不同灌溉方式对马铃薯光合特性和产量的影响

韩翠莲，霍轶珍，朱冬梅

(河套学院土木工程系，内蒙古 巴彦淖尔 015000)

马铃薯是内蒙古地区重要的经济作物，但由于该地区大多属于干旱半干旱地区，年均降雨量稀少，可利用水资源有限，严重制约了马铃薯产业的发展。而众所周知，传统的大水漫灌不仅灌溉水浪费问题严重，而且水分利用效率比较低下，这在水资源日益短缺的马铃薯产区显然已经不再适用。因此，在这样的背景下，发展马铃薯节水技术已然迫在眉睫。膜下滴灌是多年来得以实践证明的一种节水型灌溉技术，并且在果蔬[1,2]、玉米[3]和紫花苜蓿[4]等作物上得到了较好的应用效果，增产增收和节水效果显著。张晓伟等[5]研究表明，与传统畦灌玉米相比，膜下滴灌玉米较其增产37%以上，水分利用效率增加了32%左右。王凤新等[6]研究表明，与传统沟灌马铃薯相比，膜下滴灌马铃薯平均增产10 705 kg/hm2，且水分利用效率提高了2.4倍。Janat等[7]研究发现，与传统漫灌相比，滴灌可显著提高马铃薯的肥料利用率和块茎产量。

可见，关于膜下滴灌技术对作物产量以及水分利用效率等方面的影响前人已经进行了大量的研究，并取得了较为可观的成果。内蒙古包头市达茂旗是重要的马铃薯生产基地，但该地区多年干旱少雨，严重影响了该地区马铃薯的正常生长，从而严重制约了该地区马铃薯产业和农业的正常有序发展。本研究旨在通过引进先进的膜下滴灌节水技术，并设置马铃薯裸地滴灌和沟灌技术，以当地常规的大水漫灌为对照，系统的研究不同灌水方式对马铃薯光合特性以及产量和水分利用效率的影响，从而提出适宜该地区马铃薯种植的最优灌水方式并提供理论依据和技术支撑，对该地区马铃薯产业的健康发展具有重要意义。

1　材料与方法

1.1　试验区概况

试验区位于内蒙古包头市达茂旗乌克镇境内，该地区年均降雨量为248 mm左右，蒸发量2 750 mm，平均气温2.8 ℃，平均日照时数2 965 h，无霜期105 d左右，属典型的温带干旱半旱气候区。试验区以栗钙土为主，土壤质地为沙壤土，0～100 cm土壤平均容重1.31 g/cm3。0～20 cm土壤养分含量：有机质22.35 g/kg，全氮1.59 g/kg，速效磷11.69 mg/kg，速效钾117.28 mg/kg，pH值为8.4。

1.2　研究方法

1.2.1试验设计

试验设置膜下滴灌(DI)、裸地滴灌(OI)、沟灌(FI)和漫灌(CK)共4个处理，试验小区采用随机区组试验设计，每个处理3次重复，小区面积10 m×5 m=50 m2；为防止小区间水分串通，影响各小区实际含水率变化，在各小区间垂向埋设1.5 m深塑料膜隔离。

膜下滴灌采用一膜一带一行的种植模式，裸地滴灌采用一带一行的种植模式。膜下滴灌(DI)、裸地滴灌(OI)和沟灌(FI)均采用垄作的种植模式，起垄后规格为：垄高20 cm，垄顶宽30 cm，垄底宽60 cm，垄间距80 cm。每垄种植两行马铃薯，行距25 cm，株距30 cm。对照处理漫灌(CK)则采用不起垄不覆膜的种植模式，行、株距与其他处理相同。

1.2.2试验材料

马铃薯品种选用当地常规品种“克新1号”；试验选用地膜为幅宽90 cm，厚度为0.008 mm的聚乙烯农用地膜；滴灌带为内镶贴片式，其内径为16 mm，滴头间距30 cm，流量为1.38 L/h。

漫灌和沟灌的灌溉量和灌水次数依照当地农民的传统进行灌溉，膜下滴灌和裸地滴灌依照该地区多年研究成果进行，各处理全生育期灌水量如表1所示。马铃薯种植时施足底肥，其中尿素120 kg/hm2，磷酸二胺225 kg/hm2，硫酸钾225 kg/hm2。在马铃薯块茎生成期至膨大期的关键生育期随灌水进行施肥，其中滴灌处理每次追肥60 kg/hm2，其他两个处理追肥180 kg/hm2，共追肥2次。

表1　不同灌水方式下的灌溉量　mm

1.2.3测定项目及方法

每隔7d在马铃薯行间进行取土，取样深度100 cm，每隔20 cm为一层，采用烘干称重法测定土壤含水率，每个处理取3个重复。各生育期内，于每个小区选取长势相近的3株马铃薯采用SPAD-502叶绿素仪测定其倒3叶的顶小叶SPAD值，每片叶子选3个点位进行测定，取其平均值。光合特性指标净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)和气孔导度(Gs)采用LI-6400光合测定仪进行测定，每个小区选取长势相近的3株马铃薯测定其倒3叶光合指标。马铃薯成熟期，各处理选取具有代表性的15株测定其生产性状指标和产量。

1.2.4玉米水分利用效率(WUE)计算

WUE=Ya/ETa

ET=ΔW+P+I

式中：Ya为马铃薯产量，kg/hm2；ETa为马铃薯生育期总耗水量，mm；ΔW为马铃薯生育期内0～100 cm土壤贮水量变化，mm；P为马铃薯生育期有效降雨量，mm；I为灌溉量，mm。

1.2.5数据分析

采用MS-Excel 2003 进行数据处理并绘制图表，SPSS17.0 进行相关数据方差分析。

2　结果与分析

2.1　不同灌水方式对马铃薯叶片SPAD值的影响

叶片SPAD值是反映作物生长状况的重要指标，由表2可知，马铃薯全生育期内各处理SPAD值整体表现为处理DI>OI>FI>CK，差异大多达到了显著性水平，且各处理均显著高于处理CK(P<0.05)。马铃薯苗期至成熟期的全生育期内，处理DI、OI和FI平均较对照处理CK高11.83%、33.39%和20.79%，且在块茎增长期和成熟期增幅更为显著，各处理分别较CK处理高13.44%、40.98%、32.27%和16.23%、49.58%、35.58%，这一研究结果与王雯等[8]得出的结论有相同之处。由此可见，膜下滴灌处理条件下马铃薯叶片SPAD值要显著优于其他各处理，这一方面是由于膜下滴灌能够根据作物的根系分布达到对作物的精确灌溉，有利于保持土壤的理化性质，另一方面覆膜后提高了土壤的增温、保墒效果[9,10]，同时较其他灌溉方式显著提高了肥料利用率[11]，为马铃薯的生长发育提供了更适宜的土壤水肥热条件，从而促进的马铃薯的生长发育。

表2　不同灌水方式下各处理马铃薯叶片SPAD值

2.2　不同灌水方式对马铃薯光合特性的影响

作物的光合特性指标主要包括净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)和气孔导度(Gs)，其值是表征作物叶片光合能力的重要指标。由图1-图3可知，马铃薯全生育期内，各指标整体呈现先增加后减小的趋势。全生育期内，处理DI的Pn值均明显高于其他各处理，具体表现为处理DI>OI>FI>CK，差异大多达到了显著性水平(P<0.05)，且各生育期处理DI平均较对照处理CK高67.90%～88.50%，差异性显著(P<0.05)。在块茎形成期，各处理净光合速率Pn值较对照处理CK增幅达到最大，处理DI、OI和FI分别较CK高88.50%、63.34%和41.88%。对于蒸腾速率(Tr)来说，整个生育期处理DI、OI和FI均显著高于对照处理CK(P<0.05)，各处理平均较CK高21.11%、18.84%和13.68%。且在块茎形成期差异最为显著，各处理平均较CK高30.07%、26.80%和19.17%，以处理DI增幅最大。但就全生育期来说， DI和OI处理间叶片蒸腾速率(Tr)相差较小，无显著性差异(P>0.05)，除块茎增长期OI略大于DI外，其他各生育期均明显小于DI。全生育期内，叶片气孔导度(Gs)同样表现为处理DI>OI>FI>CK，且各处理要显著高于对照处理CK，全生育期处理DI、OI和FI平均较处理CK高24.69%、17.16%和7.96%。在块茎形成期，各处理气孔导度值较处理CK增幅达到最大，平均高26.32%、19.30%和12.28%。

综合以上研究可知，膜下滴灌较其他灌溉方式更加显著地提高了马铃薯叶片的光和性能，而有研究表明[8,12,13]，由于膜下滴灌为作物的生长提供了更优越的土壤水肥热条件，促进了作物的生长发育，作物植株更为茂盛强壮，从而显著提高了作物的光合性能，这也更进一步验证了本文的研究结论。

图1　不同灌水方式下马铃薯叶片净光合速率(Pn)变化

图2　不同灌水方式下马铃薯叶片蒸腾速率(Tr)变化

图3　不同灌水方式下马铃薯叶片气孔导度(Gs)变化

2.3　不同灌水方式对马铃薯产量的影响

由表3可知，马铃薯各产量指标均表现为处理DI>OI>FI>CK，除处理DI和OI间单株薯个数差异性不显著(P>0.05)，其余指标各处理间均达到了显著性差异(P<0.05)。就经济产量而言，处理DI分别较处理OI、FI和CK高10.56%、29.80%和58.72%，增产增收效果显著，这主要是由于膜下滴灌更好的调节了土壤的水肥热条件，从而促进了马铃薯植株的生长和产量的形成，这一结论与他人研究成果相同[14-16]。

表3　不同灌水方式下各处理马铃薯产量对比

2.4　不同灌水方式对马铃薯水分利用效率的影响

对于干旱半干旱地区来说，水资源短缺是制约农业发展的关键问题，而在有限的水资源条件下，实现水资源的高效利用是保证农业正常稳定发展的前提，而作物水分利用效率是综合反映作物对水分利用程度的量化指标。由表4可知，各处理间水分利用效率差异大多达到了显著性水平，处理DI、OI和FI分别较对照处理CK高150.23%、136.10%和85.63%，差异性显著(P<0.05)，且以处理DI差异性最为显著，这一方面是由于膜下滴灌灌水量相对较少，节水效果显著，另一方面是由于膜下滴灌有效抑制了地表蒸发，减少了无效水分的耗散。

表4　不同灌水方式对马铃薯水分利用效率的影响

3　结　语

(1)膜下滴灌(DI)、裸地灌溉(OI)和沟灌(FI)处理较对照处理漫灌(CK)均显著提高了马铃薯叶片的SPAD值，以膜下滴灌增幅最为显著，各生育期平均较对照处理CK高22.22%～49.58%，且以马铃薯块茎增长期和成熟期增幅更为显著。

(2)马铃薯全生育期内，膜下滴灌处理叶片光合特性指标均明显优于其他各处理，且各处理光合特性指标均显著高于漫灌处理CK(P<0.05)。各处理净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)和气孔导度(Gs)值均在马铃薯块茎形成期较漫灌处理CK增幅达到最大，处理DI、OI和FI净光合速率值分别较CK高88.50%、63.34%、41.88%，蒸腾速率值高30.07%、26.80%、19.17%，气孔导度值高26.32%、19.30%和12.28%。

(3)膜下滴灌马铃薯增产增收及水分利用效果提升显著，经济产量分别较裸地灌溉、沟灌和漫灌处理增产10.56%、29.80%和58.72%，差异性显著(P<0.05)。水分利用效率分别提高了5.99%、34.80%和150.23%，差异性显著(P<0.05)。因此综合考虑，马铃薯膜下滴灌较适宜在该地区推广应用。

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