農牧交錯帶馬鈴薯高產和水分高效利用的播期和品種選擇

李 揚，王 靖，唐建昭，馬雪晴，潘學標

農牧交錯帶馬鈴薯高產和水分高效利用的播期和品種選擇

李 揚1，王 靖1※，唐建昭2，馬雪晴1，潘學標1

（1. 中國農業大學資源與環境學院，北京 100193；2. 河北省科學院地理科學研究所，河北省地理信息開發應用工程技術研究中心，石家莊 050011）

雨養馬鈴薯的穩產和增產對保障北方農牧交錯帶糧食安全有重要意義。農牧交錯帶馬鈴薯可播種期長且水熱條件年際變異大，因此，不同的水熱年型應選擇不同的馬鈴薯播期和品種。該研究基于農牧交錯帶武川試驗站典型水熱年型（2017：暖干；2018：暖濕）的馬鈴薯分期播種耦合品種選型試驗，選擇早熟（費烏瑞它）、中熟（康尼貝科）和晚熟（克新一號）3個品種，耦合早播（04-27/04-28）、中播（05-15/05-16）和晚播（06-01/06-02）3個播期，以雨養馬鈴薯高產和水分高效利用為依據確定典型水熱年型下的播期和品種優化組合，并揭示其互作效應對產量和水分生產力的影響。結果表明：不同水熱年型下，播期和品種變化對馬鈴薯生育期、產量和水分生產力均影響顯著，馬鈴薯全生育期最短僅90 d（早熟晚播），最長達138 d（晚熟早播），早、中和晚熟品種平均生育期有效積溫分別為1 691.5、1 772.6和1 944.6 ℃·d。隨播期推遲馬鈴薯播種-塊莖形成期縮短，而塊莖形成-成熟期無顯著變化。暖干年馬鈴薯的平均產量為6 187.3 kg/hm2，其中早熟品種（費烏瑞它）早播和中播的產量和水分生產力顯著高于其他耦合方式；暖濕年馬鈴薯的平均產量為19 390 kg/hm2，其中晚熟品種（克新一號）中播的產量（23 103.9 kg/hm2）和水分生產力（6.8 kg/m3）最高。適宜的播期和品種優化組合降低了馬鈴薯生育期的水分脅迫。馬鈴薯產量和生育期氣象因子的相關分析表明，塊莖形成-成熟期的降水可以解釋馬鈴薯產量變異的87%。研究可為不同水熱年型下馬鈴薯種植選擇最佳播期和品種組合提供科學參考。

作物；水分；產量；馬鈴薯；水熱年型；氣象因子；農牧交錯帶

0 引 言

中國北方農牧交錯帶是氣候變化敏感帶，該區域降水量低且年際變異大，以典型的旱地農業為主[1]。馬鈴薯是農牧交錯帶的主要農作物，產量占該區作物總產的46.8%。近年來馬鈴薯的播種面積仍在持續增加[2]，因此，馬鈴薯高產和穩產對保證農牧交錯帶糧食安全具有重要意義[3]。由于馬鈴薯屬喜涼、不耐高溫的作物，氣候暖干化加劇了雨養馬鈴薯的水分虧缺，對馬鈴薯穩產和增產有十分不利的影響[4-5]。

適期播種有利于作物對水熱資源的需求與供給的匹配，是提升作物產量和水分生產力的最經濟方式之一[6-7]。趙沛義等研究表明，過晚播種使馬鈴薯生育期的水分虧缺程度加劇，導致薯塊含水量高而不利于淀粉的積累，因此推薦內蒙古陰山地區馬鈴薯的最適播期為5月初[8]。Wang等[9]的研究表明，農牧交錯帶西南部地區馬鈴薯的最適播期在5月底，此時播種可充分利用光溫資源，有利于應對氣候變暖。Tang等[10]的研究表明適宜播期隨氣候條件而變化，農牧交錯帶的東部、中部和西部馬鈴薯的最適播期分別為4月5日、5月1日和5月15日[11-13]。這些研究結果表明，由于不同年際間溫度和降水條件等的顯著差異，農牧交錯帶馬鈴薯最適播期的年際變異較大[14]。選擇適宜的品種是馬鈴薯生產應對氣候暖干化以及提高產量穩定性的重要措施。董旭生等[15]指出適宜的馬鈴薯品種可使產量提升30%以上。張麗芳[16]在內蒙古中部地區的試驗表明中熟品種克新一號的產量較其他品種產量高且適應性強。針對農牧交錯帶降水少且變異大的特點，任永峰等[17]對8個不同馬鈴薯品種的抗旱性研究表明馬鈴薯產量和水分生產力在不同的品種間表現出顯著差異，其中底西芮、克新一號和費烏瑞它3個品種的產量和水分利用效率較高，適宜當地種植。于婷婷等[18]的研究表明，品種的選擇應基于不同地區的降水量，隨降水量的減少應選擇更早熟的馬鈴薯品種。

通常在雨養農業區，作物生長季的降水是決定產量變異的關鍵氣象因子[19-20]，但也有研究表明，作物生育期的降水分布對產量影響更大[21-22]。Tang等[23]的研究表明，馬鈴薯塊莖形成前10 d到后15 d的降水和潛在蒸散的比值可以解釋當地馬鈴薯產量變異的71%。因此，農牧交錯帶馬鈴薯的適宜播期和品種選擇應該考慮不同的水熱年型。當前的研究主要集中在分析單一措施如播期調控或品種選擇對馬鈴薯產量和水分生產力的影響，而播期和品種互作對馬鈴薯產量和水分生產力的影響及其影響機制鮮有研究，尚未揭示出農牧交錯帶不同水熱年型下雨養馬鈴薯的最優播期和品種組合。分期播種試驗能在有限年份條件下為作物生長創造出多種不同的氣象條件，已廣泛用于比較不同水熱年型下的作物生長發育和產量形成。因此，本研究基于農牧交錯帶雨養馬鈴薯播期和品種耦合試驗，揭示影響馬鈴薯產量變異的氣象因子，提出適應農牧交錯帶不同水熱條件下的播期和品種組合，為該地區雨養馬鈴薯高產和水分高效利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗站點概況

馬鈴薯播期和品種耦合試驗在農牧交錯帶典型站點內蒙古呼和浩特市農業部武川農業環境科學觀測試驗站（簡稱“武川試驗站”）進行。站點位于北方農牧交錯帶中段（41°06′N，111°28′E），屬于干旱半干旱大陸性季風氣候區，海拔1 756 m，1981－2010年平均氣溫和降水量分別為3.9 ℃和325 mm，降水主要集中在4－9月，年潛在蒸發量為降水量的5倍；無霜期90～140 d左右，全年月平均風速為4.5 m/s，土壤為栗鈣土，種植制度為一年一熟。表1為站點的基礎土壤數據，包括容重、土壤飽和含水量、田間持水量和凋萎含水量等。試驗站點的氣象數據主要包括日照時數（h）、日最高氣溫（℃）、日最低氣溫（℃）和降水（mm）等，來源于中國氣象局國家氣象信息中心地面氣象資料觀測數據集，日總太陽輻射根據?ngstr?m方程通過日照時數進行計算[24]。

表1 研究站點土壤物理特性

1.2 試驗設計與觀測

使用武川試驗站1981－2018年作物生長季（4－9月）的總降水和平均溫度，根據平均溫度距平和總降水距平，將不同的年份劃分為冷干、冷濕、暖干和暖濕4種不同的年型。由圖1可知，2017年屬于暖干年，2018年屬于暖濕年（圖1）。

根據以上年型劃分，以2017和2018年作為典型年進行試驗，馬鈴薯播期和品種耦合試驗均在雨養條件下進行。選擇早熟品種費烏瑞它（Favorita）、中熟品種康尼貝克（Connibeck）和晚熟品種克新一號（Kexin_1），設置早播（04-27/04-28）、中播（05-15/05-16）和晚播（06-02/06-03）3個播期。不同播期和品種處理均設置3個重復，每個小區的面積為28 m2，加保護行后試驗田的總面積為1 000 m2。兩年試驗的不同品種馬鈴薯種薯均選擇帶芽眼的切塊馬鈴薯，采用穴播方式，播種密度均為5穴/m2，行距50 cm，株距40 cm。兩年試驗均在播種時一次性施入尿素37.5 kg/hm2（純氮含量為46.3%）、磷酸二銨75 kg/hm2（純氮含量為18%，P2O5質量分數為46%）和氯化鉀37.5 kg/hm2（K2O質量分數為60%），由于播種期土壤較干旱，為了保證馬鈴薯正常出苗，統一在播前進行30 mm的補水，之后均處于雨養條件。

圖1 水熱年型劃分

馬鈴薯生育期的觀測方法為平行觀測法，主要記錄馬鈴薯的出苗、塊莖形成、塊莖膨大和成熟，具體的觀測標準見《農業氣象觀測規范》[25]。生物量的測定從馬鈴薯出苗之日起每隔15 d觀測一次。取樣時，每個小區取3株代表性較好的馬鈴薯植株，將根、莖、葉和薯等各個器官分離，稱量不同器官的鮮質量，各器官留一定量小樣烘干至恒重，之后稱量不同處理的烘干質量。

采用便攜式葉面積儀（LI-3000 C）測定不同處理的葉面積，土壤水分的測定方法為烘干稱重法。待馬鈴薯地上部95%以上枯萎后記為成熟期并進行收獲。成熟收獲時，每個小區中間取兩行（8 m2）進行產量測定，分別測定地上部干、鮮質量、馬鈴薯薯塊干、鮮質量、商品薯（≥150 g）干、鮮質量、商品薯數量、商品薯率（商品薯數量/總數量′100%）、小薯（<150 g）干、鮮質量和小薯數量，成熟期馬鈴薯塊莖的干鮮質量比約為1∶5。

土壤水分貯存量即在一定深度土壤內的水分含量

式中為土壤水分貯存量，mm；d為土壤容重，g/cm3；為土層厚度，cm；為土壤質量含水量，%；w為濕土質量，g；d為干土質量，g；b為鋁盒質量，g。

田間耗水量（evapotranspiration，ET）由作物的蒸騰和土壤的蒸發兩部分組成。由于試驗在雨養條件下進行，田間耗水量主要來自播前土壤貯水和生育期降水，由水量平衡公式計算

式中D為作物自播種到成熟，1 m土壤深度中貯藏水分的變化情況，等于作物成熟時測得的土壤貯水量和播種前土壤貯水量的差值[26-27]，mm；為此階段對應的降水量，mm；為此階段的灌溉量，mm；為地下毛管水上升量，mm； ET為作物田間耗水量，mm；為徑流量，mm；為滲漏量，mm。本試驗區以旱地為主，地下水位均位于10 m以下，因此，計算時忽略毛管上升水量徑流量和滲漏量。試驗期間僅在播種前進行一次30 mm的灌溉，將補灌量加入同時期的降水量進行計算。因此，公式（3）可以簡化為

作物水分生產力（water productivity，WP）是指作物單位耗水量所獲得的作物產量

式中WP為作物水分生產力，kg/m3；為作物產量，kg/hm2。

1.3 產量－氣象因子關系構建

馬鈴薯生長過程中，薯塊形成前通過葉片形成的干物質主要分配給地上部分，而薯塊形成后是干物質分配的轉折點，此階段的干物質主要分配給地下部分[28-29]。因此，參考前人研究，選取播種－塊莖形成期、塊莖形成－成熟期和全生育期的溫度、降水和輻射，以及降水和潛在蒸散的比值（/ETP）[23]，探究不同生長階段氣象因子及全生育期的水分脅迫因子（1-/ETP）和產量的關系。潛在蒸散量ETP的計算公式如下

式中c是馬鈴薯不同生育期的作物系數，馬鈴薯發育始期、發展期、中期和后期的作物系數分別為0.45，0.80，1.10和0.80[2]。ET0的計算根據FAO推薦的Penman-Monteith公式計算[30]

式中ET0是參考作物蒸散量，mm/d；n是凈輻射，MJ/（m2?d）；為土壤熱通量，MJ/（m2?d）；是2 m高度處的日平均溫度，℃；2是2 m高度處的風速，m/s；s是飽和水汽壓，kPa；a是實際水汽壓，kPa；是飽和水汽壓隨溫度變化的斜率，kPa/℃；是干濕表常數，kPa/℃。

分析不同氣象因子和馬鈴薯產量的關系時，首先分析各氣象因子和產量的相關性，然后將和產量有顯著相關的所有氣象因子和產量進行多元逐步回歸分析，建立馬鈴薯產量－氣象因子關系。

試驗數據的記錄和處理使用Excel 2010和SPSS 22進行處理和分析。

2 結果與分析

2.1 播期和品種互作對馬鈴薯生育期的影響

由圖2可知，馬鈴薯生育期長度在90～138 d之間，不同年型、播期和品種間生育期長度存在顯著差異，最長的生育期為暖干年晚熟品種早播，最短的生育期為暖濕年早熟品種晚播。隨播期推遲，播種－塊莖形成期均縮短，而塊莖形成－成熟期無顯著差異，塊莖形成－成熟期在總生育期的占比隨播期推遲增加，早、中和晚熟馬鈴薯品種早、中和晚播的塊莖形成－成熟期占總生育期的比例平均分別為47.6%、54.7%和60.5%。暖濕年馬鈴薯出苗速率較暖干年快，塊莖形成較早，且塊莖膨大持續的時間較長。馬鈴薯生育期長度與生育期平均溫度呈顯著的負相關（圖3），生育期平均溫度每升高1 ℃，生育期長度縮短20.6 d。不同品種馬鈴薯生育期有效積溫差異顯著，早、中和晚熟品種不同播期的生育期平均有效積溫分別為1 691.5、1 772.6和1 944.6 ℃·d，早熟品種不同播期生育期積溫變異較中熟和晚熟品種低（圖4）。

注：F、K、Z分別表示早熟、中熟和晚熟品種；E、M、L分別表示早播（04-27/04-28）、中播（05-15/05-16）和晚播（06-02/06-03）。下同。

圖3 生育期長度與平均溫度的關系

圖4 馬鈴薯不同品種的生育期平均有效積溫

2.2 播期和品種互作對馬鈴薯產量和水分生產力的影響

表2顯示播期和品種耦合下馬鈴薯的產量構成及產量在不同年型間存在顯著差異。暖干年不同耦合方式下馬鈴薯產量在4 816.7～7 457.5 kg/hm2之間，平均為6 187.3 kg/hm2。早熟品種早播的產量為6 914.5 kg/hm2，其商品薯率最高為2.4%，中播的產量最高，而晚播的產量5 189.6 kg/hm2顯著低于早播和中播（<0.05），且早熟品種晚播和中熟品種的3個播期的商品薯率均為0，晚播的產量最低。暖干年早播和中播的平均產量比晚播分別高17.3%和19.2%，早熟和晚熟品種不同播期的平均產量顯著高于中熟品種（<0.05）。暖濕年不同耦合方式下馬鈴薯平均產量較暖干年顯著增加，在15 014.1～23 103.9 kg/hm2，平均為19 390 kg/hm2。不同品種在中播時的產量顯著高于早播和晚播的產量（<0.05），晚熟品種產量顯著高于中熟和早熟品種（<0.05），其中晚熟品種中播的產量最高，且商品薯率達23.2%。晚熟品種早播的產量為21 644.5 kg/hm2，但其商品薯率最高，達30.3%。早熟品種晚播的產量顯著低于其他播期和品種耦合方式下的產量（<0.05），商品薯率也最低，僅10.5%。

表2 不同播期和品種耦合下馬鈴薯產量及其構成

注：不同字母表示同一年型內不同處理在0.05水平上差異顯著。產量以鮮質量計。

Note: Different letters indicate significant differences at the 0.05 level among different treatments in the same year type. Yield is represented in fresh yield of potato.

由表3可知，暖干年早熟品種晚播的水分生產力最低，僅為2.7 kg/m3，中熟品種晚播盡管其產量最低，但其全生育期耗水量146 mm顯著低于早熟品種晚播的耗水量，因此其水分生產力（3.3 kg/m3）要高于早熟品種晚播。產量最高的早熟品種中播耗水量和水分生產力分別為204 mm和3.7 kg/m3。水分生產力最高的耦合方式是早熟品種早播，達4.6 kg/m3。暖濕年不同耦合方式下的耗水量均在300～400 mm，顯著高于暖干年。產量最低的早熟品種晚播水分生產力也最低，為4.0 kg/m3，產量最高的晚熟品種中播的水分生產力也最高，達6.8 kg/m3。綜合考慮產量和水分生產力，暖干年選擇早熟品種早播和中播，而暖濕年選擇晚熟品種中播。

表3 不同播期和品種耦合下馬鈴薯的耗水量和水分生產力

2.3 播期和品種對馬鈴薯生育期、水分生產力和產量的互作效應

表4分析了不同播期和品種耦合對馬鈴薯生育期長度、水分生產力和產量的互作效應。方差分析結果表明，除暖干年播期對馬鈴薯水分生產力的影響未達到顯著水平（>0.05）外，不同播期和品種對馬鈴薯生育期長度、水分生產力和產量的影響均達到了顯著水平（<0.05）。播期和品種互作效應分析表明，二者的耦合調控對生育期長度和水分生產力均有顯著影響（<0.05），但其互作對產量的影響并不顯著。

表4 播期和品種對馬鈴薯生育期長度、水分生產力和產量的互作效應分析

注：不同字母表示同一項目內在0.05水平上差異顯著。

Note: Different letters in the same column indicate significant differences at the 0.05 level.

2.4 馬鈴薯產量－氣象因子關系

馬鈴薯產量和全生育期的最高溫度呈顯著負相關（2=0.32，<0.05），而播種－塊莖形成期最低溫度和生育期最低溫度與馬鈴薯產量無顯著相關。馬鈴薯播種－塊莖形成期、塊莖形成－成熟期和全生育期的太陽輻射與馬鈴薯產量均無顯著相關。馬鈴薯塊莖形成－成熟期的降水和馬鈴薯產量的相關性最高（2=0.87，<0.01），其次為播種－塊莖形成期的降水（2=0.61，<0.01）。

多因子逐步回歸分析結果表明，僅馬鈴薯塊莖形成－成熟期的降水與馬鈴薯的產量達到極顯著相關（<0.01）。因此，馬鈴薯產量的變異主要由該階段的降水決定（圖 5）。

圖5 馬鈴薯塊莖形成－成熟期降水與產量的關系

分析不同耦合方式下馬鈴薯生育期內水分脅迫因子與產量的關系可知（圖6），馬鈴薯生育期內水分脅迫和產量達到了極顯著的負相關（<0.01），反映適宜的播期和品種組合降低了生育期的水分脅迫，因此其產量和水分生產力都較高。

圖6 馬鈴薯產量和生育期水分脅迫因子的關系

3 討 論

不同水熱年型下，播期和品種變化對馬鈴薯生育期、產量和水分生產力均有顯著影響。播期顯著影響馬鈴薯生育期，播期推遲導致馬鈴薯生育期縮短[31]。分析不同處理馬鈴薯播種-塊莖形成期的平均溫度可知，暖干年早熟品種早播、中播和晚播播種-塊莖形成期的平均溫度分別為14.4、16.9和17.3 ℃，中熟品種各播期分別為13.6、17.6和17.5 ℃，晚熟品種分別為14.4、16.9和17.1 ℃；而暖濕年早熟品種早播、中播和晚播播種-塊莖形成期的平均溫度分別為14.4、15.8和18.6 ℃，中熟品種分別為14.4、15.8和18.7 ℃，晚熟品種分別為14.6、15.9和18.7 ℃，早播因播種－塊莖形成期溫度較低，生長速率較緩慢，播種－塊莖形成期較長，而播期推遲，馬鈴薯播種－塊莖形成期溫度增加，導致馬鈴薯生育期縮短，這與沈姣姣等的研究結果一致[11]。不同品種在同一播期的出苗時間無明顯差異，出苗后，品種熟性不同導致完成生育期所需的有效積溫不同以及各播期水熱條件的差異導致后期發育差異較大。前人研究結果表明該區適宜種植的馬鈴薯品種包含早、中和晚熟3種不同熟性[16-17]，主要原因是該區年際間水熱條件差異較大。本研究表明農牧交錯帶不同水熱年型下的最適品種存在差異，暖干年型適宜種植生育期較短的早熟品種，而暖濕年型則適宜種植生育期較長的晚熟品種。Tang等[23]的研究定量分析了播期對農牧交錯帶雨養馬鈴薯產量的影響，但未考慮品種及播期與品種的耦合效應對馬鈴薯產量的影響；李揚等[32]的研究使用APSIM-Potato模型模擬了該區1981－2010年雨養馬鈴薯的最適播期和品種耦合方式，長期連續模擬的結果表明，品種“克新一號”在5月底到6月初播種的多年平均產量最高，但未考慮到最適播期和品種在不同氣候年型下的差異。本研究基于2 a的田間試驗進一步細化了不同水熱年型下的雨養馬鈴薯最佳播期和品種組合。

農牧交錯帶馬鈴薯的需水量約為418 mm[33]，在雨養條件下，降水是作物水分需求的唯一來源，因此，作物產量和生長季降水通常有很好的相關關系[19]，但進一步的研究表明降水在作物生長期的分配對產量起決定作用，需水關鍵期的水分脅迫會造成嚴重減產[34]。本研究結果表明馬鈴薯塊莖形成－成熟期降水量與產量的相關達到了極顯著水平，這與前人的研究結果認為馬鈴薯需水關鍵期為薯塊形成期和塊莖膨大期基本一致[35]，且暖干年馬鈴薯生長季降水量僅282 mm，各耦合方式下馬鈴薯整個需水關鍵期都沒有得到充足的水分補給，水分脅迫嚴重限制了馬鈴薯的生長發育和產量形成；暖濕年生長季降水量為419 mm，僅個別耦合方式在需水關鍵期受到輕微的水分脅迫，因此，暖濕年馬鈴薯產量顯著高于暖干年。前人研究指出，播前土壤中較多的有效水分會顯著影響馬鈴薯產量[34]，本研究播前土壤含水量和產量的相關性也達到了極顯著水平（<0.01），但逐步回歸分析結果表明僅塊莖形成－成熟期的降水決定了馬鈴薯的產量變異。雨養條件下，作物整個生長期所需水分均來自土壤水分，而降水是旱地農田土壤水分的唯一供給，因此，其本質仍是降水和產量的關系。

前人的研究結果表明，農牧交錯帶雨養馬鈴薯的最適播期和品種都存在較大的年際變異，本研究僅包含暖干和暖濕2種年型，結果表明不同年型下的最佳耦合方式不同，因此在研究馬鈴薯的最佳播期和品種耦合方式時，需要考慮不同的水熱條件。需要更多的試驗來覆蓋冷干和冷濕年型下的最佳播期和品種耦合方式，并借助農業生產系統模型來揭示不同年型下馬鈴薯的最佳播期和品種耦合方式。在實際生產中，準確預測未來的氣候年型對選擇適宜的播期和品種就顯得至關重要[36]，當前對降水等的短期氣候預測精度在70%左右[37-38]，尚不能完全滿足農業生產的要求[39]。因此，隨著短期氣候預測和中長期氣候預報精度的不斷提高，適宜播期和品種選擇在未來農業生產中將發揮更加重要的指導作用。

4 結 論

本研究基于暖干和暖濕2種不同水熱年型馬鈴薯播期耦合品種試驗，以雨養馬鈴薯產量和水分生產力為依據，確定了農牧交錯帶典型站點雨養馬鈴薯在不同水熱年型下的最適播期和品種組合方式，揭示了不同播期和品種組合方式對雨養馬鈴薯產量的影響機制，并通過氣象數據和統計分析方法解析了決定當地雨養馬鈴薯產量變異的關鍵氣象因子，結論如下：

1）在暖干年份選擇早熟品種費烏瑞它在4月底到5月初播種有利于減輕塊莖需水關鍵期的水分脅迫，獲得較高的產量和水分生產力；暖濕年選擇晚熟品種克新一號在5月中旬播種，產量和水分生產力最高。

2）馬鈴薯生育期降水量和產量極顯著相關，農牧交錯帶馬鈴薯產量變異的決定因子為塊莖形成－成熟期的降水量，該期的降水量能夠解釋馬鈴薯產量變異的87%。

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Selecting planting date and cultivar for high yield and water use efficiency of potato across the agro-pastoral ecotone in North China

Li Yang1, Wang Jing1※, Tang Jianzhao2, Ma Xueqing1, Pan Xuebiao1

(1.,,100193,China; 2.,,,,,050011,)

Potato is one of the staple food crops across the agro-pastoral ecotone (APE) in North China under rainfed condition. High and stable yield of potato is of significance for ensuring food security in the APE. The combination of planting date and cultivar should be selected according to different hydrothermal year types due to long potential planting time and high inter-annual variation of hydrothermal conditions during the potato growth period in the APE. To investigate the suitable combination of planting date and cultivar for rainfed potato under different hydrothermal conditions, field experiments were conducted under warm-dry (2017) and warm-wet (2018) year types. Each year included three planting dates and cultivars: early- (April 26/27), middle- (May 15/16) and late (June 02/03) planting combined with early- (Favorita), middle- (Connibeck), and late (Kexin_1) maturing potato cultivars. The experiment results were used to compare the length of the growing period, fresh yield and water productively of potato under different combinations of planting dates and cultivars. The optimal combination of planting date and cultivar was determined according to both high yield and water productivity of potato during different year types. Moreover, the study revealed the impact mechanism of change in planting date and cultivar on yield and water productivity of potato and the yield-determining factors of rainfed potato were investigated by conducting the relationship between yield and main meteorological factors during different growth periods of potato. The study results showed that change of plating date and cultivar had significant interactive impacts on phenology, yield and water productivity. The shortest growing period of potato was only 90 d under late-planting of early-maturing cultivar while the longest growing period of potato reached 138 d under early-planting of late-maturing cultivar. The time of potato growing period had a negative correlation with mean temperature (<0.01). Mean growing period effective thermal time more than 2 ℃ for early-, middle- and late-maturing cultivars were 1 691.5, 1 772.6 and 1 944.6 ℃·d, respectively. The delay of planting date would accelerate the emergence rate and shorten the time from planting to tuberization for each combination. However, the time from tuberization to maturity did not change significantly with the change in planting date. There were different combinations of planting date and cultivar under different year types. In the warm-dry year, average yield across all the planting dates and cultivars was 6 187.3 kg/hm2. Early-maturing variety ‘Favorita’ under early to middle planting could alleviate the water stress during potato growing period, and had higher fresh yield and water productivity than other combinations. Average fresh yield across all the planting dates and cultivars was 19 390 kg/hm2. Planting late-maturing variety ‘Kexin_1’ on middle May could achieve the highest yield and water productivity of 23 103.9 kg/hm2and 6.8 kg/m3, respectively in the warm-wet year. Optimal combination of planting date and cultivar could reduce the water stress during potato growth period and increase the yield and water productivity of potato under different year types. The correlation analysis of yield-climate relationship showed that precipitation from tuberization to maturity had the highest positive correlation with potato yield (<0.01), and could explain 87% of the variation of potato yield. Our study could provide a scientific reference for choosing the optimal combinations of planting date and cultivar for potato under different hydrothermal year types.

crops; water; yield; potato; hydrothermal year type; meteorological factors; agro-pastoral ecotone

李 揚，王 靖，唐建昭，馬雪晴，潘學標. 農牧交錯帶馬鈴薯高產和水分高效利用的播期和品種選擇[J]. 農業工程學報，2020，36(4)：118－126. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.04.014 http://www.tcsae.org

Li Yang, Wang Jing, Tang Jianzhao, Ma Xueqing, Pan Xuebiao. Selecting planting date and cultivar for high yield and water use efficiency of potato across the agro-pastoral ecotone in North China[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2020, 36(4): 118－126. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.04.014 http://www.tcsae.org

2019-09-15

2020-01-21

中央高校基本科研業務費專項資金（2018TC042）；國家自然科學基金項目（41871086，41475104）

李 揚，博士生，主要從事氣候變化對作物的影響及適應等方面研究。Email：doudoucau@163.com

王 靖，博士，副教授，博士生導師，主要從事農業生產系統模擬與氣候變化影響評估研究。Email：wangj@cau.edu.cn

10.11975/j.issn.1002-6819.2020.04.014

S162.5+7

A

1002-6819(2020)-04-0118-09