膜下滴灌条件下不同补水量对主食化马铃薯生长发育的影响

余帮强，吴林科，张国辉，颉瑞霞，王收良

(宁夏农林科学院固原分院，宁夏 固原 756000)

影响马铃薯产量和品质的因素很多，其中水分是主要的影响因素之一。水是植物组织结构的重要组成部分，是作物生长不可缺少的元素，也是作物产量的主要限制因子，水分胁迫能抑制一种或几种生理过程[1]，同时水分是土壤养分的溶剂，水分过少不能有效分解土壤和肥料中的养分，从而影响马铃薯对养分的有效吸收，水分过多，会导致土壤和肥料中的养分向土壤深层运移，致使养分无法被根系吸收。Rijtema[2]研究表明，马铃薯受水分胁迫特别敏感，稍有水分亏缺就会导致植株叶片气孔关闭，蒸腾速率和光合速率均降低。

宁夏南部山区土层疏松深厚,通透性好,土壤富含钾素,降水集中于7、8、9月,十分有利于干物质的制造和积累,是我国马铃薯主产区之一[3]。实践证明，导致宁夏马铃薯产量低下的主要原因是季节性干旱，因此合理补水是提高宁夏马铃薯产量与品质的有效途径。在国家提出马铃薯主食化的大背景下，宁夏也积极推动马铃薯主食化战略，选育出了适合宁夏本地种植的马铃薯主食化新品种宁薯16号。该品种抗逆性强，产量高，品质特性完全符合“三高一低一白”(高干物质、高蛋白、高抗氧化性，多酚氧化酶活性低，白肉)的马铃薯主食化品种要求。前人对马铃薯水份利用方面研究较多，白虎[4]等认为，马铃薯全生育期大约需水400～500 mm。田英等[5]研究结果显示，马铃薯耗水量在生育期内先增长后减小。杜建民等[6]研究认为，旱地马铃薯适宜补灌量为3～4 kg/株。马金虎等[7]研究表明，块茎形成期补水对马铃薯产量、水分生产效率影响最大。张朝巍等[8]研究指出，现蕾期补水有利于提高水分利用效率。王志奇[9]研究认为，马铃薯最佳补水时期是盛花期。但是围绕主食化品种尤其是宁薯16号研究的较少，尤其是针对膜下滴灌条件下宁薯16号水份利用研究报道更是几乎没有，因此，开展膜下滴灌条件下宁薯16号水分利用研究工作十分重要，期望通过研究推进宁夏马铃薯主食化产业健康快速发展。

1 材料与方法

1.1 试验区基本概况

试验从2017年3月至2017年10月在西吉县马莲乡向丰农场进行。该区域是宁夏南部山区典型雨养农业区，也是宁夏马铃薯主要产区，东经106°44′，北纬36°10′，海拔1 350 m，多年平均降水量为410 mm，年均蒸发量1 800 mm左右，平均气温8.3 ℃，无霜期145 d，属半干旱半湿润地区。供试品种为宁薯16号，供试土壤类型为黄绵土，土壤剖面0～30、30～60 cm 各层土壤基本理化性质见表1。

表1 试验地土壤基本理化性质Tab.1 Basic physical and chemical properties of soil in the test site

1.2 试验设计

试验采用单因素6水平随机区组设计，补水量设6个水平，分别为0、750、1 500、2 250、3 000、3 750 m3/hm2，处理有1：S0(CK)；2：S750；3：S1500；4：S2250；5：S3000；6：S3750。氮(N)、磷(P2O5)、钾(K2O)按照试验点推荐用量施用，施用量分别为150、90、60 kg/hm2。小区行距3 m，长10 m，小区面积为30 m2，重复4次。试验采用起垄覆膜膜下滴灌方式种植，一垄双行一带布置，垄面宽70 cm，垄沟宽40 cm，垄高15 cm，行距50 cm，株距33 cm，垄面覆黑膜(规格：宽度120 cm，厚度0.008 mm)。试验利用滴灌系统补水补肥，分别在马铃薯苗期、蕾期、开花期和淀粉积累期进行，补水次序及定额见表2。

1.3 测定项目与方法

株高测定：每个生育阶段测定株高，株高测定方法为采用卷尺测量株高从地表到株高顶部的高度；叶片叶绿素测定：采用手持式SPAD-s502叶绿素测量仪，选择长势均匀一致的健壮植株，标记完全展开的主茎倒数第三片功能叶，每处理标记3株，选晴天进行田间活体测定；叶面积指数(LAI)测定：先采用打孔法测定叶面积，然后按照公式进行计算，叶面积指数(LAI)=叶片总面积/土地面积；干物质测定：分别于苗期、蕾期、花期、淀粉积累期和成熟期分别采取标本叶片、茎、块茎、根，带回实验室称其鲜重，将其处理干净烘干，测定干物质含量，干物质测定方法[10,11]为将采回的样品,冲洗干净用滤纸吸干后剪碎,无损失放入已恒重的大烧杯中,置于烘箱,在105 ℃条件下杀青,烘1 h,然后将温度降至80 ℃条件下烘6 h,冷却,称重；再用相同方法烘干2 h,再称重,至恒重为止。

表2 补水次数及定额 m3/hm2Tab.2 Number and quota of water supplement

1.4 试验操作时间记录

试验于2017年3月整地，4月16日-4月22日起垄、铺滴灌带、覆膜，4月25日播种，9月16-9月18日收获。补水补肥时间与取样时间见表3。

表3 补水时间与取样时间Tab.3 Water and fertilizer supplementation time and sampling time

1.5 统计与分析

所有试验数据采用Microsoft office Excel2007计算处理，方差分析Duncar新复极差法多重比较等都由SPSS 22.0数据统计软件进行统计分析。

2 试验结果与分析

2.1 不同补水量对株高的影响

由表4可以看出，在不同补水处理下，宁薯16号株高均随着生育期的延长呈先增加后减少的单峰曲线变化，花期以前株高逐渐增加，花期时达到最大值，花期以后又逐渐减少。除苗期外，其余各个生育时期随着补水量的增加株高均逐渐增加。苗期S3750、S3000、S2250株高显著高于对照处理，分别比对照S0增加12.3%、9.2%、12.3%，S1500、S750与对照显著不差异；蕾期、花期、淀粉积累期、成熟期各补水处理株高均显著高于对照，比对照增幅分别为19.7%～61.8%、8.9%～46.8%、6.1%～41.6%、9.7%～44.2%，其中在蕾期和成熟期S3750和S3000株高显著高于其他补水处理，在花期和淀粉积累期S3750株高显著高于其他补水处理。说明补水在花期以前能够促进了宁薯16号植株快速生长，花期以后能推迟了植株萎缩，显著增加株高，有效促进了地上部分营养生长。

表4 不同补水量对株高的影响 cmTab.4 Effect of different water content on plant height

注：同列不同小写字母表示在0.05水平上差异显著。下同。

2.2 不同补水量对叶片叶绿素的影响

由表5可以看出，不同补水量对宁薯16号叶片叶绿素均有不同程度的影响，不同生育期各补水处理叶绿素SPAD值均显著高于对照。苗期各补水处理间SPAD值差异不显著，原因可能是由于苗期宁薯16号水分需求量较小，适量补水即能提高叶绿素含量；蕾期和花期随着补水量的增加，SPAD值均逐渐增大，但是S3000与S3750之间差异均不显著，说明这两个时期宁薯16号对水分较为敏感，增加补水量能有效提高叶绿素含量；淀粉积累期和成熟期随着补水量的增加，SPAD值呈现先增加后减少的单峰曲线变化趋势，当补水量为2 250 m3/hm2时SPAD值均达到最大，分别比对照增加20.7%和27.8%，进一步加大补水量则逐渐减少，原因可能是由于这两个时期宁薯16号需水量逐渐下降，适当的补水能延缓植株衰老，补水过量反而抑制植株生长。

表5 不同补水量对叶片叶绿素的影响Tab.5 Effects of different water supplementation on chlorophyll in leaves

2.3 不同补水量对LAI的影响

由图1可以看出，在不同补水处理下，宁薯16号在整个生育期叶面积指数均呈现单峰曲线变化，在苗期-蕾期增加较为缓慢，蕾期-花期呈直线增长，花期达到最大值，花期以后又逐渐下降。各个生育期随着补水量的增加，LAI均是先增加后减小，且均当补水量为2 250 m3/hm2时LAI达到最大值，进一步加大补水量LAI则逐渐减小。苗期各处理之间LAI差异不显著，说明苗期补水对LAI影响较小；蕾期不同补水处理对LAI的影响开始显现，各补水处理均高于对照，比对照增幅为36.6%～82.9%；花期各补水处理LAI均与对照差异显著，比对照增幅为15.5%～34.8%，具体表现为S2250>S3000>S1500>S750>S3750>S0，其中S2250显著高于其他处理，S3000与S1500差异不显著，S750与S3750差异不显著；淀粉积累期-成熟期，补水处理LAI均显著高于对照，且S2250与其他补水处理均差异显著，说明适量补水能有效延缓植株叶片衰败。

图1 不同补水量对LAI的影响Fig.1 Effect of different water supplementation on LAI

2.4 不同补水量对干物质累积的影响

2.4.1 对各器官干物质累积的影响

由表6可以看出，随着生育进程的推进，各处理的茎、叶干物质累积量均呈现先增加减少的变化趋势，且均是在花期时达到最大值；块茎干物质累积量随着生育期的延长而逐渐增加，根干物质累积量在苗期-花期逐渐增加，花期以后基本趋于稳定。各器官干物质在不同生育期分配比例也不同，不同补水处理变化趋势基本一致：叶干物质分配比例表现为花期> 淀粉积累期>蕾期>成熟期>苗期，茎表现为花期≈淀粉积累期>成熟期>蕾期>苗期，块茎表现为成熟期>淀粉积累期>花期>蕾期>苗期，根表现为淀粉积累期≈成熟期>花期>蕾期>苗期。在各个生育阶段，茎、块茎、叶干物质累积量均随着补水量的增加呈现先增加后减小的单峰曲线变化，当补水量为3 000 m3/hm2时达到最大值，进一步加大补水量干物质累积量反而减少，根干物质累积量在不补水时最大，且随着补水量的增加而减少。说明适量补水能显著促进茎、块茎、叶生长，却对根系生长有一定的抑制作用。

表6 不同补水量对各器官干物质累积的影响 gTab.6 Effects of different water supplementation on dry matter accumulation in different organs

2.4.2 对干物质累积总量的影响

由图2可以看出，当补水量在3 000 m3/hm2范围内时，宁薯16号干物质累积总量随着补水量的增加而增加，补水量为3 000 m3/hm2时达到最大值，并且补水量为3 000与2 250 m3/hm2之间差异不显著，但是进一步加大补水量反而抑制干物质累积总量的增加。试验条件下对补水量与干物质累积总量之间进行模拟，可得到模拟方程为：y= -3×10-5x2+ 0.165x+ 426.7，式中补水量的一次项系数为正，而二次项系数为负，表明了典型的抛物线线性关系；相关指数R2=0.985，表明方程模拟效果好，决定系数表明宁薯16号干物质累积总量98.5%依存于外部补水量。

图2 不同补水量对干物质累积总量的影响Fig.2 Effects of different water content on total dry matter accumulation

3 讨论与结论

本试验从株高、叶片叶绿素SPAD值、叶面积指数、干物质累积等方面研究了不同补水量对宁薯16号生长发育的影响，试验表明不同补水量对宁薯16号生长发育有不同程度地影响。

株高在一定程度上反映了植物的生长势。 刘战东[12]等设置了高、中、低3个水平补水处理，结果表明马铃薯同一生长时期内不同程度的土壤水分处理，株高以高水分处理最高。本试验结果显示，在各个生育期宁薯16号株高均随着补水量的增加而增加，此结果与刘战东等人的研究结果一致，说明补水能够促进马铃薯植株快速生长并拉长衰减周期。

叶绿素含量的高低，直接影响着作物光合作用的大小，进而影响马铃薯产量和品质的形成，已成为光合作用研究中的一项重要指标[13,14]。叶绿素仪读数(SPAD值)与叶片的叶绿素含量有一定的相关性，能表征叶片叶绿素含量的大小[15-17]，可以很好地反映植物叶片上叶绿素的浓度。本试验表明随着补水量的增加，叶片叶绿素SPAD值在蕾期和花期逐渐增大，在淀粉积累期先上升后下降，说明在不同需水量时期不同的补水量对宁薯16号叶片叶绿素影响不同，在需水量较大的蕾期和花期对叶片叶绿素影响最大的处理是S3000，在需水量较小的淀粉积累期和成熟期S2250影响最大。

叶面积指数可以反映单位面积土地上作物叶片占地面积的比例，是表征作物生产潜力的重要指标，叶面积指数的大小会对马铃薯生长和产量的形成产生一定的影响。刘战东[12]等试验结果显示，生育期内不同土壤水分处理LAI变化都呈单峰曲线，LAI高峰值均出现在块茎增大期，之后开始下降。本试验结果表明，宁薯16号在整个生育期LAI均呈现单峰曲线变化，花期达到最大值，与刘战东等研究结果一致。试验说明适量补水在生育前期能显著促进宁薯16号叶片生长，生育后期能有效推迟叶片衰落从而促进块茎干物质和淀粉积累，在各个生育期均当补水量为2 250 m3/hm2时对LAI影响最大，补水量过大或过小均不利于植株叶片生长。

干物质是作物光合作用产物的最高形式，其积累和分配与作物经济产量有密切的关系，众多研究认为，作物产量实质上是通过光合作用直接或间接形成的，并取决于光合产物的积累与分配[18,19]。本试验结果显示，宁薯16号干物质累积量随着生育进程的推进而逐渐增加，表现为慢一快一慢的“S”型曲线，分为三个不同的阶段:苗期-蕾期干物质累积较慢，处于增长初期；花期干物质累积量处于直线增长期，处于快速增长期；淀粉积累期干物质累积量又平缓下降，处于缓慢增长期。这与高聚林[20]等研究结果基本一致。虽然当补水量为3 000 m3/hm2时干物质累积总量最大，但S3000与S2250之间差异不显著，结合灌水成本考虑，最有利于宁薯16号干物质累积的补水量为2 250 m3/hm2。

综合分析，膜下滴灌条件下最有利于宁薯16号生长发育的补水量为2 250 m3/hm2。