宁夏中部干旱带马铃薯膜下滴灌补灌参数试验研究

张 乐，尹 娟,2,3，王怀博

(1.宁夏大学土木与水利工程学院，银川 750021；2.旱区现代农业水资源高效利用教育部工程中心，银川 750021；3.宁夏节水灌溉与水资源调控工程技术研究中心，银川 750021；4.宁夏水利科学研究院，银川 750021)

0 引 言

宁夏中部干旱地区降雨稀少，水资源匮乏[1]，水分成为制约作物生长的决定性因素[2]。马铃薯作为世界四大粮食作物之一[3]，对水分亏缺比较敏感[4]。膜下滴灌是一种较为节水的灌水方式，将覆膜种植与滴灌技术有效集成，仅在作物根系范围内实施局部灌溉[5,6]。目前国内外对滴灌的研究主要集中在玉米、西瓜等作物，对马铃薯特别是宁夏干旱区马铃薯的研究较少。本文通过田间试验，研究不同补灌定额和补灌次数对马铃薯灌溉参数的影响，旨在提出旱区马铃薯适宜的补灌灌溉制度，为提高宁夏中部干旱区马铃薯的灌水技术提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验基地概况

试验点位于宁夏回族自治区吴忠市同心县王团镇宁夏旱作节水高效农业科技园，地处北纬36°58′48″，东经105°54′24″，属于典型的温带大陆性气候，干旱少雨，日照充足，昼夜温差大，年均降水量259 mm左右，蒸发量达2 325 mm，年内分配不均。

试验区土壤类型为黏壤土，田间土壤饱和含水率为22%(占干土重%)，土壤干容重1.46 g/cm3。有机质12.2 g/kg，速效氮55 mg/kg，速效磷9.8 mg/kg，速效钾111 mg/kg，全盐量0.098 g/kg，pH值8.6。试验水源经首部过滤加压后进入田间管网系统，经铺设的一次性内镶贴片式滴灌带对马铃薯进行灌溉。

1.2 试验设计

供试马铃薯品种为冀张薯5号，栽培方式为双垄黑膜全膜覆盖膜下滴灌，微集雨栽培，采用随机区组排列，重复3次，小区面积32 m2(8 m×4 m)，区距80 cm，排距120 cm，每小区种3垄6行，行距60 cm，株距30 cm，密度55 500 株/hm2，种植4行保护区。主处理补灌定额设300、675、1 050 m3/hm2、对照(CK)，未灌水4个水平，副处理补灌次数设2次、3次和4次3个水平。根据马铃薯生长发育需水规律，分现蕾期(6月中旬)、块茎形成期(7月下旬)、块茎缓慢增长期(8月上旬)和快速膨大期(8月中旬)4个生育阶段进行补灌。具体试验设计方案见表1。

1.3 测定指标及方法

(1)土壤含水量测定。选择PR2/6测量10、20、30、40、60和100 cm 6个层面土壤含水量，播前测定土壤基础含水量，生育期一般每隔10 d测一次，降雨阶段前后、滴灌前后加测一次。

(2)光合指标测定。在马铃薯块茎膨大期选择晴天，选择该小区具有代表性的植株于上午8∶00至下午18∶00每隔2 h对净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)进行测定。

(3)取样测产。试验采用单株平均法测产，即每个处理的每个重复取10株，对其单株薯重进行统计。

2 试验结果与分析

2.1 不同补灌处理对马铃薯耗水量的影响

试验在监测了田间土壤含水率、降雨量的基础上，把马铃薯生育期归为芽条生长期、幼苗期～块茎形成期、块茎膨大期、淀粉积累期四个阶段，测得降雨量分别为80.7、80.25、278.4、372.15 m3/hm2，根据水量平衡法计算耗水量。从表2可以看出，淀粉积累期耗水量较大的是处理F1、F2、F3、F7、F8，块茎膨大期耗水量较大的处理是F8、F9，幼苗期～块茎形成期耗水量较大的处理是F5、F6、F9，各处理耗水量较小的阶段主要是芽条生长期，其中F1、F4和F7幼苗期～块茎形成期耗水量较小。全生育期耗水量随补灌定额的增大而增大，当补灌定额一定时，在块茎膨大期实施补灌耗水量较大。整体表现为F10(CK)

表1 马铃薯滴灌试验因素水平组合设计表

表2 不同灌溉制度条件下膜下滴灌马铃薯耗水量 m3/hm2

2.2 不同补灌处理对马铃薯光合特性的影响

光合速率(Pn)是光合作用固定二氧化碳的速率，的光合速率日变化曲线图，可以看出，光合速率变化曲线呈双峰凸抛物线型。经过夜间富集作用，早晨的胞间CO2浓度较高[7]，叶片光合速率从8：00开始逐渐增长，除处理F7、F8光合速率日变化第一个峰值出现在图中的12∶00，其他处理第一个峰值均出现在10∶00点，随后光合速率开始逐渐减小，到14∶00点降低到一个极小值，出现“午睡”现象[8,9]，这是由于太阳辐射较强，光合有效辐射降低和气温急剧升高引起气孔关闭，随后光合速率又逐渐升高，到16∶00，光合速率回到另一个峰值，之后开始逐渐降低，直到18∶00，只有微弱的光合速率；处理F7、F8从早上8：00-12：00，光合速率逐渐升高，到12点才出现第一个峰值，随后变化曲线和其他处理相同。处理F10(CK)的光合速率在一天当中变化较为平缓，平均为2.35 μmol/(m2·s)，全天光合速率整体表现为F5> F6> F4> F8> F9> F7> F2> F3> F1> F10(CK)，表明在马铃薯块茎膨大期适当进行补灌有利于提高马铃薯叶片的光合速率。图2是不同补灌处理马铃薯蒸腾速率(Tr)日变化曲线图，可以看到，蒸腾速率与光合速率有相似的变化规律，蒸腾速率日变化第一个峰值都出现在12∶00，这是因为此时太阳辐射较强，气温急剧升高，受到高温胁迫引起气孔导度增加，作物提高蒸腾速率以减少高温伤害，随后蒸腾速率开始逐渐减小，到14∶00降低到一个极小值，之后蒸腾速率逐渐升高，到16∶00又回到另一个峰值，之后开始逐渐降低。其中12∶00到14∶00蒸腾速率降幅较大，达到了31.75%～81.20%，这是气孔突然关闭的结果。适宜的补灌量能提高滴灌马铃薯的蒸腾速率，且在马铃薯块茎膨大期进行补灌对蒸腾速率的影响较为明显。全天马铃薯蒸腾速率整体表现为F5> F6> F4> F9> F7> F10(CK)>F8 > F2> F3> F1。

图1 不同补灌处理马铃薯光合速率日变化曲线

图2 不同补灌处理马铃薯蒸腾速率日变化曲线

2.3 不同补灌处理对马铃薯产量及水分利用效率的影响

采用单株平均法对产量进行测定，结果见表3，可以看出，各处理马铃薯的产量最高的是处理F5，为32 790 kg/hm2，其次是F7和F4，分别为29 220和25 935 kg/hm2，产量最低的是处理F10(CK)，为11 205 kg /hm2，其次是F2和F1，分别为12 825和12 030 kg/hm2。补灌定额在一定范围内可以使产量增加，但是当补灌定额超过675 m3/hm2时，产量与补灌定额不再呈正相关关系。

表3 各处理马铃薯产量及水分利用效率

灌溉水利用效率是作物产量与灌水量的比值。从表中可以看出，不同补灌处理马铃薯灌溉水利用效率处理F5最大，为48.58 kg/m3，处理F9最小，为18.98 kg/m3，总体表现为F5> F3> F6> F2> F1> F4> F7> F8> F9，处理F5灌溉水生产效率分别较处理F1、F2、F3、F4、F6、F7、F8、F9增加21.15%、13.64%、1.84%、26.44%、13.45%、74.56%、104.72%、155.95%。

水分生产效率表示作物产量与耗水量的比值。可以看出，不同补灌处理马铃薯水分生产效率随着补灌定额先增加后减小，其中处理F5最大，为19.0 kg/m3，处理F9最小，为9.73 kg/m3，总体表现为F5>F6>F4>F7> F8>F10(CK)> F3> F2> F1> F9。

叶片水分利用效率表示叶片固定二氧化碳的能力，是光合速率与蒸腾速率的比值。从表中可以看出，处理F8日平均水分利用效率最大，为1.55 μmol/mmol，其次为处理F5，为1.25 μmol/mmol，处理F10(CK)最小，为0.77 μmol/mmol，总体表现为F8>W5>F7>F4>F9>F3>F2=F1>F6>F10(CK)。

3 结 语

本文通过在田间设置不同的膜下滴灌补灌处理试验，研究不同补灌定额和补灌次数对马铃薯耗水量、光合指标、产量及水分利用效率的影响，得出以下结论。

(1)全生育期耗水量随补灌定额的增大而增大，在块茎膨大期实施补灌耗水量较大；

(2)光合速率变化曲线呈双峰凸抛物线型，在马铃薯块茎膨大期适当进行补灌有利于提高马铃薯叶片的光合速率，全天光合速率整体表现为F5> F6> F4> F8> F9> F7> F2> F3> F1> F10(CK)；蒸腾速率与光合速率有相似的变化规律，在马铃薯块茎膨大期进行补灌对蒸腾速率的影响较为明显，全天马铃薯蒸腾速率整体表现为F5> F6> F4> F9> F7>F10(CK)>F8 > F2> F3> F1；

(3)处理F5的产量最高，为32 790 kg/hm2，产量最低的是处理F10(CK)，一定范围的补灌定额可以提高产量，当补灌定额超过675 m3/hm2时，产量与补灌量不再呈正相关关系；

(4)处理F5的灌溉水利用效率和水分生产效率最大，分别为48.58和19.0 kg/m3；处理F8日平均水分利用效率最大，为1.55 μmol/mmol，其次为处理F5，为1.25 μmol/mmol，处理F10(CK)最小。

综上可得，处理F5的产量最高，灌水利用效率和水分生产效率最大，说明在关键需水期实施补灌，能显著提高马铃薯产量及水分利用效率；处理F8的叶片水分利用效率最大，但灌水利用效率较低。因此，处理F5是最佳补灌方案。

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