榆林北部風沙區(qū)馬鈴薯盛花期需磷量分析

汪月 李小煒* 田 麗 張思雨 喬紫薇 孫美美 張艷梅

（1榆林學院生命科學院，陜西 榆林 719000；2陜西省榆林市水利信息與水文勘測中心，陜西 榆林 719000）

馬鈴薯喜光照，耐低溫，適合在砂壤土環(huán)境中種植，在保障糧食安全和推動地方經濟發(fā)展等方面發(fā)揮了關鍵作用[1-4]。相較于其他種類的糧食作物而言，馬鈴薯展現(xiàn)出更高的適應性，能在多種環(huán)境下生長，是增加糧食產量和推動地區(qū)經濟發(fā)展的重要農作物[5]。

作為馬鈴薯產業(yè)的優(yōu)選地、高產地之一[6]，陜西榆林市的馬鈴薯年度種植面積始終保持在20萬hm2以上，并展現(xiàn)出持續(xù)增長趨勢[7]。該地區(qū)屬于干旱半干旱氣候，馬鈴薯種植的土地多為堿性較強的石灰性土壤，磷元素相對缺乏。磷肥的適當施用是保證作物增產的重要條件，而施肥量和施肥后的產量效應之間有密切關系[8]，這在一定程度上影響了榆林馬鈴薯產業(yè)的發(fā)展[9]。合理施用磷肥能夠增加馬鈴薯的產量并優(yōu)化其薯塊的品質[10]，而過度使用磷肥可能導致環(huán)境污染[11]。當前，在馬鈴薯生產過程中，農戶的施肥行為大多基于經驗，對于精確使用磷肥的規(guī)則和農田磷肥損失的知識了解有待提升，另外，關于磷肥在陜北沙區(qū)馬鈴薯盛花期的影響，相關報道較少。因此，本研究通過探討不同梯度磷施用水平對馬鈴薯盛花期生長發(fā)育和根系特征等的影響，為馬鈴薯磷肥高效管理和馬鈴薯的優(yōu)質高產提供一定參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地

試驗地點設在陜西榆林榆陽區(qū)的榆林學院農牧基地，其處于溫帶半干旱大陸性季風氣候，年均氣溫范圍為8.1～11.9 ℃，日照時數2 630～2 900 h，無霜期140～165 d，年均降水量為410 mm。年蒸發(fā)量為1 160～1 300 mm，日照充足，晝夜溫差較大，土壤類型為砂質土壤。0～30 cm 土層的田間持水量為39.50%，有機質含量為13.20 g/kg，全氮含量為0.56 g/kg，堿解氮18.0 mg/kg，速效磷42.0 mg/kg，速效鉀275.0 mg/kg，pH值8.10，土壤含水量13.18%。

1.2 試驗材料

試驗材料為中熟品種希森6 號，供試肥料氮肥為尿素（含N 46%），鉀肥為硫酸鉀（含K2O 52%），磷肥為磷酸一銨（含P2O544%）。

1.3 試驗方法

本試驗使用隨機區(qū)組設計，共設置9個處理，每個處理3 次重復。為防止各處理之間的互相干擾，每2個處理之間設有0.5 m寬的步行通道，最外圍設置1 m的保護區(qū)域。試驗在2022年5月15日開始播種，采用人工點播方法，播種深度約0.15 m，行距約為1 m，株距約0.26 m。起壟栽培，中耕培土，中間行采樣。

氮、磷和鉀肥于播種前作為基肥一次性施入，其中，氮肥用量為120 kg/hm2，鉀肥用量為90 kg/hm2，各處理用量一致，磷肥水平設計見表1，其他病蟲害防治等田間管理同大田。

表1 磷肥水平設計 單位：（kg/hm2）

1.4 測定項目及方法

1.4.1 農藝指標株高采用直尺進行測量；莖粗使用游標卡尺進行測定；冠幅用卷尺測量植株水平和垂直方向的寬度；取馬鈴薯完整植株，地上和地下部分離，用電子天平分別測量地上部重量、根部重量以及塊莖重量。

1.4.2 生理指標于9：30—11：30，使用LI-6400 XT 便攜式光合測定系統(tǒng)，對葉片的胞間CO2濃度、凈光合速率、氣孔導度和蒸騰速率進行測量，每個處理5次重復。

1.4.3 根系形態(tài)特性取馬鈴薯植株花期根系，先用EXPRESSION 4990 型掃描儀掃描根系，再用Win RHIZO根系分析軟件對根系圖像數據分析。獲取到根長、根表面積、根體積、平均根直徑和根尖數的相關數據。

1.5 數據處理和統(tǒng)計分析

利用WPS Office對數據進行整理，使用SPSS 22.0中的單因素方差分析（ANOVA）進行分析，采用Origin 2021進行作圖。

2 結果和分析

2.1 不同梯度磷肥水平對馬鈴薯生長指標的影響

如表2 所示，隨著磷肥用量的增加，馬鈴薯植株高度整體呈上升的趨勢，T4處理達到峰值，比對照組處理提高21.88%，具有顯著性差異（P＜0.05）。然而，當磷肥的用量超過某個限度后，植株高度逐漸下降。這可能是過量的磷肥會引起土壤溶液濃度上升，導致土壤水分脅迫，從而影響植物的正常生長。

表2 不同磷肥處理下馬鈴薯的生長指標

莖粗在不同磷肥處理下整體趨勢也呈上升趨勢，增加速度先快后慢，與T0處理相比，T4、T5處理莖粗分別增加了28.76%和25.96%，呈顯著性差異（P＜0.05）。適量施磷可以促進細胞分裂與伸長、新組織的形成等，而過量的磷肥會使土壤酸化，從而降低土壤的肥力，影響植物對水分和營養(yǎng)的吸收。

冠幅與莖粗整體趨勢相同，T4處理與其他各處理均呈顯著性差異（P＜0.05）。磷元素是光合作用中的關鍵因素，在適當的磷肥施用量下，可以促進馬鈴薯葉片的光合效率，這可以進一步擴大葉面積、增加植株的冠幅。但T7和T8處理相較于T4處理有所減小，分別降低了44.66%和43.51%，且與T4相比具有顯著性差異（P＞0.05），可能是磷肥過多導致馬鈴薯葉片的病害增加，從而對光合效率和冠幅產生負面影響。

地上部重量整體呈增加趨勢，T5處理相對于T0處理增加了177.12%，兩者具有顯著性差異（P＜0.05），說明在一定范圍內施用磷肥對馬鈴薯地上部的生長有促進作用，而馬鈴薯地上部的生長狀況與產量有著密不可分的聯(lián)系。不同磷肥梯度處理下，T5處理根鮮重最大，但與T0沒有顯著性差異（P＞0.05）。

塊莖重量在不同磷肥處理下，整體呈增長趨勢，增長速度為“慢—快—慢”。所有處理與T0處理均有顯著性差異（P＜0.05），說明磷肥充足在一定程度上有利于塊莖中淀粉的積累，而塊莖中的主要成分是淀粉，因此，適當增加磷肥施用可以促進馬鈴薯塊莖重量的增加。

2.2 不同梯度磷肥水平對馬鈴薯光合特性的影響

從表3 可知，胞間CO2濃度隨著磷肥用量的增加，整體呈現(xiàn)先升后降的趨勢，其中T5處理達到峰值，較T0增加了19.94%，二者有顯著性差異（P＜0.05）。凈光合速率、氣孔導度和蒸騰速率在不同梯度磷肥處理下有著相同的趨勢，整體展現(xiàn)出先升后降的變化，其中，T4較T0處理分別增加了58.87%、161.54%、142.31%，均具有顯著性差異（P＜0.05）。磷元素是影響光合作用酶活性的因素之一，也參與葉綠體膜的構成和代謝物的運輸，能增加光合酶的活性，促進葉綠體膜的構成和穩(wěn)定，這說明適當施磷可以促進植物的光合作用。

表3 不同磷肥處理下馬鈴薯的光合特性

2.3 不同梯度磷肥水平對馬鈴薯根系形態(tài)特征的影響

根系的形態(tài)特征能夠直觀反映馬鈴薯植株的生長狀況。如圖1（A）所示，根直徑在磷肥投入量增多的情況下，整體上呈先加粗后減細的變化，其中，T5處理的根直徑最大，比T0增加了170.76%，二者有顯著性差異（P＜0.05）。如圖1（B）所示，馬鈴薯的總根長的呈先升后降趨勢，T0處理與其他各處理組間均存在顯著性差異（P＜0.05）。這意味著在高磷環(huán)境下，促進馬鈴薯的細根發(fā)育，有助于根系向土壤深部延展，從而擴大了吸收面積。

圖1 不同磷肥處理對馬鈴薯根系形態(tài)特征的影響

如圖1（C）所示，根總表面積呈先上升后下降趨勢。T2、T3兩者處理之間沒有顯著性差異（P＞0.05），分別較T0增加了73.12%、67.40%，具有顯著性差異（P＜0.05），由圖1（D）可知，T3、T4處理下的根體積最大，比T0處理分別增加了161.83%、157.98%，并與其他處理也均有顯著性差異（P＜0.05）。這表明，適度增施磷肥可以促進根的總表面積和體積增大，而過量施用則會對其產生一定抑制效果。

如圖1（E）所示，根尖數隨著磷肥用量的增多，整體上呈先增后降趨勢，其中在T3處理下達到峰值，較T0處理顯著增加了41.94%。其原因可能是磷具有促進根生長點細胞分裂和增殖的作用，對塊根的生長有一定的促進效應。在高磷環(huán)境中，可能會出現(xiàn)一定程度的“燒苗”現(xiàn)象，這導致部分根系的分生能力下降，側根數量減少。在這種情況下，根系更有可能通過增長側根的數量來提高其對土壤水分和營養(yǎng)的吸收能力。

3 結論與討論

科學且合理的營養(yǎng)管理策略對于馬鈴薯的高產和高效養(yǎng)分利用至關重要，而磷素作為作物生長發(fā)育中的關鍵元素，構成了植物體內多種重要的化合物，并對光合作用起到關鍵作用[12]。如果作物生長發(fā)育過程中缺乏磷，會產生植株生長緩慢、體形矮小等問題[13]；而過量施用磷肥會導致作物的成熟期提前，品質和產量也隨之下降[14]。

本研究發(fā)現(xiàn)，在施磷量為120 kg/hm2時，馬鈴薯的株高、莖粗、冠幅、塊莖重量、光合特性和根系指標均最佳，并且顯著高于對照組T0，提高了1.2～3.0倍。在蘇木德[15]對水稻的研究中發(fā)現(xiàn)，施用磷肥可以增大水稻在各個生育階段的葉面積指數，提高其拔節(jié)期的光合作用。本研究結果表明，適度增施磷肥可以影響馬鈴薯的凈光合速率、氣孔導度和蒸騰速率，這些指標隨著磷肥用量的增加而先增大后減小。李昊駿[16]研究發(fā)現(xiàn)，適度增施磷肥可以增加馬鈴薯的塊莖物質量和淀粉的積累，有利于提高馬鈴薯的品質和產量。本研究結果表明，在T5處理下，馬鈴薯的塊莖重量最大，變化趨勢為先升后降。但最佳施磷量與之有所不同，可能是土壤的基礎肥力不同導致施磷量結果不同，也可能是四川九龍縣與陜西榆林之間的海拔、緯度、氣候和土壤基礎肥力的差異造成的。在本研究中，馬鈴薯的根長、根表面積、根體積、平均根直徑以及根尖數呈單峰曲線變化，與王天等[17]的研究一致。何佩云等[18]在對甜蕎的研究中發(fā)現(xiàn)，適中的磷肥施用量有助于刺激作物根系的生長和發(fā)育，增強植物對干旱和寒冷的抵抗力以及適應性，可進一步提升產量和質量。因此，適度使用磷肥，對馬鈴薯植株整體生長和發(fā)育起到促進和刺激作用，對于產量的增加也有一定的促進作用。

本研究分析了不同梯度磷肥水平對馬鈴薯生長指標、光合特性及根系形態(tài)特征的影響。綜合考察發(fā)現(xiàn)，當磷肥的施用量達到120 kg/hm2（T4處理）時，馬鈴薯的生長狀況達到了最優(yōu)，此時，馬鈴薯的株高、莖粗、冠幅、地上部質量、根質量、塊莖質量、凈光合速率、氣孔導度、胞間CO2濃度和蒸騰速率均顯示出較高的數值。然而，過量或過少的磷肥施用都會對馬鈴薯的生長產生負面效應。當磷肥施用量過高時（如T6、T7和T8處理），馬鈴薯的根系含水量顯著降低，會導致水分反滲透的“燒苗”現(xiàn)象。而當磷肥施用量過低時（如T1、T2和T3處理），馬鈴薯的生長指標和光合特性相比于適宜施用量的T4處理有所下降，這也影響到馬鈴薯的正常生長。

因此，對于榆林北部風沙區(qū)馬鈴薯的種植，推薦磷肥的適宜施用量應在120 kg/hm2左右，該磷肥施用水平有利于促進馬鈴薯盛花期的生長，進而提高馬鈴薯的品質和質量。