半干旱区全膜双垄沟播对马铃薯耗水规律的影响

刘晓伟 ，孙万仓 ，张绪成

（1.甘肃农业大学农学院，兰州，730070；2.甘肃省农科院旱地农业研究所）

水分是影响作物生长发育的主要生态和环境因素，与作物生长发育有着密切的关系[1，2]。半干旱区农业主要靠自然降水，无效蒸发、地表径流等方式损失的水量占降水量的60%～65%[3]，因此，旱区作物稳产高产的根本途径是提高自然降水利用效率[4]，覆草、覆膜等技术可降低土壤水分的无效消耗[5～7]，对水、肥、气、热资源进行合理优化，提高水资源的利用率[8～10]。

关于全膜双垄沟播对土壤水热条件及产量的影响，前人从不同方面进行了系统而深入的研究[6，8]，但对全膜双垄沟播条件下马铃薯的耗水进度、水分平衡等耗水规律的影响缺乏深入研究，加之以往的研究多关注生育关键期或者需水关键期马铃薯的耗水状况[11，12]，存在一定的局限性，因为半干旱区由于气候条件差，降水变率大，土壤墒情也表现出很大的波动性，马铃薯生长的各时期都可能表现出水分亏缺。为此，在前人研究基础上，把马铃薯生育关键期和需水关键期结合起来，通过研究裸地与全膜双垄沟播条件马铃薯各生育阶段耗水量、耗水模系数及全生育期水分利用效率（WUE）的影响，揭示地膜覆盖后马铃薯的耗水特性和水分平衡特点，为提高马铃薯水分利用效率提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于甘肃省农业科学院定西试验站（104°36′E，35°35′N），海拔 1 970 m，年辐射总量为5 898 MJ/m2，年日照时数为2 500 h，≥10℃积温为2 075.1℃，年平均气温为6.2℃，无霜期为140 d，平均年降水量为415 mm，为典型旱地雨养农业区。试验地平均基础养分为：NH4+-N 4.2 mg/kg，NO3--N 0.85 mg/kg， 全 P 26.28 mg/kg， 全 K 126.07 mg/kg，pH值8.1。

1.2 试验材料

试验所用马铃薯品种为新大坪，所用地膜为厚度0.008 mm、宽120 cm的聚乙烯黑色地膜。

1.3 试验方法

采用裂区设计，主处理为全膜覆盖双垄沟播（PM）和裸地种植（CK），副处理设2个灌水量水平：水平1，足量灌溉（FI，保持0～100 cm土层的平均土壤含水量占田间持水量的80%）；水平2，无灌溉（NI）。 小区面积27.5 m2，3次重复。 2012年依照本试验方法实施，试验前将各处理试验地条件调成一致；2013年在2012年的试验基础上接着开展试验，试验前对试验地块不做任何处理，因马铃薯生育期降水量为484.2 mm，0～100 cm土层贮水量均超过试验设计灌溉量，因此，2013年只有全膜覆盖双垄沟播（PM）和裸地种植（CK）2个处理。

1.4 试验测定及方法

用烘干法在2穴马铃薯中间位置分别测定播前、收获后及全生育期0～300 cm土壤含水量（20 cm一层），并根据苗期、现蕾期、开花期、块茎生长期0～100 cm平均土壤水分含量的测定结果进行灌溉。马铃薯成熟后，全小区收获并考种，称鲜薯质量，采用Microsoft Excel 2007制表绘图，DPS 11.5软件进行分析方差。

灌溉量（m3）=[80%×田间持水量（%）-土壤含水量（%）]×土壤容重×1 m×小区面积（27.5 m2）×1.5（灌溉水分损失系数）。

马铃薯耗水量的估算方法是根据农田水量平衡法计算，在本试验区，因地下水埋深大于10 m，而且设计的单次灌溉量较小，因此公式中的地下水补给量、径流量和深层渗漏量可忽略不计，故计算公式简化为：ET=P＋I-（Wt-W0）， 式中：ET 为时段 t内作物的耗水量，P为时段t内的降雨量，I为时段t内的灌水量；W0、Wt为时段初和时段末的土体贮水量。

2 结果与分析

2.1 不同处理对马铃薯0～300 cm土壤贮水量的影响

①马铃薯生长关键期不同处理对0～300 cm土壤贮水量的影响 由图1、2可知，受生育期和降水的影响，各处理0～300 cm土壤贮水量在不同年份不同生育期变化不同，其中2012年各处理0～100 cm变化较大，100 cm以下各处理差异较小，而2013年各处理在100 cm以下差异均比较明显。2012年，开花期CKFI处理 0～100 cm的土壤贮水量最大，PMFI次之，PMNI处理0～60 cm的贮水量均最小，可能是此阶段PMNI耗水量较高且前期无灌溉所致；随后由于灌水量和降水量大于耗水量，土壤水分被蓄积并下渗，至块茎生长期各处理100～300 cm土壤贮水量差异不明显。

薯块膨大期至成熟期由于马铃薯快速生长的需要，40～150 cm土层贮水量迅速下降，至成熟期达到全生育期的最低值，其中全膜覆盖的马铃薯生长消耗致使此土层贮水量显著低于裸地。

2012年9月底，马铃薯收获后对所有处理进行了秋覆膜，将休闲期的有限降水蓄积起来并下渗，致使2013年播前所有处理各土层贮水量均有明显增加，其中从马铃薯开花期到块茎生长期，全膜双垄沟播处理80 cm以下各土层土壤贮水量明显高于不覆膜处理，主要是此阶段305.6 mm的降水量远远大于马铃薯生长的需水量，且以前蓄积的土壤贮水量消耗很少所致。

从开花期到块茎生长期，处理间深层（150 cm以下）土壤贮水量差异逐渐缩小，至成熟期进一步缩小，因为此阶段马铃薯的耗水量增大，不仅消耗了浅层水分，且使深层土壤水分逐渐上移，但PM处理在100～300 cm的贮水量明显高于裸地，表现了较好的蓄水保墒效果。

图1 2012年马铃薯关键生育期各处理0～300 cm土壤贮水量变化

图2 2013年马铃薯关键生育期各处理0～300 cm土壤贮水量变化

②不同处理对马铃薯播前收后0～300 cm土壤贮水量的影响 从2012年4月21日播种到2013年9月28日收获，试验区降水960.7 mm，PM处理灌水量为56.27 mm，CK灌水量为92.39 mm。全膜双垄沟播处理0～300 cm各个层次2013年收后的贮水量均比2012年播前有明显增加（图3），裸地0～60 cm和200～300 cm土层贮水量与2012年播前相当，60～200 cm增加幅度较大。其中，PM和CK 0～300 cm的土壤贮水量在2013年收后比2012年播前分别增加了201.77 mm和94.45 mm，增幅分别达到34.45%和11.99%。

2.2 不同处理对马铃薯产量的影响

不同覆膜方式下各灌水处理马铃薯的产量存在显著差异（图4）。2 a试验结果表明，PM比CK处理增产30.46%～32.64%，达到显著性水平。

因2013年降水明显多于2012年，所以马铃薯成熟期腐烂现象较严重，导致2013年各处理的产量均低于2012年。

图3 各处理2012年播前和2013年收后0～300 cm土壤贮水量变化

2.3 不同处理对马铃薯耗水量和水分利用效率（WUE）的影响

①不同处理对马铃薯不同生育阶段耗水量的影响 马铃薯不同生育阶段耗水量不尽相同，但总体上随生育期呈现先增大后减小的趋势（表1、图5）。全膜双垄沟播马铃薯在苗期生长比较缓慢，耗水量比较小，此阶段耗水量占整个生育期耗水量的4%～7%。开花期气温明显升高，植株快速生长，蒸腾迅速增加，此期占总耗水量的18%～25%。随着马铃薯块茎快速膨大，叶面蒸腾达到峰值，日平均耗水强度约为9 mm，耗水量占32%～46%，由此判断，此期即为马铃薯的耗水关键期。随后的淀粉积累期，耗水量占整个生育期耗水量的10%左右。

图4 不同处理的马铃薯产量

表1 不同处理马铃薯生育阶段耗水量

图5 各处理的马铃薯不同生育阶段耗水量

苗期—薯块膨大期，裸地处理由于地表无地膜覆盖，水分蒸发较强，耗水量明显高于覆膜处理，是覆膜处理的1.4～2.0倍，至成熟期2个处理耗水量差异逐渐缩小。开花期—块茎形成期，覆膜处理间，足量灌溉小于不灌溉，裸地处理间则相反。淀粉积累期，覆膜处理耗水量均高于裸地。在薯块生长期到成熟期，2 a试验结果表现不同，其主要原因可能是2012年此阶段2个灌水处理的耗水量相当，均显著高于不灌水处理；2013年试验区此阶段降水量达273 mm，各处理此时耗水量基本无差异。

全膜双垄沟播使马铃薯的生育进程和耗水过程相对于裸地种植发生了一定的变化，前期的耗水量降低，使得生育后期的土壤贮水量较高，这有利于高产。

②不同处理对马铃薯水分利用效率的影响 由表2可知，各处理对马铃薯水分利用效率有显著影响。PM处理由于土壤贮水量保持在较高水平，促进了马铃薯的个体发育和产量形成，2 a的产量和水分利用效率均显著高于CK，其中2012年和2013年全膜双垄沟播足量灌溉和无灌溉处理分别较对应裸地高 40.26%，20.66%，32.64%；水分利用效率2 a 分别为 66.14，64.13，68.44 kg·hm-2·mm-1， 较裸地分别增加了54.32%，27.29%，47.37%。

表2 不同处理的马铃薯水分利用效率

足量灌溉与不灌溉相比，无论覆膜与否，水分利用效率随土壤水分的增加无明显变化，其中裸地足量灌溉处理的水分利用效率低于不灌溉处理，说明足量灌水并不能提高水分利用效率。

3 讨论与结论

地膜覆盖变更了土壤水分的运移，阻断其蒸发，实现了蓄水保墒的目的[13]。本试验结果表明，无论覆膜与否，马铃薯的耗水规律基本一致，即总体上呈现前期少、中期多、后期又少的变化趋势，但全膜双垄沟播能使马铃薯的耗水过程发生一定的改变，与裸地相比，减少了马铃薯生长前期（苗期—现蕾期）的耗水量，增加了生长中期尤其是马铃薯生长关键期（薯块形成期—薯块膨大期）的耗水量，这极有利于马铃薯薯块的增长和淀粉的积累，是获得高产的重要基础。

[1]李凤民，王静，赵松.半干旱黄土高原集水高效农业的发展[J].生态学报，1999，19（2）：152-157.

[2]李凤民，赵松岭.黄土高原半干旱区作物水分利用研究新途径[J].应用生态学报，1997（1）：104-109.

[3]高世铭.陇中黄土高原丘陵沟壑区生态环境建设与农业可持续发展研究[M].郑州：黄河水利出版社，2003.

[4]山仑，陈培元.旱地农业生理生态基础[M].北京：科学出版社，1998.

[5]石纪成，喻永芳，张正平.马铃薯免耕摆播稻草全程覆盖栽培存在的问题及对策[J].长江蔬菜，2005（12）：41-42.

[6]张雷，牛芬菊，李小燕，等.旱地全膜双垄沟播秋覆膜对土壤水分和玉米产量的影响[J].中国农学通报，2010，26（22）：142-145.

[7]刘晓伟，何宝林.不同种植模式对旱区马铃薯产量的影响[J].长江蔬菜，2011（14）：38-40.

[8]杨祁峰，孙多鑫，熊春蓉，等.玉米全膜双垄沟播栽培技术[J].中国农技推广，2007，23（8）：20-21.

[9]张雷.旱地双垄面集水全膜不同时期覆盖对玉米生长的影响[J].作物杂志，2007（3）：67-68.

[10]李尚中，王勇，樊廷录，等.旱地玉米不同覆膜方式的水温及增产效应研究[J].中国农业科学，2010，43（5）：922-931.

[11]刘战东，肖俊夫，于秀琴.不同土壤水分处理对马铃薯形态指标、耗水量及产量的影响[J].中国农村水利水电，2010（8）：1-3.

[12]尹娟，邱小琮.宁夏中部干旱区马铃薯种薯耗水规律及水分效应研究[J].宁夏工程技术，2011，10（4）：334-337.

[13]Zhou L M,Li F M,Jin S L,et al.How double ridges and furrows mulched with plastic film affect soil water,soil temperature and yield of maize on the semiarid Loess Plateau of China[J].Field Crops Research,2000,113（1）:41-47.