水氮調控對寧夏旱區馬鈴薯株高、葉綠素和產量的影響

王 臣，尹 娟,2,3，趙彥波，王 順，張海軍

(1.寧夏大學土木與水利工程學院，銀川 750021；2.旱區現代農業水資源高效利用教育部工程中心，銀川 750021；3.寧夏節水灌溉與水資源調控工程技術研究中心，銀川 750021)

寧夏中部干旱區平均年降雨量少，蒸發量大，水資源相當匱乏[1]，灌水成為提高作物產量的決定性因素[2]。馬鈴薯作為我國西北旱區一種低投入、高產出的糧食兼經濟作物，采用常規灌溉方式耗水量大，而采用膜下滴灌技術則有非常明顯的節水增產效果[3,4]。在馬鈴薯膜下滴灌增產機制研究中發現，相比于露地滴灌、隔溝灌和不灌溉，馬鈴薯產量均有所提高[5]；在大棚膜下滴灌試驗條件下，泰安地區馬鈴薯在滴灌量為480 mm時更有利于提高產量、商品薯率和品質[6]；侯翔皓等[7]研究不同灌水頻率和施肥量對馬鈴薯生長量和產量的影響時，發現灌水周期為8 d時馬鈴薯生長狀況最好，施肥量過大會影響馬鈴薯植株的生長，而產量隨施肥量的增加而增大。

氮肥是作物生長所必須的3大營養元素之一[8]，在作物的生長發育過程中起到非常重要的作用。施用氮肥可以提高葉片氮含量，進而提高葉片葉綠素含量和與光合作用有關的酶活性，最終提高植物光合作用速率[9]。適量的氮肥供應可以促進馬鈴薯植株生長發育，增加馬鈴薯淀粉、蛋白質和Vc含量[10-12]。但過量施用氮肥則會影響馬鈴薯的生長發育，降低塊莖產量和品質，并可能造成地下水的硝酸鹽污染[13-15]。湯金龍等[16]研究了青島地區不同施氮處理對馬鈴薯產量及品質的影響，結果表明當施氮量為214.05 kg/hm2時馬鈴薯的產量和品質最優；孫建波[17]建議在寧夏中部干旱帶馬鈴薯最優氮肥施用量為150 kg/hm2。

關于灌水量和施氮量對馬鈴薯生長和產量的影響，前人已有相關研究，但水氮耦合對馬鈴薯生長、產量等影響的研究很少有過報道。本試驗在前人研究基礎上，探究了膜下滴灌不同水氮處理對馬鈴薯株高、葉綠素相對含量和產量的影響規律，以期為馬鈴薯膜下滴灌技術在寧夏中部干旱區的推廣提供一定理論依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

試驗地點位于寧夏中部干旱帶的典型區域同心縣下馬關鎮，北緯37°18′-38°23′，東經106°27′-105°35′，海拔1 730～1 950 m。溫帶大陸性氣候，日照時間長，晝夜溫差大。年平均降水量280 mm，年平均蒸發量為2 315 mm。降雨主要集中在夏季的7、8月份，無霜期6個月左右，有效積溫3 915.3 ℃，地下水埋深在10 m以下。耕層土壤基礎理化性質如表1所示。

表1 土壤理化性質

1.2 試驗設計

在調研的基礎上結合當地馬鈴薯種植實際，采用兩因素隨機區組設計，選取3個灌水量水平和3個施氮量水平(純氮)，設計灌溉定額W1(900 m3/hm2)，W2(1 350 m3/hm2)，W3(1 800 m3/hm2)，施氮量(純氮)N1(120 kg/hm2)，N2(180 kg/hm2)，N3(240 kg/hm2)，共9個處理，分別為T1(W1N1)、T2(W1N2)、T3(W1N3)、T4(W2N1)、T5(W2N2)、T6(W2N3)、T7(W3N1)、T8(W3N2)、T9(W3N3)。每個處理3個重復，共27個試驗小區。同時在試驗小區周邊設置空白對照CK處理(按照當地種植習慣，不覆膜且不灌水施肥)。

氮肥選用含氮量為46%的尿素。磷肥選用含磷量為12%的過磷酸鈣，磷肥在播種時以基肥形式施入。鉀肥選用含鉀量為50%的硫酸鉀。各處理磷肥(純磷)施用量為81.6 kg/hm2，鉀肥(純鉀)施用量為150 kg/hm2。馬鈴薯施肥量分配如表2所示。

表2 馬鈴薯施肥量分配 %

結合寧夏中部干旱區生產實際，于2018年4月30日播種馬鈴薯。每個試驗小區面積為25.2 m2，長10.5 m，寬2.4 m。馬鈴薯行距60 cm，株距50 cm，種植密度33 345 株/hm2。采用內嵌式滴灌帶灌溉，每個小區設獨立的支管控制單元。各生育期灌水量分配百分比如表3所示。

表3 馬鈴薯灌水量分配百分比 %

1.3 測定項目與方法

(1)馬鈴薯株高和葉綠素相對含量的測定。從馬鈴薯植株出苗日期開始，每隔10 d測定一次，每個試驗小區標定3株長勢均勻的植株進行測量，使用精度為1 mm的卷尺測量馬鈴薯株高，采用手持式SPAD502型葉綠素測量儀測定葉片葉綠素相對含量。

(2)馬鈴薯總產量和大、中、小薯產量的測定。在考種期每個小區隨機標定10株馬鈴薯進行稱重測產，根據馬鈴薯塊莖分級標準，計算各處理馬鈴薯總產量和大、中、小薯產量。

1.4 數據處理

利用Excel 2010和DPS軟件整理和分析數據，Origin 2017繪圖。

2 結果與分析

2.1 不同水氮處理對馬鈴薯株高的影響

圖1中的(a)、(b)、(c)表示相同灌水量條件下不同施氮量處理對馬鈴薯生育期株高的影響。在低灌水量條件下，馬鈴薯株高隨施氮量的增加先增大后減小，3個施氮量處理之間株高差值較大。從苗期生長情況來看，T3處理有燒苗現象，馬鈴薯株高最小。說明在水分虧缺的條件下，增施氮肥會抑制馬鈴薯株高的生長；在中等灌水量條件下，馬鈴薯株高隨施氮量的增加而增大，各施氮處理之間的株高生長量差距較低灌水量處理有所減小，與低灌水量相比，中等灌水量下的馬鈴薯株高整體增加，說明低灌水量條件不利于馬鈴薯株高的生長；當灌水量為高灌水量時，苗期馬鈴薯植株生長速度較中、低灌水量處理有所增大，馬鈴薯株高隨施氮量的增加而減小，即在高灌水量條件下增施氮肥不利于株高的生長。

圖1 不同水氮處理下馬鈴薯株高生長量圖

圖1中的(d)、(e)、(f)表示相同施氮量條件下不同灌水量處理對馬鈴薯生育期株高的影響。在低施氮量條件下，馬鈴薯株高隨灌水量的增加而增大，且各灌水量處理之間株高差值較大；在中等施氮量條件下，株高隨灌水量的增加而減小，T2處理株高最大，T5處理株高最小，出現這一現象可能是由測量誤差引起的；在高施氮量條件下，馬鈴薯株高隨著灌水量的增加先增大后減小。整個生育期馬鈴薯平均株高由大到小依次為52.70、49.90、49.78、49.45、49.35、49.04、48.52、47.61、44.61和40.01 cm，其相對應的處理分別是T7、T6、T8、T9、T2、T4、T5、T1、T3和CK，在所有灌水施氮處理中，高灌水量低施氮量的T7處理最有利于馬鈴薯株高的生長，低灌水量高施氮量的T3處理最不利于馬鈴薯株高的生長。所以在馬鈴薯生產過程中，要根據土壤墑情和降雨量對灌水量和施氮量進行適當調整。

表4表示馬鈴薯各生育期不同處理之間株高的差異顯著性。從表4中可以看出：幼苗期T3與T4、T8株高差異顯著(P<0.05)，T3與T7株高差異極顯著(P<0.01)，其他各處理之間株高差異均不顯著(P>0.05)。幼苗期T7株高最大，T3株高最小；塊莖形成期T3與T2、T4、T5、T6、T8、T9株高差異顯著(P<0.05)，T3與T7株高差異極顯著(P<0.01)，其他各處理之間株高差異均不顯著(P>0.05)；塊莖增長期T3與T2、T6、T9株高差異顯著(P<0.05)，與T7、T8株高差異極顯著(P<0.01)。T7與T2、T6、T9株高差異顯著(P<0.05)，與T1、T3、T4、T5株高差異極顯著(P<0.01)。在塊莖增長期不同處理間馬鈴薯株高差異變大；淀粉積累期T1與T7之間株高差異極顯著(P<0.01)。T3與T2、T4、T5株高差異顯著(P<0.05)，與T6、T7、T8、T9株高差異極顯著(P<0.01)。T7與T1、T2、T3、T4、T5株高差異極顯著(P<0.01)。

表4 不同水氮處理對馬鈴薯株高的影響 cm

注：表中數據為3次重復的平均值(n=3)，幼苗期株高數值為6月9日和6月19日測得株高均值，塊莖形成期株高數值為6月29日和7月9日測得株高均值，塊莖增長期株高數值為7月19日、7月29日和8月9日測得株高均值，淀粉積累期株高數值為8月19日測得株高數值；同列中不同大寫字母表示處理間差異極顯著(P<0.01)，同列中不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)，具有統計學意義。

相同灌水量條件下，除T2與T3之間差異顯著外(P<0.05)，其他各處理之間株高差異均不顯著。相同施氮量條件下，低施氮量處理時，T1和T4分別與T7之間株高差異極顯著(P<0.01)。中等施氮量處理時，T2和T5與T8之間株高差異顯著(P<0.05)。高施氮量處理時，T3分別與T6和T9之間株高差異極顯著(P<0.01)。隨灌水量的增加株高增加值大于隨施氮量的增加株高增加值，說明灌水量因素對馬鈴薯株高的影響程度大于施氮量因素。

2.2 不同水氮處理對馬鈴薯葉綠素相對含量的影響

圖2表示生育期不同水氮處理下馬鈴薯葉綠素相對含量的變化規律。從圖2中可以看出，苗期馬鈴薯葉綠素相對含量最高，在塊莖形成期持續降低，塊莖增長期初達到最低值，之后葉綠素相對含量略有上升，進入淀粉積累期，葉綠素相對含量又繼續降低。

圖2中(a)、(b)、(c)表示相同灌水量條件下不同施氮量處理對馬鈴薯葉綠素相對含量的影響。在同一灌水量條件下，葉綠素相對含量變化的整體趨勢是隨施氮量的增加而升高；中等灌水量處理相較低灌水量處理葉綠素相對含量整體水平降低；在高灌水量條件下，T7、T8、T9處理葉綠素相對含量均低于CK處理。相比于中、低灌水量處理，高灌水量處理的葉綠素相對含量較低，說明馬鈴薯葉片葉綠素相對含量隨灌水量的增加而降低。

圖2 不同水氮處理下馬鈴薯葉綠素相對含量變化圖

圖2中(d)、(e)、(f)表示相同施氮量條件下不同灌水量處理對馬鈴薯葉綠素相對含量的影響。從圖2中可以看出：在低施氮量條件下，各處理的葉綠素相對含量整體低于對照CK處理；在中等施氮量條件下，各灌水處理葉綠素相對含量差異較小；高施氮量條件下，T3處理馬鈴薯葉綠素相對含量整體較高。高施氮量處理下的葉綠素相對含量高于中、低施氮量處理，說明增加施氮量，葉片葉綠素相對含量升高，增大葉片細胞濃度，從而增加植株吸水量；生育期各處理葉綠素相對含量平均值從高到低排序為T3、T6、T1、T9、T2、T4、T8、T5、T7，所對應的數值為42.31、39.73、39.64、39.38、39.26、38.78、38.70、38.14、37.38。生育期空白對照CK處理葉綠素相對含量平均值為42.11，略低于T3處理，高于其他各灌水施氮處理。說明葉片葉綠素相對含量會隨著灌水量的增加而降低，隨施氮量的增加而增大，土壤氮素含量較高時葉綠素相對含量值較高。當水氮互作發揮作用時，T3處理葉綠素相對含量較高，T7處理葉綠素相對含量較低，T5處理葉綠素相對含量居中。

表5表示馬鈴薯各生育期不同處理之間葉綠素相對含量的差異顯著性。從表5中可以看出：在幼苗期T3與T5、T7葉綠素相對含量差異極顯著(P<0.01)，與T2、T4、T6、T8差異顯著(P<0.05)，其余各處理葉綠素相對含量差異均不顯著(P>0.05)；幼苗期T3葉綠素相對含量最高，為56.03，T5葉綠素相對含量最低，為45.89。塊莖形成期T3與T7之間葉綠素相對含量差異顯著(P<0.05)，其余各處理之間差異均不顯著(P>0.05)；塊莖形成期T3葉綠素相對含量最高，為41.20，T7葉綠素相對含量最低，為37.34。塊莖增長期T3與T7之間差異顯著(P<0.05)，其余各處理之間葉綠素相對含量差異均不顯著(P>0.05)；在塊莖增長期T3處理葉綠素相對含量最高，為32.88，T7處理葉綠素相對含量最低，為29.47。淀粉積累期各處理葉綠素相對含量差異均不顯著(P>0.05)，主要是由于進入淀粉積累期葉片葉綠素相對含量整體較低，各處理之間差異不大；淀粉積累期T3處理葉綠素相對含量最高，為37.01，T5處理葉綠素相對含量值最低，為33.03。

表5 不同水氮處理對馬鈴薯葉綠素相對含量的影響

注：表中數據為3次重復的平均值(n=3)，幼苗期葉綠素相對含量數值為6月9日和6月19日測得數據均值，塊莖形成期葉綠素相對含量數值為6月29日和7月9日測得數據均值，塊莖增長期葉綠素相對含量數值為7月19日、7月29日和8月9日測得數據均值，淀粉積累期葉綠素相對含量數值為8月19日測得數據數值；同列中不同大寫字母表示處理間差異極顯著(P<0.01)，同列中不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)，具有統計學意義。

2.3 不同水氮處理對馬鈴薯產量的影響

圖3中的(a)、(b)、(c)表示相同灌水量條件下不同施氮量處理對馬鈴薯產量的影響。在低灌水量條件下，各處理產量隨施氮量的增加而增大，且均高于CK處理。各處理馬鈴薯塊莖大薯所占比率遠大于中薯和小薯，大薯產量也隨施氮量的增加而增大，中薯產量隨施氮量的增加先增大后減小，小薯產量基本相同。CK處理的小薯產量最大。說明灌水施氮措施有助于提高馬鈴薯商品薯產量。在中等灌水量條件下，馬鈴薯產量隨施氮量的增加而先減小后增大，中等灌水量處理平均產量高于低灌水量處理，說明提高灌水量能增加馬鈴薯產量。在高灌水量條件下，馬鈴薯產量隨施氮量的增加而減小，高灌水量處理平均產量高于中等灌水量處理。T9處理馬鈴薯產量并沒有達到最大，說明一味地增加灌水量和增施氮肥并不會使馬鈴薯產量達到最大，并且造成水肥的浪費。

圖3中的(d)、(e)、(f)表示相同施氮量條件下不同灌水量處理對馬鈴薯產量的影響。在施氮量一定的情況下，不同灌水量處理間產量差異較小，說明施氮量對馬鈴薯產量的影響程度大于灌水量；在低施氮量條件下，馬鈴薯產量隨灌水量的增加而增大，大薯產量也隨灌水量的增加而增大，中小薯產量隨灌水量的變化不大；在中等施氮量條件下，馬鈴薯產量隨灌水量的增加先減小后增大；在高施氮量條件下，馬鈴薯產量隨著灌水量的增加先增大后減小。高施氮量處理馬鈴薯平均產量高于中、低施氮量處理，說明提高施氮量能明顯提高馬鈴薯產量。

圖3 不同水氮處理下馬鈴薯產量

表6表示不同處理之間馬鈴薯產量的差異顯著性。從表6中可以看出：T6與T1之間馬鈴薯產量差異極顯著(P<0.01)，T6與T5產量差異顯著(P<0.05)，T3與T1、T5產量差異顯著(P<0.05)，其余各處理馬鈴薯產量差異均不顯著(P>0.05)。T6馬鈴薯產量最高，為58 509.3 kg/hm2。CK處理馬鈴薯產量最低，為40 981.05 kg/hm2。各處理產量由高到低排序為T6、T3、T7、T8、T2、T9、T4、T5、T1、CK。

T7處理大薯產量最高，為41 103.30 kg/hm2，同時大薯率也最高，為78.38%。中薯產量最高為T6處理，為13 653.00 kg/hm2，最低為T7，為6 735.75 kg/hm2。中薯率最高為CK處理，為30.24%，最低為處理T7，為12.83%。小薯產量最高的處理是CK，為6 457.80 kg/hm2，最低的處理是T5，為3 571.65 kg/hm2。小薯率最高的處理為CK，為15.76%，最低的處理為T6，為7.36%。

綜上所述，以馬鈴薯總產量最高為衡量標準，T6為最優處理。T7處理大薯產量最高，T6處理中薯產量最高。商品薯率(大中薯產量占馬鈴薯總產量的百分率)最大處理為T6，為92.64%。根據經驗，T6處理產量最高且有最高的商品薯率，更符合馬鈴薯商品加工和市場的需求。

3 討 論

本文通過田間試驗，研究了寧夏旱區膜下滴灌條件下不同水氮處理對馬鈴薯株高、葉綠素相對含量和產量的影響。結果如下。

表6 不同水氮處理對馬鈴薯產量的影響 kg/hm2

注：表中數據為3次重復的平均值(n=3)；同列中不同大寫字母表示處理間差異極顯著(P<0.01)，同列中不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)，具有統計學意義；括號內百分數表示占總產量的百分比。

在相同灌水量條件下，馬鈴薯株高并不隨施氮量的增加而增大，不同施氮量處理之間株高差異不顯著(P>0.05)。在相同施氮量條件下，馬鈴薯株高整體隨灌水量增加而增大，這與江俊燕等[18]在馬鈴薯株高上的研究相似，不同灌水量處理之間株高差異顯著(P<0.05)。灌水量因素對馬鈴薯株高的影響程度大于施氮量因素，較高水分條件有利于馬鈴薯株高的生長。T7處理馬鈴薯生育期平均株高最大，為52.70 cm。CK處理馬鈴薯生育期平均株高最小，為40.01 cm。

在馬鈴薯整個生育期，幼苗期葉片葉綠素相對含量最高，之后持續下降，這與杜長亮[19]和馬國成[20]的研究一致。在相同灌水量條件下，馬鈴薯葉片葉綠素相對含量隨施氮量的增加而升高，這與高鋒[21]的研究相似。在相同施氮量條件下，葉片葉綠素相對含量隨灌水量的增加而降低。T3處理生育期平均葉綠素相對含量最高，為42.31，略高于CK處理。T7處理平均葉綠素相對含量最低，為37.38。

灌水施氮措施可以提高馬鈴薯總產量和商品薯產量，這與前人的研究結果相似[22-24]。在相同灌水量處理下，馬鈴薯產量隨施氮量的增加而增大，當灌水量大于1 350 m3/hm2后，產量隨施氮量的增加而減小。在相同施氮量處理下，馬鈴薯產量隨灌水量的增加而增大，當施氮量為240 kg/hm2時，產量隨灌水量的增加而先增大后減小，說明一味增加灌水量施肥量不會持續增加產量，這與夏騰霄等[25]和劉凡等[26]的研究結果相似。T6處理馬鈴薯產量最大，為58 509.30 kg/hm2，且有最高的商品薯率，更符合市場需求。故在寧夏中部旱區推薦灌水施氮處理為T6處理。