水氮對薯田土壤水分及馬鈴薯產量的影響

買自珍，楊彩玲，米治明(寧夏農林科學院固原分院，寧夏 固原 756000)

西北半干旱地區是我國馬鈴薯主要產區,該地區水資源匱乏。寧夏地處西北半干旱地區，是我國最嚴重的缺水省份之一。買自珍等研究了滴灌條件下作物節水灌溉制度[1]。土壤水分含量的高低直接影響到土壤養分的有效性,也對作物吸收土壤養分、轉運、轉化和同化有一定的影響[2，3]。水是植物重要的組成部分，是作物生長不可缺少的元素。氮素肥料在農業生產中占有重要的地位，被稱作農作物的“當家肥”。作物產量的主要限制因子是水分,而水肥之間又有著明顯的交互作用[4，5]。水分和氮素是影響馬鈴薯產量的重要因子[8，14]。氮素營養與水分之間有著十分密切的關系,一方面水分影響氮素營養在土壤中的運動和植物對氮素的吸收、利用和分配；另一方面適宜的氮素營養水平能夠在一定程度上提高植物對干旱的適應性，達到“以肥調水”的目的。本試驗以此為切入點，通過研究膜下滴灌不同滴灌量和施氮量對馬鈴薯產量及水分效應的影響，為馬鈴薯旱作栽培最佳補灌量、施氮量的確定提供理論依據，為進一步研究節水、高效的馬鈴薯生產實踐提供參考，為馬鈴薯生產上水、氮一體化提供可靠依據，對提高馬鈴薯產量和改善品質具有重要意義。

1 試驗區概況

試驗于2010-2011年在固原旱地進行，海拔1 750 m，多年平均氣溫6.5 ℃，多年平均降水量360.5 mm，多年平均日照時數2 423 h，不小于10 ℃有效積溫2 000～2 500 ℃，無霜期120～150 d。試驗區土質黑壚土，前茬作物向日葵,土壤含有機質12.08 g/kg，全氮0.813 g/kg，全磷0.96 g/kg，全鉀16.14 g/kg，堿解氮28.41 mg/kg，有效磷11.6 mg/kg，速效鉀120.32 mg/kg，pH值8.16。

2 試驗設計與方法

2.1 試驗設計

滴灌定額用W表示，設為①W1225 m3/hm2、②W2450 m3/hm2；施肥在P2O5120 kg/hm2、K2O 120 kg/hm2和農家肥2.25 萬kg/hm2的基礎上，氮肥施用量設為③N 175 kg/hm2、④N2150 kg/hm2、⑤N3225 kg/hm2、⑥N4300 kg/hm2和對照(ck)不施氮肥。重復3次，隨機區組排列，小區面積26.4 m2。除灌溉和氮不同施肥量外其他栽培措施一致。馬鈴薯供試品種冀張薯8號。灌水施肥實施方案為磷肥和農家肥全部基施，氮、鉀肥60%基施、40%追施，于馬鈴薯現蕾期(水占20%、肥占30%)、塊莖形成期(水占30%、肥占20%)和塊莖膨大期(水肥各占50%)供給。

2.2 薯田水量平衡計算

(1)薯田土壤貯水量。馬鈴薯生育期每10 d測定0～200 cm土層土壤水分，計算土壤貯水量。

(1)

式中：W為土壤貯水量，mm；H為土層厚度，cm，土層深度200 cm，每20 cm為1個取樣土層；wi為第i層土壤重量含水量，%；γ為土壤平均密度，g/cm3。

(2)薯田作物耗水量。作物耗水量用農田水分平衡法計算。本試驗未產生水分下滲和徑流，因此，適用于計算本試驗的作物田間耗水量(mm)的農田水分平衡方程為：

ET=ΔW+P+I

(2)

式中：ET為作物生育期耗水量，mm；ΔW為某一時段農田土壤貯水變化量，mm；ΔW為W播前土壤基礎貯水量減去W作物收獲后土壤遺留貯水量；P為生育期降水量；I為滴灌量，mm。

(3)水分利用效率。

(3)

式中：WUE為水分利用效率，kg/(hm2·mm)；yd為單位面積馬鈴薯經濟產量，kg/hm2；ET為薯田蒸散量，mm。

2.3 氮素生產效率

(4)

2.4 試驗取樣與考種

按小區實收計產。每處理取樣20株,計大于150 g大薯數、小于75 g小薯數，并稱大小薯重,計算單株產量及商品率。

2.5 數據統計及分析

數據用Microsoft Excel2003制圖,用DPS7.05處理軟件進行方差分析及Duncan's新復極差檢驗(P<0.05)。

3 結果與分析

3.1 膜下滴灌不同滴灌量及施氮量薯田土壤水分動態變化

(1)膜下滴灌不同滴灌量薯田土壤水分動態變化。不同滴灌量薯田0～40 cm剖面土壤水分動態變化，如圖1所示，膜下滴灌可明顯提高0～40 cm土壤水分，土壤水分變化趨勢是膜下滴灌450 m3/hm2處理明顯高于225 m3/hm2。當氮肥施用量75 kg/hm2時，滴灌450 m3/hm2處理馬鈴薯各生育階段土壤水分變化幅度10.03%～16.08%，225 m3/hm2處理土壤水分9.11%～12.77%，較225 m3/hm2處理增加1.19%～5.95%；150 kg/hm2時，450 m3/hm2處理土壤水分11.60%～15.12%，225 m3/hm2處理土壤水分10.24%～14.32%，較225 m3/hm2處理土壤水分增加0.8%～3.92%；225 kg/hm2時，450 m3/hm2處理土壤水分11.1%～17.97%，225 m3/hm2處理土壤水分8.27%～10.3%，較225 m3/hm2處理增加2.83%～7.67%；300 kg/hm2時，450 m3/hm2處理土壤水分11.35%～13.09%，225 m3/hm2處理土壤水分9.05%～11.63%，增加1.7%～4.04%。

圖1 不同滴灌量馬鈴薯薯田土壤水分變化Fig.1 Change of water in soil under different irrigation

(2)膜下滴灌氮肥不同施用量薯田土壤水分動態變化。氮肥不同施用量薯田0～40 cm剖面土壤水分動態變化，如圖2所示，馬鈴薯各生育階段0～40 cm土層土壤水分隨著滴灌土壤水分增加，且變化趨勢一致。滴灌225 m3/hm2時，施氮肥量75、150、225、300 kg/hm2處理馬鈴薯各生育階段土壤水分平均11.61%、12.08%、10.10%、10.84%；滴灌450 m3/hm2時，土壤水分依次為13.37%、13.36%、13.01%、12.43%。隨著施氮量變化，土壤水分變化不明顯。

圖2 同一滴灌量氮肥不同用量土壤水分變化Fig.2 The change of water in soil under same irrigation and different nitrogen

3.2 膜下滴灌不同滴灌量及施氮量對馬鈴薯產量的影響

膜下滴灌、施氮肥具有顯著地增產作用。膜下滴灌225 m3/hm2時，氮肥不同用量馬鈴薯產量1.919 415～2.573 235 萬kg/hm2，較無氮肥處理增產7.69%～36.95%；450 m3/hm2時，馬鈴薯產量2.068 290～2.630 175 萬kg/hm2，較無氮肥處理增產3.62%～38.92%。450 m3/hm2處理較225 m3/hm2增產2.85%(見表1)。經方差分析，不同滴灌量、施氮量處理間產量差異達極顯著水平，新復極差多重分析比較，W1、W2處理間產量差異不顯著，施氮量N3與N2、N4、N1、N0處理間產量差異達極顯著水平，N2、N4差異不顯著，與N1、N0差異達極顯著水平。滴灌225 m3/hm2條件下，施氮肥N3與N4、N2、N1、N0和N4、N2與N1、N0處理間產量差異達極顯著水平，N4與N2和N1與N0差異不顯著；450 m3/hm2施氮肥N3與N2、N4、N1、N0產量差異達極顯著水平，N2與N4差異不顯著，與N1和N0產量差異達極顯著水平，N1與N0產量差異達極顯著水平。

(1)膜下滴灌不同滴灌量對馬鈴薯產量的影響。同一施氮水平下，不同滴灌量對馬鈴薯產量的影響，從表1可看出，N175、N2150、N3225和N4300 kg/hm2，膜下滴灌450 m3/hm2較225 m3/hm2馬鈴薯產量增產1 488.75、303.0、569.4和124.95 kg，依次增產7.76%、1.27%、2.21%和0.52%。

(2)氮肥不同施用量對馬鈴薯產量的影響。同一滴灌量條件下隨著氮肥施用量的增加，馬鈴薯產量逐漸增加，低氮增產幅度大，高氮增產幅度小，當施氮量超過225 kg/hm2時，馬鈴薯產量呈下降趨勢。由表1可以看出，膜下滴灌225 m3/hm2時，不同施氮量馬鈴薯產量1.919 415、2.383 830、2.573 235和2.386 485 萬kg/hm2，依次較無氮肥處理增產3.62%、28.69%、38.92%和28.83%，滴灌450 m3/hm2時，增產7.69%、25.7%、36.95%和24.91%。

3.3 不同滴灌量、施氮量的水氮生產效率變化

由表2可以看出，同一滴灌量條件下，施氮水平由75 kg/hm2增至150 kg/hm2，馬鈴薯氮素生產效率呈逐漸增加的趨勢，施氮量225～300 kg/hm2時，氮素生產效率下降。W1N2處理氮素生產效率最高35.43，W1N3處理氮素生產效率32.04，W2N2氮素生產效率32.91，W2N3氮素生產效率31.54。W1和W2處理下，各施氮水平的氮素生產效率為N0

表1 馬鈴薯不同滴灌量、施氮肥量產量結果Tab.1 Potato production under different amount of irrigation and nitrogen

表2 不同滴灌量、施氮量馬鈴薯薯氮素利用率和水分生產效率結果Tab.2 The result of nitrogen utilization rate and water production efficiency under different irrigation and nitrogen

4 結 語

目前，國內外學者對馬鈴薯施肥或灌溉方面的研究比較多，而在滴灌量與施氮量對馬鈴薯產量及水分效應的影響等方面的研究很少，通過多年的生產試驗研究和應用,滴灌技術與其他灌溉方式相比被認為是最具經濟效益的灌溉方式[6-18]。周娜娜等學者2004年曾研究過“不同滴灌量和施氮量對馬鈴薯產量和品質的影響”[15]，研究表明在小水量多次灌水的灌溉方式下,馬鈴薯在低氮水平就能達到高產優質，與本研究結果一致。宋娜等“水氮耦合對膜下滴灌馬鈴薯產量、品質及水分利用的影響”研究表明較高水分條件有利于塊莖品質的積累[19]，與本研究結果基本一致。

本試驗研究結果表明，膜下滴灌能使0～40 cm土層土壤水分增加，而馬鈴薯根系主要分布在0～40 cm范圍，滴灌滿足了馬鈴薯生長對土壤水分的要求；氮肥溶于水，以肥液狀態下一體化根據馬鈴薯需水規律適時、適量供給，為馬鈴薯生長發育創造了適宜的水肥條件，使其在水肥最佳狀態環境下生長發育；地膜覆蓋提高土壤水分，增加土壤溫度，有利于馬鈴薯養分的吸收利用，最大限度地提高水肥的利用；起壟栽培使馬鈴薯塊莖區域土層變厚，塊莖生長發育在土壤疏松的環境下有利于塊莖膨大。膜下滴灌馬鈴薯大薯多，大薯率高，提高商品率，增加了產量。這也與[17]的研究結果一致。

綜合考慮氮素和水分利用效率，優化出馬鈴薯膜下滴灌定額450 m3/hm2、施氮150～225 kg/hm2水肥一體化栽培模式，該模式經大田生產應用節水、節肥效果顯著。

[1] 買自珍，樊亞妮，周皓蕾，等.西北旱區噴灌條件下洋蔥灌溉制度研究[J].節水灌溉，2014,(2)：11-13.

[2] 陳效遠，羅遠培.開花期復水對受旱小麥的補償效應研究 [J]. 作物學報，2001,27(4):512-516.

[3] 李鳳民，郭安紅，雒 梅.土壤深層供水對冬小麥干物質生產的影響 [J]. 應用生態學報，1997,8(6):575-579.

[4] 李法云，鄭 良，宋 麗. 遼西半干旱水肥耦合作用對土壤水分動態變化的影響[J]. 遼寧大學學報( 自然科學版)，2003,30(1):7-12.

[5] 王殿武，劉樹慶，文宏達，等.高寒半干旱區春小麥田施肥及水肥耦合效應的研究[J]. 中國農業科學，1999,32(5):62-68.

[6] 金勝利，周麗敏，丁瑞霞，等.我國旱區作物根域微集水種植技術研究進展及展望[J]. 干旱地區農業研究，2010,28(3):83-89.

[7] 魯向暉，隋艷艷，高 鵬，等.寧夏南部山區不同耕作方式對冬小麥產量及水分利用效率的影響[J].干旱地區農業研究，2007,25(5):35-39.

[8] 郭正坤,張 雷,丁世成,等.旱地馬鈴薯全膜雙壟溝播栽培增產效果簡報[J]. 甘肅農業科技，2008,(4):23-24.

[9] 藏 寧.覆蓋方式對旱地馬鈴薯產量和水分利用效率的影響[J]. 甘肅農業科技，2010,(9):22-24.

[10] 信東旭，張玉龍，黃 毅，等.不同時期覆膜對遼西旱地農田土壤墑情及春玉米產量的影響[J]. 干旱地區農業研究，2009,27(6):114-117.

[11] 尹 娟，雒驚豪，吳秀玲.不同水肥配合對馬鈴薯品質的影響[J].節水灌溉，2014,(2)：4-7.

[12] 田國政，艾訓儒，易永梅，等.不同施肥水平對馬鈴薯品質的影響[J]．湖北農業科學，2009，48(7):1 599-1 601.

[13] 段 玉，妥德寶，趙沛義，等．馬鈴薯施肥肥效及養分利用率的研究[J]．中國馬鈴薯，2008,22(4)：197-200．

[14] 高聚林，劉克禮，張寶林，等．馬鈴薯高產優化栽培措施與產量關系模型的研究[J].中國馬鈴薯，2003，(3)：131-136.

[15] 周娜娜,張學軍,秦亞兵，等.不同滴灌量和施氮量對馬鈴薯產量和品質的影響[J]. 土壤肥料，2004，(6)：11-16.

[16] 陳 偉,杜文亮. 滴灌技術在馬鈴薯種植中的應用[J]. 農機化研究，2011,(7):247-252.

[17] 買自珍，蔣儒齡,陸俊武，等. 馬鈴薯壟作膜下滴灌優化灌溉關鍵技術研究[J]. 寧夏農林科技，2010,(2):7-9.

[18] 周皓蕾，買自珍, 袁丕成. 膜下滴灌栽培技術是發展旱作節水的有效增產措施[J].寧夏農林科技，2011,(7):247-252.

[19] 宋 娜，王鳳新，楊晨飛，等.水氮耦合對膜下滴灌馬鈴薯產量、品質及水分利用的影響[J].農業工程學報，2013，29(13)：98-105.