1、 第一章 综述1.1 研究目的及意义随着人口的增长、城镇化和经济社会的快速发展，我国用水矛盾日益尖锐，水资源短缺问题已成为严重制约国民经济和社会可持续发展的瓶颈。目前，全世界每年约有 4200 多亿立方米的污水排入江河湖海，污染了 5.5 万亿立方米的淡水，这相当于全球径流总量的14%以上。农业用水在水资源开发利用中占有很大比例，我国是农业用水大户，用水总量4000 亿 m3,占全国总用水量的 70%，其中农田灌溉用水量 3600 亿3800 亿 m3,占农业用水量的 90%95%。由于技术及管理水平等原因，灌溉制度不完善，灌溉水利用效率以及灌溉水的生产效率远远低于发达国家，分别为 45%和
2、1.0kg/m3,而发达国家分别可达到 80%和2.0kg/m3。20 世纪世界人口增加了两倍，而人类的用水增加了 5 倍，对人类和环境产生了十分巨大的影响 1,2。我国大部分地区到目前为止仍然采用传统的灌水方法，如沟灌、漫灌等，这些灌水方法使得农业用水浪费十分严重，更加重了水资源危机。发展节水灌溉，是提高用水效率、建立节水型社会的需要，是调整农业与农村产业结构、增加农民收入、发展现代农业、促进农村水利现代化的需要，具有重要的现实意义和深远的历史意义。马铃薯原产于南美洲的安第斯山（秘鲁） ，已有 1800 多年的栽培历史，16 世纪传到欧洲，17 世纪由荷兰人带到我国台湾 51。马铃薯被引入中
3、国栽培已有 300 多年的历史。马铃薯因其具有高产、耐贫瘩的特性而在世界范围得到大面积种植，现己成为继水稻、一小麦、玉米之后第四大粮食作物 7。我国是世界马铃薯生产第一大国，占全球种植面积的 25%左右。中国于 16 世纪末至 17 世纪初开始栽培，随着我国经济的发展和人民生活水平的提高，马铃薯销量逐步增加，单产和总产也都有大幅度增长，中国马铃薯种植面积逐年增加，2000 年全国播种面积己扩大到 470 万 m2，年产量达 12.92t/hm2，种植马铃薯己经成为我国许多地方农业发展的重要内容 4。宁夏马铃薯种植面积“九五”末为 12.33 万 hm2，总产量 185 万 t53,54,55。
4、宁夏的马铃薯种植历史悠久，基本上已经形成了一套适应当地管理条件的栽培技术。宁夏同心县地区处于宁夏中部干旱带的典型区域, 海拔 1730m，年平均降雨量270mm，近几年降雨量不足 200mm，昼夜温差大，自然条件恶劣。同心县是一个以农业为主的地区，也是一个农业欠发达地区，农业生产的产业化程度低，农业的附加值不高，农民增收的困难还相当大，马铃薯是传统农作物。马铃薯是以收获地下块茎为主要生产目的，薯块宜粮、宜菜、宜饲、宜作加工淀粉等产品的原料，具有多种用途的兼用型农作物。马铃薯由于具有耐热、耐寒、耐干旱、耐瘠薄、抗逆抗灾性强、适应性广，食用价值高（营养丰富成分全） ，产量高而稳定（增产潜力大） ，
5、用途广泛（粮经饲兼用） ，产业链长，经济效益好等特点，其生产种植在全区农业经济中占有相当重要的地位，种植马铃薯更成为农民增收的有效途径。同心县的马铃薯传统种植方式，是起垄种植，完全靠天然降雨，产量受当季降水的制约，同时还影响马铃薯的品质。节水灌溉是缓解我国特别是北方地区水资源供需矛盾的主要途径之一，也是农业可持续发展的要求，而且正在成为全社会的共识。滴灌是一种通过灌水器，将水和液体肥料小流量、长时间、高频率地灌溉到作物根区的一种现代灌水技术，具有节水、增产、省肥、省工等优点，非常适合灌溉垄作作物，在发达国家，己经被广泛用于马铃薯灌溉 6。膜下滴灌则是将地膜栽培技术与滴灌技术有机结合，即在滴灌带
6、或滴灌毛管上覆盖一层地膜，是一项节水增效农田灌溉技术。赵智 3研究指出大面积推广滴灌技术，对于严重缺水地区发展灌溉农业，保证经济快速持续发展有着十分重要的意义。因此，研究滴灌下马铃薯的灌溉制度等问题，对于解决贫困地区的生态农业问题、水资源可持续发展、农民增收，促进国民经济发展具有重大的现实意义。1.2 马铃薯土壤水分变化规律研究水分是作物生长发育的主要生态与环境因素。水分的多少与作物生长发育的整个过程有着密切的关系，土壤水分亏缺严重时加速了植株衰老，引起干物质从地上部分流失，导致地上部分的负生长效应，最终影响作物的产量。多年来，国内外学者从不同角度探讨土壤水分问题。Rijtema 【24】 研
7、究表明马铃薯对水分协迫非常敏感，减少马铃薯因水分协迫而引起的产量损失，水分稍缺乏，马铃薯叶片气孔就关闭，降低蒸腾。张国君 11研究表明出苗后 20 天块茎形成期与块茎增长期交替阶段，马铃薯由地上茎叶的急剧生长转入地下块茎的迅速膨大，这一时期不需浇水，以免造成茎叶徒长;块茎增长期是需水较多的时期，地块应保持“见干见湿”为宜。王春珍 33指出不同生育时期灌水或降水的分布对产量有不同的影响，现蕾期灌水可扩大光合作用规模，延长光合作用时间，提高光合效率，块茎形成期和块茎增长期降水多少对产量有同等程度的影响。滴灌土壤水分调控一般是通过调控灌水定额和灌水频率来实现的，总灌水量相同时，土壤湿润范围受灌溉频率
8、的影响，灌水频率越大，土壤的湿润范围就会越小，一个较小的土体中的土壤含水量便会更高 41,42,43。贾运岗等研究了大田滴灌条件下,不同灌水量、不同滴头流量以及不同的土壤剖面容重条件下水分在土壤中的迁移规律 81。结果表明:在大田滴灌条件下,地表沿滴头土壤湿润锋基本呈圆形分布,在一定灌水量和滴灌流量条件下,土壤垂直湿润锋明显地大于水平湿润锋,且随着灌水量的增加呈线性关系;在同一灌水量下,随着滴头流量的增大,湿润体水平扩散半径(r)和竖直入渗深度(h)也相应变大;在不同灌水量下,湿润体水平和竖直湿润速度随着时间的增大都逐渐变小;随着剖面土壤容重的增加,水平湿润锋的迁移加快,水平湿润锋随时间的变化
9、呈显著的幂函数关系;随着灌水量的增加,不同剖面容重下的土壤水平湿润锋速率的增加逐渐变小,而垂直湿润锋则呈变大的趋势。康跃虎（2004）等研究了滴灌调控土壤水分对马铃薯生长的影响 80。研究包括了滴灌灌溉频率和土壤水势对马铃薯生长和水分利用效率的影响，研究结果表明，滴灌灌溉频率和土壤水势对土壤水分的分布有很大影响，灌水频率越低，灌水前的表层土壤干燥的范围越大，灌水后的土壤湿润范围越大；控制滴头下面 20cm 处土壤水势明显影响到 50cm 深度以上的土壤水势，20cm 深度处土壤水势越高，50cm 深度范围内的平均土壤水势越高；土壤表面土壤水势越低，以滴头为中心形成的干燥范围越大。陈渠昌 【82
10、】 等通过实验得出滴灌条件下的土壤水分分布与降雨及漫灌等情况下的土壤水分分布大不一样：据实测结果发现,滴灌后土壤含水率的最大值不在地表,一般在地面以下 10cm左右深度处。土壤水分的再分布过程与降雨情况类同,在水分扩散的初期阶段与其润体的湿润锋面扩张情况也一致。刘雪芹 83等（2006）研究表明湿润体内土壤含水量的分布表现出典型的点源供水入渗特征:含水量的剖面分布呈现三角形分布。1.3 滴灌条件下作物耗水规律耗水规律及需水量研究作物耗水一般指作物生态耗水。生态耗水指借助水的作用为调节作物的生长环境所消耗的水分，包括土壤蒸发和作物表面的蒸发。马铃薯的耗水量与环境条件的关系复杂而密切。一方面，马铃
11、薯生长所需要的无机元素都需要溶解于水，才能被根部吸收。如果土壤中缺水，营养物质再多，作物也无法利用。另一方面，作物光合作用、蒸腾作用和呼吸作用也离不开水，水分不足，不仅影响养分的制造和运转，而且会造成茎叶萎蔫，块茎减产。因此，土壤经常保持足够的水分，是马铃薯高产的必要条件。目前,我国对马铃薯耗水规律研究甚少,特别是对不同土壤水分处理条件下马铃薯产量、耗水量和耗水过程的变化等更缺乏深入研究。有关作物需水量的计算方法、蒸散量的计算、作物耗水规律的研究内容很多【39,40】 。王风新，康跃虎，刘士平（2003）通过田间试验，用水量平衡法和蒸渗仪实测了不同滴灌灌水控制方式下的马铃薯耗水量，研究了滴灌条
12、件下马铃薯耗水规律及需水量 50，而且研究表明,20 cm 蒸发皿的蒸发量与马铃薯腾发量之间有非常好的相关性,用 20-cm 蒸发皿的蒸发量作为灌溉计划的参考量是可行的。在马铃薯生长过程中,必须有足够的水分才能获得较高的产量 107。王培兴等 108通过大棚条件下的滴灌灌水试验，对黄瓜、茄子的需水量、需水规律及其土壤水分状况对蔬菜生长和产量的影响进行了研究，其结果表明：无论从产量还是植株的生态考查结果来看，适宜土壤水环境对促进蔬菜生长发育有利，其中以土壤含水量达到 85%左右时开始灌水至田持水量的产量最高，耗水量也最多。根据资料显示，西北地区马铃薯整个生育期的耗水量约 370 mm13。通常情
13、况下，作物消耗的水量越少、水分利用效率越高。但是，Fabeiro 等(2001) 【32】 的试验结果却说明了，并不一定是耗水量最多的处理水分利用效率最低，在马铃薯营养生长阶段前期进行水分亏缺、其他时间满足水分需求的处理水分利用效率最高；水分利用效率最低的情况有一个共同点是在成熟期遭受水分胁迫的前提下，再加其它某一生育阶段的水分亏缺。马铃薯需水量的计算一般有三种计算方法，一种是参考作物需水量计算，一种是作物实际耗水量计算，还有一种估算作物腾发量。参考作物需水量作物系数计算公式如下：Kc=ET/ET0式中：Kc作物系数；ET实际作物需水量量(mm)ET0参照作物腾发量(mm)作物系数表示作物性状
14、对作物需水量的影响，它随作物类别、作物生育阶段、生长阶段和主要的气象条件而变。(1)参照作物腾发量计算参照作物腾发量用以表示气候对作物需水量的影响，计算 ET0 的方法有若干种,其中修正的彭曼蒙特斯（Penman-Monteith）公式得到了很多研究者的信赖 8,9,这种方法也是目前联合国粮农组织(FAO)和世界气象组织(WMO)推荐使用的公式。该公式所求出的参照作物需水量是一种假想的参照作物冠层的蒸发蒸腾速率，假设作物高度为 0.12m，固定的叶面积阻力为 705/m，反射率为 0.23，非常类似于表面开阔，高度一致，生长旺盛，完全覆盖地面而不缺水的绿色草地的蒸腾和蒸发量之和 5。影响 ET
15、0 的气象因素主要有气温、日照、风速、海拔高度、空气湿度和气压等，所有的影响因素的综合作用使大气具有一定的蒸发能力，该能力通常用参考作物腾发量 ET0 来衡量，即： 20 90().48(G)+731.4)adnueRTETg-D-=式中： 参考作物蒸发蒸腾量(mm/d)；温度饱和水汽压关系曲线上在 T 处的切线斜率(kPa -1)；T平均气温( )；C。饱和水汽压(kPa)；ae实际水汽压(kPa)；d净辐射(MJ/m 2 d)；nRG土壤热通量(MJ/m 2 d)；湿度表常数(kPa/ )；gC。2 m 高处风速(m/s)。u(2)作物实际需水量计算作物实际需水量根据水量平衡方程计算：ET
16、=P+K-(Wt-W0)+M+WT式中 ET时段 t 内的耗水量，P时段 t 内的降雨量，K时段 t 内的地下水补给量，由于试验地块地下水埋深较深，故地下水补给量 K 可以忽略不计。 W0，Wt时段初和任一时间 t 时的土壤计划湿润层内的储水量(mm); M时段 t 内的灌水量，WT 为由于计划湿润层增加而增加的水量(mm) 。(3)估算作物腾发量。用自由水面的蒸发量(ET0)或者蒸发皿的蒸发量作为反映蒸发潜力的一个综合指标，通过试验实测作物的腾发量，建立实际腾发量与自由水面蒸发量或蒸发皿蒸发量的经验关系，从而根据自由水面蒸发量或蒸发皿蒸发量来估算实际的作物腾发量 44-49。这种方法的最大优
17、点是不需要很复杂的仪器，易于操作。 1.4 土壤温度对马铃薯的影响规律研究土壤温度反映了土壤热量，土壤中的一切生物的生命活动都要求一定的土壤温度。土壤温度是影响植物生长发育的重要因素之一，不仅对土壤养分含量和转运产生理化产生影响，还通过直接作用于植物根系系统的生长和生理影响养分吸收。土壤在接受一定的热量后所引起的土温变化，主要是由土壤木身的热性状决定的(土壤热容量、土壤的导热性、上壤吸热性及散热性)。土壤热容量的大小主要决定于土壤水分含量的多少。土壤热容量的大小主要决定于土壤水分含量的多少，土壤水分愈多，热容量愈大，增温就愈慢；反之，土壤水分愈少，热容量愈小，增温就愈快。在一定的范围内，土壤温
18、度越高，植物生长越快。植物从播种到出苗、生长、开花，结实，整个生育期内，都只有在一定的土壤温度之下才可以进行。吕巨智 86等研究了不同栽培方式对土壤温度、水分及冬种马铃薯产量形成的影响。王春珍 35等指出土温低于或高于植物生长所能忍受的极限时，植物生长发育就要受到抑制或阻碍，严重时植物甚至死亡。种子播入土壤中能否正常发芽，当湿度条件适宜时取决于土壤温度 【36】 。有学者研究表明在农学植物和一些森林树种上很普遍，具有代表性的就是根系生物量和根系长度随土壤温度由低温到温度最适值的升高而升高，然后随温度继续升高而下降 【37】 。1.5 覆膜与裸地对马铃薯的影响研究膜下滴灌是把地膜栽培与滴灌技术结
19、合在一起,既起到提高地温减少棵间蒸发的作用,又利用滴灌的可控制灌溉特性减少深层渗漏,达到综合节水增产效果,是先进的栽培技术和灌水技术的集成。近年来，把地膜覆盖和滴灌两项技术结合在一起的膜下滴灌已被证明是有效的增产和节水技术，膜下滴灌的增产节水效应已在园艺作物和其他经济作物上得到证实 21。然而在马铃薯生产中尚未进行节水和生产效率等方面的深入研究。金辉(2001 年)试验证明，地膜覆盖的马铃薯比露地栽培提早成熟 15 天，总产量、大中薯比例、单株薯重都增加 15。王玉明 26等研究结果表明：膜下滴灌比露地滴灌平均增产 26%，水分利用效率提高 28.5%，灌水的平均生产效率提高 26%。有资料显
20、示，宁夏南部山区覆膜种植，增产25.1%19。李明思 84等指出覆膜滴灌改变了棉花田间水分环境,使棉花叶面积指数增大,有利于群体光合量的增加,另外,还使棉花需水量在各生育阶段的分配更加合理,营养生长期需水比例降低而生殖生长期需水比例增加,从生理上提高作物水分利用率,增加经济产量。刘翠英 16在马铃薯地膜覆盖及绿农素喷施栽培技术研究中认为，马铃薯全程覆盖地膜栽培能够有效缓解土壤水、气、热之间的矛盾，改善土壤的水热状况，解决春季低温干旱引起的出苗难的问题，加快马铃薯的生育进程，提早成熟，提早上市，提高产量和经济效益。地膜覆盖栽培技术在马铃薯上发展也很迅速，取得了明显的增产效果 17。1.6 马铃薯
21、灌溉计划研究王凤新等 18综合归纳了五种制定马铃薯灌溉计划的参考方法:土壤水分平衡分析法、作物生长模型法、土壤墒情参照法、作物水分亏缺指标(CWSI)法、蒸发皿系数法或作物系数法。灌溉制度和灌水技术是节水灌溉研究中不可分割的两方面，高效节水灌溉制度研究追求在高产条件下减少灌水量和灌水次数，但灌水量大小往往受灌水技术制约，灌水时间也会受到播种、施肥、收获等耕作制度影响 28。1.7 马铃薯土壤中硝态氮的运移研究20 世纪 60 年代初期,人们开始注意到氮肥的大量使用以及土壤氮损失可能造成不良的环境和经济后果,近年来由于氮肥不合理使用带来的环境污染问题日益尖锐。许多研究表明 ,滴灌施肥灌溉条件下土
22、壤水、氮的运移和分布主要受土壤特性、灌水器流量、肥液浓度及灌水量的影响,而灌水器周围饱和区半径的确定是影响土壤水分和氮素运移模拟精度的关键因素 102。宋海星 105等通过对根系的吸收作用及土壤水分对硝态氮、铵态氮分布的影响的研究，得出限制根系生长时，各位点土壤硝态氮浓度与土壤水分有相当一致的变化规律，说明随着植物吸水硝态氮作为溶质向根表迁移。周顺利 99等研究指出在冬小麦快速生长阶段 ,作物吸收可在一定深度的土层出现硝态氮亏缺区。由于灌溉的影响,土壤表层硝态氮向深层淋洗严重,即使在低氮肥水平,土壤深层仍可观察到硝态氮含量升高现象 ,存在淋出 2m 土体的可能性。并且氮肥用量越高,土壤硝态氮含
23、量越高,硝酸盐向深层淋洗也越严重 ,淋出 2m 土体的可能性和数量也相应增大。周顺利,张福锁,王兴仁 100在不同氮肥用量下研究了夏玉米生育期间土壤硝态氮的时空变化特征,同时对不同生育阶段土壤氮素的盈余与亏缺进行了表观估算,结果表明:0-100cm 土体内,夏玉米一生中土壤硝态氮均表现为在中间土层含量低 ,上层和下层含量高,一般以表层最高,但受降雨的影响在高氮肥处理会出现下层高于表层的现象;土壤硝态氮的运移不仅受土壤水分状况的影响,还取决于硝态氮含量 ,含量越高,向下移动的越深,淋失的可能性越大。王全九 101等(2000)对膜下滴灌盐碱地水盐运移特征进行了室内试验研究,指出土壤表面积水的形成
24、必然造成表面入渗边界的扩大 ,而在灌水定额一定时,垂直距离必然减小,土壤盐分的运移较土壤水分的运移受表面积水形状的影响更明显 ,因而土壤含盐率的等值线分布形状不象湿润体形状那样规则。隋方功 104研究表明 15 cm 和100 cm 土层土壤溶液中硝态氮和无机态氮在甜椒整个生育期内保持稳定是滴灌施肥、节肥高产的主要原因。1.7 马铃薯生育期内光和性能研究光合性能是与作物经济产量直接或间接相关的重要生理指标。光合作用是植物中最为重要的生命活动，植物中 90%以上的物质是有光合作用积累的，是农作物产量形成的基础110， 水分不仅是光合作用的底物,而且是光合作用底物 CO2 进入植物体的“补偿者”
25、。蒸腾是植物对水分需求的一个重要方面,影响 SPAC 连续体系中水分运动的所有因子都影响蒸腾速率的大小，蒸腾作用是植物重要的生理活动,与湿度密切相关。蒸腾是植物体内水分以气体状态向外散失的过程,蒸腾作用的强弱是反映植物水分代谢的一个重要指标。气孔运动机制是作物水分利用效率的生理基础。气孔作为水分和 CO2 进入叶片的通道,对光合具有重要的调节作用 106。因此，光合速率、蒸腾速率和气孔导度是人们非常重视的三个产量构成因素。水是参与光合作用的必需元素，水分灌溉对于作物的光合作用影响显著 95-97。测定了杜松、新疆杨的水势,研究了它与树木光合作用、蒸腾作用的关系及其对树木正常生命活动的意义,结果
26、表明:杜松、新疆杨小枝不同水分状况下的相对总光合速率随水势绝对值的增加而呈下降趋势。杜松、新疆杨光合速率、蒸腾速率与水势的关系研究。光合生产率较高，再生能力强，对干旱、风雹等自然灾害抵抗能力强，这一特点明显优于禾谷类作物，对该地区粮食安全的潜在贡献至关重要 85。许大全 88通过研究认为叶片光合速率与作物产量之间缺乏正相关或表现负相关是假象, 而正相关才是对这两者关系的正确反映,即本质的反映。东先旺 87等研究结果表明,灌水量与夏玉米光合性能及产量呈高度正相关,不同灌水量对群体光合速率、单叶光合速率、光合速率日变化、叶面积发展动态、干物质积累量及干物质生产率产生显著差异,并随生育进展而加剧。田
27、丰 94研究表明马铃薯光合速率越大,其相应的生物产量和块茎产量就越高;马铃薯光合速率可以作为评价马铃薯高产优质品系的重要技术指标;马铃薯光合速率、叶面积系数和生育期均与马铃薯的生物产量和块茎产量呈极显著正相关。于亚军 98等研究结论为在旱作农田 ,在增加施肥提高作物产量时,必须考虑土壤的水分状况,合理加大施肥量,这样才能有效改善作物的营养条件 ,提高作物的光合能力,实现节肥高产的目的。1.7 本文的研究意义把滴灌和地膜覆盖两项技术结合在一起的膜下滴灌,已被证明是有效的节水和增产技术，而且在一些作物上得到了应用，然而在马铃薯生产中尚未进行节水和生产效率等方面的深入研究。因此，本实验从覆膜和滴灌两
28、方面探讨马铃薯整个生育期内的耗水规律、水分利用效率、地温、生长性状、产量性状和品质性状的影响，同时监测马铃薯生产过程中引起的环境效应，并为今后大田马铃薯膜下滴灌种植提供理论和技术上的可行性依据，为发展节水农业提供理论依据，搞好节水灌溉工程实施水资源优化调度，缓解西北干旱、半干旱地区水资源供需矛盾，改善缺水地区生态环境与人民生活水平，以取得良好的经济和生态效益。1.7.1 主要研究目标(1)弄清滴灌条件下马铃薯需水规律；(2)确定滴灌条件下，宁夏旱区马铃薯最佳灌水定额、灌水频率；(3)制定出合理的马铃薯滴灌灌溉制度；(4)揭示滴灌条件下，马铃薯农田土壤水、肥运移规律；(5)比较覆膜和裸地两种种植
29、方式下的经济效益。1.7.2 研究内容(1)水分变化规律研究通过对蒸发皿的连续观测，研究不同滴灌条件下马铃薯棵间蒸发的变化规律；对马铃薯生育期内各个阶段含水量的研究，分析其水分运移情况。(2)马铃薯的地温规律研究分析不同灌水处理下的地温变化规律植物生长发育的影响。(3)马铃薯的耗水量规律研究通过对不同灌水处理下马铃薯的耗水量的计算，分析其耗水规律，确定土壤水分在马铃薯生育期内的变化规律。(4)覆膜与裸地对马铃薯产量影响研究分别对覆膜和裸地两种种植方式对马铃薯产量，商品率的分析，确定最优种植方式。(5)马铃薯的灌溉制度研究计算分析不同栽培方式滴灌条件下马铃薯的适宜灌水时间、灌溉定额，制定灌溉制度
30、。1.8 拟解决的关键问题、技术路线和创新点1.8.1 拟解决的关键问题(1)采用对比实验设计方法，确定马铃薯最佳灌水定额和灌溉定额；(2)采用对比实验设计方法，确定马铃薯的水分变化规律；(3)采用对比实验设计方法，确定马铃薯的地温变化规律；(4)确定覆膜和裸地马铃薯产量等差异。1.8.2 技术路线(1)实验小区土壤采样分析，水文气象资料收集；(2)实验设计：确定各研究内容的实验方案；(3)实验实施：在种植方式，播种时间，种植密度，底肥均相同的情况下，进行对比实验的实施；(4)实验观测：1、土壤含水量：采用烘干法测定土壤含水量；2、地温：用地温计每天进行观测；3、棵间蒸发量：用直径 20cm
31、蒸发皿每天观测；4 、硝态氮含量：采用 法测定；5、生长发育性状：在整个生育期内的不同阶段，测定不同灌水处理的株高、径粗、干物质、叶面积。(5)对实验结果进行分析，采用理论模拟和多方案比较；(6)得出结论。本项目研究拟采用的技术路线：试验研究与理论分析相结合，以试验研究为主；田间试验观测与室内实验相结合，以田间试验观测为主。1.8.3 创新点我国对滴灌条件下的马铃薯耗水规律研究甚少，特别是对于马铃薯腾发量的影响、滴灌条件下不同灌水频率和灌水所控制的土壤水分引起的作物腾发量和耗水过程的变化等更缺乏深入研究。本文用蒸发皿法和田间水量平衡法实测不同滴灌灌水控制方式下马铃薯的腾发量,并建立 20 cm
32、 蒸发皿的蒸发量与马铃薯腾发量的关系。(1) 通过对不同灌水量及不同灌水间隔时间的马铃薯生长状况进行大田滴灌试验,研究马铃薯适宜的灌水定额及灌水周期,以求达到节水、增产的目的。(2)根据当地的气象资料，用彭曼一蒙蒂斯公式和水量平衡法，分别得出 ETO、ET以及马铃薯的作物系数 Kc；(3)提出马铃薯的水分变化规律；(4)确定马铃薯的地温变化规律；(5)确定覆膜和裸地马铃薯产量等差异。第二章 材料与方法2.1 材料与方法2.1.1 实验区概况试验点设在宁夏同心县预旺镇南塬村，地处宁夏中部干旱带的典型区域, 海拔 1730米，年平均降雨量 270 毫米，近几年降雨量不足 200 毫米，多集中在 7
33、、8、9 三个月，11月下旬结冻，3 月上旬化冻，属大陆性干旱气候，昼夜温差大，日照时间长。年平均蒸发量为 2319.8 毫米，无霜期 180 天左右、有效积温 3915.3，是一个以干旱为主的多灾并发区。土壤类型为沙壤土，前茬歇地，肥力中上等。土壤有机质 8.87g/kg，全盐0.19g/kg，全氮 0.69g/kg，水解氮 51.6 mgkg，有效磷 21.5 mgkg，速效钾 215.6 mgkg，PH 值 8.2。2.1.2 实验设计试验 A（覆膜）：处理 1:灌溉定额0 m 3/亩；灌水次数1 次（块茎增长期）处理 2:灌溉定额0m 3/亩；灌水次数2 次（块茎形成期，块茎增长期）A
34、1处理 3:灌溉定额0 m 3/亩；灌水次数3 次（播前，块茎形成期，块茎增长期）A2处理 4:灌溉定额7 m 3/亩；灌水次数1 次（块茎增长期）A3处理 5:灌溉定额7 m 3/亩；灌水次数2 次（块茎形成期，块茎增长期）A4处理 6:灌溉定额7m 3/亩；灌水次数3 次（播前，块茎形成期，块茎增长期）A5处理 7:灌溉定额14 m 3/亩；灌水次数1 次（块茎增长期）A6处理 8:灌溉定额14 m 3/亩；灌水次数2 次（块茎形成期，块茎增长期）A7处理 9:灌溉定额14m 3/亩；灌水次数3 次（播前，块茎形成期，块茎增长期）每个处理重复三次，共 21 个小区。A3 A5 A1A7 A
35、1 A6A1 A7 A4A6 A4 A2A5 A2 A3A4 A6 A7A2 A3 B5图 1 试验一小区布置图试验 B（裸地）：处理 1:灌溉定额0 m 3/亩；灌水次数1 次（块茎增长期）处理 2:灌溉定额0m 3/亩；灌水次数2 次（块茎形成期，块茎增长期）B1处理 3:灌溉定额0 m 3/亩；灌水次数3 次（播前，块茎形成期，块茎增长期）B2处理 4:灌溉定额7 m 3/亩；灌水次数1 次（块茎增长期）B3处理 5:灌溉定额7 m 3/亩；灌水次数2 次（块茎形成期，块茎增长期）B4处理 6:灌溉定额7m 3/亩；灌水次数3 次（播前，块茎形成期，块茎增长期）B5处理 7:灌溉定额14
36、 m 3/亩；灌水次数1 次（花絮形成期）B6处理 8:灌溉定额14 m 3/亩；灌水次数2 次（花絮形成期，开花期）B7处理 9:灌溉定额14m 3/亩；灌水次数3 次（播前，花絮形成期，开花期）每个处理重复三次，共 21 个小区。B3 B5 B1B7 B1 B6B1 B7 B4B6 B4 B2B5 B2 B3B4 B6 B7B2 B3 B5图 2 试验二小区布置图A（覆膜）小区长 6（东西走向) 米，宽（南北走向）5 米，总长 42 米，总宽 15 米，株距 50cm,行距 80cm。B（裸地）小区长 6（东西走向）米，宽（南北走向）4 米，总长42 米，总宽 12 米，株距 60cm,行
37、距 80cm。两个试验有 7 个处理，各有三个重复，共 42个小区，小区面积 30m2,四周设保护行，春季深耕整地。苗期进行查苗补苗，在块茎形成期进行一次中耕培土，同时注意蚜虫和晚疫病等马铃薯病虫害的防治。马铃薯于 2002 年5 月 8 日播种，在播种前每个小区施入了相同数量的肥料。春覆膜用黑膜，覆膜时间 2010年 3 月 23 日，播前灌时间：覆膜 7m3/亩的 5 月 3 日灌水，9 月 1 日收获，整个生育期为116 天。2.1.3 灌水方法：采用流量为 55m3/h 的汽油泵抽水（汽油机直联离心泵 MY-50,最大流量 55m3/h,最高扬程 45m,转速 3600r/min，管径
38、 50mm，吸程高度 8m） ，水源为 10m3田间地头窑窖集水供水，每个小区为一个支管单元，在支管单元入口安装有闸阀、压力表和水表，在每垄上安装一条旁壁式滴灌带(杨陵秦川节水公司生产)，滴头间距 50cm，额定工作压力 0.IMPa，滴头流量 2.10 L。滴灌系统干管直径 32mm,支管直径 20mm,毛管直径为 16mm 滴灌带，流量为2.1L/h。锄草、施肥，防治病虫害等田间管理与当地农田一致。考虑到试验区土质的差异性，处理采用随机排列方式进行布置，遇到降雨时各处理的灌水时间依次后延。灌水后当土壤微干时要及时锄地松土,出苗后，各处理的灌水按照灌水处理进行。2.2.4 实验观测项目与方法
39、1、土壤含水率:用土钻法取样深度 100cm，每隔 20cm 取一个样，重复取样 3 个。取得的样品用 1/1000 电子天平称过湿重后，在烘箱中 105条件下烘 12h，然后称出干重，计算出重量百分数含水量，灌水前、灌水后、生育阶段和降雨后加测。2、棵间蒸发量:用 20-cm 的蒸发皿测定，在每个小区中安放一套，每天早上 700 定时观测蒸发皿内蒸发量,并换水,保证蒸发皿内有 20 mm 深的水层。用精度为 0.0005kg 的电子天平进行称重，2d 内重量的差值为其蒸发量。3、气象资料观测:自动观测气象站(常规气象数据:风速、降水、水汽压、气压、日照时数、温度)。4、地温: 用地温计，每
40、3 天观测一次，观测深度为 :Ocm, 5cm, l0cm, 15cm, 20cm, 25cm,观测时间为每天上午 8 点，下午 2 点及晚上 8 点。5、硝态氮含量:用土钻法处理 0-20-40-60-80-100cm 土层 5 点取样，用紫外分光光度计测定。6、茎粗:用游标卡尺沿垄及垂直垄方向各测一次，取其平均值，每 5 天测定一次。7、株高:从苗齐后到打头前，每 5 天测定一次，用钢卷尺测其生理高度。8、采用烘干法得出干物质质量，根系的干质量，每 8 天进行一次。9、叶面积指数。用鲜重法。10、叶绿素含量：用酒精提取法测定。11、蒸腾速率、气孔导度和光合速率：采用 LI-6400 便携式
41、光合测定系统测定植株顶三叶中的顶小叶。12、产量特性的测定：收获时各小区取 10 株测产，称重法测定各单株的产量，计算单株平均株薯数、单株平均薯块重、商品薯率等性状。13、干物质含量、可溶性糖和淀粉含量测定。第三章 不同灌水处理下马铃薯水分的变化特点作物滴灌土壤水分调控一般是通过调控灌水定额和灌水频率来实现的。总灌水量相同时,土壤湿润范围受灌溉频率的影响：灌水频率越大,土壤的湿润范围就会越小 ,在一个较小的土体中的土壤含水量便会更高 【68】 。3.1 不同灌水处理下马铃薯棵间蒸发量的变化特点棵间蒸发是农田土壤耗水的重要组成部分，因此，减少棵间土壤蒸发的无效耗水是农田节水调控的主要目的之一。王
42、凤新 【67】 研究表明马铃薯生长前期覆膜能明显减少表层土壤蒸发,并使表层土壤维持较高的含水量；马铃薯生长中后期蒸腾作用占主导地位,覆膜对减少表层土壤蒸发作用较小。气温较高时覆膜对马铃薯生长产生明显抑制作用。原保忠等在日本研究塑料大棚内马铃薯的灌溉制度时发现,按灌水量与 20cm 标准蒸发皿水面蒸发量11 的关系进行灌溉,就可获得高产 【52】 。3.2 不同灌水处理下马铃薯含水量的变化规律土壤含水量受到降雨量、灌水量、棵间蒸发量、马铃薯生理耗水等多方面因素的影响，土壤含水量是衡量土壤供水状况的主要指标。试验表明，马铃薯在不同生育阶段补水后，0100cm 土层土壤含水量除了在补水和降水后短期内
43、有显著变化外，随着生长进程的推进，各处理间的含水量逐渐接近，差异不太明显。马铃薯全生育期内土壤含水量在苗期、膨大期补水后有较大幅度的升高，在现蕾期补水后土壤含水量却有较小幅度的下降，这与试验年度马铃薯生育期内降雨量及作物各个生育期耗水量有关。在马铃薯生育期，受降雨、补水及蒸发蒸腾的综合影响，各处理的土壤水分呈波动性变化，实验观测结果表明，滴灌的土壤水分的分布于灌水定额和灌水周期有关。两种灌溉定额处理的土壤含水率均显出明显的差异。表 马铃薯全生育期 0100cm 土层的平均含水量（%）处理 A 5 月 2 日 5 月 7 日 5 月 28 日 6 月 8 日 6 月 20 日 7 月 2 日 7
44、 月 8 日 7 月 18 日 7 月 28 日 8 月 8 日 8 月 18 日 8 月 28 日1 7.30 7.60 13.25 10.96 10.84 14.51 8.38 9.80 8.17 14.85 10.05 9.052 7.30 7.60 14.77 12.14 10.65 15.52 9.37 7.73 6.67 7.49 12.51 8.913 7.30 7.60 14.92 13.80 13.24 13.19 9.48 10.03 7.85 6.61 9.73 10.84 7.30 13.87 12.60 12.48 12.64 12.85 10.22 8.89 7.4
45、6 8.35 9.83 9.635 7.30 7.60 14.89 12.61 10.43 14.21 9.48 8.08 7.10 8.36 9.37 11.216 7.30 7.60 14.68 12.49 8.41 18.72 13.54 12.42 10.53 13.90 14.02 12.947 7.30 14.03 13.09 12.78 10.04 13.56 11.01 10.12 9.37 11.78 11.67 12.220.005.0010.0015.0020.004月 12日 5月 2日 5月 22日 6月 11日 7月 1日 7月 21日 8月 10日 8月 30日
46、9月 19日日 期含水量%处 理 1处 理 2处 理 3处 理 4处 理 5处 理 6处 理 7图 马铃薯全生育期 0100cm 土层的平均含水量（%）表 马铃薯全生育期 0100cm 土层的平均含水量（%）处理 B 5 月 2 日 5 月 7 日 5 月 28 日 6 月 8 日 6 月 20 日 7 月 2 日 7 月 8 日 7 月 18 日 7 月 28 日 8 月 8 日 8 月 18 日 8 月 28 日1 7.67 7.90 13.66 12.85 11.95 12.04 13.30 11.78 12.27 11.26 13.52 9.332 7.67 7.90 10.97 13
47、.49 12.04 12.75 16.08 8.25 8.14 8.32 10.16 8.773 7.67 7.90 11.64 11.36 9.06 12.55 9.60 8.89 8.91 8.59 9.36 9.864 7.67 10.81 10.42 12.30 10.52 14.29 9.82 9.03 8.24 11.67 8.29 9.255 7.67 7.90 10.49 10.10 9.01 16.16 10.22 7.99 7.47 11.07 8.83 9.626 7.67 7.90 11.35 10.54 9.71 14.57 13.73 13.06 12.25 8.2
48、7 11.17 10.877 7.67 12.02 12.22 11.73 10.65 16.01 11.73 9.62 9.12 10.00 9.81 9.840.002.004.006.008.0010.0012.0014.0016.0018.004月 12日 5月 2日 5月 22日 6月 11日 7月 1日 7月 21日 8月 10日 8月 30日 9月 19日日 期含水量%处 理 1处 理 2处 理 3处 理 4处 理 5处 理 6处 理 7图 马铃薯全生育期 0100cm 土层的平均含水量（%）在马铃薯块茎形成初期及前期充分灌水，可以增加单株马铃薯的块茎数量 20。3.3 不同灌水
49、处理下马铃薯耗水特点3.3.1 马铃薯全生育期降雨特点降雨会影响土壤水分的分布和灌水效果,充分利用降雨是调控土壤水分所必须考虑的问题。下图是 2010 年马铃薯全生育期降雨量趋势图图 2010 年马铃薯全生育期降雨量趋势图3.3.2 马铃薯生育期耗水特点作物耗水量是指作物在任意生长状况和土壤水分条件下实际的蒸腾量、棵间蒸发量以及构成作物体的水量之和。由于构成作物的水量与实际蒸腾及棵间蒸发量相比很小，一般小于他们之和的 1%，因而这一微小部分可忽略不计，即在实际计算中认为作物耗水量在数量上就等于任意生产条件下的植株蒸腾和棵间蒸发之和。作物耗水量中的一部分靠降水来供给，另一部分靠灌溉供给及土壤水分和地下水补给 91，92，93 。3.3.3 不同灌水处理下的马铃薯耗水量表 不同灌水处理下马铃薯各生育期耗水强度的差异图 不同灌水处理下马铃薯各生育期耗水强度的差异3.3.4 不同灌水处理下的马铃薯耗水量马铃薯是耗水较多的作物,但不同阶段耗水量
