陜北沙區滴灌條件下不同水肥組合對馬鈴薯產量的影響

黨學立,王 雯，白盼盼，張 雄

(1.榆林學院 生命科學學院，陜西 榆林 719000; 2.新疆農業大學 農學院，新疆 烏魯木齊 830052)

陜北沙區地處毛烏素沙漠邊緣，屬干旱半干旱地區。該地區光熱充足、地勢平坦、排灌方便、土質疏松透氣，是我國馬鈴薯的適生區之一，馬鈴薯常年種植面積20萬hm2，占當地糧食種植總面積的35%，全省馬鈴薯種植總面積的60%[1]。馬鈴薯生長發育過程中需水需肥量較大[2,3]，長期以來“大水漫灌”等粗放的灌溉模式，導致該地區水肥利用效率低下，浪費嚴重，加劇了水資源短缺的矛盾。大量研究表明，與傳統灌溉方式相比，滴灌技術的節水、增效、增產效果明顯[4]。近年來，陜北沙區的滴灌馬鈴薯面積逐年增大，但是滴灌的灌水量和施肥量多靠經驗判斷，尚未形成科學合理的水肥耦合模式。目前，作物滴灌水肥一體化技術的研究報道常見于玉米[5]，大豆[6]，小麥[7]等作物。研究顯示，在灌水量一定的條件下，光合速率隨著施肥量的增加先降低后升高[8]。番茄[9]和馬鈴薯[10]的產量隨灌溉量和施肥量的增加而增加，但超過一定范圍后產量呈降低趨勢。陜北沙區滴灌條件下的水肥一體化技術對馬鈴薯產量的影響少見報道，不同水肥組合對該地區馬鈴薯產量的影響尚不明確，鑒于此，在滴灌條件下，明確不同水肥耦合模式對馬鈴薯光合速率及產量的影響，篩選出有利于提高馬鈴薯產量的水肥耦合模式，對于構建陜北地區馬鈴薯高產高效栽培技術體系，助推區域農業可持續發展具有理論和實際意義。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2018年4-10月在國家級榆林現代農業科技示范園進行，馬鈴薯紫花白品種為供試品種。試驗地位于榆林市牛家梁鎮榆卜界村(109°43′ E，38°23′ N)，該區域屬于干旱半干旱大陸性季風氣候，年平均降水量為371 mm，蒸發量為1 900 mm，年日照時數是2 900 h，年總輻射量606.7×107J· m-2，年均氣溫8.6℃，≥10積溫3 000～3 300 ℃，無霜期為167 d。該區域的光照充沛，地勢平坦且地下水位較高，便于灌溉，土壤是風沙土，肥力水平中等。供試土壤pH值8.1，有機質含量7.85 g·kg-1，全氮含量0.36 g·kg-1，堿解氮含量48.90 mg·kg-1，有效磷含量13.95 mg·kg-1，速效鉀含量87 mg·kg-1。

1.2 試驗設計

試驗包括4個因素(灌水量，純施氮量，純施磷量，純施鉀量)，采用飽和D-416-A最優設計，設置16個處理(表1)，3個重復。小區面積18 m2(3.6 m×5 m)，小區間設置0.5 m隔離帶。采用壟作栽培技術，壟高30 cm，壟距90 cm，株距22 cm，密度約3 500株·667 m-2，播種深度為8～10 cm，種植模式為1帶1行，滴灌帶均放置在壟上作物旁(采用內鑲貼片式滴灌帶，滴頭間距30 cm，滴頭流量1.38 L·h-1)。用水表控制灌水量。肥料30%作基肥(尿素，磷酸二銨，硫酸鉀)，70%為追肥(專用滴灌水溶肥)，在馬鈴薯塊莖形成期到淀粉積累期隨水追肥。不同處理的灌溉量和施肥量如表1所示。

1.3 測定指標及方法

凈光合速率(Pn)通過LI-6400便攜式光合測定儀觀測并記錄數據，每次在晴天 9:00-11:00 光照充足且固定的時間段測定，每小區選3株，在馬鈴薯倒三葉部位進行測定，結果取其平均值。葉片水分利用效率(WUE)的計算公式為：WUE=Pn/Tr。

每個小區隨機選取10株進行產量指標測定，統計馬鈴薯單株塊莖質量和個數分級(小薯：小于50 g；中薯：50～150 g； 大薯：大于150 g；單株薯重=大薯重+中薯重+小薯重，商品薯率=大薯個數/單株薯數)結果取平均值；小區產量采取實產實收，折算成每公頃的產量。水分生產率計算公式如公式1所示。

WUEc=Y/(M+P+D+△W)

(公式1)

式中，WUEc為水分生產率(kg·m-3)；Y為單位面積產量(kg·hm-2)；M為全生育期灌水量(m3·hm-2)；P為生育期內有效降水量(m3·hm-2)；D 為生育期內地下水補給量(m3·hm-2)；△W為生育期始末土壤含水量的差值(m3·hm-2)。

1.4 數據處理與分析

研究采用SPSS 19.0軟件進行數據分析，光合指標和產量采用單因素方差分析，平均數間的多重比較采用Duncan多重檢驗法(P<0.05)。

2 結果與分析

2.1 不同水肥組合對馬鈴薯凈光合速率的影響

如表2所示，在馬鈴薯全生育期T10和T5處理的凈光合速率較其他處理高2.95%～192.47%，T10處理的凈光合速率略高于T5處理1.85%～10.34%，二者無顯著差異。在苗期，T10和T5處理的凈光合速率在苗期顯著高于其他處理(除T16和T4處理外)14.24%～109.64%(P<0.05)；在塊莖形成期，顯著高于其他處理(除T16處理外)10.24%～83.15%(P<0.05)；在塊莖膨大期-淀粉積累期，較其他處理(除T4和T16處理外)顯著高10.01%～84.34%(P<0.05)；在成熟期，較其他處理(除T4、T14和T16處理外)顯著高19.57%～192.47%(P<0.05)。

表2 不同水肥處理下馬鈴薯葉片凈光合速率的變化

2.2 不同水肥組合對馬鈴薯葉片水分利用效率的影響

如表3所示，在苗期，T12處理的WUE最高，較T5和T10均顯著高約50.30%(P<0.05)，較T14高78.25%。在塊莖形成期，T10處理的WUE最高，較T5處理略高2.65%，差異不顯著；較T13和T4處理顯著高16.03%和48.77%(P<0.05)。塊莖膨大期，T12處理WUE最高，較T5和T10處理顯著高35.35%和38.62%(P<0.05)，較T9和T16顯著高16.18%和40.56%(P<0.05)。在淀粉積累期，以T6處理WUE最高，較T8、T11和T12分別高63.90%、77.38%和84.00%，差異顯著(P<0.05)，與其他處理間均無顯著差異。成熟期，以T11處理WUE最高，較T5處理高23.79%，差異不顯著；較T10處理顯著高34.82%(P<0.05)；較T9和T1處理顯著高31.10%和52.05%(P<0.05)。

表3 不同水肥處理馬下鈴薯葉片水分利用效率(WUE)的變化

2.3 不同水肥組合對馬鈴薯產量指標和水分生產率的影響

由表4可知，馬鈴薯單株薯重表現為：T10>T5>T16>T4>T3>T13>T2>T15>T8> T14> T9>T11>T6=T1>T7>T12。其中，T10和T5處理的單株薯重顯著高于其他處理(除T16和T4處理外)23.90%～362.62%(P<0.05)，T6、T1、T7、和T12處理的單株薯重較其他處理低0.25～3.88 kg。大薯重量和單株薯重量表現基本一致，T10和T5處理的大薯重顯著高于其他處理(除T16處理外)7.14%～875.00%(P<0.05)，T12處理的大薯重量最低，為 0.48 kg。T5處理的商品薯率最高(84.62%)，較T10處理略高4.15%，顯著高于其他處理7.70%～111.55%(P<0.05)。不同處理下馬鈴薯產量表現為T10>T5>T16>T4>T14>T2>T15>T3>T13> T1>T9>T6>T8>T11>T7>T12；T10和T5處理的產量顯著高于其他處理(T16處理除外)7.89%～99.84%(P<0.05)，T10處理的馬鈴薯產量略高于T5和T16處理2.55%和5.30%，T12處理的產量顯著低于其他處理13.22%～99.84%(P<0.05)。

水分生產率是衡量灌溉水利用效率的重要指標。表4顯示，不同水肥耦合模式下的馬鈴薯水分生產率差異較大，表現為T5>T16>T3>T10>T14>T9>T2>T15>T4>T13>T1>T7> T12>T6>T8>T11，T5處理的馬鈴薯水分生產率最高(10.42 kg·m-3)，T11處理的馬鈴薯水分生產率最低(4.12 kg·m-3)。T5、T16、T3、T10和T14處理的馬鈴薯水分生產率分別較T11處理高152.91%、106.55%、103.16%、86.65%和86.41%。T5處理馬鈴薯水分生產率分別較T16、T3和T10和T14處理高22.44%、24.49%、35.50%和35.68%

表4 不同水肥處理下馬鈴薯產量指標及水分生產率的變化

3 討論與結論

在不同水肥耦合條件下，馬鈴薯葉片凈光合速率存在較大差異。灌水量(5 268.249 m3·hm-2)和施肥量(氮、磷、鉀施用量分別為290.119、290.119、167.449 kg·hm-2)較高的T10處理凈光合速率最高，其次為灌水量較小(3 131.751 m3·hm-2)和施肥量(氮、磷、鉀施用量分別為290.119、129.881、167.449 kg·hm-2)較高的T5處理，二者差異不顯著(P<0.05)。試驗中，在較高灌溉量(5 268.249 m3·hm-2)和較低灌溉量(3 131.751 m3·hm-2)條件下，較高的施肥水平均有利于提高馬鈴薯葉片的光合速率。王鐵良等[11]在對樹莓的研究中發現，較高的施肥量和灌水量有利于樹莓光合速率提高。研究顯示，在適宜的灌溉量下，適量增施肥料有利于其光合速率的提高，在適度的施肥條件下，較高的灌溉量也有利于光合作用的提高[12,13]，這與筆者研究結果相似。也有學者研究表明，灌水充足條件下，較高的施氮量有利于谷子凈光合速率的提高，但過量施氮會導致光合速率下降[14～16]；馬國成在寧夏旱區對馬鈴薯的研究中發現，單因素適量增施磷肥和鉀肥可有效提高馬鈴薯凈光合速率，但過多施磷肥和鉀肥會降低凈光合速率[12]。筆者研究也發現最高的氮肥(345 kg·hm-2)或者磷肥(345 kg·hm-2)用量，并沒有增強馬鈴薯葉片的光合能力。

在馬鈴薯產量指標中，馬鈴薯產量和商品薯率的變化趨勢相同。T10和T5處理的馬鈴薯產量和商品薯率均為最高，且T10和T5處理間的產量無顯著差異。杜培兵等發現在西北地區多元復合微肥對馬鈴薯產量和商品薯率增大呈正相關[17]，這與筆者試驗結果基本一致。筆者研究顯示，馬鈴薯產量隨灌水量和施肥量的增加呈先增加后降低趨勢，較高水平的施肥量，有助于增加馬鈴薯產量和品質。特別是在灌水量處于較低水平時，適量的磷肥對馬鈴薯產量具有一定的影響。梁錦秀等[16]的研究也表明，適量施肥有助于增加馬鈴薯產量，然而過量施肥不能達到增產目的。筆者研究中，在較高水平灌溉量和中等水平灌溉量條件下，較高的施肥量有助于提高馬鈴薯產量，然而當施肥量達到最高時，馬鈴薯產量卻呈下降態勢。T5處理使用的灌水量較T10處理少40.55%，磷肥用量較T10處理低55.23%，馬鈴薯商品薯率較T10處理高3.37%，產量僅略低于T10處理2.49%。因此，T5處理的馬鈴薯水分生產率較T10處理高35.50%，灌溉水的利用效率更高。梁錦秀等[18]和馬慧娥[19]的研究也表明，與高水高肥相比，適宜的水肥配比，更有助于提高馬鈴薯的產量。研究表明，灌水量為3 131.751 m3·hm-2，純氮量為290.119 kg·hm-2，純磷量為129.881 kg·hm-2，純鉀量為167.449 kg·hm-2的水肥組合明顯節約灌溉用水和磷肥用量，有利于提高馬鈴薯的產量和商品薯率，可作為陜北沙區滴灌馬鈴薯水肥一體化技術中適宜的水肥耦合模式。筆者研究結果對于構建陜北地區馬鈴薯綠色高產高效栽培技術體系提供理論和技術支持。此外，筆者研究只涉及到馬鈴薯紫花白品種，對于其他馬鈴薯品種未做深入研究，今后還應繼續開展水肥耦合技術對不同馬鈴薯品種光合特性及產量影響的研究工作。.