不同补灌方式对马铃薯农田蒸散及水分利用的影响

张永胜，陈志丕，董海霞

(定西市水利科学研究所，甘肃 定西 743000)

因光、雨、热资源与马铃薯块茎膨大期相吻合，耕地资源充裕肥沃且富含钾素等特有地理气候条件和土壤环境综合因素，定西市具有种植高淀粉型和优质商品型、脱毒种薯等不同类型马铃薯的天然条件[1- 2]。近年来，随着农业节水型社会的建设和发展，膜下滴管、沟灌等节水灌溉技术在马铃薯种植中得到了推广应用，但由于缺乏对马铃薯灌溉技术的系统研究，灌溉在马铃薯产业发展中的作用发挥还不够，特别是灌溉技术与种植方式不吻合，灌溉水量与马铃薯生育期需水关键期不符合等问题，造成了田间水利用率、水分利用效率低等问题[3- 5]。本研究针对以上问题，重点探讨膜下滴管、沟灌、畦灌等不同灌溉方式对农田耗水特征的影响，探讨不同灌溉方式对棵间蒸发和作物蒸腾的影响，旨在为定西市有限灌溉水资源高效利用和促进马铃薯产业进一步发展提供科学依据。

1 试验材料与方法

1.1 试验区状况

试验安排在定西市灌溉试验站西川试验基地，距定西市区2km，海拔1958m，属中温带干旱、半干旱区。年平均日照2500h，年均气温6.3℃，极端最高温34.3℃，极端最低气温零下27.1℃，无霜期141d，正常年降水量400mm左右，多集中在秋季，蒸发量高达1500mm。土壤以黄棉土为主，有机质含量在1%～1.5%。

1.2 灌水设施田间布置

试验设膜下滴灌、畦灌、垄作沟灌3个灌溉处理。畦灌采用小畦灌溉方式，畦块长10m，宽4m，行距0.4m×0.6m，株距0.3m；沟灌采用人工起垄，沟断面为三角形，上口宽0.4m，沟深0.2m，灌水沟长10m，垄宽0.6m，垄上种植2行马铃薯，行距0.4m×0.6m，株距0.3m；滴灌在播种前安装滴灌主管、支管、控制阀等设备，覆膜前每2行马铃薯中间铺设1根滴灌带，行距为0.4m×0.6m，株距0.3m。所有灌溉处理马铃薯种植密度为4500株/亩左右。

1.3 马铃薯生育期划分

试验用马铃薯材料为大西洋脱毒原种，该品种马铃薯有长势强、产量高、耐储藏运输、适宜西北干旱地区种植等特点。按照《灌溉试验规范》[6]，并结合当地作物实际生育进程，马铃薯生育期划分为：幼苗期、块茎形成期、块茎膨大期和淀粉积累期4个生育阶段。所有试验小区马铃薯于2018年5月15日点播，6月4日出苗率达到90%以上，进入幼苗期(19d)，6月23日进入块茎形成期(19d)，7月12日进入块茎膨大期(30d)，8月12日进入淀粉积累期(49d)，9月28日采收，整个生育期117d。

1.4 主要测试项目及方法

马铃薯耐旱性较强，在南方地区，马铃薯相对土壤含水率50%～60%已属充足供水，70%供水稍过量[5]。该试验基地地处干旱的西北黄土高原区，田间持水率0.24%。结合当地农业生产实践，相对土壤含水率60%～75%为充足供水。3种灌溉方式控制生育期内土壤含水量的下限水平，具体办法是每隔5d用土钻取样烘干法测定土壤水分，当土壤水分含量下降到控制下限时灌水。该试验基地土壤容重平均值1.5g/cm3，生育期内控制土壤水分含量的上限为18%、下限为14.4%。土壤湿润比：畦灌为1、沟灌为0.8、滴灌为0.6，计划湿润层深度：畦灌为1m、沟灌为1m、滴灌为0.6m，净灌水定额：畦灌为54mm、沟灌为37.5mm、滴灌19.5mm，见表1。

表1 土壤水分控制方案

2 结果与分析

2.1 不同灌溉方式对农田蒸散特征的影响

马铃薯农田蒸散在全生育期的变化，可通过日均耗水量在全生育期的变化来分析[7]。除畦灌在块茎形成期外，其他处理在整个生育期日耗水强度有相同的变化趋势，在苗期时最低，苗期到块茎膨大期时变大，淀粉积累期时又减小，这与马铃薯生长发育对水分的需求规律相吻合。畦灌在块茎形成期随着叶面积指数增大棵间蒸发量减小，并导致日耗水强度明显降低。2018年马铃薯生育期内农田蒸散畦灌最高，达283.71mm，较沟灌257.68mm高26.03mm，较滴灌122.38mm高161.33mm。在不同的生育期，滴灌处理日耗水强度为沟灌的1/2，为畦灌的1/3以下，具有显著的节水性，见表2、如图1所示。

表2 不同灌溉方式马铃薯各生育阶段农田蒸散特征

图1 不同灌溉方式马铃薯各生育阶段日耗水强度变化

2.2 不同灌溉方式对农田棵间蒸发的影响

Micro-lysimeter是测定土壤蒸发的一种有效方法[7- 9]。本试验棵间蒸发量用埋设在作物行间的小型蒸发器(Micro-lysimeter)采用换土称重法测定。灌水日当天的棵间蒸发量参照灌后第2天棵间蒸发量与参考作物需水量的比值补齐[10]，如图2所示。

图2 不同灌溉方式马铃薯各生育阶段棵间蒸发变化

三种灌溉方式农田棵间蒸发量在整个生育期内的变化曲线均成脉冲状，其变化趋势是一致的。每次灌水后，棵间蒸发达到峰值，随着灌溉后天数的增加，棵间蒸发量逐渐降低，直到下一次灌水之后，棵间蒸发再次达到峰值。三种灌溉方式马铃薯棵间蒸发总体变化的趋势是前期大于后期，主要是由于前期马铃薯叶面积比较小，田间耗水以棵间蒸发主为，随着植株的不断生长，叶面积逐渐增大，这时田间的耗水主要以植株的蒸腾耗水为主。与灌溉不同的是，滴灌处理在降雨后棵间蒸发只有轻微变化，而沟灌和畦灌在降雨后同灌溉一样，棵间蒸发量有脉冲峰值出现，且畦灌处理峰值高于沟灌，见表3。

表3 不同灌溉方式马铃薯各生育阶段棵间蒸发特征

图3 不同灌溉方式马铃薯各生育阶段棵间日蒸发强度变化特征

在生育期内不同灌溉方式日蒸发强度均表现为苗期>块茎膨大期>块茎形成期>淀粉积累期。这是因为苗期植株个体矮小，叶片数较少，地面覆盖度小，土壤耗水以棵间蒸发为主，棵间蒸发占蒸散量比例都比较大。块茎形成期以后，植株生长迅速，叶面积增大，土壤耗水转向以叶面蒸腾为主，棵间蒸发占阶段蒸散量比值下降。淀粉积累期阶段，由于植株叶片逐渐变黄，叶面积系数减少，加之气温降低，叶面蒸腾降低，棵间蒸发占阶段蒸散量比例又有所回升。在不同生育阶段，滴灌、沟灌、畦灌棵间蒸发量占农田蒸散的比例分别为：苗期48.77%、66.66%、77.48%，块茎形成期15.2%、52.98%、70.58%，块茎膨大期14.59%、35.64%、50.16%，淀粉积累期24.85%、44.54%、53.48%。棵间日蒸发强度畦灌最高，为1.44mm/d，较沟灌1.01mm/d高0.43mm/d，较滴灌0.23mm/d高1.21mm/d。从整个生育期来看，滴灌处理棵间蒸发占农田蒸散的21.66%，沟灌占45.72%，畦灌占59.49%。因此，滴灌处理具有显著限制农田棵间蒸发的作用。

2.3 不同灌溉方式对马铃薯蒸腾水量的影响

不同灌溉方式对马铃薯蒸腾水量的影响见表4。

表4 不同灌溉方式马铃薯各生育阶段作物蒸腾特征

生育期内三种灌溉方式作物蒸腾占农田蒸散比例具有相同的变化趋势，苗期由于植株个体矮小，叶片数较少，地面覆盖度小，土壤耗水以棵间蒸发为主，作物蒸腾水量只占农田蒸散的少部分，其中滴灌为0.51%、沟灌、畦灌分别为33、23%。块茎形成期以后，植株生长迅速，叶面积增大，此时作物的生理生化作用变强，土壤耗水转向以叶面蒸腾为主，作物蒸腾占阶段蒸散量比值分别上升到滴灌85%、沟灌47%、29%。在块茎膨大期马铃薯叶面积达到最大，且转入产量形成阶段，需水强度大，叶面蒸腾在阶段耗水中占据重要地位，蒸腾量占蒸散量比例也相对较高，分别为滴灌85%、沟灌64%、畦灌50%。成熟阶段，由于植株叶片逐渐变黄，叶面积系数减少，加之气温降低，叶面蒸腾降低，蒸腾占阶段蒸散量比例又有所下降，分别为滴灌75%、沟灌55%、畦灌47%。在马铃薯全生育期内，三种灌溉方式蒸腾总量占总蒸散量的比例分别为滴灌78%、沟灌54%、畦灌41%。由上面的数据分析可以看出不管在哪个时期，滴灌相对于沟灌和畦灌，蒸腾量占蒸散量的比例都较高。从日均作物蒸腾量来看，不管在哪个生育期，沟灌的日均作物蒸腾量均高于畦灌、滴灌，这对后期作物产量形成极为有益，但也造成农田蒸散水量增加。滴灌方式下，虽然叶面积指数较大，但降低了作物奢侈的蒸腾耗水，可节约大量水资源。

2.4 不同灌溉方式对马铃薯水分利用效率的影响

不同灌溉方式对马铃薯水分利用效率的影响见表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，沟灌方式的产量高于滴灌的产量，畦灌方式下，马铃薯的产量下降显著。从水分利用效率来看，滴灌比沟灌处理的水分利用效率高出87.69%。畦灌方式由于棵间蒸发量大，灌溉方式使土壤板结、通气性差，进而影响根系对水分和养分的吸收，影响作物地下和地上部分的生长，影响产量形成，并最终影响作物的水分利用效率，是不可取的灌溉方式。

3 结论与讨论

(1)在同一土壤水分水平下，沟灌处理的产量高于滴灌，畦灌处理马铃薯产量下降显著。从水分利用效率来看，滴灌比沟灌的水分利用效率高出87.69%。畦灌由于棵间蒸发量大，其灌溉方式使土壤板结、通气性差，影响产量形成，是不可取的灌溉方式，在水资源紧缺的区域，要避免马铃薯大田漫灌的灌溉方式。

(2)从整个生育期来看，滴灌条件下日耗水强度为沟灌的1/2，为畦灌的1/3以下，滴灌处理棵间蒸发占农田蒸散的21.66%，沟灌占45.72%，畦灌占59.49%，滴灌方式具有显著限制农田棵间蒸发的作用，可降低农田局部区域的空气湿度，可节约大量水资源，在马铃薯育种设施农业发展种具有重要的推广应用价值。

(3)从日均作物蒸腾量来看，不管在哪个生育期，沟灌的日均作物蒸腾量均高于畦灌、滴灌，这对后期作物产量形成极为有益。在水资源相对充足的区域，采用沟灌补灌方式，可提高马铃薯产量。