膜下滴灌條件下不同補(bǔ)水量對(duì)主食化馬鈴薯生長(zhǎng)發(fā)育的影響

余幫強(qiáng)，吳林科，張國(guó)輝，頡瑞霞，王收良

(寧夏農(nóng)林科學(xué)院固原分院，寧夏 固原 756000)

影響馬鈴薯產(chǎn)量和品質(zhì)的因素很多，其中水分是主要的影響因素之一。水是植物組織結(jié)構(gòu)的重要組成部分，是作物生長(zhǎng)不可缺少的元素，也是作物產(chǎn)量的主要限制因子，水分脅迫能抑制一種或幾種生理過程[1]，同時(shí)水分是土壤養(yǎng)分的溶劑，水分過少不能有效分解土壤和肥料中的養(yǎng)分，從而影響馬鈴薯對(duì)養(yǎng)分的有效吸收，水分過多，會(huì)導(dǎo)致土壤和肥料中的養(yǎng)分向土壤深層運(yùn)移，致使養(yǎng)分無(wú)法被根系吸收。Rijtema[2]研究表明，馬鈴薯受水分脅迫特別敏感，稍有水分虧缺就會(huì)導(dǎo)致植株葉片氣孔關(guān)閉，蒸騰速率和光合速率均降低。

寧夏南部山區(qū)土層疏松深厚,通透性好,土壤富含鉀素,降水集中于7、8、9月,十分有利于干物質(zhì)的制造和積累,是我國(guó)馬鈴薯主產(chǎn)區(qū)之一[3]。實(shí)踐證明，導(dǎo)致寧夏馬鈴薯產(chǎn)量低下的主要原因是季節(jié)性干旱，因此合理補(bǔ)水是提高寧夏馬鈴薯產(chǎn)量與品質(zhì)的有效途徑。在國(guó)家提出馬鈴薯主食化的大背景下，寧夏也積極推動(dòng)馬鈴薯主食化戰(zhàn)略，選育出了適合寧夏本地種植的馬鈴薯主食化新品種寧薯16號(hào)。該品種抗逆性強(qiáng)，產(chǎn)量高，品質(zhì)特性完全符合“三高一低一白”(高干物質(zhì)、高蛋白、高抗氧化性，多酚氧化酶活性低，白肉)的馬鈴薯主食化品種要求。前人對(duì)馬鈴薯水份利用方面研究較多，白虎[4]等認(rèn)為，馬鈴薯全生育期大約需水400～500 mm。田英等[5]研究結(jié)果顯示，馬鈴薯耗水量在生育期內(nèi)先增長(zhǎng)后減小。杜建民等[6]研究認(rèn)為，旱地馬鈴薯適宜補(bǔ)灌量為3～4 kg/株。馬金虎等[7]研究表明，塊莖形成期補(bǔ)水對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量、水分生產(chǎn)效率影響最大。張朝巍等[8]研究指出，現(xiàn)蕾期補(bǔ)水有利于提高水分利用效率。王志奇[9]研究認(rèn)為，馬鈴薯最佳補(bǔ)水時(shí)期是盛花期。但是圍繞主食化品種尤其是寧薯16號(hào)研究的較少，尤其是針對(duì)膜下滴灌條件下寧薯16號(hào)水份利用研究報(bào)道更是幾乎沒有，因此，開展膜下滴灌條件下寧薯16號(hào)水分利用研究工作十分重要，期望通過研究推進(jìn)寧夏馬鈴薯主食化產(chǎn)業(yè)健康快速發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)基本概況

試驗(yàn)從2017年3月至2017年10月在西吉縣馬蓮鄉(xiāng)向豐農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行。該區(qū)域是寧夏南部山區(qū)典型雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)，也是寧夏馬鈴薯主要產(chǎn)區(qū)，東經(jīng)106°44′，北緯36°10′，海拔1 350 m，多年平均降水量為410 mm，年均蒸發(fā)量1 800 mm左右，平均氣溫8.3 ℃，無(wú)霜期145 d，屬半干旱半濕潤(rùn)地區(qū)。供試品種為寧薯16號(hào)，供試土壤類型為黃綿土，土壤剖面0～30、30～60 cm 各層土壤基本理化性質(zhì)見表1。

表1 試驗(yàn)地土壤基本理化性質(zhì)Tab.1 Basic physical and chemical properties of soil in the test site

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用單因素6水平隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，補(bǔ)水量設(shè)6個(gè)水平，分別為0、750、1 500、2 250、3 000、3 750 m3/hm2，處理有1：S0(CK)；2：S750；3：S1500；4：S2250；5：S3000；6：S3750。氮(N)、磷(P2O5)、鉀(K2O)按照試驗(yàn)點(diǎn)推薦用量施用，施用量分別為150、90、60 kg/hm2。小區(qū)行距3 m，長(zhǎng)10 m，小區(qū)面積為30 m2，重復(fù)4次。試驗(yàn)采用起壟覆膜膜下滴灌方式種植，一壟雙行一帶布置，壟面寬70 cm，壟溝寬40 cm，壟高15 cm，行距50 cm，株距33 cm，壟面覆黑膜(規(guī)格：寬度120 cm，厚度0.008 mm)。試驗(yàn)利用滴灌系統(tǒng)補(bǔ)水補(bǔ)肥，分別在馬鈴薯苗期、蕾期、開花期和淀粉積累期進(jìn)行，補(bǔ)水次序及定額見表2。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

株高測(cè)定：每個(gè)生育階段測(cè)定株高，株高測(cè)定方法為采用卷尺測(cè)量株高從地表到株高頂部的高度；葉片葉綠素測(cè)定：采用手持式SPAD-s502葉綠素測(cè)量?jī)x，選擇長(zhǎng)勢(shì)均勻一致的健壯植株，標(biāo)記完全展開的主莖倒數(shù)第三片功能葉，每處理標(biāo)記3株，選晴天進(jìn)行田間活體測(cè)定；葉面積指數(shù)(LAI)測(cè)定：先采用打孔法測(cè)定葉面積，然后按照公式進(jìn)行計(jì)算，葉面積指數(shù)(LAI)=葉片總面積/土地面積；干物質(zhì)測(cè)定：分別于苗期、蕾期、花期、淀粉積累期和成熟期分別采取標(biāo)本葉片、莖、塊莖、根，帶回實(shí)驗(yàn)室稱其鮮重，將其處理干凈烘干，測(cè)定干物質(zhì)含量，干物質(zhì)測(cè)定方法[10,11]為將采回的樣品,沖洗干凈用濾紙吸干后剪碎,無(wú)損失放入已恒重的大燒杯中,置于烘箱,在105 ℃條件下殺青,烘1 h,然后將溫度降至80 ℃條件下烘6 h,冷卻,稱重；再用相同方法烘干2 h,再稱重,至恒重為止。

表2 補(bǔ)水次數(shù)及定額 m3/hm2Tab.2 Number and quota of water supplement

1.4 試驗(yàn)操作時(shí)間記錄

試驗(yàn)于2017年3月整地，4月16日-4月22日起壟、鋪滴灌帶、覆膜，4月25日播種，9月16-9月18日收獲。補(bǔ)水補(bǔ)肥時(shí)間與取樣時(shí)間見表3。

表3 補(bǔ)水時(shí)間與取樣時(shí)間Tab.3 Water and fertilizer supplementation time and sampling time

1.5 統(tǒng)計(jì)與分析

所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft office Excel2007計(jì)算處理，方差分析Duncar新復(fù)極差法多重比較等都由SPSS 22.0數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 不同補(bǔ)水量對(duì)株高的影響

由表4可以看出，在不同補(bǔ)水處理下，寧薯16號(hào)株高均隨著生育期的延長(zhǎng)呈先增加后減少的單峰曲線變化，花期以前株高逐漸增加，花期時(shí)達(dá)到最大值，花期以后又逐漸減少。除苗期外，其余各個(gè)生育時(shí)期隨著補(bǔ)水量的增加株高均逐漸增加。苗期S3750、S3000、S2250株高顯著高于對(duì)照處理，分別比對(duì)照S0增加12.3%、9.2%、12.3%，S1500、S750與對(duì)照顯著不差異；蕾期、花期、淀粉積累期、成熟期各補(bǔ)水處理株高均顯著高于對(duì)照，比對(duì)照增幅分別為19.7%～61.8%、8.9%～46.8%、6.1%～41.6%、9.7%～44.2%，其中在蕾期和成熟期S3750和S3000株高顯著高于其他補(bǔ)水處理，在花期和淀粉積累期S3750株高顯著高于其他補(bǔ)水處理。說明補(bǔ)水在花期以前能夠促進(jìn)了寧薯16號(hào)植株快速生長(zhǎng)，花期以后能推遲了植株萎縮，顯著增加株高，有效促進(jìn)了地上部分營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)。

表4 不同補(bǔ)水量對(duì)株高的影響 cmTab.4 Effect of different water content on plant height

注：同列不同小寫字母表示在0.05水平上差異顯著。下同。

2.2 不同補(bǔ)水量對(duì)葉片葉綠素的影響

由表5可以看出，不同補(bǔ)水量對(duì)寧薯16號(hào)葉片葉綠素均有不同程度的影響，不同生育期各補(bǔ)水處理葉綠素SPAD值均顯著高于對(duì)照。苗期各補(bǔ)水處理間SPAD值差異不顯著，原因可能是由于苗期寧薯16號(hào)水分需求量較小，適量補(bǔ)水即能提高葉綠素含量；蕾期和花期隨著補(bǔ)水量的增加，SPAD值均逐漸增大，但是S3000與S3750之間差異均不顯著，說明這兩個(gè)時(shí)期寧薯16號(hào)對(duì)水分較為敏感，增加補(bǔ)水量能有效提高葉綠素含量；淀粉積累期和成熟期隨著補(bǔ)水量的增加，SPAD值呈現(xiàn)先增加后減少的單峰曲線變化趨勢(shì)，當(dāng)補(bǔ)水量為2 250 m3/hm2時(shí)SPAD值均達(dá)到最大，分別比對(duì)照增加20.7%和27.8%，進(jìn)一步加大補(bǔ)水量則逐漸減少，原因可能是由于這兩個(gè)時(shí)期寧薯16號(hào)需水量逐漸下降，適當(dāng)?shù)难a(bǔ)水能延緩植株衰老，補(bǔ)水過量反而抑制植株生長(zhǎng)。

表5 不同補(bǔ)水量對(duì)葉片葉綠素的影響Tab.5 Effects of different water supplementation on chlorophyll in leaves

2.3 不同補(bǔ)水量對(duì)LAI的影響

由圖1可以看出，在不同補(bǔ)水處理下，寧薯16號(hào)在整個(gè)生育期葉面積指數(shù)均呈現(xiàn)單峰曲線變化，在苗期-蕾期增加較為緩慢，蕾期-花期呈直線增長(zhǎng)，花期達(dá)到最大值，花期以后又逐漸下降。各個(gè)生育期隨著補(bǔ)水量的增加，LAI均是先增加后減小，且均當(dāng)補(bǔ)水量為2 250 m3/hm2時(shí)LAI達(dá)到最大值，進(jìn)一步加大補(bǔ)水量LAI則逐漸減小。苗期各處理之間LAI差異不顯著，說明苗期補(bǔ)水對(duì)LAI影響較??；蕾期不同補(bǔ)水處理對(duì)LAI的影響開始顯現(xiàn)，各補(bǔ)水處理均高于對(duì)照，比對(duì)照增幅為36.6%～82.9%；花期各補(bǔ)水處理LAI均與對(duì)照差異顯著，比對(duì)照增幅為15.5%～34.8%，具體表現(xiàn)為S2250>S3000>S1500>S750>S3750>S0，其中S2250顯著高于其他處理，S3000與S1500差異不顯著，S750與S3750差異不顯著；淀粉積累期-成熟期，補(bǔ)水處理LAI均顯著高于對(duì)照，且S2250與其他補(bǔ)水處理均差異顯著，說明適量補(bǔ)水能有效延緩植株葉片衰敗。

圖1 不同補(bǔ)水量對(duì)LAI的影響Fig.1 Effect of different water supplementation on LAI

2.4 不同補(bǔ)水量對(duì)干物質(zhì)累積的影響

2.4.1 對(duì)各器官干物質(zhì)累積的影響

由表6可以看出，隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)，各處理的莖、葉干物質(zhì)累積量均呈現(xiàn)先增加減少的變化趨勢(shì)，且均是在花期時(shí)達(dá)到最大值；塊莖干物質(zhì)累積量隨著生育期的延長(zhǎng)而逐漸增加，根干物質(zhì)累積量在苗期-花期逐漸增加，花期以后基本趨于穩(wěn)定。各器官干物質(zhì)在不同生育期分配比例也不同，不同補(bǔ)水處理變化趨勢(shì)基本一致：葉干物質(zhì)分配比例表現(xiàn)為花期> 淀粉積累期>蕾期>成熟期>苗期，莖表現(xiàn)為花期≈淀粉積累期>成熟期>蕾期>苗期，塊莖表現(xiàn)為成熟期>淀粉積累期>花期>蕾期>苗期，根表現(xiàn)為淀粉積累期≈成熟期>花期>蕾期>苗期。在各個(gè)生育階段，莖、塊莖、葉干物質(zhì)累積量均隨著補(bǔ)水量的增加呈現(xiàn)先增加后減小的單峰曲線變化，當(dāng)補(bǔ)水量為3 000 m3/hm2時(shí)達(dá)到最大值，進(jìn)一步加大補(bǔ)水量干物質(zhì)累積量反而減少，根干物質(zhì)累積量在不補(bǔ)水時(shí)最大，且隨著補(bǔ)水量的增加而減少。說明適量補(bǔ)水能顯著促進(jìn)莖、塊莖、葉生長(zhǎng)，卻對(duì)根系生長(zhǎng)有一定的抑制作用。

表6 不同補(bǔ)水量對(duì)各器官干物質(zhì)累積的影響 gTab.6 Effects of different water supplementation on dry matter accumulation in different organs

2.4.2 對(duì)干物質(zhì)累積總量的影響

由圖2可以看出，當(dāng)補(bǔ)水量在3 000 m3/hm2范圍內(nèi)時(shí)，寧薯16號(hào)干物質(zhì)累積總量隨著補(bǔ)水量的增加而增加，補(bǔ)水量為3 000 m3/hm2時(shí)達(dá)到最大值，并且補(bǔ)水量為3 000與2 250 m3/hm2之間差異不顯著，但是進(jìn)一步加大補(bǔ)水量反而抑制干物質(zhì)累積總量的增加。試驗(yàn)條件下對(duì)補(bǔ)水量與干物質(zhì)累積總量之間進(jìn)行模擬，可得到模擬方程為：y= -3×10-5x2+ 0.165x+ 426.7，式中補(bǔ)水量的一次項(xiàng)系數(shù)為正，而二次項(xiàng)系數(shù)為負(fù)，表明了典型的拋物線線性關(guān)系；相關(guān)指數(shù)R2=0.985，表明方程模擬效果好，決定系數(shù)表明寧薯16號(hào)干物質(zhì)累積總量98.5%依存于外部補(bǔ)水量。

圖2 不同補(bǔ)水量對(duì)干物質(zhì)累積總量的影響Fig.2 Effects of different water content on total dry matter accumulation

3 討論與結(jié)論

本試驗(yàn)從株高、葉片葉綠素SPAD值、葉面積指數(shù)、干物質(zhì)累積等方面研究了不同補(bǔ)水量對(duì)寧薯16號(hào)生長(zhǎng)發(fā)育的影響，試驗(yàn)表明不同補(bǔ)水量對(duì)寧薯16號(hào)生長(zhǎng)發(fā)育有不同程度地影響。

株高在一定程度上反映了植物的生長(zhǎng)勢(shì)。 劉戰(zhàn)東[12]等設(shè)置了高、中、低3個(gè)水平補(bǔ)水處理，結(jié)果表明馬鈴薯同一生長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)不同程度的土壤水分處理，株高以高水分處理最高。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，在各個(gè)生育期寧薯16號(hào)株高均隨著補(bǔ)水量的增加而增加，此結(jié)果與劉戰(zhàn)東等人的研究結(jié)果一致，說明補(bǔ)水能夠促進(jìn)馬鈴薯植株快速生長(zhǎng)并拉長(zhǎng)衰減周期。

葉綠素含量的高低，直接影響著作物光合作用的大小，進(jìn)而影響馬鈴薯產(chǎn)量和品質(zhì)的形成，已成為光合作用研究中的一項(xiàng)重要指標(biāo)[13,14]。葉綠素儀讀數(shù)(SPAD值)與葉片的葉綠素含量有一定的相關(guān)性，能表征葉片葉綠素含量的大小[15-17]，可以很好地反映植物葉片上葉綠素的濃度。本試驗(yàn)表明隨著補(bǔ)水量的增加，葉片葉綠素SPAD值在蕾期和花期逐漸增大，在淀粉積累期先上升后下降，說明在不同需水量時(shí)期不同的補(bǔ)水量對(duì)寧薯16號(hào)葉片葉綠素影響不同，在需水量較大的蕾期和花期對(duì)葉片葉綠素影響最大的處理是S3000，在需水量較小的淀粉積累期和成熟期S2250影響最大。

葉面積指數(shù)可以反映單位面積土地上作物葉片占地面積的比例，是表征作物生產(chǎn)潛力的重要指標(biāo)，葉面積指數(shù)的大小會(huì)對(duì)馬鈴薯生長(zhǎng)和產(chǎn)量的形成產(chǎn)生一定的影響。劉戰(zhàn)東[12]等試驗(yàn)結(jié)果顯示，生育期內(nèi)不同土壤水分處理LAI變化都呈單峰曲線，LAI高峰值均出現(xiàn)在塊莖增大期，之后開始下降。本試驗(yàn)結(jié)果表明，寧薯16號(hào)在整個(gè)生育期LAI均呈現(xiàn)單峰曲線變化，花期達(dá)到最大值，與劉戰(zhàn)東等研究結(jié)果一致。試驗(yàn)說明適量補(bǔ)水在生育前期能顯著促進(jìn)寧薯16號(hào)葉片生長(zhǎng)，生育后期能有效推遲葉片衰落從而促進(jìn)塊莖干物質(zhì)和淀粉積累，在各個(gè)生育期均當(dāng)補(bǔ)水量為2 250 m3/hm2時(shí)對(duì)LAI影響最大，補(bǔ)水量過大或過小均不利于植株葉片生長(zhǎng)。

干物質(zhì)是作物光合作用產(chǎn)物的最高形式，其積累和分配與作物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量有密切的關(guān)系，眾多研究認(rèn)為，作物產(chǎn)量實(shí)質(zhì)上是通過光合作用直接或間接形成的，并取決于光合產(chǎn)物的積累與分配[18,19]。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，寧薯16號(hào)干物質(zhì)累積量隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)而逐漸增加，表現(xiàn)為慢一快一慢的“S”型曲線，分為三個(gè)不同的階段:苗期-蕾期干物質(zhì)累積較慢，處于增長(zhǎng)初期；花期干物質(zhì)累積量處于直線增長(zhǎng)期，處于快速增長(zhǎng)期；淀粉積累期干物質(zhì)累積量又平緩下降，處于緩慢增長(zhǎng)期。這與高聚林[20]等研究結(jié)果基本一致。雖然當(dāng)補(bǔ)水量為3 000 m3/hm2時(shí)干物質(zhì)累積總量最大，但S3000與S2250之間差異不顯著，結(jié)合灌水成本考慮，最有利于寧薯16號(hào)干物質(zhì)累積的補(bǔ)水量為2 250 m3/hm2。

綜合分析，膜下滴灌條件下最有利于寧薯16號(hào)生長(zhǎng)發(fā)育的補(bǔ)水量為2 250 m3/hm2。