曹正鵬，劉玉匯，張小靜，沈?qū)氃?，秦舒浩，?震，王 麗，李朝周，張俊蓮

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虧缺灌溉對馬鈴薯生長產(chǎn)量及水分利用的影響

曹正鵬1，劉玉匯1，張小靜2，沈?qū)氃?，秦舒浩1，劉 震1，王 麗4，李朝周4，張俊蓮1※

（1. 甘肅省作物遺傳改良與種質(zhì)創(chuàng)新重點實驗室/甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，蘭州 730070；2. 定西市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，定西 743000；3. 甘肅條山農(nóng)林科學(xué)研究所，景泰 730400；4. 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院，蘭州 730070）

為了解析馬鈴薯不同品種對水分虧缺的響應(yīng)，探討不同品種對水分需求量的差異，該研究在大田遮雨棚滴灌下，以馬鈴薯品種‘青薯9號’和‘大西洋’為材料，參考西北區(qū)和本試驗區(qū)的年平均降雨量，設(shè)置5個水分處理，將參考試驗區(qū)年平均降雨量的值劃分為正常灌水（A），逐級調(diào)虧灌水量的值劃分為輕度（B）、中度（C）、重度（D）和特重度（E）虧缺灌水處理，研究灌水量對不同品種馬鈴薯植株生長（株高、莖粗、葉面積）、生物量與分配、葉片相對含水量、產(chǎn)量與構(gòu)成因素、水分利用的影響。結(jié)果表明：正常灌水下，‘青薯9號’株高增長速度大于‘大西洋’，且測定期內(nèi)持續(xù)增高，但‘大西洋’葉面積快速擴(kuò)增期的擴(kuò)增速度大于‘青薯9號’；2個品種各器官干質(zhì)量變化趨勢不一致，‘大西洋’各器官干質(zhì)量呈增長趨勢，‘青薯9號’莖葉和根干質(zhì)量呈前期增長后期下降、塊莖干質(zhì)量呈顯著增加趨勢（<0.05），且‘青薯9號’塊莖生物量分配比例最高值為57.96%，僅是‘大西洋’最高值的67.43%；2個品種葉片相對含水量均呈先升高后降低的變化趨勢；‘大西洋’單株結(jié)薯數(shù)、單株產(chǎn)量、公頃產(chǎn)量、商品薯率高于或顯著高于虧缺灌溉（<0.05），‘青薯9號’僅商品薯率和大薯率高于或顯著高于虧缺灌溉（<0.05），其他指標(biāo)則顯著低于輕度虧缺灌溉（<0.05），水分利用效率和灌水效率分別為152.62 kg/(hm2·mm)和130.70%。虧缺灌溉下，隨水分虧缺度加重，‘大西洋’株高、莖粗和葉面積擴(kuò)增的抑制大于‘青薯9號’，2個品種葉片相對含水量降低、生物量積累的增速和絕對值降低、產(chǎn)量和大薯率顯著下降（<0.05），且‘青薯9號’上述指標(biāo)的降幅小于‘大西洋’，其中輕度虧缺灌溉下，‘青薯9號’單株結(jié)薯數(shù)和公頃產(chǎn)量具有補(bǔ)償效應(yīng)，較正常灌水分別增加22.79%和11.71%，水分利用效率提高41.48%、灌水效率提高60.05%，抗旱系數(shù)為1.12。因此，‘青薯9號’輕度虧缺灌溉，可控制其地上部旺盛生長，利于塊莖形成和膨大，‘大西洋’應(yīng)保證充足水分供給，不宜虧缺灌溉。

灌溉；作物；虧缺灌溉；水分利用；馬鈴薯；生長；產(chǎn)量

0 引 言

甘肅省是中國馬鈴薯重要產(chǎn)區(qū)，常年種植面積大于66.7萬hm2，面積和總產(chǎn)均位居全國前列。甘肅省馬鈴薯的主產(chǎn)區(qū)是安定區(qū)，其為典型的半干旱偏旱區(qū)，降雨少且時空分配不均，年內(nèi)降雨主要集中在7－9月份[1-2]，植株生長期常常降雨不足，使得該區(qū)馬鈴薯植株的生長和產(chǎn)量受到影響。虧缺灌溉是基于作物生理特性的灌溉模式，在不完全滿足作物需水的基礎(chǔ)上而保持產(chǎn)量不減少甚至增產(chǎn)，可充分挖掘作物對水分高效利用的潛力[3]。馬鈴薯（L.）根群主要分布在30 cm以內(nèi)的土層中，屬淺根系作物，其對土壤水分的吸收利用率較低，被認(rèn)為是水分敏感型作物[4-6]。虧缺灌溉對馬鈴薯生育期內(nèi)的土壤水分時空分布和需耗水規(guī)律影響顯著[4]，且在提高薯塊產(chǎn)量和改善塊莖品質(zhì)上有著較為明顯的作用[5]。

已有的研究表明，馬鈴薯匍匐莖和塊莖形成期對水分的虧缺最敏感，缺水會導(dǎo)致產(chǎn)量的顯著降低[7-9]，如塊莖形成初期，充分灌水可增加馬鈴薯單株塊莖數(shù)量[8]，塊莖形成初期后灌溉，則有利于塊莖膨大[9]；但如果整個生育期控制水分供應(yīng)，產(chǎn)量會顯著降低，如馬鈴薯生育期降低總灌水量（815～843 mm）的14%～20%，品種‘Ranger Russet’和‘Umatilla Russet’的產(chǎn)量則降低7%～28%[10]。也有學(xué)者認(rèn)為，馬鈴薯在塊莖膨大期和成熟期，對水分虧缺最敏感[11-12]，如在638.3 mm總灌水量下，塊莖膨大期和成熟期分別停灌2周，品種‘Agria’的產(chǎn)量則降低12%和42%[12]。研究者利用滴灌[12-13]、膜下滴灌[14-15]、漫灌[1-2,16]、噴灌[5,10]、自然降雨[17]等方式在不同生態(tài)條件下進(jìn)行了馬鈴薯不同品種適宜水分需求的研究，由于生態(tài)條件、種植季節(jié)、栽培模式、品種類型等不同，研究結(jié)論也不盡相同，且上述研究均是基于自然降雨的大田環(huán)境，而降雨對水分試驗研究的影響非常大[7]，須加以考慮。為了準(zhǔn)確測定馬鈴薯不同品種的水分需求量，建立完全避開自然降雨的遮雨棚大田精準(zhǔn)滴灌環(huán)境就顯得十分重要。本研究利用中國大面積栽培的鮮食菜用型品種‘青薯9號’和薯片加工型品種‘大西洋’，基于遮雨棚滴灌條件下進(jìn)行不同灌溉量的精準(zhǔn)虧缺灌溉，試圖解析馬鈴薯不同品種植株生長和產(chǎn)量對水分虧缺的響應(yīng)，探究根際土壤水分的變化及水分利用效率和灌水效率，為該地區(qū)馬鈴薯高效生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗地海拔1 900 m，年平均氣溫6.4 ℃，年均降水量415 mm，年蒸發(fā)量1 531 mm，干燥度2.53，為典型的半干旱雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)；該區(qū)土壤類型為黃綿土，土層深厚，肥力均勻中等，土壤pH值7.97[1-2]。播種前試驗地土壤含水量為18.34%，土壤養(yǎng)分：有機(jī)質(zhì)12.1 mg/kg，堿解氮19.8 mg/kg，速效磷34.8 mg/kg，速效鉀213.9 mg/kg。

1.2 試驗設(shè)計

試驗于2017年4－10月在定西市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院的遮雨棚中進(jìn)行，供試品種‘青薯9號’和‘大西洋’，種薯為微型薯（5～10 g/粒）。4月17日播種，9月30日統(tǒng)一收獲。播種后第15和29天各處理均分別滴水35.6 mm，第51天開始水分脅迫。為了使試驗結(jié)果在西北區(qū)廣泛應(yīng)用，本試驗設(shè)置的水分梯度以西北區(qū)年平均降雨量[18]和當(dāng)?shù)啬杲涤炅縖1-2]為參考值，設(shè)置5個水分處理（表1），干旱程度的劃分參考文獻(xiàn)[19]。每個處理種4行，每行10株，共40株，株距0.24 m，行距0.80 m，處理間株距1.0 m，公頃產(chǎn)量折算為52 050株，3次重復(fù)、隨機(jī)排列。試驗地所用滴灌采用以色列耐特菲姆公司滴灌系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括蓄水池（長×寬×高=6.0 m×2.0 m× 2.5 m）、首部樞紐（含臥式離心泵、水泵控制變頻柜、過濾器疊加網(wǎng)濾）、輸水管道（一級主管采用給水TS管63.00 mm×1.00 MPa，二級主管采用給水TS管32.00 mm× 1.25 MPa，支管采用給水TS管25.00 mm×1.60 MPa）、滴灌管網(wǎng)（滴管帶內(nèi)徑16.00 mm，滴頭間距300.00 mm，滴頭流量1.60 L/h，工作水頭6.00 m）4部分。灌水時間由農(nóng)業(yè)機(jī)械控制檢測自動化系統(tǒng)及小區(qū)支管電磁閥控制，灌水時間由（1）式確定。

=×/×（1）

式中為灌水時間，h；為灌水量，mm；為小區(qū)面積，m2；為滴頭流量（1.60 L/h），為滴頭個數(shù)。

試驗地肥料均在整地時一次性施入，施肥量為：N 180 kg/hm2、P2O5150 kg/hm2、K2O 120 kg/hm2，其他管理與當(dāng)?shù)卮筇锕芾硪恢隆?/p>

表1 馬鈴薯生育期內(nèi)不同水分處理的滴灌時期和滴灌量

1.3 測定項目與方法

1.3.1 植株生長指標(biāo)測定

播種后第56天（6月12日）開始取樣測定，以后每隔約16天左右取樣1次，全生育期植株高度和莖粗取樣5次，其他指標(biāo)取樣3次。取樣時，選小區(qū)具有代表性的植株10株，定株測量其株高和莖粗；每株選取主莖頂枝向下數(shù)第3片葉，利用畫紙稱質(zhì)量法定葉測定葉面積[20]，并計算其擴(kuò)增速度，擴(kuò)增速度由（2）式確定。

葉面積擴(kuò)增速度=（后一次測定的葉面積－前一次測定的葉面積）/前一次測定的葉面積×100% （2）

每小區(qū)挖取具有代表性植株3株，室內(nèi)分莖葉、根、塊莖稱量鮮質(zhì)量，各器官分別于105 ℃下殺青0.5 h，再于80 ℃下烘干至恒質(zhì)量后稱量干質(zhì)量[13]。

1.3.2 植株葉片相對含水量測定

隨機(jī)選取小區(qū)植株10株，取主莖頂枝生長點向下數(shù)第3片完全展開的葉片稱鮮質(zhì)量，然后放入蒸餾水中浸泡8 h，取出并拭去葉片上水分，稱取飽和鮮質(zhì)量，最后放入烘箱105 ℃下殺青0.5 h、80 ℃下烘干至恒質(zhì)量后稱量干質(zhì)量，計算葉片相對含水量[6,21]。葉片相對含水量（relative water content, RWC）由（3）式確定。

1.3.3 根區(qū)土壤儲水量、生育期耗水量、水分利用效率、灌水效率測定

采用烘干法測定，測定時每個小區(qū)選取株距中心位置處土點2個，取土深度分3個層次，即0～20、>20～40、>40～60 cm，土樣立即裝入鋁盒后稱質(zhì)量，110 ℃烘干至恒質(zhì)量，分別計算根區(qū)土壤儲水量、生育期耗水量、水分利用效率（water use efficiency, WUE）和灌水效率（irrigation efficiency, IE），上述指標(biāo)分別由式（4）、（5）、（6）和（7）確定。

生育期耗水量（mm）=播前土壤含水量+滴灌量－收獲后土壤含水量 （5）

WUE=塊莖產(chǎn)量/生育期耗水量 （6）

IE=Δ/Δ（7）

式中為塊莖產(chǎn)量（kg/hm2），Δ為灌水增量（mm）（相對于71.20 mm最低灌水處理），Δ為灌水增量對應(yīng)的增產(chǎn)量（kg/hm2）[1,22]。

1.3.4 塊莖產(chǎn)量與構(gòu)成因素、抗旱系數(shù)測定

收獲時按小區(qū)單收計產(chǎn)，每處理取10株統(tǒng)計結(jié)薯情況及產(chǎn)量構(gòu)成因素，其中大中小薯率參考文獻(xiàn)[12]和文獻(xiàn)[23]、并參考銷售市場塊莖大小的價格，確定250 g以上計大薯、50～250 g計中薯、50 g以下計小薯，商品薯為大薯和中薯；抗旱系數(shù)是水分脅迫下產(chǎn)量與正常灌水條件下產(chǎn)量的比值[24]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2010軟件計算平均值和標(biāo)準(zhǔn)誤（±SE），SPSS 17.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行顯著性檢測。

2 結(jié)果與分析

2.1 虧缺灌溉對馬鈴薯植株高度和莖粗的影響

表2是不同灌水量下，2個品種不同生長期株高的變化。由表2可知A處理下，‘大西洋’植株前期生長較快，播后第71天的株高較第56天增長337.43%，隨后增長緩慢，播后第103天株高最高（45.59 cm），但較播后第71天僅增長了36.42%，播后第120天，株高略有下降，較播后第103天下降7.68%?！嗍?號’植株生長與‘大西洋’不同，表現(xiàn)為株高持續(xù)快速增長，播后第71天較第56天增長365.17 %，播后第103天又較第71天增長235.58 %，且播后第120天株高最高（103.87 cm），較播后第103天增高10.90%。表明水分充足下，‘青薯9號’地上部生長速度大于‘大西洋’，且測定期內(nèi)株高持續(xù)增加。

從表2中還可看出，E和D處理下，2個品種株高增長被明顯抑制，如播后第103天，E處理下，‘大西洋’和‘青薯9號’的株高較A處理分別降低98.39%和70.79%，較D處理分別降低49.43%和24.12%，處理間差異顯著（<0.05），說明71.20和142.40 mm的水分供應(yīng)量，對‘大西洋’株高生長的抑制大于‘青薯9號’。播后第65天后降低灌水量的B和C處理，2個品種株高的增長隨灌溉量的降低差異不顯著（＞0.05）。

表2 虧缺灌溉對馬鈴薯植株高度的影響

注：同列數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間差異達(dá)5%顯著水平，下同。

Note: Different lowercase letters in the same column mean significant differences at 5% level, the same below.

表3表明，‘大西洋’各處理的莖粗僅在播后第71天小幅增加，生長中后期增幅不明顯，且播后第103和120天D和E處理的莖粗較播后第87天甚至下降?！嗍?號’各處理的莖粗持續(xù)增加，至播后第103和第120天，A～C處理與D和E處理間差異顯著（＜0.05）。

表3 虧缺灌溉對馬鈴薯植株莖粗的影響

2.2 虧缺灌溉對馬鈴薯植株葉面積及其擴(kuò)增速度的影響

由表4可知，播后第56天，‘大西洋’和‘青薯9號’主莖頂枝向下數(shù)第3片葉的葉面積分別為16.04～17.97 cm2和10.45～11.88 cm2，處理間差異不顯著（>0.05）；播后第71天，2個品種葉面積擴(kuò)增迅速，較播后第56天分別增大了99.76%～183.73%（大西洋）、95.62%～175.75%（青薯9號）；播后第87天，2個品種葉面積擴(kuò)增速度下降，‘大西洋’和‘青薯9號’分別較播后第71天僅增大了3.50%～18.41%和4.22%～25.65%。

表4 虧缺灌溉對馬鈴薯植株單葉葉面積的影響

比較A處理下播后第71天2個品種葉面積，并分析其相較播后第56天的擴(kuò)增速度，發(fā)現(xiàn)‘大西洋’葉面積是‘青薯9號’的1.72倍，擴(kuò)增速度是‘青薯9號’的1.29倍，故‘大西洋’單葉葉面積大于‘青薯9號’；在播后第71天，‘大西洋’的D和E處理的葉面積相較于其他處理間差異顯著（<0.05），葉面積擴(kuò)增受到明顯抑制，而‘青薯9號’E處理的葉面積擴(kuò)增受阻程度最大，并與其他處理間差異顯著（<0.05）。播后第87天，除E處理外，‘青薯9號’各處理間未表現(xiàn)出顯著性差異（>0.05），‘大西洋’處理間存在顯著性差異（<0.05），表明‘大西洋’葉面積的擴(kuò)增對水分的敏感性大于‘青薯9號’。

2.3 虧缺灌溉對馬鈴薯植株生物量及其分配的影響

由表5可知，與播后第56天比較，播后第87天時的A處理，‘大西洋’各器官干質(zhì)量均呈增長趨勢，其中塊莖增長量迅速，其較播后第56天增加了1 596.05%；播后第120天，上述器官干質(zhì)量繼續(xù)增加，較播后第87天分別增加3.36%（莖葉）、32.81%（根）、25.25%（塊莖）。‘青薯9號’各器官變化趨勢與‘大西洋’不同，除塊莖干質(zhì)量持續(xù)增加外，莖葉和根干質(zhì)量在播后第120天較播后第87天降低，降幅為1.28%（莖葉）和29.34%（根）；比較A處理下，2個品種播后第120天全株干質(zhì)量后發(fā)現(xiàn)，‘青薯9號’是‘大西洋’的1.49倍，表明‘青薯9號’的生物量高于‘大西洋’。B處理下，2個品種莖葉和根干質(zhì)量均在播后第87天達(dá)峰值，但至播后第120天，塊莖干質(zhì)量的積累量較A處理顯著下降（＞0.05），‘大西洋’和‘青薯9號’降幅分別達(dá)53.64%、30.66%。C處理下，2個品種各器官干質(zhì)量積累規(guī)律出現(xiàn)差異，‘大西洋’各器官干質(zhì)量變化與B處理相同，‘青薯9號’各器官干質(zhì)量均呈增加趨勢。D和E處理下，2個品種各器官干質(zhì)量積累較A處理均大幅降低，且‘青薯9號’降幅小于‘大西洋’，其中播后第120天，E處理下的‘大西洋’甚至出現(xiàn)塊莖干質(zhì)量低于播后第87天塊莖干質(zhì)量的現(xiàn)象。

比較播后第120天各處理下2個品種塊莖干質(zhì)量分配比例后發(fā)現(xiàn)，‘大西洋’塊莖有高比例的干質(zhì)量分配比例（76.01%～87.36%），此時‘青薯9號’的分配比例為40.60%～60.51%，僅是‘大西洋’干質(zhì)量分配比例的53.41%～69.27%，且A處理下，‘大西洋’塊莖干質(zhì)量分配比例為85.96%，‘青薯9號’為57.96 %，其僅是‘大西洋’分配比例的67.43 %，表明播后第120天，‘青薯9號’的干物質(zhì)還有許多未從莖葉回流至塊莖。

表5 虧缺灌溉對馬鈴薯植株生物量積累及其分配的影響

Table 5 Effects of deficit irrigation on biomass accumulation and distribution of potato plant

品種Cultivar處理Treatment部位tissue播種后天數(shù)Days after sowing/d 5687120 干質(zhì)量Dry matter/(g×plant-1)分配比例Distribution proportion/%干質(zhì)量Dry matter/(g×plant-1)分配比例Distribution proportion/%干質(zhì)量Dry matter/(g×plant-1)分配比例Distribution proportion/% 大西洋AtlanticA莖葉31.04±1.30a66.4138.37±0.87a14.9739.66±0.36a12.68 根3.04±0.07a6.503.20±0.43a1.254.25±0.06a1.36 塊莖12.66±0.61a27.09214.72±0.62a83.78268.94±0.92a85.96 全株46.74±1.47a100.00256.29±1.86a100.00312.85±0.78a100.00 B莖葉20.36±0.94b78.6825.19±1.02c17.5717.31±0.23b12.13 根1.06±0.05d4.091.50±0.12bc1.050.73±0.06d0.51 塊莖4.46±0.25c17.23116.68±1.49b81.38124.69±0.87b87.36 全株25.88±0.74d100.00143.37±1.22b100.00142.73±1.08b100.00 C莖葉29.35±0.70a71.1933.43±0.44b22.5318.93±0.28b13.60 根2.24±0.04c5.442.12±0.09b1.430.90±0.04c0.65 塊莖9.64±0.23b23.37112.83±1.83b76.04119.36±1.66b85.75 全株41.23±0.60b100.00148.38±1.67b100.00139.19±1.54b100.00 D莖葉17.55±0.71c51.3613.67±0.29d20.8917.72±0.43b14.35 根2.72±0.18b7.951.17±0.15c1.791.19±0.03b0.96 塊莖13.90±0.22a40.6950.60±1.41c77.32104.60±1.62c84.69 全株34.17±0.59c100.0065.44±1.58c100.00123.51±1.63c100.00 E莖葉10.42±0.21d53.1111.40±0.81d15.7513.64±0.26c22.66 根0.92±0.06d4.691.83±0.10bc2.530.80±0.05cd1.33 塊莖8.28±0.36b42.2059.16±0.86c81.7245.74±1.69d76.01 全株19.62±0.19e100.0072.39±1.09c100.0060.18±1.39d100.00

續(xù)表

品種Cultivar處理Treatment部位tissue播種后天數(shù)Days after sowing/d 5687120 干質(zhì)量Dry matter/(g×plant-1)分配比例Distribution proportion/%干質(zhì)量Dry matter/(g×plant-1)分配比例Distribution proportion/%干質(zhì)量Dry matter/(g×plant-1)分配比例Distribution proportion/% 青薯9號Qingshu 9A莖葉28.20±0.45c86.08191.61±1.62a63.66189.16±0.88a40.60 根2.05±0.07b6.269.51±0.22a3.166.72±0.26c1.44 塊莖2.51±0.28c7.6699.89±2.02a33.18270.08±1.51a57.96 全株32.76±0.31b100.00301.01±2.30a100.00465.96±0.80a100.00 B莖葉40.67±0.33a85.66144.22±1.49b56.39117.10±0.59d37.84 根2.73±0.17ab5.749.32±0.92a3.645.13±0.23d1.66 塊莖4.08±0.10b8.60102.21±2.04a39.97187.27±1.41b60.51 全株47.48±0.46a100.00255.75±2.84b100.00309.50±0.78c100.00 C莖葉35.44±0.58b81.40153.60±0.90b64.64169.72±0.86b48.54 根2.42±0.23b5.578.77±0.18a3.699.86±0.32b2.82 塊莖5.67±0.12a13.0375.26±1.85b31.67170.05±1.18b48.64 全株43.53±0.42a100.00237.63±1.77b100.00349.63±2.16b100.00 D莖葉34.26±0.56b89.5278.99±1.30c56.40132.81±0.92c40.77 根3.21±0.28a8.387.69±0.22b5.4910.58±0.04a3.25 塊莖0.81±0.10d2.1153.37±0.65c38.11182.33±1.74b55.98 全株38.28±0.26b100.00140.05±1.10c100.00325.72±1.22b100.00 E莖葉14.18±0.56d79.2237.28±0.74d80.2884.33±0.95e53.67 根2.63±0.19ab14.695.30±0.30c11.419.01±0.07b5.73 塊莖1.09±0.06d6.093.86±0.06d8.3163.80±1.24c40.60 全株17.90±0.65c100.0046.44±0.54d100.00157.14±0.80d100.00

注：相同器官下不同處理間的不同字母表示處理間差異達(dá)5%顯著水平。

Note: Significant differences (<0.05) of same organ under different treatments are shown by different lowercase letters.

2.4 虧缺灌溉對馬鈴薯植株葉片相對含水量的影響

表6表明，2個品種葉片相對含水量的變化趨勢隨灌水量不同而異。A處理下，‘大西洋’葉片相對含水量的變化趨勢為先升高后降低，播后第71天達(dá)峰值，并與其他處理差異顯著（＜0.05）；B至E處理的葉片相對含水量隨處理時間延長呈下降趨勢，至播后第87天，各處理較播后第71天降低2.52%～12.09%，且E處理值最低。

表6 虧缺灌溉對馬鈴薯植株葉片相對含水量的影響

‘青薯9號’5個處理的葉片相對含水量的變化趨勢與A處理下的‘大西洋’表現(xiàn)一樣，均在播后第71天達(dá)峰值，且處理A～C與D和E間差異顯著（＜0.05）；播后第87天，D和E處理的葉片相對含水量值最低，分別較播后第71天下降10.88%和8.79%。分析播后第87天2個品種水分虧缺處理較A處理的降幅，發(fā)現(xiàn)‘青薯9號’的降幅（3.10%～15.78%）小于‘大西洋’（7.52%～19.06%），表明‘大西洋’葉片相對含水量更易受到土壤儲水量的影響。

2.5 虧缺灌溉對馬鈴薯產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

表7表明，A處理下，‘大西洋’單株產(chǎn)量、公頃產(chǎn)量和大薯率與虧缺灌溉處理差異顯著（<0.05），此條件下，‘青薯9號’且僅大薯率顯著高于虧缺灌溉（P<0.05），但其公頃產(chǎn)量較‘大西洋’高92.49%。2個品種B處理的單株產(chǎn)量、公頃產(chǎn)量和大薯率均顯著高于C處理（<0.05），其中‘青薯9號’B處理的單株結(jié)薯數(shù)、單株產(chǎn)量和公頃產(chǎn)量顯著高于A處理（<0.05），單株結(jié)薯數(shù)和公頃產(chǎn)量較A處理分別增加了22.79%和11.71%，抗旱系數(shù)為1.12，且B和C處理下，‘青薯9號’公頃產(chǎn)量較‘大西洋’B和C處理的公頃產(chǎn)量分別高2.26和1.96倍；D處理下，2個品種單株結(jié)薯數(shù)、單株產(chǎn)量和公頃產(chǎn)量較A～C處理降低，其中公頃產(chǎn)量較A處理分別下降65.26%（大西洋）和67.32%（青薯9號），小薯率高且與A~C處理相比差異顯著（<0.05）。E處理下，2個品種的單株結(jié)薯數(shù)和公頃產(chǎn)量較A～C處理繼續(xù)下降，‘大西洋’和‘青薯9號’公頃產(chǎn)量較A處理分別下降78.40%和71.95%，小薯率最高，抗旱系數(shù)最低，商品薯率也最低。

2.6 虧缺灌溉對馬鈴薯根區(qū)土壤水分含量及水分利用的影響

由于‘青薯9號’生長期較長，土壤水分變化比較明顯，故以‘青薯9號’為例，研究虧缺灌溉對土壤水分含量的影響。由表8看出，A處理下，‘青薯9號’試驗田>40～60 cm根區(qū)土層含水量最低，表明滴灌至馬鈴薯根區(qū)土壤的水分被更多地留存在根群所在土層（0～40 cm），用于植株生長發(fā)育所需，使得該處理生育期耗水量最大（466.08 mm）。B和C處理下，根區(qū)各土層儲水量均低于A處理，加之>40～60 cm土層含水量也處于低量，使得B和C處理生育期耗水量較A處理分別下降21.04%和43.25%，水分利用效率較A處理提高41.48%和32.39%，灌水效率提高60.05%和43.70%。D和E處理下，不同根區(qū)土層的儲水量隨生育期進(jìn)程推進(jìn)持續(xù)下降，且E處理儲水量最低，其0～60 cm根區(qū)土層儲水量較D處理下降3.98%～12.45%、較A處理下降11.79%～24.80%，故E處理生育期耗水量最低。分析不同處理的水分利用效率和灌水效率后發(fā)現(xiàn)，隨灌水量的下降，水分利用效率呈先升高后降低再升高的變化趨勢，灌水效率則呈先升高后降低的變化趨勢。

表7 虧缺灌溉對馬鈴薯產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

表8 虧缺灌溉對馬鈴薯田根區(qū)土壤儲水量、生育期耗水量及水分利用的影響（青薯9號）

3 討 論

植株遭受水分虧缺后，其地上部的表現(xiàn)最為直觀，也最易被觀察到，如株高抑制、葉面積下降、冠層面積降低等，即細(xì)胞擴(kuò)張生長是植物受水分狀況影響最敏感的生理過程之一[25]，且干旱對葉片大小的影響決定于葉片的擴(kuò)展速率而非擴(kuò)展的時間[26]。李燕山等[14]在自然降雨的冬作季節(jié)，通過5個水分處理（灌水量為135.4、165.7、194.9、225.3、359.8 mm）的膜下滴灌試驗，發(fā)現(xiàn)品種‘會-2號’的株高前期增長較迅速，此后略有降低；秦軍紅等[13]在自然降雨且總灌水量為120 mm條件下，通過3種不同灌溉周期（灌溉周期為4、8、12 d）試驗，發(fā)現(xiàn)隨生育期推進(jìn)，3個滴灌頻次處理下的‘克新1號’品種株高均呈上升趨勢，且葉面積指數(shù)均呈單峰曲線變化，峰值出現(xiàn)在出苗后第64天；Kesiime 等[27]認(rèn)為，盆栽下，在田間最大持水量的25%條件下，株高由86.90 cm降低為85.00 cm，葉面積減少5.10%，且不同品系株高和葉面積下降幅度不同，降幅最大的是393 077.159 品系（株高下降19.70%）和Uganda11 品系（葉面積下降23.00%）。本研究基本支持上述研究者的觀點，即不同灌水量下，隨生育期推進(jìn)，2個品種的株高和葉面積均呈上升趨勢，其中‘青薯9號’株高的增速大于‘大西洋’，且測定期內(nèi)株高持續(xù)增加，‘大西洋’葉面積快速擴(kuò)增期的擴(kuò)增速度高于‘青薯9號’，故其單葉葉面積大于‘青薯9號’，但隨灌水量降低，2個品種株高和葉面積的增速下降，而‘青薯9號’的降幅小于‘大西洋’。說明本試驗所用‘青薯9號’品種的地上部生長旺盛，其在本試驗立地環(huán)境下生育期達(dá)150 d時（9月17日），植株葉色仍呈綠色，加之該品種在輕度虧缺灌溉下，株高和葉面積的擴(kuò)增未受顯著抑制，且播后第71、87、103天的株高還高于正常灌水處理，表明‘青薯9號’具有很好抗旱性，其抗旱性優(yōu)于‘大西洋’。本研究還發(fā)現(xiàn)，‘青薯9號’不同處理下的莖粗隨生育期進(jìn)程的推進(jìn)均持續(xù)增粗，這與侯賢清等[17]的研究結(jié)論不同，他們認(rèn)為‘青薯9號’塊莖形成期莖粗達(dá)最高值，中后期逐漸降低，應(yīng)該是不同的試驗立地環(huán)境所致。他們的試驗為自然降雨條件下的密度試驗，試驗?zāi)甑钠骄涤炅繛?38.3 mm（2015年）和246.8 mm（2016年），該雨量較當(dāng)?shù)囟嗄昶骄涤炅糠謩e低了7.5%和32.5%，加之降雨分配不均，特別是2016年開花期的降雨為無有效降雨補(bǔ)充（階段降雨量僅4.2 mm），導(dǎo)致開花期土壤貯水量降幅較大，說明該試驗地的土壤水分供應(yīng)量不僅嚴(yán)重不足，且分配不均，無法滿足具有旺盛生長力品種‘青薯9號’對水分的大量需求。與本試驗密度基本相同下（52 500株/hm2），‘青薯9號’株高和莖粗最高值均出現(xiàn)在塊莖形成期，但株高僅為70.1 cm（2015年）和54.5 cm（2016年），過少的綠葉面積導(dǎo)致較低的產(chǎn)量，故試驗?zāi)甑漠a(chǎn)量分別僅為27 787.5 kg/hm2（2015年）和15 705.4 kg/hm2（2016年）。由此可見，該試驗出現(xiàn)株高和主莖粗度在塊莖形成期后降低是水分供應(yīng)不足，且不均衡所致，并非品種特性。

馬鈴薯塊莖產(chǎn)量是以干物質(zhì)積累為基礎(chǔ)，干物質(zhì)積累量及其在各器官的分配直接影響塊莖的產(chǎn)量[13]。賈立國等[28]認(rèn)為，塊莖形成期土壤相對含水量為75%時，干物質(zhì)積累最多，60%次之，45%最少；秦軍紅等[13]認(rèn)為在總灌水量（120 mm）一致情況下，適宜頻次的滴灌（8 d滴1次，每次滴灌量20 mm），植株各器官和總干物質(zhì)積累量均最優(yōu)（除出苗后第64天時的積累量）。本研究結(jié)論與上述作者基本一致，即正常灌水較不同程度虧缺灌溉的干物質(zhì)積累量多，但隨灌水量的下降，各器官干質(zhì)量積累值呈顯著下降趨勢，且‘青薯9號’的降幅小于‘大西洋’。本研究還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)水分呈特嚴(yán)重虧缺狀態(tài)下，播后第120天，‘大西洋’塊莖干質(zhì)量低于播后第87天的干質(zhì)量，表明為了抵抗嚴(yán)重的水分虧缺，植株地上部和地下部均在爭奪水分，從而消耗貯存在塊莖中的干質(zhì)量，以維持其生命活動。比較播后第120天時各處理塊莖干質(zhì)量分配比例后還發(fā)現(xiàn)，，‘青薯9號’干質(zhì)量分配比例僅是‘大西洋’的53.41%～69.27%，表明此時‘青薯9號’的干物質(zhì)還有許多未從莖葉回流至塊莖，從這個角度也可確定‘青薯9號’的熟期遲于‘大西洋’，故應(yīng)盡量延長‘青薯9號’生長時間，確保塊莖獲得高的干物質(zhì)積累。

葉片失水是植株遇到干旱最直觀的反應(yīng)，葉片相對含水量是指示葉片保水力常用的指標(biāo)，其反映了水分供給葉組織和轉(zhuǎn)運(yùn)率的平衡狀態(tài)[6,29]。Soltys-Kalina 等[6]利用葉片相對含水量指標(biāo)評價了18個馬鈴薯品種，認(rèn)為水分脅迫下葉片相對含水量降低最少的品種，是優(yōu)良抗旱品種；劉素軍等[30]認(rèn)為，馬鈴薯葉片相對含水量隨脅迫時間延長呈逐漸降低的變化趨勢，土壤含水率越低，其值下降幅度越大。本研究與上述作者研究結(jié)論一致，即虧缺灌溉下的葉片相對含水量較正常灌水均下降，并隨處理時間延長，下降幅度增加，且‘青薯9號’的降幅小于‘大西洋’，表明‘青薯9號’的抗旱性優(yōu)于‘大西洋’。

干旱時無法及時補(bǔ)水或補(bǔ)充水分太少，馬鈴薯遭受水分脅迫不能正常生長發(fā)育，最終導(dǎo)致顯著減產(chǎn)[4-16]。Alva 等[10]認(rèn)為，整個生育期灌水量下降14%～20%，馬鈴薯可減產(chǎn)7%～28%；Karam 等[12]認(rèn)為，薯塊膨大期（播后第75天開始）停止灌溉2周，可減產(chǎn)12%，塊莖成熟期（播后第90天開始）停止灌溉2周，減產(chǎn)則達(dá)42%，因此，塊莖成熟期對水分的虧缺更敏感；李燕山等[14]認(rèn)為，膜下滴灌條件下，不同灌水量下馬鈴薯水分利用效率隨灌水量增加呈降低趨勢，產(chǎn)量和耗水量隨灌水量增加而增加；薛道信等[15]認(rèn)為，塊莖形成期輕度水分虧缺（0～60 cm土層土壤相對含水量為55%～65%），盡管產(chǎn)量略有下降，但其水分利用效率、灌水利用效率與收獲指數(shù)均最優(yōu)，水分虧缺影響馬鈴薯各生育階段耗水量，且虧缺程度越大，生育階段消耗的水量減少越明顯。本研究支持薛道信等的觀點，即高的灌水效率（130.70%～209.18%）下，‘青薯9號’可獲得高的產(chǎn)量（53 438～79 463 kg/hm2），且輕度虧缺灌溉還具補(bǔ)償作用，即單株結(jié)薯數(shù)和公頃產(chǎn)量最高，其較正常灌水分別增加22.79%和11.71%，水分利用效率提高1.41倍、灌水效率提高1.60倍、抗旱系數(shù)為1.12，這與Alva 等[10，12]]的研究結(jié)論不同。Alva 等[10]認(rèn)為整個生育期815～843 mm的總灌水量降低14%～20%，品種‘Ranger Russet’和‘Umatilla Russet’產(chǎn)量就減少7%～28%；Karam 等[12]認(rèn)為整個生育期638.3 mm的總灌水量，在塊莖膨大期和成熟期分別停灌2周，品種‘Agria’產(chǎn)量就減少12%和42%，究其原因是因為他們研究時使用的品種對水分十分敏感且需水量很大所致，本研究使用的品種‘大西洋’也存在隨灌水量下降，產(chǎn)量和大薯率顯著下降情況，說明需水量大的此類品種生育期間應(yīng)保證充足水分供給，不宜虧缺灌溉。本研究還發(fā)現(xiàn)，水分利用效率隨灌水量的下降呈先升高后降低再升高的變化趨勢，與樊廷錄等[22]以玉米為試驗材料所獲得的研究結(jié)論是一致的，但與李燕山等[14]結(jié)論（水分利用效率隨灌水量增加呈降低趨勢）不同，其原因可能是，文獻(xiàn)[14]與本文的試驗種植季節(jié)、栽培模式、品種類型和自然降雨環(huán)境不同。此外，隨著干旱程度加劇，根層土壤儲水量持續(xù)下降，加之>40～60 cm根區(qū)土壤儲水量最低，十分有限的滴灌水分被保留在根群分布土層，被植株吸收利用，確保其獲得一定產(chǎn)量，故從此角度來看，馬鈴薯又可被稱為抗旱植物。

4 結(jié) 論

本研究在大田遮雨棚滴灌下，利用不同灌水量（正常灌水，輕度、中度、重度和特重度虧缺灌水）對2個馬鈴薯品種（‘青薯9號’和‘大西洋’）的生長、葉片相對含水量、生物量與分配、產(chǎn)量與構(gòu)成因素、水分利用進(jìn)行了研究，獲得的主要結(jié)論如下：

1）正常灌水下，‘青薯9號’株高增速大于‘大西洋’，且測定期內(nèi)持續(xù)增加，但‘大西洋’葉面積快速擴(kuò)增期的擴(kuò)增速度高于‘青薯9號’，故其單葉葉面積大于‘青薯9號’；2個品種的株高增速、葉面積快速擴(kuò)增期的擴(kuò)增速度、葉片相對含水量均隨灌水量的下降而降低，但‘青薯9號’降幅小于‘大西洋’。

2）正常灌水下植株各器官干質(zhì)量積累量最多，隨灌水量下降，各器官干質(zhì)量積累呈下降趨勢，但‘青薯9號’降幅小于‘大西洋’；特重度缺水處理下，播后第120天的‘大西洋’塊莖干質(zhì)量低于播后第87天的干質(zhì)量，此時各處理下‘大西洋’塊莖干質(zhì)量分配比例為76.01%～87.36% ，‘青薯9號’僅為40.60%～60.51%。

3）隨灌水量下降，灌水效率呈先升高后降低趨勢，高的灌水效率（130.70%～209.18%）下，‘青薯9號’可獲得高的產(chǎn)量（53 438～79 463 kg/hm2），且輕度虧缺灌溉具補(bǔ)償效應(yīng)，即較正常灌水增產(chǎn)11.71%、水分利用效率提高1.41倍、灌水效率提高1.60倍、抗旱系數(shù)為1.12，‘大西洋’與之不同，其隨灌水量下降，產(chǎn)量和大薯率顯著下降，無補(bǔ)償效應(yīng)。

綜上所述，‘青薯9號’抗旱性優(yōu)于‘大西洋’，其適宜輕度虧缺灌溉，‘大西洋’則應(yīng)充足灌水，不宜虧缺灌溉。

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Effects of deficit irrigation on growth, yield and water use of potato plants

Cao Zhengpeng1, Liu Yuhui1, Zhang Xiaojing2, Shen Baoyun3, Qin Shuhao1, Liu Zhen1, Wang Li4, Li Chaozhou4, Zhang Junlian1※

(1. Gansu Key Laboratory of Crop Genetic and Germplasm Enhancement/College of Horticulture of Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, China; 2. Dingxi Academy of Agricultural Sciences, Dingxi, 743000, China; 3. Gansu Tiaoshan Institute ofAgricultural and Forestry Sciences, Jingtai 730400, China; 4. College of Life Sciences and Technology, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, China)

In order to analyze the response of potato varities to water decifit and investigate the differences of potato varities in water demand,the potato varieties ‘Qingshu 9’ and ‘Atlantic’ were treated under five water treatments by referring to the annual average rainfall in the northwest and the experimental area, which was normal irrigation (A) according to the annual average rainfall in the experimental area, and mild (B), moderate (C), severe (D) and extremely severe (E) by level-adjusting deficit irrigation to study the effects of irrigation amounts on plant growth (plant height, stem diameter, leaf area), biomass and its distribution in organs, leaf relative water content, yield and its component, and water use under drip irrigation condition with rainproof shelter in field. The results showed that compared with deficit irrigation, plant height growth rate and leaf area expansion rate of the two varieties under normal irrigation condition were faster . The growth rate of ‘Qingshu 9’ was higher than that of ‘Atlantic’, and it continued to increase during measuring period , whereas the leaf area of 'Atlantic' is 1.72 times larger than that of ‘Qingshu 9’ on the 71stday after sowing, so its single leaf area is larger than ‘Qingshu 9’. During the measured period, the changing trends of organ dry matter of two varieties were not consistent under normal irrigation, the dry matter of all organs of 'Atlantic' increased, whereas the dry matter of stems, leaves and root of ‘Qingshu 9’ increased in the early period and decreased in the late period, the tuber dry matter increased significantly (<0.05), the distribution ratio of tuber biomass of ‘Qingshu 9’ was 57.96%, of which, the 'Atlantic' was 85.96% on the 120thday after sowing, indicated that there was still dry matter maintained in stems and leaves rather than in tubers of ‘Qingshu 9’ at this period, which implies its maturity was later than ‘Atlantic’. The trend of leaf relative water content of two varieties was increased and then decreased under normal irrigation. The number of tuber and yield per plant, yield per hectare, the rate of large tuber of ‘Atlantic’ were significantly higher (<0.05) under normal irrigation compared with deficit irrigation, while the large tuber rate of ‘Qingshu 9’ were significantly higher (<0.05), and the number of tuber and yield per plant, yield per hectare were significantly lower (<0.05) under normal irrigation compared with mild irrigation, the yield is 92.49% higher than that of 'Atlantic', its water use efficiency (WUE) and irrigation efficiency (IE) are 152.62 kg/(hm2·mm) and 130.70% respectively. With the increase of water deficit, the inhibition of plant height, stem diameter and leaf area expansion of ‘Atlantic’ was greater than that of ‘Qingshu 9’, decrease of leaf relative water content of ‘Qingshu 9’ was less than that of ‘Atlantic’. The accumulation rate and absolute value of biomass of two varieties were reduced, resulting in the yield and large tuber rate were significantly decreased (<0.05), of which the decreasing range of ‘Qingshu 9’ was smaller than that of ‘Atlantic’, under extremely severe deficit irrigation, the dry matter of 'Atlantic' at the 120thday after sowing was even lower than that at the 87thday after sowing. Under mild deficit irrigation, the number of tuber per plant and yield per hectare of ‘Qingshu 9’ showed compensatory effect, which were 22.79% and 11.71% higher than that under normal irrigation, WUE increased 41.48%, IE increased 60.05% and drought coefficient is 1.12. The results showed that ‘Qingshu 9’ is more resistant to drought than ‘Atlantic’, the exuberant aboveground growth of ‘Qingshu 9’ can be inhibited under mild deficit irrigation, which is conducive to tuber formation and expansion, on the contrary, ‘Atlantic’ should by supplied with sufficient water during the growth period.

irrigation; crops; deficit irrigation; water use; potato; growth; yield

曹正鵬，劉玉匯，張小靜，沈?qū)氃疲厥婧?，?震，王 麗，李朝周，張俊蓮. 虧缺灌溉對馬鈴薯生長產(chǎn)量及水分利用的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2019，35(4)：114－123. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.04.014 http://www.tcsae.org

Cao Zhengpeng, Liu Yuhui, Zhang Xiaojing, Shen Baoyun, Qin Shuhao, Liu Zhen, Wang Li, Li Chaozhou, Zhang Junlian. Effects of deficit irrigation on growth, yield and water use of potato plants[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(4): 114－123. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.04.014 http://www.tcsae.org

2018-09-19

2019-02-10

國家馬鈴薯產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系專項資金（CARS-09-P14）；國家自然科學(xué)基金（31760407）；甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)“伏羲人才”基金（GAUFX-02Y04）聯(lián)合資助。

曹正鵬，研究方向為蔬菜栽培生理。Email：1732023868@qq.com

張俊蓮，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事馬鈴薯栽培生理研究。Email：zhangjunlian77@163.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2019.04.014

S275.6; S532

A

1002-6819(2019)-04-0114-10