六盤水市近6a馬鈴薯全生育期的降水特征及其補(bǔ)充灌溉分析

池再香，付顯榮，肖 鈞，吳華洪

(1. 貴州省六盤水市氣象局，貴州 六盤水 553001;2. 貴州省六枝縣氣象局，貴州 六枝 553400;3. 貴州省六盤水市馬鈴薯技術(shù)推廣站，貴州 六盤水 553001)

1 引言

具有典型喀斯特地貌的貴州西部山區(qū)糧食生產(chǎn)以發(fā)展馬鈴薯為主，基本上是春季播種，秋季收獲。馬鈴薯又稱洋玉、土豆，是一種糧食、蔬菜、飼料兼用作物，它不僅是山區(qū)農(nóng)民食物構(gòu)成的主要部分和城鎮(zhèn)居民的主要蔬菜，而且是一種有益于人體健康的保健食品。

馬鈴薯產(chǎn)量形成的高低很大程度上受制于當(dāng)?shù)匦夂?、土壤和品種等因素，對(duì)于某一區(qū)域來說，一定時(shí)間的尺度內(nèi)土壤性質(zhì)的變化相對(duì)較平穩(wěn)，而全球氣候變暖引起的溫度、降水和日照等氣象要素的變化，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和作物生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生了顯著的影響［1－5］。所以，溫度、降水、日照是作物生長(zhǎng)發(fā)育不可缺少的氣象因子，尤其是降水的多少對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量、質(zhì)量和薯形的影響最為明顯［6－10］，而降水時(shí)空分布不均又是貴州西部氣候一大特點(diǎn)［11］。因此，本文擬通過對(duì)2006—2011年馬鈴薯(簡(jiǎn)稱春薯，下同)生產(chǎn)試驗(yàn)來研究不同區(qū)域不同海拔高度的降水因子對(duì)春薯威芋3 號(hào)品種各生育期及其產(chǎn)量的影響，分析不同區(qū)域春薯產(chǎn)量與降水的關(guān)系，探索提高春薯產(chǎn)量的有效途徑，并以此確定春薯生育期的最佳補(bǔ)充灌溉水分時(shí)期，以期為貴州西部山區(qū)春薯生產(chǎn)模式的優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)。

2 資料和方法

2.1 試驗(yàn)概況

試驗(yàn)地點(diǎn)選取貴州西部山區(qū)4個(gè)縣(區(qū))的4個(gè)村，它們分別是六枝特區(qū)墮卻鄉(xiāng)郎節(jié)壩村(簡(jiǎn)稱郎節(jié)壩，下同)，其海拔1 652 m;鐘山區(qū)大河鎮(zhèn)大地村(簡(jiǎn)稱大地，下同)，其海拔1 923 m;水城縣紙廠鄉(xiāng)前進(jìn)村(簡(jiǎn)稱前進(jìn)，下同)，其海拔2 057 m;盤縣四格鄉(xiāng)坡上村(簡(jiǎn)稱坡上，下同)，其海拔2 250 m。所選取的區(qū)域具有典型的立體氣候特點(diǎn)，屬于北亞熱帶和暖溫帶氣候區(qū)。試驗(yàn)區(qū)降水資源充沛，空氣濕度大，晝夜溫差大，夏季不明顯;土壤均為黃棕壤，根據(jù)六盤水市土肥站測(cè)定，土壤pH 值為6.5 左右，質(zhì)地、肥力中等偏上，一直為貴州西部山區(qū)春薯的主產(chǎn)區(qū)。針對(duì)多年來春薯生產(chǎn)中存在的實(shí)際問題，試驗(yàn)選取生育期長(zhǎng)、抗病強(qiáng)的馬鈴薯威芋3 號(hào)品種，該品種為貴州省威寧縣農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所選育;降水資料來源于各大田試驗(yàn)區(qū)的氣象自動(dòng)站逐時(shí)監(jiān)測(cè)值。

2.2 研究方法

2.2.1 分期播種 試驗(yàn)于2006—2011年，在郎節(jié)壩、大地、前進(jìn)以及坡上共4個(gè)村進(jìn)行。各試驗(yàn)區(qū)均采用雙溝起壟栽培方式，每個(gè)小區(qū)面積均為36 m2，郎節(jié)壩為5 窩/ m2，大地、前進(jìn)和坡上均為6 窩/m2。郎節(jié)壩試驗(yàn)區(qū)施純N 100 kg/hm2、施P2O540 kg/hm2、農(nóng)家肥45 500 kg/hm2，大地、前進(jìn)和坡上均施純N 110 kg/hm2、施P2O548 kg/hm2、農(nóng)家肥52 500 kg/hm2;各試驗(yàn)區(qū)在現(xiàn)蕾期均鋤草培土1 次，并加施追肥2 次。第1 次以N 肥為主，即為200 kg/hm2;第2 次以P、K 肥為主，即施P 肥370 kg/hm2、K 肥150 kg/hm2(或草木灰1 500 kg/hm2)。各試驗(yàn)區(qū)分別于2月中旬—4月下旬播種，2月末—5月中旬出苗，4月上旬—6月下旬開花，8月上旬—9月中旬可收，全生育期130—178 d(見表1—表4)

表1 2006—2011年郎節(jié)壩試驗(yàn)區(qū)春薯生育期及其產(chǎn)量(月—日)

表2 2006—2011年大地試驗(yàn)區(qū)春薯生育期及其產(chǎn)量(月—日)

表3 2006—2011年前進(jìn)試驗(yàn)區(qū)春薯生育期及其產(chǎn)量(月—日)

表4 2006—2011年坡上試驗(yàn)區(qū)春薯生育期及其產(chǎn)量(月—日)

2.2.2 統(tǒng)計(jì)方法 采用典型降水產(chǎn)量積分回歸函數(shù)，研究馬鈴薯不同生育期補(bǔ)充灌溉水分對(duì)其產(chǎn)量的影響，確定不同區(qū)域最佳補(bǔ)灌時(shí)期。

降水積分回歸方法原理:如果把全生育期劃分為若干無窮小的時(shí)段，則全生育期中各時(shí)段降水量與馬鈴薯氣象產(chǎn)量的關(guān)系可用下列回歸積分表示［12－14］:

式中y^為氣象產(chǎn)量的估計(jì)值，C 是一個(gè)常數(shù)，T為作物全生育期的天數(shù)，R(t)dt 是t 到t+dt 時(shí)段內(nèi)的降水量，a(t)=(△Y/△R)表示t 時(shí)間的降水量與最后產(chǎn)量之間的生理關(guān)系的一個(gè)時(shí)間函數(shù)，即生長(zhǎng)發(fā)育期不同時(shí)段內(nèi)每單位補(bǔ)灌降水量對(duì)產(chǎn)量的影響，可為馬鈴薯的補(bǔ)充灌溉提供依據(jù)。

由于a(t)通常是一個(gè)變化緩慢的連續(xù)函數(shù)，因此，可將一個(gè)用時(shí)間表示的多項(xiàng)式的少數(shù)幾項(xiàng)表達(dá)，通常用正交函數(shù)φ1(t)表達(dá)如下:

式中ai是偏回歸系數(shù)，將式(2)代入式(1)得到:

ρi稱為降水分配系數(shù)，則

采用多元線性回歸法，可推算得出a0，a1，……，然后由(2)式合成，計(jì)算出馬鈴薯生長(zhǎng)發(fā)育不同時(shí)期的補(bǔ)灌降水對(duì)其產(chǎn)量的影響值a(t)。其計(jì)算過程為:

①采用多項(xiàng)式擬合方法，計(jì)算不同區(qū)域馬鈴薯的趨勢(shì)產(chǎn)量，然后利用實(shí)際產(chǎn)量減去趨勢(shì)產(chǎn)量，分解求得該區(qū)的氣象產(chǎn)量，再用氣象產(chǎn)量除以趨勢(shì)產(chǎn)量，即得因氣象因素決定的產(chǎn)量變化百分?jǐn)?shù)。

②根據(jù)離散化正交函數(shù)φi(t)與不同時(shí)段降水量，由(4)式計(jì)算降水分配系數(shù)。

③根據(jù)氣象產(chǎn)量和降水分配系數(shù)，計(jì)算該區(qū)的ai值。

④根據(jù)計(jì)算出的ai值，用(2)式合成不同時(shí)段降水產(chǎn)量影響系數(shù)a(t)。

運(yùn)用Excel 2003 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，差異性檢驗(yàn)、回歸分析及其建模均用SPSSL3.0 軟件。

3 結(jié)果與分析

3.1 降水量對(duì)春薯產(chǎn)量的影響

馬鈴薯是需水較多的作物，它的莖葉含水量比較大。經(jīng)6 a 試驗(yàn)測(cè)試，馬鈴薯活植株的水分約占90%，塊莖含水量也達(dá)80%左右;發(fā)芽期，土壤含水量達(dá)14%左右，就可以保證出苗;在幼苗期和發(fā)棵期，要求土壤含水量14%～16%;結(jié)薯期的前期，即從開花到落花后一周，是馬鈴薯需水最敏感的時(shí)期，也是需水最多的時(shí)期，這個(gè)階段的需水量占全生育期需水總量的50%以上。在馬鈴薯生長(zhǎng)發(fā)育期中，開花期至可收期缺水干旱，導(dǎo)致馬鈴薯產(chǎn)量的顯著降低(P＜0.01)。

4—9月是貴州汛期，其降水量占全年總降水量80%以上［15］。貴州西部春薯生長(zhǎng)發(fā)育期基本處于汛期，全生育期總降水量為325.7～1 292.5 mm(見表5—表8)。由表5—表8 看出，通過6 a 4個(gè)不同區(qū)域的大田試驗(yàn)，2011年的產(chǎn)量最低，這是由于在春薯生長(zhǎng)發(fā)育期降水量偏少，尤其是開花期到可收期的降水量嚴(yán)重不足;2010年的產(chǎn)量次之，是因?yàn)橘F州發(fā)生了秋冬春連旱［11］，土壤含水量低，春薯沒有得到適時(shí)播種，造成春薯生長(zhǎng)發(fā)育期縮短，加上開花期到可收期的降水量偏少。而2007—2009年各試驗(yàn)區(qū)春薯單產(chǎn)量＞30 000 kg/hm2，是由于春薯生長(zhǎng)發(fā)育期降水充足，尤其是開花期到可收期，其降水量在730 mm 以上。

表5 2006—2011年郎節(jié)壩試驗(yàn)區(qū)春薯生育期的降水量分布 (單位:mm)

表6 2006—2011年大地試驗(yàn)區(qū)春薯生育期的降水量分布 (單位:mm)

表7 2006—2011年前進(jìn)試驗(yàn)區(qū)點(diǎn)春薯生育期的降水量分布 (單位:mm)

表8 2006—2011年坡上試驗(yàn)區(qū)春薯生育期的降水量分布 (單位:mm)

3.2 不同區(qū)域降水量與海拔高度的關(guān)系

由圖1 看出，降水主要集中在開花期至可收期，而播種期至分枝期的降水量明顯偏少且不穩(wěn)定。同一觀測(cè)點(diǎn)春薯大田生長(zhǎng)期6a 的降水量存在顯著差異(P＜0.01)，說明各年春薯大田生長(zhǎng)期降水量不穩(wěn)定。同一年不同觀測(cè)點(diǎn)春薯大田生長(zhǎng)期的降水量存在明顯差異(P＜0.05)，說明同年不同區(qū)域春薯大田生長(zhǎng)期的降水量分配不均。這充分體現(xiàn)了貴州西部山區(qū)降水在時(shí)間和空間上存在分配不均狀況。由圖1 還可以看出，海拔最高的坡上試驗(yàn)區(qū)春薯大田生長(zhǎng)期2006—2011年的降水量明顯多于海拔最低的郎節(jié)壩試驗(yàn)區(qū)，但海拔略高于郎節(jié)壩的大地試驗(yàn)區(qū)，春薯大田生長(zhǎng)期2006—2011年的降水量反而少于郎節(jié)壩試驗(yàn)區(qū)，表明在低緯高原山區(qū)，由于局地地形條件的影響，降水存在空間分配不均狀況，但降水量變化總體呈現(xiàn)隨海拔升高而增多的趨勢(shì)。

3.3 不同區(qū)域春薯降水產(chǎn)量積分回歸分析

利用2006—2011年春薯資料及其不同生育期降水資料，計(jì)算春薯降水— 產(chǎn)量積分回歸函數(shù)，用來表明不同區(qū)域的春薯降水產(chǎn)量關(guān)系(圖2)。

由圖2 看出，郎節(jié)壩試驗(yàn)區(qū)的春薯生產(chǎn)從播種期到開花期嚴(yán)重缺水，積分回歸函數(shù)在分枝期至現(xiàn)蕾期出現(xiàn)峰值，此期間正是地下部匍匐莖頂端停止極性生長(zhǎng)，開始鉤曲膨大而形成塊莖，是春薯產(chǎn)量形成的重要時(shí)期，應(yīng)抓好此期的補(bǔ)充灌溉。開花期至可收期，郎節(jié)壩試驗(yàn)區(qū)較其他區(qū)域先進(jìn)入雨季，降水量增加，降水產(chǎn)量積分回歸函數(shù)呈負(fù)值，不需補(bǔ)充灌溉。

由圖2 看出，在大地試驗(yàn)區(qū)的春薯生長(zhǎng)發(fā)育過程中，積分回歸函數(shù)呈正效應(yīng)，表明大地春薯生育過程中降水均感到不足，增加水量就能提高產(chǎn)量。春薯播種期，貴州西部邊緣常受熱低壓影響［11］，干旱少雨，影響大地春薯的正常出苗，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)充灌溉。現(xiàn)蕾期至開花期又出現(xiàn)峰值，此期間是春薯產(chǎn)量形成的關(guān)鍵期，也是春薯需水最敏感時(shí)期，需水激增，這個(gè)時(shí)期缺水，塊莖就會(huì)停止生長(zhǎng)，以后即使再有水分供應(yīng)，在植株和塊莖恢復(fù)生長(zhǎng)后，塊莖容易出現(xiàn)2 次生長(zhǎng)，形成畸形薯塊，降低產(chǎn)品質(zhì)量，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)充灌溉。因此，大地區(qū)域春薯生育期干旱持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，一次灌溉難以解決問題，根據(jù)調(diào)查，應(yīng)在3月下旬—4月上旬、5月上旬和5月下旬—6月上旬進(jìn)行補(bǔ)充灌溉，以滿足春薯生長(zhǎng)需求。7月下旬—8月，一般不需補(bǔ)充灌溉，此期間塊莖逐漸成熟，需水量減少。

由圖2 看出，積分回歸函數(shù)在前進(jìn)試驗(yàn)區(qū)春薯生產(chǎn)中的現(xiàn)蕾期至開花期出現(xiàn)峰值，此期間應(yīng)補(bǔ)充灌溉，這有利于春薯塊莖發(fā)育，為增產(chǎn)創(chuàng)造良好的條件。開花期到可收期降水充沛，不需灌溉，但在開花盛期之后，要注意開溝排水，避免水分過多，導(dǎo)致土壤通氣不良，影響塊莖膨大和干物質(zhì)積累。根據(jù)調(diào)查，開花盛期到可收期，如果結(jié)薯層內(nèi)保持田間最大持水量的70%以上或造成積水超過24 h，塊莖會(huì)造成腐爛;積水超過30 h，塊莖將大量腐爛;積水超過42 h，塊莖將全部腐爛。

圖1 2006—2011年4個(gè)觀測(cè)點(diǎn)春薯生長(zhǎng)發(fā)育期降水量5d 滑動(dòng)累計(jì)值(單位:mm)

由圖2 還可以看出，坡上試驗(yàn)區(qū)在春薯生長(zhǎng)發(fā)育期水分條件較好。播種期至開花期，降水產(chǎn)量積分回歸函數(shù)呈負(fù)效應(yīng)，表明此期間該區(qū)不需灌溉。開花期至可收期為春薯生育關(guān)鍵期，降水產(chǎn)量積分回歸函數(shù)出現(xiàn)正值，應(yīng)在開花始期到開花盛期增加供水，有利于春薯薯塊膨大，增產(chǎn)作用顯著。開花盛期到可收期，因需水量逐漸減少，不需灌溉。

圖2 貴州西部不同試驗(yàn)區(qū)春薯降水產(chǎn)量積分回歸函數(shù)

4 結(jié)論與討論

①本試驗(yàn)研究表明，同一年不同區(qū)域或同一區(qū)域不同年份，在春薯生長(zhǎng)發(fā)育期間降水量存在明顯的差異，但總體呈現(xiàn)出隨著海拔高度的升高，降水量呈增多的趨勢(shì)，這充分說明貴州西部山區(qū)降水時(shí)空分布不均，是導(dǎo)致春薯產(chǎn)量不穩(wěn)定的主要原因。池再香等［10］曾指出馬鈴薯開花期到塊莖膨大期(5月中旬—8月下旬)對(duì)降水量變化十分敏感，降水量過多或過少都會(huì)導(dǎo)致馬鈴薯產(chǎn)量的降低。由此可知，降水量的多少是影響春薯產(chǎn)量高低的主要原因。

②通過分析郎節(jié)壩、大地、前進(jìn)和坡上等4個(gè)春薯大田試驗(yàn)區(qū)共6a 降水分布情況，研究4個(gè)試驗(yàn)區(qū)春薯降水產(chǎn)量積分回歸函數(shù)的區(qū)域差異，探討不同時(shí)期附加降水對(duì)春薯產(chǎn)量影響，確定最佳補(bǔ)充灌溉時(shí)期，可供分析春薯補(bǔ)充灌溉關(guān)鍵期參考。

③通過分析得出貴州西部山區(qū)不同區(qū)域春薯的最佳補(bǔ)充灌溉時(shí)期分別為:海拔1 600 m 左右山區(qū)應(yīng)在2月下旬、3月中旬—下旬和4月中旬，海拔1 900 m 左右山區(qū)應(yīng)在3月下旬—4月上旬、5月上旬—6月上旬，海拔2 100 m 左右山區(qū)應(yīng)在春薯的現(xiàn)蕾期到開花始期的5月上旬—下旬，海拔2 300 m左右山區(qū)應(yīng)在春薯的開花始期到盛期的6月上旬—下旬。

由于貴州西部屬于喀斯特地貌山區(qū)，局地的地形十分復(fù)雜，小氣候變化明顯。本研究所選取的春薯生長(zhǎng)發(fā)育試驗(yàn)觀測(cè)網(wǎng)樣本少，不能完全代表貴州西部山區(qū)，使得該研究產(chǎn)生了一定的局限性。因此，今后仍需對(duì)貴州西部山區(qū)不同區(qū)域降水對(duì)春薯生長(zhǎng)發(fā)育過程的影響進(jìn)行深入的研究。

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