半干旱區(qū)全膜雙壟溝播對馬鈴薯耗水規(guī)律的影響

劉曉偉 ，孫萬倉 ，張緒成

（1.甘肅農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院，蘭州，730070；2.甘肅省農(nóng)科院旱地農(nóng)業(yè)研究所）

水分是影響作物生長發(fā)育的主要生態(tài)和環(huán)境因素，與作物生長發(fā)育有著密切的關(guān)系[1，2]。半干旱區(qū)農(nóng)業(yè)主要靠自然降水，無效蒸發(fā)、地表徑流等方式損失的水量占降水量的60%～65%[3]，因此，旱區(qū)作物穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的根本途徑是提高自然降水利用效率[4]，覆草、覆膜等技術(shù)可降低土壤水分的無效消耗[5～7]，對水、肥、氣、熱資源進行合理優(yōu)化，提高水資源的利用率[8～10]。

關(guān)于全膜雙壟溝播對土壤水熱條件及產(chǎn)量的影響，前人從不同方面進行了系統(tǒng)而深入的研究[6，8]，但對全膜雙壟溝播條件下馬鈴薯的耗水進度、水分平衡等耗水規(guī)律的影響缺乏深入研究，加之以往的研究多關(guān)注生育關(guān)鍵期或者需水關(guān)鍵期馬鈴薯的耗水狀況[11，12]，存在一定的局限性，因為半干旱區(qū)由于氣候條件差，降水變率大，土壤墑情也表現(xiàn)出很大的波動性，馬鈴薯生長的各時期都可能表現(xiàn)出水分虧缺。為此，在前人研究基礎(chǔ)上，把馬鈴薯生育關(guān)鍵期和需水關(guān)鍵期結(jié)合起來，通過研究裸地與全膜雙壟溝播條件馬鈴薯各生育階段耗水量、耗水模系數(shù)及全生育期水分利用效率（WUE）的影響，揭示地膜覆蓋后馬鈴薯的耗水特性和水分平衡特點，為提高馬鈴薯水分利用效率提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于甘肅省農(nóng)業(yè)科學院定西試驗站（104°36′E，35°35′N），海拔 1 970 m，年輻射總量為5 898 MJ/m2，年日照時數(shù)為2 500 h，≥10℃積溫為2 075.1℃，年平均氣溫為6.2℃，無霜期為140 d，平均年降水量為415 mm，為典型旱地雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)。試驗地平均基礎(chǔ)養(yǎng)分為：NH4+-N 4.2 mg/kg，NO3--N 0.85 mg/kg， 全 P 26.28 mg/kg， 全 K 126.07 mg/kg，pH值8.1。

1.2 試驗材料

試驗所用馬鈴薯品種為新大坪，所用地膜為厚度0.008 mm、寬120 cm的聚乙烯黑色地膜。

1.3 試驗方法

采用裂區(qū)設(shè)計，主處理為全膜覆蓋雙壟溝播（PM）和裸地種植（CK），副處理設(shè)2個灌水量水平：水平1，足量灌溉（FI，保持0～100 cm土層的平均土壤含水量占田間持水量的80%）；水平2，無灌溉（NI）。 小區(qū)面積27.5 m2，3次重復。 2012年依照本試驗方法實施，試驗前將各處理試驗地條件調(diào)成一致；2013年在2012年的試驗基礎(chǔ)上接著開展試驗，試驗前對試驗地塊不做任何處理，因馬鈴薯生育期降水量為484.2 mm，0～100 cm土層貯水量均超過試驗設(shè)計灌溉量，因此，2013年只有全膜覆蓋雙壟溝播（PM）和裸地種植（CK）2個處理。

1.4 試驗測定及方法

用烘干法在2穴馬鈴薯中間位置分別測定播前、收獲后及全生育期0～300 cm土壤含水量（20 cm一層），并根據(jù)苗期、現(xiàn)蕾期、開花期、塊莖生長期0～100 cm平均土壤水分含量的測定結(jié)果進行灌溉。馬鈴薯成熟后，全小區(qū)收獲并考種，稱鮮薯質(zhì)量，采用Microsoft Excel 2007制表繪圖，DPS 11.5軟件進行分析方差。

灌溉量（m3）=[80%×田間持水量（%）-土壤含水量（%）]×土壤容重×1 m×小區(qū)面積（27.5 m2）×1.5（灌溉水分損失系數(shù)）。

馬鈴薯耗水量的估算方法是根據(jù)農(nóng)田水量平衡法計算，在本試驗區(qū)，因地下水埋深大于10 m，而且設(shè)計的單次灌溉量較小，因此公式中的地下水補給量、徑流量和深層滲漏量可忽略不計，故計算公式簡化為：ET=P＋I-（Wt-W0）， 式中：ET 為時段 t內(nèi)作物的耗水量，P為時段t內(nèi)的降雨量，I為時段t內(nèi)的灌水量；W0、Wt為時段初和時段末的土體貯水量。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對馬鈴薯0～300 cm土壤貯水量的影響

①馬鈴薯生長關(guān)鍵期不同處理對0～300 cm土壤貯水量的影響 由圖1、2可知，受生育期和降水的影響，各處理0～300 cm土壤貯水量在不同年份不同生育期變化不同，其中2012年各處理0～100 cm變化較大，100 cm以下各處理差異較小，而2013年各處理在100 cm以下差異均比較明顯。2012年，開花期CKFI處理 0～100 cm的土壤貯水量最大，PMFI次之，PMNI處理0～60 cm的貯水量均最小，可能是此階段PMNI耗水量較高且前期無灌溉所致；隨后由于灌水量和降水量大于耗水量，土壤水分被蓄積并下滲，至塊莖生長期各處理100～300 cm土壤貯水量差異不明顯。

薯塊膨大期至成熟期由于馬鈴薯快速生長的需要，40～150 cm土層貯水量迅速下降，至成熟期達到全生育期的最低值，其中全膜覆蓋的馬鈴薯生長消耗致使此土層貯水量顯著低于裸地。

2012年9月底，馬鈴薯收獲后對所有處理進行了秋覆膜，將休閑期的有限降水蓄積起來并下滲，致使2013年播前所有處理各土層貯水量均有明顯增加，其中從馬鈴薯開花期到塊莖生長期，全膜雙壟溝播處理80 cm以下各土層土壤貯水量明顯高于不覆膜處理，主要是此階段305.6 mm的降水量遠遠大于馬鈴薯生長的需水量，且以前蓄積的土壤貯水量消耗很少所致。

從開花期到塊莖生長期，處理間深層（150 cm以下）土壤貯水量差異逐漸縮小，至成熟期進一步縮小，因為此階段馬鈴薯的耗水量增大，不僅消耗了淺層水分，且使深層土壤水分逐漸上移，但PM處理在100～300 cm的貯水量明顯高于裸地，表現(xiàn)了較好的蓄水保墑效果。

圖1 2012年馬鈴薯關(guān)鍵生育期各處理0～300 cm土壤貯水量變化

圖2 2013年馬鈴薯關(guān)鍵生育期各處理0～300 cm土壤貯水量變化

②不同處理對馬鈴薯播前收后0～300 cm土壤貯水量的影響 從2012年4月21日播種到2013年9月28日收獲，試驗區(qū)降水960.7 mm，PM處理灌水量為56.27 mm，CK灌水量為92.39 mm。全膜雙壟溝播處理0～300 cm各個層次2013年收后的貯水量均比2012年播前有明顯增加（圖3），裸地0～60 cm和200～300 cm土層貯水量與2012年播前相當，60～200 cm增加幅度較大。其中，PM和CK 0～300 cm的土壤貯水量在2013年收后比2012年播前分別增加了201.77 mm和94.45 mm，增幅分別達到34.45%和11.99%。

2.2 不同處理對馬鈴薯產(chǎn)量的影響

不同覆膜方式下各灌水處理馬鈴薯的產(chǎn)量存在顯著差異（圖4）。2 a試驗結(jié)果表明，PM比CK處理增產(chǎn)30.46%～32.64%，達到顯著性水平。

因2013年降水明顯多于2012年，所以馬鈴薯成熟期腐爛現(xiàn)象較嚴重，導致2013年各處理的產(chǎn)量均低于2012年。

圖3 各處理2012年播前和2013年收后0～300 cm土壤貯水量變化

2.3 不同處理對馬鈴薯耗水量和水分利用效率（WUE）的影響

①不同處理對馬鈴薯不同生育階段耗水量的影響 馬鈴薯不同生育階段耗水量不盡相同，但總體上隨生育期呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢（表1、圖5）。全膜雙壟溝播馬鈴薯在苗期生長比較緩慢，耗水量比較小，此階段耗水量占整個生育期耗水量的4%～7%。開花期氣溫明顯升高，植株快速生長，蒸騰迅速增加，此期占總耗水量的18%～25%。隨著馬鈴薯塊莖快速膨大，葉面蒸騰達到峰值，日平均耗水強度約為9 mm，耗水量占32%～46%，由此判斷，此期即為馬鈴薯的耗水關(guān)鍵期。隨后的淀粉積累期，耗水量占整個生育期耗水量的10%左右。

圖4 不同處理的馬鈴薯產(chǎn)量

表1 不同處理馬鈴薯生育階段耗水量

圖5 各處理的馬鈴薯不同生育階段耗水量

苗期—薯塊膨大期，裸地處理由于地表無地膜覆蓋，水分蒸發(fā)較強，耗水量明顯高于覆膜處理，是覆膜處理的1.4～2.0倍，至成熟期2個處理耗水量差異逐漸縮小。開花期—塊莖形成期，覆膜處理間，足量灌溉小于不灌溉，裸地處理間則相反。淀粉積累期，覆膜處理耗水量均高于裸地。在薯塊生長期到成熟期，2 a試驗結(jié)果表現(xiàn)不同，其主要原因可能是2012年此階段2個灌水處理的耗水量相當，均顯著高于不灌水處理；2013年試驗區(qū)此階段降水量達273 mm，各處理此時耗水量基本無差異。

全膜雙壟溝播使馬鈴薯的生育進程和耗水過程相對于裸地種植發(fā)生了一定的變化，前期的耗水量降低，使得生育后期的土壤貯水量較高，這有利于高產(chǎn)。

②不同處理對馬鈴薯水分利用效率的影響 由表2可知，各處理對馬鈴薯水分利用效率有顯著影響。PM處理由于土壤貯水量保持在較高水平，促進了馬鈴薯的個體發(fā)育和產(chǎn)量形成，2 a的產(chǎn)量和水分利用效率均顯著高于CK，其中2012年和2013年全膜雙壟溝播足量灌溉和無灌溉處理分別較對應(yīng)裸地高 40.26%，20.66%，32.64%；水分利用效率2 a 分別為 66.14，64.13，68.44 kg·hm-2·mm-1， 較裸地分別增加了54.32%，27.29%，47.37%。

表2 不同處理的馬鈴薯水分利用效率

足量灌溉與不灌溉相比，無論覆膜與否，水分利用效率隨土壤水分的增加無明顯變化，其中裸地足量灌溉處理的水分利用效率低于不灌溉處理，說明足量灌水并不能提高水分利用效率。

3 討論與結(jié)論

地膜覆蓋變更了土壤水分的運移，阻斷其蒸發(fā)，實現(xiàn)了蓄水保墑的目的[13]。本試驗結(jié)果表明，無論覆膜與否，馬鈴薯的耗水規(guī)律基本一致，即總體上呈現(xiàn)前期少、中期多、后期又少的變化趨勢，但全膜雙壟溝播能使馬鈴薯的耗水過程發(fā)生一定的改變，與裸地相比，減少了馬鈴薯生長前期（苗期—現(xiàn)蕾期）的耗水量，增加了生長中期尤其是馬鈴薯生長關(guān)鍵期（薯塊形成期—薯塊膨大期）的耗水量，這極有利于馬鈴薯薯塊的增長和淀粉的積累，是獲得高產(chǎn)的重要基礎(chǔ)。

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