寧夏中部干旱帶馬鈴薯膜下滴灌補灌參數(shù)試驗研究

張 樂，尹 娟,2,3，王懷博

(1.寧夏大學土木與水利工程學院，銀川 750021；2.旱區(qū)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)水資源高效利用教育部工程中心，銀川 750021；3.寧夏節(jié)水灌溉與水資源調(diào)控工程技術(shù)研究中心，銀川 750021；4.寧夏水利科學研究院，銀川 750021)

0 引 言

寧夏中部干旱地區(qū)降雨稀少，水資源匱乏[1]，水分成為制約作物生長的決定性因素[2]。馬鈴薯作為世界四大糧食作物之一[3]，對水分虧缺比較敏感[4]。膜下滴灌是一種較為節(jié)水的灌水方式，將覆膜種植與滴灌技術(shù)有效集成，僅在作物根系范圍內(nèi)實施局部灌溉[5,6]。目前國內(nèi)外對滴灌的研究主要集中在玉米、西瓜等作物，對馬鈴薯特別是寧夏干旱區(qū)馬鈴薯的研究較少。本文通過田間試驗，研究不同補灌定額和補灌次數(shù)對馬鈴薯灌溉參數(shù)的影響，旨在提出旱區(qū)馬鈴薯適宜的補灌灌溉制度，為提高寧夏中部干旱區(qū)馬鈴薯的灌水技術(shù)提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗基地概況

試驗點位于寧夏回族自治區(qū)吳忠市同心縣王團鎮(zhèn)寧夏旱作節(jié)水高效農(nóng)業(yè)科技園，地處北緯36°58′48″，東經(jīng)105°54′24″，屬于典型的溫帶大陸性氣候，干旱少雨，日照充足，晝夜溫差大，年均降水量259 mm左右，蒸發(fā)量達2 325 mm，年內(nèi)分配不均。

試驗區(qū)土壤類型為黏壤土，田間土壤飽和含水率為22%(占干土重%)，土壤干容重1.46 g/cm3。有機質(zhì)12.2 g/kg，速效氮55 mg/kg，速效磷9.8 mg/kg，速效鉀111 mg/kg，全鹽量0.098 g/kg，pH值8.6。試驗水源經(jīng)首部過濾加壓后進入田間管網(wǎng)系統(tǒng)，經(jīng)鋪設(shè)的一次性內(nèi)鑲貼片式滴灌帶對馬鈴薯進行灌溉。

1.2 試驗設(shè)計

供試馬鈴薯品種為冀張薯5號，栽培方式為雙壟黑膜全膜覆蓋膜下滴灌，微集雨栽培，采用隨機區(qū)組排列，重復(fù)3次，小區(qū)面積32 m2(8 m×4 m)，區(qū)距80 cm，排距120 cm，每小區(qū)種3壟6行，行距60 cm，株距30 cm，密度55 500 株/hm2，種植4行保護區(qū)。主處理補灌定額設(shè)300、675、1 050 m3/hm2、對照(CK)，未灌水4個水平，副處理補灌次數(shù)設(shè)2次、3次和4次3個水平。根據(jù)馬鈴薯生長發(fā)育需水規(guī)律，分現(xiàn)蕾期(6月中旬)、塊莖形成期(7月下旬)、塊莖緩慢增長期(8月上旬)和快速膨大期(8月中旬)4個生育階段進行補灌。具體試驗設(shè)計方案見表1。

1.3 測定指標及方法

(1)土壤含水量測定。選擇PR2/6測量10、20、30、40、60和100 cm 6個層面土壤含水量，播前測定土壤基礎(chǔ)含水量，生育期一般每隔10 d測一次，降雨階段前后、滴灌前后加測一次。

(2)光合指標測定。在馬鈴薯塊莖膨大期選擇晴天，選擇該小區(qū)具有代表性的植株于上午8∶00至下午18∶00每隔2 h對凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)進行測定。

(3)取樣測產(chǎn)。試驗采用單株平均法測產(chǎn)，即每個處理的每個重復(fù)取10株，對其單株薯重進行統(tǒng)計。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 不同補灌處理對馬鈴薯耗水量的影響

試驗在監(jiān)測了田間土壤含水率、降雨量的基礎(chǔ)上，把馬鈴薯生育期歸為芽條生長期、幼苗期～塊莖形成期、塊莖膨大期、淀粉積累期四個階段，測得降雨量分別為80.7、80.25、278.4、372.15 m3/hm2，根據(jù)水量平衡法計算耗水量。從表2可以看出，淀粉積累期耗水量較大的是處理F1、F2、F3、F7、F8，塊莖膨大期耗水量較大的處理是F8、F9，幼苗期～塊莖形成期耗水量較大的處理是F5、F6、F9，各處理耗水量較小的階段主要是芽條生長期，其中F1、F4和F7幼苗期～塊莖形成期耗水量較小。全生育期耗水量隨補灌定額的增大而增大，當補灌定額一定時，在塊莖膨大期實施補灌耗水量較大。整體表現(xiàn)為F10(CK)

表1 馬鈴薯滴灌試驗因素水平組合設(shè)計表

表2 不同灌溉制度條件下膜下滴灌馬鈴薯耗水量 m3/hm2

2.2 不同補灌處理對馬鈴薯光合特性的影響

光合速率(Pn)是光合作用固定二氧化碳的速率，的光合速率日變化曲線圖，可以看出，光合速率變化曲線呈雙峰凸拋物線型。經(jīng)過夜間富集作用，早晨的胞間CO2濃度較高[7]，葉片光合速率從8：00開始逐漸增長，除處理F7、F8光合速率日變化第一個峰值出現(xiàn)在圖中的12∶00，其他處理第一個峰值均出現(xiàn)在10∶00點，隨后光合速率開始逐漸減小，到14∶00點降低到一個極小值，出現(xiàn)“午睡”現(xiàn)象[8,9]，這是由于太陽輻射較強，光合有效輻射降低和氣溫急劇升高引起氣孔關(guān)閉，隨后光合速率又逐漸升高，到16∶00，光合速率回到另一個峰值，之后開始逐漸降低，直到18∶00，只有微弱的光合速率；處理F7、F8從早上8：00-12：00，光合速率逐漸升高，到12點才出現(xiàn)第一個峰值，隨后變化曲線和其他處理相同。處理F10(CK)的光合速率在一天當中變化較為平緩，平均為2.35 μmol/(m2·s)，全天光合速率整體表現(xiàn)為F5> F6> F4> F8> F9> F7> F2> F3> F1> F10(CK)，表明在馬鈴薯塊莖膨大期適當進行補灌有利于提高馬鈴薯葉片的光合速率。圖2是不同補灌處理馬鈴薯蒸騰速率(Tr)日變化曲線圖，可以看到，蒸騰速率與光合速率有相似的變化規(guī)律，蒸騰速率日變化第一個峰值都出現(xiàn)在12∶00，這是因為此時太陽輻射較強，氣溫急劇升高，受到高溫脅迫引起氣孔導(dǎo)度增加，作物提高蒸騰速率以減少高溫傷害，隨后蒸騰速率開始逐漸減小，到14∶00降低到一個極小值，之后蒸騰速率逐漸升高，到16∶00又回到另一個峰值，之后開始逐漸降低。其中12∶00到14∶00蒸騰速率降幅較大，達到了31.75%～81.20%，這是氣孔突然關(guān)閉的結(jié)果。適宜的補灌量能提高滴灌馬鈴薯的蒸騰速率，且在馬鈴薯塊莖膨大期進行補灌對蒸騰速率的影響較為明顯。全天馬鈴薯蒸騰速率整體表現(xiàn)為F5> F6> F4> F9> F7> F10(CK)>F8 > F2> F3> F1。

圖1 不同補灌處理馬鈴薯光合速率日變化曲線

圖2 不同補灌處理馬鈴薯蒸騰速率日變化曲線

2.3 不同補灌處理對馬鈴薯產(chǎn)量及水分利用效率的影響

采用單株平均法對產(chǎn)量進行測定，結(jié)果見表3，可以看出，各處理馬鈴薯的產(chǎn)量最高的是處理F5，為32 790 kg/hm2，其次是F7和F4，分別為29 220和25 935 kg/hm2，產(chǎn)量最低的是處理F10(CK)，為11 205 kg /hm2，其次是F2和F1，分別為12 825和12 030 kg/hm2。補灌定額在一定范圍內(nèi)可以使產(chǎn)量增加，但是當補灌定額超過675 m3/hm2時，產(chǎn)量與補灌定額不再呈正相關(guān)關(guān)系。

表3 各處理馬鈴薯產(chǎn)量及水分利用效率

灌溉水利用效率是作物產(chǎn)量與灌水量的比值。從表中可以看出，不同補灌處理馬鈴薯灌溉水利用效率處理F5最大，為48.58 kg/m3，處理F9最小，為18.98 kg/m3，總體表現(xiàn)為F5> F3> F6> F2> F1> F4> F7> F8> F9，處理F5灌溉水生產(chǎn)效率分別較處理F1、F2、F3、F4、F6、F7、F8、F9增加21.15%、13.64%、1.84%、26.44%、13.45%、74.56%、104.72%、155.95%。

水分生產(chǎn)效率表示作物產(chǎn)量與耗水量的比值?？梢钥闯觯煌a灌處理馬鈴薯水分生產(chǎn)效率隨著補灌定額先增加后減小，其中處理F5最大，為19.0 kg/m3，處理F9最小，為9.73 kg/m3，總體表現(xiàn)為F5>F6>F4>F7> F8>F10(CK)> F3> F2> F1> F9。

葉片水分利用效率表示葉片固定二氧化碳的能力，是光合速率與蒸騰速率的比值。從表中可以看出，處理F8日平均水分利用效率最大，為1.55 μmol/mmol，其次為處理F5，為1.25 μmol/mmol，處理F10(CK)最小，為0.77 μmol/mmol，總體表現(xiàn)為F8>W5>F7>F4>F9>F3>F2=F1>F6>F10(CK)。

3 結(jié) 語

本文通過在田間設(shè)置不同的膜下滴灌補灌處理試驗，研究不同補灌定額和補灌次數(shù)對馬鈴薯耗水量、光合指標、產(chǎn)量及水分利用效率的影響，得出以下結(jié)論。

(1)全生育期耗水量隨補灌定額的增大而增大，在塊莖膨大期實施補灌耗水量較大；

(2)光合速率變化曲線呈雙峰凸拋物線型，在馬鈴薯塊莖膨大期適當進行補灌有利于提高馬鈴薯葉片的光合速率，全天光合速率整體表現(xiàn)為F5> F6> F4> F8> F9> F7> F2> F3> F1> F10(CK)；蒸騰速率與光合速率有相似的變化規(guī)律，在馬鈴薯塊莖膨大期進行補灌對蒸騰速率的影響較為明顯，全天馬鈴薯蒸騰速率整體表現(xiàn)為F5> F6> F4> F9> F7>F10(CK)>F8 > F2> F3> F1；

(3)處理F5的產(chǎn)量最高，為32 790 kg/hm2，產(chǎn)量最低的是處理F10(CK)，一定范圍的補灌定額可以提高產(chǎn)量，當補灌定額超過675 m3/hm2時，產(chǎn)量與補灌量不再呈正相關(guān)關(guān)系；

(4)處理F5的灌溉水利用效率和水分生產(chǎn)效率最大，分別為48.58和19.0 kg/m3；處理F8日平均水分利用效率最大，為1.55 μmol/mmol，其次為處理F5，為1.25 μmol/mmol，處理F10(CK)最小。

綜上可得，處理F5的產(chǎn)量最高，灌水利用效率和水分生產(chǎn)效率最大，說明在關(guān)鍵需水期實施補灌，能顯著提高馬鈴薯產(chǎn)量及水分利用效率；處理F8的葉片水分利用效率最大，但灌水利用效率較低。因此，處理F5是最佳補灌方案。

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