膜下滴灌調(diào)虧對馬鈴薯水分利用效率、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

李福強，張恒嘉，鄧浩亮，巴玉春

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)水利水電工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；2.民樂縣洪水河管理處，甘肅 民樂 734500)

馬鈴薯(Solanum tuberosum)屬茄科茄屬，為一年生草本類植物，其別名有洋芋、土豆、地蛋等，營養(yǎng)價值高、適應(yīng)環(huán)境能力強、產(chǎn)量高。目前馬鈴薯在世界范圍內(nèi)種植廣泛，預(yù)計到2020年馬鈴薯在全球范圍內(nèi)的需求量可能會超過小麥、玉米、水稻而躍居首位。中國是最大的馬鈴薯生產(chǎn)國，隨著馬鈴薯加工工藝的快速發(fā)展和農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)的不斷優(yōu)化，西北地區(qū)馬鈴薯已從主要糧食作物轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂懈呤找娴慕?jīng)濟作物[1]。相關(guān)研究表明，地膜覆蓋可以起到保溫、保墑的作用，滴灌技術(shù)可以顯著提高灌溉水的利用效率，因此膜下滴灌可以大幅度提升馬鈴薯的產(chǎn)量及其水分利用率[2]。目前膜下滴灌技術(shù)主要用在葡萄、菘藍、棉花和果樹等方面，而在馬鈴薯種植方面的應(yīng)用較少[3- 5]，不同生育期不同梯度下調(diào)虧灌溉馬鈴薯研究更是少見。膜下滴灌調(diào)虧技術(shù)打破了馬鈴薯常規(guī)種植模式，能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)水、高產(chǎn)及高品。目前，在馬鈴薯膜下滴灌調(diào)虧技術(shù)方面的研究較少，其相關(guān)理論體系也不夠完善[6]。

民樂縣灌溉種植馬鈴薯主要依靠當?shù)剞r(nóng)戶經(jīng)驗進行灌水，水資源浪費嚴重。本試驗以當?shù)亍扒嗍?68”品種為研究對象，在其苗期、塊莖形成期、塊莖膨大期、淀粉積累期分別進行膜下滴灌調(diào)虧灌溉，并對其不同生育期土壤含水量、耗水強度、產(chǎn)量、水分利用效率、灌水利用效率和品質(zhì)等指標進行綜合分析，尋找當?shù)刈顑?yōu)調(diào)控措施，從而為當?shù)匕l(fā)展高效節(jié)水農(nóng)業(yè)提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗區(qū)基本情況

試驗于2017年4—9月在甘肅省民樂縣洪水河管理處益民灌溉試驗站進行。試驗站位于民樂縣三堡鎮(zhèn)張連莊村，洪水河灌區(qū)中游。當?shù)貙俚湫桶敫珊禋夂騾^(qū)，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、養(yǎng)分積累和產(chǎn)量形成等創(chuàng)造了適宜的外界環(huán)境條件。試驗區(qū)平均海拔1970m，年平均氣溫6.0℃，≥0℃積溫3500℃，≥10℃有效積溫2985℃，極端最高溫37.8℃，極端最低溫-33.3℃。年總降雨量為183～285mm，降雨稀少且分布極不均勻，蒸發(fā)強度大、河源來水不足等特點。無霜期109～174d，年日照時數(shù)3000h左右。試驗地地面平整，pH值7.22，耕層的田間最大持水量(Field Capacity，簡稱FC)24%，土壤剖面平均容重1.48t/m3，試驗地土壤為輕壤土，pH值7.22，耕層土壤田間最大持水量24%，土壤容重1.4g·cm-3。試驗區(qū)地下水位埋深較深，鹽堿化影響較小。

1.2 試驗設(shè)計及方法

試驗所用材料為青海省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所選育的“青薯168”，屬晚熟菜用型和淀粉加工兼用型品種。該試驗根據(jù)作物的生育階段共設(shè)了4個水分調(diào)虧水平共8個調(diào)虧處理(WD1～WD8)和1組對照(CK)，分別在馬鈴薯苗期(從播種至現(xiàn)蕾為標志)、塊莖形成期(從現(xiàn)蕾到初花為標志)、塊莖膨大期(從始花到終花為標志)和淀粉積累期(從終花到枯萎為標志)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。本試驗材料于2017年4月17日播種，9月27日收獲，整個生育期歷時162d。在試驗栽培方面采用了起壟覆膜與膜下滴灌相結(jié)合的單壟雙行栽培模式。壟寬80cm，壟高20cm，溝寬40cm，行距40cm，株距20cm。且在每條壟中間鋪設(shè)一條滴頭間距為20cm的滴灌帶，并在每個處理區(qū)的支管上安有閘閥和水表，最后在每條土壟上覆一層寬為120cm的薄膜。每個處理及對照均3次重復(fù)，試驗小區(qū)面積33.6m2(7m×4.8m)。

表1 試驗設(shè)計方案 單位：%

1.3 測定指標及方法

1.3.1土壤含水量

試驗主要沿用傳統(tǒng)的土鉆取土烘干稱重法來測定每個處理小區(qū)的土壤水分。依據(jù)前人的研究結(jié)果表明，馬鈴薯的根系活動范圍主要集中在土層的0～40cm之間，因此在馬鈴薯整個生育期內(nèi)每隔10d取土一次，取土深度為80cm，共分為5個梯度，依次為：0～10cm，10～20cm，20～40cm，40～60cm，60～80cm。并在試驗開始前和結(jié)束時分別加測到100cm土深。在灌水前后及其降雨后需要加測一次。

1.3.2耗水量

采用水量平衡法計算，計算公式為：

式中，ETⅠ-Ⅱ—馬鈴薯階段耗水量，mm；i—土層序號；n—土層總數(shù)；rⅰ—第i層土壤干容重，g·cm-3；Hi—第i層土壤厚度，cm；WiⅠ、WiⅡ—第i層土壤在該生育期階段始末的質(zhì)量含水量，%；M、P—該生育期階段內(nèi)灌水量和降雨量，mm；K—該生育期階段內(nèi)地下水補給量，mm；試驗區(qū)地下水埋深大于10m，故K=0；D—階段內(nèi)排水量，mm，試驗區(qū)為干旱區(qū)，故D=0。

1.3.3干物質(zhì)

馬鈴薯每個生育期，將每個試驗小區(qū)隨機挑選3株作物取樣帶回室內(nèi)沖洗、晾干。將各個器官從植株上剪下，用紙袋標記分裝，105℃恒溫烘箱殺青20min，然后將溫度調(diào)至80℃，烘干至恒重，采用精度為0.001g電子稱稱重，分別測定地上干物質(zhì)和地下干物質(zhì)，結(jié)果取各處理均值。

1.3.4產(chǎn)量

在馬鈴薯收獲期按試驗小區(qū)進行單獨的記錄產(chǎn)量，并將收獲的馬鈴薯薯塊按大、中、小分成3個等級，重量大于200g的為大薯，100～200g之間為中薯，重量小于100g的為小薯。

1.3.5品質(zhì)

馬鈴薯蛋白質(zhì)采用考馬斯亮藍G- 250法來測定，還原糖含量利用采用3，5-二硝基水揚酸比色法(%)來測定，淀粉利用碘比色法(%)來測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理及分析

利用Microsoft Office Excel 2007軟件平臺對相關(guān)數(shù)據(jù)進行處理及其制表、繪圖等，并利用SPSS19.0統(tǒng)計學(xué)軟件進行方差分析，采用Duncan和LSD法進行顯著性分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同生育期膜下滴灌調(diào)虧對馬鈴薯產(chǎn)量及其構(gòu)成要素的影響

不同處理馬鈴薯產(chǎn)量及其構(gòu)成要素見表2。

2.1.1單株結(jié)薯數(shù)

調(diào)虧處理WD1、WD3、WD4、WD5、WD6、WD7單株結(jié)薯數(shù)較對照CK分別降低11.34%、12.89%、4.64%、17.18%、6.19%、17.87%，差異顯著(P<0.05)。而調(diào)虧處理WD2、WD8單株結(jié)薯數(shù)較對照CK分別增加8.76%、0.17%，無顯著差異(P>0.05)。說明在苗期、塊莖膨大期和淀粉積累期虧水對馬鈴薯單株結(jié)薯數(shù)影響顯著，而在塊莖形成期虧水對馬鈴薯單株結(jié)薯數(shù)影響不顯著。

表2 不同處理馬鈴薯產(chǎn)量及其構(gòu)成要素

注：表2中數(shù)值為每個處理3次重復(fù)的平均值。

2.1.2單株薯重量

調(diào)虧處理WD2～WD8單株薯重量較對照CK分別降低9.77%、13.49%、15.99%、8.38%、21.37%、35.55%、19.96%，差異顯著，而調(diào)虧處理WD1單株薯重量較對照CK降低3.39%，無顯著差異。說明在苗期進行輕度調(diào)虧灌溉對馬鈴薯單株薯重量影響不顯著，而在苗期進行中度調(diào)虧灌溉、塊莖膨大期和淀粉積累期虧水對馬鈴薯單株薯重量影響顯著。

2.1.3單個薯重量

調(diào)虧處理WD2～WD7、WD8單薯重量較對照CK分別降低17.12%、25.80%、19.56%、12.20%、19.51%、31.31%、25.61%，差異顯著，而調(diào)虧處理WD1單個薯重量較對照CK降低10.19%，無顯著差異。說明在苗期進行輕度調(diào)虧灌溉對馬鈴薯單個薯重量影響不顯著，而在苗期進行中度調(diào)虧灌溉、塊莖膨大期和淀粉積累期虧水對馬鈴薯單株薯重量影響顯著。

2.1.4馬鈴薯縱徑

調(diào)虧處理WD1～WD8馬鈴薯縱徑較對照CK分別降低2.49%、4.39%、0.99%、1.25%、3.48%、3.53%、3.02%，無顯著差異。而調(diào)虧處理WD6馬鈴薯縱徑較對照CK降低5.62%，差異顯著。說明在苗期、塊莖形成期、塊莖膨大期輕度調(diào)虧灌溉、淀粉積累期對馬鈴薯縱徑影響不顯著，而在塊莖膨大期進行中度調(diào)虧灌溉對馬鈴薯縱徑影響顯著。

2.1.5馬鈴薯橫徑

調(diào)虧處理WD2～WD8薯塊產(chǎn)量較對照CK分別降低14.27%～39.26%，差異顯著，而調(diào)虧處理WD1薯塊產(chǎn)量較對照CK降低13.34%，無顯著差異。說明在苗期進行輕度調(diào)虧灌溉對馬鈴薯薯塊產(chǎn)量影響不顯著，而在苗期進行中度調(diào)虧灌溉、塊莖膨大期和淀粉積累期虧水對馬鈴薯薯塊產(chǎn)量影響顯著；調(diào)虧處理WD1～WD8商品薯產(chǎn)量較對照CK分別降低12.83%、22.11%、28.06%、9.92%、12.04%、23.99%、39.25%、33.91%，差異顯著，說明在苗期、塊莖形成期、塊莖膨大期和淀粉積累期虧水對馬鈴薯商品薯產(chǎn)量影響顯著。

2.2 膜下滴灌調(diào)虧對馬鈴薯水分利用的影響

馬鈴薯全生育期水分利用狀況見表3，由表3可知，處理WD1、WD4、WD5和WD8水分利用效率分別高達10.32、10.15、10.80、10.48kg·m-3，分別較對照處理CK增加14.67%、12.78%、20.00%和16.44%，說明在苗期和淀粉積累期進行適度虧水可以提高馬鈴薯水分利用效率，且苗期適度虧水提高幅度更顯著。而處理WD3、WD6和WD7水分利用效率分別為8.45、8.61、6.42kg·m-3，分別較對照處理CK降低6.11%、4.33%和28.67%，說明在塊莖形成期和塊莖膨大期進行虧水不利于馬鈴薯水分利用效率的提高，中度虧水降低幅度顯著。

處理WD1、WD4、WD5和WD8灌溉水利用效率分別高達27.55、26.30、32.81、28.14kg·m-3，分別較對照處理CK增加21.96%、16.42%、45.24%和24.57%，差異顯著(P<0.05)，說明在苗期和淀粉積累期進行適度虧水可以提高馬鈴薯灌溉水利用效率，且苗期適度虧水提高幅度更顯著。處理WD6灌溉水利用效率為22.40kg·m-3，較對照處理CK降低0.84%，無顯著差異(P>0.05)，而處理WD7灌溉水利用效率為14.22kg·m-3，較對照處理CK降低37.05%，差異顯著。說明在塊莖形成期和塊莖膨大期進行中度虧水不利于馬鈴薯灌溉水利用效率的提高，中度虧水降低幅度顯著。

表3 馬鈴薯全生育期水分利用狀況

注：表3中數(shù)值為每個處理3次重復(fù)的平均值。

2.3 膜下滴灌調(diào)虧對馬鈴薯品質(zhì)的影響

不同生育期調(diào)虧灌溉處理對馬鈴薯品質(zhì)的影響見表4，由表4可知，各調(diào)虧灌溉處理中苗期調(diào)虧灌溉處理WD1和WD5總糖含量較對照處理CK顯著(P<0.05)增加14.77%和10.23%，塊莖形成期中度調(diào)虧灌溉處理WD6總糖含量較對照處理CK增加3.41%，無顯著差異(P>0.05)。塊莖膨大期中度調(diào)虧處理WD7和淀粉積累期中度調(diào)虧處理WD8總糖含量較對照處理CK降低17.05%和11.36%，差異顯著，而其他生育期調(diào)虧灌溉處理WD2、WD3、WD4總糖含量分別較對照處理CK降低4.55%、3.41%和7.95%，無顯著差異；調(diào)虧灌溉處理中，苗期調(diào)虧灌溉處理WD1和WD5蛋白質(zhì)含量較對照處理CK增加18.95%和7.26%，差異顯著，而塊莖膨大期調(diào)虧處理WD3、WD7和淀粉積累期調(diào)虧處理WD4、WD8蛋白質(zhì)含量較對照處理CK分別降低12.10%、20.56%和10.08%、17.34%，差異顯著。塊莖形成期調(diào)虧處理WD2、WD5蛋白質(zhì)含量較對照處理CK分別降低5.65%和2.82%，無顯著差異；苗期調(diào)虧灌溉處理WD1和WD5淀粉含量較對照處理CK增加14.77%和7.12%，差異顯著。塊莖形成期輕度調(diào)虧灌溉處理WD2和淀粉積累期中度調(diào)虧灌溉處理WD8淀粉含量較對照處理CK增加0.42%和2.43%，無顯著差異。而塊莖膨大期輕度調(diào)虧處理WD7淀粉含量較對照處理CK減少4.89%，無顯著差異，而塊莖膨大期中度調(diào)虧處理WD7和淀粉積累期輕度調(diào)虧處理WD4、塊莖形成期中度調(diào)虧處理WD6淀粉含量較對照處理CK分別減少16.23%、13.19%和11.18%，差異顯著。可以看出，在苗期進行適度的調(diào)虧灌溉可以顯著增加馬鈴薯總糖、蛋白質(zhì)和淀粉含量，而在淀粉積累期進行調(diào)虧灌溉顯著降低馬鈴薯品質(zhì)，不利于總糖、蛋白質(zhì)和淀粉的積累。

表4 不同生育期調(diào)虧灌溉處理對馬鈴薯品質(zhì)的影響

注：表4中數(shù)值為每個處理3次重復(fù)的平均值。

3 結(jié)論

綜合考慮馬鈴薯產(chǎn)量、水分利用效率和品質(zhì)等指標，最佳馬鈴薯灌溉策略為苗期進行輕度調(diào)虧灌溉，即該時期土壤相對含水率為55%～65%，其余生育期土壤相對含水率為65%～75%。由此可見，在適時、適度的調(diào)虧灌溉既能顯著提高馬鈴薯水分生產(chǎn)效率，實現(xiàn)節(jié)水、高效用水的目的，又能提馬鈴薯品質(zhì)，對河西灌區(qū)馬鈴薯種植具有重要的意義。本試驗只對馬鈴薯單個生育期進行了調(diào)虧灌溉分析研究，而連續(xù)或交替調(diào)虧對馬鈴薯產(chǎn)量、水分利用效率和品質(zhì)的影響是否更具有優(yōu)勢還有待進一步研究。