膜下滴灌种植关键水对冬马铃薯产量与质量的影响

尹亚敏，孔维博,2，范春梅，彭尔瑞

（1云南农业大学水利学院，昆明 650201；2中国能源建设集团云南省电力设计院有限公司，昆明 650201）

0 引言

马铃薯是中国第四大粮食作物，按季节来分，马铃薯的种植可分为早春作、春作、秋作和冬作[1]。在云南地区冬马铃薯既是主要的粮食作物又是重要的经济作物，现在已发展成云南省第三大粮食作物[2-3]。冬马铃薯通常种植于旱地，云南的降水时空分布不均，降水主要集中于每年的6—10月份，在冬马铃薯种植期间，缺水会导致其产量和质量的显著降低[4]，因此冬马铃薯生长过程中关键水的补给尤为重要。在冬马铃薯种植实践中，把齐苗期、现蕾期、薯块膨大期所补充的水称为关键水。

覆膜种植冬马铃薯能改善土壤温度，采用覆膜栽培能有效保证马铃薯出苗所需的土壤含水量并显著增产[5-7]。膜下滴灌处理的马铃薯植株生长发育状况优于其他灌溉方式[8-11]。本试验对关键灌水时段进行膜下滴灌补水试验，探索关键期灌水量对冬马铃薯生长及产量和质量的影响。

1 材料与方法

1.1 试验材料

参试品种为‘青薯9 号’，云南农业大学薯类研究所引进的栽培品种。种薯选择25～30 g 的小种薯播种。‘青薯9 号’生育期约109 d，种植时间为2021 年1月6日。

地膜为市场出售的普通黑膜（厚0.01 mm），支管选用φ50PE管，耐压值大于0.5 Mp，滴灌材料规格为φ16滴灌管及滴头。

肥料：农家肥18 t/hm2，每株300 g；复合肥750 kg/hm2，每株12.5 g。

1.2 试验地选择

试验地位于云南省大理州喜洲镇喜洲村，该地海拔1990 m，年降水量1080.10 mm。12月至次年5月为旱季，平均总降雨量147.2 mm，占年降雨量的13.6%，相对湿度49%～54%，其中60%的雨量集中在6—8 月；年均温度为15.10℃，最热月为7 月，月平均气温20℃，最冷月为1月，月平均气温为8.7℃。属低纬度高原季风气候。全年日照2282 h，日光充足。其中11月至次年4月，日照时数1312 h，占全年日照时数的62%。霜期一般开始于11月，平均无霜期269 d。

大理喜州村2—5月的月平均气温为15.1～18.5℃，接近于块茎形成膨的最适温度17.0～20.0℃[12]，有学者研究表明，马铃薯适宜种植温度为15～20℃，土壤湿度≥50%[13-14]，大理喜州村土壤为暗棕壤[15]，土壤肥沃，因此试验区温度适合马铃薯生长。

1.3 试验方法

本试验采用膜下滴灌方式，以灌水时期(T)灌水量(W)为研究对象，设置32个处理（表1），以不灌水(CK)为对照，其中，T1为覆黑膜，苗期膜下滴灌1次；T2为覆黑膜，苗期、花期膜下滴灌各1 次；T3为覆黑膜，苗期、花期、淀粉积累期膜下滴灌各1次；T4为不覆膜，苗期、花期、淀粉积累期各滴灌1次。

表1 冬马铃薯不同处理汇总表

由于马铃薯的种植区为旱地，大多没有水源，因此灌溉制度的设置不套用灌溉定额，以需定供。根据马铃薯的种植行间距，确定种植60000株/hm2(2250 kg/hm2)，单次灌水量依据每株的用水来确定，分别以每株0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.3、1.5、1.6 kg确定灌水量，大田灌水量分别为W1(24 m3/hm2)、W2(40 m3/hm2)、W3(48 m3/hm2)、W4(60 m3/hm2)、W5(72 m3/hm2)、W6(80 m3/hm2)、W7(90 m3/hm2)、W8(96 m3/hm2)，灌水时间分别在齐苗期、现蕾与开花期，淀粉积累期（块茎膨大期）各灌水1次，其他管理措施一致。

试验区长5 m、宽1.5 m，面积7.5 m2，4次重复。每个试验区均有明显的标识。试验采用黑膜覆盖栽培，每试验区2墒，1墒1行，株距0.25 m，行距0.75 m，每试验区种植马铃薯40株，共1320株。试验地头有固定水源，试验时可直接引用。支管与水源相连，直通田间，每个试验区布置一根渗透式滴灌带，首端有控制阀。不同的社区，由于灌水量的不同，灌水时间也不相同。灌水时间对应上述灌水量，分别是1.25、2.08、2.5、3.125、3.75、4.17、4.69、5 h。冬马铃薯不同处理生育期的灌水量设置及灌水制度见表1。

1.4 调查内容

调查记录不同处理马铃薯出苗率，不同处理不同阶段的株高和粗茎，收获时测定产量和计算商品薯率（大于50 g的块茎为商品薯，商品薯数占总薯数的百分比即为商品薯率）。马铃薯出苗率在齐苗期（3 月12日）前分3次进行调查，其中出苗调查见表2；马铃薯株高与茎粗的调查，分别在齐苗期（3月12日）、花期（4月10日）、淀粉积累期（4月30日）和成熟期（5月20日）各测量1次，每试验区随机选取10株测量，分别用直尺测量株高、游标卡尺量测茎粗，并记录植株主茎数，株高和茎粗调查结果见表3和表4。

表2 马铃薯滴灌试验出苗率调查 %

表3 不同灌水处理马铃薯株高调查表 cm

表4 不同灌水处理茎粗调查表 cm

产量和计算商品薯率的调查，在每个试验社区随机选5株马铃薯，挖出全部块茎称重测产，按大(＞150 g)、中(50～150 g)、小(＜50 g)薯分别称重，测定大、中、小薯率。大薯率加中薯率合计即为商品率。

2 结果与分析

2.1 不同灌水处理对冬马铃薯株高的影响

从表3可看出：（1）膜下滴灌冬马铃薯的株高生长集中在出苗后与开花期之间，生长速度特别快，在开花期、淀粉积累期、成熟期也有增长，但相对速度减慢。当灌水量一定时，马铃薯的株高随灌次数的增加而增大。（2）当灌水量为相同时，不同灌水时期马铃薯株高的变化趋势一致，成熟期的株高按从大到小排序为：W5T4＞W4T4＞W3T4＞CK＞W6T4＞W7T4＞W8T4＞W2T4＞W1T4＞W8T4。CK 积累期起马铃薯株高大于W1T4、W2T4处理，原因灌水量小，而且是苗期灌水，对马铃薯植株高度几乎没有影响。W8T4最小是因为没有覆膜，蒸发大，且块茎的膨胀期也需要大量的水分补充，没有多余的水分运用于植株生长。（3）灌水时段相同，灌水量在24～96 m3/hm2时，水分的补给对株高的影响为成熟期＞淀粉沉淀期＞开花期＞苗期。

2.2 不同灌水处理量对冬马铃薯茎粗的影响

从表4 可看出：（1）灌水量在40～72 m3/hm2时，马铃薯的茎粗随着灌水量的增加而增大，在苗期、花期、淀粉沉淀期、成熟期增长趋势一致。

（2）T4处理除外，苗期、花期、淀粉沉淀期、成熟期马铃薯的茎粗均大于CK的茎粗，W8T4最小的原因是，因为没有覆膜，蒸发大，且块茎的膨胀期也需要大量的水分补充。

（3）灌水时段相同，灌水量在24～96 m3/hm2时，膜下滴灌灌水量的增加对茎粗的影响为：淀粉沉淀期＞成熟期＞开花期＞苗期，淀粉沉淀期的茎粗大于成熟期是由于成熟期马铃薯的茎接近衰败，失去水分有所收缩所致。

2.3 不同灌水处理对冬马铃薯产量的影响

2.3.1 不同灌水定额与冬马铃薯产量的关系 依据产量和灌水定额进行相关分析。分析不同灌水处理条件下马铃薯与产量的关系，结果见表5。

表5 不同灌水定额马铃薯产量统计表 kg/hm2

（1）T1处理（苗期1次灌水）。灌水定额为24～60 m3/hm2时，马铃薯产量与灌水定额是线性相关；灌水定额为60～72 m3/hm2时，产量急速增加并达到峰值52911.2 kg/hm2；灌水定额为72～96 m3/hm2时，产量急速下降，产量为51207 kg/hm2＞CK。

（2）T2处理（苗期和花期各灌1 次水）。灌水定额为48～80 m3/hm2时，马铃薯产量与灌水定额是线性相关；灌水定额为80～96 m3/hm2时，产量急速增加；灌水定额为96～144 m3/hm2时，产量增速减慢并达到峰值58790 kg/hm2；灌水定额为144～192 m3/hm2时，产量急速下降，产量为57407 kg/hm2＞CK。

（3）T3处理（苗期、花期和淀粉沉淀期各灌1次水）。灌水定额为72～180 m3/hm2时，马铃薯产量与灌水定额是线性相关；灌水定额为180～216 m3/hm2时，产量急速增加并达到峰值54502 kg/hm2；灌水定额为216～288 m3/hm2时，产量急速下降，产量为51557kg/hm2＞CK。

（4）T4处理（苗期、花期和淀粉沉淀期各灌水1 次不覆膜）。灌水定额为72～144 m3/hm2时，产量急速增加，产量达51758 kg/hm2＞CK；灌水定额为144～216 m3/hm2时，产量增速减慢并达到峰值53412 kg/hm2；灌水定额为216～288 m3/hm2时，产量急速下降，产量为49495 kg/hm2＜CK。

2.3.2 不同处理对冬马铃薯产量的影响 从表6 可看出：T1处理下，单次灌水量在24～72 m3/hm2产量呈现增加，72～96 m3/hm2产量呈现减少的趋势；T2处理下，齐苗期和开花期单次灌水量为72 m3/hm2时产量出现最高值58790 kg/hm2。在种植管理、施肥标准统一的情况下，冬马铃薯关键水的适宜灌水量为72 m3/hm2，当灌水量为72 m3/hm2时，膜下滴灌一次灌水、两次灌水、三次灌水的产量分别为52911、58790、54500 kg/hm2，均大于CK 的50681 kg/hm2，且增产率为4.4%、16.0%、7.5%；当灌水量为72 m3/hm2时，不覆膜滴灌时，马铃薯产量达53412 kg/hm2。

表6 不同处理马铃薯产量统计表

（1）当灌水时段相同，灌水量在24～40 m3/hm2时，水分的补给对产量的影响为T2W＞T3W＞T1W＞T4W，说明覆膜保水效果好，裸地比覆膜地含水量小，蒸发量大，导致马铃薯需水量不足，产量降低。

（2）当灌水时段相同，灌水量在40～72 m3/hm2时，水分的补给对产量的影响为T2W＞T3W＞T4W＞T1W，随着灌水量的增加，产量也迅速增大。其中灌水量为72 m3/hm2，增长幅度大，但T1W处理产量最低，是由于灌水量过小，马铃薯需水量不足所致。

（3）T4W7～T4W8产量均小于CK，因此灌3次水适宜的总灌水量应在96～240 m3/hm2之间。当灌水时段相同，单次灌水量在72～96 m3/hm2时，水分的补给对产量的影响为T2W＞T3W＞T1W＞T4W，随着灌水量的增加而降低，其中单次灌水量为72 m3/hm2，减低幅度小，也就是说，单次灌水量为72 m3/hm2是上限，满足冬马铃薯生育期的关键用水。

（4）当马铃薯只在苗期灌水，且一次灌水量＜72 m3/hm2时，则马铃薯的产量小于CK。

（5）综上所述：一次关键水（苗期），适宜灌水量为72～96 m3/hm2；二次关键水（苗期和花期），适宜灌水量为72～192 m3/hm2；三次关键水（苗期、花期、淀粉沉淀期），适宜灌水量144～240 m3/hm2。

2.4 不同灌水处理马铃薯质量与经济效益分析

计算经济效益时，滴灌材料是以平均使用期限为5年来折算，马铃薯价格是以2021年马铃薯平均销售价1.9元/kg，复合肥为价格为3.2元/kg，有机肥520元/t，塑胶膜15.2元/kg，农业用水0.4元/t，劳力以100元/（人·d），种薯3150元/hm2来计。计算成果详见表7。

表7 不同灌水处理方式下马铃薯经济效益

由表7 可知，不同灌水处理马铃薯产量在45106～58790 kg/hm2之间，其中以T2处理产量最高，依次是T2处理＞T3处理＞T4处理＞T1处理，说明膜下滴灌处理经济产量高于未覆膜滴灌处理，当灌水量和灌水时段相同的情况下T3处理＞T4，增产率达2.0%～5.3%，其中以T2处理增产效果最好，增量为12.05%～16.0%，马铃薯种植膜下滴灌最高经济效益可达84059元/hm2。

3 讨论与结论

冬马铃薯在种植过程中对水分的需求较大，在控制单一变量条件下通过不同灌水对马铃薯产量和商品率进行试验研究，目的在于更好的把握水分在马铃薯种植中的使用情况。综合以上分析的结果，灌关键水可以促进马铃薯的发芽率、株高、茎粗，进而影响马铃薯的产量和品质[16]。膜下滴灌关键水是干旱地区种植马铃薯的首选，覆膜滴灌处理显著降低了蒸散量，同时提高了水分利用效，促使马铃薯提早出苗，增加了马铃薯生长时间，避免了晚疫病的危害，马铃薯的产量和质量也显著提高，与贾振华等[17]的试验研究一致。当灌水时段为齐苗期和开花期时，单次灌水量为72 m3/hm2，马铃薯产量最高(58790 kg//hm2)，商薯率也是最高(95.6%)，经济效益最高可达（84059 元/hm2）。其他的处理情况产量皆不能达到（齐苗期和开花期2次灌水，单次灌水量为72 m3/hm2）的效果，主要原因有2 个，一是当灌水量没有达到上述标准时，水分供应不能满足作物生长需求，限制了作物生长，进而影响作物产量与品质[18]；另一方面是灌水过量，抑制作物的呼吸作用和光合作用，进而影响作物生长，严重情况可能会导致作物死亡[19]。因此，冬马铃薯膜下滴灌关键水的灌水量不可过多或过少，结合本试验研究结果，云南冬马铃薯膜下滴灌关键期宜为齐苗期和开花期，单次灌水量适宜为72 m3/hm2。