張 芮，王騰飛，2，張梅花，張永勝，楊昌鈺，陳志丕

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利水電工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；2.平?jīng)鍪修r(nóng)業(yè)科學(xué)院，甘肅 平?jīng)?744000；3.定西市水利科學(xué)研究所，甘肅 定西 743000)

甘肅是我國馬鈴薯生產(chǎn)大省，形成了以中國馬鈴薯之鄉(xiāng)定西等為核心的馬鈴薯優(yōu)勢產(chǎn)區(qū)，其種植面積超過68.25萬hm2，種植效益達(dá)130 億元[1]。但由于該區(qū)域降水量普遍較少，農(nóng)藝節(jié)水與補(bǔ)充灌溉技術(shù)之間匹配不合理，導(dǎo)致馬鈴薯產(chǎn)量和水分利用效率低于世界平均水平[2-3]。為改善干旱缺水對馬鈴薯生產(chǎn)的不利影響，國內(nèi)外學(xué)者開展了馬鈴薯覆蓋保墑技術(shù)[4-5]和補(bǔ)充灌溉技術(shù)研究[6-8]，表明覆膜處理較不覆膜處理可以顯著提高馬鈴薯產(chǎn)量和水分利用效率[9]，膜下滴灌補(bǔ)灌技術(shù)相比漫灌和溝灌，可以顯著增產(chǎn)58.72%，29.80%，提高水分利用效率達(dá)150.23%，34.80%[10]。但目前對于同種灌水技術(shù)下，不同覆膜程度對馬鈴薯產(chǎn)量和水分利用效率的響應(yīng)機(jī)理尚不明確，有待進(jìn)一步研究。

另外，覆膜和補(bǔ)充灌溉通過改變土壤水分狀況，對微生物功能多樣性、微生物數(shù)量產(chǎn)生影響[11-12]，相比溝灌和滲灌，膜下滴灌可使土壤微生物活性處于更高水平；但覆膜滴灌在灌水量為溝灌灌水量的1/2時(shí)，兩者微生物活性基本相似[13]。土壤酶活性也對土壤水分響應(yīng)敏感，適宜的土壤水分條件能提高土壤酸性磷酸酶、轉(zhuǎn)化酶及脲酶活性[14]。滴灌處理下土壤酶活性均顯著高于傳統(tǒng)灌溉和不灌溉，在不同生育期膜下滴灌可以不同程度提高土壤酶活性[15-16]。整體而言，關(guān)于土壤酶活性的研究主要涉及土壤耕作、施肥等領(lǐng)域[17-20]，而覆膜與補(bǔ)灌技術(shù)相結(jié)合的新型農(nóng)藝措施對馬鈴薯土壤酶活性影響研究報(bào)道較少，結(jié)論尚不明確。為此，本試驗(yàn)針對定西半干旱地區(qū)降雨不足而制約馬鈴薯生產(chǎn)的瓶頸問題，開展不同補(bǔ)灌方式與覆膜程度相結(jié)合的綜合節(jié)水灌溉技術(shù)研究，系統(tǒng)分析覆蓋補(bǔ)灌方式對馬鈴薯根際土壤微生物、產(chǎn)量和水分利用效率的影響，綜合評價(jià)提出適合當(dāng)?shù)氐淖罴迅采w補(bǔ)灌方式，為我國半干旱地區(qū)馬鈴薯高效生產(chǎn)提供理論和技術(shù)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

馬鈴薯田間試驗(yàn)于2019年4-9月在甘肅省定西市灌溉試驗(yàn)站西川試驗(yàn)基地(37°52′N，102°50′E，海拔1 958 m)進(jìn)行。該試驗(yàn)基地處于黃土高原西部丘陵區(qū)，屬半干旱區(qū)，年日照時(shí)間為2 500 h，年均氣溫6.3 ℃。該區(qū)域?yàn)榈湫偷挠牮B(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)，多年年均降雨量400 mm，潛在蒸散發(fā)量1 500 mm?？諝庀鄬穸?5.8%，太陽輻射592 kJ/(cm2·a)，無霜期141 d。試驗(yàn)地土壤以黃綿土為主，平均孔隙率為55%，體積比田間持水量為24%，土壤容重平均值為1.5 g/cm3，有機(jī)質(zhì)含量在1.0%～1.5%，試驗(yàn)地生育期氣溫及降雨如圖1。

圖1 試驗(yàn)區(qū)氣溫及降雨變化Fig.1 Temperature and rainfall changes in study area

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以馬鈴薯中薯19號為供試作物，采用人工穴播種植，行距0.5 m，株距0.4 m，種植深度15.0 cm。試驗(yàn)設(shè)灌水方式(I)和覆膜方式(P)2個(gè)影響因子，灌水分為滴灌(ID)、溝灌(IF)、畦灌(IB)及不灌水(IN)4種模式，覆膜方式有全覆膜(PF)、半覆膜(PH)和無膜(PN)3個(gè)水平。設(shè)全覆膜膜下滴灌(PFID)、半覆膜膜下滴灌(PHID)、全覆膜壟作溝灌(PFIF)、無膜壟作溝灌(PNIF)、全覆膜畦田灌水(PFIB)、全覆膜畦田不灌水(PFIBN)6個(gè)覆膜補(bǔ)灌處理，以平作無膜不灌水(PNIN)為對照處理。每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)，隨機(jī)排列，共21個(gè)試驗(yàn)小區(qū)。每個(gè)小區(qū)面積為10.0 m×8.1 m。

全覆膜的栽培行間或溝壟間全部覆蓋寬0.9 m黑色農(nóng)膜，膜間重疊0.1 m；半覆膜用0.9 m寬的地膜覆蓋馬鈴薯栽培行，行間(膜間)留0.1 m寬的露地雨水入滲區(qū)域。滴灌采用“一管一膜二行”模式，滴頭間距30 cm，滴頭流量2 L/h；溝灌(PFIF、PNIF)采用人工起壟，灌水溝橫斷面為梯型，上口寬為0.4 m，溝深0.2 m，溝底坡度為0.4%，壟寬0.6 m，溝壟2行種植，壟栽行間距為0.5 m，株距0.4 m，灌水溝兩頭筑田埂防止灌水流出；畦灌采用畦長10.0 m，寬0.6 m的畦田種植方式，行間距為0.5 m。

參考當(dāng)?shù)毓喔冉?jīng)驗(yàn)和已有研究成果[21]，補(bǔ)充灌溉試驗(yàn)小區(qū)灌水上限設(shè)為75%田間持水率(θf)，下限為55% θf。當(dāng)實(shí)測土壤相對含水率下降至水分控制下限時(shí)即進(jìn)行補(bǔ)充灌溉，滴灌(PFID、PHID)、溝灌(PFIF、PNIF)及畦灌(PFIB、PFIBN)3種灌水處理的灌水定額依次為300，430，540 m3/hm2。

1.3 田間管理

根據(jù)當(dāng)?shù)厥┓式?jīng)驗(yàn)，播前施基肥為史丹利復(fù)合肥830 kg/hm2(N∶P2O5∶K2O為18∶12∶10，總養(yǎng)分≥40%)，干雞糞7 500 kg/hm2，將2種肥料撒于土壤表面，耕地時(shí)一次性翻入土壤，馬鈴薯全生育期不再施肥。試驗(yàn)田各處理的其他農(nóng)藝管理措施均相同。

1.4 樣品采集與測定

1.4.1 土樣采集與前處理 馬鈴薯苗期(6月20日)、塊莖膨大期(7月25日)、淀粉積累期(8月30日)在田間小區(qū)采集土樣。每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取3～6株生長發(fā)育均勻的馬鈴薯，用短柄鐵鏟采集其根域范圍內(nèi)黏附在根系或距根系表面5 mm左右的土壤作為根際土壤，取樣深度為10～20 cm，每1～2株馬鈴薯取一份根際土樣(150 g左右)，每個(gè)小區(qū)各取3份土樣，去除動(dòng)植物殘茬及其他雜物后將3個(gè)點(diǎn)土樣均勻混合為一份土樣(約450 g)，用自封袋封裝并迅速放入保鮮箱帶回實(shí)驗(yàn)室，過2 mm篩，冷藏保鮮于4 ℃冰箱中用以測定土壤酶活性、有機(jī)質(zhì)、有機(jī)碳、微生物量碳氮及水溶性有機(jī)碳等。

1.4.2 土壤生物學(xué)指標(biāo)特性測定 脲酶采用靛酚藍(lán)比色法[22]，過氧化氫酶采用高錳酸鉀滴定法測定[23]；土壤有機(jī)碳(TOC)采用重鉻酸鉀氧化外加熱法[24]測定，水溶性有機(jī)碳(DOC)采用土水比1∶4浸提后采用碳氮聯(lián)合分析儀測定[25]；土壤微生物量氮(MBN)采用氯仿熏蒸-消煮-堿化蒸餾法測定[26]；微生物量碳(MBC)采用0.5 mol/L K2SO4浸提后利用碳氮聯(lián)合分析儀測定[27]。

1.4.3 土壤含水率測定 采用土鉆取土烘干法測定土壤含水率，每隔10 d測定1次，雨前雨后、每個(gè)生育期轉(zhuǎn)折點(diǎn)及補(bǔ)灌處理土壤含水率接近控制下限時(shí)加測。用土鉆分6層取土，深度依次為距地表0～10 cm，10～20 cm，20～40 cm，40～60 cm，60～80 cm，80～100 cm，將其裝入相應(yīng)鋁盒后用烘箱(型號：DHG-9036A)在105 ℃下烘12 h測定每個(gè)土層的含水率。每個(gè)小區(qū)測點(diǎn)數(shù)不少于3個(gè)，膜下滴灌處理(PFID、PHID)沿滴灌帶方向分別取前、中、后3個(gè)測點(diǎn)的膜下土壤；溝灌(PFIF、PNIF)沿溝長方向在灌水濕潤溝、壟上布設(shè)2條測線，在每條測線的上、下游各布設(shè)2個(gè)測點(diǎn)；畦灌(PFIB、PFIBN)沿畦長方向均勻選取3個(gè)測點(diǎn)取土；平作不覆膜不灌水(PNIN)處理在馬鈴薯縱向種植區(qū)域亦均勻選取前、中、后3個(gè)測點(diǎn)取土。

1.4.4 產(chǎn)量測定 每個(gè)小區(qū)中隨機(jī)選取9株馬鈴薯單獨(dú)收獲，記錄其單株結(jié)薯個(gè)數(shù)、單株薯質(zhì)量，大薯(塊莖質(zhì)量大于150 g)、中薯(塊莖質(zhì)量50～150 g)、小薯(塊莖質(zhì)量小于50 g)及商品薯(大薯+中薯)的個(gè)數(shù)，并用電子天平(型號：TP-A1000，精度：0.01 g)稱量其質(zhì)量，并換算小區(qū)產(chǎn)量，折合成公頃標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)量。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)分析軟件分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)，Duncan′s新復(fù)極差法分析顯著性；采用Microsoft Excel 2013進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 覆膜與補(bǔ)充灌溉對馬鈴薯根際土壤學(xué)特性的影響

2.1.1 覆膜與補(bǔ)充灌溉對土壤有機(jī)質(zhì)及有機(jī)碳含量的影響 由圖2所示，在馬鈴薯苗期，根際土壤有機(jī)質(zhì)(TOM)、有機(jī)碳(TOC)含量整體較低，全覆膜畦田灌水PFIB處理TOM、TOC含量顯著(P<0.05)高于其他處理；塊莖彭大期時(shí)，各處理TOM、TOC含量相比苗期變化不大，且處理間無顯著差異；進(jìn)入淀粉積累期，TOM、TOC含量整體呈增加趨勢，其中半覆膜滴灌PHID處理TOM(13.70 g/kg)及TOC(7.64 g/kg)含量最高，較對照PNIN(9.93，5.76 g/kg)分別增加38.0%，32.6%。

同一生育期不同小寫字母代表相應(yīng)處理0.05 水平上差異顯著。PFID、PHID、PFIF、PNIF、PFIB、PFIBN、PNIN分別表示全覆膜膜下滴灌、半覆膜膜下滴灌、全覆膜壟作溝灌、無膜壟作溝灌、全覆膜畦田灌水、全覆膜畦田不灌水和平作無膜不灌水。圖3-4同。

2.1.2 覆膜與補(bǔ)充灌溉對馬鈴薯根際土壤微生物量碳氮的影響 不同覆膜與補(bǔ)充灌溉方式下馬鈴薯根際微生物量碳(MBC)、微生物量氮(MBN)含量如圖3所示，苗期PFID、PNIF 2個(gè)處理的MBC和MBN含量都很高，其MBN值顯著高于對照處理PNIN(P<0.05)。塊莖膨大期，溝灌條件下全覆膜處理PFIF的MBC和MBN含量都顯著高于不覆膜處理PNIF(P<0.05)；滴灌方式下全覆膜處理PFID的MBN含量也顯著高于半覆膜處理PHID(P<0.05)。在淀粉積累期，不灌水處理(PNIN、PFIBN)MBC、MBN含量較高，顯著高于滴灌處理(PFID、PHID)(P<0.05)，說明馬鈴薯生長后期膜下滴灌補(bǔ)充灌溉反而會(huì)降低MBC、MBN含量，減小土壤微生物活性。

圖3 覆膜與補(bǔ)充灌溉對馬鈴薯根際土壤微生物量碳氮的影響Fig.3 Effects of mulching and supplementary irrigation on MBC and MBN in potato rhizosphere

2.1.3 覆膜與補(bǔ)充灌溉對馬鈴薯根際土壤酶活性的影響 各處理馬鈴薯農(nóng)田根際土壤脲酶及過氧化氫酶活性如圖4所示，在苗期，馬鈴薯根際土壤脲酶活性整體較低，且所有覆膜和補(bǔ)灌處理脲酶活性都顯著低于對照PNIN(0.58 mg/g)(P<0.05)，說明在苗期馬鈴薯無膜不灌水處理土壤脲酶活性反而最高。塊莖膨大期土壤脲酶活性顯著增加并達(dá)到生育期峰值，此時(shí)段滴灌半膜覆蓋PHID(0.98 mg/g)和溝灌無膜覆蓋PNIF(0.93 mg/g)處理脲酶活性都顯著高于全膜覆蓋的滴灌(PFID)和溝灌處理(PFIF)；另外，5個(gè)補(bǔ)灌處理(PFID、PHID、PFIF、PNIF、PFIB)脲酶活性均顯著高于2個(gè)不灌水處理(PFIBN、PNIN)。淀粉積累期各處理脲酶活性出現(xiàn)下降趨勢，且滴灌和溝灌補(bǔ)灌條件下半覆膜或不覆膜處理PHID、PNIF脲酶活性顯著高于全覆膜處理PFID(0.65 mg/g)和PFIF(0.72 mg/g)，PFID、PHID、PFIF、PNIF、PFIB 等5個(gè)補(bǔ)灌處理脲酶活性顯著高于PFIBN(0.56 mg/g)和PNIN(0.51 mg/g)不灌水處理(P<0.05)。

圖4 覆膜與補(bǔ)充灌溉對馬鈴薯根際土壤脲酶、過氧化氫酶的影響Fig.4 Effect of mulching and supplementary irrigationon urease and catalase in potato rhizosphere soil

在馬鈴薯苗期，各處理過氧化氫酶活性整體較高，PHID處理含量更是高達(dá)2.10 mL/L，其次為對照處理PNIN，而PFID(1.89 mL/L)、PFIF(1.93 mL/L)、PFIB(1.88mL/L)和PFIBN處理顯著低于(P<0.05)不覆膜不灌水對照處理PNIN。塊莖膨大期過氧化氫酶活性有所下降，尤其是對照處理PNIN降幅最大，相比苗期降低了20.29%；與脲酶活性規(guī)律相同，滴灌和溝灌條件下半膜覆蓋PHID和不覆蓋PNIF處理過氧化氫酶活性也都分別顯著高于全膜覆蓋處理(PFID、PFIF)，補(bǔ)充灌溉處理(PFID、PHID、PFIF、PNIF、PFIB)過氧化氫酶活性均顯著高于不灌溉處理(PFIBN、PNIN)。進(jìn)入淀粉積累期，滴灌半膜覆蓋PHID處理土壤過氧化氫酶活性仍顯著高于滴灌全膜覆蓋處理PFID(P<0.05)，5個(gè)灌水處理顯著高于不灌溉處理PFIBN和PNIN。

2.2 覆膜與補(bǔ)充灌溉對馬鈴薯產(chǎn)量的影響

由表1所示，PHID、PFIF、PFID、PFIB、PNIF處理較對照(PNIN)分別顯著(P<0.05)增產(chǎn)51.00%，47.27%，43.26%，42.15%，31.47%，說明滴灌、溝灌及畦灌等補(bǔ)充灌溉方式相比馬鈴薯平作無膜不灌水方式都具有顯著的增產(chǎn)作用。不同處理馬鈴薯單株結(jié)薯個(gè)數(shù)為5.3～11.1個(gè)，其中處理PFIF最多，處理PNIN最少，兩者之間差異顯著(P<0.05)；滴灌水平下全膜覆蓋PFID和半膜覆蓋PHID單株結(jié)薯數(shù)未見顯著性差異，但兩處理顯著多于對照結(jié)薯數(shù)；溝灌處理下全膜覆蓋PFIF單株結(jié)薯數(shù)比不覆膜PNIF多2.9個(gè)，差異達(dá)到顯著水平(P<0.05)，且顯著多于對照處理；畦灌處理下PFIB較PNIBN之間也存在顯著差異(P<0.05)，說明覆膜補(bǔ)充灌溉對馬鈴薯單株結(jié)薯個(gè)數(shù)影響顯著。各處理單株薯質(zhì)量為797.54～1 204.30 g，平均單株薯質(zhì)量達(dá)1 056.27 g，其中對照處理PNIN顯著(P<0.05)小于其他覆膜灌水處理。各處理大薯率為26.47%～48.53%，整體表現(xiàn)為滴灌>溝灌>畦灌>對照；中薯率為26.27%～41.51%，整體表現(xiàn)：溝灌>滴灌>畦灌>對照；小薯率為16.04%～44.50%，整體表現(xiàn)：對照>畦灌>溝灌>滴灌。

表1 覆膜與補(bǔ)充灌溉對馬鈴薯產(chǎn)量的影響Tab.1 Effects of mulching and supplementary irrigation on potato yield

2.3 土壤生物學(xué)特性指標(biāo)與馬鈴薯產(chǎn)量的相關(guān)分析

由表2可知，x4(土壤微生物量氮)、x5(脲酶活性)、x6(過氧化氫酶)和Y(馬鈴薯產(chǎn)量)呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，x1(土壤有機(jī)質(zhì))、x2(有機(jī)碳)和Y呈顯著正相關(guān)(P<0.05)。從各土壤學(xué)特性指標(biāo)相互關(guān)系分析，x2(土壤有機(jī)碳)和x1(土壤有機(jī)質(zhì))極顯著正相關(guān)(P<0.01)，x5(脲酶活性)、x6(過氧化氫酶)也和x1顯著正相關(guān)(P<0.05)；x6(過氧化氫酶)和x2(土壤有機(jī)碳)顯著正相關(guān)(P<0.05)，而x3(微生物量碳)和x4(土壤微生物量氮)之間也呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)；x4(土壤微生物量氮)和x5(脲酶活性)、x6(過氧化氫酶)顯著正相關(guān)(P<0.05)；x5(脲酶活性)和x6(過氧化氫酶)呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)。

表2 根際土壤微生物學(xué)特性指標(biāo)與產(chǎn)量間相關(guān)關(guān)系Tab.2 Correlation between rhizosphere soil microbiological characteristics and yield

3 討論與結(jié)論

灌溉方式對土壤物質(zhì)影響受環(huán)境因子、栽培方式、供試作物、土壤肥力等多方面綜合響應(yīng)，多數(shù)土壤養(yǎng)分及生物學(xué)指標(biāo)對灌溉措施極其敏感，從提高土壤肥力、改善土壤生態(tài)環(huán)境的角度對不同補(bǔ)灌方式進(jìn)行評價(jià)和適宜性選擇，對作物生產(chǎn)和土壤質(zhì)地改良有較強(qiáng)的推廣意義。范慶鋒等[28]以設(shè)施土壤為研究對象，全面評價(jià)溝灌、滲灌及滴灌土壤養(yǎng)分供應(yīng)情況時(shí)發(fā)現(xiàn)，0～20 cm土壤有機(jī)質(zhì)(TOM)含量較高，但滴灌小于溝灌；在30～60 cm土層，各灌溉方式間無明顯差異。韓琳等[29]認(rèn)為灌水方式及不同灌水量等因素在一定程度上影響土壤有機(jī)碳(TOC)及水溶性有機(jī)碳(DOC)含量。本研究通過開展補(bǔ)灌與覆膜多種組合模式對馬鈴薯根際土壤生物學(xué)特性影響研究，表明不同補(bǔ)灌方式下馬鈴薯在苗期-淀粉積累期TOC與TOM變化具有較強(qiáng)的一致性，苗期全覆膜畦田灌水處理TOM及TOC含量顯著高于其他處理；淀粉積累期全覆膜畦田灌水(PFIB)和半覆膜滴灌(PHID)處理的TOM顯著高于溝灌和不灌水處理，且PHID處理TOC含量也顯著高于不覆膜或不覆膜不灌水處理(PNIF、PNIF)。

土壤微生物量碳(MBC)與土壤微生物量氮(MBN)直接或間接參與土壤微生物生化過程，是土壤微生物量的靈敏指示因子[30]；農(nóng)田灌溉技術(shù)及覆膜方式可改變土壤結(jié)構(gòu)、有機(jī)組分、通氣情況等，進(jìn)而達(dá)到改善農(nóng)田土壤微生物活性的目的[2，31-32]。本研究結(jié)果也表明，馬鈴薯在苗期2個(gè)補(bǔ)灌處理(PFID、PNIF)的MBN含量均顯著高于對照(無膜不灌水)；在塊莖膨大期同種灌水方式下，溝灌全覆膜處理的MBC和MBN顯著高于無膜壟作溝灌，滴灌方式下全覆膜的MBN也顯著高于半覆膜處理，說明覆膜程度對MBC和MBN也存在顯著影響。在淀粉積累期，不灌水處理的MBC和MBN顯著高于滴灌處理，可能是由于馬鈴薯生長后期膜下滴灌會(huì)導(dǎo)致根際范圍土壤水分過高，反而抑制土壤微生物量碳氮的數(shù)量。

有研究表明，滴灌較漫灌可顯著提高土壤過氧化氫酶、脲酶及纖維素酶[33]。本試驗(yàn)表明，在苗期馬鈴薯對照(平作無膜不灌水)處理土壤脲酶活性最高，原因可能是該時(shí)段各處理土壤含水率都相對較高，對照處理土壤表面與大氣直接接觸，水熱條件較佳，提高了該時(shí)段土壤脲酶活性。在塊莖膨大期和淀粉積累期，半覆膜滴灌和無膜溝灌脲酶活性均顯著高于全覆膜滴灌和全覆膜溝灌，可能該時(shí)段氣溫相對較高，全覆膜灌溉阻斷了土壤與外界環(huán)境的關(guān)聯(lián)，膜下土壤呼吸產(chǎn)生的CO2氣體無法正常排入大氣，使得馬鈴薯根區(qū)產(chǎn)生了不利于根系生長的厭氧因素，進(jìn)而減弱了馬鈴薯根系與土壤的相互響應(yīng)，影響了根系對土壤氮素的吸收，降低了脲酶的活性，這與王京偉等[34]研究結(jié)論相似。另外，在該時(shí)段馬鈴薯所有補(bǔ)灌處理脲酶活性均顯著高于不灌水處理，表明在馬鈴薯需水高峰期補(bǔ)灌可維持較高的土壤含水率范圍，提高脲酶活性。馬鈴薯根際土壤過氧化氫酶活性在苗期最高，且半覆膜滴灌顯著高于其他處理。在塊莖膨大期-淀粉積累期，各處理對過氧化氫酶活性的影響規(guī)律與脲酶一致，即半覆膜膜下滴灌(PHID)>全覆膜膜下滴灌(PFID)，無膜壟作溝灌(PNIF)>全覆膜壟作溝灌(PFIF)；5個(gè)補(bǔ)充灌溉處理過氧化氫酶活性均顯著高于不灌溉處理(PFIBN、PNIN)。

研究發(fā)現(xiàn)，對于同一品種作物具有相同產(chǎn)量基因的控制因素，通過改變其栽培措施間接影響土壤水、氣、熱等生長環(huán)境可顯著提高產(chǎn)量[35-36]。本研究結(jié)果顯示，半覆膜膜下滴灌(PHID)產(chǎn)量最高，達(dá)44 603.70 kg/hm2，較對照增產(chǎn)51.00%。膜下滴灌技術(shù)灌溉水以高頻點(diǎn)滴的方式進(jìn)入土壤，且只濕潤作物根區(qū)土壤，加之覆膜減少水分蒸發(fā)，在整個(gè)生育期土壤水分含量都比較高[37]，進(jìn)而有效促進(jìn)馬鈴薯生長，產(chǎn)量及水分利用效率的提高[38]。本研究表明，土壤微生物量氮、脲酶活性、過氧化氫酶、土壤有機(jī)質(zhì)、有機(jī)碳和馬鈴薯產(chǎn)量呈顯著或極顯著正相關(guān)關(guān)系，這與Chang等[39]、孫夢媛等[40]和要?jiǎng)P等[41]研究結(jié)果基本一致，溝壟覆膜栽培可提高馬鈴薯耕層土壤溫濕度、過氧化氫酶和脲酶活性，具有改善土壤質(zhì)量，提高作物產(chǎn)量和降雨利用率的積極作用。另外，本研究表明，覆膜與補(bǔ)灌組合處理的土壤生物學(xué)特性指標(biāo)均優(yōu)于無膜不灌水對照，半覆膜滴灌處理整體達(dá)到最優(yōu)，其主要原因是對半干旱區(qū)馬鈴薯進(jìn)行覆膜補(bǔ)灌可協(xié)調(diào)土壤水熱環(huán)境、改善土壤生物學(xué)特性，半覆膜方式還可提高降水入滲補(bǔ)給土壤水的效率，較全覆膜滴灌能改善土壤透氣性，提高作物產(chǎn)量。

馬鈴薯苗期氣溫相對較低，根際土壤TOM和TOC含量整體較低，全覆膜畦田灌水具有提高TOM、TOC含量作用；而在生育后期(淀粉積累期)半覆膜滴灌處理能顯著提高根際土壤TOM、TOC含量。在滴灌和溝灌補(bǔ)充灌溉方式下，覆膜程度對馬鈴薯根際土壤MBC、MBN影響顯著，全覆膜處理的MBC和MBN顯著高于半覆膜處理。另外，在馬鈴薯生長后期(淀粉積累期)膜下滴灌會(huì)導(dǎo)致根際范圍土壤水分過高，反而抑制土壤微生物量碳氮的數(shù)量。

在馬鈴薯生育中后期(塊莖膨大-淀粉積累期)同種灌水方式下不同覆膜程度對馬鈴薯根際土壤脲酶、過氧化氫酶活性影響顯著，滴灌和溝灌補(bǔ)灌條件下半覆膜或不覆膜處理脲酶、過氧化氫酶活性顯著高于全覆膜處理。另外，在塊莖膨大-淀粉積累期補(bǔ)充灌溉能顯著提高土壤脲酶活性，5個(gè)補(bǔ)灌處理(PFID、PHID、PFIF、PNIF、PFIB)的脲酶、過氧化氫酶活性均顯著高于不灌水處理。

滴灌、溝灌和畦灌3種補(bǔ)充灌溉方式均能顯著提高馬鈴薯產(chǎn)量、單株結(jié)薯個(gè)數(shù)和單株薯質(zhì)量，馬鈴薯商品薯率(大薯和中薯比例)整體表現(xiàn)為滴灌>溝灌>畦灌>對照。通過各處理馬鈴薯產(chǎn)量與土壤生物學(xué)特性表的相關(guān)性分析，表明各種覆膜及補(bǔ)灌方式均可在一定程度上改善土壤生物學(xué)特性、提高作物產(chǎn)量，且半覆膜膜下滴灌處理達(dá)到最優(yōu)，即采用1膜(0.9 m寬的地膜)1管(滴灌帶)2行馬鈴薯栽培方式，土壤含水率為75%～55%田間持水率(θf)，灌水定額為300 m3/hm2，每隔2行馬鈴薯間留出0.1 m寬的露地區(qū)域，便于雨水入滲利用和適度保留土壤與外界的通透性。研究成果可為半干旱地區(qū)馬鈴薯覆膜與灌溉結(jié)合的新型農(nóng)藝技術(shù)提供理論依據(jù)，也可為旱作馬鈴薯補(bǔ)充灌溉技術(shù)的潛力挖掘提供依據(jù)。