鈴薯全生育期20～30 cm深度層處的土壤含水率。土壤含水率在整個(gè)生育期內(nèi)具有明顯的波動(dòng)特點(diǎn)，各個(gè)處理下苗期的土壤含水率同其他生育期相比均較高，進(jìn)入塊莖形成期后，土壤含水率降低。在塊莖膨大期，土壤含水率達(dá)到全生育期最低。在整個(gè)生育期，W1Y與W2Y、W1N與W2N處理均差異顯著(P<0.05)，說(shuō)明灌水量對(duì)土壤含水率有顯著影響(P<0.05)。除塊莖膨大期外，加氣灌溉對(duì)土壤含水率的影響均不顯著(P>0.05)。

圖2 冬馬鈴薯生育期不同深度層處的土壤含水率Fig.2 Soil moisture in different depth of soil during growth period of winter potato

圖3 冬馬鈴薯全生育期20～30 cm深度層處的土壤含水率Fig.3 Soil moisture in 20～30 cm depth during growth period of winter potato

2.3 加氣灌溉和灌水量對(duì)土壤溫度的影響

圖4為冬馬鈴薯全生育期土壤溫度的變化。在冬馬鈴薯整個(gè)生育期，土壤溫度在苗期和塊莖形成期隨氣溫變化基本呈下降趨勢(shì)，在塊莖膨大期和淀粉積累期則有所上升，這與2月中旬以來(lái)氣溫開(kāi)始回升有關(guān)。W1Y、W2Y、W2N、W1N處理的土壤平均溫度分別為15.77、15.17、14.65℃和14.09℃，其中W1Y處理平均溫度最高，W1N處理平均溫度最低。全生育期W1Y與W1N處理的土壤溫度均存在顯著性差異(P<0.05)，W2Y和W2N處理在生育期內(nèi)(除40 d和100 d外)也存在顯著性差異(P<0.05)；說(shuō)明在高水灌溉條件下，加氣處理對(duì)土壤溫度影響顯著(P<0.05)。W1Y處理的土壤溫度較W1N處理高1.68℃，W2Y處理較W2N處理高0.52℃，這可能是由于加氣灌溉增加了土壤的通氣性，促進(jìn)了根系和微生物的有氧呼吸，從而使土壤溫度增高。這與朱艷等[18]的研究結(jié)果一致。

土壤溫度日變化規(guī)律在一日內(nèi)呈現(xiàn)單峰曲線(xiàn)的變化形式(圖5)，高峰值均出現(xiàn)在16∶00附近，最小值出現(xiàn)在06∶00附近。一日內(nèi)不同時(shí)刻測(cè)定點(diǎn)的土壤溫度為W1Y處理最高，W1N處理最低。在苗期，由于環(huán)境溫度較低，在12∶00之前，W1Y與W2Y處理、W1N與W2N處理均存在顯著性差異(P<0.05)，說(shuō)明當(dāng)氣溫較低時(shí)，灌水量對(duì)土壤溫度影響顯著；在14∶00—18∶00時(shí)間段，W1Y與W2Y處理、W1N與W2N處理均差異不顯著(P>0.05)，說(shuō)明隨著氣溫的升高，灌水量對(duì)土壤溫度的影響較小，此時(shí)土壤溫度的變化主要是由于太陽(yáng)輻射，地面吸收熱量引起的[19]。

在2020年12月25日(圖5A)，一日內(nèi)大部分時(shí)刻W1Y與W1N處理、W1Y與W2Y處理均存在顯著差異(P<0.05)，說(shuō)明在高水灌溉條件下加氣對(duì)土壤溫度均影響顯著(P<0.05)，在加氣處理下灌水量對(duì)土壤溫度也影響顯著(P<0.05),而一日內(nèi)大部分時(shí)刻W2Y與W2N處理不存在顯著性差異(P>0.05)，說(shuō)明當(dāng)冬馬鈴薯處于水分虧缺狀態(tài)時(shí)，加氣處理對(duì)土壤溫度影響不顯著。

在2021年1月10日(圖5B)，一日內(nèi)大部分時(shí)刻，W1Y與W1N處理、W2Y與W2N處理(除6∶00和14∶00外)均存在顯著差異(P<0.05)。這可能是由于植株生長(zhǎng)旺盛，根系活動(dòng)增強(qiáng)，此時(shí)根區(qū)土壤的通氣狀況尤為重要，因此無(wú)論在高水還是低水灌溉條件下，加氣處理對(duì)土壤溫度均有顯著性影響(P<0.05)。W1Y與W2Y處理(除18∶00外)差異均顯著(P<0.05)，W1N與W2N處理差異不顯著(P>0.05)，說(shuō)明只有在加氣條件下灌水量對(duì)土壤溫度影響顯著(P<0.05)。

在2021年3月30日(圖5C)，加氣和灌水量均對(duì)土壤溫度影響不顯著(P>0.05)，可能是由于在淀粉積累期冬馬鈴薯的生殖生長(zhǎng)逐漸減緩，莖葉生長(zhǎng)基本停止，基部葉片自下而上逐漸衰老變黃，此時(shí)根系呼吸和微生物呼吸都減弱，因此土壤溫度不會(huì)因加氣和灌水量而產(chǎn)生較大的變化。

2.4 加氣灌溉和灌水量對(duì)土壤氧氣摩爾分?jǐn)?shù)的影響

由圖6可知，4種處理下冬馬鈴薯生育期內(nèi)土壤氧氣摩爾分?jǐn)?shù)的變化規(guī)律大致相同，呈現(xiàn)先增大后降低的特征，在塊莖形成期初期氧氣摩爾分?jǐn)?shù)達(dá)到最大。4種處理土壤氧氣摩爾分?jǐn)?shù)的大小關(guān)系為W1Y>W2Y>W2N>W1N。同一灌溉水平下，加氣處理的氧氣摩爾分?jǐn)?shù)顯著高于不加氣處理(P<0.05)。在加氣條件下，W1處理的氧氣摩爾分?jǐn)?shù)也顯著高于W2處理(P<0.05)，說(shuō)明高水加氣條件使土壤內(nèi)形成了良好的水氣平衡狀態(tài)，有利于作物生長(zhǎng)。Ben-Noah等[20-21]指出，大部分情況下，溫度升高導(dǎo)致土壤氧氣摩爾分?jǐn)?shù)下降。本試驗(yàn)結(jié)果也證明了這一點(diǎn)，從苗期至塊莖形成期初期，由于外界氣溫一直降低，導(dǎo)致土壤溫度也基本呈下降趨勢(shì)，而氧氣摩爾分?jǐn)?shù)一直增高，進(jìn)入塊莖膨大期后，氣溫不斷回升，土壤氧氣摩爾分?jǐn)?shù)開(kāi)始不斷下降。另一方面，也有可能是由于溫度的升高加大了作物根系和土壤微生物的有氧呼吸作用，間接導(dǎo)致了土壤氧氣摩爾分?jǐn)?shù)的降低。

圖4 不同處理馬鈴薯生育期土壤溫度的變化Fig.4 Variation curves of soil temperature under different treatments during growth period of winter potato

圖5 不同處理冬馬鈴薯生育期土壤溫度的日變化Fig.5 Diurnal variation curves of soil temperature under different treatments during growth period of winter potato

圖7為不同處理下冬馬鈴薯生育期內(nèi)土壤氧氣摩爾分?jǐn)?shù)的日變化。土壤氧氣摩爾分?jǐn)?shù)在一日內(nèi)整體呈下降的趨勢(shì)變化，在17∶00之后略有回升，以2020年12月和2021年2月為例，在同一灌水量下加氣處理的土壤氧氣摩爾分?jǐn)?shù)均高于不加氣處理。2020年12月25日(圖7A)土壤氧氣摩爾分?jǐn)?shù)的最高點(diǎn)出現(xiàn)在7∶00附近，最小值出現(xiàn)在17∶00附近，這與溫度的變化規(guī)律(圖5A)剛好相反。2021年2月16日(圖7B)土壤氧氣摩爾分?jǐn)?shù)的最高點(diǎn)出現(xiàn)在9∶00附近，最小值出現(xiàn)在17∶00附近。這與朱艷等[18]的研究結(jié)果一致。

圖6 不同處理冬馬鈴薯生育期土壤氧氣摩爾分?jǐn)?shù)的變化Fig.6 Variation of soil oxygen mole fraction under different treatments during growth period of winter potato

圖7 不同處理下冬馬鈴薯生育期土壤氧氣摩爾分?jǐn)?shù)的日變化Fig.7 Diurnal variation of soil oxygen mole fraction under different treatments during growth period of winter potato

2.5 加氣灌溉和灌水量對(duì)冬馬鈴薯產(chǎn)量和水分利用率的影響

由表3可知，加氣灌溉和灌水量都對(duì)冬馬鈴薯的產(chǎn)量和水分利用率影響顯著(P<0.05)。在同一灌溉水平下，W1Y與W1N、W2Y與W2N處理下的產(chǎn)量和水分利用率差異顯著(P<0.05)。在W1(高水)灌溉條件下，Y處理比N處理的產(chǎn)量高6.5%，水分利用率高6.6%；在W2(低水)灌溉條件下，Y處理比N處理的產(chǎn)量高2.0%。在同一加氣條件下，W1(高水)灌溉的產(chǎn)量也顯著高于W2(低水)灌溉。由表4知，加氣條件和灌水量對(duì)產(chǎn)量和水分利用率均有極顯著的影響(P<0.01)；兩者交互作用對(duì)產(chǎn)量影響不顯著(P>0.05)，但對(duì)水分利用率影響顯著(P<0.05)。

表3 不同處理下的冬馬鈴薯產(chǎn)量和水分利用效率Table 3 Yield and water use efficiency of winter potato under different treatments

表4 產(chǎn)量和水分利用率的顯著性檢驗(yàn)Table 4 Significance test of yield and water use efficiency

3 討 論

土壤環(huán)境因子包括土壤水分、土壤氧氣、土壤溫度、土壤微生物種群等，他們的變化是相互聯(lián)系且相互影響的。土壤通氣性是指氣體透過(guò)土體的能力，是反映土壤特性對(duì)土壤空氣更新速率影響的綜合指標(biāo)。加氣灌溉通過(guò)向土壤中輸送水氣混合物，使水和空氣同時(shí)進(jìn)入到作物根區(qū)土壤，與傳統(tǒng)的地下滴灌相比，有效增大了土壤氧氣摩爾分?jǐn)?shù)，改善了土壤的通氣狀況。本研究表明，加氣灌溉對(duì)土壤呼吸速率影響顯著，且在加氣條件下，灌水量也對(duì)土壤呼吸速率影響顯著。已有研究表明通氣性較差和厭氧的土壤環(huán)境中根和微生物的呼吸會(huì)明顯降低[20-21]。而土壤氧氣的摩爾分?jǐn)?shù)高，土壤的呼吸速率也隨之升高。因此與W1N處理相比，W1Y處理下較高的土壤呼吸速率可能是由于土壤氧氣的摩爾分?jǐn)?shù)較高的緣故。

本研究表明，同一生育期內(nèi)，W1N處理的土壤含水率最高，W2Y處理土壤含水率最低；且高水灌溉下，W1Y處理的土壤含水率低于對(duì)照處理。這可能是由于加氣條件下向土壤中加入了空氣，而土壤是由固、液、氣三相組成的，因此土壤中的水分和空氣就呈現(xiàn)了此消彼長(zhǎng)的變化規(guī)律。尹曉霞等[22]研究表明，在番茄整個(gè)生育期加氣對(duì)土壤含水率影響均不顯著，本研究與之略有不同，本研究表明在塊莖膨大期加氣灌溉對(duì)土壤含水率影響顯著，這可能是由于馬鈴薯屬于根際器官較豐富的作物，與番茄相比對(duì)土壤環(huán)境的要求更高，因此在大田種植條件下土壤的通氣狀況對(duì)土壤含水率的影響也更為顯著。

本研究發(fā)現(xiàn)，土壤的氧氣摩爾分?jǐn)?shù)在加氣灌溉條件下顯著高于對(duì)照處理，且整個(gè)生育期的變化規(guī)律與土壤溫度變化相對(duì)應(yīng)。Ben-Noah等[21]的研究仍表明，通過(guò)地下滴灌管道向土壤中注入空氣使20 cm處土壤氧氣飽和度增大了22%。Chen等[23]的研究也表明，在不同滴頭埋深(10 cm和30 cm)和土壤類(lèi)型(紅壤土和黑土)中加氣灌溉使得棉花根區(qū)土壤溶解氧顯著增大了8.6%～32.6%，本研究結(jié)果與之相似。在馬鈴薯整個(gè)生育期，土壤溫度在苗期和塊莖形成期隨外界氣候變化基本呈下降趨勢(shì)，在塊莖膨大期和淀粉積累期有所上升；而從苗期至塊莖形成期初期，氧氣摩爾分?jǐn)?shù)一直增高；進(jìn)入塊莖膨大期后土壤氧氣摩爾分?jǐn)?shù)開(kāi)始下降。Ben-Noah等[20-21]指出，大部分情況下，溫度升高導(dǎo)致土壤氧氣摩爾分?jǐn)?shù)下降，本研究也證實(shí)了這一點(diǎn)；另一方面，加氣灌溉與對(duì)照相比，可以使得土壤溫度小幅升高，溫度升高另一方面也會(huì)促進(jìn)土壤微生物的呼吸，消耗氧氣從而導(dǎo)致土壤氧氣摩爾分?jǐn)?shù)下降，但是總體加氣處理下土壤的氧氣摩爾分?jǐn)?shù)顯著高于對(duì)照處理，說(shuō)明向土壤根區(qū)通氣改善土壤氧氣摩爾分?jǐn)?shù)的效應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于因溫度升高導(dǎo)致土壤氧氣摩爾分?jǐn)?shù)下降的效應(yīng)。

4 結(jié) 論

1)在大田種植條件下，采用水氣分離法對(duì)馬鈴薯進(jìn)行加氣灌溉，無(wú)論高水還是低水灌溉，加氣處理對(duì)土壤呼吸速率影響顯著；加氣條件下，灌水量對(duì)土壤呼吸速率的影響也顯著。除塊莖膨大期外，加氣灌溉對(duì)土壤含水率的影響均不顯著，影響土壤含水率的主要因素是灌水量。在高水灌溉條件下，加氣處理對(duì)土壤溫度影響顯著，而灌水量對(duì)土壤溫度在大部分生育期影響不顯著。

2)同一灌水水平下，加氣處理的氧氣摩爾分?jǐn)?shù)明顯高于不加氣灌溉；高水灌溉條件下兩者的差異更為顯著，因此W1Y(高水加氣)處理下土壤氧氣摩爾分?jǐn)?shù)最高。加氣和灌水量?jī)烧呓换プ饔脤?duì)產(chǎn)量影響不顯著，而對(duì)水分利用率影響顯著。說(shuō)明高水加氣灌溉更有利于提高馬鈴薯產(chǎn)量和水分利用率。

3)在大田自然種植條件下，采用水氣分離法進(jìn)行加氣灌溉，W1Y(高水加氣)處理下馬鈴薯根區(qū)土壤的環(huán)境得到明顯改善，與對(duì)照相比，0～20 cm土層深度土壤含水率降低了1.8%，在生育期前期溫度提高了1.68℃，氧氣摩爾分?jǐn)?shù)增加了1.74%，產(chǎn)量和水分利用率均顯著增大。