控制性分根交替灌溉提高馬鈴薯水分利用效率的研究.pdf

1、我國水資源嚴重短缺,農(nóng)業(yè)用水占總用水量70％左右,灌溉水和作物的水分利用效率偏低,水肥滲漏現(xiàn)象嚴重,因此最大限度地提高水分利用效率,在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中顯得至關(guān)重要。分根交替灌溉(PRD)是一種在局部根系受旱時既能滿足作物水分需求,又能控制蒸騰耗水的農(nóng)田節(jié)水灌溉新技術(shù),即利用植物水分脅迫時產(chǎn)生的根信號功能,可以有效調(diào)節(jié)氣孔關(guān)閉,而濕潤區(qū)的根系從土壤中吸收水分以滿足作物生長的最小水量。通過分根交替灌溉使表層土壤處于干濕交替狀態(tài),可以減少棵間一直濕

2、潤時的無效蒸發(fā)損失和總灌水量,達到節(jié)水同時不減少光合產(chǎn)物積累的目的。為了研究分根交替灌溉對馬鈴薯水分利用效率的影響,開展了下列試驗。
　　 試驗于2008年在中國農(nóng)科院農(nóng)田灌溉研究所新鄉(xiāng)農(nóng)業(yè)水土環(huán)境野外觀測試驗站進行,試驗根據(jù)作物自身的生理生長特性,將不同灌溉方式地下滴灌(subsurface dripirrigation SI)、溝灌(furrow irrigation FI)和不同灌溉水量常規(guī)灌溉(routine irrig

3、ationRI)、交替灌溉(partial root dry PRD)相結(jié)合,設(shè)置SI、SPRD(地下滴灌分根交替灌溉)和FI、FPRD(溝灌分根交替灌溉)四個處理,通過對土壤水分運移規(guī)律、馬鈴薯根系生長與分布、生物指標、生理生態(tài)效應(yīng)、產(chǎn)量與水分利用效率以及作物土壤養(yǎng)分環(huán)境狀況的分析,較為系統(tǒng)的研究了地下滴灌分根交替灌溉對馬鈴薯的生理生長和節(jié)水效應(yīng),主要結(jié)論如下:
　　 溝灌條件下PRD處理馬鈴薯產(chǎn)量較常規(guī)灌溉顯著降低3.1%,

4、而地下滴灌馬鈴薯產(chǎn)量處理間差異不顯著;地下滴灌PRD灌溉處理的馬鈴薯產(chǎn)量較溝灌PRD處理高7.7%,處理間差異顯著;與溝灌相比,地下滴灌處理能顯著提高馬鈴著產(chǎn)量,而地下滴灌PRD處理在減少30%灌水的情況下產(chǎn)量并不顯著下降。
　　 PRD處理的馬鈴薯灌水利用效率和總水分利用效率都顯著高于常規(guī)灌溉處理。地下滴灌條件下,PRD處理的馬鈴薯灌水利用效率和總利用效率分別較常規(guī)灌溉高28.2%和10.2%,溝灌條件下,PRD處理的馬鈴灌水

5、利用效率和總利用效率分別較常規(guī)灌溉高25.8%和8.7%;地下滴灌PRD處理的馬鈴灌水利用效率和總利用效率分別較溝灌PRD高35.6%和33.5%,地下滴灌常規(guī)灌溉處理的馬鈴灌水利用效率和總利用效率分別較溝灌常規(guī)灌溉高33.1%和31.2%,處理間差異顯著。
　　 相對常規(guī)灌溉處理,PRD灌溉能顯著提高馬鈴薯塊莖可滴定酸和粗蛋白含量,地下滴灌PRD處理塊莖中可滴定酸和粗蛋白含量較常規(guī)灌溉提高4.17%和2.75%,溝灌PRD處理

6、塊莖中可滴定酸和粗蛋白含量較常規(guī)灌溉提高4.35%和2.08%,地下滴灌PRD處理塊莖中可滴定酸和粗蛋白含量較溝灌處理高1.19%和4.17%;灌溉方式對馬鈴薯塊莖中維C和淀粉含量影響不顯著,可提高馬鈴薯塊莖可滴定酸含量、還原糖、維C和粗蛋白。PRD可顯著提高馬鈴薯塊莖淀粉和可滴定酸含量,可滴定酸含量較清水和再生水充分滴灌分別提高4.17%和8.70%,有利于馬鈴薯塊莖營養(yǎng)品質(zhì)的提高;PRD處理的馬鈴薯還原糖含量低于常規(guī)灌溉處理,地下滴

7、灌PRD處理馬鈴薯還原糖含量較常規(guī)灌溉低14.6%,處理間差異顯著。PRD灌溉能夠改善馬鈴薯塊莖品質(zhì),地下滴灌PRD處理效果更明顯。
　　 分根交替灌溉處理開始后,隨著交替灌溉處理的進行,0-60cm土層土壤體積含水量呈現(xiàn)交替上升和下降的趨勢,馬鈴薯生育期內(nèi)PRD處理中灌水的一側(cè)土壤含水率都略高于或低于常規(guī)灌溉處理,從而保證馬鈴薯一部分根系能夠始終生長在充足的水分環(huán)境中。常規(guī)灌溉處理不同位置處的含水率一直保持一個較高的水平,而P

8、RD處理整個生育期內(nèi)壟溝的含水率最高,壟坡次之,壟上最小。
　　 分根交替灌溉處理對馬鈴薯根系分布的影響,總體規(guī)律是以植株為中心,呈發(fā)射狀沿不同方向減小.總體上地下滴灌PRD處理的根長密度大于常規(guī)灌溉處理,但在壟脊上馬鈴薯種植處和滴頭位置45cm以上常土層內(nèi)常規(guī)灌溉處理的根長密度大于PRD處理,45cm以下以及壟坡和壟溝中PRD處理的根長密度大于常規(guī)灌溉處理;溝灌處理根系大部分都集中在表層45cm土層內(nèi),但45em以下PRD灌溉

9、處理的根長密度仍小于或接近常規(guī)灌溉處理,整體分析常規(guī)灌溉處理的根長密度都大于PRD灌溉處理,這可能是由溝灌和地下滴灌灌水頻次的不同引起的。對比分析,馬鈴薯根重密度的分布與根長密度分布趨勢相同.
　　 各灌水處理葉面積和地上部干物重隨著馬鈴薯生育期進程逐漸增大,但在成熟期由于綠葉面積減少,葉面積下降。地下滴灌處理的馬鈴薯葉面積大于溝灌處理,并且常規(guī)灌溉處理的葉面積都大于分根交替灌溉處理,處理間差異顯著;地下滴灌處理的馬鈴薯地上部干

10、物重都大于相應(yīng)的溝灌處理,并且相同灌水方式下,常規(guī)灌溉處理的馬鈴薯地上部干物重都大于PRD灌溉處理,整個生育期各個處理地上部干物重平均增長速率為:SPRD34.55%,SI34.78%,FPRD32.77%,FI31.75%,處理間差異不顯著;相同灌水方式下PRD灌溉處理的馬鈴薯根冠比都大于常規(guī)灌溉處理,總體而言,地下滴灌處理的馬鈴薯根冠比大于同時期溝灌處理。
　　 不同灌水處理光合速率、蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度的變化趨勢基本一致,隨

11、著灌水和降雨而升高,同時也隨土壤水分的虧缺降低的幅度增大。馬鈴薯整個生育期中,隨著馬鈴薯的生長,各個灌水處理的馬鈴薯光合速率、蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度都逐漸減小:無論是地下滴灌還是溝灌,PRD處理的馬鈴薯葉片光合速率低于常規(guī)灌溉處理,處理間差異不顯著,而PRD處理的馬鈴薯葉片蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度顯著低于常規(guī)灌溉處理,說明PRD處理和以減少馬鈴薯植株體內(nèi)水分損失,從而提高水分利用效率;無論地下滴灌還是溝灌條件下,常規(guī)灌溉處理的馬鈴薯葉水勢都高于P

12、RD灌溉處理,溝灌處理的馬鈴薯葉水勢高于地下滴灌處理,進行灌水處理或溝灌結(jié)束2-3天內(nèi),溝灌處理的葉水勢比地下滴灌顯著增高。
　　 整個生育期中馬鈴薯葉片硝態(tài)氮含量呈現(xiàn)先增加再降低的趨勢。地下滴灌PRD處理的馬鈴薯葉片硝態(tài)氮含量整個生育期中都高于地下滴灌常規(guī)灌溉和溝灌處理,并且溝灌條件下PRD處理的葉片硝態(tài)氮含量也大于常規(guī)灌溉處理,各個時期處理間差異不顯著;常規(guī)灌水處理馬鈴薯植株全氮含量略低于PRD灌溉處理,地下滴灌常規(guī)灌水處理

13、馬鈴薯植株全氮含量比PRD處理低2.03%,而溝灌常規(guī)灌溉處理的植株全氮含量較PRD處理低0.86%,各個處理間植株全氮含量差異不顯著;PRD灌溉處理的馬鈴薯塊莖全氮含量略高于相應(yīng)的常規(guī)灌溉處理,地下滴灌PRD灌溉處理的馬鈴薯塊莖全氮含量較常規(guī)灌溉高2.80%,溝灌PRD灌溉處理的馬鈴薯塊莖全氮含量較常規(guī)灌溉高2.31%,;地下滴灌處理馬鈴薯塊莖全氮含量略低于溝灌處理,處理問差異不顯著;各個灌水處理土壤中全氮含量變化趨勢都相同,表層土壤

14、全氮含量最高,隨著土層深度的增加,全氮含量逐漸降低,0-40cm耕作層內(nèi)土壤全氮含量相對較高,40cm-60cm土層中全氮含量趨于穩(wěn)定,土壤深度相同時,地下滴灌處理的土壤中全氮含量高于溝灌處理,并且常規(guī)灌溉處理的土壤中全氮含量高于PRD灌溉處理。
　　 滴灌和交替灌溉都會帶來土壤鹽分的變化。地下滴灌常規(guī)灌溉處理壟脊上距表層25cm處土壤鹽分含量最高,隨著土層深度的增加,鹽分含量逐漸降低,表層土壤鹽分分布為壟坡最高、壟脊次之、壟溝

15、相對最低;地下滴灌PRD灌溉處理的土壤鹽分在馬鈴薯種植處、壟脊上含量最高,壟坡含量低于壟脊,壟溝鹽分含量最低,但在同一水平上(y=0cm,y=18.5cm,y=37.5cm)表層土壤鹽分含量最高,隨著土壤深度的增加,鹽分含量降低。
　　 分根交替灌溉處理在不顯著降低馬鈴薯產(chǎn)量的前提下,水分利用效率顯著提高,分根交替灌溉更有利于改善馬鈴薯塊莖品質(zhì),在灌溉用水減少30%的情況下,分根交替灌溉不影響馬鈴薯對土壤養(yǎng)分的吸收。但是,分根交