土壤水分調(diào)虧處理膜下滴灌馬鈴薯耗水特征及生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)

李 晶，張恒嘉，周 宏

(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院農(nóng)業(yè)水利工程系， 甘肅 蘭州 730070)

土壤水分調(diào)虧處理膜下滴灌馬鈴薯耗水特征及生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)

李 晶，張恒嘉，周 宏

(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院農(nóng)業(yè)水利工程系， 甘肅 蘭州 730070)

以青薯“168”為試驗(yàn)材料，通過大田試驗(yàn)，研究了膜下滴灌調(diào)虧對(duì)河西綠洲馬鈴薯土壤水分動(dòng)態(tài)、耗水特征、生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)及產(chǎn)量的影響。試驗(yàn)設(shè)5個(gè)水分調(diào)虧處理，即塊莖形成期和塊莖膨大期分別進(jìn)行輕度(55%～65%田間持水量，F(xiàn)C)和重度(45%～55%FC)調(diào)虧，淀粉積累期輕度(55%～65%FC)調(diào)虧，以全生育期充分供水(65%～75%FC)為對(duì)照。結(jié)果表明：受水分調(diào)虧影響，上層0～40 cm土壤水分變化較下層40～60 cm明顯，馬鈴薯塊莖膨大期經(jīng)受輕度和中度水分虧缺土壤貯水量顯著(P<0.05)低于充分供水8.1%和18.7%，耗水強(qiáng)度則顯著降低60.0%和73.0%。塊莖形成期進(jìn)行不同程度水分調(diào)虧后復(fù)水，其葉面積指數(shù)(LAI)、光合勢(shì)(LAD)、相對(duì)生長(zhǎng)率(RGR)均表現(xiàn)出補(bǔ)償效應(yīng)，而塊莖膨大期進(jìn)行輕度和中度水分調(diào)虧以及淀粉積累期輕度水分調(diào)虧LAI、LAD及RGR均呈下降趨勢(shì)，其薯塊產(chǎn)量與全生育期充分供水相比分別降低22.3%、26.5%、38.7%。因此，馬鈴薯生長(zhǎng)后期應(yīng)注重供水以延長(zhǎng)綠葉面積，對(duì)作物產(chǎn)量的形成有利。

水分調(diào)虧；膜下滴灌；馬鈴薯；耗水特征；生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)

馬鈴薯在世界范圍內(nèi)廣泛種植，世界馬鈴薯中心(World Potato Center)調(diào)查結(jié)果顯示，到2020年馬鈴薯世界需求量將超過小麥、水稻、玉米而躍居第一位[1]。中國(guó)是世界上最大的馬鈴薯生產(chǎn)國(guó)，隨著加工業(yè)的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，馬鈴薯已成為西部地區(qū)高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)且具有高經(jīng)濟(jì)收益的優(yōu)勢(shì)作物之一[2]。長(zhǎng)期以來，對(duì)于地處我國(guó)西北干旱內(nèi)陸河流域的河西綠洲灌區(qū)而言 ，水分始終是該區(qū)作物生產(chǎn)的主要限制因子[3]。膜下滴灌技術(shù)由于其顯著的節(jié)水、增溫和保墑特性，可為作物生長(zhǎng)創(chuàng)造適宜的土壤生長(zhǎng)環(huán)境。已有研究表明，地膜覆蓋和滴灌技術(shù)均可顯著提高馬鈴薯產(chǎn)量和水分利用效率[4-6]。侯曉燕等[7]認(rèn)為馬鈴薯生長(zhǎng)前期覆膜(滴灌)可使表層土壤日平均溫度提高2℃～9℃。王鳳新和康躍虎等[8]認(rèn)為滴灌灌水頻率為1次/1d、土壤基質(zhì)勢(shì)為-25 kPa時(shí)馬鈴薯產(chǎn)量最高，塊莖形成期和膨大期土壤基質(zhì)勢(shì)均為-25 kPa而淀粉積累期為-35 kPa時(shí)，馬鈴薯產(chǎn)量和水分利用效率均為最高。本文通過在河西內(nèi)陸干旱區(qū)開展馬鈴薯大田試驗(yàn)，研究分析了水分調(diào)虧對(duì)膜下滴灌馬鈴薯不同生育階段土壤水分變化、耗水特征、生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)及產(chǎn)量的影響，進(jìn)一步揭示馬鈴薯膜下滴灌的增產(chǎn)機(jī)理。

1 研究?jī)?nèi)容與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2012年4—10月在甘肅省張掖市水務(wù)局國(guó)家重點(diǎn)灌溉試驗(yàn)站進(jìn)行。該站位于張掖市西北約20 km處，海拔1 482.7 m，東經(jīng)100°26′，北緯38°56′。年均降雨140 mm，蒸發(fā)量大于2 000 mm，晝夜溫差大，屬于典型的大陸性干旱氣候。試區(qū)地勢(shì)平坦，地下水埋深大于20 m，土質(zhì)為中壤土，土壤肥力中等，pH值8.4，土壤比重2.7，0～100 cm土層土壤容重1.46 g·cm-3，田間持水量為22.8%(重量比)，0～20 cm耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量1.37%，速效磷13.4 mg·kg-1，堿解氮61.8 mg·kg-1，速效鉀190.4 mg·kg-1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試材料為“青薯168”，屬晚熟菜用型和淀粉加工兼用型品種。于2012年4月20日播種，同年10月19日收獲，全生育期182 d，降水量140.8 mm。試驗(yàn)依不同水分調(diào)虧水平和調(diào)虧生育期設(shè)5個(gè)處理(WD1～WD5)，1個(gè)對(duì)照(CK)，分別在馬鈴薯塊莖形成期、塊莖膨大期和淀粉積累期3個(gè)生育階段進(jìn)行水分調(diào)虧。研究計(jì)劃濕潤(rùn)層深度為60 cm，分別以土壤水分占田間持水量的65%～75%為充分供水，55%～65%為輕度水分虧缺，45%～55%為重度水分虧缺(表1)，多年研究表明水分控制上下限范圍與該區(qū)域?qū)嶋H較為吻合[9]。

采用起壟覆膜與膜下滴灌相結(jié)合的栽培方式，單壟雙行種植，壟寬80 cm，壟高20 cm，壟距40 cm，株距20 cm。壟間鋪設(shè)滴灌帶(φ16 mm)，滴孔間距20 cm，其上覆膜，其中滴頭流量2.5 L·h-1，工作水頭6 m。試驗(yàn)為單因素隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)面積36 m2(10 m×3.6 m)。每個(gè)小區(qū)為一個(gè)滴灌支管控制單位，支管單元入口安裝有閘閥和水表。鑒于該區(qū)的多年實(shí)測(cè)資料，本試驗(yàn)土壤濕潤(rùn)比取54%。播種前試驗(yàn)地均勻撒施氮肥和磷二銨各80 kg·hm-2作為基底肥，并在塊莖形成期追施氮肥20 kg·hm-2。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案/%1)

注：1) 土壤含水量占田間持水量的%。

Note: 1) means soil water content in percent of field capacity.

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

(1) 產(chǎn)量：按小區(qū)單獨(dú)收獲計(jì)產(chǎn)，分別記錄各小區(qū)薯塊產(chǎn)量和商品薯產(chǎn)量。

(2) 土壤水分：用土鉆取樣烘干法測(cè)定土壤含水率。馬鈴薯根系主要分布在0～40 cm范圍內(nèi)[10]，因此根據(jù)試區(qū)實(shí)際情況，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取一壟在距滴灌帶進(jìn)水口30～50 cm和距滴灌帶末尾30～50 cm處取土。本研究播種前(4月19日)、收獲后(10月19日)取土深度為1 m，分6個(gè)剖面梯度測(cè)定：0～10、10～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm。生育期內(nèi)每隔7～10 d取土1 次，測(cè)定深度為60 cm，按0～10、10～20、20～40、40～60 cm分4個(gè)剖面梯度取土，灌水和降雨后加測(cè)。當(dāng)土壤含水量降至表1控制下限時(shí)，立即進(jìn)行灌水，灌水量由下式確定[11]：

m=10ρbH(βi-βj)

式中，m為灌水量(mm)；ρb計(jì)劃濕潤(rùn)層內(nèi)土壤容重(g·cm-3)；H為計(jì)劃濕潤(rùn)層深度(cm)，本試驗(yàn)為60 cm；βi為目標(biāo)含水量(田間持水量乘以設(shè)計(jì)目標(biāo)相對(duì)含水量上限)；βj為自然含水量，即灌前土壤含水量。灌水量由水表計(jì)量，確保各處理3個(gè)重復(fù)灌水量一致。所得灌水量(mm)根據(jù)關(guān)系式“灌水量(m3·hm-2)=[灌水層厚度(mm)×667/1000]×15”換算成以體積表示的灌水量(m3·hm-2)。降雨量(mm)和全生育期耗水量(mm)的換算亦如此。表2為馬鈴薯生育期內(nèi)灌水量和降雨量。

表2 馬鈴薯生育期內(nèi)灌水量和降雨量/mm

(3) 馬鈴薯耗水量：采用水量平衡法[12]計(jì)算。

式中，ET1-2為某生育階段始末的作物耗水量(mm)；i為土壤層次編號(hào)；n為土壤層次總數(shù)；ri為第i層土壤干體積重量(g·cm-3)；Hi為第i層土壤厚度(cm)；Wi1、Wi2分別為第i層土壤在時(shí)段始末的重量含水率(%)；M、P分別為時(shí)段內(nèi)灌水量和有效降雨量(mm)，其中降雨量以試區(qū)氣象站所測(cè)數(shù)據(jù)為準(zhǔn)；K為時(shí)段內(nèi)深層土壤水補(bǔ)給量(mm)，試區(qū)地下水埋深>20 m，故K值為0；C為時(shí)段內(nèi)排水量(為地表排水與下層排水之和，mm)，試區(qū)屬綠洲干旱區(qū)，灌水上限最大為田間持水量的75%，不會(huì)產(chǎn)生向100 cm土層以下的深層滲漏，故C取值為0。

(4) 作物指標(biāo)測(cè)定

生育時(shí)期觀測(cè)：生育期主要包括出苗期、幼苗期、塊莖形成期、塊莖膨大期、淀粉積累期。各生育期以該品種50%達(dá)到發(fā)芽或現(xiàn)蕾等為標(biāo)準(zhǔn)。

株高、莖粗：選試驗(yàn)小區(qū)中部的植株進(jìn)行測(cè)定，在中間滴灌壟選取5株。用鋼卷尺測(cè)其生理高度，用游標(biāo)卡尺垂直壟方向測(cè)其生理莖粗，每10天測(cè)定一次。

葉面積測(cè)定：每小區(qū)取樣10株，采用長(zhǎng)、寬系數(shù)法測(cè)定葉面積，葉面積=葉長(zhǎng)×葉寬×k，k為葉面積校正系數(shù)，馬鈴薯葉面積校正系數(shù)取0.76[13]。

干物質(zhì)：每小區(qū)隨機(jī)取樣5株，帶回實(shí)驗(yàn)室清洗干凈，按各器官分解稱重裝袋，然后在干燥箱105℃殺青1 h后，80℃烘干至恒重。

(5) 群體生長(zhǎng)指標(biāo)計(jì)算方法[14]如下：

葉面積指數(shù)：LAI=單株葉面積(m2)×單位土地面積株數(shù)(株)/單位土地面積(m2)。

葉片光合勢(shì)：LAD=1/2×(LA2+LA1)(T2-T1)

相對(duì)生長(zhǎng)率：RGR=(lnM2-lnM1)/(T2-T1)

其中，LA1、LA2為T1、T2時(shí)間的葉面積，單位為cm2；M1、M2為T1、T2(d)時(shí)間的干物質(zhì)，單位為g·株-1。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2003處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)并繪圖，用SPSS17.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并用Duncan的SSR檢驗(yàn)法進(jìn)行差異顯著性多重比較分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 調(diào)虧對(duì)膜下滴灌土壤水分的影響

2.1.1 土壤剖面水分變化 圖1為不同生育階段灌水3～4 d后0～60 cm剖面土壤水分變化情況。全生育期內(nèi)，塊莖形成期和膨大期土壤剖面水分變化平緩，且形成期土壤水分普遍偏低，淀粉積累期總體呈升高趨勢(shì)。從不同耕層土壤含水量變化情況來看，膜下滴灌條件下最大含水量主要集中在0～20 cm處，10～40 cm土壤含水量變化最大，其次為0～10 cm，而40～60 cm剖面土壤含水量維持在較低水平。這是由于10～40 cm為馬鈴薯根系分布區(qū)和塊莖形成生長(zhǎng)區(qū)，土壤含水量變化主要受作物生長(zhǎng)特性及棵間蒸發(fā)的影響。其次，受水分虧缺影響，上層0～40 cm土層水分變化較下層40～60 cm劇烈，且上層土壤含水量高于下層。幼苗期各處理充分供水，上層0～40 cm土壤水分差異不明顯。塊莖形成期分別經(jīng)受輕度、重度水分虧缺的WD1與WD4處理0～60 cm土壤剖面平均土壤含水量較對(duì)照CK降低0.7%、5.8%。塊莖膨大期充分供水處理WD1、WD3、WD4及CK 0～40 cm剖面土壤含水量開始回升，而輕度虧缺WD2與中度虧缺WD5 0～60 cm剖面平均土壤含水量較對(duì)照CK降低8.1%、18.7%。淀粉積累期各處理上層0～40 cm土壤含水量與下層40～60 cm差異較大，WD3處理上層0～40 cm土壤水分明顯低于CK，但與其它處理差異不明顯。

圖1 不同生育期0～60 cm土壤剖面水分變化

2.1.2 土壤貯水量 統(tǒng)計(jì)分析表明，不同生育階段0～60 cm土層土壤貯水量分析發(fā)現(xiàn)，土壤貯水量變化趨勢(shì)為淀粉積累期>幼苗期>塊莖膨大期>塊莖形成期(圖2)。幼苗期不同處理土壤貯水量介于109.7～115.6 mm之間，各處理間無顯著差異(P>0.05)。塊莖形成期輕度虧缺處理WD1、中度虧缺處理WD4土壤貯水量與CK間差異均不顯著，而WD4與WD2、WD3間差異達(dá)顯著水平。塊莖膨大期中度虧缺的WD5處理土壤貯水量比CK顯著減少18.7%，比輕度虧缺處理WD2也顯著減少11.5%，然而WD2處理與對(duì)照CK間土壤貯水量差異不顯著，但與WD1、WD3、WD4間差異顯著。淀粉積累期調(diào)虧處理WD3土壤貯水量最小，但這一時(shí)期各處理及對(duì)照間土壤貯水量差異均不顯著。

2.2 調(diào)虧對(duì)馬鈴薯耗水特征的影響

2.2.1 日耗水強(qiáng)度 馬鈴薯生育期耗水強(qiáng)度近似為：塊莖形成期>塊莖膨大期>幼苗期、淀粉積累期(表3)，這與馬鈴薯生物生理特性、生長(zhǎng)條件相關(guān)。全生育期充分供水的CK日耗水強(qiáng)度在各個(gè)生育階段均為最大，平均耗水強(qiáng)度為3.18 mm·d-1左右，而各水分調(diào)虧處理在調(diào)虧生育期內(nèi)日耗水強(qiáng)度均顯著降低。幼苗期馬鈴薯植株小，氣溫低，日耗水強(qiáng)度在1.21 mm·d-1以上，因各調(diào)虧處理均為充分供水，其日耗水強(qiáng)度與CK間無顯著差異。塊莖形成期和膨大期是馬鈴薯營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)與生殖生長(zhǎng)并進(jìn)期和生殖生長(zhǎng)旺盛期，分別歷時(shí)41 d和35 d，除本期進(jìn)行水分調(diào)虧的處理外，其它處理日耗水強(qiáng)度分別均在3.83 mm·d-1和3.65 mm·d-1以上。WD1、WD4處理在塊莖形成期分別進(jìn)行輕度、中度水分調(diào)虧，日耗水強(qiáng)度顯著低于CK 45%、51.8%。膨大期復(fù)水后的WD1、WD4處理日耗水強(qiáng)度顯著增加，與CK差異不顯著，而該時(shí)期進(jìn)行輕度和中度水分調(diào)虧處理WD2、WD5與CK差異顯著，比CK顯著減少60%和73%，且中度水分調(diào)虧WD5比輕度調(diào)虧WD2日耗水強(qiáng)度顯著減小32.1%。進(jìn)入淀粉積累期，植株葉面積指數(shù)下降，氣溫降低，日耗水強(qiáng)度也呈下降趨勢(shì)。此期進(jìn)行輕度水分調(diào)虧的WD3日耗水強(qiáng)度顯著低于CK及其它處理。

圖2 馬鈴薯各生育階段0～60 cm土層土壤貯水量

表3 馬鈴薯各生育期耗水特征

注：表中同列數(shù)據(jù)字母不同表示在P0.05水平上差異顯著，下同。WC為耗水量簡(jiǎn)稱，DWC為日耗水強(qiáng)度簡(jiǎn)稱，WCC為耗水模系數(shù)簡(jiǎn)稱。

Note: Different letters indicate statistical significance atP<0.05 level within the same column. The same as below. WC was the short for water consumption. DWC was the short for daily water consumption. WCC was the short for water consumption coefficient.

2.2.2 耗水模系數(shù) 統(tǒng)計(jì)分析表明，馬鈴薯各生育期耗水模系數(shù)的變化趨勢(shì)與耗水強(qiáng)度基本一致，塊莖形成期耗水模系數(shù)最高(表3)，各處理及對(duì)照平均耗水模系數(shù)為35.41%。其次為塊莖膨大期，平均耗水模系數(shù)為25.52%。幼苗期和淀粉積累期耗水模系數(shù)較低，平均耗水模系數(shù)分別為21.53%和17.54%。因不同生育階段水分調(diào)虧程度不同，各處理階段耗水模系數(shù)存在差異，所有調(diào)虧灌溉處理耗水模系數(shù)均低于同期對(duì)照，且水分虧缺程度越大模系數(shù)越小。處理WD5幼苗期耗水93.45 mm，而總耗水量相對(duì)較小為386.11 mm，WD5處理此期耗水模數(shù)顯著高于CK 15.7%，與WD1、WD2、WD3、WD4處理耗水模系數(shù)無顯著差異；在塊莖形成期進(jìn)行輕度和中度水分調(diào)虧的WD1、WD4處理間耗水模數(shù)無顯著差異，但顯著低于對(duì)照CK，處理WD5形成期耗水模系數(shù)為該生育期最高，并顯著高于WD1、WD3、WD4和對(duì)照CK；進(jìn)入塊莖膨大期，各處理及對(duì)照CK耗水模系數(shù)差異也逐漸變大，WD2、WD5處理在此期分別進(jìn)行輕度和中度水分調(diào)虧，耗水模系數(shù)也隨著調(diào)虧程度的增大而顯著減小，且顯著低于對(duì)照CK 41.7%和62.5%。復(fù)水后WD1與WD4處理此期耗水模系數(shù)顯著上升，且顯著高于WD2、WD3、WD5及對(duì)照CK；處理WD3在淀粉積累期進(jìn)行輕度水分調(diào)虧，但該時(shí)期處理WD3耗水模系數(shù)與其它處理及對(duì)照CK間不存在顯著差異。

2.3 調(diào)虧對(duì)馬鈴薯生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)的影響

2.3.1 株高和主莖莖粗 馬鈴薯株高和主莖莖粗生長(zhǎng)趨勢(shì)基本一致，幼苗期-塊莖形成期緩慢生長(zhǎng)，膨大期迅速生長(zhǎng)，并達(dá)到最高峰，進(jìn)入淀粉積累期又緩慢生長(zhǎng)，生長(zhǎng)曲線近似為單峰曲線(表4)。不同程度的水分調(diào)虧處理間馬鈴薯株高在幼苗期、塊莖形成期和塊莖膨大期無顯著差異，而塊莖膨大期中度水分調(diào)虧的WD5處理進(jìn)入淀粉積累期復(fù)水后，其株高顯著(高于在淀粉積累期進(jìn)行輕度水分調(diào)虧的WD3處理28.1%。不同水分調(diào)虧處理間馬鈴薯主莖莖粗在幼苗期、塊莖形成期和淀粉積累期無顯著差異，塊莖膨大期WD5受中度水分調(diào)虧的影響，其主莖莖粗顯著低于CK及其它各處理，進(jìn)入淀粉積累期其主莖莖粗顯著升高，表現(xiàn)出明顯的復(fù)水補(bǔ)償效應(yīng)。

表4 馬鈴薯不同調(diào)虧處理株高、莖粗變化動(dòng)態(tài)/cm

2.3.2 葉面積指數(shù)和光合勢(shì) 由圖3a可知，馬鈴薯葉面積指數(shù)(LAI)全生育期變化規(guī)律為幼苗期-塊莖形成 LAI緩慢上升，塊莖形成期-膨大期快速上升，膨大期-淀粉積累期緩慢下降(WD1處理除外)，總體呈現(xiàn)單峰增長(zhǎng)曲線。除WD1處理LAI高峰值出現(xiàn)在淀粉積累期外，其余處理及對(duì)照CK高峰值均出現(xiàn)在塊莖膨大期，并且各處理與對(duì)照CK間LAI差異在該時(shí)期逐漸加大，進(jìn)入淀粉積累期后葉片開始脫落，LAI逐漸下降，處理間LAI差異達(dá)到最大。由圖3b可知，馬鈴薯生育期前期各處理光合勢(shì)(LAD)呈上升趨勢(shì)，進(jìn)入淀粉積累期WD3和CK分別下降6.5%、8.7%，而處理WD1、WD2、WD4及WD5仍有所上升，上升幅度分別為35.4%、3.8%、15.0%、6.6%。

馬鈴薯幼苗期-塊莖形成期-塊莖膨大期各處理及對(duì)照間LAI和LAD均有不同程度的上升，WD1處理盡管在塊莖形成期受到輕度水分調(diào)虧，但全生育期LAD最大(圖3(b))，呈線性增加趨勢(shì)，全生育期充分供水的CK對(duì)照LAD始終處于最低水平。進(jìn)入淀粉積累期，在膨大期受中度水分調(diào)虧的WD5處理和積累期輕度水分調(diào)虧的WD3處理葉片最先脫落，LAI急劇下降，相應(yīng)地LAD也呈緩慢下降趨勢(shì)。塊莖形成期分別經(jīng)受輕度、中度水分調(diào)虧的WD1和WD4處理進(jìn)入淀粉積累期后其LAD與其它處理及對(duì)照相比有明顯上升趨勢(shì)，表明馬鈴薯塊莖形成期受水分虧缺影響，復(fù)水后在淀粉積累期LAD較其它處理及對(duì)照CK上升幅度大，表現(xiàn)出較強(qiáng)的復(fù)水補(bǔ)償效應(yīng)。

圖3 馬鈴薯生育階段葉面積指數(shù)(LAI)和葉片光合勢(shì)(LAD)變化動(dòng)態(tài)

2.3.3 干物質(zhì)積累及相對(duì)生長(zhǎng)率 由圖4a可知，幼苗期馬鈴薯單株干物質(zhì)與CK間無顯著差異。塊莖形成期馬鈴薯單株干物質(zhì)較CK分別降低了51.6%、19.7%、1.9%、63.0%、25.0%，其中水分虧缺處理WD1和WD4較CK下降幅度大，這表明塊莖形成期水分虧缺嚴(yán)重抑制了馬鈴薯干物質(zhì)的積累。塊莖膨大期WD3較CK單株干物質(zhì)增大1.5%，其它處理則分別降低32.1%、21.7%、31.2%、14.6%，WD1和WD4與CK差距變小，但仍高于該階段受水分虧缺處理WD2和WD5。淀粉積累期各處理較CK單株干物質(zhì)降低了15.9%、13.4%、5.4%、21.7%、37.0%。從整個(gè)生育期來看，盡管水分虧缺后復(fù)水馬鈴薯單株干物質(zhì)有一定的補(bǔ)償能力，但是補(bǔ)償能力有限，最終仍然會(huì)影響光合產(chǎn)物的積累。

由圖4b可知，調(diào)虧灌溉對(duì)各生育階段相對(duì)生長(zhǎng)率(RGR)無顯著影響(P>0.05)。RGR在馬鈴薯一生以幼苗期-塊莖形成期階段最高，其中CK最高為0.05 g·g-1·d-1，水分虧缺抑制了WD1和WD4處理干物質(zhì)增長(zhǎng)速率。進(jìn)入塊莖膨大期后，增長(zhǎng)速率逐漸減慢，復(fù)水后WD1和WD4處理其RGR明顯有上升，RGR高低排序?yàn)閃D4>WD1>WD5>WD3、CK>WD2。到淀粉積累期各處理及CK分別為0.03、0.02、0.002、0.02、-0.02、0.01 g·g-1·d-1，WD5首先出現(xiàn)負(fù)值，說明在干物質(zhì)輸出效率上WD5高于其它處理，其次為WD3?？傮w而言，WD1和WD4處理受塊莖形成期水分虧缺的影響，后期RGR保持在較高水平，而幼苗期-塊莖形成期、膨大期-淀粉積累期因受水分虧缺的影響，WD2、WD3及WD5處理馬鈴薯RGR相對(duì)較小。

圖4 不同生育階段馬鈴薯干物質(zhì)(a)與相對(duì)生長(zhǎng)率(b)變化

2.4 馬鈴薯產(chǎn)量

全生育期充分供水對(duì)照CK薯塊產(chǎn)量最高，塊莖形成期輕度虧缺處理WD1薯塊產(chǎn)量與對(duì)照CK差異不顯著(表5)。WD2、WD3和 WD5處理薯塊產(chǎn)量顯著低于CK 22.3%、26.5%、38.7%，說明馬鈴薯生育期后期進(jìn)行水分虧缺可引起薯塊產(chǎn)量顯著下降。此外，WD1、WD2、WD3、WD4間薯塊產(chǎn)量無顯著差異，表明塊莖形成期土壤水分輕度調(diào)虧(55%～65%田間持水量)不會(huì)降低膜下滴灌馬鈴薯產(chǎn)量，而塊莖形成期中度(45%～55%田間持水量)、塊莖膨大期輕度和中度水分調(diào)虧則顯著降低馬鈴薯產(chǎn)量。

表5 不同水分處理馬鈴薯產(chǎn)量

3 結(jié)論與討論

研究表明，較常規(guī)灌溉，膜下滴管可有效減少地面蒸發(fā)，抑制深層滲漏，減少土壤養(yǎng)分下滲而流失，同時(shí)能夠提高土壤水向作物水的轉(zhuǎn)化效率，為作物生長(zhǎng)發(fā)育提供良好的土壤水生態(tài)環(huán)境，對(duì)區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的保護(hù)具有重要意義[15]。劉建國(guó)[16]等研究認(rèn)為膜下滴灌棉田土壤水分主要集中在0～30 cm，且灌溉5 d土壤含水量高于普通灌溉，說明滴灌水分主要在表層運(yùn)動(dòng)，大量的有限水集中在作物根部，真正達(dá)到“作物需水”的目的。本試驗(yàn)結(jié)果與前人研究較為吻合，采用膜下滴灌將計(jì)劃濕潤(rùn)層(60 cm)土壤水分控制在田間持水量的45%～75%范圍內(nèi)時(shí)，水分主要集中在0～40 cm土層，且土壤含水量最大值一般在20 cm深度處，馬鈴薯根系也主要集中0～40 cm范圍內(nèi)耕作層，為根系充分吸收土壤水分提供了條件，實(shí)現(xiàn)提高水分利用效率的目的。

馬鈴薯塊莖形成期土壤剖面水分動(dòng)態(tài)變化及貯水量受水分調(diào)虧影響不顯著，這與該時(shí)期馬鈴薯對(duì)土壤水分的消耗高于其它生育時(shí)期有關(guān)，階段耗水強(qiáng)度在2.25 mm·d-1以上，耗水模系數(shù)介于24.68%～45.50%之間，因此時(shí)正值6月中旬—7月下旬，受氣溫、蒸發(fā)等氣候因子的影響，棵間蒸發(fā)增強(qiáng)。相關(guān)研究表明，馬鈴薯從分枝～花序形成期，日需水量迅速增大，花序形成～開花為需水量高峰期[17]，在不影響作物產(chǎn)量前提下，選擇輕度水分虧缺(WD1)可進(jìn)一步提高作物水分利用效率。膨大期耗水強(qiáng)度和耗水模數(shù)低于塊莖形成期，但在該時(shí)期無論進(jìn)行輕度或中度水分調(diào)虧均引起不同程度的減產(chǎn)，因此該期灌水對(duì)薯塊產(chǎn)量形成有重要作用，為需水關(guān)鍵期。

葉片作為作物進(jìn)行光合作用、輸出光合產(chǎn)物的主要源器官，是產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)。大量研究發(fā)現(xiàn)，土壤干旱對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育有明顯抑制作用[18]，復(fù)水后對(duì)其生長(zhǎng)具有一定補(bǔ)償效應(yīng)[19-20]。馬鈴薯幼苗期、塊莖形成期以莖葉生長(zhǎng)為中心，同化物主要用于光合系統(tǒng)的建成，塊莖形成期進(jìn)行輕度水分調(diào)虧的WD1處理與其它處理相比LAI明顯增大，LAD始終保持最高，而同期中度水分調(diào)虧的WD4處理LAI上升相對(duì)較緩，但生育期末LAD仍有上升趨勢(shì)。WD1、WD4處理在塊莖膨大期RGR指標(biāo)顯著高于其它處理，且WD4較WD1更顯著，直至淀粉積累期仍為最高，表明馬鈴薯塊莖形成期水分調(diào)虧復(fù)水后有補(bǔ)償效應(yīng)，尤其是WD4處理。

本研究發(fā)現(xiàn)，進(jìn)入淀粉積累期由于WD3受輕度水分調(diào)虧影響，葉片開始脫落，LAD首先下降，WD2、WD5處理在塊莖膨大期受水分調(diào)虧影響，其二者末期的RGR也略有下降，WD2、WD3、WD5最終薯塊產(chǎn)量較對(duì)照顯著減少22.3%、26.5%、38.7%，但WD1處理進(jìn)入淀粉積累期葉面積指數(shù)仍呈上升趨勢(shì)，且薯塊產(chǎn)量與CK差異不顯著，表明馬鈴薯塊莖膨大期之后水分主要用來生殖生長(zhǎng)，但營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)仍然與生殖生長(zhǎng)存在水分和光合產(chǎn)物的競(jìng)爭(zhēng)，產(chǎn)量形成與后期葉片仍有一定關(guān)系。劉克禮、張華普等[21]認(rèn)為馬鈴薯地上部莖葉器官的生長(zhǎng)發(fā)育是產(chǎn)量形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，馬鈴薯終花期葉片的生長(zhǎng)對(duì)大薯率和最終產(chǎn)量影響較大[22]。因此，在馬鈴薯農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)重視塊莖膨大期土壤水分供應(yīng)以延長(zhǎng)葉片功能期，保證薯塊產(chǎn)量。

總體而言，土壤水分調(diào)虧對(duì)膜下滴灌馬鈴薯各生育階段土壤水分、耗水規(guī)律及馬鈴薯群體性能均有一定影響，因此可通過不同生育階段土壤水分調(diào)控來促進(jìn)馬鈴薯群體生長(zhǎng)以獲得較高產(chǎn)量。

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Waterconsumptioncharacteristicsandgrowthdynamicsofpotatoundermulcheddripirrigationwithsoilwaterdeficitregulation

LI Jing, ZHANG Heng-jia, ZHOU Hong

(DepartmentofAgriculturalWaterResourcesEngineering,SchoolofEngineering,GansuAgriculturalUniversity,Lanzhou,Gansu730070,China)

An experiment was conducted to determine the effect of water deficit on soil moisture, water consumption, growth, and tuber yield of potato under mulched drip irrigation in Hexi oasis region, with “Qingshu No.168” selected as the experimental cultivar. There were mild (55%～65% of field capacity，F(xiàn)C) and medium water deficit (45%～55%FC) at both tuber initiation and tuber bulking stages, mild water deficit at tuber starch accumulation stage, resulting in five water deficit treatments. The non-soil-water-deficit (65%～75%FC) was taken as control. Results indicated that soil water content varied more in 0～40 cm than 40～60 cm soil layer. The stored soil water for the mild and medium deficit at potato tuber bulking was 8.1% and 18.7% lower than that for full irrigation(P<0.05), and the daily water consumption decreased by 60.0% and 73.0% respectively. The leaf area index (LAI), leaf area duration (LAD), and relative growth rate (RGR) of potato were compensatory increased by re-watering after various water deficit at tuber initiation, while the LAI, LAD, and RGR decreased in the plants subjected to mild and medium water deficit at tuber bulking and mild deficit at starch accumulation, with tuber yield reduced by 22.3%, 26.5%, and 38.7% compared with that of full irrigation. Therefore, green leaf area should be maintained by sufficient water supply at late growth stages of potato, which is beneficial to tuber yield.

water deficit; mulched drip irrigation; potato; water consumption; growth indexes

1000-7601(2017)03-0080-08doi:10.7606/j.issn.1000-7601.2017.03.13

2016-06-17

：2017-03-16

：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(40801044)；甘肅省高等學(xué)?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)項(xiàng)目(2012)

李 晶(1987—)，女，甘肅蘭州人，碩士，研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)水土工程與農(nóng)業(yè)生態(tài)。 E-mail: lij8835@126.com。

：張恒嘉(1974—)，男，甘肅天水人，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事農(nóng)業(yè)水土資源高效利用的研究。 E-mail: zhanghj@gsau.edu.cn。

S532; S275.6

： A