亏缺灌溉对马铃薯生长产量及水分利用的影响

曹正鹏，刘玉汇，张小静，沈宝云，秦舒浩，刘 震，王 丽，李朝周，张俊莲



亏缺灌溉对马铃薯生长产量及水分利用的影响

曹正鹏1，刘玉汇1，张小静2，沈宝云3，秦舒浩1，刘 震1，王 丽4，李朝周4，张俊莲1※

（1. 甘肃省作物遗传改良与种质创新重点实验室/甘肃农业大学园艺学院，兰州 730070；2. 定西市农业科学研究院，定西 743000；3. 甘肃条山农林科学研究所，景泰 730400；4. 甘肃农业大学生命科学技术学院，兰州 730070）

为了解析马铃薯不同品种对水分亏缺的响应，探讨不同品种对水分需求量的差异，该研究在大田遮雨棚滴灌下，以马铃薯品种‘青薯9号’和‘大西洋’为材料，参考西北区和本试验区的年平均降雨量，设置5个水分处理，将参考试验区年平均降雨量的值划分为正常灌水（A），逐级调亏灌水量的值划分为轻度（B）、中度（C）、重度（D）和特重度（E）亏缺灌水处理，研究灌水量对不同品种马铃薯植株生长（株高、茎粗、叶面积）、生物量与分配、叶片相对含水量、产量与构成因素、水分利用的影响。结果表明：正常灌水下，‘青薯9号’株高增长速度大于‘大西洋’，且测定期内持续增高，但‘大西洋’叶面积快速扩增期的扩增速度大于‘青薯9号’；2个品种各器官干质量变化趋势不一致，‘大西洋’各器官干质量呈增长趋势，‘青薯9号’茎叶和根干质量呈前期增长后期下降、块茎干质量呈显著增加趋势（<0.05），且‘青薯9号’块茎生物量分配比例最高值为57.96%，仅是‘大西洋’最高值的67.43%；2个品种叶片相对含水量均呈先升高后降低的变化趋势；‘大西洋’单株结薯数、单株产量、公顷产量、商品薯率高于或显著高于亏缺灌溉（<0.05），‘青薯9号’仅商品薯率和大薯率高于或显著高于亏缺灌溉（<0.05），其他指标则显著低于轻度亏缺灌溉（<0.05），水分利用效率和灌水效率分别为152.62 kg/(hm2·mm)和130.70%。亏缺灌溉下，随水分亏缺度加重，‘大西洋’株高、茎粗和叶面积扩增的抑制大于‘青薯9号’，2个品种叶片相对含水量降低、生物量积累的增速和绝对值降低、产量和大薯率显著下降（<0.05），且‘青薯9号’上述指标的降幅小于‘大西洋’，其中轻度亏缺灌溉下，‘青薯9号’单株结薯数和公顷产量具有补偿效应，较正常灌水分别增加22.79%和11.71%，水分利用效率提高41.48%、灌水效率提高60.05%，抗旱系数为1.12。因此，‘青薯9号’轻度亏缺灌溉，可控制其地上部旺盛生长，利于块茎形成和膨大，‘大西洋’应保证充足水分供给，不宜亏缺灌溉。

灌溉；作物；亏缺灌溉；水分利用；马铃薯；生长；产量

0 引 言

甘肃省是中国马铃薯重要产区，常年种植面积大于66.7万hm2，面积和总产均位居全国前列。甘肃省马铃薯的主产区是安定区，其为典型的半干旱偏旱区，降雨少且时空分配不均，年内降雨主要集中在7－9月份[1-2]，植株生长期常常降雨不足，使得该区马铃薯植株的生长和产量受到影响。亏缺灌溉是基于作物生理特性的灌溉模式，在不完全满足作物需水的基础上而保持产量不减少甚至增产，可充分挖掘作物对水分高效利用的潜力[3]。马铃薯（L.）根群主要分布在30 cm以内的土层中，属浅根系作物，其对土壤水分的吸收利用率较低，被认为是水分敏感型作物[4-6]。亏缺灌溉对马铃薯生育期内的土壤水分时空分布和需耗水规律影响显著[4]，且在提高薯块产量和改善块茎品质上有着较为明显的作用[5]。

已有的研究表明，马铃薯匍匐茎和块茎形成期对水分的亏缺最敏感，缺水会导致产量的显著降低[7-9]，如块茎形成初期，充分灌水可增加马铃薯单株块茎数量[8]，块茎形成初期后灌溉，则有利于块茎膨大[9]；但如果整个生育期控制水分供应，产量会显著降低，如马铃薯生育期降低总灌水量（815～843 mm）的14%～20%，品种‘Ranger Russet’和‘Umatilla Russet’的产量则降低7%～28%[10]。也有学者认为，马铃薯在块茎膨大期和成熟期，对水分亏缺最敏感[11-12]，如在638.3 mm总灌水量下，块茎膨大期和成熟期分别停灌2周，品种‘Agria’的产量则降低12%和42%[12]。研究者利用滴灌[12-13]、膜下滴灌[14-15]、漫灌[1-2,16]、喷灌[5,10]、自然降雨[17]等方式在不同生态条件下进行了马铃薯不同品种适宜水分需求的研究，由于生态条件、种植季节、栽培模式、品种类型等不同，研究结论也不尽相同，且上述研究均是基于自然降雨的大田环境，而降雨对水分试验研究的影响非常大[7]，须加以考虑。为了准确测定马铃薯不同品种的水分需求量，建立完全避开自然降雨的遮雨棚大田精准滴灌环境就显得十分重要。本研究利用中国大面积栽培的鲜食菜用型品种‘青薯9号’和薯片加工型品种‘大西洋’，基于遮雨棚滴灌条件下进行不同灌溉量的精准亏缺灌溉，试图解析马铃薯不同品种植株生长和产量对水分亏缺的响应，探究根际土壤水分的变化及水分利用效率和灌水效率，为该地区马铃薯高效生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验地海拔1 900 m，年平均气温6.4 ℃，年均降水量415 mm，年蒸发量1 531 mm，干燥度2.53，为典型的半干旱雨养农业区；该区土壤类型为黄绵土，土层深厚，肥力均匀中等，土壤pH值7.97[1-2]。播种前试验地土壤含水量为18.34%，土壤养分：有机质12.1 mg/kg，碱解氮19.8 mg/kg，速效磷34.8 mg/kg，速效钾213.9 mg/kg。

1.2 试验设计

试验于2017年4－10月在定西市农业科学研究院的遮雨棚中进行，供试品种‘青薯9号’和‘大西洋’，种薯为微型薯（5～10 g/粒）。4月17日播种，9月30日统一收获。播种后第15和29天各处理均分别滴水35.6 mm，第51天开始水分胁迫。为了使试验结果在西北区广泛应用，本试验设置的水分梯度以西北区年平均降雨量[18]和当地年降雨量[1-2]为参考值，设置5个水分处理（表1），干旱程度的划分参考文献[19]。每个处理种4行，每行10株，共40株，株距0.24 m，行距0.80 m，处理间株距1.0 m，公顷产量折算为52 050株，3次重复、随机排列。试验地所用滴灌采用以色列耐特菲姆公司滴灌系统，该系统包括蓄水池（长×宽×高=6.0 m×2.0 m× 2.5 m）、首部枢纽（含卧式离心泵、水泵控制变频柜、过滤器叠加网滤）、输水管道（一级主管采用给水TS管63.00 mm×1.00 MPa，二级主管采用给水TS管32.00 mm× 1.25 MPa，支管采用给水TS管25.00 mm×1.60 MPa）、滴灌管网（滴管带内径16.00 mm，滴头间距300.00 mm，滴头流量1.60 L/h，工作水头6.00 m）4部分。灌水时间由农业机械控制检测自动化系统及小区支管电磁阀控制，灌水时间由（1）式确定。

=×/×（1）

式中为灌水时间，h；为灌水量，mm；为小区面积，m2；为滴头流量（1.60 L/h），为滴头个数。

试验地肥料均在整地时一次性施入，施肥量为：N 180 kg/hm2、P2O5150 kg/hm2、K2O 120 kg/hm2，其他管理与当地大田管理一致。

表1 马铃薯生育期内不同水分处理的滴灌时期和滴灌量

1.3 测定项目与方法

1.3.1 植株生长指标测定

播种后第56天（6月12日）开始取样测定，以后每隔约16天左右取样1次，全生育期植株高度和茎粗取样5次，其他指标取样3次。取样时，选小区具有代表性的植株10株，定株测量其株高和茎粗；每株选取主茎顶枝向下数第3片叶，利用画纸称质量法定叶测定叶面积[20]，并计算其扩增速度，扩增速度由（2）式确定。

叶面积扩增速度=（后一次测定的叶面积－前一次测定的叶面积）/前一次测定的叶面积×100% （2）

每小区挖取具有代表性植株3株，室内分茎叶、根、块茎称量鲜质量，各器官分别于105 ℃下杀青0.5 h，再于80 ℃下烘干至恒质量后称量干质量[13]。

1.3.2 植株叶片相对含水量测定

随机选取小区植株10株，取主茎顶枝生长点向下数第3片完全展开的叶片称鲜质量，然后放入蒸馏水中浸泡8 h，取出并拭去叶片上水分，称取饱和鲜质量，最后放入烘箱105 ℃下杀青0.5 h、80 ℃下烘干至恒质量后称量干质量，计算叶片相对含水量[6,21]。叶片相对含水量（relative water content, RWC）由（3）式确定。

1.3.3 根区土壤储水量、生育期耗水量、水分利用效率、灌水效率测定

采用烘干法测定，测定时每个小区选取株距中心位置处土点2个，取土深度分3个层次，即0～20、>20～40、>40～60 cm，土样立即装入铝盒后称质量，110 ℃烘干至恒质量，分别计算根区土壤储水量、生育期耗水量、水分利用效率（water use efficiency, WUE）和灌水效率（irrigation efficiency, IE），上述指标分别由式（4）、（5）、（6）和（7）确定。

生育期耗水量（mm）=播前土壤含水量+滴灌量－收获后土壤含水量 （5）

WUE=块茎产量/生育期耗水量 （6）

IE=Δ/Δ（7）

式中为块茎产量（kg/hm2），Δ为灌水增量（mm）（相对于71.20 mm最低灌水处理），Δ为灌水增量对应的增产量（kg/hm2）[1,22]。

1.3.4 块茎产量与构成因素、抗旱系数测定

收获时按小区单收计产，每处理取10株统计结薯情况及产量构成因素，其中大中小薯率参考文献[12]和文献[23]、并参考销售市场块茎大小的价格，确定250 g以上计大薯、50～250 g计中薯、50 g以下计小薯，商品薯为大薯和中薯；抗旱系数是水分胁迫下产量与正常灌水条件下产量的比值[24]。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2010软件计算平均值和标准误（±SE），SPSS 17.0统计软件进行显著性检测。

2 结果与分析

2.1 亏缺灌溉对马铃薯植株高度和茎粗的影响

表2是不同灌水量下，2个品种不同生长期株高的变化。由表2可知A处理下，‘大西洋’植株前期生长较快，播后第71天的株高较第56天增长337.43%，随后增长缓慢，播后第103天株高最高（45.59 cm），但较播后第71天仅增长了36.42%，播后第120天，株高略有下降，较播后第103天下降7.68%。‘青薯9号’植株生长与‘大西洋’不同，表现为株高持续快速增长，播后第71天较第56天增长365.17 %，播后第103天又较第71天增长235.58 %，且播后第120天株高最高（103.87 cm），较播后第103天增高10.90%。表明水分充足下，‘青薯9号’地上部生长速度大于‘大西洋’，且测定期内株高持续增加。

从表2中还可看出，E和D处理下，2个品种株高增长被明显抑制，如播后第103天，E处理下，‘大西洋’和‘青薯9号’的株高较A处理分别降低98.39%和70.79%，较D处理分别降低49.43%和24.12%，处理间差异显著（<0.05），说明71.20和142.40 mm的水分供应量，对‘大西洋’株高生长的抑制大于‘青薯9号’。播后第65天后降低灌水量的B和C处理，2个品种株高的增长随灌溉量的降低差异不显著（＞0.05）。

表2 亏缺灌溉对马铃薯植株高度的影响

注：同列数据后不同字母表示处理间差异达5%显著水平，下同。

Note: Different lowercase letters in the same column mean significant differences at 5% level, the same below.

表3表明，‘大西洋’各处理的茎粗仅在播后第71天小幅增加，生长中后期增幅不明显，且播后第103和120天D和E处理的茎粗较播后第87天甚至下降。‘青薯9号’各处理的茎粗持续增加，至播后第103和第120天，A～C处理与D和E处理间差异显著（＜0.05）。

表3 亏缺灌溉对马铃薯植株茎粗的影响

2.2 亏缺灌溉对马铃薯植株叶面积及其扩增速度的影响

由表4可知，播后第56天，‘大西洋’和‘青薯9号’主茎顶枝向下数第3片叶的叶面积分别为16.04～17.97 cm2和10.45～11.88 cm2，处理间差异不显著（>0.05）；播后第71天，2个品种叶面积扩增迅速，较播后第56天分别增大了99.76%～183.73%（大西洋）、95.62%～175.75%（青薯9号）；播后第87天，2个品种叶面积扩增速度下降，‘大西洋’和‘青薯9号’分别较播后第71天仅增大了3.50%～18.41%和4.22%～25.65%。

表4 亏缺灌溉对马铃薯植株单叶叶面积的影响

比较A处理下播后第71天2个品种叶面积，并分析其相较播后第56天的扩增速度，发现‘大西洋’叶面积是‘青薯9号’的1.72倍，扩增速度是‘青薯9号’的1.29倍，故‘大西洋’单叶叶面积大于‘青薯9号’；在播后第71天，‘大西洋’的D和E处理的叶面积相较于其他处理间差异显著（<0.05），叶面积扩增受到明显抑制，而‘青薯9号’E处理的叶面积扩增受阻程度最大，并与其他处理间差异显著（<0.05）。播后第87天，除E处理外，‘青薯9号’各处理间未表现出显著性差异（>0.05），‘大西洋’处理间存在显著性差异（<0.05），表明‘大西洋’叶面积的扩增对水分的敏感性大于‘青薯9号’。

2.3 亏缺灌溉对马铃薯植株生物量及其分配的影响

由表5可知，与播后第56天比较，播后第87天时的A处理，‘大西洋’各器官干质量均呈增长趋势，其中块茎增长量迅速，其较播后第56天增加了1 596.05%；播后第120天，上述器官干质量继续增加，较播后第87天分别增加3.36%（茎叶）、32.81%（根）、25.25%（块茎）。‘青薯9号’各器官变化趋势与‘大西洋’不同，除块茎干质量持续增加外，茎叶和根干质量在播后第120天较播后第87天降低，降幅为1.28%（茎叶）和29.34%（根）；比较A处理下，2个品种播后第120天全株干质量后发现，‘青薯9号’是‘大西洋’的1.49倍，表明‘青薯9号’的生物量高于‘大西洋’。B处理下，2个品种茎叶和根干质量均在播后第87天达峰值，但至播后第120天，块茎干质量的积累量较A处理显著下降（＞0.05），‘大西洋’和‘青薯9号’降幅分别达53.64%、30.66%。C处理下，2个品种各器官干质量积累规律出现差异，‘大西洋’各器官干质量变化与B处理相同，‘青薯9号’各器官干质量均呈增加趋势。D和E处理下，2个品种各器官干质量积累较A处理均大幅降低，且‘青薯9号’降幅小于‘大西洋’，其中播后第120天，E处理下的‘大西洋’甚至出现块茎干质量低于播后第87天块茎干质量的现象。

比较播后第120天各处理下2个品种块茎干质量分配比例后发现，‘大西洋’块茎有高比例的干质量分配比例（76.01%～87.36%），此时‘青薯9号’的分配比例为40.60%～60.51%，仅是‘大西洋’干质量分配比例的53.41%～69.27%，且A处理下，‘大西洋’块茎干质量分配比例为85.96%，‘青薯9号’为57.96 %，其仅是‘大西洋’分配比例的67.43 %，表明播后第120天，‘青薯9号’的干物质还有许多未从茎叶回流至块茎。

表5 亏缺灌溉对马铃薯植株生物量积累及其分配的影响

Table 5 Effects of deficit irrigation on biomass accumulation and distribution of potato plant

品种Cultivar处理Treatment部位tissue播种后天数Days after sowing/d 5687120 干质量Dry matter/(g×plant-1)分配比例Distribution proportion/%干质量Dry matter/(g×plant-1)分配比例Distribution proportion/%干质量Dry matter/(g×plant-1)分配比例Distribution proportion/% 大西洋AtlanticA茎叶31.04±1.30a66.4138.37±0.87a14.9739.66±0.36a12.68 根3.04±0.07a6.503.20±0.43a1.254.25±0.06a1.36 块茎12.66±0.61a27.09214.72±0.62a83.78268.94±0.92a85.96 全株46.74±1.47a100.00256.29±1.86a100.00312.85±0.78a100.00 B茎叶20.36±0.94b78.6825.19±1.02c17.5717.31±0.23b12.13 根1.06±0.05d4.091.50±0.12bc1.050.73±0.06d0.51 块茎4.46±0.25c17.23116.68±1.49b81.38124.69±0.87b87.36 全株25.88±0.74d100.00143.37±1.22b100.00142.73±1.08b100.00 C茎叶29.35±0.70a71.1933.43±0.44b22.5318.93±0.28b13.60 根2.24±0.04c5.442.12±0.09b1.430.90±0.04c0.65 块茎9.64±0.23b23.37112.83±1.83b76.04119.36±1.66b85.75 全株41.23±0.60b100.00148.38±1.67b100.00139.19±1.54b100.00 D茎叶17.55±0.71c51.3613.67±0.29d20.8917.72±0.43b14.35 根2.72±0.18b7.951.17±0.15c1.791.19±0.03b0.96 块茎13.90±0.22a40.6950.60±1.41c77.32104.60±1.62c84.69 全株34.17±0.59c100.0065.44±1.58c100.00123.51±1.63c100.00 E茎叶10.42±0.21d53.1111.40±0.81d15.7513.64±0.26c22.66 根0.92±0.06d4.691.83±0.10bc2.530.80±0.05cd1.33 块茎8.28±0.36b42.2059.16±0.86c81.7245.74±1.69d76.01 全株19.62±0.19e100.0072.39±1.09c100.0060.18±1.39d100.00

续表

品种Cultivar处理Treatment部位tissue播种后天数Days after sowing/d 5687120 干质量Dry matter/(g×plant-1)分配比例Distribution proportion/%干质量Dry matter/(g×plant-1)分配比例Distribution proportion/%干质量Dry matter/(g×plant-1)分配比例Distribution proportion/% 青薯9号Qingshu 9A茎叶28.20±0.45c86.08191.61±1.62a63.66189.16±0.88a40.60 根2.05±0.07b6.269.51±0.22a3.166.72±0.26c1.44 块茎2.51±0.28c7.6699.89±2.02a33.18270.08±1.51a57.96 全株32.76±0.31b100.00301.01±2.30a100.00465.96±0.80a100.00 B茎叶40.67±0.33a85.66144.22±1.49b56.39117.10±0.59d37.84 根2.73±0.17ab5.749.32±0.92a3.645.13±0.23d1.66 块茎4.08±0.10b8.60102.21±2.04a39.97187.27±1.41b60.51 全株47.48±0.46a100.00255.75±2.84b100.00309.50±0.78c100.00 C茎叶35.44±0.58b81.40153.60±0.90b64.64169.72±0.86b48.54 根2.42±0.23b5.578.77±0.18a3.699.86±0.32b2.82 块茎5.67±0.12a13.0375.26±1.85b31.67170.05±1.18b48.64 全株43.53±0.42a100.00237.63±1.77b100.00349.63±2.16b100.00 D茎叶34.26±0.56b89.5278.99±1.30c56.40132.81±0.92c40.77 根3.21±0.28a8.387.69±0.22b5.4910.58±0.04a3.25 块茎0.81±0.10d2.1153.37±0.65c38.11182.33±1.74b55.98 全株38.28±0.26b100.00140.05±1.10c100.00325.72±1.22b100.00 E茎叶14.18±0.56d79.2237.28±0.74d80.2884.33±0.95e53.67 根2.63±0.19ab14.695.30±0.30c11.419.01±0.07b5.73 块茎1.09±0.06d6.093.86±0.06d8.3163.80±1.24c40.60 全株17.90±0.65c100.0046.44±0.54d100.00157.14±0.80d100.00

注：相同器官下不同处理间的不同字母表示处理间差异达5%显著水平。

Note: Significant differences (<0.05) of same organ under different treatments are shown by different lowercase letters.

2.4 亏缺灌溉对马铃薯植株叶片相对含水量的影响

表6表明，2个品种叶片相对含水量的变化趋势随灌水量不同而异。A处理下，‘大西洋’叶片相对含水量的变化趋势为先升高后降低，播后第71天达峰值，并与其他处理差异显著（＜0.05）；B至E处理的叶片相对含水量随处理时间延长呈下降趋势，至播后第87天，各处理较播后第71天降低2.52%～12.09%，且E处理值最低。

表6 亏缺灌溉对马铃薯植株叶片相对含水量的影响

‘青薯9号’5个处理的叶片相对含水量的变化趋势与A处理下的‘大西洋’表现一样，均在播后第71天达峰值，且处理A～C与D和E间差异显著（＜0.05）；播后第87天，D和E处理的叶片相对含水量值最低，分别较播后第71天下降10.88%和8.79%。分析播后第87天2个品种水分亏缺处理较A处理的降幅，发现‘青薯9号’的降幅（3.10%～15.78%）小于‘大西洋’（7.52%～19.06%），表明‘大西洋’叶片相对含水量更易受到土壤储水量的影响。

2.5 亏缺灌溉对马铃薯产量及其构成因素的影响

表7表明，A处理下，‘大西洋’单株产量、公顷产量和大薯率与亏缺灌溉处理差异显著（<0.05），此条件下，‘青薯9号’且仅大薯率显著高于亏缺灌溉（P<0.05），但其公顷产量较‘大西洋’高92.49%。2个品种B处理的单株产量、公顷产量和大薯率均显著高于C处理（<0.05），其中‘青薯9号’B处理的单株结薯数、单株产量和公顷产量显著高于A处理（<0.05），单株结薯数和公顷产量较A处理分别增加了22.79%和11.71%，抗旱系数为1.12，且B和C处理下，‘青薯9号’公顷产量较‘大西洋’B和C处理的公顷产量分别高2.26和1.96倍；D处理下，2个品种单株结薯数、单株产量和公顷产量较A～C处理降低，其中公顷产量较A处理分别下降65.26%（大西洋）和67.32%（青薯9号），小薯率高且与A~C处理相比差异显著（<0.05）。E处理下，2个品种的单株结薯数和公顷产量较A～C处理继续下降，‘大西洋’和‘青薯9号’公顷产量较A处理分别下降78.40%和71.95%，小薯率最高，抗旱系数最低，商品薯率也最低。

2.6 亏缺灌溉对马铃薯根区土壤水分含量及水分利用的影响

由于‘青薯9号’生长期较长，土壤水分变化比较明显，故以‘青薯9号’为例，研究亏缺灌溉对土壤水分含量的影响。由表8看出，A处理下，‘青薯9号’试验田>40～60 cm根区土层含水量最低，表明滴灌至马铃薯根区土壤的水分被更多地留存在根群所在土层（0～40 cm），用于植株生长发育所需，使得该处理生育期耗水量最大（466.08 mm）。B和C处理下，根区各土层储水量均低于A处理，加之>40～60 cm土层含水量也处于低量，使得B和C处理生育期耗水量较A处理分别下降21.04%和43.25%，水分利用效率较A处理提高41.48%和32.39%，灌水效率提高60.05%和43.70%。D和E处理下，不同根区土层的储水量随生育期进程推进持续下降，且E处理储水量最低，其0～60 cm根区土层储水量较D处理下降3.98%～12.45%、较A处理下降11.79%～24.80%，故E处理生育期耗水量最低。分析不同处理的水分利用效率和灌水效率后发现，随灌水量的下降，水分利用效率呈先升高后降低再升高的变化趋势，灌水效率则呈先升高后降低的变化趋势。

表7 亏缺灌溉对马铃薯产量及其构成因素的影响

表8 亏缺灌溉对马铃薯田根区土壤储水量、生育期耗水量及水分利用的影响（青薯9号）

3 讨 论

植株遭受水分亏缺后，其地上部的表现最为直观，也最易被观察到，如株高抑制、叶面积下降、冠层面积降低等，即细胞扩张生长是植物受水分状况影响最敏感的生理过程之一[25]，且干旱对叶片大小的影响决定于叶片的扩展速率而非扩展的时间[26]。李燕山等[14]在自然降雨的冬作季节，通过5个水分处理（灌水量为135.4、165.7、194.9、225.3、359.8 mm）的膜下滴灌试验，发现品种‘会-2号’的株高前期增长较迅速，此后略有降低；秦军红等[13]在自然降雨且总灌水量为120 mm条件下，通过3种不同灌溉周期（灌溉周期为4、8、12 d）试验，发现随生育期推进，3个滴灌频次处理下的‘克新1号’品种株高均呈上升趋势，且叶面积指数均呈单峰曲线变化，峰值出现在出苗后第64天；Kesiime 等[27]认为，盆栽下，在田间最大持水量的25%条件下，株高由86.90 cm降低为85.00 cm，叶面积减少5.10%，且不同品系株高和叶面积下降幅度不同，降幅最大的是393 077.159 品系（株高下降19.70%）和Uganda11 品系（叶面积下降23.00%）。本研究基本支持上述研究者的观点，即不同灌水量下，随生育期推进，2个品种的株高和叶面积均呈上升趋势，其中‘青薯9号’株高的增速大于‘大西洋’，且测定期内株高持续增加，‘大西洋’叶面积快速扩增期的扩增速度高于‘青薯9号’，故其单叶叶面积大于‘青薯9号’，但随灌水量降低，2个品种株高和叶面积的增速下降，而‘青薯9号’的降幅小于‘大西洋’。说明本试验所用‘青薯9号’品种的地上部生长旺盛，其在本试验立地环境下生育期达150 d时（9月17日），植株叶色仍呈绿色，加之该品种在轻度亏缺灌溉下，株高和叶面积的扩增未受显著抑制，且播后第71、87、103天的株高还高于正常灌水处理，表明‘青薯9号’具有很好抗旱性，其抗旱性优于‘大西洋’。本研究还发现，‘青薯9号’不同处理下的茎粗随生育期进程的推进均持续增粗，这与侯贤清等[17]的研究结论不同，他们认为‘青薯9号’块茎形成期茎粗达最高值，中后期逐渐降低，应该是不同的试验立地环境所致。他们的试验为自然降雨条件下的密度试验，试验年的平均降雨量为338.3 mm（2015年）和246.8 mm（2016年），该雨量较当地多年平均降雨量分别低了7.5%和32.5%，加之降雨分配不均，特别是2016年开花期的降雨为无有效降雨补充（阶段降雨量仅4.2 mm），导致开花期土壤贮水量降幅较大，说明该试验地的土壤水分供应量不仅严重不足，且分配不均，无法满足具有旺盛生长力品种‘青薯9号’对水分的大量需求。与本试验密度基本相同下（52 500株/hm2），‘青薯9号’株高和茎粗最高值均出现在块茎形成期，但株高仅为70.1 cm（2015年）和54.5 cm（2016年），过少的绿叶面积导致较低的产量，故试验年的产量分别仅为27 787.5 kg/hm2（2015年）和15 705.4 kg/hm2（2016年）。由此可见，该试验出现株高和主茎粗度在块茎形成期后降低是水分供应不足，且不均衡所致，并非品种特性。

马铃薯块茎产量是以干物质积累为基础，干物质积累量及其在各器官的分配直接影响块茎的产量[13]。贾立国等[28]认为，块茎形成期土壤相对含水量为75%时，干物质积累最多，60%次之，45%最少；秦军红等[13]认为在总灌水量（120 mm）一致情况下，适宜频次的滴灌（8 d滴1次，每次滴灌量20 mm），植株各器官和总干物质积累量均最优（除出苗后第64天时的积累量）。本研究结论与上述作者基本一致，即正常灌水较不同程度亏缺灌溉的干物质积累量多，但随灌水量的下降，各器官干质量积累值呈显著下降趋势，且‘青薯9号’的降幅小于‘大西洋’。本研究还发现，当水分呈特严重亏缺状态下，播后第120天，‘大西洋’块茎干质量低于播后第87天的干质量，表明为了抵抗严重的水分亏缺，植株地上部和地下部均在争夺水分，从而消耗贮存在块茎中的干质量，以维持其生命活动。比较播后第120天时各处理块茎干质量分配比例后还发现，，‘青薯9号’干质量分配比例仅是‘大西洋’的53.41%～69.27%，表明此时‘青薯9号’的干物质还有许多未从茎叶回流至块茎，从这个角度也可确定‘青薯9号’的熟期迟于‘大西洋’，故应尽量延长‘青薯9号’生长时间，确保块茎获得高的干物质积累。

叶片失水是植株遇到干旱最直观的反应，叶片相对含水量是指示叶片保水力常用的指标，其反映了水分供给叶组织和转运率的平衡状态[6,29]。Soltys-Kalina 等[6]利用叶片相对含水量指标评价了18个马铃薯品种，认为水分胁迫下叶片相对含水量降低最少的品种，是优良抗旱品种；刘素军等[30]认为，马铃薯叶片相对含水量随胁迫时间延长呈逐渐降低的变化趋势，土壤含水率越低，其值下降幅度越大。本研究与上述作者研究结论一致，即亏缺灌溉下的叶片相对含水量较正常灌水均下降，并随处理时间延长，下降幅度增加，且‘青薯9号’的降幅小于‘大西洋’，表明‘青薯9号’的抗旱性优于‘大西洋’。

干旱时无法及时补水或补充水分太少，马铃薯遭受水分胁迫不能正常生长发育，最终导致显著减产[4-16]。Alva 等[10]认为，整个生育期灌水量下降14%～20%，马铃薯可减产7%～28%；Karam 等[12]认为，薯块膨大期（播后第75天开始）停止灌溉2周，可减产12%，块茎成熟期（播后第90天开始）停止灌溉2周，减产则达42%，因此，块茎成熟期对水分的亏缺更敏感；李燕山等[14]认为，膜下滴灌条件下，不同灌水量下马铃薯水分利用效率随灌水量增加呈降低趋势，产量和耗水量随灌水量增加而增加；薛道信等[15]认为，块茎形成期轻度水分亏缺（0～60 cm土层土壤相对含水量为55%～65%），尽管产量略有下降，但其水分利用效率、灌水利用效率与收获指数均最优，水分亏缺影响马铃薯各生育阶段耗水量，且亏缺程度越大，生育阶段消耗的水量减少越明显。本研究支持薛道信等的观点，即高的灌水效率（130.70%～209.18%）下，‘青薯9号’可获得高的产量（53 438～79 463 kg/hm2），且轻度亏缺灌溉还具补偿作用，即单株结薯数和公顷产量最高，其较正常灌水分别增加22.79%和11.71%，水分利用效率提高1.41倍、灌水效率提高1.60倍、抗旱系数为1.12，这与Alva 等[10，12]]的研究结论不同。Alva 等[10]认为整个生育期815～843 mm的总灌水量降低14%～20%，品种‘Ranger Russet’和‘Umatilla Russet’产量就减少7%～28%；Karam 等[12]认为整个生育期638.3 mm的总灌水量，在块茎膨大期和成熟期分别停灌2周，品种‘Agria’产量就减少12%和42%，究其原因是因为他们研究时使用的品种对水分十分敏感且需水量很大所致，本研究使用的品种‘大西洋’也存在随灌水量下降，产量和大薯率显著下降情况，说明需水量大的此类品种生育期间应保证充足水分供给，不宜亏缺灌溉。本研究还发现，水分利用效率随灌水量的下降呈先升高后降低再升高的变化趋势，与樊廷录等[22]以玉米为试验材料所获得的研究结论是一致的，但与李燕山等[14]结论（水分利用效率随灌水量增加呈降低趋势）不同，其原因可能是，文献[14]与本文的试验种植季节、栽培模式、品种类型和自然降雨环境不同。此外，随着干旱程度加剧，根层土壤储水量持续下降，加之>40～60 cm根区土壤储水量最低，十分有限的滴灌水分被保留在根群分布土层，被植株吸收利用，确保其获得一定产量，故从此角度来看，马铃薯又可被称为抗旱植物。

4 结 论

本研究在大田遮雨棚滴灌下，利用不同灌水量（正常灌水，轻度、中度、重度和特重度亏缺灌水）对2个马铃薯品种（‘青薯9号’和‘大西洋’）的生长、叶片相对含水量、生物量与分配、产量与构成因素、水分利用进行了研究，获得的主要结论如下：

1）正常灌水下，‘青薯9号’株高增速大于‘大西洋’，且测定期内持续增加，但‘大西洋’叶面积快速扩增期的扩增速度高于‘青薯9号’，故其单叶叶面积大于‘青薯9号’；2个品种的株高增速、叶面积快速扩增期的扩增速度、叶片相对含水量均随灌水量的下降而降低，但‘青薯9号’降幅小于‘大西洋’。

2）正常灌水下植株各器官干质量积累量最多，随灌水量下降，各器官干质量积累呈下降趋势，但‘青薯9号’降幅小于‘大西洋’；特重度缺水处理下，播后第120天的‘大西洋’块茎干质量低于播后第87天的干质量，此时各处理下‘大西洋’块茎干质量分配比例为76.01%～87.36% ，‘青薯9号’仅为40.60%～60.51%。

3）随灌水量下降，灌水效率呈先升高后降低趋势，高的灌水效率（130.70%～209.18%）下，‘青薯9号’可获得高的产量（53 438～79 463 kg/hm2），且轻度亏缺灌溉具补偿效应，即较正常灌水增产11.71%、水分利用效率提高1.41倍、灌水效率提高1.60倍、抗旱系数为1.12，‘大西洋’与之不同，其随灌水量下降，产量和大薯率显著下降，无补偿效应。

综上所述，‘青薯9号’抗旱性优于‘大西洋’，其适宜轻度亏缺灌溉，‘大西洋’则应充足灌水，不宜亏缺灌溉。

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Effects of deficit irrigation on growth, yield and water use of potato plants

Cao Zhengpeng1, Liu Yuhui1, Zhang Xiaojing2, Shen Baoyun3, Qin Shuhao1, Liu Zhen1, Wang Li4, Li Chaozhou4, Zhang Junlian1※

(1. Gansu Key Laboratory of Crop Genetic and Germplasm Enhancement/College of Horticulture of Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, China; 2. Dingxi Academy of Agricultural Sciences, Dingxi, 743000, China; 3. Gansu Tiaoshan Institute ofAgricultural and Forestry Sciences, Jingtai 730400, China; 4. College of Life Sciences and Technology, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, China)

In order to analyze the response of potato varities to water decifit and investigate the differences of potato varities in water demand,the potato varieties ‘Qingshu 9’ and ‘Atlantic’ were treated under five water treatments by referring to the annual average rainfall in the northwest and the experimental area, which was normal irrigation (A) according to the annual average rainfall in the experimental area, and mild (B), moderate (C), severe (D) and extremely severe (E) by level-adjusting deficit irrigation to study the effects of irrigation amounts on plant growth (plant height, stem diameter, leaf area), biomass and its distribution in organs, leaf relative water content, yield and its component, and water use under drip irrigation condition with rainproof shelter in field. The results showed that compared with deficit irrigation, plant height growth rate and leaf area expansion rate of the two varieties under normal irrigation condition were faster . The growth rate of ‘Qingshu 9’ was higher than that of ‘Atlantic’, and it continued to increase during measuring period , whereas the leaf area of 'Atlantic' is 1.72 times larger than that of ‘Qingshu 9’ on the 71stday after sowing, so its single leaf area is larger than ‘Qingshu 9’. During the measured period, the changing trends of organ dry matter of two varieties were not consistent under normal irrigation, the dry matter of all organs of 'Atlantic' increased, whereas the dry matter of stems, leaves and root of ‘Qingshu 9’ increased in the early period and decreased in the late period, the tuber dry matter increased significantly (<0.05), the distribution ratio of tuber biomass of ‘Qingshu 9’ was 57.96%, of which, the 'Atlantic' was 85.96% on the 120thday after sowing, indicated that there was still dry matter maintained in stems and leaves rather than in tubers of ‘Qingshu 9’ at this period, which implies its maturity was later than ‘Atlantic’. The trend of leaf relative water content of two varieties was increased and then decreased under normal irrigation. The number of tuber and yield per plant, yield per hectare, the rate of large tuber of ‘Atlantic’ were significantly higher (<0.05) under normal irrigation compared with deficit irrigation, while the large tuber rate of ‘Qingshu 9’ were significantly higher (<0.05), and the number of tuber and yield per plant, yield per hectare were significantly lower (<0.05) under normal irrigation compared with mild irrigation, the yield is 92.49% higher than that of 'Atlantic', its water use efficiency (WUE) and irrigation efficiency (IE) are 152.62 kg/(hm2·mm) and 130.70% respectively. With the increase of water deficit, the inhibition of plant height, stem diameter and leaf area expansion of ‘Atlantic’ was greater than that of ‘Qingshu 9’, decrease of leaf relative water content of ‘Qingshu 9’ was less than that of ‘Atlantic’. The accumulation rate and absolute value of biomass of two varieties were reduced, resulting in the yield and large tuber rate were significantly decreased (<0.05), of which the decreasing range of ‘Qingshu 9’ was smaller than that of ‘Atlantic’, under extremely severe deficit irrigation, the dry matter of 'Atlantic' at the 120thday after sowing was even lower than that at the 87thday after sowing. Under mild deficit irrigation, the number of tuber per plant and yield per hectare of ‘Qingshu 9’ showed compensatory effect, which were 22.79% and 11.71% higher than that under normal irrigation, WUE increased 41.48%, IE increased 60.05% and drought coefficient is 1.12. The results showed that ‘Qingshu 9’ is more resistant to drought than ‘Atlantic’, the exuberant aboveground growth of ‘Qingshu 9’ can be inhibited under mild deficit irrigation, which is conducive to tuber formation and expansion, on the contrary, ‘Atlantic’ should by supplied with sufficient water during the growth period.

irrigation; crops; deficit irrigation; water use; potato; growth; yield

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Cao Zhengpeng, Liu Yuhui, Zhang Xiaojing, Shen Baoyun, Qin Shuhao, Liu Zhen, Wang Li, Li Chaozhou, Zhang Junlian. Effects of deficit irrigation on growth, yield and water use of potato plants[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(4): 114－123. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.04.014 http://www.tcsae.org

2018-09-19

2019-02-10

国家马铃薯产业技术体系专项资金（CARS-09-P14）；国家自然科学基金（31760407）；甘肃农业大学“伏羲人才”基金（GAUFX-02Y04）联合资助。

曹正鹏，研究方向为蔬菜栽培生理。Email：1732023868@qq.com

张俊莲，教授，博士生导师，主要从事马铃薯栽培生理研究。Email：zhangjunlian77@163.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2019.04.014

S275.6; S532

A

1002-6819(2019)-04-0114-10