不同节水模式对阴山北麓马铃薯干物质积累、产量及经济效益的影响

今 芝，陈瑞英，乌 兰，关 婷，赵培荣，贾立国，吴云霞

（1.乌兰察布市土壤肥料站，内蒙古 集宁 012000；2.四子王旗农业技术推广站，内蒙古 乌兰花 011899；3.内蒙古农业大学 农学院，内蒙古 呼和浩特 010019；4.内蒙古自治区农牧业科学院，内蒙古 呼和浩特 010031）

内蒙古自治区作为我国马铃薯主要产区之一[1]，为粮食安全作出了重要贡献。阴山北麓是内蒙古自治区马铃薯主要种植区域，夏季冷凉的气候条件非常适合马铃薯生长。但是，该地区水资源量仅占全区水资源总量的6%[2]，年降水量只有300～350 mm，干旱少雨和水资源匮乏成为制约马铃薯产业发展的主要因素。为了高效利用水资源，近年来，喷灌和滴灌技术发展迅猛，实用面积逐年增加[3-4]，尤其是膜下滴灌技术在马铃薯增产提质、提高水肥利用效率、土壤增温保墒等方面具有明显的优势[5-9]。然而，由于地膜在田间难以分解且残膜回收机具不成熟、地膜回收率低等客观因素，地膜在土壤中长期积累对生态环境和土壤健康造成了一系列潜在危害[10-12]。因此，寻找节水、节膜，促进农业绿色可持续发展的新技术势在必行。无膜浅埋滴灌技术是根据膜下滴灌技术改进的一项新型实用技术模式，近年来在玉米、苜蓿等作物上进行的研究表明，无膜浅埋滴灌技术可以有效提高水肥利用效率，在提高马铃薯品质的同时又能达到增产效果[13-16]，但浅埋滴灌技术在阴山北麓马铃薯上的应用未见报道。本试验对高垄滴灌、膜下滴灌、浅埋滴灌3种节水模式下马铃薯干物质积累、转运、产量和经济效益进行了研究，为阴山北麓适合的节水滴灌技术的推广提供理论依据和技术支持。

1 材料和方法

1.1 试验区概况

试验于2019年在乌兰察布市四子王旗乌兰花镇进行，位于北纬41°30′41.62″、东经111°40′5.29″，无霜期110 d，属于典型的中温带大陆性季风气候区，生育期降水量（5—9月）308 mm。试验地土壤类型为栗钙土，0～20 cm 土壤pH值为8.1、有机质含量为14.20 g/kg、全氮含量为1.36 g/kg、有效磷含量为13.20 mg/kg、速效钾含量为141.50 mg/kg、土壤容重为1.50 g/cm3。

1.2 材料与设计

供试马铃薯品种为克新1 号原种。采用裂区设计，主处理为浅埋滴灌（SBDI）、膜下滴灌（UMDI）、高垄滴灌（HRDI），副处理为2 个灌水梯度，梯度1 为1 500 m3/hm2，梯度2 为1 950 m3/hm2，共6 个处理。5月4日播种，6月10日出苗，6月16日中耕，9月15日测产。浅埋滴灌模式采取大垄双行一带种植，垄距130 cm，大行距90 cm，小行距40 cm，垄高25 cm，株距33 cm，种植密度47 550 株/hm2，中耕时铺设毛管与培土同时进行，滴灌带埋深距地面5 cm。膜下滴灌模式播种时覆膜与铺设毛管同时进行，其他管理同浅埋滴灌模式。高垄滴灌模式行距90 cm，株距20 cm，垄高40 cm，种植密度55 500 株/hm2，中耕培土时铺设毛管。各处理小区面积800.8 m2（77.0 m×10.4 m），每个处理分成上、中、下3 段代表3 个重复，顺序排列。马铃薯生育期施氮肥315.00 kg/hm2、磷肥135.00 kg/hm2、钾肥300.00 kg/hm2，播种时基施复合肥（22-16-16）843.75 kg/hm2，氮、磷、钾肥基施量分别为185.50、135.00、135.00 kg/hm2；生育期灌水6 次，各处理施肥量一致，磷肥作为基肥一次性施用，氮、钾肥的追肥量、施肥次数及不同处理梯度灌水量见表1。

表1 马铃薯生育期灌水与追肥情况

1.3 测定内容

在马铃薯苗期（出苗后23 d）、块茎形成期（出苗后40 d）、块茎膨大期（出苗后63 d）、淀粉积累期（出苗后79 d）、成熟期（出苗后98 d）分别取3 株具有代表性的植株分部位（根、茎、叶、块茎）在烘箱105 ℃杀青30 min 后，80 ℃烘干至恒重，称取各部位干重。测产时，每个重复随机选取3.33 m2（2.56 m×1.30 m）样方测定块茎商品性状（大小薯数、商品薯率）和产量，折合成公顷产量。

按照参考文献［14］的方法，计算马铃薯干物质转运量、干物质转运效率和干物质转运量对块茎的贡献率，计算公式如下

干物质转运量（T）/（g/株）=最大干物质积累量-成熟期干物质积累量 （1）

干物质转运效率（TE）/%=（干物质转运量/最大干物质积累量）×100 （2）

干物质转运量对块茎的贡献率（TC）/%=（干物质转运量/成熟期块茎干物质积累量）×100 （3）

1.4 数据处理

使用Excel 2003 和SPSS 24.0 软件进行数据统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同节水模式对马铃薯干物质积累量的影响

由表2 可知，随着生育期的推进各处理马铃薯根、茎、叶干物质呈先增加后减少的“单峰型”曲线变化，块茎干物质随着生育期的推进呈上升趋势。在马铃薯全生育期SBDI1 处理根的干物质积累量高于其他处理，最大值出现在块茎膨大期，为5.08 g/株。各处理茎的干物质积累量最大值出现在淀粉积累期，SBDI1 处理茎的干物质积累量最高，为45.87 g/株，显著高于其他处理（P＜0.05），全生育期各处理茎的干物质积累量无明显变化规律。对于叶片而言，在块茎膨大期SBDI1 处理叶的干物质积累量最高，为47.92 g/株，其次是SBDI2 处理，为46.55 g/株，这2 个处理显著高于其他处理（P＜0.05），全生育期各处理叶的干物质积累量无明显变化规律。对于块茎而言，在块茎形成期、块茎膨大期和淀粉积累期SBDI1 处理块茎干物质积累量都是最高，分别为19.21、105.06、249.84 g/株；在成熟期，SBDI2 处理的块茎干物质积累量最高，为253.64 g/株，SBDI1 处理次之，为246.46 g/株，这2 个处理的块茎干物质积累量显著高于其他处理（P＜0.05），最少的是UMDI2 处理，为166.23 g/株。

从马铃薯全株干物质积累量来看，苗期UMDI1处理和UMDI2 处理全株干物质积累量显著高于其他处理（P＜0.05）；块茎形成期和块茎膨大期SBDI1处理全株干物质积累量最高，分别为68.87、190.36 g/株，显著高于其他处理（P＜0.05）。成熟期，SBDI2 处理和SBDI1 处理全株干物质积累量分别为286.05、274.67 g/株，显著高于其他处理（P＜0.05）。总体来看，在马铃薯全生育期SBDI 处理全株干物质积累量高于HRDI、UMDI 处理。

表2 不同节水模式下马铃薯各生育时期干物质积累量 单位：g/株

2.2 不同节水模式对马铃薯干物质转运的影响

由表3 可知，不同处理马铃薯根、茎、叶干物质都向块茎转运，为块茎干物质形成提供物质基础。各处理干物质转运量和干物质转运量对块茎的贡献率均表现为叶＞茎＞根。对于根而言，HRDI2 处理根干物质转运量最大、干物质转运效率最高、干物质转运量对块茎的贡献率也最高，分别为3.93 g/株、77.82%、2.26%。对于茎而言，SBDI1 处理茎干物质转运量、干物质转运效率、干物质转运量对块茎的贡献率均为最大，分别为26.65 g/株、58.10%、10.81%，UMDI2 处理均为最小。对于叶片而言，SBDI1 处理叶的干物质转运量、干物质转运量对块茎的贡献率最高，分别为40.72 g/株和16.52%，UMDI1 处理叶的干物质转运效率最高，为87.06%。从不同灌水量梯度分析，1 500 m3/hm2灌水量下茎和叶干物质转运量、干物质转运效率和干物质转运量对块茎的贡献率总体上都高于1 950 m3/hm2灌水量处理。

表3 不同节水模式下马铃薯干物质转运情况

2.3 不同节水模式对马铃薯产量及商品性状的影响

由表4 可知，各处理产量由高到低依次为SBDI1＞HRDI1＞UMDI1＞SBDI2＞HRDI2＞UMDI2，SBDI1处理的产量比HRDI1、UMDI1、SBDI2、HRDI2 和UMDI2处理分别提高1.61%、2.27%、3.27%、6.54%、10.23%，SBDI1 处理产量显著高于HRDI2 和UMDI2 处理（P＜0.05），与其他处理差异不显著（P＞0.05）。在相同灌水量条件下，马铃薯产量均表现为SBDI＞HRDI＞UMDI，灌水量1 500 m3/hm2条件下3种节水模式马铃薯产量均高于灌水量1 950 m3/hm2处理。SBDI2处理单株结薯数和单株薯重最大，分别为6.65 个和1.24 kg，均显著高于HRDI1 和HRDI2 处理（P＜0.05）。SBDI2 处理马铃薯块茎商品薯率最高，为90.80%，显著高于HRDI1 和UMDI2 处理（P＜0.05）。

表4 不同节水模式下马铃薯产量与商品性状

2.4 不同节水模式下马铃薯经济效益分析

由表5 可知，各处理投入差异主要体现在种薯、地膜、滴灌带、电费、地膜回收等方面，HRDI1 处理和HRDI2 处理在种薯和滴灌带上投入最多，分别为4 680 元/hm2和1 665 元/hm2；UMDI1 处理和UMDI2处理在地膜和地膜回收上投入最多，分别为720 元/hm2和300 元/hm2；1 950 m3/hm2灌水量下电费为61 元/hm2，较1 500 m3/hm2灌水量高14 元/hm2。从不同投入来看，HRDI2 处理投入最高，合计为6 406 元/hm2，SBDI1 处理投入最少，合计为5 162 元/hm2。各处理按照马铃薯块茎商品薯率计算产值，产值由高到低依 次 为SBDI2 ＞SBDI1 ＞UMDI1 ＞HRDI2 ＞HRDI1 ＞UMDI2，SBDI2 处理产值最高，为54 174 元/hm2，UMDI2处理产值最低，为47 471 元/hm2。经济效益与产值高低一致，经济效益最高的是SBDI2 处理，为22 748 元/hm2，最低的是UMDI2 处理，为15 025 元/hm2。SBDI2 处理比UMDI2 处理经济效益增加7 723 元/hm2，增幅为51.40%；SBDI2 处理比SBDI1 处理经济效益增加144 元/hm2，增幅为0.63%，这2 个处理之间经济效益差距很小。

表5 不同节水模式下马铃薯投入产出结果 单位：元/hm2

3 讨论与结论

水资源极度短缺和土壤面源污染是阴山北麓长期面临的问题，为实现农业可持续发展和水资源永续利用，把合理的水资源管理制度和新型的高效节水技术结合，能够实现低投入、高产出和高收益，从而保证农业健康发展。本试验采用的浅埋滴灌技术是在膜下滴灌技术的基础上改进，把滴灌带埋到距离土壤表面5 cm 左右深处，既解决了覆盖地膜造成的面源污染（无膜），又能有效减少表层土壤水分挥发、降低水分消耗。本试验中，苗期膜下滴灌2 个处理马铃薯全株干物质积累量显著高于其他处理，可能是因为在第1 次灌水之前，覆膜能够有效提高地温、减少土壤水分的无效蒸发，促进马铃薯生育进程。本试验第1 次灌水时间较晚，对高垄滴灌和浅埋滴灌种植马铃薯苗期生长具有一定影响。因此，可在今后应用中适当提前苗期灌水时间，使马铃薯苗期水分得到充足供应，以保证后期块茎的高产。

马铃薯产量是同化产物积累的结果，90%以上的块茎产量来自光合产物，单株干物质积累量越大，块茎产量就越高[17]。本试验中，SBDI1 处理在块茎形成期、块茎膨大期、淀粉积累期都保持最高的全株干物质积累量，茎和叶干物质转运量、干物质转运量对块茎的贡献率也最高，为产量形成提供了更多光合产物，为后期高产奠定了基础。根系是植株吸收养分的主要器官，根系会在马铃薯生育后期逐渐枯萎死亡。本试验中，HRDI2 处理根干物质转运量、根干物质转运效率、根干物质转运量对块茎的贡献率都最高，说明其根系衰老速度快，从土壤当中吸收水分和养分的速度变慢，对产量形成造成影响。

李媛媛等[14]在玉米上研究发现，高水分处理有利于干物质积累，但向经济器官中转移的干物质少，导致产量下降。本试验也得出在1 500 m3/hm2灌水量下茎和叶干物质转运量、干物质转运效率和干物质转运量对块茎的贡献率都高于1 950 m3/hm2灌水量的结果。因此，在本试验条件下1 500 m3/hm2灌水量比1 950 m3/hm2灌水量更有利于协调马铃薯营养生长和生殖生长的关系，能够促进光合产物向经济器官转运，提高块茎产量。本试验中，浅埋滴灌节水模式能够有效促进马铃薯块茎数量增加，单株结薯数显著高于高垄滴灌节水模式，加强水肥管理后具有更大的增产潜力，可在今后的推广应用中适当增加钾肥用量，提高单株薯重。试验证明，在相同灌水量条件下马铃薯产量均表现为浅埋滴灌＞高垄滴灌＞膜下滴灌，且灌水量1 500 m3/hm2处理马铃薯产量均高于灌水量1 950 m3/hm2处理；从经济效益来看，浅埋滴灌2 个处理经济效益高于其他处理，且浅埋滴灌2 个处理之间经济效益差距很小，从该地区水资源情况综合考虑，从水资源节约利用角度出发，1 500 m3/hm2灌水量更适合在阴山北麓推广。

综上所述，浅埋滴灌模式能够在节水节膜的前提下提高马铃薯产量，获得更高的经济效益。浅埋滴灌技术不仅能够减少地膜覆盖、降低回收成本，也能保护耕地免受地膜污染，同时达到节约农业水资源的效果。因此，可以将灌水量为1 500 m3/hm2的浅埋滴灌种植模式作为新型高效节水技术在马铃薯生育期降水量为300～400 mm 的阴山北麓推广。