滴灌施肥下不同栽培模式對馬鈴薯生長和水肥利用的影響

馮志文，康躍虎，萬書勤，劉士平(.中國科學院地理科學與資源研究所陸地水循環及地表過程重點實驗室，北京 000；2.中國科學院大學，北京 00049)

馬鈴薯是世界第四大糧食作物，也是西北旱區的主要糧食作物，在我國北方地區有較大面積的種植[1]。我國北方馬鈴薯習慣起壟種植，與平作相比，壟作改變了田間微地形，提高了田間受光面積和土壤溫度，協調了土壤的光、溫、水、肥等要素，有利于地下匍匐莖的增長和薯塊的膨大，提高結薯能力，增加單株結薯數，進而提高產量[2-5]。滴灌能夠高度控制灌水時間、灌水量和土壤濕潤范圍，能夠根據作物的養分需求實時地將肥料直接供應到作物根系分布范圍，具有顯著的節水、節肥、增產、省工等優點，非常適合壟作行栽作物，被認為是馬鈴薯最好的施肥灌溉方式之一，越來越被廣大種植者所接受[6-11]。

滴灌條件下對于壟作行栽培作物，一般采用寬壟、壟中間布置一條滴灌帶、滴灌帶兩邊各種植一行作物的栽培模式，這種栽培模式實現了滴灌帶的機械化鋪設，提高了作物的種植密度，并且栽培區土壤相對疏松，有利于地下根莖類作物塊莖或者塊根的膨大，進而有利于作物的高產[12]。目前我國大部分地區滴灌馬鈴薯的栽培模式主要是參考大型噴灌機馬鈴薯的栽培模式，即窄壟、壟上布置一條滴灌帶、種植一行馬鈴薯的栽培模式[13,14]，這種栽培模式雖然可使地下莖增長，并增強了匍匐莖的結薯能力，但壟體狹窄不利于滴灌帶的機械化鋪設[15]。本試驗研究了滴灌施肥灌溉條件下“窄壟種植單行馬鈴薯”和“寬壟種植雙行馬鈴薯”兩種栽培模式對馬鈴薯生長、產量與水肥利用效率等的影響，以期為滴灌施肥灌溉下馬鈴薯的高效栽培提供理論依據與技術支持。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗于2012-2013年在內蒙古自治區鄂爾多斯市達拉特旗白泥井鎮(110°28′E，40°18′N，海拔約1 006 m)進行，該地區屬于半干旱溫帶大陸季風氣候，晝夜溫差大，年均氣溫6.1～7.1 ℃，降雨主要集中在7-9月份，年均降水量和蒸發量分別為240～310和2 100 mm左右。土壤為砂土，以粗砂粒為主(接近于流沙)，土壤密度為1.52 g/cm3，田間持水量為15.5%，透水性強。土壤根區基礎肥力狀況見表1。

表1 供試土壤基礎肥力狀況Tab.1 Basic fertility of the experiment soil

1.2 試驗設計

馬鈴薯品種為“克新1號”，試驗設計兩個處理：①寬壟雙行：采用“寬壟種植雙行馬鈴薯”的栽培模式，壟間距1.1 m，壟肩寬0.5 m左右，壟高0.2 m左右，每壟中心鋪一條滴灌帶，馬鈴薯壟上雙行交錯種植，壟上行距0.3 m，株距0.3 m，每個小區種植5壟，壟長5.4 m；②窄壟單行：采用“窄壟種植單行馬鈴薯”的栽培模式，壟間距0.9 m，壟肩寬0.3 m左右，壟高0.3 m左右，壟上鋪一條滴灌帶，壟上種植單行馬鈴薯，株距0.2 m，每個小區種植6壟，壟長5.5 m。每個處理重復3次，小區面積均為29.7 m2。

1.3 灌溉與施肥

每個處理使用一個獨立的滴灌控制單元，控制面積為89.1 m2。每一控制單元入口處安裝有閘閥、水表、壓力表、網式過濾器和壓差式施肥罐。滴灌帶滴頭間距30 cm，滴頭流量為1.38 L/h，工作壓力均控制在0.1 MPa。

參考康躍虎[16]等的研究，每個處理中間壟上滴頭正下方20 cm深度處埋設一支負壓計，當土壤水基質勢在-25 kPa時，開始進行施肥灌溉，2012年每次灌水6～8 mm，2013年每次灌水5～6 mm，灌水的同時進行追肥。

馬鈴薯于2012年5月12日播種，播種后溝施馬鈴薯專用復合肥(16-14-15)528.4 kg/hm2作為底肥，統一灌水50 mm左右。從6月17日開始施肥灌溉，總追肥量為尿素(46% N)276.8 kg/hm2，硝酸鉀(13.9%N，46.5%K)615 kg/hm2，9月7日停止灌溉，9月19日收獲。2013年5月3日播種，播種后溝施馬鈴薯專用復合肥(18-10-7)1275 kg/hm2，統一灌水40 mm左右。出苗期間因遭遇大風天氣，沙地表層土壤被吹走，馬鈴薯種薯外露，為保證出苗，重新培土后統一灌水3次，每次灌水約8 mm。6月14日開始施肥灌溉，總追施尿素23 kg/hm2和硝酸鉀657.9 kg/hm2，9月3日停止灌溉，9月14日收獲。2013年在降雨超過10 mm或者因地下水位抬升而連續10 d未進行灌溉時，為避免馬鈴薯關鍵生育期缺肥，采用滴灌進行施肥，每次灌水2～2.5 mm。

1.4 測定項目與方法

(1)降雨：在試驗區中心位置安裝雨量桶，測定每日降雨量。

(2)土壤水基質勢：每個處理于重復2的中間壟上滴頭正下方20 cm深度處埋設一支負壓計，測定土壤水基質勢。每天8∶00和15∶00觀測負壓計讀數，并用來指導灌溉。

(3)生長指標：馬鈴薯塊莖膨大期，每小區選取2株代表性植株測定馬鈴薯的株高、莖粗、葉面積和鮮生物量。

(4)產量：馬鈴薯完全成熟后，每小區收獲最中間1壟，稱重測產。

(5)灌溉水利用效率(IWUE)：為單位面積馬鈴薯產量與總灌水量的比值。

(6)肥料偏生產力(PFP)：為單位面積馬鈴薯產量與施用肥料的總養分量(即氮磷鉀的總和)的比值。

1.5 數據分析

采用Origin 9.0對數據進行處理并繪圖，用SPSS 13.0統計分析軟件進行t檢驗。

2 結果與分析

2.1 日降雨量與累計灌水量

2012-2013年馬鈴薯整個生育期內的總降雨量分別為352.2和315.4 mm，其中60%～70%的降雨量集中在7-8月(圖1)。兩年的降雨量均明顯高于當地5-9月多年平均降雨量265 mm，為豐水年。2012-2013年生育期內均降雨37次，其中有效降水(≥5.0 mm)分別20次和16次。2012年，寬壟雙行和窄壟單行栽培的馬鈴薯在整個生育期的累計灌水量分別為111.6和118.3 mm；2013年，寬壟雙行和窄壟單行的累計灌水量分別為125.5和155.1 mm。寬壟雙行栽培的馬鈴薯灌水量在兩年內均少于窄壟單行栽培，分別低5.7%和19.1%。

圖1 2012-2013年馬鈴薯生育期內的降雨量和兩個處理的累積灌水量Fig.1 Rainfall and cumulative irrigation for two treatments during potato growing period in 2012-2013.

馬鈴薯苗齊后每次灌水時進行施肥，從圖1可知，馬鈴薯寬壟雙行和窄壟單行栽培在2012年的施肥灌溉次數分別為9次和10次，平均每9和8 d施肥1次；2013年，寬壟雙行和窄壟單行的施肥灌溉次數分別為18和14次，平均每5和6 d追肥1次。2012年兩種栽培模式馬鈴薯的施肥灌溉頻率基本一致，而2013年寬壟雙行的施肥灌溉頻率高，次數比窄壟單行多28.6%。無論是寬壟雙行還是窄壟單行，2013年的施肥灌溉次數均高于2012年，分別多40%和100%，這主要是因為2012年馬鈴薯生育中后期降雨頻繁，從7月中旬至8月底47 d內共降雨19次，且該時期內由負壓計監測的土壤根區墑情良好，使得施肥灌溉次數明顯減少的緣故。

2.2 土壤水基質勢

馬鈴薯兩種栽培模式在15時的土壤水基質勢變化情況如圖2所示。馬鈴薯在2012-2013年整個生育期內，除了塊莖形成期，因其日耗水量較大，加之人工定時觀測，致使灌溉不及時，導致其在個別時間出現土壤水基質勢低于-25 kPa的情況外，總體上兩個處理在兩年內馬鈴薯施肥灌溉階段的大部分時間內都維持在灌溉閾值內，土壤水分狀況良好。在整個生育期內，除了塊莖形成期寬壟雙行的土壤水基質勢高于窄壟單行外，兩種栽培模式的土壤水分狀況基本一致。這說明在塊莖形成期或者日耗水量較大的時期，寬壟雙行栽培馬鈴薯有利于根區土壤水分的儲存，這與韓秀峰[12]等的研究一致。同時，2012-2013年寬壟雙行栽培馬鈴薯的灌水量均少于窄壟單行(圖1)，說明“寬壟種植雙行馬鈴薯”的栽培模式能有效地改善根區土壤水分狀況。

圖2 2012-2013年馬鈴薯生育期內兩種栽培模式下的土壤水基質勢變化Fig.2 Chm2nges of soil matric potential of two treatments in 2012-2013

2.3 生長指標

由表2可知，兩種栽培模式下馬鈴薯的株高、莖粗、葉面積指數和單株鮮生物量在兩年內表現出較大差異，但差異不顯著(P<0.05)。2012年，與窄壟單行相比，寬壟雙行栽培下馬鈴薯的株高、莖粗、葉面積指數和單株鮮生物量分別低6.6%，9.4%，21.2%和33.0%。2013年，寬壟雙行的馬鈴薯株高、莖粗、葉面積指數分別比窄壟單行高13.7%，4.1%和10.2%，而單株生物量比窄壟單行低7.3%。2012年塊莖形成中后期(7月8日至7月22日)，窄壟單行馬鈴薯共施肥灌溉5次，而寬壟雙行馬鈴薯僅施肥灌溉1次，較高的施肥灌溉頻率促進了塊莖形成期馬鈴薯植株的生長，這可能是造成塊莖膨大期窄壟單行馬鈴薯的生長優于寬壟雙行的主要原因(圖1)。2013年兩種栽培模式在幼苗期和塊莖形成期的施肥灌溉次數基本一致，寬壟雙行栽培的馬鈴薯在塊莖膨大期地上部的生長明顯優于窄壟單行，這可能是因為寬壟雙行栽培下馬鈴薯根區水分狀況更好(圖2)，促進了馬鈴薯植株對水分和養分的吸收。盡管2013年寬壟雙行栽培馬鈴薯地上部生長狀況較好，但單株生物量卻略低于窄壟單行，這可能是因為窄壟單行栽培下馬鈴薯地上部養分較早向塊莖轉移的緣故，使得其塊莖重量較大，致使總單株生物量較高。

表2 不同栽培模式對滴灌馬鈴薯生長指標的影響Tab.2 Influence of different cultivation pattern on potato growth under drip fertigation

2.4 產量與水肥利用效率

由表3可知，2012-2013年寬壟雙行栽培馬鈴薯的產量、IWUE和PFP均高于窄壟單行。寬壟雙行栽培馬鈴薯的產量、IWUE和PFP在2012年分別比窄壟單行高9.0%，15.6%和38.0%，2013年分別比窄壟單行高18.0%，46.0%和17.5%。無論是窄壟單行栽培還是寬壟雙行栽培，2013年的產量均高于2012年，這可能是由于2012年馬鈴薯生育中后期降雨較多，且該時期內由負壓計監測的土壤根區墑情良好，使得施肥灌溉次數明顯減少的緣故(圖2)。另外，與寬壟雙行相比，盡管2012年塊莖膨大期窄壟單行的植株生長較好，但產量卻較低，這可能是因為窄壟單行馬鈴薯在塊莖膨大期生長旺盛，貪青晚熟，養分來不及轉移到塊莖中的緣故[17]。

表3 不同栽培模式對滴灌馬鈴薯產量和水肥利用效率的影響Tab.3 Influence of different cultivation pattern on potato yield, IWUE and PFP under drip fertigation

注：同一年同列下*表示兩處理之間差異顯著(P<0.05)。

綜上所述，在滴灌施肥灌溉條件下，采用“寬壟種植雙行馬鈴薯”的栽培模式比“窄壟種植單行馬鈴薯”栽培模式能有效地促進馬鈴薯的生長，提高產量，改善水肥利用效率。

3 結 語

滴灌馬鈴薯通過負壓計指導施肥灌溉，當滴頭正下方20 cm深度處的土壤水基質勢低于-25 kPa時進行施肥灌溉時，采用“寬壟種植雙行馬鈴薯”的栽培模式比“窄壟種植單行馬鈴薯”栽培模式能有效地改善根區土壤水分狀況，促進馬鈴薯的生長，馬鈴薯不僅增產9.0%～18.0%，并且灌溉水利用效率提高了15.6%～46.0%，偏肥料生產力提高了17.5%～38.0%。

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