綠洲膜下滴灌調(diào)虧對馬鈴薯土壤環(huán)境及產(chǎn)量的影響

薛道信，張恒嘉，巴玉春，張 明，王世杰

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學 工學院，甘肅 蘭州 730070；2.民樂縣洪水河管理處，甘肅 民樂 734503)

綠洲膜下滴灌調(diào)虧對馬鈴薯土壤環(huán)境及產(chǎn)量的影響

薛道信1，張恒嘉1，巴玉春2，張 明2，王世杰1

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學 工學院，甘肅 蘭州 730070；2.民樂縣洪水河管理處，甘肅 民樂 734503)

為測定膜下滴灌調(diào)虧馬鈴薯全生育期內(nèi)不同調(diào)虧水平土壤養(yǎng)分、土壤水熱動態(tài)、生長動態(tài)、產(chǎn)量效應(yīng)和水分利用效率，于2016年在河西荒漠綠洲灌區(qū)民樂縣益民灌溉試驗站開展了馬鈴薯不同生育階段水分調(diào)虧灌溉的試驗研究，結(jié)果表明，馬鈴薯膜下滴灌調(diào)虧土壤水熱變化均勻且利用率高，有利于馬鈴薯對土壤養(yǎng)分的充分吸收和利用；土壤養(yǎng)分是土壤肥力的核心，是植物在生長發(fā)育過程中不可或缺的重要因素，膜下滴灌調(diào)虧栽培能有效減少土壤速效養(yǎng)分的流失，并提高馬鈴薯對土壤速效養(yǎng)分的利用效率；不同生育階段馬鈴薯耗水量受水分調(diào)虧程度影響較大，其耗水量隨調(diào)虧程度增大而顯著減少(P<0.05)，水分調(diào)虧處理馬鈴薯全生育期總耗水量均低于全生育期充分灌水CK處理。塊莖形成期輕度水分虧缺馬鈴薯水分利用效率、灌溉水利用效率、生物量均達到最大，較全生育期充分灌水顯著提高29.04%，35.61%。因此，塊莖形成期輕度水分虧缺灌溉方式能使馬鈴薯根區(qū)土壤始終保持濕潤狀態(tài)，有效減少滲漏損失和植株間無效蒸發(fā)損失，改善土壤水、肥和熱量狀況，有利于提高作物水分利用效率，且不顯著降低馬鈴薯最終產(chǎn)量。

馬鈴薯；產(chǎn)量；調(diào)虧灌溉；土壤養(yǎng)分；水分利用

馬鈴薯是中國五大主食之一，其營養(yǎng)價值高、適應(yīng)能力強、產(chǎn)量高，是全球第三大重要糧食作物，僅次于小麥和玉米，但其種植面積居世界第一[1]。馬鈴薯生長對土壤水、熱變化十分敏感[2]，干旱是限制我國西北地區(qū)馬鈴薯生產(chǎn)發(fā)展的重要因素之一[3]。試驗研究表明，調(diào)虧灌溉不僅有利于提高馬鈴薯薯塊產(chǎn)量和改善塊莖品質(zhì)[4-6]，而且對馬鈴薯全生育期需水和耗水規(guī)律均有顯著影響[7-8]。在我國甘肅河西荒漠綠洲區(qū)，馬鈴薯已成為第三大特色農(nóng)作物，隨著我國馬鈴薯加工業(yè)的逐步興起，馬鈴薯質(zhì)與量的需求迅猛增長，其種植面積快速擴大[9]，馬鈴薯種植業(yè)亟須科學的理論指導和技術(shù)支持。

膜下滴灌栽培技術(shù)是一項新型栽培技術(shù)，是把地膜覆蓋保墑技術(shù)與滴灌節(jié)水技術(shù)等優(yōu)點充分結(jié)合[10]。就目前試驗研究而言，膜下滴灌技術(shù)主要用在甜椒、棉花和菘藍等[11-13]作物上，在馬鈴薯作物種植方面研究較少。有關(guān)膜下滴灌調(diào)虧灌溉馬鈴薯的試驗研究較少[14-15]，該技術(shù)是薯種在溫度和濕度合適條件下，采用起壟覆膜與膜下滴灌相結(jié)合的栽培方法，改變了馬鈴薯的傳統(tǒng)種植模式，將起壟、覆膜與滴灌3種耕作技術(shù)的優(yōu)點充分結(jié)合起來。滴灌調(diào)虧是馬鈴薯高產(chǎn)高效的關(guān)鍵技術(shù)，研究不同生育期膜下灌溉調(diào)虧對馬鈴薯土壤環(huán)境、產(chǎn)量及水分利用的影響，可為馬鈴薯高效水管理提供理論依據(jù)。目前，國內(nèi)外關(guān)于馬鈴薯膜下滴灌栽培種植技術(shù)的研究還不多，技術(shù)-理論體系尚不完善，尤其是馬鈴薯各生育期對土壤水分和熱量要求等問題還處于初步探索階段[9，16-17]。因此，本試驗在前人研究的基礎(chǔ)上[18-24]，將起壟覆膜、膜下滴灌和虧缺灌溉節(jié)水技術(shù)措施相結(jié)合，重點研究膜下滴灌調(diào)虧灌溉技術(shù)條件下馬鈴薯全生育期的需水耗水規(guī)律、水分利用效率(WUE)、產(chǎn)量、品質(zhì)和土壤肥力等指標，提出調(diào)虧灌溉的最佳時期、虧缺程度及土壤含水狀態(tài)等，以此達到節(jié)水、增產(chǎn)、高效和優(yōu)質(zhì)的目的，為我國馬鈴薯膜下滴灌栽培技術(shù)的應(yīng)用與推廣提供科學的理論依據(jù)及技術(shù)指導。

1 材料和方法

1.1 試驗區(qū)基本情況

試驗于2016年4-10月在甘肅省張掖市民樂縣益民灌溉試驗站進行，地理坐標東經(jīng)100°43′，北緯38°39′，屬于洪水河灌區(qū)。該試驗區(qū)屬典型的半干旱氣候區(qū)，大陸性荒漠草原氣候，年總降雨量為183～285 mm，降雨稀少且分布不均，河源來水不足，干旱頻繁，供需矛盾突出，但具有豐富的光熱資源和晝夜溫差大等特點，為各類農(nóng)作物進行有效光合作用、有機物質(zhì)積累、產(chǎn)量形成等創(chuàng)造了適宜的條件。試驗區(qū)平均海拔約1 970 m，年平均氣溫6.0 ℃，≥0 ℃積溫3 500 ℃，≥10 ℃有效積溫2 985 ℃，極端最高氣溫37.8 ℃，極端最低氣溫-33.3 ℃，無霜期109～174 d，年日照時數(shù)3 000 h左右。試驗地為中壤土，地面平整，土層深厚，土壤肥沃，有機質(zhì)含量豐富，灌水方便，耕層田間最大持水量(Field capacity，簡稱FC)為24%，平均容重1.48 t/m3，pH值7.22，地下水位低且無鹽堿化影響。試區(qū)是以種植馬鈴薯、小麥、菘藍等為主的一年一熟作物種植區(qū)。

益民灌溉試驗站共有試驗地約1.5 hm2，全自動氣象觀測場1個，具備基本氣象資料的觀測，土壤含水率、土壤容重、降雨量、蒸發(fā)量等試驗儀器和設(shè)備條件。

1.2 試驗設(shè)計及方法

試驗根據(jù)水分調(diào)虧水平和調(diào)虧生育階段共設(shè)8個調(diào)虧處理(WD1～WD8)和1個對照(CK)，分別在幼苗期、塊莖形成期、塊莖膨大期和淀粉積累期4個生育階段進行水分調(diào)虧處理，試驗設(shè)計方案見表1。

試驗所用馬鈴薯(SolanumtuberosumL.)材料為青薯168，由青海省農(nóng)業(yè)科學院作物研究所選育，屬晚熟菜用型和淀粉加工兼用型品種。馬鈴薯于2016年4月8日播種，9月26日收獲，全生育期歷時172 d。該品種具有幼苗直立，枝葉繁茂，生長勢強，淀粉含量高和耐貯藏等特點[25]。按照《灌溉試驗規(guī)范》中作物生長發(fā)育階段的劃分標準，結(jié)合本馬鈴薯實際生育進程，劃分以下4個階段：幼苗期Ⅰ(從播種至現(xiàn)蕾為標志)；塊莖形成期Ⅱ(從現(xiàn)蕾-初花為標志)；塊莖膨大期Ⅲ(從始花-終花為標志)；淀粉積累期Ⅳ(從終花-枯萎為標志)。

采用起壟覆普通塑料地膜與膜下滴灌相結(jié)合的單壟雙行栽培模式，土壟寬80 cm，壟高20 cm，溝寬40 cm，行距40 cm，株距20 cm。每條壟中間鋪設(shè)一條迷宮式流道滴灌帶，滴灌帶內(nèi)徑為16 mm，滴頭間距20 cm，具有輸水效果好、抗堵塞能力強等特點。試驗采用單因素隨機區(qū)組設(shè)計，南北走向種植，每個處理3次重復(fù)，試驗小區(qū)面積33.6 m2(7 m×4.8 m)，試驗田總面積907.2 m2。每個小區(qū)為一個滴灌支管控制單位，支管單元入口安裝有閘閥和水表，在每壟上安裝一條薄壁式滴灌帶，并覆一層寬120 cm聚乙烯普通塑料薄膜。

表1 試驗設(shè)計方案

注：表中數(shù)據(jù)為土壤含水量占田間持水量的百分數(shù)。

Note：The data in the table are the soil water content in percent of field capacity.

1.3 測定指標及方法

1.3.1 土壤容重 通過環(huán)刀法(農(nóng)業(yè)部標準NY/T 1121.4-2006)測定試驗田不同深度剖面土壤容重，分層取樣，每層重復(fù)3次，在(105±2) ℃恒溫干燥箱中烘至恒重，干土質(zhì)量和環(huán)刀體積比就是該土層土壤容重。

1.3.2 土壤溫度 地溫計布置在每個處理的第2個重復(fù)，分為5個層次(5，10，15，20，25 cm)分別測定土壤溫度。在全生育期內(nèi)每天8：00，14：00，20：00分3次進行觀測。

1.3.3 土壤含水量 本試驗主要采用傳統(tǒng)的土壤水分測定方法即土鉆取土烘干稱重法，其優(yōu)點是可以直接測定土壤含水量，并且測定結(jié)果比較精確；馬鈴薯根系主要分布于0～40 cm土層范圍內(nèi)[26]，根據(jù)西北綠洲試驗區(qū)實際情況，每個小區(qū)隨機選取一條土壟進行人工取土。本試驗在馬鈴薯播種前及收獲后取土深度為100 cm，分為6個剖面梯度測定分別為：0～10 cm，10～20 cm，20～40 cm，40～60 cm，60～80 cm，80～100 cm。生育期內(nèi)每隔7～10 d取土1次，取土深度為60 cm，分為6個梯度土壤剖面取土，并且在灌水前后與降水后適時各加測1次。

1.3.4 灌水量 采用干、支管管道輸水與膜下滴灌帶滴灌方式灌水，每個試驗小區(qū)均安裝水表，灌水量由水表嚴格控制，記錄每次灌水時間和灌水量。灌水量由灌水定額計算公式確定[27]。

1.3.5 耗水量 試驗采用水量平衡法計算馬鈴薯全生育期實際騰發(fā)量。根據(jù)《灌溉試驗規(guī)范》(SL-2015)規(guī)定，利用測定土壤含水率來測定作物騰發(fā)量時，騰發(fā)量可按以下公式計算：

式中：ET為階段作物耗水量， mm；i為土層編號；n為土壤層次總數(shù)；ri為第i層土壤干容積密度，g/cm3；Hi為第i層土層厚度， cm；Wi1、Wi2為第i層土壤該時段始、末質(zhì)量含水率，%；M為該時段內(nèi)灌水量， mm；P為該時段內(nèi)有效降雨量， mm；K為該時段內(nèi)深層地下水補給量， mm；C為該時段內(nèi)深層滲漏量， mm，最大灌水上限為田間持水量的75%，故不會產(chǎn)生向100 cm土層以下的深層滲漏。試驗區(qū)地下水埋深大于20 m，故K=C=0。

1.3.6 生長指標 在馬鈴薯每個生育期末，每個小區(qū)選取3株用鋼卷尺(精度為1 mm)測定株高；葉面積用長×寬×葉面積系數(shù)法測定，馬鈴薯葉面積修正系數(shù)0.76[28]；用精度為0.02 mm的游標卡尺測定主莖莖粗。

1.3.7 產(chǎn)量 用烘干稱重法測定干物質(zhì)含量，植株鮮、干質(zhì)量用精度為0.01 g的電子天平測定，收獲時每個小區(qū)隨機選取3株進行考種并按小區(qū)收獲計算產(chǎn)量。

1.3.8 土壤養(yǎng)分 播種和收獲時分別用TPY系列土壤養(yǎng)分速測儀TPY-6A(浙江托普儀器有限公司生產(chǎn))測定0～40 cm土層土壤速效養(yǎng)分(銨態(tài)氮、速效磷、有效鉀)含量。

1.3.9 氣象資料 通過試驗站氣象場觀測記載降水、蒸發(fā)、溫度、日照時數(shù)和風速等。馬鈴薯全生育期大氣及地面溫度變化見圖1。

1.4 數(shù)據(jù)處理及分析

采用Microsoft Office Excel 2007軟件對數(shù)據(jù)進行處理；用SPSS(Statistical Product and Service Solutions)19.0統(tǒng)計軟件進行方差分析，采用LSD和Duncan法進行差異顯著性多重比較(P<0.05)；用Origin Pro 8.5繪圖。

圖1 馬鈴薯全生育期大氣及地面溫度變化

2 結(jié)果與分析

2.1 膜下滴灌調(diào)虧對土壤環(huán)境的影響

2.1.1 土壤養(yǎng)分 0～40 cm土層土壤養(yǎng)分測定結(jié)果表明(表2)，馬鈴薯播前不同處理及對照間土壤銨態(tài)氮(N)、速效磷(P)和有效鉀(K)等速效養(yǎng)分均不存在顯著性差異(P>0.05)，說明播前土地平整效果較好，試驗地土壤肥力均勻，為本試驗的正常開展和測定結(jié)果的合理性、客觀性和科學性提供了最基本的保證。在馬鈴薯收獲時，不同虧缺處理及對照處理間土壤銨態(tài)氮、有效鉀差異均達到顯著水平(P<0.05)。馬鈴薯收獲時銨態(tài)氮含量以CK最高(6.40 mg/kg)，比最低處理WD2(2.87 mg/kg)顯著高123.00%，比產(chǎn)量最低的處理WD5(5.17 mg/kg)高23.79%。速效磷含量以WD6和CK處理最高(9.33 mg/kg)，比最低處理WD5(3.70 mg/kg)顯著高152.16%，WD5處理消耗量最大(13.30 mg/kg)。有效鉀消耗量最多為WD1處理(51.00 mg/kg)，最少為CK(31.00 mg/kg)，CK處理K含量比產(chǎn)量最低WD5處理顯著高60.64%。收獲時速效磷和有效鉀含量普遍比播種時低，虧缺灌溉對土壤養(yǎng)分含量影響顯著。

表2 馬鈴薯各處理N、P、K元素含量變化

注：表中數(shù)值為3次重復(fù)的平均值；同列字母不同表示在0.05水平上差異顯著。表3-5同。

Note：Values are means of three replicates； Data within one column followed by different letters are significantly different atP<0.05. The same as Tab.3-5.

2.1.2 土壤溫度 馬鈴薯全生育期(4月8日-9月26日)內(nèi)不同深度土壤溫度變化過程見圖2，3，土壤溫度均為全天觀測平均值。一般情況下在同一天內(nèi)，不同深度的土層土壤溫度基本都呈現(xiàn)出低-高-低的單峰波動循環(huán)規(guī)律，但在馬鈴薯全生育期內(nèi)，土壤溫度變化受灌水和大氣溫度影響較大。試驗數(shù)據(jù)表明：各層次土壤溫度從4月初播種到8月中旬都呈現(xiàn)出上升的趨勢，8月中旬之后各層次土壤溫度呈現(xiàn)出趨于穩(wěn)定或略有下降趨勢。一方面，隨著灌水的實施，土壤溫度波動比較明顯，每次灌水后土壤溫度都會下降，隨著水分的不斷消耗土壤溫度又逐漸上升。另一方面從4月初馬鈴薯播種到8月中旬總體上氣溫是在持續(xù)上升，之后氣溫趨于穩(wěn)定略有下降趨勢。雖然觀測土壤剖面深度不同，但土壤溫度在馬鈴薯全生育期內(nèi)各剖面變化趨勢是相同的，5 cm深度土壤溫度在一天之中波動幅度最大，25 cm深度土壤溫度在一天中波動幅度最小且遲于5 cm處，一般情況下5 cm處土壤溫度高于25 cm處。5 cm處土壤溫度受外界氣溫干擾較為嚴重，上層土壤水分下滲和消耗比較快，因此，上層土壤受水分影響時間較為短暫，而溫度波動較為劇烈。25 cm處土壤溫度受土壤水分影響較大，受氣溫的直接調(diào)節(jié)作用不明顯，因此，波動幅度趨于平緩穩(wěn)定。地膜覆蓋的增溫效應(yīng)隨著馬鈴薯的生育進程而不斷變化。膜下滴灌調(diào)虧灌溉為馬鈴薯生長創(chuàng)造了良好的水熱條件，提高了水熱利用效率，對馬鈴薯節(jié)水增產(chǎn)具有一定促進作用。

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圖2 馬鈴薯全生育期5 cm土層土壤溫度變化規(guī)律

圖3 馬鈴薯全生育期25 cm土層土壤溫度變化規(guī)律

2.1.3 土壤水分 根據(jù)試驗結(jié)果(圖4)分析各處理土壤水分變化動態(tài)，馬鈴薯播種后由于調(diào)虧程度不同，各處理的土壤含水率差異日趨明顯，在每次灌水或降水后土壤含水量快速上升，達到調(diào)虧灌溉上限形成峰值，隨著土壤水分的消耗，土壤含水率逐漸下降，灌水和有效降水次數(shù)影響土壤含水率峰值出現(xiàn)的頻率。0～40 cm土層土壤水分變化較40～60 cm大，由于馬鈴薯根系主要生長在0～40 cm內(nèi)且灌水和降水量有限，主要入滲土壤上層部分濕潤根區(qū)。幼苗期馬鈴薯植株葉面積比較小，蒸騰作用消耗水量較少，此時土壤水分變化受外界環(huán)境影響較大，土壤水分消耗主要是用于株間無效蒸發(fā)，地膜的存在使得株間蒸發(fā)速度減緩，土壤含水率波動幅度較?。粡膲K莖形成期-塊莖膨大期土壤水分消耗速度快，土壤含水率波動劇烈，一方面是由于此時馬鈴薯植株較大，生長旺盛，另一方面是由于氣溫比較高，騰發(fā)量比幼苗期和淀粉積累期都多；進入淀粉積累期后氣溫逐漸回落，晝夜溫差增大，植株地上部分衰老，蒸騰和蒸發(fā)強度減弱，土壤水分消耗速度減慢，土壤含水率波動幅度有所減小。地膜覆蓋不僅可以使土壤具有較好的持水能力，還能有效改善土壤團粒結(jié)構(gòu)。在適當?shù)奶澦秶鷥?nèi)，土壤含水量可以保持在可供馬鈴薯高效利用的范圍內(nèi)，不會造成土壤過分干燥或過分濕潤，實現(xiàn)了“少、勤、勻”的灌溉特點，符合農(nóng)田小環(huán)境和作物需水規(guī)律要求，地膜覆蓋與膜下滴灌技術(shù)相結(jié)合有利于進一步提高作物水分利用效率，節(jié)水增產(chǎn)效果明顯。因此，合理調(diào)節(jié)控制土壤水分含量，達到“以水調(diào)溫、以水調(diào)肥、水溫肥結(jié)合”的目的，促進作物生長。

圖4 馬鈴薯全生育期不同水分調(diào)虧處理土壤含水率變化

2.2 膜下滴灌調(diào)虧對馬鈴薯生長動態(tài)影響

由表3可知，各水分虧缺處理馬鈴薯株高在塊莖形成期、塊莖膨大期和淀粉積累期差異不大，各處理及對照間均不顯著(P>0.05)。而在幼苗期有較明顯變化，中度水分虧缺WD6和輕度水分虧缺WD7比全生育期充分灌溉CK顯著低28.07%，9.77%(P<0.05)，其他處理間無顯著性差異。在塊莖膨大期株高和莖粗生長速度最快，株高與莖粗變化趨勢一致。馬鈴薯植株從幼苗期-塊莖膨大期植株高度和莖粗呈持續(xù)上升趨勢，進入淀粉積累期后主莖粗略有下降，莖粗呈現(xiàn)出先升高再下降的單峰規(guī)律。從塊莖形成期-收獲水分調(diào)虧對馬鈴薯植株高度有一定影響，但差異不顯著(表3)。

膜下滴灌調(diào)虧灌溉馬鈴薯全生育期主莖粗的變化趨勢為幼苗期-塊莖形成期增長緩慢，塊莖形成期-塊莖膨大期增長較快，塊莖膨大期-淀粉積累期略有下降。幼苗期中度水分虧缺處理WD6和輕度水分虧缺處理WD7分別比全生育期充分灌溉CK顯著低41.87%，24.27%(P<0.05)，其他處理間無顯著性差異。塊莖形成期輕度水分虧缺處理WD1最細為11.75 mm，WD2處理最粗為14.25 mm，WD1莖粗比WD2顯著低17.54%。塊莖膨大期和淀粉積累期水分虧缺主莖粗雖有影響但各處理及對照間差異均不顯著(P>0.05)，所以，生育前期水分虧缺對馬鈴薯主莖粗影響顯著，中后期水分虧缺對主莖粗未產(chǎn)生顯著性影響。

表3 馬鈴薯不同調(diào)虧處理株高、莖粗變化動態(tài)

2.3 膜下滴灌調(diào)虧對馬鈴薯對干物質(zhì)積累的影響

馬鈴薯各生育階段干物質(zhì)積累動態(tài)如表4所示，幼苗期由于薯種未能完全消耗各處理差異不顯著(P>0.05)；塊莖形成期中度水分虧缺處理WD4受水分虧缺影響，比全生育期充分灌溉CK顯著低34.19%(P<0.05)；塊莖膨大期水分虧缺WD2和WD5處理分別比對照CK顯著減少8.64%，15.69%；淀粉積累期WD2和WD5處理單株干物質(zhì)分別比CK顯著減少16.09%和24.71%。因此，水分不足會導致馬鈴薯群體干物質(zhì)積累和產(chǎn)量顯著下降，而適時適度的水分虧缺并不會顯著影響干物質(zhì)的積累，且有利于提高作物水分利用效率。

表4 馬鈴薯群體干物質(zhì)積累動態(tài)

2.4 膜下滴灌調(diào)虧對馬鈴薯產(chǎn)量的影響

不同調(diào)虧水平馬鈴薯產(chǎn)量及其構(gòu)成要素見表5，膜下滴灌調(diào)虧馬鈴薯對其單株結(jié)薯數(shù)、單株薯重和薯塊產(chǎn)量均有顯著影響(P<0.05)。輕度水分虧缺WD3處理單株結(jié)薯數(shù)顯著少于WD5處理17.04%。幼苗期水分虧缺WD7和WD6處理單株結(jié)薯數(shù)與全生育期充分灌水CK相比未形成顯著性差異。CK單株薯重最大579.56 g，分別比WD2、WD5和WD8顯著高53.04%，75.03%，27.96%，且WD8比WD2、WD5顯著高19.60%，36.79%，但WD6、WD7、CK間及WD1、WD3、WD4間單株薯重差異不顯著(P>0.05)。WD4、WD5處理雖然單株結(jié)薯數(shù)較多，但由于其在塊莖形成期和塊莖膨大期受土壤水分虧缺的影響，其單株薯重顯著低于(P<0.05)全生育期充分灌水CK處理。此外，各水分調(diào)虧處理及對照間薯塊縱徑和橫徑均未達到顯著性差異。

馬鈴薯薯塊產(chǎn)量以全生育期充分灌水CK處理最高(36 037.23 kg/hm2)，以塊莖膨大期中度水分虧缺WD5處理最低(20 066.11 kg/hm2)。幼苗期水分虧缺WD6、WD7處理與CK間薯塊產(chǎn)量差異不顯著(P>0.05)，其他水分虧缺處理薯塊產(chǎn)量均顯著低于CK(P<0.05)。塊莖形成期輕度水分虧缺WD1薯塊產(chǎn)量比同期中度水分虧缺WD4和淀粉積累期輕度水分虧缺WD3顯著提高15.41%，32.65%，而WD5薯塊產(chǎn)量降低幅度最大，與同期輕度水分虧缺WD2相比減產(chǎn)22.34%。因此，在膜下滴灌條件下水分虧缺程度對馬鈴薯塊莖產(chǎn)量影響顯著。

表5 馬鈴薯產(chǎn)量及其構(gòu)成要素

2.5 膜下滴灌調(diào)虧對馬鈴薯水分利用狀況的影響

從圖5可看出，塊莖形成期輕度水分虧缺WD1處理水分利用效率最高(7.616 kg/m3)，比全生育期充分灌水CK處理(5.902 kg/m3)顯著提高29.04%，WD4次之(6.999 kg/m3)，較CK顯著提高18.59%(P<0.05)；各調(diào)虧處理及CK間差異顯著。試驗研究表明，在適宜的生育時期適度的水分虧缺條件下可以顯著提高WUE。從馬鈴薯全生育過程看，過量灌溉只會造成水分的無效損耗，對馬鈴薯最終產(chǎn)量形成無促進作用。就全生育期充分灌水且灌水量最大的CK處理而言，當土壤含水率過高時，作物光合作用達到最高時將不再隨土壤含水率的增加而增強，但蒸騰作用依然保持上升趨勢勢必導致大量水分被無效損失，這是導致馬鈴薯CK水分利用效率嚴重低下的重要原因之一。

不同字母表示在0.05水平上差異顯著。

塊莖膨大期中度水分調(diào)虧處理WD5灌溉水利用效率最低(7.512 kg/m3)，較最高的WD1(13.092 kg/m3)顯著低42.62%，也比對照CK及WD6顯著低10.89%，31.60%(P<0.05)；CK比WD1、WD4和WD6顯著低35.61%，33.22%，23.20%；WD1與WD4及WD2與CK間灌溉水利用效率差異不顯著(P>0.05)。

3 結(jié)論與討論

在西北干旱區(qū)，水分是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中最主要的環(huán)境限制因子，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要目標是獲取較高的產(chǎn)量和水分利用效率(WUE)[29]。在實際生產(chǎn)過程中只有保證適宜的土壤水分含量才能實現(xiàn)馬鈴薯節(jié)水、增產(chǎn)、高效和優(yōu)質(zhì)[30]。馬鈴薯作為一種低投入高產(chǎn)出的糧食兼經(jīng)濟作物，需水量少。一般農(nóng)戶只求高產(chǎn)常采用壟膜溝灌的灌溉方式，灌水量大且WUE低下；采用膜下滴灌的灌溉方式節(jié)水增產(chǎn)效果明顯[31]。本試驗研究了河西荒漠綠洲灌區(qū)膜下滴灌調(diào)虧灌溉對馬鈴薯土壤水熱狀況、產(chǎn)量、水分利用效率、灌溉水利用效率以及土壤養(yǎng)分等指標的影響，并根據(jù)馬鈴薯栽培特點，給出了河西荒漠綠洲灌區(qū)膜下滴灌馬鈴薯節(jié)水高產(chǎn)最適宜的種植模式，相關(guān)結(jié)論如下：

起壟覆膜與膜下滴灌相結(jié)合的灌水方式，可明顯改善作物根系土壤水熱環(huán)境，改善農(nóng)田小氣候，提高土壤溫度[32-33]，對作物生長和產(chǎn)量形成一定影響[34-36]。試驗研究表明，膜下滴灌增溫保墑效果明顯，有效調(diào)控了土壤水熱狀況。生育前期植株矮小，覆蓋度低，地膜增溫和保溫效果明顯，生育中后期植株覆蓋度高增溫效果降低；地膜覆蓋增溫效果隨土層深度的增加而降低，隨植株覆蓋度的增加而降低。全生育期土壤溫度變化受氣溫和灌水影響較大且土壤溫度波動次數(shù)與灌水及氣溫變化有明顯關(guān)系；可通過灌水調(diào)節(jié)土壤溫度，灌水后土壤溫度整體下降，且淺層變化較深層明顯[10]。

土壤含水率作為診斷水分虧缺程度的重要指標，受降水、灌溉等因素的共同影響[31]。過多的灌水量會影響植株的正常生長，還會造成塊莖腐爛和不耐儲藏、運輸?shù)炔焕绊?；適宜的虧缺條件對馬鈴薯單株重、橫徑及薯塊產(chǎn)量等影響均較大；塊莖膨大期是馬鈴薯群體干物質(zhì)積累關(guān)鍵時期，此期間缺水，將直接導致減產(chǎn)。塊莖形成期輕度水分虧缺(田間持水量FC的55%～65%)，馬鈴薯薯塊產(chǎn)量雖有所下降，但WUE和IWUE較CK顯著提高29.04%和35.61%，而塊莖形成期中度調(diào)虧(田間持水量FC的45%～55%)、塊莖膨大期輕、中度調(diào)虧和淀粉積累期輕、中度調(diào)虧則顯著降低馬鈴薯薯塊產(chǎn)量，與張恒嘉等[9，16]研究相一致；塊莖膨大期產(chǎn)量最低，減產(chǎn)44.32%。產(chǎn)量和WUE是同時追求的目標，合理有效的控制土壤水分，使土壤含水率達到馬鈴薯生長的最佳狀態(tài)[10]，促進生長和產(chǎn)量形成，最大限度提高WUE[37]。

幼苗期由于其植株鮮嫩抗逆性弱，土壤水分虧缺對馬鈴薯主莖粗和株高影響顯著，塊莖形成期主莖粗受調(diào)虧影響顯著，株高差異不顯著；其他生育時期各處理及對照間株高、主莖粗差異均不顯著。塊莖膨大期和淀粉積累期，即使土壤水分虧缺，植株高度也不會出現(xiàn)明顯萎縮、低矮、萎蔫等狀況。對照CK干物質(zhì)積累在馬鈴薯整個生育期內(nèi)均保持較高水平，所以CK最終產(chǎn)量也較高。因此，在馬鈴薯實際生產(chǎn)過程中，采取合理的水分虧缺水平以及科學的灌溉制度，是維持作物正常生長和保證產(chǎn)量的重要措施。

隨著生活水平的不斷提高和我國馬鈴薯加工產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，人們對馬鈴薯的薯塊品質(zhì)越來越重視[38]。馬鈴薯塊莖干物質(zhì)和淀粉含量是影響馬鈴薯品質(zhì)的重要指標。馬鈴薯塊莖含有大量的淀粉且淀粉是食用馬鈴薯的主要能量來源，馬鈴薯薯塊品質(zhì)受水分影響[38]。塊莖形成期適度調(diào)虧有利于提高馬鈴薯塊莖淀粉含量，尤其是塊莖形成期輕度水分虧缺效果最佳[18]，可通過適度水分調(diào)虧處理改善馬鈴薯薯塊品質(zhì)。

土壤養(yǎng)分是土壤肥力的核心要素，是所有植物生長發(fā)育不可缺少的重要因素。收獲時WD1的銨態(tài)氮和有效鉀含量顯著低于其他處理，而速效磷含量較高。土壤養(yǎng)分是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)，膜下滴灌調(diào)虧灌溉減少土壤速效養(yǎng)分的流失，促進了作物對氮、鉀等營養(yǎng)元素的吸收利用，進而促進了最終產(chǎn)量的形成。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)在重視土壤養(yǎng)分可持續(xù)利用的同時還要兼顧其他方面因素[39]。全面了解土壤養(yǎng)分與作物生育關(guān)系，確定適宜的栽培耕作措施，提高并充分利用土壤肥力。

本試驗是在河西荒漠綠洲實施，研究所得數(shù)據(jù)、指標和結(jié)論與相關(guān)研究可能存在差異。在生產(chǎn)實踐中應(yīng)根據(jù)具體條件為獲得最高經(jīng)濟效益、生態(tài)效益、水分利用效率等制定相應(yīng)的灌溉制度。膜下滴灌栽培技術(shù)還應(yīng)與其他節(jié)水、高產(chǎn)等措施相結(jié)合，為馬鈴薯栽培開辟新途徑。

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Effects of Regulated Deficit Irrigation on Soil Environment and Yield of Potato under Drip Irrigation in Oasis Region

XUE Daoxin1，ZHANG Hengjia1，BA Yuchun2，ZHANG Ming2，WANG Shijie1

(1.School of Engineering，Gansu Agricultural University，Lanzhou 730070，China；2.Administration of Hongshui River，Minle 734503，China)

In this paper，the experimental study of regulated deficit irrigation (RDI) of potato at different growth stages was carried out at Yimin Irrigation Experimental Station in Minle County in Hexi Oasis Region in 2016. The soil nutrient and soil water and heat in the different growth stages dynamics，growth dynamics，yield effects and water use efficiency were measured. The results showed that the water deficit of potato under drip irrigation was uniform and the utilization rate was high，which was beneficial to the full absorption and utilization of soil nutrient. The soil nutrient was the core of soil fertility and plant was indispensable in the growth and development.Regulated deficit irrigation under plastic film drip irrigation could effectively reduce the loss of soil available nutrients and improved the utilization efficiency of soil available nutrients.The water consumption of potato in different growing stages was affected by the degree of water deficit and the amount of water consumption decreased significantly with the increase of water deficit. The water consumption of potato during the whole growth period with regulation of water deficit was lower than that of full irrigation.It was found that the water use efficiency, irrigation water use efficiency of the potato were the highest during the tuber initiation with slightly water-deficit (WD1),and the water use efficiency,irrigation water use efficiency of the potato were 29.04%, 35.61% higher than that of CK control group with full irrigation all the time (CK control) significantly. Therefore，the medium water deficit irrigation in the tuber initiation stage could keep the soil in the potato root area moist all the time，effectively reduce the leakage loss and the evaporation loss between the plants，improve the soil water，fertilizer and heat status，and improve the crop water use efficiency，without significantly reducing the final tuber yield of potatoes.

Potato； Yield； Regulated deficit irrigation； Soil nutrients；Water use

2017-04-06

國家自然科學基金項目(51669001)；甘肅省高等學?；究蒲袠I(yè)務(wù)費項目(2012)

薛道信(1990-)，男，江蘇徐州人，在讀碩士，主要從事作物節(jié)水灌溉研究。

張恒嘉(1974-)，男，甘肅天水人，教授，博士，博士生導師，主要從事農(nóng)業(yè)水土資源高效利用研究。

S152.7； S158.2； S275.6

A

1000-7091(2017)03-0229-10

10.7668/hbnxb.2017.03.35