滴灌带浅埋技术提升半干旱地区马铃薯水分利用效率的机制研究

本研究针对半干旱地区马铃薯生产面临的水资源短缺问题，通过对比滴灌带浅埋(SSI)与地表滴灌(SI)技术，系统分析了SSI对马铃薯水分利用效率(WPi)、根系发育及产量的影响。结果表明：SSI通过减少早期生长阶段8-26%的蒸发量，促进根系生物量增加19%，最终使块茎产量提升8.0%，水分生产率提高7.8%。该研究为半干旱地区马铃薯可持续生产提供了创新性解决方案。

　　

在全球粮食安全格局中，马铃薯(Solanum tuberosum L.)作为第四大主粮作物，其生产却长期受限于半干旱地区的水资源短缺。以中国内蒙古为代表的典型半干旱区，年降水量仅100-250mm，远不能满足马铃薯300-450mm的需水量。传统灌溉方式不仅造成水资源浪费，更导致肥料利用率下降。如何通过技术创新破解"水-粮"矛盾，成为农业可持续发展的重要命题。

内蒙古农业大学农学院的研究团队在《Scientific Reports》发表的最新研究，通过四年田间试验揭示了滴灌带浅埋技术(SSI)的增效机制。研究人员采用裂区设计，对比分析了5cm浅埋(SSI)与地表滴灌(SI)在不同灌溉量(200mm和150mm)下马铃薯的生长响应。通过系统监测土壤水分存储(SWS)、阶段蒸散量(ET_i)、根系生物量等指标，结合叶面积指数(LAI)和干物质积累动态分析，阐明了SSI的生理生态学机制。

研究首先发现SSI能显著改变水分分配格局。在幼苗期和块茎形成期，SSI处理的阶段蒸散量(ET_i)比SI降低8-26%，这主要归因于土壤蒸发量的减少。随着生育进程推进，SSI处理的蒸散优势发生逆转——在块茎膨大期和淀粉积累期，其ET_i反而较SI提高19.5%。这种动态变化与LAI的发展规律高度吻合：SSI处理的LAI在生长中后期显著提升，最大增幅达1.28个单位，表明更多的水分被用于植物蒸腾而非土壤蒸发。

根系发育数据揭示了更深层的机制。SSI处理使块茎形成后的根系生物量增加19%，这种"深根效应"显著增强了水分和养分的捕获能力。如图4所示，在2020年块茎膨大期，SSI200处理的根系干重比SI200提高16%。这种优势直接转化为光合生产力的提升，SSI处理的植株干物质积累量在关键生育期平均增加22.6%，为产量形成奠定了物质基础。

产量数据验证了技术的可行性。在降水较少的2022年(102.3mm)，SSI使马铃薯产量较SI提升12%，水分生产率(WP_i)最高达到449kg·mm^-1·ha^-1。值得注意的是，SSI150处理的产量甚至超过SI200，证明该技术可实现"减水增效"的双重目标。研究还发现，SSI的增产效应与年降水量呈负相关，在干旱年份表现更为突出。

讨论部分强调了技术的创新价值。相比传统10cm埋深的 subsurface drip irrigation(SDI)，5cm浅埋的SSI既保留了减少蒸发的优势，又避免了深埋导致的设备成本增加和收获障碍。研究提出的"蒸发抑制-根系优化-产量提升"作用链条，为半干旱区作物水分管理提供了新思路。作者建议未来研究应结合降水变率优化灌溉参数，并探索SSI对土壤温度的调控效应。

这项研究不仅为内蒙古等半干旱地区提供了可推广的节水技术方案，其揭示的植物-水分互作机制对全球干旱农业区也具有重要参考价值。通过简单的技术改良(滴灌带埋深5cm)，就能实现水资源生产率与作物产量的协同提升，这种"低投入-高效益"模式对保障粮食安全具有现实意义。