水肥调控对滴灌马铃薯生长、品质及水肥利用的影响

毕丽霏，张富仓，王海东，王 英，吴 悠，向友珍，范军亮

(1．西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室，陕西 杨凌 712100；2．西北农林科技大学旱区节水农业研究院，陕西 杨凌 712100)

马铃薯是世界上重要的粮食作物之一，含有丰富的营养物质，又是重要的工业原料，具有较高的开发利用价值[1]。我国马铃薯种植面积很大，然而单产却比较低[2]，在提高产量方面有很大的空间。随着马铃薯加工业的发展，对马铃薯品质的研究显得越来越重要，如何能达到马铃薯的优质高产已经成为马铃薯生产的迫切需求。陕西省榆林市地处黄土高原腹地，土地面积辽阔，海拔高、光照足、日照长，土质疏松，昼夜温差大，环境污染轻，是中国马铃薯五大优生区和高产区之一。但该地区水资源比较缺乏，马铃薯田灌溉施肥大多采用粗放的水肥管理模式，造成了灌溉水浪费严重，肥料淋失，水肥利用效率低等问题。因此，研究水肥调控对陕北榆林地区马铃薯生长、品质及水肥利用的影响，对提高马铃薯产量，保证优质高产，改善农田的水肥环境和缓解水资源紧张都有重要意义。

在农业生产中，水和肥是影响马铃薯生长的两个重要因素[3]。水分是影响作物生长的一个主要环境因素[4]，而肥料对于促进马铃薯生长有很大的作用，必须重视肥料的合理施用。前人就滴灌施肥对马铃薯生长、产量、品质及水肥利用进行了大量研究。Yuan等[5]发现随着灌水量的增加，马铃薯的株高、生物量和根区水量会相应増加，薯块的产量和单薯重也随之增加。Wang[6]、秦军红等[7]对相同灌水量下不同灌水频率对马铃薯生长、产量及水分利用效率的影响进行了研究。Shock等[8]发现水分不足或者水分过量均会使马铃薯产量和品质降低。有研究表明水肥一体条件下马铃薯的产量、单株薯重、商品薯率、淀粉含量均随着施氮量的增加呈抛物线式变化，且小水量多次灌可以得到比大水量少次灌更好的收益[9]。Badr等[10]通过研究发现，在灌水量充足时，马铃薯的产量随施氮量的增加而逐渐增加，而出现水分胁迫时，施氮量对马铃薯的产量产生负作用。Ierna等[11]研究表明高水和高比例肥氮磷钾的施肥组合能够促进马铃薯的生长，但并不能提高水分生产效率，施肥可以有效地提高水分生产效率。戴树荣[12]通过建立肥料效应函数得到最高产量的氮磷钾推荐施肥量为N 204.24 kg·hm-2、P2O568.01 kg·hm-2和K2O 253.62 kg·hm-2。同时，合理的水肥配合可以发挥很好的交互耦合作用，提高马铃薯的水肥利用效率，进而可以使马铃薯增产[13-14]。

在针对滴灌条件下马铃薯水肥管理展开的众多研究中，多以灌水量和施肥量作为单一因子或者固定的灌水量和施肥配比来评价水分和养分对马铃薯生产的影响，根据灌水下限调控和施肥组合的研究还比较少见。本试验采用滴灌灌水下限处理结合施肥处理的灌溉技术，研究水肥调控对榆林沙土马铃薯生长、产量、水肥利用效率及品质的影响，综合分析马铃薯产量和品质对水肥的响应，以提高马铃薯水肥利用效率为目标，从指导马铃薯生产的实际出发，提出科学合理的灌水下限和施肥量，以期为榆林沙土马铃薯管理提供技术指导和理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2017年5—9月在榆林市现代农业科技示范园西北农林科技大学马铃薯试验站进行。该区域位于东经 109°43′、北纬38°23′，试验站海拔高1 050 m，年平均降水量371 mm，蒸发量1 900 mm，年日照时数2 900 h，年均气温8.6℃。降水主要集中在6—8月。土壤为风沙土，肥力水平中等。站区内土壤pH值为8.1，耕层(0～40 cm)土壤容重为1.72 g·cm-3，田间持水量为9.21%(质量含水率)，有机质含量为7.85 g·kg-1，铵态氮含量为5.79 mg·kg-1，硝态氮含量为1.03 mg·kg-1，有效磷含量为6.77 mg·kg-1，速效钾含量为55.52 mg·kg-1。

1.2 试验设计

试验设置灌水下限和施肥量2个因素。依据当地实际生产经验，在不同生育期(苗期、块茎形成期、块茎膨大期、淀粉积累期、成熟期)设置3个土壤水分调控下限水平W1(55%、60%、65%、55%、55%)、W2(65%、70%、75%、65%、65%)、W3(75%、80%、85%、75%、75%)，每个水平以控制土壤含水量占田间持水量的百分数表示。施肥量根据当地大田施肥标准和前人经验[15]设置了4个N-P2O5-K2O (kg·hm-2) 施肥水平：F1(100-40-150 kg·hm-2)、F2(150-60-225 kg·hm-2)、F3(200-80-300 kg·hm-2)、F4(250-100-375 kg·hm-2)(表1)。试验共12个处理，每个处理分3次重复，共36个小区。小区长20 m，宽3.6 m，小区面积为72 m2。试验地两端均设置保护行，在相邻处理间均间隔1 m，避免不同处理之间的相互影响。试验种植采用机械起垄种植方式，垄宽约为90 cm，株距约为2.5 cm，种植密度约为45 000株·hm-2。

大田马铃薯滴灌采用垄上滴灌。马铃薯的根系主要分布在0～40 cm土层[16]，故土壤含水量选取0～40 cm土层的平均含水量，当土壤含水量低于灌水下限时则灌水至田间持水量，每个小区独立安装水表和阀门控制灌水量。试验中使用的肥料为：尿素(含N 46.4%)、磷酸二铵(含N 18%，P2O546%)、硝酸钾(含N 13.5%，K2O 46%)。施肥比例采用苗期不施肥，块茎形成期施用总施肥量的20%，块茎膨大期占施肥总量的55%和淀粉积累期占施肥总量的25%的比例施入[17]，滴灌施肥时先将肥料溶于水，再用施肥罐施肥，灌溉水利用系数为0.95[18]。处理前统一灌水至田间持水量，然后开始控制水量，各土壤含水量小于土壤下限即进行灌溉。马铃薯生育期降水量见图1。马铃薯于2017年5月13日播种，9月26日收获。各生育阶段划分：5月13日—7月3日为苗期，7月4日—7月25日为块茎形成期，7月26日—8月16日为块茎膨大期，8月17日—9月10日为淀粉积累期，9月11日—9月26日为成熟期。

表1 不同生育期土壤水肥调控处理

图1 马铃薯全生育期内降雨量Fig.1 Rainfall in the whole growing period of potato

1.3 测定指标与方法

1.3.1 土壤含水量的测定及灌水量的计算 采用取土烘干法测得土壤的含水量，在每个小区内随机选取5个位置，在每个位置选择湿润区水平方向上滴灌带下、两垄之间及其插值，垂直方向上每20 cm取一层，取土深度为0～40 cm，取其平均土壤含水量作为该处理的土壤含水量，灌水定额通过下列公式获得：

M=10×γ×H×(θi-θj)

(1)

式中，M为灌水量(mm)；γ为土壤容重(g·cm-3)；H为计划湿润层深度(cm)；θi为田间持水量；θj为测定的土壤质量含水率。

1.3.2 株高和叶面积的测定 在各个试验小区随机选取马铃薯植株3株，分别在播种后60、80、100、120、135 d测定其株高和叶面积指数。株高用卷尺测量；叶面积用打孔法测量，先用打孔器打出已知面积的叶片，烘干后与植株总叶片干物质进行比较，得出系数，用已知面积乘以系数即为植株叶面积。其计算公式为：

叶面积指数(LAI)=单株叶面积×植株数/土地面积

(2)

1.3.3 马铃薯干物质量的测定 在每个小区随机挖取3株马铃薯，洗净并用滤纸吸干水分，用剪刀将其根、茎、叶、块茎分离分别装入样品袋中，放入烘箱在105℃下杀青30 min，然后75℃～80℃烘干至恒重，再使用电子天平(精度为0.001 g)称重，确定其地上、地下部分马铃薯干物质量。

1.3.4 产量测定 在每个小区随机选取10株马铃薯进行单株测产，统计各单株马铃薯每个块茎的重量、数量和分级，记录商品薯重量(块茎重量大于75 g)和大块茎重量(块茎重量大于200 g)。收获时每个小区选取中间两垄马铃薯进行测产。

1.3.5 水分利用效率和灌溉水利用效率的计算 水分利用效率(WUE)和灌溉水分利用效率(IWUE)的计算：

WUE=Y/ET

(3)

IWUE=Y/I

(4)

式中，Y为作物产量(kg·hm-2)；I为作物全生育期的灌水量(mm)；ET为作物全生育期累积耗水量(mm)。

作物耗水量通过水量平衡法[19]得到，计算如下式：

ET=I+P+K-R0-D-ΔS

(5)

式中，I为灌水量(mm)；P为有效降雨量(mm)；K为地下水补给量(mm)；R0为地表径流量(mm)；D为深层渗漏量(mm)；ΔS为马铃薯生育期内土壤储水量变化(mm)。由于试验区干旱少雨，且滴灌单次灌水量较少，无法形成地表径流，故R0取值0；考虑到试验区距地表1 m以下的土壤水分变化很小，且计划湿润层深度为40 cm，故不考虑地下水补给(K)和深层渗漏量(D)。有效降雨量P0计算如下：

P0=aP

(6)

式中，P为某次降雨量(mm)；a为降雨有效利用系数，一般认为[20]，某次降雨量小于5 mm时，a=0；当某次降雨量为6～50 mm时，a=1.0～0.8；当某次降雨量大于50 mm时,a=0. 80～0. 70。

1.3.6 肥料偏生产力(PFP)计算：

PFP=Y/T

(7)

式中，Y为作物产量(kg·hm-2)；T为作物全生育期投入N、P2O5和K2O的总量(kg·hm-2)。

1.3.7 品质测定 取各小区成熟期马铃薯块茎，测定马铃薯中淀粉、维生素C和还原性糖含量，用碘比色法测定淀粉含量，钼蓝比色法测定维生素C含量，3,5-二硝基水杨酸比色法测定还原性糖含量[21]。

1.4 数据处理

数据采用Microsoft Excel 2010进行基础整理和误差计算，主要指标的显著性分析通过 SPSS 23.0软件中的Duncan比较法获得；图形通过Origin 8.0软件绘制。

2 结果与分析

2.1 水肥调控对马铃薯生长的影响

2.1.1 株高和叶面积指数 株高和叶面积指数是反映马铃薯生长状况的重要指标，从表2中可以看出，施肥量和灌水处理均对马铃薯株高有极显著影响(P<0.01)，两者的交互作用对马铃薯株高的影响只在前期极显著(播种后60、80 d和100 d)。施肥和灌水处理均对马铃薯的叶面积指数有极显著影响(P<0.01)(除播种后60 d)。播种后80、120 d，施肥和灌水处理的交互作用对叶面积指数有极显著影响(P<0.01)。

播种后60 d不同处理的株高差异不明显，同一灌水水平下，株高均随着施肥量的增加缓慢增加，到F3达到最大，之后随施肥量增加有所降低，说明在马铃薯生长前期，过多施肥会对马铃薯株高有所抑制；对于相同的施肥量，在F1水平时马铃薯株高随着灌水下限的提高而逐渐增加，在F2、F3、F4水平时，株高均在W2达到最高。播种后80 d其生长规律与苗期没有太大差异， F4水平对于植株株高的抑制更加明显。播种后100 d各处理差异显著，在F1水平下株高随着灌水下限的增加逐渐增加，W3比W1、W2分别增加了5.43%、3.16%，在F2、F3、F4水平下均在W2最高；在同一灌水下限下F3水平的株高最高，分别比F1、F2和F4水平增加了28.08%、15.03%和12.25%。在播种后120 d和135 d，施肥和灌水的交互作用对株高影响不明显，同一灌水下限水平下，株高随施肥量增加先增加后减少，在同一施肥水平下W2的马铃薯株高表现最好。F3W2处理达到最大株高(75.85 cm)，F1W1处理株高最低，为56.48 cm。

从表2中可知，马铃薯的叶面积指数随着生育期的推进呈先增大后减小的趋势，最大值出现在播种后100 d，之后叶面积指数逐渐降低。播种后100 d，F3W2处理的叶面积指数最大，F3水平下W2分别比W1、W3的叶面积指数高37.4%、12.3%；W2水平下F3分别比F1、F2和F4的叶面积指数高89.9%、30.5%和17.0%。播种后60 d叶面积指数均随着灌水量和施肥量的提高而提高，最大出现在F4W3处理，说明在生长前期马铃薯叶面积指数受水肥影响较大；播种后80 d，在同一施肥水平下W2水平表现出明显的优势，叶面积指数比W1、W3增加了53.4%、15.9%；而灌水水平一致时，随着施肥量的增多，叶面积指数先增加后减少，F3的叶面积指数最高，比F1、F2和F4分别增加了132.7%、36.6%和21.0%，说明施肥量过多会对马铃薯生长产生负作用；播种后100 d叶面积指数持续增大，变化趋势与播种后80 d一致；播种后120 d和135 d作物的叶面积指数开始降低，这是因为到了马铃薯生长后期，植株所吸收的养分开始向块茎中转移，作物叶面积增长缓慢，甚至停止生长、脱落，导致其叶面积指数下降。

表2 水肥调控对马铃薯株高和叶面积指数的影响

注：*表示差异显著(P<0.05)， **表示差异极显著(P<0.01)， NS表示差异不显著。同一生长指标下同一列数字后的不同字母表示在P<0.05差异显著，下同。

Note: * means significant difference (P<0.05), while ** means highly significant difference (P<0.01), NS means no significant difference (P>0.05). Different letters in the same column under the same growth indicator indicate significant difference in Duncan atP<0.05. The same below.

2.1.2 总干物质累积量 植物的干物质量在一定程度上可以反映出植物在一段时间内的物质积累，图2为不同水肥处理下马铃薯随生育期推进总干物质量的变化。由图2可知，在全生育期施肥量和灌水处理对马铃薯干物质量均有极显著影响(P<0.01)，施肥和灌水处理的交互作用对播种后60、80、100、120 d的干物质量有极显著影响(P<0.01)，对播种后135 d的干物质量有显著影响(P<0.05)。

在生长前期马铃薯干物质增长缓慢，随着生育期的推进，干物质积累加快，在生长后期干物质增长速度趋于平缓。播种后60 d各处理之间差异显著，F4W3处理下马铃薯干物质最高，为 3 221.1 kg·hm-2。播种后80 d施肥水平为F1时，总干物质积累表现为随着灌水下限的提高而增加，施肥水平为F2、F3、F4时，在各施肥水平下总干物质量随灌水下限变化均表现为：W2>W3>W1；灌水水平一致时F3水平的干物质量比F1、F2和F4显著增加130.6%、32.03%和17.93%。播种后100 d各个处理的总干物质量相对于播种后80 d增加显著，在施肥水平一致时各灌水下限水平的总干物质量均表现为：W2>W3>W1；在灌水下限水平相同时，各施肥水平的总干物质量均变现为F3>F4>F2>F1。播种后120 d各处理的变化规律与播种后100 d变化不大。播种后135 d各处理的总干物质积累量达到最大，在施肥量一致时W2的干物质积累量最大，平均为10 289.92 kg·hm-2，分别比W1、W3高22.2%、13.6%；在灌水下限水平相同时F3的总干物质积累量最大，为11 200.43 kg·hm-2，比F1、F2和F4分别高54.81%、25.91%和15.52%，处理F3W2的总干物质累积量最大，平均为12 729.95 kg·hm-2。

2.2 水肥调控对马铃薯产量和水肥利用的影响

表3列出了不同处理下马铃薯产量和水肥利用的情况。经过方差分析可知，施肥量和灌水处理以及灌水、施肥的交互作用对马铃薯产量、灌溉水分利用效率(IWUE)、水分利用效率(WUE)和肥料偏生产力(PFP)均达到极显著水平(P<0.01)。

从表3中可以看出，F3W2处理的产量最大，为50 397.45 kg·hm-2，F4W2处理次之，平均为46 517.89 kg·hm-2，F1W1的产量最低，为29 858.60 kg·hm-2。在同一施肥水平，W2水平的平均产量为43 187.15 kg·hm-2，比W1、W3提高了24.59%、5.26%；在同一灌水水平下，随着施肥量的增加，马铃薯产量均表现为先增大后减小，在F3水平产量达到最大值。F3水平的平均产量为44 691.32 kg·hm-2，比F1、F2和F4高41.79%、10.98%和6.34%。由此看出，W2水平的土壤水分状况使得马铃薯根区的土壤水分条件最适合马铃薯的生长，W3水平土壤透气性可能受到影响，影响马铃薯的生长。马铃薯的产量随着施肥量的增加而增加，但施肥过量会对马铃薯生长产生一定的抑制作用。

从表3中可以看出，在同一施肥水平下，随着灌水下限水平的提高耗水量不断增加；在相同灌水水平下，随着施肥量的增加耗水量呈先增加后减少的趋势，在F3水平作物耗水量最大。从总体上可以看出，WUE和IWUE最大值均出现在F3W2处理，分别为93.44、170.32 kg·mm-1·hm-2，F1W3处理的WUE和IWUE均最小，分别为61.37、115.09 kg·mm-1·hm-2。在同一施肥水平下W2灌水处理的WUE值平均为81.34 kg·mm-1·hm-2，比W1、W3高15.53 %、7.54 %，差异显著。F1施肥水平下IWUE随灌水下限的提高逐渐降低，F2、F3、F4施肥水平下IWUE均表现为W2>W3>W1，差异显著。在同一灌水水平下，WUE、IWUE随施肥量的增加均呈先增加后减小的趋势，F3水平的WUE和IWUE最大，分别比F1、F2、F4增加了32.56%、7.06%、3.90%和22.91%、3.10%、6.21%。

在灌水水平一致时，PFP随着施肥量的增加逐渐降低，F1施肥水平下最大，PFP平均为108.69 kg·kg-1，比F2、F3和F4分别增加了17.41%、41.06%和87.50%；当施肥量相同时马铃薯PFP表现为W2>W3>W1，在W2水平下PFP平均为90.73 kg·kg-1，比W1、W3增加了21.65%、4.41%。肥料偏生产力在处理F1W2处取得最大值，为102.96 kg·kg-1，在处理F4W1处取得最小值，为49.95 kg·kg-1，各处理之间差异显著。

2.3 水肥调控对马铃薯品质的影响

2.3.1 马铃薯块茎质量分级 块茎是马铃薯的最终产物，块茎的好坏直接影响到马铃薯产量和品质。从表4可以看出，施肥量和灌水处理对马铃薯单株块茎质量、商品薯质量和大块茎质量的影响均达到极显著水平(P<0.01)，灌水处理和施肥处理的交互作用对单株块茎和商品薯的有极显著影响(P<0.01)。

图2 水肥调控对马铃薯干物质量的影响Fig.2 Effects of regulating water and fertilizer on dry weight of potato

同一施肥水平下，单株块茎质量、商品薯质量、大块茎质量均在W2水平下最大；其中，W2水平单株块茎平均质量为900.11 g，比W1、W3高24.59%、5.26%，商品薯平均质量为677.68 g，比W1、W3高35.83%、16.06%；大块茎平均质量为447.60 g，比W1、W3高35.69%、21.64%。在同一灌水水平下，马铃薯的单株块茎质量、商品薯质量、大块茎质量总的趋势是随着施肥量的增加先增加后减少，在F3水平达到最大值，随着施肥量增加单株块茎质量、商品薯质量、大块茎质量反而下降，F3水平的单株块茎分别比F1、F2和F4高41.79%、10.98%和6.34%，商品薯质量分别比F1、F2和F4高77.75%、32.26%和16.39%，大块茎质量分别比F1、F2和F4高92.66%、36.27%和14.82%。其中，处理F3W2的单株块茎质量、商品薯质量、大块茎质量达到最大值，分别为1 050.32、858.70、574.48 g。

表4 水肥调控对马铃薯块茎质量分级的影响

2.3.2 淀粉 淀粉是马铃薯块茎内的重要组成部分，是马铃薯块茎中含量最多的营养物质。从图3a中可以看出，各处理之间差异明显，施肥量和灌水处理及其交互作用均对马铃薯淀粉含量有极显著影响(P<0.01)。在相同的施肥水平下，W2处理块茎内淀粉平均含量为141 g·kg-1，明显高于W1、W3处理15.32%、8.04%；在相同的灌水水平下，马铃薯块茎淀粉含量随着施肥量的增加呈抛物线变化，施肥量过高，淀粉产生负效应，其中，在F2水平下块茎内淀粉含量达到最大，为137.2 g·kg-1，其平均含量比F1、F3和F4分别高5.63%、3.20%和9.68%。处理F2W2的块茎淀粉含量最高，达到148.0 g·kg-1，说明在该水肥条件下，马铃薯向下传输的营养多，最有利于淀粉积累。

2.3.3 维生素C 块茎内含有丰富的维生素C，不同的水分和养分状况会对马铃薯块茎维生素C含量产生很大影响。由图3b可以看出，各处理之间差异显著，施肥量和灌水处理及其交互作用对马铃薯块茎维生素C含量均表现为差异极显著(P<0.01)。当施肥量水平一致时， W2水平的维生素C含量最高，为248.5 mg·kg-1，比W1、W3高6.37%、4.66%。对于相同的灌水水平，马铃薯块茎维生素C的含量随着施肥量的增加呈现先增加后减小的趋势，在F2水平达到最大，为247.4 mg·kg-1，分别比F1、F3和F4水平高6.69%、2.38%和3.72%。在各个处理中F2W2处理马铃薯块茎内维生素C含量最高，为258.0 mg·kg-1，说明该水肥条件下最有利于马铃薯维生素C的积累。

2.3.4 还原性糖 还原性糖是马铃薯代谢的中间产物，其含量的多少可以表明马铃薯代谢合成的强度，是评价马铃薯品质的一个重要指标。从图3c中可以看出，在不同施肥灌水处理下，各处理之间差异明显，施肥量和灌水处理及其交互作用对马铃薯块茎还原性糖含量均表现为极显著影响(P<0.01)。

图3 水肥调控对马铃薯块茎品质的影响Fig.3 Effects of regulating water and fertilizer on tuber quality of potato

在相同施肥量水平下，W2水平均比W1、W3低，在F1、F2水平下，块茎中还原性含量表现为W1>W3>W2，在F3、F4水平下表现为W3>W1>W2，W3水平下马铃薯块茎内还原性糖含量高是因为土壤水分含量过多，土壤透气性差。在同一灌水下限水平下，马铃薯块茎内还原性糖含量随着施肥量的增加先降低后升高，在F3水平达到最低。其中，F3W2处理还原性糖含量最低，为1.38 g·kg-1。

2.4 马铃薯品质的综合评价

只考虑单一特性或几个特性的优劣，并不能全面反映马铃薯的品质，而应该对其进行全面系统科学地综合评价。图4所示为采用主成分分析方法分析马铃薯品质的各项指标。分析可知从单株块茎质量、大块茎质量、商品薯质量、淀粉含量、维生素C含量、还原性糖含量、块茎干物质质量7个成分中提取了两个主成分，第一主成分占77.55%，第二个主成分占14.75%，这两个主成分的累计方差贡献率达到92.30%，所以可以用这两个主成分较好地代替上述马铃薯7个品质指标来评价马铃薯品质。从图4中可知，马铃薯各项指标主要集中在第一主成分的0～1范围内。对第一主成分贡献最大的是商品薯质量和大块茎质量，负荷量为0.961、0.95，因此商品薯质量和大块茎质量可作为第一主成分中的代表性评价指标；对第二主成分贡献最大的是淀粉和维生素C，负荷量分别为0.724、0.465，因此，淀粉和维生素C可作为第二主成分中的代表性评价指标。从图5马铃薯块茎品质主成分分析得分可以看出，得分最高的是F3W2处理，F3W2处理的各项指标值比其他处理偏高，淀粉和维生素C含量相对其他处理偏低，综合排名第一，综合排名第二的是F4W2处理。

3 讨 论

注：TW-单株块茎质量；LTW-大块茎质量；MTW-商品薯质量；SC-淀粉含量；RSC-还原糖含量；VC-维生素C含量；DW-块茎干物质质量Note: TW- tuber weight; LTW- large tuber weight; MTW- marketable tuber weight; SC- starch contents; RSC- reducing sugar contents; VC- vitamin C; DW- tuber dry weight.图4 马铃薯块茎品质主成分分析Fig.4 Principal component analysis of potato tuber quality

图5 马铃薯块茎品质主成分分析得分Fig.5 Principal component analysis (PCA) scores plot of a two-component PCA model of potato tuber quality

本文研究了在滴灌条件下水肥调控对马铃薯生长、品质、产量及水肥利用的影响，基于产量和品质的综合评价，选出使马铃薯优质高产的水肥组合。结果表明，水肥调控对马铃薯的生长、品质、产量及水肥利用有不同程度的影响。本研究发现，在水肥调控对马铃薯生长的影响方面，不同的水肥调控水平对马铃薯生长影响显著，马铃薯株高在整个生育期中前期增速很快，而后增长速度逐渐变缓，这与前人研究一致[22]。在相同施肥水平下，马铃薯的株高、叶面积指数均随着灌水下限的提高先升高后减小，在W2水平下表现最好，这与江俊燕等[22]研究的灌水量越大，株高越大，灌水间隔越短，株高越高不尽相同，可能由于随着土壤水分调控下限的提高，灌水量也随之增加，但是马铃薯根部一直处于较高的土壤水分环境，不利于马铃薯的生长。张富仓等[15]研究表明，施肥量过少不利于马铃薯株高和叶面积的生长，而过量的施肥会对马铃薯的生长有一定的抑制作用。本研究发现灌水下限水平一致时，随着施肥量的增加马铃薯的株高、叶面积指数随着施肥水平先增加后减少，肥料施用过多会对马铃薯的生长产生负作用，这与前人的研究结果相似[15,23]。而干物质量在生长前期，相同施肥量下马铃薯干物质量受到灌水下限的影响表现为：W3>W2>W1；在生育后期，相同施肥量下马铃薯干物质量受到灌水下限的影响表现为：W2>W3>W1，这可能是因为苗期之后，施肥量对马铃薯干物质量的影响较大[10]。而相同灌水水平下干质量随着施肥量的增加先增加后减少[15]。马铃薯干物质累积速率表现为“单峰式”变化，即生育前期干物质积累比较慢，播种后80 d开始，马铃薯积累速率加快，播种后120 d开始，增长速率又逐渐变慢，这与前人研究结果一致[24-25]。

马铃薯品质受到水分和养分供应的影响很大。本研究发现，在同一施肥水平下，马铃薯的单株块茎、大块茎、商品薯、淀粉含量、维生素C含量、还原性糖含量在W2水平最高，这说明在相同肥量处理下，适宜的灌水下限更加适合马铃薯品质的积累[26]。宋娜和门福义等[26-27]发现在相同的水分条件下，马铃薯的单株块茎质量、商品薯质量、块茎淀粉含量和维生素C含量均随着施氮量的增加而逐渐增加，但施氮量过多会使马铃薯的品质降低。本试验中，在同一水分条件下，随着施肥量增加马铃薯块茎单株结薯质量、商品薯质量、大块茎质量、淀粉、维生素C含量均呈抛物线趋势变化，块茎还原性糖含量先降低后升高。其中，单株块茎质量、商品薯质量、大块茎质量在F3W2处理表现最优，而块茎淀粉含量、维生素C含量在F2W2处理下表现最优。

土壤水分状况和施肥量会直接影响作物的生长发育和作物产量[28]。康跃虎等[29]发现，随着土壤水势的提高，灌水量逐渐增加，产量和水分利用效率呈现增大后减小的趋势，在土壤基质势为-25 kPa左右最高。王立为等[30]发现，随着施肥量的增加，马铃薯的耗水量增加，但施肥量达到一定程度后耗水量开始减少，过多施肥不利于水分利用效率的提高，在多雨年中肥水平(施N 90 kg·hm-2)可以既能保证较高的水分利用效率也能保证较高的产量。在本试验中，同一施肥水平下，马铃薯的产量、水分利用效率、灌溉水分利用效率随土壤下限水平的增加先增加后减少，W1水平比W2的产量明显下降，W3水平下马铃薯可能由于受到根部渍水的影响，产量也有一定程度的降低，W2水平可以有效地提高马铃薯的产量和水分利用效率，这与前人研究一致[29]；而灌水水平相同时，马铃薯产量随施肥水平的增加呈先增加后减少的趋势[30-31]，灌溉水分利用效率和水分利用效率随施肥量呈现抛物线变化趋势[30]，F3水平可能由于影响到根区养分浓度水平高，不利于植株吸水[14]。相同水分条件下，肥料偏生产力随着施肥量的增加PFP呈现减小的趋势[14,32]；而在相同施肥水平下PFP值随着灌水下限的提高先增加后减少。

在对马铃薯品质进行综合评价时，各单指标对马铃薯品质所起的作用不尽相同，因此直接用这些指标不能准确评价马铃薯的优劣。采用主成分分析方法对不同处理马铃薯品质进行评价，可以在不损失或较少损失原有指标变异信息的情况下，将多个品质指标转换为一个或几个品质综合主成分的评价变量，具有较好的代表性与客观性[33]。王秀康等[34]利用主成分分析的方法，从马铃薯单株块茎重量、大块茎重量、商品薯重量、淀粉等7项指标中提取两个主要成分，描述了马铃薯品质的90.95%，并通过最高得分的处理选出适合陕北地区的最佳施肥量。侯飞娜等[35]将11个品质特性综合成为3个主成分因子，代表了马铃薯全粉92.97%的原始数据信息量，筛选出马铃薯全粉品质评价指标为乳化稳定性、乳化活性、溶解度和粗纤维。在本研究中，将单株块茎、商品薯质量、大块茎质量、淀粉、维生素C、还原性糖、块茎干物质量7个指标放在同一水平进行分析，提取出了两个主要成分，这两个成分可以描述马铃薯92.30%的数据信息量。综合评价马铃薯品质，F3W2处理排名第一，F1W1处理排名最后，可见F3W2处理对马铃薯品质达到了较好的水肥耦合效应，而F1W1处理下限制了马铃薯品质的积累。

4 结 论

不同的水肥调控对滴灌条件下马铃薯生长、品质、产量及水肥利用效率有显著影响。同一施肥水平下，W2灌水处理较其他两种水分下限都更有利于马铃薯生长、品质、产量及水肥利用效率的提高，是适宜榆林沙地马铃薯生长发育的水分调控水平。同一水分处理下，随施肥量的增加，马铃薯生长、品质、产量、水分利用效率随着施肥量的增加呈现先增加后减小的趋势，生长指标、产量及水分利用效率在F3水平达到最大，淀粉和维生素C含量在F2水平最高，而肥料偏生产力随施肥量增加不断减小，在F1施肥水平达到最大值。基于主成分分析评价马铃薯品质，将7个品质特性转化为两个主成分因子，代表了马铃薯92.30%的原始信息量，F3W2处理排名第一。综合考虑马铃薯产量、品质、水肥利用效率，在本试验条件下，土壤水分为W2水平(苗期、块茎形成期、块茎膨大期、淀粉积累期、成熟期的土壤水分下限分别为65%、70%、75%、65%、65%)，生育期总灌水量为296 mm，施肥量采用F3水平(200N-80P2O5-300K2O kg·hm-2)时，马铃薯产量最高，为50 397.45 kg·hm-2，灌溉水分利用效率较高为170.32 kg·mm-1·hm-2，水分利用效率为93.44 kg·mm-1·hm2，品质较好，是榆林沙地滴灌条件下马铃薯生产中适宜的水肥组合。