浅埋式滴灌在内蒙古自治区马铃薯种植中的应用分析

关 婷，乌 兰，贾立国，苏亚拉其其格，樊明寿，今 芝

（1.内蒙古农业大学农学院，内蒙古 呼和浩特 010019；2.内蒙古农业大学草原与资源环境学院，内蒙古 呼和浩特 010011；3.乌兰察布市土壤肥料站，内蒙古 乌兰察布 012000）

内蒙古自治区是马铃薯北方一作区的主产区[1,2]，其种植面积和总产量长期居于全国前列，为中国粮食需求提供了重要的保障[3]。尤其是内蒙古自治区阴山南北麓地区，昼夜温差大的气候与马铃薯喜阴凉的特性十分吻合，使马铃薯成为该地区的优势作物[4]。但近年来，内蒙古自治区马铃薯产业的发展进程缓慢，其种植面积及产量均出现逐渐下滑的局面，其主要原因是水资源的短缺和马铃薯种植模式的落后[5]。资料显示[6,7]，内蒙古自治区雨季和非雨季降水中，雨季降水量逐年减少，无法满足马铃薯各生育时期对水分的需求。马铃薯植株有机体中含水量为70%～90%，块茎含水量为75%～80%，其蒸腾系数为400～600，即每形成1 kg干物质需要耗水400～600 kg，每形成1 kg 鲜块茎需要耗水100～150 kg，对水分的需求较大[8]。水分亏缺不仅导致马铃薯减产、劣质，而且严重影响到内蒙古自治区马铃薯产业的可持续发展。

1 马铃薯生产现状

中国马铃薯种植区主要集中在西南、西北和东北三个地区，特别是西南地区，马铃薯种植面积逐年扩增，使马铃薯的生产出现由北向南转移的趋势[9,10]。中国马铃薯总播种面积2013 年达到最高峰503 万hm2，2015 年进入低谷479 万hm2，2016～2017年又逐渐恢复性增长。播种面积的扩张在一定程度上引起其块茎总产量的增加，2016和2017年全国马铃薯总产分别达1 698.57 万和1 769.63 万t[11]，但马铃薯单位面积产量仍远远低于发达国家[10,12]。

马铃薯是内蒙古自治区的第二大粮食作物[13]。据统计，2013～2017年内蒙古自治区马铃薯总产量随其种植面积的减少而降低。2017年马铃薯单产出现小幅度增加，可能与优良品种的引进、节水灌溉技术的应用有关。内蒙古自治区中西部地区光照充足、气候冷凉、昼夜温差大、土壤质地疏松，为马铃薯的生长提供了优质的气候地理条件[14,15]。然而，马铃薯主产区呼和浩特市、乌兰察布市、锡林郭勒盟等地区大部分处于农牧交错地带，生态环境脆弱，降水量逐年减少，受干旱影响显著[4]。另外，这些地区地下水资源储量不足，灌溉条件差，水分成为该地区马铃薯生产的主要限制因子[16,17]。综上，基于有限的水资源现状，筛选推广节水灌溉技术是内蒙古自治区马铃薯生产中的必要考虑因素。

2 内蒙古水资源现状

内蒙古自治区80%以上土地属于典型的干旱、半干旱地区[6,18]。据资料显示[19]，该地区2016年水利资源总量为426.5亿m3，地表水资源为268.51亿m3，地下水资源为248.17亿m3；而2017年水利资源总量减少至309.9亿m3，地表水资源量降至194.1亿m3，地下水资源量降至207.3亿m3。由于存在水量重复计算部分，地表水资源量与地下水资源量之和并不等于水资源总量。这些数据说明了内蒙古自治区水资源量正在逐年下降，严峻的水资源环境必将阻碍内蒙古自治区马铃薯产业的发展。

另外，内蒙古自治区水资源分布不均匀，在时间和空间上均有表现[20,21]。该地区年均降水量为216～431 mm[6,7]。时间上，降水月主要集中在7～8月，在两季降水量中，东部、中部和西部的雨季降水量逐年递减，对全年降水量减少的影响最大。空间上，内蒙古自治区降水区域差异较大，降水量分布趋势由南向北，由东向西逐渐减少；全区一半以上的降水量集中在东部区，年降水量从东部500 mm降至西部37 mm 左右，从而东部区的水资源总量占全区90%，而西部区只占10%。胡琦等[4]的研究表明，内蒙古自治区马铃薯生育期降水量为25～240 mm，蒸散量为300～700 mm，马铃薯灌溉需水量由东到西不断增加，而且区域间的差异很大，因此如何在马铃薯生产中实现水分高效利用尤为重要。

3 马铃薯生产中的几种灌溉模式

随着当下马铃薯产业的发展，其灌溉模式也从传统灌溉模式转向高效节水灌溉模式。传统灌溉模式主要指漫灌，而高效节水灌溉模式包括喷灌、膜下滴灌、高垄滴灌。

漫灌是灌水时任其顺着沟、畦、地面漫流，是一种粗放的灌水方式。无法精量控制供水，只能凭借经验漫灌，不仅严重浪费水资源，而且对作物的生长、产量的形成均产生一定的副作用，土壤板结现象严重[22]，现已逐渐被农户淘汰。

喷灌是利用喷头以及其他专业设备将有压水喷洒到空中，形成水滴落到地面和作物表面的灌溉方式。其具有一定程度的节水功能，但需要形成喷灌圈，应用过程较复杂，而且喷灌设备需要巨额投资，不适合在中国大多数地区普遍开展应用。

膜下滴灌是将滴管技术与覆膜栽培技术有机结合的灌溉模式。滴管技术是利用管道、滴水设施将作物所需要的水分和肥料输送到作物的根部[22]。首先滴管技术可以精准灌水，避免水分过度浪费。其次减少土壤板结现象，改善土壤理化性质[23,24]。地膜在一定程度上可以减少水分蒸发，抑制膜内杂草丛生，改善土壤物理性状和微生物的活动[25-27]。覆膜虽然在作物生长前期进行增墒保温，但在作物生长后期会抑制其根系生长，对地下水、生态环境造成严重污染[28]。

高垄滴灌起高垄25 cm左右，中耕时将滴灌带埋于垄内[29]。其是由高垄覆膜滴管技术演变而来的。此灌溉模式的优势在于减少地膜的使用，对环境相对友好，且具有一定节水效果；但在增温保墒方面较膜下滴灌差，无法有效阻止水分蒸发。

目前，膜下滴灌和高垄滴灌在内蒙古自治区乃至全国马铃薯种植区域被广泛应用，但与马铃薯产业快速发展均不相匹配，均存在各自的缺陷。在灌溉技术上创新，选用适合地区特点的节水灌溉技术是今后农业研究热点话题。

4 浅埋式滴灌及其研究进展

浅埋式滴灌是地下滴管技术的一种。其是使用管道系统输水，通过埋在地下毛管上的灌水器将灌溉用水释放到根区土壤，供作物充分吸收利用水分的一种灌溉方式[30,31]。地下滴管技术较地面滴管和覆膜滴灌技术而言，更加经济实用、环保、节水效果显著。地面滴管将管道铺设于土地表面，水分通过管道蒸发到大气；而浅埋式滴灌减少了水分蒸发，同时改善了作物根区的土壤条件，将作物所需水分快速输送至根部；由于管道浅埋于地表，避免了管道曝晒，防止管道老化，延长了管道的使用寿命。浅埋式滴灌较覆膜滴灌最显著的优点是操作简便，并减少地膜的危害。普通地膜的主要成分是聚乙烯，具有分解难、降解周期长等缺陷，故随着其投入时间和投入量的不断增加，地膜在土壤中的残留不断积累，进而直接引起土壤养分降低、土壤理化性质的改变和土壤次生盐渍化的加强，影响作物生长发育与产量，最终造成恶劣的环境污染[28,32]。黄少辉等[33]的研究发现，土壤中的地膜残留对马铃薯地上部和地下部干鲜重、植株生长发育、块茎产量形成的影响显著；残膜会阻碍马铃薯根系的发生与生长，进而抑制其对水分和养分的吸收利用。目前，浅埋式滴管技术已在北疆牧区使用，并且成效显著。王春霞[34]通过调查发现，浅埋式滴灌示范区的紫花苜蓿根系明显变长，产量大幅提高。毛管埋深10 cm时的苜蓿根系湿润灌溉效果等同于埋深20 cm的传统地埋式滴灌，由此，将其定为优化的毛管埋深值[35]。地表、膜下、浅埋3种滴管模式中，浅埋式滴灌能有效降低滴灌带附近的温度，水分利用效率和玉米产量显著高于地表滴灌[31,36]。大田试验中也已验证[37]，玉米宽窄行浅埋式滴灌技术可适量向玉米根区输送水分和肥料，减少水分蒸发，改善玉米生长的微气候环境，为玉米提供良好的通风透光条件，进而增产。梅园雪等[38]在通辽玉米种植研究中发现，浅埋滴灌种植模式与其他模式相比较，从保苗效果、籽粒产量、平均产量及前期投入等方面表现良好。刘慧军等[39]研究了内蒙古自治区翁牛特旗大豆无膜浅埋滴灌技术发现，浅埋滴灌可以节水省肥。

5 浅埋式滴灌在马铃薯种植中的应用前景

如前文所述，内蒙古自治区中西部地处干旱、半干旱地区，常年少雨，年平均降水量为150～220 mm，年蒸发量为3 000 mm。由于水分胁迫引起马铃薯块茎产量低、效益差，因此灌溉马铃薯的面积呈逐渐增加趋势。陈玉珍等[15]提出不同于雨养马铃薯的对策，即灌溉马铃薯。灌溉马铃薯主要通过“3R”策略（Right mode，Right timing 和Right rate），基于正确的灌溉模式，正确的灌溉时间，正确的灌溉量进行有效的水分管理，而浅埋式滴灌技术就能有效实现对灌溉量和灌溉时间的控制，促进马铃薯对水分的高效利用。除此之外，浅埋式滴灌在玉米、大豆和牧草种植中取得了一定的成果，逐渐被认可接受。

综上，浅埋式滴管技术在内蒙古自治区马铃薯生产中的应用前景巨大，对水资源的高效利用和绿色环保方面具有极大潜力，无疑是干旱、半干旱区农业节水灌溉技术的发展方向。