不同灌溉方式對(duì)馬鈴薯光合特性和產(chǎn)量的影響

韓翠蓮，霍軼珍，朱冬梅

(河套學(xué)院土木工程系，內(nèi)蒙古 巴彥淖爾 015000)

馬鈴薯是內(nèi)蒙古地區(qū)重要的經(jīng)濟(jì)作物，但由于該地區(qū)大多屬于干旱半干旱地區(qū)，年均降雨量稀少，可利用水資源有限，嚴(yán)重制約了馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。而眾所周知，傳統(tǒng)的大水漫灌不僅灌溉水浪費(fèi)問(wèn)題嚴(yán)重，而且水分利用效率比較低下，這在水資源日益短缺的馬鈴薯產(chǎn)區(qū)顯然已經(jīng)不再適用。因此，在這樣的背景下，發(fā)展馬鈴薯節(jié)水技術(shù)已然迫在眉睫。膜下滴灌是多年來(lái)得以實(shí)踐證明的一種節(jié)水型灌溉技術(shù)，并且在果蔬[1,2]、玉米[3]和紫花苜蓿[4]等作物上得到了較好的應(yīng)用效果，增產(chǎn)增收和節(jié)水效果顯著。張曉偉等[5]研究表明，與傳統(tǒng)畦灌玉米相比，膜下滴灌玉米較其增產(chǎn)37%以上，水分利用效率增加了32%左右。王鳳新等[6]研究表明，與傳統(tǒng)溝灌馬鈴薯相比，膜下滴灌馬鈴薯平均增產(chǎn)10 705 kg/hm2，且水分利用效率提高了2.4倍。Janat等[7]研究發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)漫灌相比，滴灌可顯著提高馬鈴薯的肥料利用率和塊莖產(chǎn)量。

可見(jiàn)，關(guān)于膜下滴灌技術(shù)對(duì)作物產(chǎn)量以及水分利用效率等方面的影響前人已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究，并取得了較為可觀的成果。內(nèi)蒙古包頭市達(dá)茂旗是重要的馬鈴薯生產(chǎn)基地，但該地區(qū)多年干旱少雨，嚴(yán)重影響了該地區(qū)馬鈴薯的正常生長(zhǎng)，從而嚴(yán)重制約了該地區(qū)馬鈴薯產(chǎn)業(yè)和農(nóng)業(yè)的正常有序發(fā)展。本研究旨在通過(guò)引進(jìn)先進(jìn)的膜下滴灌節(jié)水技術(shù)，并設(shè)置馬鈴薯裸地滴灌和溝灌技術(shù)，以當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)的大水漫灌為對(duì)照，系統(tǒng)的研究不同灌水方式對(duì)馬鈴薯光合特性以及產(chǎn)量和水分利用效率的影響，從而提出適宜該地區(qū)馬鈴薯種植的最優(yōu)灌水方式并提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐，對(duì)該地區(qū)馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展具有重要意義。

1　材料與方法

1.1　試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于內(nèi)蒙古包頭市達(dá)茂旗烏克鎮(zhèn)境內(nèi)，該地區(qū)年均降雨量為248 mm左右，蒸發(fā)量2 750 mm，平均氣溫2.8 ℃，平均日照時(shí)數(shù)2 965 h，無(wú)霜期105 d左右，屬典型的溫帶干旱半旱氣候區(qū)。試驗(yàn)區(qū)以栗鈣土為主，土壤質(zhì)地為沙壤土，0～100 cm土壤平均容重1.31 g/cm3。0～20 cm土壤養(yǎng)分含量：有機(jī)質(zhì)22.35 g/kg，全氮1.59 g/kg，速效磷11.69 mg/kg，速效鉀117.28 mg/kg，pH值為8.4。

1.2　研究方法

1.2.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置膜下滴灌(DI)、裸地滴灌(OI)、溝灌(FI)和漫灌(CK)共4個(gè)處理，試驗(yàn)小區(qū)采用隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)，每個(gè)處理3次重復(fù)，小區(qū)面積10 m×5 m=50 m2；為防止小區(qū)間水分串通，影響各小區(qū)實(shí)際含水率變化，在各小區(qū)間垂向埋設(shè)1.5 m深塑料膜隔離。

膜下滴灌采用一膜一帶一行的種植模式，裸地滴灌采用一帶一行的種植模式。膜下滴灌(DI)、裸地滴灌(OI)和溝灌(FI)均采用壟作的種植模式，起壟后規(guī)格為：壟高20 cm，壟頂寬30 cm，壟底寬60 cm，壟間距80 cm。每壟種植兩行馬鈴薯，行距25 cm，株距30 cm。對(duì)照處理漫灌(CK)則采用不起壟不覆膜的種植模式，行、株距與其他處理相同。

1.2.2試驗(yàn)材料

馬鈴薯品種選用當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)品種“克新1號(hào)”；試驗(yàn)選用地膜為幅寬90 cm，厚度為0.008 mm的聚乙烯農(nóng)用地膜；滴灌帶為內(nèi)鑲貼片式，其內(nèi)徑為16 mm，滴頭間距30 cm，流量為1.38 L/h。

漫灌和溝灌的灌溉量和灌水次數(shù)依照當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的傳統(tǒng)進(jìn)行灌溉，膜下滴灌和裸地滴灌依照該地區(qū)多年研究成果進(jìn)行，各處理全生育期灌水量如表1所示。馬鈴薯種植時(shí)施足底肥，其中尿素120 kg/hm2，磷酸二胺225 kg/hm2，硫酸鉀225 kg/hm2。在馬鈴薯塊莖生成期至膨大期的關(guān)鍵生育期隨灌水進(jìn)行施肥，其中滴灌處理每次追肥60 kg/hm2，其他兩個(gè)處理追肥180 kg/hm2，共追肥2次。

表1　不同灌水方式下的灌溉量　mm

1.2.3測(cè)定項(xiàng)目及方法

每隔7d在馬鈴薯行間進(jìn)行取土，取樣深度100 cm，每隔20 cm為一層，采用烘干稱(chēng)重法測(cè)定土壤含水率，每個(gè)處理取3個(gè)重復(fù)。各生育期內(nèi)，于每個(gè)小區(qū)選取長(zhǎng)勢(shì)相近的3株馬鈴薯采用SPAD-502葉綠素儀測(cè)定其倒3葉的頂小葉SPAD值，每片葉子選3個(gè)點(diǎn)位進(jìn)行測(cè)定，取其平均值。光合特性指標(biāo)凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)和氣孔導(dǎo)度(Gs)采用LI-6400光合測(cè)定儀進(jìn)行測(cè)定，每個(gè)小區(qū)選取長(zhǎng)勢(shì)相近的3株馬鈴薯測(cè)定其倒3葉光合指標(biāo)。馬鈴薯成熟期，各處理選取具有代表性的15株測(cè)定其生產(chǎn)性狀指標(biāo)和產(chǎn)量。

1.2.4玉米水分利用效率(WUE)計(jì)算

WUE=Ya/ETa

ET=ΔW+P+I

式中：Ya為馬鈴薯產(chǎn)量，kg/hm2；ETa為馬鈴薯生育期總耗水量，mm；ΔW為馬鈴薯生育期內(nèi)0～100 cm土壤貯水量變化，mm；P為馬鈴薯生育期有效降雨量，mm；I為灌溉量，mm。

1.2.5數(shù)據(jù)分析

采用MS-Excel 2003 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并繪制圖表，SPSS17.0 進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)方差分析。

2　結(jié)果與分析

2.1　不同灌水方式對(duì)馬鈴薯葉片SPAD值的影響

葉片SPAD值是反映作物生長(zhǎng)狀況的重要指標(biāo)，由表2可知，馬鈴薯全生育期內(nèi)各處理SPAD值整體表現(xiàn)為處理DI>OI>FI>CK，差異大多達(dá)到了顯著性水平，且各處理均顯著高于處理CK(P<0.05)。馬鈴薯苗期至成熟期的全生育期內(nèi)，處理DI、OI和FI平均較對(duì)照處理CK高11.83%、33.39%和20.79%，且在塊莖增長(zhǎng)期和成熟期增幅更為顯著，各處理分別較CK處理高13.44%、40.98%、32.27%和16.23%、49.58%、35.58%，這一研究結(jié)果與王雯等[8]得出的結(jié)論有相同之處。由此可見(jiàn)，膜下滴灌處理?xiàng)l件下馬鈴薯葉片SPAD值要顯著優(yōu)于其他各處理，這一方面是由于膜下滴灌能夠根據(jù)作物的根系分布達(dá)到對(duì)作物的精確灌溉，有利于保持土壤的理化性質(zhì)，另一方面覆膜后提高了土壤的增溫、保墑效果[9,10]，同時(shí)較其他灌溉方式顯著提高了肥料利用率[11]，為馬鈴薯的生長(zhǎng)發(fā)育提供了更適宜的土壤水肥熱條件，從而促進(jìn)的馬鈴薯的生長(zhǎng)發(fā)育。

表2　不同灌水方式下各處理馬鈴薯葉片SPAD值

2.2　不同灌水方式對(duì)馬鈴薯光合特性的影響

作物的光合特性指標(biāo)主要包括凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)和氣孔導(dǎo)度(Gs)，其值是表征作物葉片光合能力的重要指標(biāo)。由圖1-圖3可知，馬鈴薯全生育期內(nèi)，各指標(biāo)整體呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)。全生育期內(nèi)，處理DI的Pn值均明顯高于其他各處理，具體表現(xiàn)為處理DI>OI>FI>CK，差異大多達(dá)到了顯著性水平(P<0.05)，且各生育期處理DI平均較對(duì)照處理CK高67.90%～88.50%，差異性顯著(P<0.05)。在塊莖形成期，各處理凈光合速率Pn值較對(duì)照處理CK增幅達(dá)到最大，處理DI、OI和FI分別較CK高88.50%、63.34%和41.88%。對(duì)于蒸騰速率(Tr)來(lái)說(shuō)，整個(gè)生育期處理DI、OI和FI均顯著高于對(duì)照處理CK(P<0.05)，各處理平均較CK高21.11%、18.84%和13.68%。且在塊莖形成期差異最為顯著，各處理平均較CK高30.07%、26.80%和19.17%，以處理DI增幅最大。但就全生育期來(lái)說(shuō)， DI和OI處理間葉片蒸騰速率(Tr)相差較小，無(wú)顯著性差異(P>0.05)，除塊莖增長(zhǎng)期OI略大于DI外，其他各生育期均明顯小于DI。全生育期內(nèi)，葉片氣孔導(dǎo)度(Gs)同樣表現(xiàn)為處理DI>OI>FI>CK，且各處理要顯著高于對(duì)照處理CK，全生育期處理DI、OI和FI平均較處理CK高24.69%、17.16%和7.96%。在塊莖形成期，各處理氣孔導(dǎo)度值較處理CK增幅達(dá)到最大，平均高26.32%、19.30%和12.28%。

綜合以上研究可知，膜下滴灌較其他灌溉方式更加顯著地提高了馬鈴薯葉片的光和性能，而有研究表明[8,12,13]，由于膜下滴灌為作物的生長(zhǎng)提供了更優(yōu)越的土壤水肥熱條件，促進(jìn)了作物的生長(zhǎng)發(fā)育，作物植株更為茂盛強(qiáng)壯，從而顯著提高了作物的光合性能，這也更進(jìn)一步驗(yàn)證了本文的研究結(jié)論。

圖1　不同灌水方式下馬鈴薯葉片凈光合速率(Pn)變化

圖2　不同灌水方式下馬鈴薯葉片蒸騰速率(Tr)變化

圖3　不同灌水方式下馬鈴薯葉片氣孔導(dǎo)度(Gs)變化

2.3　不同灌水方式對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量的影響

由表3可知，馬鈴薯各產(chǎn)量指標(biāo)均表現(xiàn)為處理DI>OI>FI>CK，除處理DI和OI間單株薯個(gè)數(shù)差異性不顯著(P>0.05)，其余指標(biāo)各處理間均達(dá)到了顯著性差異(P<0.05)。就經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量而言，處理DI分別較處理OI、FI和CK高10.56%、29.80%和58.72%，增產(chǎn)增收效果顯著，這主要是由于膜下滴灌更好的調(diào)節(jié)了土壤的水肥熱條件，從而促進(jìn)了馬鈴薯植株的生長(zhǎng)和產(chǎn)量的形成，這一結(jié)論與他人研究成果相同[14-16]。

表3　不同灌水方式下各處理馬鈴薯產(chǎn)量對(duì)比

2.4　不同灌水方式對(duì)馬鈴薯水分利用效率的影響

對(duì)于干旱半干旱地區(qū)來(lái)說(shuō)，水資源短缺是制約農(nóng)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題，而在有限的水資源條件下，實(shí)現(xiàn)水資源的高效利用是保證農(nóng)業(yè)正常穩(wěn)定發(fā)展的前提，而作物水分利用效率是綜合反映作物對(duì)水分利用程度的量化指標(biāo)。由表4可知，各處理間水分利用效率差異大多達(dá)到了顯著性水平，處理DI、OI和FI分別較對(duì)照處理CK高150.23%、136.10%和85.63%，差異性顯著(P<0.05)，且以處理DI差異性最為顯著，這一方面是由于膜下滴灌灌水量相對(duì)較少，節(jié)水效果顯著，另一方面是由于膜下滴灌有效抑制了地表蒸發(fā)，減少了無(wú)效水分的耗散。

表4　不同灌水方式對(duì)馬鈴薯水分利用效率的影響

3　結(jié)　語(yǔ)

(1)膜下滴灌(DI)、裸地灌溉(OI)和溝灌(FI)處理較對(duì)照處理漫灌(CK)均顯著提高了馬鈴薯葉片的SPAD值，以膜下滴灌增幅最為顯著，各生育期平均較對(duì)照處理CK高22.22%～49.58%，且以馬鈴薯塊莖增長(zhǎng)期和成熟期增幅更為顯著。

(2)馬鈴薯全生育期內(nèi)，膜下滴灌處理葉片光合特性指標(biāo)均明顯優(yōu)于其他各處理，且各處理光合特性指標(biāo)均顯著高于漫灌處理CK(P<0.05)。各處理凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)和氣孔導(dǎo)度(Gs)值均在馬鈴薯塊莖形成期較漫灌處理CK增幅達(dá)到最大，處理DI、OI和FI凈光合速率值分別較CK高88.50%、63.34%、41.88%，蒸騰速率值高30.07%、26.80%、19.17%，氣孔導(dǎo)度值高26.32%、19.30%和12.28%。

(3)膜下滴灌馬鈴薯增產(chǎn)增收及水分利用效果提升顯著，經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量分別較裸地灌溉、溝灌和漫灌處理增產(chǎn)10.56%、29.80%和58.72%，差異性顯著(P<0.05)。水分利用效率分別提高了5.99%、34.80%和150.23%，差異性顯著(P<0.05)。因此綜合考慮，馬鈴薯膜下滴灌較適宜在該地區(qū)推廣應(yīng)用。

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