馬鈴薯種植灌溉方式及施肥研究進展綜述

魏千賀， 王 晨， 范春梅， 代啟亮， 彭爾瑞

(云南農業大學，云南昆明 650000)

馬鈴薯在全世界種植規模非常大[1]，從北緯71°至南緯40°之間的絕大多數國家都有栽培。我國馬鈴薯種植面積和產量均占全世界的1/4，是馬鈴薯生產第一大國。馬鈴薯是可作糧可作菜的食物，有很高的營養價值，其塊莖具有鉀元素多、淀粉含量高和脂肪含量低的優點。馬鈴薯是世界四大糧食作物之一，其生長周期短、適應性強、產量高[2-3]，塊莖生長沒有限制，具有很大的增產潛力，故對糧食增產的貢獻也很大[4]。在提高糧食作物單產中，品種改良占39%，合理施肥占50%，其他耕作方法改良占20%[3]。目前，我國優質馬鈴薯新品種選育取得了重要突破，培育出一批優良的新品種，為優質馬鈴薯的生產提供了優良的物質基礎。馬鈴薯生產主要受種植方式、灌溉方式及施肥技術的限制。種植方式是在一定條件和經濟發展下形成的規范化耕作方式，會影響作物產量和水肥利用率；灌溉包括灌溉方式和灌溉用水，其研究結果對馬鈴薯節水意義重大；肥料中不同元素對馬鈴薯有不同的促進作用，對馬鈴薯品質和產量均有較大影響，且施肥過少不能滿足馬鈴薯生長要求，過多則易造成環境污染。因此，有關馬鈴薯種植方式、灌溉及施肥研究顯得很有意義。

1 馬鈴薯種植方式

隨著我國農村種植結構不斷調整，馬鈴薯種植規模越來越大，種植方式也呈現出多元化趨勢。主要種植方式有以下3種。

1.1 露地與地膜覆蓋

露地種植和地膜覆蓋是馬鈴薯栽培最常見的2種模式，全國各個區域都可以進行露地種植。在馬鈴薯生長前期覆膜可使表層土壤日平均溫度提高2～9 ℃，有利于根系早期的生長，對馬鈴薯的地上部和地下部生長均有明顯影響，并且能夠很大程度地減少馬鈴薯株間蒸發[5]，還可通過收集少量降水和保留較強降水的地表徑流來收集雨水供作物吸收，黑色聚乙烯薄膜可以使作物獲得更高的產量和更高的水分利用效率[6]。

1.2 起壟種植和平作

相對平作而言，馬鈴薯起壟種植是一種較常見的栽培模式，壟作的種植方式能改變田間微小地形及環境、增加土壤受太陽光輻照的面積繼而提高土壤溫度，使得土壤的光、溫、水及肥等因素更為協調，有利于馬鈴薯的生長和增加單株結薯率，最終提高馬鈴薯產量[7-9]。

1.3 寬壟與窄壟

現階段的馬鈴薯滴灌栽培主要是單壟單行種植模式居多，即在窄壟上鋪設一條滴灌帶，種植一行馬鈴薯，該栽培模式可增強馬鈴薯的結薯能力[10-11]，但由于壟體過于狹窄，不利于滴灌帶鋪設的機械化操作[12]，而寬壟栽種雙行馬鈴薯的栽培方式解決了這一弊端，同時可有效改善馬鈴薯根部的土壤水分情況，促進馬鈴薯的生長和增產，提高灌溉水利用效率[13]。

2 馬鈴薯灌溉研究進展

2.1 馬鈴薯灌溉方式研究進展

馬鈴薯的灌溉方式分為溝灌、噴灌、滴灌，其中溝灌投入低但水損耗嚴重，噴灌水利用率高但莖葉淋濕易導致菌害，而滴灌既節約水資源又省時省工[14]，能非常有效地提高肥料利用效率和馬鈴薯產量[15]。馬鈴薯高壟覆膜滴灌技術是將地膜覆蓋與滴灌灌溉相結合的集成技術，具有提高土壤溫度、減少馬鈴薯株間水分蒸發的作用[16]，避免了地表水分的地表徑流和土壤水的深層滲漏，節約了水資源，使馬鈴薯更加直接有效地利用水肥，實現了按照需求量精準灌溉及高效率用水節水的目的[17]，田間管理也很方便。膜下滴灌技術相比大水漫灌可節水達40%～50%以上，同時減少了因漫灌造成的肥料滲漏損失，膜下滴灌水肥一體化能結合灌溉追施各種肥料[18]，化肥利用率可提高20%以上，還能夠緩解干旱氣候，改善農業依靠降水補充水分的局限性，顯著提高馬鈴薯塊莖產量[19]。壟膜溝灌的土壤濕潤深度為65～85 cm，而膜下滴灌濕潤深度僅為28～35 cm，膜下滴灌減少了水分深層滲漏的損失[20]。膜下滴灌馬鈴薯產量比不滴灌增產45.60%～82.43%，增產效果顯著[21]，其產量、淀粉含量、還原糖和蛋白質含量顯著高于漫灌、噴灌[22]。但覆膜滴灌并非任何時候都適用，對晚播春馬鈴薯來說，膜下滴灌的出苗率和產量反而比露地不覆膜滴灌的低，究其原因是該時期覆膜會導致土溫過高出現種薯腐爛、出苗率降低的現象[23]。覆膜在馬鈴薯生長前期可提高地溫保證出苗率，但后期膜的存在對馬鈴薯的生長非常不利，建議早揭膜，揭膜時間晚會影響馬鈴薯的產量和水分利用率[24]。

2.2 馬鈴薯灌溉水量研究

水是馬鈴薯生活環境中最重要的因子之一[25]。土壤水分不足會增大小薯率，成熟期土壤水分不足對商品薯率影響較大[26]。馬鈴薯在生育前期耗水量小，中期逐漸變大，后期又變小，土壤含水量與馬鈴薯產量呈二次曲線關系。用田間持水量作依照來控制馬鈴薯灌溉上下限時，下限控制在 55%～65%范圍內，上限控制在85%～95%范圍內，也就是在每次滴灌時壟邊浸水即可[27-28]，具體到馬鈴薯生長的各個時期，最佳土壤水分下限指標為苗期65%，塊莖形成期75%，塊莖膨大期80%，淀粉積累期60%～65%[29]。可見，馬鈴薯耗水量和耗水強度排序依次為塊莖膨大期>塊莖形成期>苗期>淀粉積累期[30]，塊莖形成期過渡到塊莖膨大期的階段是營養分配由供應地上部分為主轉向供應地下部分為主的關鍵階段，此時耗水量可占馬鈴薯整個生長過程總耗水量的一半以上，也是對虧缺水最敏感的時期。若供水水量充足，塊莖迅速膨大，若供水量不足會阻礙塊莖的膨大導致減產，在蒸發量較大、土壤蓄水能力較低且降水量較少的地區就須要經常灌溉[31]。在全生育期內水分不足對馬鈴薯的影響會直觀反映在它的莖葉生長形態上，而土壤水分過多會引起莖葉徒長甚至倒伏。灌水頻率對馬鈴薯塊莖生長膨大有很大影響，當灌水頻率為2～8 d 每次時，塊莖生長、塊莖產量、商品薯率、水分利用效率都與灌溉頻率呈正相關關系[32]。膜下滴灌條件下，當作物騰發量與灌溉量差別很小時，可通過增多灌溉頻率、降低灌水定額來提高馬鈴薯的產量和品質。灌水次數與產量呈正相關關系，灌水次數越多產量越高，灌水量越大總水分生產效率越高，但灌溉水生產效率卻降低[33]。

3 馬鈴薯施肥技術研究進展

土壤肥力不足是限制作物增產的重要障礙，施肥是最有效、最重要、最快捷的增產措施[34]。充分合理地施用化肥是增加糧食產量，提高農民收入的必要舉措。馬鈴薯是喜肥作物，合理的施肥技術有利于馬鈴薯塊莖產量和品質的提高。施肥缺少科學性會使馬鈴薯產量品質降低、造成養分浪費、成本投入大和環境嚴重污染等問題[35]，為了能夠合理利用肥料資源并減少環境污染，以最低的成本達到最佳的經濟效益[36]，學者對馬鈴薯施肥技術有較多研究[37-38]。鉀、氮和磷元素對促進馬鈴薯生長及增加產量的作用最大。

3.1 馬鈴薯鉀肥研究進展

馬鈴薯對鉀的需求量很高，鉀肥能顯著增加馬鈴薯葉片的光合速率、蒸騰速率和氣孔度[39]，能增加商品薯的個數，增加馬鈴薯塊莖中的淀粉含量[40]。我國土壤含鉀量較氮、磷多，一般通過有機肥料和草木灰補充土壤中的鉀元素[41]，但由于近幾年新品種的出現，馬鈴薯產量不斷提高，氮、磷肥用量增加，因此馬鈴薯出現缺鉀癥狀，缺鉀會造成氮、磷肥料浪費，影響肥料效益的充分發揮[42]，也會使商品薯率降低，影響農民增產增收。合理施鉀、分次施鉀可提高馬鈴薯塊莖產量、淀粉含量、蛋白質含量、鉀的吸收量[43]。但鉀肥并非越多越好，隨著鉀量的增多馬鈴薯塊莖內蛋白質含量表現為先上升后下降的趨勢，過量的鉀肥會使馬鈴薯塊莖中的蛋白質含量降低[44]，鉀肥的利用率會明顯降低[45]，也會引起塊莖干物質含量降低。鉀肥的利用率也因品種的不同存在顯著差異，常用的鉀肥主要有硫酸鉀、氯化鉀、硝酸鉀等。近幾年硫酸鉀和氯化鉀施用較多，氯化鉀有助于碳水化合物的積累，硫酸鉀有助于器官干物質積累，也有利于馬鈴薯增產和品質提升[44]，硫元素還參與植物體內的各種代謝和蛋白質形成過程，所以說硫酸鉀是雙重營養物[46]。

3.2 氮肥研究進展

氮肥是含有營養元素氮的化肥。提升氮肥生產的利用率是農業發展的重要科研課題。施氮最主要是對馬鈴薯的小薯個數和大薯質量有影響，而大薯是馬鈴薯產量高低的決定性因素[47]，可以說氮肥的施用一定程度上決定了馬鈴薯的產量。馬鈴薯的大薯率、淀粉含量和商品薯產量隨氮肥量的增施呈遞增趨勢[37]。馬鈴薯葉片伸展、光合作用、塊莖產量、干物質積累等都與氮的施用存在密切關系。馬鈴薯的氮素吸收速率呈現先慢后快再慢的單峰曲線趨勢，氮素吸收速率最大的時期是塊莖形成期與塊莖膨大期，在一定范圍內增加施氮量可增加馬鈴薯產量，但當施氮量超出范圍后，馬鈴薯塊莖產量不再有顯著變化，而氮肥利用率也會降低[48]，土壤硝態氮不易被土壤顆粒吸附而易隨水移動發生淋洗[49]，使得氮素利用效率降低，且有可能造成如地下水硝酸鹽環境污染等問題[50]。

3.3 磷肥研究進展

磷肥是以磷礦為原料且含營養元素磷的化肥，其有效成分用五氧化二磷的質量分數表示[51]。適量的磷肥能促進幼苗期馬鈴薯根部體系的生長，縮短馬鈴薯生育期，過量的磷肥會導致小中薯質量增加，大薯質量降低[37]。在磷肥類型的施用上，磷酸銨和重過磷酸鈣等高濃度磷肥已逐漸取代最早的過磷酸鈣磷肥。

3.4 復合肥和有機肥

相對一般施肥，馬鈴薯專用復合肥能夠顯著提高淀粉含量、商品率，有利于改善馬鈴薯的品質，充分發揮各肥料的增產潛力[52-53]。從出苗到塊莖增長期馬鈴薯對氮、磷、鉀的吸收量呈逐漸增加的趨勢。膜下滴灌條件下，馬鈴薯整個生長過程整株氮、磷、鉀累積吸收量表現為鉀>氮>磷[54]，呈現出明顯的慢、快、慢的動態規律。分次施用復合肥能有效提高鉀素利用率[43]。施肥時為了避免肥害現象的發生，可通過電導儀監測滴灌帶流出的水肥液體的濃度[55]。經微生物分解或發酵而成天然有機質的肥料叫有機肥[56]，其主要作用是改善土壤理化性狀，提升土壤肥力[57]。

有機肥與化肥配施可提高馬鈴薯的產量，改善品質，是保證馬鈴薯產量穩增的重要措施。氮磷鉀復合肥與有機肥配施的效果比單施化肥或有機肥能顯著地促進馬鈴薯生長[49]。施用秸稈擴蓄肥[58]和保水劑[59]均能顯著增加0～20 cm土壤含水量，增加產量、淀粉含量，并提高水分利用效率。

4 總結與展望

馬鈴薯對氮、磷、鉀的吸收利用率受多種因素的影響，但影響更大的是土壤水分這個因素。水、肥投入多，馬鈴薯產量增加，水肥的利用率卻下降，即馬鈴薯產量增加與水肥高效利用不能同時實現[60]。綜上可知，在今后的研究中須要注意以下幾點：首先，要注重塊莖形成期至塊莖膨大期這一重要時期的水肥研究；其次，要明確肥料在提高產量、品質、水肥綜合利用效率中的作用，要進一步研究不同配方施肥對馬鈴薯生長發育、產量及品質的影響；最后，無論是種植方式或水肥研究均旨在提高馬鈴薯產量、品質及經濟效益，在實際種植時依據當地氣候、溫度、土壤等條件，選取適合的種植方式及水肥管理措施，以相對較小的水肥及管理等投入獲得較高產量較高品質的馬鈴薯，進而真正做到馬鈴薯的節水、優質及高產。