綠洲膜下滴灌調(diào)虧對馬鈴薯生長及品質(zhì)的影響

劉錦洋 賈生海 梁仲鍔

摘要：以膜下滴灌馬鈴薯為試驗(yàn)材料，采用田間試驗(yàn)，研究不同生育期調(diào)虧灌溉處理對馬鈴薯植株生長指標(biāo)、果實(shí)品質(zhì)、產(chǎn)量及其構(gòu)成因子、水分利用效率的影響。結(jié)果表明：不同生育期滴灌調(diào)虧處理下，馬鈴薯株高、莖粗和葉面積指數(shù)具有相似的變化規(guī)律，且各生育期水分虧缺對其影響程度依次為薯塊膨大期（T2）>淀粉積累期（T3）>薯塊形成期（T1）；薯塊形成期適度虧水，能夠顯著提高馬鈴薯果實(shí)總糖、蛋白質(zhì)、氨基酸、Vc和淀粉含量，同時(shí)有效降低有機(jī)酸含量，改善果實(shí)品質(zhì)。相較于全生育期充分供水處理CK，Tl處理產(chǎn)量略有降低（降低7.16%），但是能夠顯著提高水分利用效率（提高7.35%）和灌溉水分利用效率（提高13.18%），因此薯塊形成期是河西走廊干旱半干旱區(qū)綠洲農(nóng)業(yè)馬鈴薯進(jìn)行虧缺灌溉的最佳時(shí)期。

關(guān)鍵詞：膜下滴灌；水分調(diào)虧；品質(zhì)；產(chǎn)量；馬鈴薯

中圖分類號：S532：S274.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2018.08.036

馬鈴薯是一種重要的糧、菜、飼兼用作物，高產(chǎn)高效，隨著河西走廊農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化戰(zhàn)略的實(shí)施，馬鈴薯的重要性日益突出，已成為繼小麥、玉米之后的第三大特色農(nóng)作物，也是該區(qū)重要的糧食作物和經(jīng)濟(jì)作物。然而馬鈴薯對土壤水分和溫度十分敏感，盡管河西走廊綠洲灌區(qū)光熱資源十分豐富，能夠滿足作物生長需求，但是該區(qū)降水稀少，且變率較大，與作物需求錯位，制約了馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此，采用膜下滴灌技術(shù)不僅可以緩解水資源短缺對馬鈴薯生長的制約，而且具有增溫保墑、節(jié)水增產(chǎn)、改善品質(zhì)的優(yōu)勢。目前，膜下滴灌技術(shù)在玉米、棉花、水稻、番茄、黃瓜等作物上已有大量應(yīng)用研究，但膜下滴灌條件下對馬鈴薯不同生育期進(jìn)行調(diào)虧灌溉的試驗(yàn)研究較少。目前已有研究表明，不同生育期調(diào)虧灌溉對作物生長與產(chǎn)量的影響有差異，如何確定河西走廊灌區(qū)最佳調(diào)虧灌溉時(shí)期是該技術(shù)充分發(fā)揮高效利用灌溉水和穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)優(yōu)勢的關(guān)鍵措施之一。筆者通過河西走廊內(nèi)陸干旱區(qū)馬鈴薯大田試驗(yàn)，研究了膜下滴灌調(diào)虧對馬鈴薯生長狀況、理化品質(zhì)、產(chǎn)量及其構(gòu)成因子、水分利用效率及灌溉水利用效率的影響，以期為提高河西走廊灌區(qū)馬鈴薯產(chǎn)量與品質(zhì)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2014年4-10月在甘肅省水利科學(xué)研究院民勤灌溉試驗(yàn)基地（東經(jīng)130°05，北緯38°37）進(jìn)行。試驗(yàn)區(qū)屬灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)、典型的大陸性荒漠氣候區(qū)，多年平均年降水量110mm，年蒸發(fā)能力2644mm，年平均氣溫7.8℃，年日照時(shí)數(shù)3028h.無霜期150d。試驗(yàn)地0～60cm土質(zhì)為黏壤土，60cm以下逐漸由黏壤土變?yōu)樯橙劳?，土壤密度平均?.54g/cm3，土壤有機(jī)質(zhì)含量10.69g/kg，堿解氮含量36.83mg/kg，速效磷含量7.12mg/kg，速效鉀含量120.45mg/kg，總空隙度為44.18%，pH值為7.96，灌溉水礦化度為0.91g/L。試驗(yàn)區(qū)地下水位較低，鹽堿化影響較小。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)根據(jù)不同生育期共設(shè)計(jì)3個(gè)調(diào)虧處理（薯塊形成期調(diào)虧Tl，薯塊膨大期調(diào)虧T2，淀粉積累期調(diào)虧T3）和一個(gè)充分灌溉對照（CK），見表1。本試驗(yàn)采用全膜雙壟壟播種植，溝內(nèi)鋪設(shè)滴灌帶，壟寬80cm，壟高20cm，溝寬40cm，株距20cm。試驗(yàn)小區(qū)有效面積為100m2（10mxlom），每個(gè)處理設(shè)置3次重復(fù)，隨機(jī)排列。馬鈴薯品種為“青薯168”，種植密度均為42000株/km2。播前對小區(qū)30cm土層進(jìn)行翻耕處理，并除去雜草和石塊。2014年4月15日播種，9月24日收獲，全生育期161d，生育期總降水量124.8mm。灌溉方式為膜下滴灌，當(dāng)各處理的土壤含水率達(dá)到試驗(yàn)設(shè)定下線時(shí)即灌水，灌水次數(shù)不限。在播種前每個(gè)小區(qū)均勻施復(fù)合肥3000kg/hm2，生育期不再追肥。

1.3 主要測定項(xiàng)目及方法

1.3.1 株高

馬鈴薯出苗后，每個(gè)小區(qū)內(nèi)隨機(jī)選取10株馬鈴薯，進(jìn)行標(biāo)記。用精度0.1cm的卷尺每10d測量1次株高，最后計(jì)算平均值。

1.3.2 莖粗

測量莖粗的植株與測量株高的植株一致，用精度0.01mm的游標(biāo)卡尺每10d測定1次莖粗（直徑），最后計(jì)算平均值。

1.3.3 葉面積指數(shù)

取樣與株高取樣一致，用精度0.1cm的直尺每10d進(jìn)行1次葉面積測定，量出葉片的長度和最大寬度，計(jì)算所有葉片的面積，最后計(jì)算平均值，并計(jì)算葉面積指數(shù)。計(jì)算公式為

葉面積=葉長×葉寬×0.72

葉面積指數(shù)=單位土地上的總?cè)~面積/單位

土地面積

1.3.4 土壤含水率

采用傳統(tǒng)烘干法測定。在馬鈴薯各生育期測定深度均為100Cm，以20Cm為梯度進(jìn)行測定。播種前和收獲后各測定一次，灌水前、后和降雨后需加測。

1.3.5 果實(shí)品質(zhì)

馬鈴薯總糖含量、蛋白質(zhì)含量、有機(jī)酸含量、氨基酸總量、Vc含量、淀粉含量測定方法參照趙世杰等的方法。

1.3.6 產(chǎn)量及其構(gòu)成因子

待馬鈴薯成熟后，每個(gè)小區(qū)單獨(dú)收獲，各小區(qū)隨機(jī)選取15株，室內(nèi)測定單株薯質(zhì)量、結(jié)薯數(shù)、薯質(zhì)量等指標(biāo)。產(chǎn)量構(gòu)成因子測定完成后計(jì)算產(chǎn)量，各處理3個(gè)重復(fù)，均值即該處理實(shí)際產(chǎn)量。

1.3.7 作物耗水量

采用農(nóng)田水量平衡公式對馬鈴薯生育期耗水量進(jìn)行計(jì)算。試驗(yàn)采用膜下滴管灌溉方式，可忽略徑流造成的水分損失：試驗(yàn)區(qū)地下水埋深在25m以下，地下水補(bǔ)給量可忽略：整個(gè)生育期灌水量由水表計(jì)量。馬鈴薯整個(gè)生育期耗水主要有灌溉水、降水、土壤儲水來提供，水量平衡方程式可簡化為

ET=Pe+l-G-△W

（1）式中：ET為生育期內(nèi)耗水量，mm；Pe為生育期內(nèi)有效降水量，mm；I為生育期內(nèi)灌溉水量，mm；G為生育期內(nèi)深層滲漏量，mm；△w為生育期內(nèi)0～100cm土層土壤儲水量的變化量（收獲時(shí)土壤儲水量一播種前土壤儲水量），mm。

1.3.8 水分利用效率及灌溉水利用效率

水分利用效率及灌溉水利用效率計(jì)算公式為式中：RWLiE為馬鈴薯全生育期水分利用效率，kg/m3；/WUE為馬鈴薯全生育期灌溉水利用效率，kg/m3；Y為馬鈴薯單位面積產(chǎn)量，kg/hm2；ETa為馬鈴薯全生育期實(shí)際單位面積耗水量，m3/hm2：，為馬鈴薯全生育期內(nèi)單位面積灌水量，m3/hm2。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用EXCEL2010對所測數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，利用SPSS19.0軟件中LED多重比較法對數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性分析，下文圖表中的數(shù)據(jù)均為平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 膜下滴灌調(diào)虧對馬鈴薯生長指標(biāo)的影響

2.1.1 膜下滴灌調(diào)虧對馬鈴薯株高的影響

從圖1可以看出，馬鈴薯株高從播種到成熟均遞增變化，增長速率呈現(xiàn)前中期快、后期慢的特點(diǎn)，且不同的處理之間增長速率存在一定的差異。在馬鈴薯生育前期，各處理變化趨勢一致，差異不明顯。隨著生育期的逐漸推進(jìn)，各處理株高之間的差異開始顯著。就整個(gè)生育期而言，各處理株高依次為CK>T1>T3>T2，由此可以看出在薯塊形成期水分虧缺對株高影響較小，而在薯塊膨大期水分虧缺對株高影響最大。至淀粉積累期，CK處理與T2處理之間的株高差值達(dá)到最大，為11.43cm，因此薯塊膨大期是馬鈴薯株高生長的關(guān)鍵時(shí)期，該時(shí)期進(jìn)行調(diào)虧灌溉對后期的株高產(chǎn)生不利影響。至收獲期，CK和Tl處理株高已經(jīng)穩(wěn)定，而T2處理仍表現(xiàn)出較小幅度的增長，其原因可能是薯塊膨大期調(diào)虧灌溉對植株生長產(chǎn)生抑制作用，而后期水分得到補(bǔ)給產(chǎn)生了作物生長的補(bǔ)償效應(yīng)。

2.1.2 膜下滴灌調(diào)虧對馬鈴薯莖粗的影響

作物莖稈不僅起抗倒伏作用，而且可以將根系吸收的養(yǎng)分和水分輸送至各個(gè)器官，因此莖稈直徑的大小對作物生長起著關(guān)鍵作用。從圖2可以看出，不同虧缺灌溉處理下馬鈴薯莖粗的變化趨勢與株高相似，均呈先快速增大后緩慢增大的趨勢，但莖粗至生育中期就開始趨于穩(wěn)定，后期變幅較小。從整個(gè)生育期來看，各處理之間仍存在一定差異，CK處理莖粗始終高于其他處理。至淀粉積累期，Tl和T3處理莖粗已經(jīng)趨于穩(wěn)定，分別為1.80cm和1.73cm，而T2處理仍表現(xiàn)出一定的增長趨勢，這與后期水分得到補(bǔ)給有關(guān)。

2.1.3 膜下滴灌調(diào)虧對馬鈴薯葉面積指數(shù)的影響

由圖3可知，不同生育期調(diào)虧灌溉處理下馬鈴薯葉面積動態(tài)變化均符合“快一慢”的變化特征。整個(gè)生育期內(nèi)，葉面積指數(shù)呈現(xiàn)“倒L形”變化趨勢，即在播種后80d內(nèi)，葉面積增長迅速，而80d后增長趨于緩慢，甚至出現(xiàn)一定幅度的下降。T2、T3和CK處理的峰值出現(xiàn)在生育期80d左右，而Tl處理的峰值出現(xiàn)時(shí)間有所延后，出現(xiàn)在100d左有，這可能與薯塊形成期受到水分虧缺的調(diào)控而出現(xiàn)生長延遲有關(guān)。各處理最大葉面積指數(shù)大小依次為T3>Tl>T2，分別為5.17、5.05、4.65，比對照分別減少了4.99%、6.97%、14.27%，說明不同生育期調(diào)虧灌溉對馬鈴薯單株葉面積影響不同，其中以薯塊膨大期水分虧缺影響最顯著。

2.2 膜下滴灌調(diào)虧對馬鈴薯產(chǎn)量及其構(gòu)成要素的影響

由表2可以看出，膜下滴灌調(diào)虧對馬鈴薯單株結(jié)薯數(shù)、單株薯質(zhì)量、單個(gè)薯質(zhì)量和薯塊產(chǎn)量均有顯著影響，但對薯塊橫徑和縱徑的影響不明顯。Tl和T2處理單株結(jié)薯數(shù)分別較CK降低15.27%和13.34%，二者無顯著差異。T3處理單株結(jié)薯數(shù)量最大，盡管和CK無顯著差異，但與Tl和T2差異顯著：盡管T3處理單株結(jié)薯數(shù)量最大，但是單株薯質(zhì)量最小，且與CK處理差異顯著，而Tl和T2處理單株薯質(zhì)量與CK處理無顯著差異。所有處理中CK處理單株薯質(zhì)量最大，為1856.29g，Tl、T2和T3處理分別較CK低8.76%、12.67%和15.55%：單個(gè)薯質(zhì)量仍以CK處理最大，為341.llg，Tl、T2和T3處理分別較CK低16.39%、16.10%和21.60%.且處理Tl和T2與CK處理無顯著差異，而T3處理與CK處理差異顯著：各處理薯塊縱徑和橫徑均無顯著差異，縱徑以T2處理最大，橫徑以CK處理最大：各處理薯塊產(chǎn)量方面表現(xiàn)出不同的差異性，產(chǎn)量高低依次為CK（35039.15kg/hm2）>T1（32530.93kg/hm2）>T3（29593.72kg/hm2）>T2（25402.11kg/hm2），Tl和CK處理無顯著差異，而T2和T3處理與CK處理差異顯著，分別較CK處理低27.50%和15.54%。

2.3 膜下滴灌調(diào)虧對馬鈴薯品質(zhì)的影響

由表3可以看出，不同生育期虧水處理的馬鈴薯品質(zhì)存在明顯差異。與對照CK相比，Tl和T3處理總糖含量分別提高了28.57%和9.52%，差異顯著：而T2處理降低了3.57%，無顯著差異。T1處理蛋白質(zhì)含量較對照CK提高了21.89%，而T2和T3處理較對照CK降低了15.45%和7.30%，且差異顯著。Tl、T2和T3處理有機(jī)酸含量較對照CK均有所降低，分別降低了28.95%、7.89%和10.53%，差異顯著。Tl處理氨基酸含量較對照CK提高了9.21%.而T2和T3處理較對照CK降低了37.34%和27.62%，差異顯著。Tl和T3處理Vc含量較對照CK分別提高了11.72%和6.93%.而T2處理較對照CK降低了7.70%，且差異顯著。Tl和T3處理淀粉含量較對照CK分別提高了11.72%和7.93%，差異顯著，而T2處理較對照CK降低了1.87%，無顯著差異。

2.4 膜下滴灌調(diào)虧對馬鈴薯水分利用效率的影響

由表4可以看出，Tl、T2、T3三者之間水分利用效率差異顯著，其中Tl處理水分利用效率最高，為7.46kg/m3，而T3處理水分利用效率最低，僅為6.19kg/m3。盡管T1處理產(chǎn)量較CK處理低7.16%，但是水分利用效率較CK處理提高7.35%。而Tl和T2處理之間灌溉水利用效率無顯著差異，Tl、T2于T3處理之間差異顯著，其中以Tl處理灌溉水利用效率最高（10.46kg/m3），T3處理灌溉水利用效率最低（8.38kg/m3），而對照處理CK灌溉水利用效率為9.24kg/m3。盡管CK處理產(chǎn)量最高，但是灌溉水利用效率卻低于處理Tl和T2。

3 結(jié)語

（1）水分脅迫抑制馬鈴薯生長發(fā)育，且不同生育期虧水對株高、莖粗及葉面積指數(shù)影響程度不同，影響程度依次為薯塊膨大期>淀粉積累期>薯塊形成期。

（2）不同生育期虧缺灌溉對馬鈴薯果實(shí)外觀（橫徑和縱徑）品質(zhì)影響不顯著。淀粉積累期虧水可以增加單株結(jié)薯數(shù)，但減少了單株薯質(zhì)量和單個(gè)薯質(zhì)量，而薯塊形成期和薯塊膨大期虧水處理對其影響不顯著。

（3）不同生育期虧缺灌溉對馬鈴薯理化品質(zhì)影響顯著。薯塊形成期適度虧水，可以顯著提高馬鈴薯果實(shí)總糖、蛋白質(zhì)、氨基酸、Vc和淀粉含量，同時(shí)能夠有效降低有機(jī)酸含量，使果實(shí)品質(zhì)更優(yōu)。而薯塊膨大期和淀粉積累期虧水不利于果實(shí)品質(zhì)的改善。

（4）薯塊形成期虧缺灌溉水分利用效率最高，為7.46kg/m3，盡管產(chǎn)量較CK處理略低（降低7.16%），但能夠顯著提高水分利用效率（提高7.35%）和灌溉水分利用效率（提高13.18%）。

與其他生育期水分虧缺相比，薯塊形成期適度虧水促進(jìn)了馬鈴薯生長發(fā)育，改善了馬鈴薯品質(zhì)，從而顯著提高了馬鈴薯營養(yǎng)價(jià)值、產(chǎn)量和水分利用效率。因此，對于河西走廊農(nóng)業(yè)灌區(qū)而言，馬鈴薯薯塊形成期是進(jìn)行虧缺灌溉的最佳時(shí)期。