Effects of Different Field Water Capacity on Root System Characteristics and Yield of Potato under Drip Irrigation with Plastic Mulch

Zhitao LI, Wenjing MA, Jinyong ZHU, Tianbin SHI, Hongyang LI, Limin CHEN, Junlian ZHANG, Yuhui LIU, Zhen LIU

Acta Agric Boreali Sin ›› 2022, Vol. 37 ›› Issue (S1) : 161-171. DOI: 10.7668/hbnxb.20193047
Tillage & Cultivation · Physiology & Biochemistry

Effects of Different Field Water Capacity on Root System Characteristics and Yield of Potato under Drip Irrigation with Plastic Mulch

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Abstract

To investigate the effect of different field water capacity on potato root growth and improve potato yield in the Northwest. The potato variety Hermes was grown in the field under a rain shelter and film mulching with drip irrigation under six field water capacity gradient treatments(85%-95%,75%-85%,65%-75%,55%-65%,45%-55% and non-irrigation)in 2018 to investigate the effects of different field water capacity on root system characteristics,tuber yield and relevance. The results showed that the root distribution gradually deepened as the field water holding capacity decreased,and when the field water holding capacity was greater than 45%,the roots were mainly distributed at 0-10 cm of the monopoly surface;when the field water holding capacity was less than 45%,the roots were mainly distributed at 20-40 cm of the monopoly side. Tuber yield and large potato rate were higher under the field water capacity of 65%-95% than that under other treatment,and the compensation effect was significant(P<0.05). Among them,the field water capacity of 75%-85% treatment had the highest yield,with an average yield of 884.06 g/plant,which was 257.61% higher than the T6 treatment. Correlation analysis revealed that field water capacity was significantly(P<0.05)positively correlated with top root length,root surface area,large potato rate and tuber yield,and top root length and surface area were significantly(P<0.05)positively correlated with potato tuber yield. In summary,field water capacity greater than 65% significantly increased root length,root surface area and yield on the monopoly surface,with the highest yields achieved under the 75%-85% water capacity treatment.

Key words

Potato / Drip irrigation with plastic mulch / Root system characteristics / Yield

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Zhitao LI , Wenjing MA , Jinyong ZHU , Tianbin SHI , Hongyang LI , Limin CHEN , Junlian ZHANG , Yuhui LIU , Zhen LIU. Effects of Different Field Water Capacity on Root System Characteristics and Yield of Potato under Drip Irrigation with Plastic Mulch. Acta Agriculturae Boreali-Sinica. 2022, 37(S1): 161-171 https://doi.org/10.7668/hbnxb.20193047
根系是作物吸收土壤水分和营养物质的主要部位[1],同时也是激素等转化的重要部位,对植物养分的利用效率影响较大[2],对于作物的生长发育和产量形成具有重要作用,并有学者认为块茎的产量受根系特性的影响[3]。马铃薯(Solanum tuberosum L.)属于须根系作物,根系主要分布在0~40 cm处[4],在植株的生长过程中极易受到干旱胁迫的影响。不及时或不充分的灌水都会对马铃薯的产量造成严重的影响[5]。
马铃薯含有较高的淀粉、维生素、以及矿质元素[6],因其耐贫瘠、产量高等特性,在我国广泛种植[7]。随着马铃薯产业的不断发展,马铃薯种植面积不断扩大,但我国60%的马铃薯栽培地区均属于年降雨量200~400 mm的干旱、半干旱地区[8-9]。干旱胁迫已严重制约了马铃薯产业的发展[10],因此开展马铃薯抗旱研究意义重大。
目前,关于干旱胁迫对于马铃薯生长影响的报道多集中于马铃薯叶片的光合特性[11⇓-13]、生理特性[14-15]以及植株的株高茎粗等生长特性[16-17]等地上部分指标,对干旱胁迫下马铃薯的根系特性的研究鲜有报道。因此,本试验在大田遮雨棚下,采用精准膜下滴灌模式,研究不同田间持水量对马铃薯根系生长特性及块茎产量的影响,分析了根系生长特性与产量之间的相关性,为确定西北干旱、半干旱地区马铃薯最佳需水量提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验区概况和供试材料

本试验于2018年4月27日-9月15日在甘肃省定西市农业科学研究院试验站进行,该地属于干旱、半干旱地区,年均降雨量415 mm,平均温度6.3 ℃,全年无霜期总共141 d,属于典型的半干旱雨养农业区。试验地土壤为黄绵土,0~200 cm的土壤容重为1.31 g/cm,pH值8.48,含有机质13.88 mg/kg,碱解氮17.64 mg/kg,速效磷29.8 mg/kg,速效钾211.7 mg/kg。试验选用定西市马铃薯研究所提供的海斯薯原原种(约30 g)作为试验材料。

1.2 试验设计

本试验在大田遮雨棚内进行,根据不同田间持水量水平,共设置了6个处理,分别为田间持水量的85%~95%(T1)、75%~85%(T2)、65%~75%(T3)、55%~65%(T4)、45%~55%(T5)以及不灌水处理(T6)。为保证各处理能够正常出苗,从播种到出苗共灌水2次共30 mm,水分处理从出苗后的7 d开始,在收获前的15 d停止灌水,每隔5~7 d灌水1次。于2018年于4月27日播种,9月15日收获。
本试验采用的是起垄覆膜与膜下滴灌相结合的栽培方式,单垄单行种植,行距70 cm,株距30 cm。垄上覆黑色塑料薄膜,膜下滴管采用的是以色列耐特菲姆公司的滴管系统,管内压力2.0 MPa,滴头流量1.6 L/h。
试验为单因素随机区组排列,每个处理3次重复,一共18个小区,每个小区10.5 m2。本试验以每个小区为一个灌溉单位,灌水时间由自动化控制系统和电磁阀控制。灌水量及灌水时间由以下公式确定:
M=10ρbH(βi-βj)
①
h=M× Sd×n
②
①式中,M为灌水量(mm);ρb计划湿润层内土壤容重(g/cm3);H为计划湿润层深度(cm),本试验H为40 cm;βi为目标含水量(田间持水量×设计目标相对含水量上限);βj为自然含水量,即灌前土壤含水量。②式中h为灌水时间(小时);S为小区面积(m2);d为滴头流量(1.60 L/h),n为每小区滴头个数(50个)。在马铃薯生育期内不同水分处理的滴灌次数和滴灌量如表1所示。
Tab.1 Times and amounts of drip irrigation during potato growth period under different water treatments

表1 不同年份马铃薯生育期内不同水分处理的滴灌次数和滴灌量

处理
Treatment		 滴灌次数
Times of drip
irrigation		 总滴灌量/mm
Total amounts of
drip irrigation
T1 17 553.20
T2 17 413.46
T3 16 249.75
T4 11 109.35
T5 10 73.95
T6 2 30.24

1.3 测定项目与方法

1.3.1 根系特性的测定

在马铃薯的盛花期每个处理随机选取4株,以植株为中心,使用内径为8 cm,长度为1 m手动空心根钻,分别在垄面(Top-A、Top-B)和垄侧(Side-A、Side-B)4个点取样,取样深度为0~10 cm,10~20 cm,20~40 cm(图1)。将采集的土块依次编号分装,过孔径0.15 mm筛网,用自来水冲洗干净,使用Win RHIZO系统测(孔径0.15 mm)定根长、表面积、平均根直径、根体积。
Fig.1 Schematic diagram of root sampling
A.The horizontal schematic;B.The vertical schematic.

图1 根部取样示意图

A.水平示意图;B.剖面示意图。

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1.3.2 块茎产量及其构成因素的测定

每个小区选取15株进行测产,用分析天平称量块茎鲜质量,求取其平均值,获得单株产量。并将所有薯块按大小分为3个等级,评价标准为:大薯>200 g,85≤中薯≤200 g,小薯<85 g,计算大、中、小薯率。

1.4 数据处理

使用SPSS 19.0进行单因素方差分析,显著性分析使用Duncan's法(P< 0.05),使用Origin 2018和TBtools绘图。

2 结果与分析

2.1 不同田间持水量对马铃薯根长的影响

如图2所示,在垄侧的近点(Side-A)0~10 cm深处,根长最大的是T2处理,较其余各处理显著(P<0.05)增加了40.48%~81.86%;10~20 cm深处,根长T4~T6差异不显著,其中最大的是T4处理,较其T1~T3处理显著(P<0.05)增加了51.31%~91.47%;20~40 cm深处,T6处理根长最大,较T1以及T3~T5处理显著(P<0.05)增加了26.85%~112.07%。在垄侧的远点(Side-B)0~10 cm深处,T5处理的根长最大,除T2处理外,较其余各处理显著增加了11.95%~69.38%;10~20 cm深处,T1~T2处理根长差异不显著,其中T2处理根长最大,较T3~T6处理显著(P<0.05)增加了28.10%~175.08%;20~40 cm深处,T2处理根长最大,较其余各处理显著(P<0.05)增加了32.10%~106.33%。
Fig.2 Effect of different water treatments on root length of potato
Different lowercase letters on the bar graph indicate significant differences between treatments(P<0.05).The same as Fig.3-5.

图2 不同水分处理对马铃薯根长的影响

柱状图上不同小写字母表示各处理间差异显著(P<0.05)。图3-5同。

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在垄面的近点(Top-A)0~10 cm深处,T1~T3处理根长显著(P<0.05)高于T4~T6处理,其中根长最大的是T3处理,除T2外,较其余各处理增加了24.28%~115.00%;10~20 cm深处,T1处理根长最大,除T4外,较其余各处理增加了19.29%~39.92%;20~40 cm深处,随田间持水量的增加呈现先增加后降低的趋势,T2处理根长最大,较T1以及T3~T6处理显著(P<0.05)增加了16.25%~84.29%。在垄面的远点(Top-B)0~10 cm深处,根长分布与Top-A一致,其中最大的是T4处理,较其余各处理显著(P<0.05)增加了40.16%~325.39%;10~20 cm深处,各处理之间无显著性差异;20~40 cm深处,T3处理根长最大,较T2处理显著(P<0.05)增加了41.03%,其余各处理之间无显著性差异。
总体来看,田间持水量大于45%的根长主要分布在0~10 cm深处,并且主要分布在垄面(Top);田间持水量低于45%时,根长主要分布在垄侧(Side)的20~40 cm深处。

2.2 不同田间持水量对马铃薯根表面积的影响

如图3可知,在垄侧的近点(Side-A)0~10 cm深处,根表面积最大的是T2处理,较其余各处理显著(P<0.05)增加了23.27%~40.13%;10~20 cm深处,T5~T6处理的根表面积显著(P<0.05)大于T1~T3处理,其中T5处理表面积最大,较T1~T4处理显著(P<0.05)增加了15.45%~65.44%;20~40 cm深处,T6处理根表面积最大,较T1~T5处理显著(P<0.05)增加了19.26%~47.06%。在垄侧的远点(Side-B)0~10 cm深处,T5处理的根表面积最大,除T2外,较其余处理增加了17.27%~26.85%;10~20 cm和20~40 cm深处,T2处理根表面积最大,较其余各处理分别显著(P<0.05)增加了21.13%~67.06%和21.95%~45.82%。
Fig.3 Effect of different water treatments on root surface area of potato

图3 不同水分处理对马铃薯根表面积的影响

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在垄面的近点(Top-A)0~10 cm深处,T1~T3处理根表面积显著(P<0.05)高于T4~T6处理,其中最大的是T2处理,较T4~T6处理显著增(P<0.05)加了26.89%~51.94%;10~20 cm深处,各处理根表面积无显著差异;20~40 cm深处,随田间持水量的增加呈现先增加后降低的趋势,T2处理根表面积最大,较其余各处理显著(P<0.05)增加了11.34%~29.47%。在垄面的远点(Top-B)0~10 cm深处,T4处理根表面积最大,较其余各处理显著(P<0.05)增加了28.99%~152.12%;10~20 cm深处,各处理之间根表面积无显著差异;20~40 cm深处,T2处理根表面积最大,较T6处理显著(P<0.05)增加了12.55%,其余各处理之间无显著差异。
在不同部位马铃薯根表面积与根长的变化趋势相同,总体来看,田间持水量大于45%的各处理在0~10 cm深处根表面积较大,并且垄面(Top)根表面积大于垄侧(Side);田间持水量低于45%,主要分布在0~20 cm处,且垄侧(Side)的根系表面积较大,并且较根系表面积较其他处理分布更深。

2.3 不同田间持水量对马铃薯平均根直径的影响

如图4可知,在垄侧的近点(Side-A)0~10 cm深处,平均根直径随田间持水量的增加,呈现先降低后增加的趋势,其中T6处理平均根直径最大,较T2~T5处理显著(P<0.05)增加了16.01%~43.92%;10~20 cm深处,其中T5处理平均根直径最大,较T3~T4以及T6处理显著(P<0.05)增加了18.30%~42.35%;20~40 cm深处,T4处理平均根直径最大,较T5~T6处理显著(P<0.05)增加了34.20%~48.17%。在垄侧的远点(Side-B)0~10 cm深处,T4处理的平均根直径最大,较T2~T3以及T5处理显著(P<0.05)增加了26.64%~37.87%;10~20 cm深处,T4处理的平均根直径最大,较其余各处理显著(P<0.05)增加了21.31%~80.37%;20~40 cm深处,T1与T4处理无显著差异,其中T4处理平均根直径较大,较其余各处理显著(P<0.05)增加了20.13%~43.64%。
Fig.4 Effect of different water treatments on the mean root diameter of potato

图4 不同水分处理对马铃薯平均根直径的影响

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在垄面的近点(Top-A)0~10 cm深处,T6处理平均根直径最大,较T1~T5处理显著(P<0.05)增加了18.43%~46.27%;10~20 cm深处,T2与T5处理的平均根直径无显著差异,其中T5处理平均根直径最大,较T1以及T3~T4显著(P<0.05)增加了10.73%~32.20%;20~40 cm深处,T5~T6处理显著高于T1~T2处理,T6处理平均根直径最大,较T1~T2以及T4处理显著(P<0.05)增加了37.48%~42.15%。在垄面的远点(Top-B)0~10 cm深处,T6处理平均根直径最大,较其余各处理显著(P<0.05)增加了29.48~63.94%;10~20 cm深处,T2处理平均根直径最大,较T3、T6处理分别显著(P<0.05)增加了32.69%,32.01%;20~40 cm深处,T2处理平均根直径最大,较其余各处理显著(P<0.05)增加了20.41%~33.72%。
总体来看,T1、T3、T4处理的平均根直径在垄侧的20~40 cm较大,T2、T5处理在垄面10~20 cm深较大,持水量小于45%处理在垄面的0~10 cm深处较大,其中T1、T3、T4、T6处理主要分布在垄侧(Side),T2、T5处理主要分布在垄面(Top),T6处理的平均根直径最大。

2.4 不同田间持水量对马铃薯根体积的影响

如图5可知,在垄侧的近点(Side-A)0~10 cm深处,T6处理根体积最大,较T3处理显著(P<0.05)增加了23.85%;10~20 cm深处,其中T5处理根体积最大,较其余各处理显著(P<0.05)增加了25.43%~73.43%;20~40 cm深处,T6处理根体积最大,较T1及T4~T5处理显著(P<0.05)增加了24.68%~31.20%。在垄侧的远点(Side-B)0~10 cm深处,各处理之间无显著差异;10~20 cm深处,T2处理的根体积最大,较T3处理显著(P<0.05)增加了54.42%;20~40 cm深处,T4处理根体积最大,较T3处理显著(P<0.05)增加了28.01%。
Fig.5 Effect of different water treatments on root volume of potato

图5 不同水分处理对马铃薯根体积的影响

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在垄面的近点(Top-A)0~10 cm深处,T2处理根体积最大,较T3以及T5~T6处理显著(P<0.05)增加了15.00%~21.29%;10~20 cm深处,T6处理根体积最大,较T4处理显著(P<0.05)增加了38.16%;20~40 cm深处,T5处理根体积最大,较其余各处理显著(P<0.05)增加了14.17%~43.98%。在垄面的远点(Top-B)0~10 cm深处,T4处理根体积最大,较其余各处理显著(P<0.05)增加了26.23%~63.71%;10~20 cm深处,T6处理根体积最大,较其余各处理显著(P<0.05)增加了28.15%~59.44%;20~40 cm深处,T2处理根体积最大,较T1、T6处理显著(P<0.05)增加了39.11%~40.56%。
总体来看,持水量大于55%的根体积主要分布在0~10 cm深处,持水量小于55%的根体积主要分布在10~20 cm深处。其中,持水量大于55%以及持水量小于45%处理的根体积分布在垄面(Top),而持水量45%~55%处理分布在垄侧(Side),其中持水量75%~85%总根体积大于其余各处理。

2.5 不同田间持水量对马铃薯单株产量的影响

由表2可知,单株产量随田间持水量的下降而呈现先升高后降低的趋势,T1~T3处理单株产量显著(P<0.05)高于T4~T6处理,T2处理单株产量达到了最大值(884.06 g),分别较T3~T6显著(P<0.05)增加了35.11%~257.61%。各处理的块茎大薯率变化趋势与产量相似,T1~T3处理的大薯率较T4~T6处理,分别显著(P<0.05)增加了21.51~36.48百分点。各处理的中薯率变化趋势和大薯率变化趋势正好相反,T1~T3处理的中薯率较T4~T6处理分别显著(P<0.05)下降了19.80~31.22百分点,各处理之间小薯率无显著差异(P<0.05)。
Tab.2 Effect of different water treatments on yield and its components of potato

表2 不同水分处理对马铃薯单株产量及其构成因素的影响

处理
Treatment		 单株产量/g
Yield of per plant		 大薯率/%
Large tuber rate		 中薯率/%
Medium tuber rate		 小薯率/%
Small tuber rate
T1 821.70±68.17a 50.91±1.33a 42.47±1.63b 6.62±0.71a
T2 884.06±47.61a 48.46±4.62a 42.34±3.45b 9.20±1.29a
T3 654.34±30.62b 51.67±4.44a 38.10±3.86b 10.23±0.62a
T4 370.32±13.12c 16.14±2.98b 68.67±2.82a 15.20±5.48a
T5 326.00±31.12c 21.95±2.50b 62.27±2.43a 15.78±2.25a
T6 247.22±32.71c 15.19±7.91b 69.32±5.77a 15.49±2.79a
注:不同小写字母表示各处理间差异显著(P<0.05)。
Note:Different lowercase letters indicate significant differences between treatments(P<0.05).
说明,当田间持水量大于65%时,能够显著提高大薯率(P<0.05),降低中薯率,从而增加了单株产量,其中当田间持水量保持在75%~85%时,单株产量最高。当田间持水量低于65%时,降低了大薯率,提高了中薯率,使得单株产量显著下降(P<0.05)。

2.6 不同部位根系特性和产量的相关性

由图6可知,垄面和垄侧的根长、根表面积与块茎产量、田间持水量呈正相关关系,而垄面和垄侧的平均根直径、根体积与块茎产量、田间持水量呈负相关关系。其中,垄面的根表面积与田间持水量,垄侧的根长与块茎产量之间均呈极显著正相关(P<0.01);垄面的根长与田间持水量,根表面积与块茎产量之间呈显著正相关(P<0.05);垄面的根长与平均根直径,垄侧的平均根直径与根长、根表面积之间呈现极显著负相关(P<0.01);垄面的根表面积与平均根直径之间呈极显著负相关(P<0.01);垄面的平均根直径与田间持水量之间呈显著负相关(P<0.05)。垄侧的根长与大薯率呈极显著正相关(P<0.01),而与中薯率呈极显著负相关(P<0.01);垄侧的平均根直径与大薯率呈显著负相关(P<0.05),而与中薯率呈极显著正相关(P<0.01);大薯率与中、小薯率呈极显著负相关(P<0.01),与块茎产量、田间持水量呈极显著正相关(P<0.01);中薯率与小薯率显著正相关(P<0.05);中、小薯率与块茎产量、田间持水量呈极显著负相关(P<0.01)。
Fig.6 Correlation between root characteristics and yield of different parts under different water treatments
*. Significant correlation(P<0.05);**. Highly significant correlation(P<0.01).The same as Fig.7.

图6 不同水分处理下不同部位根系特性与产量的相关性

*.显著相关(P<0.05);**.极显著相关(P<0.01)。图7同。

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总体来看,垄面(Top)和垄侧(Side)的根长与根表面积对马铃薯单株产量影响相对较大,其中垄面的根表面积与垄侧的根长对产量影响最大。垄面(Top)的根系对大、中、小薯率无显著影响,垄侧(Side)的根系与大、中薯率影响显著,其中垄侧的根长以及平均根直径对大、中薯率影响最大;田间持水量与垄面的根长、根表面积相关性大于垄侧(Side),说明土壤含水量对于垄面的根长和根表面积影响大于垄侧。

2.7 不同深度根系特性和产量的相关性

由图7可知,在垄面20~40 cm深处的根表面积与块茎产量呈极显著(P<0.01)正相关;0~10 cm深处的根长、根表面积与田间持水量呈显著(P<0.05)正相关、0~10 cm深和20~40 cm深处的平均根直径、10~20 cm深处的根体积与田间持水量呈现极显著(P<0.01)负相关。在垄侧0~20 cm深处的平均根直径与块茎产量呈负相关,其中0~10 cm处与块茎产量呈显著(P<0.05)相关,10~20 cm处与块茎产量呈极显著(P<0.01)相关,0~10 cm深处的根体积与块茎产量、田间持水量呈极显著(P<0.01)负相关;大薯率与垄侧0~20 cm深处的平均根直径、根体积呈显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)负相关;中薯率与垄侧0~20 cm深处平均根直径以及0~10 cm深处的根体积呈现极显著(P<0.01)正相关。
Fig. 7 Correlation between root characteristics and yield at different depths under different water treatments

图7 不同水分处理下不同深度根系特性与产量的相关性

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总体来看,垄面不同深度的根系特性与单株产量的正相关性较高,其中20~40 cm深处的根表面积正相关性最高,达到了显著(P<0.05)水平。垄侧马铃薯根系与大、中、小薯率相关性较高,其中垄侧0~20 cm深处平均根直径与根体积能够促进马铃薯大薯率的增加,抑制中薯率。垄面马铃薯根系的生长可以促进单株产量的增加,垄侧根系的生长能够促进大薯率的增加,抑制中薯率,尤其是0~20 cm深处根系的生长对马铃薯大、中薯率影响最大。

3 结论与讨论

干旱胁迫是目前影响我国马铃薯产业发展的主要限制因素,马铃薯作为一种水分敏感型作物,干旱胁迫严重影响着马铃薯植株生长、块茎发育[18],根系作为植物的地下器官,能够提供植物生长所需的养分和水分,但是这也是最大的限制因素[19],良好的根系形态分布,能够提高马铃薯对干旱胁迫的耐受性[20]。
有研究表明,土壤水分含量能够影响植株根系的分布,当土壤含水量较高时,根系主要分布在表层;而水分含量较低时,根系主要分布在深层,以确保资源利用的最大化[21]。有研究发现,马铃薯能够通过利用不定根、根毛[22]来增加表面积,以此最大限度地提高根密度[23]。根毛增加了根系与土壤的接触面积,提高了根系的吸收能力,根系吸收的50%以上的水分来自根毛区[24]。侧根作为对水分和养分的吸收较为活跃的部分,且能够增加总根量和根系表面积[25]。在水稻(Oryza sativa L.)根系构型的研究中发现,根系向下层分布多能够提高水稻的抗旱能力,并且深根长、分枝根密度、根细密度与产量均密切相关[26]。在大豆(Glycine max)上的研究发现,根密度的增加能够提高抗旱能力[27]。本研究发现,当田间持水量大于45%时,马铃薯根系主要分布在0~10 cm深处;当田间持水量低于45%时,根系主要分布在20~40 cm深处。并且在田间持水量大于45%,根系主要分布在垄面(Top),而田间持水量较小时主要分布在垄侧(Side)。推测是由于田间持水量较高时,根系主要分布在垄面的浅层地表;由于田间持水量较低时,根系主要分布在垄侧的深层地表。
有研究发现,在干旱胁迫下,会导致植株生长缓慢,产量下降,甚至出现不结薯的现象[28]。本研究认为,田间持水量与单株产量相关性较高,水分亏缺会对马铃薯单株产量造成严重的影响,这与Iwama[29]的研究结果一致。当田间持水量低于85%时,马铃薯的单株产量随田间持水量的降低而降低,而当田间持水量75%~85%,单株产量达到最高值。这与抗艳红等[30]的研究结果一致。田间持水量小于65%,由于中薯率较高而大薯率过低,严重限制了马铃薯单株产量的增加。
植物根系会受到土壤环境条件的影响,根系构型会随土壤养分、水分的分布和含量不同而随之发生改变,进而最大可能的获取更多的资源[31⇓-33]。高超等[34]在棉花(Gossypium hirsutum)的研究中发现,当遭受到干旱胁迫时,根系会偏向土壤含水量较高的部位,出现不均匀分布的现象。Lopes等[35]的研究发现,小麦(Triticum aestivum)根系的深度与产量呈正相关关系。李倩[36]的研究发现,马铃薯根系鲜质量与根系体积、根系表面积显著正相关,与产量极显著正相关。王维等[26]研究发现,水稻深根长、分枝根密度、根细密度与产量均密切相关。本研究发现,在起垄覆膜与膜下滴灌相结合的栽培方式下,垄面根系的生长和马铃薯单株产量具有正相关关系,而垄侧根系的生长能够促进大薯率的增加,抑制中薯率,且根长和根表面积与马铃薯单株产量相关性较高。
在田间持水量大于45%时,根长、根表面积主要分布在垄面的0~10 cm深处;而当田间持水量小于45%时,根长、根表面积主要分布在垄侧的20~40 cm深处。当田间持水量大于55%时,根体积主要分布在0~10 cm深处;而当田间持水量大于55%时,根体积主要分布在10~20 cm深处。当田间持水量大于65%时,对马铃薯单株产量和块茎大薯率具有显著的补偿效应(P<0.05)。当田间持水量为75%~85%时,马铃薯单株产量最优,为884.06 g/株,较T6处理增产257.61%。通过相关性分析发现,田间持水量和垄面部分的根长以及根表面积相关性较高;根长和根表面积与马铃薯单株产量相关性较高。提高垄侧部分的根系长度与直径可显著增加块茎大薯率(P<0.05),而提高垄侧部分的根系长度与直径可显著增加块茎大薯率(P<0.05)。

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