灌水量对膜下滴灌马铃薯生长、产量及水分利用的影响

摘 要：为探索灌水量对膜下滴灌马铃薯生长、产量及水分利用的影响，在苗前、苗期、现蕾期、初花期、盛花期、落花期6个时期进行0（CK）、100、150、200、250、300、350、400 m3·hm-2灌水量处理研究。结果表明，不同灌水量均可缩短马铃薯现蕾前生育期而延长生育后期，也可提高花期叶面积指数。灌水量对现蕾前茎叶鲜、干质量影响较小，在现蕾期、初花期、落花期，茎叶鲜质量随灌水量的增加呈上升趋势，茎叶干质量在灌水量增至300 m3·hm-2时于成熟期降低。每hm2产量及单株产量、大中薯数量、质量均随灌水量的增加呈先上升后下降的趋势，每hm2产量在250 m3·hm-2灌水量时出现峰值，单株产量、大中薯数量及质量均在300 m3·hm-2灌水量时出现峰值，其最大值分别达78 888.63 kg·hm-2、1 832.57 g、4.53 粒、1 720.47 g，产量较CK增产27 712.26 kg·hm-2，增产率54.15%。当灌水量增至350 m3·hm-2及更大量时，植株在生育中后期出现徒长现象，茎粗变细，小薯增多，商品率、产量及水分利用率均显著下降。综合分析，250～300 m3·hm-2灌水量为半干旱区定西市马铃薯膜下滴灌较适宜水平。

关键词：马铃薯；灌水量；膜下滴灌；生长发育；产量；水分利用

中图分类号：S532 文献标志码：A 文章编号：1673-2871（2024）10-093-08

收稿日期：2023-03-23；修回日期：2024-03-11

基金项目：甘肃省科技重点研发计划项目（24YFNJ003，20YF3NJ028）；定西市科技重点技术攻关专项（DX2022AZ16，DX2023AZ17，DX2023AY06，DX2024AZ15）

作者简介：张小静，女，研究员，主要从事旱作农业栽培技术研究。E-mail：zhangxj_123@163.com

通信作者：陈 富，男，副研究员，主要从事作物栽培技术研究。E-mail：dxsnkycf@163.com

Effects of irrigation quantity on growth， yield and water use efficiency of potato under mulched drip irrigation

ZHANG Xiaojing， TANG Caimei， YUAN Anming， YANG Jie， YANG Jianlu， YAN Chenghong， CHEN Fu

（Dingxi Academy of Agricultural Sciences， Dingxi 743000， Gansu， China）

Abstract： In order to explore the effect of irrigation amount on the growth， yield and water use of potato under mulched drip irrigation， 0 （CK）， 100， 150， 200， 250， 300， 350， 400 m3·hm-2 irrigation treatments were carried out at six stages of pre-seedling， seedling， squaring， early flowering， full flowering and falling flowering. The results showed that different irrigation amount could shorten the growth period of potato before budding and prolong the late growth period， and also increase the LAI at flowering stage. The irrigation amount had little effect on the fresh and dry mass of stems and leaves before budding. During budding， early flowering and falling， the fresh mass of stems and leaves increased with the increase of irrigation amount， and the dry mass of stems and leaves decreased at maturity when the irrigation amount increased to 300 m3·hm-2. The yield per hm2 and yield per plant， the number and mass of large and medium-sized potatoes increased and then decreased with the increase of irrigation amount. The peak values appeared at 250 m3·hm-2 and 300 m3·hm-2 irrigation amount， respectively. The maximum values were 78 888.63 kg·hm-2， 1 832.57 g·plant-1， 4.53 g·plant-1 and 1 720.47 g·plant-1， respectively. The yield increased by 27 712.26 kg·hm-2 compared with CK， with an increase rate of 54.15%. When the irrigation amount increased to 350 m3·hm-2 and more， the plant appeared overgrowth in the middle and late growth period， the stem diameter became thinner， the number of small potatoes increased， and the commodity rate， yield and water use efficiency decreased significantly. Comprehensive analysis showed that 250-300 m3·hm-2 irrigation is the most suitable level for potato drip irrigation under film in semi-arid Dingxi city.

Key words： Potato; Irrigation amount; Drip irrigation under mulch; Growth and development; Yield; Water utilization

马铃薯是世界上重要的粮菜兼用性作物，具有重要的营养和经济价值。中国是世界马铃薯第一大生产国，面积和总产量约占世界的1/4。马铃薯作为甘肃省主要农作物之一，种植面积位居全国第三，总产量位居全国第二[1-2]。定西市地处甘肃省中部，具有热量丰富、光照充足、太阳辐射强、昼夜温差大、气候冷凉等独特的地理条件，是马铃薯理想的生产基地。但是由于该区域干旱少雨且各季降水分配不均匀[3-4]，极大限制了马铃薯植株的生长发育和产量提高。随着定西市马铃薯规模化种植面积逐年扩大，对水资源的需求持续增加，发展节水灌溉已经成为首要任务。研究表明，马铃薯全生育期内田间供水量为350～500 mm时才能满足生长需求[5]，每增加1 mm降水，块茎产量可提升30～60 kg·hm-2 [6]。由此可见，在马铃薯生长过程中的需水关键期进行合理灌溉，对提高马铃薯产量具有重要意义。

滴灌技术作为旱作农业节水灌溉的首选模式，已经在干旱和半干旱地区得到广泛应用，能够在很大程度上保证作物产量的提高和水肥资源的高效利用[7-8]。膜下滴灌技术则是将滴灌技术与地膜栽培技术有机结合，是一项节水增产的农田灌溉技术，不仅具有增温保墒的作用，还具备防渗及节水特点，成为旱作区农业产业发展的必然选择[9-11]。膜下滴灌技术可以显著提高作物产量。段萌等[12]研究表明，覆膜滴灌能够明显提高西北干旱地区玉米的产量和收获指数。刘伟等[13]研究表明，膜下滴灌通过增加前期积温使小麦提前出苗且增加有效穗数，并促进后期小麦提早成熟，有利于小麦各项品质指标和产量的提升。刘梅先等[14]研究表明，采用适量灌水量及灌水频率的膜下滴灌模式可以提高新疆地区棉花的产量和水分利用率。随着农业基础设施的改善，膜下滴灌技术在马铃薯种植过程中也得到推广，但是普遍存在过量灌水或灌水不及时等问题，不仅没有起到促进高产的作用，还造成了水资源浪费。已经有学者针对这些问题开展了一些相关研究，提出了适用于当地的一些膜下灌水模式[15-17]。因此，建立科学合理的灌溉制度，确定合理的灌水量和灌水频率，在实现水资源高效利用的同时促进马铃薯产量的提升仍然是当前急需解决的问题。

笔者针对定西市马铃薯生产中的实际问题及自然环境条件，利用引洮灌溉工程水资源，结合膜下滴灌技术，对不同滴灌量下植株生长发育、水分利用和产量形成进行对比，旨在对适宜该地区马铃薯节水丰产的高效用水滴灌制度进行探究，为提升马铃薯单产水平提供理论支撑。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验区位于定西市农业科学研究院创新园试验基地，平均海拔1920 m，位于甘肃省中部的半干旱雨养农业区，年均气温7.2 ℃，年日照总时数25 002 h，日照率56%，年均无霜期140 d，年均降水量415 mm，年蒸发量1531 mm[16-17]。试验地前茬为玉米，土壤类型为黄绵土，播前土壤耕作层碱解氮含量（w，下同）118.0 mg·kg-1，有效磷含量36.2 mg·kg-1，速效钾含量256.2 mg·kg-1，有机质含量14.8 g·kg-1，土壤含水量12.98%，pH值8.15，试验水源采用洮河水。2022年试验区总降水量为407.4 mm，马铃薯生育期内有效降水量291.5 mm。

1.2 材料

供试马铃薯品种新大坪原种由定西市农业科学研究院提供，单果质量为5～10 g。有机肥采用定西市农业科学研究院旱农所制作农作物秸秆腐熟肥（有机质含量≥45%），氮肥来源为尿素（N含量 46%），磷肥为普过磷酸钙（P2O5 含量16%），钾肥为农用硫酸钾（K2O含量 50%）。地膜采用宽度为0.8 m、厚度为0.012 mm的黑色地膜。

1.3 试验设计

采用单因素试验随机区组设计，共设8个处理，3次重复，各处理灌水时期及灌水量见表1，小区面积21 m2（3.5 m×6.0 m），单垄垄播栽培模式，垄高15 cm，垄面宽30 cm，行距70 cm，株距25 cm，人工点播种植，播种后铺滴带覆膜。采用聚乙烯树脂内镶贴片式滴灌带，管径为16 mm，滴头间距为30 cm，滴头流量为2 L·h-1，滴灌系统由水池、压力泵、过滤器及输配水管道等组成，各处理灌水量由水表严格控制。试验田氮、磷、钾总施肥量为N 180 kg·hm-2、P2O5 150 kg·hm-2、K2O 180 kg·hm-2、有机肥15 000 kg·hm2，所有肥料均于播前一次性施入土壤。试验播种于2022年4月18日，收获于9月23日，播种、放苗、采样、考种及收获等均于同一天完成。

1.4 试验指标测定与方法

1.4.1 植株生长指标测定 观察记载各处理下马铃薯生育期（苗期、分枝期、现蕾期、初花期、盛花期、落花期、成熟期）并测定株高、茎叶鲜干质量，现蕾期调查出苗率，花期分别测定植株茎粗、叶面积指数（leaf area index，LAI）、叶片叶绿素相对含量（soil and plant analyzer development，SPAD）。采用直尺测量株高，采用游标卡尺测定茎粗，采用叶面积指数仪测定LAI值，采用叶绿素仪测定SPAD值，每个测试样确定为植株第3个完全展开叶，每小区测试3株。茎叶鲜、干质量的测定在实验室进行，对植株样品称鲜质量后，于烘箱中105 ℃杀青1 h，再在80 ℃恒温下烘至恒质量，称干质量。

1.4.2 收获期产量等指标测定 单株结薯数量、鲜质量、≥100 g及＜100 g薯块质量及数量于收获前统计，每小区随机取3个点、每点取样5株进行统计，>2 g的薯块按有效薯计，商品薯按≥100 g薯块计；收获时对边行以外每小区两行薯块进行称量测产。

1.4.3 土壤水分含量测定 试验收获时，对植株根际耕作层0～30 cm土壤进行水分含量测定，采用烘干法，对所取土样在105 ℃烘箱中烘6～8 h至恒质量后称质量，计算土壤水分利用效率WUE（kg·hm-2·mm-1）。计算依据[15-17]为WUE = Y/ETa，式中Y 为马铃薯产量（kg·hm-2），ETa 为全生育期实际蒸散量（mm）。Eta = 播前土壤贮水量（mm）+降雨量（mm）＋补灌量（mm）-收获后土壤贮水量（mm）。

1.5 数据分析

田间调查及室内测定数据采用Excel 2019进行统计，并使用DPS 7.05对数据进行方差分析，多重比较采用Duncan新复极差法。

2 结果与分析

2.1 灌水量对马铃薯生育期及出苗率的影响

不同处理对马铃薯生育期的影响见表2，全生育期（出苗期至成熟期）随灌水量的增加而延长，7个不同灌水量处理的生育期较CK延长了3～14 d，表现为出苗至现蕾时期缩短、初花至成熟时期延长的趋势。苗前补灌可提高出苗率，当灌水量达200 m3·hm-2时，出苗率可达100.0%。

2.2 灌水量对马铃薯地上部分植株生长性状的影响

灌水量对马铃薯生育期株高、茎叶鲜干质量的影响见表3、表4，植株株高与灌水量基本呈正相关，当灌水量达200 m3·hm-2及以上时，植株生长较快，各生育期株高均极显著高于CK；当灌水量增至350 m3·hm-2时，植株在生育中后期出现徒长现象。灌水量对现蕾前地上部分植株鲜、干质量的影响较小，各处理均与CK无显著差异；在现蕾期、初花期、落花期，地上部分植株鲜质量随灌水量的增加呈上升趋势，且当灌水量增至150 m3·hm-2及以上时，与CK差异显著。0～250 m3·hm-2灌水量处理茎叶干质量随生育期的推进不断递增，各处理均在成熟期达最大值；而300～400 m3·hm-2灌水量处理茎叶干质量均在落花期达到峰值，成熟期茎叶干质量在各灌水处理间无显著差异，但均高于CK。

2.3 灌水量对马铃薯地上部分植株花期茎粗、SPAD值及LAI的影响

在初花期和盛花期，不同灌水量处理马铃薯植株SPAD值与CK间无显著差异（表5）。W7在落花期SPAD值最小，为49.03；W3在初花期SPAD值最高，为60.43。各处理LAI随花期的推进呈递增趋势，初花期至盛花期增加较快，盛花期至落花期增加较慢，在同一时期，各个灌水处理LAI均高于CK。不同处理植株茎粗随生育期推进不断增加，而在盛花期及落花期，随灌水量的增加茎粗呈先增加后降低趋势，当灌水量达250～300 m3·hm-2时，茎粗大于CK和其他处理。

2.4 灌水量对马铃薯产量指标及商品率的影响

灌水量对马铃薯产量指标及商品率的影响见表6。不同灌水量处理单株块茎数量为5.07～6.13 粒，均高于CK（4.20 粒），但差异不显著，其中W6单株结薯数量最多，为6.13 粒。单株产量随灌水量的增加呈先上升后下降的趋势，峰值（1 832.57 g）出现于300 m3·hm-2的灌水量，这与单株大中薯结薯数量与质量相一致，当灌水量增加至350 m3·hm-2时，单株小薯增多，商品率显著下降。灌水量对每hm2产量的影响变化趋势与单株产量较为一致，呈先上升后下降的趋势，产量峰值出现于250 m3·hm-2的灌水量，但与200 m3·hm-2和300 m3·hm-2灌水量处理无显著差异，而极显著高于CK，增产率达54.15%，当灌水量增加至350 m3·hm-2时，每hm2产量显著下降。

2.5 灌水量对马铃薯土壤水分利用效率的影响

由表7可知，试验播种前土壤含水量较低，处理间无显著差异，均低于55.00 mm。不同灌水量处理马铃薯全生育期实际蒸散量均极显著高于CK，大于有效降雨量291.5 mm。土壤水分利用效率随灌水量的增加而呈先上升后下降的趋势，100～300 m3·hm-2的灌水量处理间变化较小，水分利用效率较高，与CK无显著差异，而当灌水量达350 m3·hm-2时，水分利用效率显著下降。

3 讨论与结论

马铃薯为浅根系作物，对土壤水分的吸收利用率较低，被认为是干旱敏感型作物[18]。Fabeiro等[19]研究表明，马铃薯块茎膨大期和成熟期是水分亏缺最为敏感的时期。杜嘉[20]对马铃薯不同生育时期进行水分调亏研究的结果表明，块茎膨大期是马铃薯耗水量最敏感时期，其次是块茎形成期和苗期。张万恒等[21]对马铃薯不同生育时期进行调亏灌溉研究的结果表明，其耗水特性近似表现为：块茎膨大期＞块茎形成期＞苗期＞淀粉积累期。韦冬萍等[22]研究表明，马铃薯不同生育时期占全生育期的耗水比为苗期10%～15%、块茎形成期（分枝至初花期）23%～28%、块茎膨大期（初花至落花期）45%～50%、淀粉积累期（落花至成熟期）10%。前人研究表明，块茎膨大期是马铃薯需水量最大的时期，根据马铃薯生育这一特性及当地气候特点，在本试验中各处理在马铃薯全生育期进行了6次灌水，在块茎膨大期（即初花期、盛花期及落花期）分别进行3次不同灌水量的补灌，在苗期和现蕾期分别进行了1次补灌，为保障出苗，并于苗前灌水1次。

在干旱半干旱的雨养农业区，季节性干旱或难以预测的不定期干旱是造成马铃薯减产及品质下降的关键性因素。根据马铃薯各生育时期需水特性合理供水，可提高马铃薯产量和水分利用率，而水分供应不足或不合理利用，均成为限制马铃薯生长发育的主要因素，严重影响产量及品质的提升[5，23-24]。邹建忠[25]认为，滴灌对马铃薯养分供应、块茎形成、膨大及淀粉积累的影响尤为显著，但用水过多会使植株徒长、薯块停止膨大而导致减产。任永峰等[26]研究认为，马铃薯产量随苗前滴灌量的增加呈增加趋势，在滴灌量为180 m3·hm-2时，马铃薯产量和水分利用效率均为最高，在滴灌量为225 m3·hm-2时，产量和水分利用效率显著降低。

本试验结果表明，不同灌水量均可缩短马铃薯现蕾前生育期而延长生育后期，对现蕾前茎叶鲜、干质量影响较小。每hm2产量及单株产量、大中薯数量及质量均随灌水量的增加呈先上升后下降的趋势，每hm2产量在250 m3·hm-2灌水量时出现峰值，单株产量、大中薯数量及质量均在300 m3·hm-2灌水量时出现峰值，当灌水量增至350 m3·hm-2及更大量时，植株在生育中后期出现徒长现象，茎秆变细，小薯增多，商品率、产量及水分利用率均显著下降。综合各项指标，250～300 m3·hm-2灌水量为半干旱区定西市马铃薯膜下滴灌较适宜水平。

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