淺埋式滴灌在內(nèi)蒙古自治區(qū)馬鈴薯種植中的應(yīng)用分析

關(guān) 婷，烏 蘭，賈立國，蘇亞拉其其格，樊明壽，今 芝

（1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010019；2.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)草原與資源環(huán)境學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010011；3.烏蘭察布市土壤肥料站，內(nèi)蒙古 烏蘭察布 012000）

內(nèi)蒙古自治區(qū)是馬鈴薯北方一作區(qū)的主產(chǎn)區(qū)[1,2]，其種植面積和總產(chǎn)量長期居于全國前列，為中國糧食需求提供了重要的保障[3]。尤其是內(nèi)蒙古自治區(qū)陰山南北麓地區(qū)，晝夜溫差大的氣候與馬鈴薯喜陰涼的特性十分吻合，使馬鈴薯成為該地區(qū)的優(yōu)勢作物[4]。但近年來，內(nèi)蒙古自治區(qū)馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進(jìn)程緩慢，其種植面積及產(chǎn)量均出現(xiàn)逐漸下滑的局面，其主要原因是水資源的短缺和馬鈴薯種植模式的落后[5]。資料顯示[6,7]，內(nèi)蒙古自治區(qū)雨季和非雨季降水中，雨季降水量逐年減少，無法滿足馬鈴薯各生育時期對水分的需求。馬鈴薯植株有機(jī)體中含水量為70%～90%，塊莖含水量為75%～80%，其蒸騰系數(shù)為400～600，即每形成1 kg干物質(zhì)需要耗水400～600 kg，每形成1 kg 鮮塊莖需要耗水100～150 kg，對水分的需求較大[8]。水分虧缺不僅導(dǎo)致馬鈴薯減產(chǎn)、劣質(zhì)，而且嚴(yán)重影響到內(nèi)蒙古自治區(qū)馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1 馬鈴薯生產(chǎn)現(xiàn)狀

中國馬鈴薯種植區(qū)主要集中在西南、西北和東北三個地區(qū)，特別是西南地區(qū)，馬鈴薯種植面積逐年擴(kuò)增，使馬鈴薯的生產(chǎn)出現(xiàn)由北向南轉(zhuǎn)移的趨勢[9,10]。中國馬鈴薯總播種面積2013 年達(dá)到最高峰503 萬hm2，2015 年進(jìn)入低谷479 萬hm2，2016～2017年又逐漸恢復(fù)性增長。播種面積的擴(kuò)張在一定程度上引起其塊莖總產(chǎn)量的增加，2016和2017年全國馬鈴薯總產(chǎn)分別達(dá)1 698.57 萬和1 769.63 萬t[11]，但馬鈴薯單位面積產(chǎn)量仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國家[10,12]。

馬鈴薯是內(nèi)蒙古自治區(qū)的第二大糧食作物[13]。據(jù)統(tǒng)計，2013～2017年內(nèi)蒙古自治區(qū)馬鈴薯總產(chǎn)量隨其種植面積的減少而降低。2017年馬鈴薯單產(chǎn)出現(xiàn)小幅度增加，可能與優(yōu)良品種的引進(jìn)、節(jié)水灌溉技術(shù)的應(yīng)用有關(guān)。內(nèi)蒙古自治區(qū)中西部地區(qū)光照充足、氣候冷涼、晝夜溫差大、土壤質(zhì)地疏松，為馬鈴薯的生長提供了優(yōu)質(zhì)的氣候地理條件[14,15]。然而，馬鈴薯主產(chǎn)區(qū)呼和浩特市、烏蘭察布市、錫林郭勒盟等地區(qū)大部分處于農(nóng)牧交錯地帶，生態(tài)環(huán)境脆弱，降水量逐年減少，受干旱影響顯著[4]。另外，這些地區(qū)地下水資源儲量不足，灌溉條件差，水分成為該地區(qū)馬鈴薯生產(chǎn)的主要限制因子[16,17]。綜上，基于有限的水資源現(xiàn)狀，篩選推廣節(jié)水灌溉技術(shù)是內(nèi)蒙古自治區(qū)馬鈴薯生產(chǎn)中的必要考慮因素。

2 內(nèi)蒙古水資源現(xiàn)狀

內(nèi)蒙古自治區(qū)80%以上土地屬于典型的干旱、半干旱地區(qū)[6,18]。據(jù)資料顯示[19]，該地區(qū)2016年水利資源總量為426.5億m3，地表水資源為268.51億m3，地下水資源為248.17億m3；而2017年水利資源總量減少至309.9億m3，地表水資源量降至194.1億m3，地下水資源量降至207.3億m3。由于存在水量重復(fù)計算部分，地表水資源量與地下水資源量之和并不等于水資源總量。這些數(shù)據(jù)說明了內(nèi)蒙古自治區(qū)水資源量正在逐年下降，嚴(yán)峻的水資源環(huán)境必將阻礙內(nèi)蒙古自治區(qū)馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

另外，內(nèi)蒙古自治區(qū)水資源分布不均勻，在時間和空間上均有表現(xiàn)[20,21]。該地區(qū)年均降水量為216～431 mm[6,7]。時間上，降水月主要集中在7～8月，在兩季降水量中，東部、中部和西部的雨季降水量逐年遞減，對全年降水量減少的影響最大?？臻g上，內(nèi)蒙古自治區(qū)降水區(qū)域差異較大，降水量分布趨勢由南向北，由東向西逐漸減少；全區(qū)一半以上的降水量集中在東部區(qū)，年降水量從東部500 mm降至西部37 mm 左右，從而東部區(qū)的水資源總量占全區(qū)90%，而西部區(qū)只占10%。胡琦等[4]的研究表明，內(nèi)蒙古自治區(qū)馬鈴薯生育期降水量為25～240 mm，蒸散量為300～700 mm，馬鈴薯灌溉需水量由東到西不斷增加，而且區(qū)域間的差異很大，因此如何在馬鈴薯生產(chǎn)中實現(xiàn)水分高效利用尤為重要。

3 馬鈴薯生產(chǎn)中的幾種灌溉模式

隨著當(dāng)下馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，其灌溉模式也從傳統(tǒng)灌溉模式轉(zhuǎn)向高效節(jié)水灌溉模式。傳統(tǒng)灌溉模式主要指漫灌，而高效節(jié)水灌溉模式包括噴灌、膜下滴灌、高壟滴灌。

漫灌是灌水時任其順著溝、畦、地面漫流，是一種粗放的灌水方式。無法精量控制供水，只能憑借經(jīng)驗漫灌，不僅嚴(yán)重浪費水資源，而且對作物的生長、產(chǎn)量的形成均產(chǎn)生一定的副作用，土壤板結(jié)現(xiàn)象嚴(yán)重[22]，現(xiàn)已逐漸被農(nóng)戶淘汰。

噴灌是利用噴頭以及其他專業(yè)設(shè)備將有壓水噴灑到空中，形成水滴落到地面和作物表面的灌溉方式。其具有一定程度的節(jié)水功能，但需要形成噴灌圈，應(yīng)用過程較復(fù)雜，而且噴灌設(shè)備需要巨額投資，不適合在中國大多數(shù)地區(qū)普遍開展應(yīng)用。

膜下滴灌是將滴管技術(shù)與覆膜栽培技術(shù)有機(jī)結(jié)合的灌溉模式。滴管技術(shù)是利用管道、滴水設(shè)施將作物所需要的水分和肥料輸送到作物的根部[22]。首先滴管技術(shù)可以精準(zhǔn)灌水，避免水分過度浪費。其次減少土壤板結(jié)現(xiàn)象，改善土壤理化性質(zhì)[23,24]。地膜在一定程度上可以減少水分蒸發(fā)，抑制膜內(nèi)雜草叢生，改善土壤物理性狀和微生物的活動[25-27]。覆膜雖然在作物生長前期進(jìn)行增墑保溫，但在作物生長后期會抑制其根系生長，對地下水、生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重污染[28]。

高壟滴灌起高壟25 cm左右，中耕時將滴灌帶埋于壟內(nèi)[29]。其是由高壟覆膜滴管技術(shù)演變而來的。此灌溉模式的優(yōu)勢在于減少地膜的使用，對環(huán)境相對友好，且具有一定節(jié)水效果；但在增溫保墑方面較膜下滴灌差，無法有效阻止水分蒸發(fā)。

目前，膜下滴灌和高壟滴灌在內(nèi)蒙古自治區(qū)乃至全國馬鈴薯種植區(qū)域被廣泛應(yīng)用，但與馬鈴薯產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展均不相匹配，均存在各自的缺陷。在灌溉技術(shù)上創(chuàng)新，選用適合地區(qū)特點的節(jié)水灌溉技術(shù)是今后農(nóng)業(yè)研究熱點話題。

4 淺埋式滴灌及其研究進(jìn)展

淺埋式滴灌是地下滴管技術(shù)的一種。其是使用管道系統(tǒng)輸水，通過埋在地下毛管上的灌水器將灌溉用水釋放到根區(qū)土壤，供作物充分吸收利用水分的一種灌溉方式[30,31]。地下滴管技術(shù)較地面滴管和覆膜滴灌技術(shù)而言，更加經(jīng)濟(jì)實用、環(huán)保、節(jié)水效果顯著。地面滴管將管道鋪設(shè)于土地表面，水分通過管道蒸發(fā)到大氣；而淺埋式滴灌減少了水分蒸發(fā)，同時改善了作物根區(qū)的土壤條件，將作物所需水分快速輸送至根部；由于管道淺埋于地表，避免了管道曝曬，防止管道老化，延長了管道的使用壽命。淺埋式滴灌較覆膜滴灌最顯著的優(yōu)點是操作簡便，并減少地膜的危害。普通地膜的主要成分是聚乙烯，具有分解難、降解周期長等缺陷，故隨著其投入時間和投入量的不斷增加，地膜在土壤中的殘留不斷積累，進(jìn)而直接引起土壤養(yǎng)分降低、土壤理化性質(zhì)的改變和土壤次生鹽漬化的加強，影響作物生長發(fā)育與產(chǎn)量，最終造成惡劣的環(huán)境污染[28,32]。黃少輝等[33]的研究發(fā)現(xiàn)，土壤中的地膜殘留對馬鈴薯地上部和地下部干鮮重、植株生長發(fā)育、塊莖產(chǎn)量形成的影響顯著；殘膜會阻礙馬鈴薯根系的發(fā)生與生長，進(jìn)而抑制其對水分和養(yǎng)分的吸收利用。目前，淺埋式滴管技術(shù)已在北疆牧區(qū)使用，并且成效顯著。王春霞[34]通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，淺埋式滴灌示范區(qū)的紫花苜蓿根系明顯變長，產(chǎn)量大幅提高。毛管埋深10 cm時的苜蓿根系濕潤灌溉效果等同于埋深20 cm的傳統(tǒng)地埋式滴灌，由此，將其定為優(yōu)化的毛管埋深值[35]。地表、膜下、淺埋3種滴管模式中，淺埋式滴灌能有效降低滴灌帶附近的溫度，水分利用效率和玉米產(chǎn)量顯著高于地表滴灌[31,36]。大田試驗中也已驗證[37]，玉米寬窄行淺埋式滴灌技術(shù)可適量向玉米根區(qū)輸送水分和肥料，減少水分蒸發(fā)，改善玉米生長的微氣候環(huán)境，為玉米提供良好的通風(fēng)透光條件，進(jìn)而增產(chǎn)。梅園雪等[38]在通遼玉米種植研究中發(fā)現(xiàn)，淺埋滴灌種植模式與其他模式相比較，從保苗效果、籽粒產(chǎn)量、平均產(chǎn)量及前期投入等方面表現(xiàn)良好。劉慧軍等[39]研究了內(nèi)蒙古自治區(qū)翁牛特旗大豆無膜淺埋滴灌技術(shù)發(fā)現(xiàn)，淺埋滴灌可以節(jié)水省肥。

5 淺埋式滴灌在馬鈴薯種植中的應(yīng)用前景

如前文所述，內(nèi)蒙古自治區(qū)中西部地處干旱、半干旱地區(qū)，常年少雨，年平均降水量為150～220 mm，年蒸發(fā)量為3 000 mm。由于水分脅迫引起馬鈴薯塊莖產(chǎn)量低、效益差，因此灌溉馬鈴薯的面積呈逐漸增加趨勢。陳玉珍等[15]提出不同于雨養(yǎng)馬鈴薯的對策，即灌溉馬鈴薯。灌溉馬鈴薯主要通過“3R”策略（Right mode，Right timing 和Right rate），基于正確的灌溉模式，正確的灌溉時間，正確的灌溉量進(jìn)行有效的水分管理，而淺埋式滴灌技術(shù)就能有效實現(xiàn)對灌溉量和灌溉時間的控制，促進(jìn)馬鈴薯對水分的高效利用。除此之外，淺埋式滴灌在玉米、大豆和牧草種植中取得了一定的成果，逐漸被認(rèn)可接受。

綜上，淺埋式滴管技術(shù)在內(nèi)蒙古自治區(qū)馬鈴薯生產(chǎn)中的應(yīng)用前景巨大，對水資源的高效利用和綠色環(huán)保方面具有極大潛力，無疑是干旱、半干旱區(qū)農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)的發(fā)展方向。