膜下滴灌调亏对马铃薯水分利用效率、产量及品质的影响

李福强，张恒嘉，邓浩亮，巴玉春

(1.甘肃农业大学水利水电工程学院，甘肃 兰州 730070；2.民乐县洪水河管理处，甘肃 民乐 734500)

马铃薯(Solanum tuberosum)属茄科茄属，为一年生草本类植物，其别名有洋芋、土豆、地蛋等，营养价值高、适应环境能力强、产量高。目前马铃薯在世界范围内种植广泛，预计到2020年马铃薯在全球范围内的需求量可能会超过小麦、玉米、水稻而跃居首位。中国是最大的马铃薯生产国，随着马铃薯加工工艺的快速发展和农作物种植结构的不断优化，西北地区马铃薯已从主要粮食作物转变为具有高收益的经济作物[1]。相关研究表明，地膜覆盖可以起到保温、保墒的作用，滴灌技术可以显著提高灌溉水的利用效率，因此膜下滴灌可以大幅度提升马铃薯的产量及其水分利用率[2]。目前膜下滴灌技术主要用在葡萄、菘蓝、棉花和果树等方面，而在马铃薯种植方面的应用较少[3- 5]，不同生育期不同梯度下调亏灌溉马铃薯研究更是少见。膜下滴灌调亏技术打破了马铃薯常规种植模式，能够实现节水、高产及高品。目前，在马铃薯膜下滴灌调亏技术方面的研究较少，其相关理论体系也不够完善[6]。

民乐县灌溉种植马铃薯主要依靠当地农户经验进行灌水，水资源浪费严重。本试验以当地“青薯168”品种为研究对象，在其苗期、块茎形成期、块茎膨大期、淀粉积累期分别进行膜下滴灌调亏灌溉，并对其不同生育期土壤含水量、耗水强度、产量、水分利用效率、灌水利用效率和品质等指标进行综合分析，寻找当地最优调控措施，从而为当地发展高效节水农业提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验区基本情况

试验于2017年4—9月在甘肃省民乐县洪水河管理处益民灌溉试验站进行。试验站位于民乐县三堡镇张连庄村，洪水河灌区中游。当地属典型半干旱气候区，具有丰富的光热资源和昼夜温差大等特点，为各类农作物进行有效光合作用、养分积累和产量形成等创造了适宜的外界环境条件。试验区平均海拔1970m，年平均气温6.0℃，≥0℃积温3500℃，≥10℃有效积温2985℃，极端最高温37.8℃，极端最低温-33.3℃。年总降雨量为183～285mm，降雨稀少且分布极不均匀，蒸发强度大、河源来水不足等特点。无霜期109～174d，年日照时数3000h左右。试验地地面平整，pH值7.22，耕层的田间最大持水量(Field Capacity，简称FC)24%，土壤剖面平均容重1.48t/m3，试验地土壤为轻壤土，pH值7.22，耕层土壤田间最大持水量24%，土壤容重1.4g·cm-3。试验区地下水位埋深较深，盐碱化影响较小。

1.2 试验设计及方法

试验所用材料为青海省农业科学院作物研究所选育的“青薯168”，属晚熟菜用型和淀粉加工兼用型品种。该试验根据作物的生育阶段共设了4个水分调亏水平共8个调亏处理(WD1～WD8)和1组对照(CK)，分别在马铃薯苗期(从播种至现蕾为标志)、块茎形成期(从现蕾到初花为标志)、块茎膨大期(从始花到终花为标志)和淀粉积累期(从终花到枯萎为标志)4个生育阶段进行水分调亏处理，试验设计方案见表1。本试验材料于2017年4月17日播种，9月27日收获，整个生育期历时162d。在试验栽培方面采用了起垄覆膜与膜下滴灌相结合的单垄双行栽培模式。垄宽80cm，垄高20cm，沟宽40cm，行距40cm，株距20cm。且在每条垄中间铺设一条滴头间距为20cm的滴灌带，并在每个处理区的支管上安有闸阀和水表，最后在每条土垄上覆一层宽为120cm的薄膜。每个处理及对照均3次重复，试验小区面积33.6m2(7m×4.8m)。

表1 试验设计方案 单位：%

1.3 测定指标及方法

1.3.1土壤含水量

试验主要沿用传统的土钻取土烘干称重法来测定每个处理小区的土壤水分。依据前人的研究结果表明，马铃薯的根系活动范围主要集中在土层的0～40cm之间，因此在马铃薯整个生育期内每隔10d取土一次，取土深度为80cm，共分为5个梯度，依次为：0～10cm，10～20cm，20～40cm，40～60cm，60～80cm。并在试验开始前和结束时分别加测到100cm土深。在灌水前后及其降雨后需要加测一次。

1.3.2耗水量

采用水量平衡法计算，计算公式为：

式中，ETⅠ-Ⅱ—马铃薯阶段耗水量，mm；i—土层序号；n—土层总数；rⅰ—第i层土壤干容重，g·cm-3；Hi—第i层土壤厚度，cm；WiⅠ、WiⅡ—第i层土壤在该生育期阶段始末的质量含水量，%；M、P—该生育期阶段内灌水量和降雨量，mm；K—该生育期阶段内地下水补给量，mm；试验区地下水埋深大于10m，故K=0；D—阶段内排水量，mm，试验区为干旱区，故D=0。

1.3.3干物质

马铃薯每个生育期，将每个试验小区随机挑选3株作物取样带回室内冲洗、晾干。将各个器官从植株上剪下，用纸袋标记分装，105℃恒温烘箱杀青20min，然后将温度调至80℃，烘干至恒重，采用精度为0.001g电子称称重，分别测定地上干物质和地下干物质，结果取各处理均值。

1.3.4产量

在马铃薯收获期按试验小区进行单独的记录产量，并将收获的马铃薯薯块按大、中、小分成3个等级，重量大于200g的为大薯，100～200g之间为中薯，重量小于100g的为小薯。

1.3.5品质

马铃薯蛋白质采用考马斯亮蓝G- 250法来测定，还原糖含量利用采用3，5-二硝基水扬酸比色法(%)来测定，淀粉利用碘比色法(%)来测定。

1.4 数据处理及分析

利用Microsoft Office Excel 2007软件平台对相关数据进行处理及其制表、绘图等，并利用SPSS19.0统计学软件进行方差分析，采用Duncan和LSD法进行显著性分析。

2 结果与讨论

2.1 不同生育期膜下滴灌调亏对马铃薯产量及其构成要素的影响

不同处理马铃薯产量及其构成要素见表2。

2.1.1单株结薯数

调亏处理WD1、WD3、WD4、WD5、WD6、WD7单株结薯数较对照CK分别降低11.34%、12.89%、4.64%、17.18%、6.19%、17.87%，差异显著(P<0.05)。而调亏处理WD2、WD8单株结薯数较对照CK分别增加8.76%、0.17%，无显著差异(P>0.05)。说明在苗期、块茎膨大期和淀粉积累期亏水对马铃薯单株结薯数影响显著，而在块茎形成期亏水对马铃薯单株结薯数影响不显著。

表2 不同处理马铃薯产量及其构成要素

注：表2中数值为每个处理3次重复的平均值。

2.1.2单株薯重量

调亏处理WD2～WD8单株薯重量较对照CK分别降低9.77%、13.49%、15.99%、8.38%、21.37%、35.55%、19.96%，差异显著，而调亏处理WD1单株薯重量较对照CK降低3.39%，无显著差异。说明在苗期进行轻度调亏灌溉对马铃薯单株薯重量影响不显著，而在苗期进行中度调亏灌溉、块茎膨大期和淀粉积累期亏水对马铃薯单株薯重量影响显著。

2.1.3单个薯重量

调亏处理WD2～WD7、WD8单薯重量较对照CK分别降低17.12%、25.80%、19.56%、12.20%、19.51%、31.31%、25.61%，差异显著，而调亏处理WD1单个薯重量较对照CK降低10.19%，无显著差异。说明在苗期进行轻度调亏灌溉对马铃薯单个薯重量影响不显著，而在苗期进行中度调亏灌溉、块茎膨大期和淀粉积累期亏水对马铃薯单株薯重量影响显著。

2.1.4马铃薯纵径

调亏处理WD1～WD8马铃薯纵径较对照CK分别降低2.49%、4.39%、0.99%、1.25%、3.48%、3.53%、3.02%，无显著差异。而调亏处理WD6马铃薯纵径较对照CK降低5.62%，差异显著。说明在苗期、块茎形成期、块茎膨大期轻度调亏灌溉、淀粉积累期对马铃薯纵径影响不显著，而在块茎膨大期进行中度调亏灌溉对马铃薯纵径影响显著。

2.1.5马铃薯横径

调亏处理WD2～WD8薯块产量较对照CK分别降低14.27%～39.26%，差异显著，而调亏处理WD1薯块产量较对照CK降低13.34%，无显著差异。说明在苗期进行轻度调亏灌溉对马铃薯薯块产量影响不显著，而在苗期进行中度调亏灌溉、块茎膨大期和淀粉积累期亏水对马铃薯薯块产量影响显著；调亏处理WD1～WD8商品薯产量较对照CK分别降低12.83%、22.11%、28.06%、9.92%、12.04%、23.99%、39.25%、33.91%，差异显著，说明在苗期、块茎形成期、块茎膨大期和淀粉积累期亏水对马铃薯商品薯产量影响显著。

2.2 膜下滴灌调亏对马铃薯水分利用的影响

马铃薯全生育期水分利用状况见表3，由表3可知，处理WD1、WD4、WD5和WD8水分利用效率分别高达10.32、10.15、10.80、10.48kg·m-3，分别较对照处理CK增加14.67%、12.78%、20.00%和16.44%，说明在苗期和淀粉积累期进行适度亏水可以提高马铃薯水分利用效率，且苗期适度亏水提高幅度更显著。而处理WD3、WD6和WD7水分利用效率分别为8.45、8.61、6.42kg·m-3，分别较对照处理CK降低6.11%、4.33%和28.67%，说明在块茎形成期和块茎膨大期进行亏水不利于马铃薯水分利用效率的提高，中度亏水降低幅度显著。

处理WD1、WD4、WD5和WD8灌溉水利用效率分别高达27.55、26.30、32.81、28.14kg·m-3，分别较对照处理CK增加21.96%、16.42%、45.24%和24.57%，差异显著(P<0.05)，说明在苗期和淀粉积累期进行适度亏水可以提高马铃薯灌溉水利用效率，且苗期适度亏水提高幅度更显著。处理WD6灌溉水利用效率为22.40kg·m-3，较对照处理CK降低0.84%，无显著差异(P>0.05)，而处理WD7灌溉水利用效率为14.22kg·m-3，较对照处理CK降低37.05%，差异显著。说明在块茎形成期和块茎膨大期进行中度亏水不利于马铃薯灌溉水利用效率的提高，中度亏水降低幅度显著。

表3 马铃薯全生育期水分利用状况

注：表3中数值为每个处理3次重复的平均值。

2.3 膜下滴灌调亏对马铃薯品质的影响

不同生育期调亏灌溉处理对马铃薯品质的影响见表4，由表4可知，各调亏灌溉处理中苗期调亏灌溉处理WD1和WD5总糖含量较对照处理CK显著(P<0.05)增加14.77%和10.23%，块茎形成期中度调亏灌溉处理WD6总糖含量较对照处理CK增加3.41%，无显著差异(P>0.05)。块茎膨大期中度调亏处理WD7和淀粉积累期中度调亏处理WD8总糖含量较对照处理CK降低17.05%和11.36%，差异显著，而其他生育期调亏灌溉处理WD2、WD3、WD4总糖含量分别较对照处理CK降低4.55%、3.41%和7.95%，无显著差异；调亏灌溉处理中，苗期调亏灌溉处理WD1和WD5蛋白质含量较对照处理CK增加18.95%和7.26%，差异显著，而块茎膨大期调亏处理WD3、WD7和淀粉积累期调亏处理WD4、WD8蛋白质含量较对照处理CK分别降低12.10%、20.56%和10.08%、17.34%，差异显著。块茎形成期调亏处理WD2、WD5蛋白质含量较对照处理CK分别降低5.65%和2.82%，无显著差异；苗期调亏灌溉处理WD1和WD5淀粉含量较对照处理CK增加14.77%和7.12%，差异显著。块茎形成期轻度调亏灌溉处理WD2和淀粉积累期中度调亏灌溉处理WD8淀粉含量较对照处理CK增加0.42%和2.43%，无显著差异。而块茎膨大期轻度调亏处理WD7淀粉含量较对照处理CK减少4.89%，无显著差异，而块茎膨大期中度调亏处理WD7和淀粉积累期轻度调亏处理WD4、块茎形成期中度调亏处理WD6淀粉含量较对照处理CK分别减少16.23%、13.19%和11.18%，差异显著。可以看出，在苗期进行适度的调亏灌溉可以显著增加马铃薯总糖、蛋白质和淀粉含量，而在淀粉积累期进行调亏灌溉显著降低马铃薯品质，不利于总糖、蛋白质和淀粉的积累。

表4 不同生育期调亏灌溉处理对马铃薯品质的影响

注：表4中数值为每个处理3次重复的平均值。

3 结论

综合考虑马铃薯产量、水分利用效率和品质等指标，最佳马铃薯灌溉策略为苗期进行轻度调亏灌溉，即该时期土壤相对含水率为55%～65%，其余生育期土壤相对含水率为65%～75%。由此可见，在适时、适度的调亏灌溉既能显著提高马铃薯水分生产效率，实现节水、高效用水的目的，又能提马铃薯品质，对河西灌区马铃薯种植具有重要的意义。本试验只对马铃薯单个生育期进行了调亏灌溉分析研究，而连续或交替调亏对马铃薯产量、水分利用效率和品质的影响是否更具有优势还有待进一步研究。