绿洲膜下滴灌调亏对马铃薯生长及品质的影响

刘锦洋 贾生海 梁仲锷

摘要：以膜下滴灌马铃薯为试验材料，采用田间试驗，研究不同生育期调亏灌溉处理对马铃薯植株生长指标、果实品质、产量及其构成因子、水分利用效率的影响。结果表明：不同生育期滴灌调亏处理下，马铃薯株高、茎粗和叶面积指数具有相似的变化规律，且各生育期水分亏缺对其影响程度依次为薯块膨大期（T2）>淀粉积累期（T3）>薯块形成期（T1）；薯块形成期适度亏水，能够显著提高马铃薯果实总糖、蛋白质、氨基酸、Vc和淀粉含量，同时有效降低有机酸含量，改善果实品质。相较于全生育期充分供水处理CK，Tl处理产量略有降低（降低7.16%），但是能够显著提高水分利用效率（提高7.35%）和灌溉水分利用效率（提高13.18%），因此薯块形成期是河西走廊干旱半干旱区绿洲农业马铃薯进行亏缺灌溉的最佳时期。

关键词：膜下滴灌；水分调亏；品质；产量；马铃薯

中图分类号：S532：S274.1

文献标志码：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2018.08.036

马铃薯是一种重要的粮、菜、饲兼用作物，高产高效，随着河西走廊农业现代化战略的实施，马铃薯的重要性日益突出，已成为继小麦、玉米之后的第三大特色农作物，也是该区重要的粮食作物和经济作物。然而马铃薯对土壤水分和温度十分敏感，尽管河西走廊绿洲灌区光热资源十分丰富，能够满足作物生长需求，但是该区降水稀少，且变率较大，与作物需求错位，制约了马铃薯产业的发展。因此，采用膜下滴灌技术不仅可以缓解水资源短缺对马铃薯生长的制约，而且具有增温保墒、节水增产、改善品质的优势。目前，膜下滴灌技术在玉米、棉花、水稻、番茄、黄瓜等作物上已有大量应用研究，但膜下滴灌条件下对马铃薯不同生育期进行调亏灌溉的试验研究较少。目前已有研究表明，不同生育期调亏灌溉对作物生长与产量的影响有差异，如何确定河西走廊灌区最佳调亏灌溉时期是该技术充分发挥高效利用灌溉水和稳产增产优势的关键措施之一。笔者通过河西走廊内陆干旱区马铃薯大田试验，研究了膜下滴灌调亏对马铃薯生长状况、理化品质、产量及其构成因子、水分利用效率及灌溉水利用效率的影响，以期为提高河西走廊灌区马铃薯产量与品质提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2014年4-10月在甘肃省水利科学研究院民勤灌溉试验基地（东经130°05，北纬38°37）进行。试验区属灌溉农业区、典型的大陆性荒漠气候区，多年平均年降水量110mm，年蒸发能力2644mm，年平均气温7.8℃，年日照时数3028h.无霜期150d。试验地0～60cm土质为黏壤土，60cm以下逐渐由黏壤土变为沙壤土，土壤密度平均为1.54g/cm3，土壤有机质含量10.69g/kg，碱解氮含量36.83mg/kg，速效磷含量7.12mg/kg，速效钾含量120.45mg/kg，总空隙度为44.18%，pH值为7.96，灌溉水矿化度为0.91g/L。试验区地下水位较低，盐碱化影响较小。

1.2 试验设计

试验根据不同生育期共设计3个调亏处理（薯块形成期调亏Tl，薯块膨大期调亏T2，淀粉积累期调亏T3）和一个充分灌溉对照（CK），见表1。本试验采用全膜双垄垄播种植，沟内铺设滴灌带，垄宽80cm，垄高20cm，沟宽40cm，株距20cm。试验小区有效面积为100m2（10mxlom），每个处理设置3次重复，随机排列。马铃薯品种为“青薯168”，种植密度均为42000株/km2。播前对小区30cm土层进行翻耕处理，并除去杂草和石块。2014年4月15日播种，9月24日收获，全生育期161d，生育期总降水量124.8mm。灌溉方式为膜下滴灌，当各处理的土壤含水率达到试验设定下线时即灌水，灌水次数不限。在播种前每个小区均匀施复合肥3000kg/hm2，生育期不再追肥。

1.3 主要测定项目及方法

1.3.1 株高

马铃薯出苗后，每个小区内随机选取10株马铃薯，进行标记。用精度0.1cm的卷尺每10d测量1次株高，最后计算平均值。

1.3.2 茎粗

测量茎粗的植株与测量株高的植株一致，用精度0.01mm的游标卡尺每10d测定1次茎粗（直径），最后计算平均值。

1.3.3 叶面积指数

取样与株高取样一致，用精度0.1cm的直尺每10d进行1次叶面积测定，量出叶片的长度和最大宽度，计算所有叶片的面积，最后计算平均值，并计算叶面积指数。计算公式为

叶面积=叶长×叶宽×0.72

叶面积指数=单位土地上的总叶面积/单位

土地面积

1.3.4 土壤含水率

采用传统烘干法测定。在马铃薯各生育期测定深度均为100Cm，以20Cm为梯度进行测定。播种前和收获后各测定一次，灌水前、后和降雨后需加测。

1.3.5 果实品质

马铃薯总糖含量、蛋白质含量、有机酸含量、氨基酸总量、Vc含量、淀粉含量测定方法参照赵世杰等的方法。

1.3.6 产量及其构成因子

待马铃薯成熟后，每个小区单独收获，各小区随机选取15株，室内测定单株薯质量、结薯数、薯质量等指标。产量构成因子测定完成后计算产量，各处理3个重复，均值即该处理实际产量。

1.3.7 作物耗水量

采用农田水量平衡公式对马铃薯生育期耗水量进行计算。试验采用膜下滴管灌溉方式，可忽略径流造成的水分损失：试验区地下水埋深在25m以下，地下水补给量可忽略：整个生育期灌水量由水表计量。马铃薯整个生育期耗水主要有灌溉水、降水、土壤储水来提供，水量平衡方程式可简化为

ET=Pe+l-G-△W

（1）式中：ET为生育期内耗水量，mm；Pe为生育期内有效降水量，mm；I为生育期内灌溉水量，mm；G为生育期内深层渗漏量，mm；△w为生育期内0～100cm土层土壤储水量的变化量（收获时土壤储水量一播种前土壤储水量），mm。

1.3.8 水分利用效率及灌溉水利用效率

水分利用效率及灌溉水利用效率計算公式为式中：RWLiE为马铃薯全生育期水分利用效率，kg/m3；/WUE为马铃薯全生育期灌溉水利用效率，kg/m3；Y为马铃薯单位面积产量，kg/hm2；ETa为马铃薯全生育期实际单位面积耗水量，m3/hm2：，为马铃薯全生育期内单位面积灌水量，m3/hm2。

1.4 数据处理

利用EXCEL2010对所测数据进行计算，利用SPSS19.0软件中LED多重比较法对数据进行显著性分析，下文图表中的数据均为平均值。

2 结果与分析

2.1 膜下滴灌调亏对马铃薯生长指标的影响

2.1.1 膜下滴灌调亏对马铃薯株高的影响

从图1可以看出，马铃薯株高从播种到成熟均递增变化，增长速率呈现前中期快、后期慢的特点，且不同的处理之间增长速率存在一定的差异。在马铃薯生育前期，各处理变化趋势一致，差异不明显。随着生育期的逐渐推进，各处理株高之间的差异开始显著。就整个生育期而言，各处理株高依次为CK>T1>T3>T2，由此可以看出在薯块形成期水分亏缺对株高影响较小，而在薯块膨大期水分亏缺对株高影响最大。至淀粉积累期，CK处理与T2处理之间的株高差值达到最大，为11.43cm，因此薯块膨大期是马铃薯株高生长的关键时期，该时期进行调亏灌溉对后期的株高产生不利影响。至收获期，CK和Tl处理株高已经稳定，而T2处理仍表现出较小幅度的增长，其原因可能是薯块膨大期调亏灌溉对植株生长产生抑制作用，而后期水分得到补给产生了作物生长的补偿效应。

2.1.2 膜下滴灌调亏对马铃薯茎粗的影响

作物茎秆不仅起抗倒伏作用，而且可以将根系吸收的养分和水分输送至各个器官，因此茎秆直径的大小对作物生长起着关键作用。从图2可以看出，不同亏缺灌溉处理下马铃薯茎粗的变化趋势与株高相似，均呈先快速增大后缓慢增大的趋势，但茎粗至生育中期就开始趋于稳定，后期变幅较小。从整个生育期来看，各处理之间仍存在一定差异，CK处理茎粗始终高于其他处理。至淀粉积累期，Tl和T3处理茎粗已经趋于稳定，分别为1.80cm和1.73cm，而T2处理仍表现出一定的增长趋势，这与后期水分得到补给有关。

2.1.3 膜下滴灌调亏对马铃薯叶面积指数的影响

由图3可知，不同生育期调亏灌溉处理下马铃薯叶面积动态变化均符合“快一慢”的变化特征。整个生育期内，叶面积指数呈现“倒L形”变化趋势，即在播种后80d内，叶面积增长迅速，而80d后增长趋于缓慢，甚至出现一定幅度的下降。T2、T3和CK处理的峰值出现在生育期80d左右，而Tl处理的峰值出现时间有所延后，出现在100d左有，这可能与薯块形成期受到水分亏缺的调控而出现生长延迟有关。各处理最大叶面积指数大小依次为T3>Tl>T2，分别为5.17、5.05、4.65，比对照分别减少了4.99%、6.97%、14.27%，说明不同生育期调亏灌溉对马铃薯单株叶面积影响不同，其中以薯块膨大期水分亏缺影响最显著。

2.2 膜下滴灌调亏对马铃薯产量及其构成要素的影响

由表2可以看出，膜下滴灌调亏对马铃薯单株结薯数、单株薯质量、单个薯质量和薯块产量均有显著影响，但对薯块横径和纵径的影响不明显。Tl和T2处理单株结薯数分别较CK降低15.27%和13.34%，二者无显著差异。T3处理单株结薯数量最大，尽管和CK无显著差异，但与Tl和T2差异显著：尽管T3处理单株结薯数量最大，但是单株薯质量最小，且与CK处理差异显著，而Tl和T2处理单株薯质量与CK处理无显著差异。所有处理中CK处理单株薯质量最大，为1856.29g，Tl、T2和T3处理分别较CK低8.76%、12.67%和15.55%：单个薯质量仍以CK处理最大，为341.llg，Tl、T2和T3处理分别较CK低16.39%、16.10%和21.60%.且处理Tl和T2与CK处理无显著差异，而T3处理与CK处理差异显著：各处理薯块纵径和横径均无显著差异，纵径以T2处理最大，横径以CK处理最大：各处理薯块产量方面表现出不同的差异性，产量高低依次为CK（35039.15kg/hm2）>T1（32530.93kg/hm2）>T3（29593.72kg/hm2）>T2（25402.11kg/hm2），Tl和CK处理无显著差异，而T2和T3处理与CK处理差异显著，分别较CK处理低27.50%和15.54%。

2.3 膜下滴灌调亏对马铃薯品质的影响

由表3可以看出，不同生育期亏水处理的马铃薯品质存在明显差异。与对照CK相比，Tl和T3处理总糖含量分别提高了28.57%和9.52%，差异显著：而T2处理降低了3.57%，无显著差异。T1处理蛋白质含量较对照CK提高了21.89%，而T2和T3处理较对照CK降低了15.45%和7.30%，且差异显著。Tl、T2和T3处理有机酸含量较对照CK均有所降低，分别降低了28.95%、7.89%和10.53%，差异显著。Tl处理氨基酸含量较对照CK提高了9.21%.而T2和T3处理较对照CK降低了37.34%和27.62%，差异显著。Tl和T3处理Vc含量较对照CK分别提高了11.72%和6.93%.而T2处理较对照CK降低了7.70%，且差异显著。Tl和T3处理淀粉含量较对照CK分别提高了11.72%和7.93%，差异显著，而T2处理较对照CK降低了1.87%，无显著差异。

2.4 膜下滴灌调亏对马铃薯水分利用效率的影响

由表4可以看出，Tl、T2、T3三者之间水分利用效率差异显著，其中Tl处理水分利用效率最高，为7.46kg/m3，而T3处理水分利用效率最低，仅为6.19kg/m3。尽管T1处理产量较CK处理低7.16%，但是水分利用效率较CK处理提高7.35%。而Tl和T2处理之间灌溉水利用效率无显著差异，Tl、T2于T3处理之间差异显著，其中以Tl处理灌溉水利用效率最高（10.46kg/m3），T3处理灌溉水利用效率最低（8.38kg/m3），而对照处理CK灌溉水利用效率为9.24kg/m3。尽管CK处理产量最高，但是灌溉水利用效率却低于处理Tl和T2。

3 结语

（1）水分胁迫抑制马铃薯生长发育，且不同生育期亏水对株高、茎粗及叶面积指数影响程度不同，影响程度依次为薯块膨大期>淀粉积累期>薯块形成期。

（2）不同生育期亏缺灌溉对马铃薯果实外观（横径和纵径）品质影响不显著。淀粉积累期亏水可以增加单株结薯数，但减少了单株薯质量和单个薯质量，而薯块形成期和薯块膨大期亏水处理对其影响不显著。

（3）不同生育期亏缺灌溉对马铃薯理化品质影响显著。薯块形成期适度亏水，可以显著提高马铃薯果实总糖、蛋白质、氨基酸、Vc和淀粉含量，同时能够有效降低有机酸含量，使果实品质更优。而薯块膨大期和淀粉积累期亏水不利于果实品质的改善。

（4）薯块形成期亏缺灌溉水分利用效率最高，为7.46kg/m3，尽管产量较CK处理略低（降低7.16%），但能够显著提高水分利用效率（提高7.35%）和灌溉水分利用效率（提高13.18%）。

与其他生育期水分亏缺相比，薯块形成期适度亏水促进了马铃薯生长发育，改善了马铃薯品质，从而显著提高了马铃薯营养价值、产量和水分利用效率。因此，对于河西走廊农业灌区而言，马铃薯薯块形成期是进行亏缺灌溉的最佳时期。