不同补灌方式对马铃薯生长特征及水分利用效率的影响

高恩基，张永胜，李虹彩

(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，定西市具有种植高淀粉型和优质商品型马铃薯的天然条件[1]。近年来，随着农业节水型社会的建设和发展，膜下滴灌、沟灌等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，造成马铃薯产量下降、水分利用效率降低[2]。为明确滴灌、沟灌、畦灌等不同补灌方式对马铃薯生长特征及水分利用效率的影响，在甘肃定西地区进行马铃薯不同补灌技术大田试验，探讨马铃薯在滴灌、沟灌、畦灌补灌方式下，生育期内农田相对土壤含水率为60%～75%时，不同补灌方式对马铃薯生长特征及水分利用效率的影响，为定西地区马铃薯灌溉体系建设和有限灌溉水资源高效利用提供科学依据和生产指导。

1 试验材料与方法

1.1 试验区简况

试验安排在定西市灌溉试验站西川试验基地进行，试验区距定西市区2 km，海拔1 958 m，属中温带干旱、半干旱气候区。年平均日照2 500 h，年均气温6.3 ℃，极端最高气温34.3 ℃，极端最低气温-27.1 ℃，无霜期141 d，平均年降水量370 mm，多集中在秋季，年平均蒸发量高达1 500 mm。土壤以黄棉土为主，有机质含量1.5%。

1.2 试验设计与实施

试验设计：试验设膜下滴灌、畦灌、垄作沟灌3个灌溉处理。畦灌采用小畦不覆膜灌溉方式，畦块长10 m，宽4 m，行距0.5 m，株距0.3 m；沟灌采用人工起垄，垄上覆膜，沟断面为三角形，上口宽0.4 m，沟深0. 2 m，灌水沟长10 m，垄宽0.6 m，垄上种植2行马铃薯, 行距0.5 m，株距0.3 m；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0.5 m，株距0.3 m。所有灌溉处理重复3次，马铃薯种植密度均为67 500 株/hm2左右。

马铃薯生育期划分：试验用马铃薯品种为大西洋脱毒原种，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》[3]，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(19 d)，6月23日进入块茎形成期(19 d)，7月12日进入块茎膨大期(30 d)，8月12日进入淀粉积累期(49 d)，9月28日采收，整个生育期117 d。

主要观试项目及测试方法：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[4]。该试验基地地处干旱的西北黄土高原区，田间持水率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种灌溉方式下均控制生育期内土壤相对含水量下限，为60%。具体办法是每隔5天用土钻取样烘干法测定土壤水分，当土壤水分含量接近或低于到控制下限时即进行灌水。该试验基地土壤密度平均值1.5 g/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1 m、沟灌为1 m、滴灌为0.6 m；净灌水定额：畦灌为54 mm、沟灌为37.5 mm、滴灌19.5 mm。

(1)土壤水分测定：用土钻在小区首尾取样用烘干法测定，测定深度为1 m，分六层，即0、10、20、40、60、80、100 cm。

(2)叶面积的测定。在每个生育期的开始、中间、末尾在试验小区内选择具有平均长势水平的植株5株，用剪纸称重法测叶面积，再计算叶面积指数。

(3)株高、茎粗测定。苗期初、各生育期末，各处理选择有平均长势的马铃薯30株记录株高、茎粗。株高测定时，从茎部地面处至顶部第一片展开叶片的拉直高度。茎粗测定时，用游标卡尺测定距地面2 cm处的数值。

(4)主根长测定。采用开挖取样法，在苗期初、各生育期末，各处理选择有平均长势的马铃薯5株开挖取样，开挖面积为0.25～0.5 m2，深度1 m，用水冲洗干净，挑去杂质，记录长度。

(5)干物质测定。地上干物质测定时，在各处理小区取有代表性的植株3株，然后将各处理的植株样品用纸包好，并写上处理编号，然后先将样品放在100～110 ℃烘箱中15～20 min，使植物组织迅速停止生理活动，再降至80 ℃左右烘至恒重。根系干物质测定。选取测地上部干物量的植株处，在一定面积的地方开始往下开挖根系，每20 cm一层，每层的土和根用塑料袋装好，并编好号，然后依次往下挖掘，直到挖至没有根的土层。取好样后，把样品放在土筛里拣出根来，再把根洗净放入编好号的大信封中，再按上述的方法把根系烘干称重。

(6)考种：收获前在各小区中间取样10株进行考种，记录单株果数、单果重、纵径、横径。

2 结果与分析

2.1 不同补灌方式对马铃薯营养生长特征的影响

2.1.1 不同补灌方式对马铃薯株高的影响

不同补灌方式，从幼苗期到块茎膨大期，株高呈持续上升趋势。在块茎形成和块茎膨大前期增长速度最快，进入淀粉积累期后趋于稳定或略有下降，日增长率呈现出生育前期先升高生育后期再下降的单峰规律(图1)。

图1 不同补灌方式马铃薯生育期株高变化Fig.1 Variation of plant height in potato growth period by different irrigation methods

在苗初期，不同处理株高差异不显著(P>0.05)；在幼苗期末和块茎形成期初，不同处理株高开始有明显差异，滴灌处理株高达11.67 cm，较沟灌处理高0.46 cm，较畦灌处理高1.28 cm，差异显著(P<0.05)；在块茎形成期末和膨大期初，不同处理株高差异更加明显，滴灌处理株高达39.77 cm，较沟灌处理高0.64 cm，较滴灌处理高5.03 cm，沟灌与滴灌处理差异显著(P<0.05)，沟灌、滴灌与畦灌处理差异极显著(P<0.01)；在淀粉积累期，植株株高不再增加，但受前期生长差异影响，不同处理株高之间的差异仍然极显著(P<0.01)(表1)。

2.1.2 不同灌溉方式对马铃薯径粗的影响分析

不同补灌方式，茎粗变化趋势与株高变化趋势基本一致(图2)，从幼苗期到块茎膨大期呈持续上升趋势，在块茎形成和块茎膨大前期茎粗增长速度最快，进入淀粉积累期后趋于稳定或略有下降，日增长率亦呈现生育前期先升高生育后期再下降的单峰规律。

表1 不同补灌方式马铃薯生育期株高差异分析 cm

注：不同小写字母表示差异显著(P<0.05)，不同大写字母表示差异极显著(P<0.01)。

图2 不同补灌方式马铃薯生育期径粗变化Fig.2 Crude changes in the growth period of potato by different irrigation methods

在苗初期，不同处理茎粗差异不显著(P>0.05)；在幼苗期末和块茎形成期初，不同处理茎粗开始有明显差异，在块茎形成期末和膨大期初，不同处理差异更加明显，在淀粉积累期，植株茎粗不再增加，但受前期生长差异影响，不同处理茎粗之间的差异仍然极显著(P<0.01)(表2)。

表2 不同补灌方式马铃薯生育期茎粗差异分析 mm

注：不同小写字母表示差异显著(P<0.05)，不同大写字母表示差异极显著(P<0.01)。

2.1.3 不同补灌方式对马铃薯叶面积的影响

在块茎膨大末期前，不同补灌方式生育期叶面积与株高、茎粗变化趋势一致，在块茎形成和块茎膨大前期叶面积增长速度最快，在块茎膨大期达到高峰。进入淀粉积累期后，受叶片衰老、枯黄脱落、病虫害等因素影响而急剧下降，呈单峰发展规律(图3)。

图3 不同补灌方式马铃薯生育期叶面积变化Fig.3 Change of leaf area in potato growth period by different irrigation methods

通过分析叶面积指数，不同处理叶面积指数在苗初期无显著差异(P>0.05)；在苗期末，滴灌处理叶面积指数达1.65，较沟灌高0.76，较畦灌高0.87，差异极显著(P<0.01)，畦灌、滴灌处理间有差异，但不显著(P>0.05)；在块茎形成期、膨大期，各处理间叶面积指数极显著(P<0.01)，其中滴灌处理叶面积指数最高，达3.62，较沟灌处理高1.23，较畦灌处理高4.12；淀粉积累后期，叶面积指数急剧下降。其中滴灌处理下降了92.8%，沟灌处理下降了85.7%，畦灌处理下降了82.2%，各处理间，沟灌与滴灌、畦灌处理间差异极显著(P<0.01)，滴灌与畦灌处理间差异不显著(P>0.05)(表3)。

表3 不同补灌方式马铃薯生育期叶面积指数差异分析Tab.3 Differential analysis of leaf area index in potato growth period by different irrigation methods

注：不同小写字母表示差异显著(P<0.05)，不同大写字母表示差异极显著(P<0.01)。

2.1.4 不同补灌方式对马铃薯根系生长的影响

不同补灌方式生育期根长在苗期至块茎膨大期与株高、茎粗、叶面积变化趋势一致，在块茎形成和块茎膨大前期主根伸长的速度最快。不同的是，根长在进入淀粉积累期后仍有增长，但伸长速度放缓，在生育期末达到最大值(图4)。各处理主根长在整个生育期内与播种后的天数之间呈对数关系，拟合方程为：

沟灌：y= 12.227ln(x) + 8.832 5R2= 0.978 4

(1)

滴灌：y= 10.661ln(x) + 9.015 3R2= 0.977 5

(2)

畦灌：y= 10.138ln(x) + 8.132 7R2= 0.988 5

(3)

式中：y为根系长度，cm；x为播种后的天数，d。

抑郁性人格障碍主要表现为情绪低落，精神不振，沉默寡言，对自己评价过低，对周围环境估计过高，总是内疚自责，对一切不感兴趣，对生活充满悲观色彩等。具有这种人格障碍倾向的个体常常表现为极端不自信，对于网络中他人的批评非常敏感，在很多时候，他们会尽量选择逃避以避免他人的批评。他们为了避免发生难堪的局面而限制自己的浏览活动，只对确信能够鼓励和支持自己的人进行网上互动，并有较低的自尊。在网上聊天时经常具有的思维是“我希望所有的人都不讨厌我，但我想其实一切都未可知”“我必须尽量避免令人不愉快的回复出现”等等。

图4 不同补灌方式马铃薯生育期根长变化Fig.4 Change of root length in potato growth period by different irrigation methods

在苗初期，各处理根长为8 cm左右，主根长度的差异不显著(P>0.05)；苗期末，不同处理根长分别为：沟灌17.5 cm，滴灌16.9 cm，畦灌15.7 cm(各处理间差异显著(P<0.05)，占生育期内根长总伸长量的比例分别为49.7%、52.1%、50.9%，苗期是根系伸长最快的时期。随着生育期推进，根长伸长速率逐步放缓，处理间差异极极显著(P<0.01)，在各个生育期末，沟灌处理根系最长(表4)。

表4 不同补灌方式马铃薯生育期根长差异分析 cm

注：不同小写字母表示差异显著(P<0.05)，不同大写字母表示差异极显著(P<0.01)。

2.2 不同补灌方式对马铃薯根冠比的影响

2.2.1 不同补灌方式对马铃薯营养器官干物质积累的影响

结合马铃薯叶、茎、根系在生育期内的变化趋势，选择在块茎形成期末期测定马铃薯各营养器官的干物质积累情况。在块茎形成期末期，马铃薯还未全面进入到生殖生长阶段前，不同处理干物质在叶、茎、根部的积累量全部表现为叶>茎>根(图5、图6)。

图5 不同补灌方式马铃薯块茎形成期干物质积累情况Fig.5 Accumulation of dry matter during tuber formation of potato by different irrigation methods

图6不同补灌方式马铃薯块茎形成期各营养器官干物质积累比例Fig. 6 Proportion of dry matter accumulation of different vegetative organs during tuber formation of potato by different irrigation methods

分析马铃薯块茎形成期末不同处理各营养器官干物质积累差异情况。此时期叶、茎、根系干物质积累差异达显著水平(p<0.05)以上。其中叶片在滴灌处理下干物质积累最高，达23.21 g，较沟灌处理高5.57 g，较畦灌处理高8.86 g，差异极显著(p<0.01)；茎在滴灌处理下干物质积累亦最高，达20.48 g，较沟灌处理高10.74 g，较畦灌处理高14.57 g，差异极显著(p<0.01)；而根系在沟灌处理下干物质积累最高，达3.94 g，较滴灌处理高0.5 g[差异显著(p<0.05)]，较畦灌处理高2.08 g[差异极显著(p<0.01) ](表5)。

表5 不同补灌方式马铃薯块茎形成期干物质积累差异分析 g

注：不同小写字母表示差异显著(P<0.05)，不同大写字母表示差异极显著(P<0.01)。

2.2.2 不同补灌方式对马铃薯根冠比的影响

表6 不同补灌方式马铃薯块茎形成期根冠比差异分析Tab.6 Difference analysis of root crown ratio of potato tuber in different irrigation modes

注：不同小写字母表示差异显著(P<0.05)，不同大写字母表示差异极显著(P<0.01)。

2.3 不同补灌方式对马铃薯产量及水分利用效率的影响

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(表7)。

表7 不同灌溉方式的水分利用效率Tab.7 Water use efficiency in different irrigation modes

3 讨 论

李小利，李昊儒等[5]通过小麦试验，滴灌可促进叶片生长，开花期滴灌能减缓小麦叶面积指数下降速率，增加干物质积累速率。本研究结果表明，滴灌补灌方式对马铃薯茎粗、株高、叶面积影响较大，在生育期内与沟灌、畦灌处理差异显著，能显著提高各营养器官的干物质积累量，这与其他研究结果相一致。但与窦超银，孟维忠等[6]在风沙土玉米地下滴灌技术田间应用试验研究中地下滴灌有利于延缓叶片衰老的结论不一致。本研究结果中表明，滴灌补灌方式马铃薯新叶发展速率明显大于沟灌和畦灌处理，而后期枯叶的数目又明显多余其他两个处理。分析原因，主要是因为膜下滴管条件下，叶面积指数较大，作物叶片的蒸腾作用强，区域小环境空气湿度高，病虫害等因素对马铃薯叶片脱落的影响大所致。

根系活力是根系生理特性的重要指标，根系活力高，根系就能更多的吸收水分和养分供地上部分生长。水分胁迫会使冬小麦根系活力有所降低[7,8]，在各种环境胁迫因子中干旱对马铃薯产量造成的损失最大[9]。关于灌溉方式对马铃薯根系和水分利用效率影响的研究不多，刘素军，孟丽丽等[10]在马铃薯对块茎形成期水分胁迫及胁迫后复水的生理响应研究的结果表明，田间持水率的75%～85%处理下马铃薯各项生理指标变化幅度较小，且产量最高，表明75%～85%为块茎形成期适宜含水率；高于或低于75%～85%,都会造成叶片相对含水率、SPAD、根系活力降低。张磊，刘景辉等[11]在植物生长营养液对干旱复水马铃薯根系及光合特性影响的结果表明，不同干旱胁迫与复水条件下，植物生长营养液均能有效改善马铃薯根系活力及光合特性，根系活力和马铃薯产量增加，干旱胁迫下，植物生长营养液对重度胁迫马铃薯产量的增幅最大。本研究结果表明，沟灌处理受灌溉后水分入渗方式和土壤浅层干旱胁迫的影响，因而能使根系扎根较深。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。在水资源许可区域，采用沟灌补灌方式，可增加马铃薯产量，采用滴灌补灌方式可提高水分利用效率。

4 结 论

(1)滴灌补灌方式对马铃薯茎粗、株高、叶面积影响最大。在生育期前期，滴灌处理新叶发展速率明显大于沟灌和畦灌处理，而后期枯叶的数目又明显多余其他两个处理。沟灌方式虽然前期新叶发展速率较慢，但后期受叶片衰老、枯黄脱落、病虫害等因素的影响较小，对于后期产量的形成、养分的充分利用极为有利。

(2)由于畦灌、滴灌是将水分直接灌溉到作物根部，而沟灌处理受灌溉后水分入渗方式和土壤浅层干旱胁迫的影响，因而能使根系扎根较深。

(3)在块茎形成期末，滴灌处理叶面积指数3.62，较沟灌处理高1.23，较畦灌处理高4.12，因蒸腾作用强，对根系、茎秆茎输送水分的需求更高，在土壤含水量相同的情况下，茎秆、根系的含水量相比畦灌、沟灌低。在同一土壤水分水平下，沟灌不仅能促进马铃薯根冠比的增长，使干物质分配更加合理，还能增加根系的保水和吸水能力。

(4)在相同的土壤水分水平下，沟灌处理的产量高于滴灌，畦灌处理马铃薯产量下降显著。从水分利用效率看，滴灌比沟灌的水分利用效率高出87.69%。因此在水资源许可的区域，宜采用沟灌补灌的方式，可显著提高马铃薯产量。在水资源紧缺区域，采用滴灌补灌的方式，可进一步提高水分利用效率。畦灌由于棵间蒸发量大，且易使土壤板结、通气性差，影响产量形成，要在马铃薯生产中尽量避免使用。