高恩基,張永勝,李虹彩
(定西市水利科學(xué)研究所,甘肅 定西 743000)
因光、雨、熱資源與馬鈴薯塊莖膨大期相吻合、耕地資源充裕肥沃,定西市具有種植高淀粉型和優(yōu)質(zhì)商品型馬鈴薯的天然條件[1]。近年來(lái),隨著農(nóng)業(yè)節(jié)水型社會(huì)的建設(shè)和發(fā)展,膜下滴灌、溝灌等灌溉技術(shù)在馬鈴薯種植中得到了推廣應(yīng)用,但由于缺乏對(duì)馬鈴薯灌溉技術(shù)的系統(tǒng)研究,灌溉在馬鈴薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的作用發(fā)揮還不夠,特別是灌溉技術(shù)與種植方式不吻合,灌溉水量與馬鈴薯生育期需水關(guān)鍵期不符合等問(wèn)題,造成馬鈴薯產(chǎn)量下降、水分利用效率降低[2]。為明確滴灌、溝灌、畦灌等不同補(bǔ)灌方式對(duì)馬鈴薯生長(zhǎng)特征及水分利用效率的影響,在甘肅定西地區(qū)進(jìn)行馬鈴薯不同補(bǔ)灌技術(shù)大田試驗(yàn),探討馬鈴薯在滴灌、溝灌、畦灌補(bǔ)灌方式下,生育期內(nèi)農(nóng)田相對(duì)土壤含水率為60%~75%時(shí),不同補(bǔ)灌方式對(duì)馬鈴薯生長(zhǎng)特征及水分利用效率的影響,為定西地區(qū)馬鈴薯灌溉體系建設(shè)和有限灌溉水資源高效利用提供科學(xué)依據(jù)和生產(chǎn)指導(dǎo)。
試驗(yàn)安排在定西市灌溉試驗(yàn)站西川試驗(yàn)基地進(jìn)行,試驗(yàn)區(qū)距定西市區(qū)2 km,海拔1 958 m,屬中溫帶干旱、半干旱氣候區(qū)。年平均日照2 500 h,年均氣溫6.3 ℃,極端最高氣溫34.3 ℃,極端最低氣溫-27.1 ℃,無(wú)霜期141 d,平均年降水量370 mm,多集中在秋季,年平均蒸發(fā)量高達(dá)1 500 mm。土壤以黃棉土為主,有機(jī)質(zhì)含量1.5%。
試驗(yàn)設(shè)計(jì):試驗(yàn)設(shè)膜下滴灌、畦灌、壟作溝灌3個(gè)灌溉處理。畦灌采用小畦不覆膜灌溉方式,畦塊長(zhǎng)10 m,寬4 m,行距0.5 m,株距0.3 m;溝灌采用人工起壟,壟上覆膜,溝斷面為三角形,上口寬0.4 m,溝深0. 2 m,灌水溝長(zhǎng)10 m,壟寬0.6 m,壟上種植2行馬鈴薯, 行距0.5 m,株距0.3 m;滴灌在播種前安裝滴灌主管、支管、 控制閥等設(shè)備,覆膜前每2行馬鈴薯中間鋪設(shè)1根滴灌帶, 行距0.5 m,株距0.3 m。所有灌溉處理重復(fù)3次,馬鈴薯種植密度均為67 500 株/hm2左右。
馬鈴薯生育期劃分:試驗(yàn)用馬鈴薯品種為大西洋脫毒原種,該品種馬鈴薯有長(zhǎng)勢(shì)強(qiáng)、產(chǎn)量高、耐儲(chǔ)藏運(yùn)輸、適宜西北干旱地區(qū)種植等特點(diǎn)。按照《灌溉試驗(yàn)規(guī)范》[3],并結(jié)合當(dāng)?shù)刈魑飳?shí)際生育進(jìn)程,馬鈴薯生育期劃分為:幼苗期、塊莖形成期、塊莖膨大期和淀粉積累期4個(gè)生育階段。所有試驗(yàn)小區(qū)馬鈴薯于2018年5月15日點(diǎn)播,6月4日出苗率達(dá)到90%以上,進(jìn)入幼苗期(19 d),6月23日進(jìn)入塊莖形成期(19 d),7月12日進(jìn)入塊莖膨大期(30 d),8月12日進(jìn)入淀粉積累期(49 d),9月28日采收,整個(gè)生育期117 d。
主要觀試項(xiàng)目及測(cè)試方法:馬鈴薯耐旱性較強(qiáng),在南方地區(qū),馬鈴薯相對(duì)土壤含水率 50%~60%已屬充足供水,70%供水稍過(guò)量[4]。該試驗(yàn)基地地處干旱的西北黃土高原區(qū),田間持水率24%。結(jié)合當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐,相對(duì)土壤含水率 60%~75%為充足供水。3種灌溉方式下均控制生育期內(nèi)土壤相對(duì)含水量下限,為60%。具體辦法是每隔5天用土鉆取樣烘干法測(cè)定土壤水分,當(dāng)土壤水分含量接近或低于到控制下限時(shí)即進(jìn)行灌水。該試驗(yàn)基地土壤密度平均值1.5 g/cm3,生育期內(nèi)控制土壤水分含量的上限為18%、下限為14.4%。土壤濕潤(rùn)比:畦灌為1、溝灌為0.8、滴灌為0.6;計(jì)劃濕潤(rùn)層深度:畦灌為1 m、溝灌為1 m、滴灌為0.6 m;凈灌水定額:畦灌為54 mm、溝灌為37.5 mm、滴灌19.5 mm。
(1)土壤水分測(cè)定:用土鉆在小區(qū)首尾取樣用烘干法測(cè)定,測(cè)定深度為1 m,分六層,即0、10、20、40、60、80、100 cm。
(2)葉面積的測(cè)定。在每個(gè)生育期的開(kāi)始、中間、末尾在試驗(yàn)小區(qū)內(nèi)選擇具有平均長(zhǎng)勢(shì)水平的植株5株,用剪紙稱(chēng)重法測(cè)葉面積,再計(jì)算葉面積指數(shù)。
(3)株高、莖粗測(cè)定。苗期初、各生育期末,各處理選擇有平均長(zhǎng)勢(shì)的馬鈴薯30株記錄株高、莖粗。株高測(cè)定時(shí),從莖部地面處至頂部第一片展開(kāi)葉片的拉直高度。莖粗測(cè)定時(shí),用游標(biāo)卡尺測(cè)定距地面2 cm處的數(shù)值。
(4)主根長(zhǎng)測(cè)定。采用開(kāi)挖取樣法,在苗期初、各生育期末,各處理選擇有平均長(zhǎng)勢(shì)的馬鈴薯5株開(kāi)挖取樣,開(kāi)挖面積為0.25~0.5 m2,深度1 m,用水沖洗干凈,挑去雜質(zhì),記錄長(zhǎng)度。
(5)干物質(zhì)測(cè)定。地上干物質(zhì)測(cè)定時(shí),在各處理小區(qū)取有代表性的植株3株,然后將各處理的植株樣品用紙包好,并寫(xiě)上處理編號(hào),然后先將樣品放在100~110 ℃烘箱中15~20 min,使植物組織迅速停止生理活動(dòng),再降至80 ℃左右烘至恒重。根系干物質(zhì)測(cè)定。選取測(cè)地上部干物量的植株處,在一定面積的地方開(kāi)始往下開(kāi)挖根系,每20 cm一層,每層的土和根用塑料袋裝好,并編好號(hào),然后依次往下挖掘,直到挖至沒(méi)有根的土層。取好樣后,把樣品放在土篩里揀出根來(lái),再把根洗凈放入編好號(hào)的大信封中,再按上述的方法把根系烘干稱(chēng)重。
(6)考種:收獲前在各小區(qū)中間取樣10株進(jìn)行考種,記錄單株果數(shù)、單果重、縱徑、橫徑。
2.1.1 不同補(bǔ)灌方式對(duì)馬鈴薯株高的影響
不同補(bǔ)灌方式,從幼苗期到塊莖膨大期,株高呈持續(xù)上升趨勢(shì)。在塊莖形成和塊莖膨大前期增長(zhǎng)速度最快,進(jìn)入淀粉積累期后趨于穩(wěn)定或略有下降,日增長(zhǎng)率呈現(xiàn)出生育前期先升高生育后期再下降的單峰規(guī)律(圖1)。
圖1 不同補(bǔ)灌方式馬鈴薯生育期株高變化Fig.1 Variation of plant height in potato growth period by different irrigation methods
在苗初期,不同處理株高差異不顯著(P>0.05);在幼苗期末和塊莖形成期初,不同處理株高開(kāi)始有明顯差異,滴灌處理株高達(dá)11.67 cm,較溝灌處理高0.46 cm,較畦灌處理高1.28 cm,差異顯著(P<0.05);在塊莖形成期末和膨大期初,不同處理株高差異更加明顯,滴灌處理株高達(dá)39.77 cm,較溝灌處理高0.64 cm,較滴灌處理高5.03 cm,溝灌與滴灌處理差異顯著(P<0.05),溝灌、滴灌與畦灌處理差異極顯著(P<0.01);在淀粉積累期,植株株高不再增加,但受前期生長(zhǎng)差異影響,不同處理株高之間的差異仍然極顯著(P<0.01)(表1)。
2.1.2 不同灌溉方式對(duì)馬鈴薯徑粗的影響分析
不同補(bǔ)灌方式,莖粗變化趨勢(shì)與株高變化趨勢(shì)基本一致(圖2),從幼苗期到塊莖膨大期呈持續(xù)上升趨勢(shì),在塊莖形成和塊莖膨大前期莖粗增長(zhǎng)速度最快,進(jìn)入淀粉積累期后趨于穩(wěn)定或略有下降,日增長(zhǎng)率亦呈現(xiàn)生育前期先升高生育后期再下降的單峰規(guī)律。
表1 不同補(bǔ)灌方式馬鈴薯生育期株高差異分析 cm
注:不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05),不同大寫(xiě)字母表示差異極顯著(P<0.01)。
圖2 不同補(bǔ)灌方式馬鈴薯生育期徑粗變化Fig.2 Crude changes in the growth period of potato by different irrigation methods
在苗初期,不同處理莖粗差異不顯著(P>0.05);在幼苗期末和塊莖形成期初,不同處理莖粗開(kāi)始有明顯差異,在塊莖形成期末和膨大期初,不同處理差異更加明顯,在淀粉積累期,植株莖粗不再增加,但受前期生長(zhǎng)差異影響,不同處理莖粗之間的差異仍然極顯著(P<0.01)(表2)。
表2 不同補(bǔ)灌方式馬鈴薯生育期莖粗差異分析 mm
注:不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05),不同大寫(xiě)字母表示差異極顯著(P<0.01)。
2.1.3 不同補(bǔ)灌方式對(duì)馬鈴薯葉面積的影響
在塊莖膨大末期前,不同補(bǔ)灌方式生育期葉面積與株高、莖粗變化趨勢(shì)一致,在塊莖形成和塊莖膨大前期葉面積增長(zhǎng)速度最快,在塊莖膨大期達(dá)到高峰。進(jìn)入淀粉積累期后,受葉片衰老、枯黃脫落、病蟲(chóng)害等因素影響而急劇下降,呈單峰發(fā)展規(guī)律(圖3)。
圖3 不同補(bǔ)灌方式馬鈴薯生育期葉面積變化Fig.3 Change of leaf area in potato growth period by different irrigation methods
通過(guò)分析葉面積指數(shù),不同處理葉面積指數(shù)在苗初期無(wú)顯著差異(P>0.05);在苗期末,滴灌處理葉面積指數(shù)達(dá)1.65,較溝灌高0.76,較畦灌高0.87,差異極顯著(P<0.01),畦灌、滴灌處理間有差異,但不顯著(P>0.05);在塊莖形成期、膨大期,各處理間葉面積指數(shù)極顯著(P<0.01),其中滴灌處理葉面積指數(shù)最高,達(dá)3.62,較溝灌處理高1.23,較畦灌處理高4.12;淀粉積累后期,葉面積指數(shù)急劇下降。其中滴灌處理下降了92.8%,溝灌處理下降了85.7%,畦灌處理下降了82.2%,各處理間,溝灌與滴灌、畦灌處理間差異極顯著(P<0.01),滴灌與畦灌處理間差異不顯著(P>0.05)(表3)。
表3 不同補(bǔ)灌方式馬鈴薯生育期葉面積指數(shù)差異分析Tab.3 Differential analysis of leaf area index in potato growth period by different irrigation methods
注:不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05),不同大寫(xiě)字母表示差異極顯著(P<0.01)。
2.1.4 不同補(bǔ)灌方式對(duì)馬鈴薯根系生長(zhǎng)的影響
不同補(bǔ)灌方式生育期根長(zhǎng)在苗期至塊莖膨大期與株高、莖粗、葉面積變化趨勢(shì)一致,在塊莖形成和塊莖膨大前期主根伸長(zhǎng)的速度最快。不同的是,根長(zhǎng)在進(jìn)入淀粉積累期后仍有增長(zhǎng),但伸長(zhǎng)速度放緩,在生育期末達(dá)到最大值(圖4)。各處理主根長(zhǎng)在整個(gè)生育期內(nèi)與播種后的天數(shù)之間呈對(duì)數(shù)關(guān)系,擬合方程為:
溝灌:y= 12.227ln(x) + 8.832 5R2= 0.978 4
(1)
滴灌:y= 10.661ln(x) + 9.015 3R2= 0.977 5
(2)
畦灌:y= 10.138ln(x) + 8.132 7R2= 0.988 5
(3)
式中:y為根系長(zhǎng)度,cm;x為播種后的天數(shù),d。
抑郁性人格障礙主要表現(xiàn)為情緒低落,精神不振,沉默寡言,對(duì)自己評(píng)價(jià)過(guò)低,對(duì)周?chē)h(huán)境估計(jì)過(guò)高,總是內(nèi)疚自責(zé),對(duì)一切不感興趣,對(duì)生活充滿(mǎn)悲觀色彩等。具有這種人格障礙傾向的個(gè)體常常表現(xiàn)為極端不自信,對(duì)于網(wǎng)絡(luò)中他人的批評(píng)非常敏感,在很多時(shí)候,他們會(huì)盡量選擇逃避以避免他人的批評(píng)。他們?yōu)榱吮苊獍l(fā)生難堪的局面而限制自己的瀏覽活動(dòng),只對(duì)確信能夠鼓勵(lì)和支持自己的人進(jìn)行網(wǎng)上互動(dòng),并有較低的自尊。在網(wǎng)上聊天時(shí)經(jīng)常具有的思維是“我希望所有的人都不討厭我,但我想其實(shí)一切都未可知”“我必須盡量避免令人不愉快的回復(fù)出現(xiàn)”等等。
圖4 不同補(bǔ)灌方式馬鈴薯生育期根長(zhǎng)變化Fig.4 Change of root length in potato growth period by different irrigation methods
在苗初期,各處理根長(zhǎng)為8 cm左右,主根長(zhǎng)度的差異不顯著(P>0.05);苗期末,不同處理根長(zhǎng)分別為:溝灌17.5 cm,滴灌16.9 cm,畦灌15.7 cm(各處理間差異顯著(P<0.05),占生育期內(nèi)根長(zhǎng)總伸長(zhǎng)量的比例分別為49.7%、52.1%、50.9%,苗期是根系伸長(zhǎng)最快的時(shí)期。隨著生育期推進(jìn),根長(zhǎng)伸長(zhǎng)速率逐步放緩,處理間差異極極顯著(P<0.01),在各個(gè)生育期末,溝灌處理根系最長(zhǎng)(表4)。
表4 不同補(bǔ)灌方式馬鈴薯生育期根長(zhǎng)差異分析 cm
注:不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05),不同大寫(xiě)字母表示差異極顯著(P<0.01)。
2.2.1 不同補(bǔ)灌方式對(duì)馬鈴薯營(yíng)養(yǎng)器官干物質(zhì)積累的影響
結(jié)合馬鈴薯葉、莖、根系在生育期內(nèi)的變化趨勢(shì),選擇在塊莖形成期末期測(cè)定馬鈴薯各營(yíng)養(yǎng)器官的干物質(zhì)積累情況。在塊莖形成期末期,馬鈴薯還未全面進(jìn)入到生殖生長(zhǎng)階段前,不同處理干物質(zhì)在葉、莖、根部的積累量全部表現(xiàn)為葉>莖>根(圖5、圖6)。
圖5 不同補(bǔ)灌方式馬鈴薯塊莖形成期干物質(zhì)積累情況Fig.5 Accumulation of dry matter during tuber formation of potato by different irrigation methods
圖6不同補(bǔ)灌方式馬鈴薯塊莖形成期各營(yíng)養(yǎng)器官干物質(zhì)積累比例Fig. 6 Proportion of dry matter accumulation of different vegetative organs during tuber formation of potato by different irrigation methods
分析馬鈴薯塊莖形成期末不同處理各營(yíng)養(yǎng)器官干物質(zhì)積累差異情況。此時(shí)期葉、莖、根系干物質(zhì)積累差異達(dá)顯著水平(p<0.05)以上。其中葉片在滴灌處理下干物質(zhì)積累最高,達(dá)23.21 g,較溝灌處理高5.57 g,較畦灌處理高8.86 g,差異極顯著(p<0.01);莖在滴灌處理下干物質(zhì)積累亦最高,達(dá)20.48 g,較溝灌處理高10.74 g,較畦灌處理高14.57 g,差異極顯著(p<0.01);而根系在溝灌處理下干物質(zhì)積累最高,達(dá)3.94 g,較滴灌處理高0.5 g[差異顯著(p<0.05)],較畦灌處理高2.08 g[差異極顯著(p<0.01) ](表5)。
表5 不同補(bǔ)灌方式馬鈴薯塊莖形成期干物質(zhì)積累差異分析 g
注:不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05),不同大寫(xiě)字母表示差異極顯著(P<0.01)。
2.2.2 不同補(bǔ)灌方式對(duì)馬鈴薯根冠比的影響
表6 不同補(bǔ)灌方式馬鈴薯塊莖形成期根冠比差異分析Tab.6 Difference analysis of root crown ratio of potato tuber in different irrigation modes
注:不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05),不同大寫(xiě)字母表示差異極顯著(P<0.01)。
在同一土壤水分水平下,溝灌方式的產(chǎn)量高于滴灌的產(chǎn)量,畦灌方式下,馬鈴薯的產(chǎn)量下降顯著。從水分利用效率來(lái)看,滴灌比溝灌處理的水分利用效率高出87.69%。畦灌方式由于棵間蒸發(fā)量大,灌溉方式使土壤板結(jié)、通氣性差,進(jìn)而影響根系對(duì)水分和養(yǎng)分的吸收,影響作物地下和地上部分的生長(zhǎng),影響產(chǎn)量形成,并最終影響作物的水分利用效率,是不可取的灌溉方式(表7)。
表7 不同灌溉方式的水分利用效率Tab.7 Water use efficiency in different irrigation modes
李小利,李昊儒等[5]通過(guò)小麥試驗(yàn),滴灌可促進(jìn)葉片生長(zhǎng),開(kāi)花期滴灌能減緩小麥葉面積指數(shù)下降速率,增加干物質(zhì)積累速率。本研究結(jié)果表明,滴灌補(bǔ)灌方式對(duì)馬鈴薯莖粗、株高、葉面積影響較大,在生育期內(nèi)與溝灌、畦灌處理差異顯著,能顯著提高各營(yíng)養(yǎng)器官的干物質(zhì)積累量,這與其他研究結(jié)果相一致。但與竇超銀,孟維忠等[6]在風(fēng)沙土玉米地下滴灌技術(shù)田間應(yīng)用試驗(yàn)研究中地下滴灌有利于延緩葉片衰老的結(jié)論不一致。本研究結(jié)果中表明,滴灌補(bǔ)灌方式馬鈴薯新葉發(fā)展速率明顯大于溝灌和畦灌處理,而后期枯葉的數(shù)目又明顯多余其他兩個(gè)處理。分析原因,主要是因?yàn)槟は碌喂軛l件下,葉面積指數(shù)較大,作物葉片的蒸騰作用強(qiáng),區(qū)域小環(huán)境空氣濕度高,病蟲(chóng)害等因素對(duì)馬鈴薯葉片脫落的影響大所致。
根系活力是根系生理特性的重要指標(biāo),根系活力高,根系就能更多的吸收水分和養(yǎng)分供地上部分生長(zhǎng)。水分脅迫會(huì)使冬小麥根系活力有所降低[7,8],在各種環(huán)境脅迫因子中干旱對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量造成的損失最大[9]。關(guān)于灌溉方式對(duì)馬鈴薯根系和水分利用效率影響的研究不多,劉素軍,孟麗麗等[10]在馬鈴薯對(duì)塊莖形成期水分脅迫及脅迫后復(fù)水的生理響應(yīng)研究的結(jié)果表明,田間持水率的75%~85%處理下馬鈴薯各項(xiàng)生理指標(biāo)變化幅度較小,且產(chǎn)量最高,表明75%~85%為塊莖形成期適宜含水率;高于或低于75%~85%,都會(huì)造成葉片相對(duì)含水率、SPAD、根系活力降低。張磊,劉景輝等[11]在植物生長(zhǎng)營(yíng)養(yǎng)液對(duì)干旱復(fù)水馬鈴薯根系及光合特性影響的結(jié)果表明,不同干旱脅迫與復(fù)水條件下,植物生長(zhǎng)營(yíng)養(yǎng)液均能有效改善馬鈴薯根系活力及光合特性,根系活力和馬鈴薯產(chǎn)量增加,干旱脅迫下,植物生長(zhǎng)營(yíng)養(yǎng)液對(duì)重度脅迫馬鈴薯產(chǎn)量的增幅最大。本研究結(jié)果表明,溝灌處理受灌溉后水分入滲方式和土壤淺層干旱脅迫的影響,因而能使根系扎根較深。在同一土壤水分水平下,溝灌處理的產(chǎn)量高于滴灌,畦灌處理馬鈴薯產(chǎn)量下降顯著。在水資源許可區(qū)域,采用溝灌補(bǔ)灌方式,可增加馬鈴薯產(chǎn)量,采用滴灌補(bǔ)灌方式可提高水分利用效率。
(1)滴灌補(bǔ)灌方式對(duì)馬鈴薯莖粗、株高、葉面積影響最大。在生育期前期,滴灌處理新葉發(fā)展速率明顯大于溝灌和畦灌處理,而后期枯葉的數(shù)目又明顯多余其他兩個(gè)處理。溝灌方式雖然前期新葉發(fā)展速率較慢,但后期受葉片衰老、枯黃脫落、病蟲(chóng)害等因素的影響較小,對(duì)于后期產(chǎn)量的形成、養(yǎng)分的充分利用極為有利。
(2)由于畦灌、滴灌是將水分直接灌溉到作物根部,而溝灌處理受灌溉后水分入滲方式和土壤淺層干旱脅迫的影響,因而能使根系扎根較深。
(3)在塊莖形成期末,滴灌處理葉面積指數(shù)3.62,較溝灌處理高1.23,較畦灌處理高4.12,因蒸騰作用強(qiáng),對(duì)根系、莖稈莖輸送水分的需求更高,在土壤含水量相同的情況下,莖稈、根系的含水量相比畦灌、溝灌低。在同一土壤水分水平下,溝灌不僅能促進(jìn)馬鈴薯根冠比的增長(zhǎng),使干物質(zhì)分配更加合理,還能增加根系的保水和吸水能力。
(4)在相同的土壤水分水平下,溝灌處理的產(chǎn)量高于滴灌,畦灌處理馬鈴薯產(chǎn)量下降顯著。從水分利用效率看,滴灌比溝灌的水分利用效率高出87.69%。因此在水資源許可的區(qū)域,宜采用溝灌補(bǔ)灌的方式,可顯著提高馬鈴薯產(chǎn)量。在水資源緊缺區(qū)域,采用滴灌補(bǔ)灌的方式,可進(jìn)一步提高水分利用效率。畦灌由于棵間蒸發(fā)量大,且易使土壤板結(jié)、通氣性差,影響產(chǎn)量形成,要在馬鈴薯生產(chǎn)中盡量避免使用。