水氮调控对宁夏旱区马铃薯株高、叶绿素和产量的影响

王 臣，尹 娟,2,3，赵彦波，王 顺，张海军

(1.宁夏大学土木与水利工程学院，银川 750021；2.旱区现代农业水资源高效利用教育部工程中心，银川 750021；3.宁夏节水灌溉与水资源调控工程技术研究中心，银川 750021)

宁夏中部干旱区平均年降雨量少，蒸发量大，水资源相当匮乏[1]，灌水成为提高作物产量的决定性因素[2]。马铃薯作为我国西北旱区一种低投入、高产出的粮食兼经济作物，采用常规灌溉方式耗水量大，而采用膜下滴灌技术则有非常明显的节水增产效果[3,4]。在马铃薯膜下滴灌增产机制研究中发现，相比于露地滴灌、隔沟灌和不灌溉，马铃薯产量均有所提高[5]；在大棚膜下滴灌试验条件下，泰安地区马铃薯在滴灌量为480 mm时更有利于提高产量、商品薯率和品质[6]；侯翔皓等[7]研究不同灌水频率和施肥量对马铃薯生长量和产量的影响时，发现灌水周期为8 d时马铃薯生长状况最好，施肥量过大会影响马铃薯植株的生长，而产量随施肥量的增加而增大。

氮肥是作物生长所必须的3大营养元素之一[8]，在作物的生长发育过程中起到非常重要的作用。施用氮肥可以提高叶片氮含量，进而提高叶片叶绿素含量和与光合作用有关的酶活性，最终提高植物光合作用速率[9]。适量的氮肥供应可以促进马铃薯植株生长发育，增加马铃薯淀粉、蛋白质和Vc含量[10-12]。但过量施用氮肥则会影响马铃薯的生长发育，降低块茎产量和品质，并可能造成地下水的硝酸盐污染[13-15]。汤金龙等[16]研究了青岛地区不同施氮处理对马铃薯产量及品质的影响，结果表明当施氮量为214.05 kg/hm2时马铃薯的产量和品质最优；孙建波[17]建议在宁夏中部干旱带马铃薯最优氮肥施用量为150 kg/hm2。

关于灌水量和施氮量对马铃薯生长和产量的影响，前人已有相关研究，但水氮耦合对马铃薯生长、产量等影响的研究很少有过报道。本试验在前人研究基础上，探究了膜下滴灌不同水氮处理对马铃薯株高、叶绿素相对含量和产量的影响规律，以期为马铃薯膜下滴灌技术在宁夏中部干旱区的推广提供一定理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

试验地点位于宁夏中部干旱带的典型区域同心县下马关镇，北纬37°18′-38°23′，东经106°27′-105°35′，海拔1 730～1 950 m。温带大陆性气候，日照时间长，昼夜温差大。年平均降水量280 mm，年平均蒸发量为2 315 mm。降雨主要集中在夏季的7、8月份，无霜期6个月左右，有效积温3 915.3 ℃，地下水埋深在10 m以下。耕层土壤基础理化性质如表1所示。

表1 土壤理化性质

1.2 试验设计

在调研的基础上结合当地马铃薯种植实际，采用两因素随机区组设计，选取3个灌水量水平和3个施氮量水平(纯氮)，设计灌溉定额W1(900 m3/hm2)，W2(1 350 m3/hm2)，W3(1 800 m3/hm2)，施氮量(纯氮)N1(120 kg/hm2)，N2(180 kg/hm2)，N3(240 kg/hm2)，共9个处理，分别为T1(W1N1)、T2(W1N2)、T3(W1N3)、T4(W2N1)、T5(W2N2)、T6(W2N3)、T7(W3N1)、T8(W3N2)、T9(W3N3)。每个处理3个重复，共27个试验小区。同时在试验小区周边设置空白对照CK处理(按照当地种植习惯，不覆膜且不灌水施肥)。

氮肥选用含氮量为46%的尿素。磷肥选用含磷量为12%的过磷酸钙，磷肥在播种时以基肥形式施入。钾肥选用含钾量为50%的硫酸钾。各处理磷肥(纯磷)施用量为81.6 kg/hm2，钾肥(纯钾)施用量为150 kg/hm2。马铃薯施肥量分配如表2所示。

表2 马铃薯施肥量分配 %

结合宁夏中部干旱区生产实际，于2018年4月30日播种马铃薯。每个试验小区面积为25.2 m2，长10.5 m，宽2.4 m。马铃薯行距60 cm，株距50 cm，种植密度33 345 株/hm2。采用内嵌式滴灌带灌溉，每个小区设独立的支管控制单元。各生育期灌水量分配百分比如表3所示。

表3 马铃薯灌水量分配百分比 %

1.3 测定项目与方法

(1)马铃薯株高和叶绿素相对含量的测定。从马铃薯植株出苗日期开始，每隔10 d测定一次，每个试验小区标定3株长势均匀的植株进行测量，使用精度为1 mm的卷尺测量马铃薯株高，采用手持式SPAD502型叶绿素测量仪测定叶片叶绿素相对含量。

(2)马铃薯总产量和大、中、小薯产量的测定。在考种期每个小区随机标定10株马铃薯进行称重测产，根据马铃薯块茎分级标准，计算各处理马铃薯总产量和大、中、小薯产量。

1.4 数据处理

利用Excel 2010和DPS软件整理和分析数据，Origin 2017绘图。

2 结果与分析

2.1 不同水氮处理对马铃薯株高的影响

图1中的(a)、(b)、(c)表示相同灌水量条件下不同施氮量处理对马铃薯生育期株高的影响。在低灌水量条件下，马铃薯株高随施氮量的增加先增大后减小，3个施氮量处理之间株高差值较大。从苗期生长情况来看，T3处理有烧苗现象，马铃薯株高最小。说明在水分亏缺的条件下，增施氮肥会抑制马铃薯株高的生长；在中等灌水量条件下，马铃薯株高随施氮量的增加而增大，各施氮处理之间的株高生长量差距较低灌水量处理有所减小，与低灌水量相比，中等灌水量下的马铃薯株高整体增加，说明低灌水量条件不利于马铃薯株高的生长；当灌水量为高灌水量时，苗期马铃薯植株生长速度较中、低灌水量处理有所增大，马铃薯株高随施氮量的增加而减小，即在高灌水量条件下增施氮肥不利于株高的生长。

图1 不同水氮处理下马铃薯株高生长量图

图1中的(d)、(e)、(f)表示相同施氮量条件下不同灌水量处理对马铃薯生育期株高的影响。在低施氮量条件下，马铃薯株高随灌水量的增加而增大，且各灌水量处理之间株高差值较大；在中等施氮量条件下，株高随灌水量的增加而减小，T2处理株高最大，T5处理株高最小，出现这一现象可能是由测量误差引起的；在高施氮量条件下，马铃薯株高随着灌水量的增加先增大后减小。整个生育期马铃薯平均株高由大到小依次为52.70、49.90、49.78、49.45、49.35、49.04、48.52、47.61、44.61和40.01 cm，其相对应的处理分别是T7、T6、T8、T9、T2、T4、T5、T1、T3和CK，在所有灌水施氮处理中，高灌水量低施氮量的T7处理最有利于马铃薯株高的生长，低灌水量高施氮量的T3处理最不利于马铃薯株高的生长。所以在马铃薯生产过程中，要根据土壤墒情和降雨量对灌水量和施氮量进行适当调整。

表4表示马铃薯各生育期不同处理之间株高的差异显著性。从表4中可以看出：幼苗期T3与T4、T8株高差异显著(P<0.05)，T3与T7株高差异极显著(P<0.01)，其他各处理之间株高差异均不显著(P>0.05)。幼苗期T7株高最大，T3株高最小；块茎形成期T3与T2、T4、T5、T6、T8、T9株高差异显著(P<0.05)，T3与T7株高差异极显著(P<0.01)，其他各处理之间株高差异均不显著(P>0.05)；块茎增长期T3与T2、T6、T9株高差异显著(P<0.05)，与T7、T8株高差异极显著(P<0.01)。T7与T2、T6、T9株高差异显著(P<0.05)，与T1、T3、T4、T5株高差异极显著(P<0.01)。在块茎增长期不同处理间马铃薯株高差异变大；淀粉积累期T1与T7之间株高差异极显著(P<0.01)。T3与T2、T4、T5株高差异显著(P<0.05)，与T6、T7、T8、T9株高差异极显著(P<0.01)。T7与T1、T2、T3、T4、T5株高差异极显著(P<0.01)。

表4 不同水氮处理对马铃薯株高的影响 cm

注：表中数据为3次重复的平均值(n=3)，幼苗期株高数值为6月9日和6月19日测得株高均值，块茎形成期株高数值为6月29日和7月9日测得株高均值，块茎增长期株高数值为7月19日、7月29日和8月9日测得株高均值，淀粉积累期株高数值为8月19日测得株高数值；同列中不同大写字母表示处理间差异极显著(P<0.01)，同列中不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)，具有统计学意义。

相同灌水量条件下，除T2与T3之间差异显著外(P<0.05)，其他各处理之间株高差异均不显著。相同施氮量条件下，低施氮量处理时，T1和T4分别与T7之间株高差异极显著(P<0.01)。中等施氮量处理时，T2和T5与T8之间株高差异显著(P<0.05)。高施氮量处理时，T3分别与T6和T9之间株高差异极显著(P<0.01)。随灌水量的增加株高增加值大于随施氮量的增加株高增加值，说明灌水量因素对马铃薯株高的影响程度大于施氮量因素。

2.2 不同水氮处理对马铃薯叶绿素相对含量的影响

图2表示生育期不同水氮处理下马铃薯叶绿素相对含量的变化规律。从图2中可以看出，苗期马铃薯叶绿素相对含量最高，在块茎形成期持续降低，块茎增长期初达到最低值，之后叶绿素相对含量略有上升，进入淀粉积累期，叶绿素相对含量又继续降低。

图2中(a)、(b)、(c)表示相同灌水量条件下不同施氮量处理对马铃薯叶绿素相对含量的影响。在同一灌水量条件下，叶绿素相对含量变化的整体趋势是随施氮量的增加而升高；中等灌水量处理相较低灌水量处理叶绿素相对含量整体水平降低；在高灌水量条件下，T7、T8、T9处理叶绿素相对含量均低于CK处理。相比于中、低灌水量处理，高灌水量处理的叶绿素相对含量较低，说明马铃薯叶片叶绿素相对含量随灌水量的增加而降低。

图2 不同水氮处理下马铃薯叶绿素相对含量变化图

图2中(d)、(e)、(f)表示相同施氮量条件下不同灌水量处理对马铃薯叶绿素相对含量的影响。从图2中可以看出：在低施氮量条件下，各处理的叶绿素相对含量整体低于对照CK处理；在中等施氮量条件下，各灌水处理叶绿素相对含量差异较小；高施氮量条件下，T3处理马铃薯叶绿素相对含量整体较高。高施氮量处理下的叶绿素相对含量高于中、低施氮量处理，说明增加施氮量，叶片叶绿素相对含量升高，增大叶片细胞浓度，从而增加植株吸水量；生育期各处理叶绿素相对含量平均值从高到低排序为T3、T6、T1、T9、T2、T4、T8、T5、T7，所对应的数值为42.31、39.73、39.64、39.38、39.26、38.78、38.70、38.14、37.38。生育期空白对照CK处理叶绿素相对含量平均值为42.11，略低于T3处理，高于其他各灌水施氮处理。说明叶片叶绿素相对含量会随着灌水量的增加而降低，随施氮量的增加而增大，土壤氮素含量较高时叶绿素相对含量值较高。当水氮互作发挥作用时，T3处理叶绿素相对含量较高，T7处理叶绿素相对含量较低，T5处理叶绿素相对含量居中。

表5表示马铃薯各生育期不同处理之间叶绿素相对含量的差异显著性。从表5中可以看出：在幼苗期T3与T5、T7叶绿素相对含量差异极显著(P<0.01)，与T2、T4、T6、T8差异显著(P<0.05)，其余各处理叶绿素相对含量差异均不显著(P>0.05)；幼苗期T3叶绿素相对含量最高，为56.03，T5叶绿素相对含量最低，为45.89。块茎形成期T3与T7之间叶绿素相对含量差异显著(P<0.05)，其余各处理之间差异均不显著(P>0.05)；块茎形成期T3叶绿素相对含量最高，为41.20，T7叶绿素相对含量最低，为37.34。块茎增长期T3与T7之间差异显著(P<0.05)，其余各处理之间叶绿素相对含量差异均不显著(P>0.05)；在块茎增长期T3处理叶绿素相对含量最高，为32.88，T7处理叶绿素相对含量最低，为29.47。淀粉积累期各处理叶绿素相对含量差异均不显著(P>0.05)，主要是由于进入淀粉积累期叶片叶绿素相对含量整体较低，各处理之间差异不大；淀粉积累期T3处理叶绿素相对含量最高，为37.01，T5处理叶绿素相对含量值最低，为33.03。

表5 不同水氮处理对马铃薯叶绿素相对含量的影响

注：表中数据为3次重复的平均值(n=3)，幼苗期叶绿素相对含量数值为6月9日和6月19日测得数据均值，块茎形成期叶绿素相对含量数值为6月29日和7月9日测得数据均值，块茎增长期叶绿素相对含量数值为7月19日、7月29日和8月9日测得数据均值，淀粉积累期叶绿素相对含量数值为8月19日测得数据数值；同列中不同大写字母表示处理间差异极显著(P<0.01)，同列中不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)，具有统计学意义。

2.3 不同水氮处理对马铃薯产量的影响

图3中的(a)、(b)、(c)表示相同灌水量条件下不同施氮量处理对马铃薯产量的影响。在低灌水量条件下，各处理产量随施氮量的增加而增大，且均高于CK处理。各处理马铃薯块茎大薯所占比率远大于中薯和小薯，大薯产量也随施氮量的增加而增大，中薯产量随施氮量的增加先增大后减小，小薯产量基本相同。CK处理的小薯产量最大。说明灌水施氮措施有助于提高马铃薯商品薯产量。在中等灌水量条件下，马铃薯产量随施氮量的增加而先减小后增大，中等灌水量处理平均产量高于低灌水量处理，说明提高灌水量能增加马铃薯产量。在高灌水量条件下，马铃薯产量随施氮量的增加而减小，高灌水量处理平均产量高于中等灌水量处理。T9处理马铃薯产量并没有达到最大，说明一味地增加灌水量和增施氮肥并不会使马铃薯产量达到最大，并且造成水肥的浪费。

图3中的(d)、(e)、(f)表示相同施氮量条件下不同灌水量处理对马铃薯产量的影响。在施氮量一定的情况下，不同灌水量处理间产量差异较小，说明施氮量对马铃薯产量的影响程度大于灌水量；在低施氮量条件下，马铃薯产量随灌水量的增加而增大，大薯产量也随灌水量的增加而增大，中小薯产量随灌水量的变化不大；在中等施氮量条件下，马铃薯产量随灌水量的增加先减小后增大；在高施氮量条件下，马铃薯产量随着灌水量的增加先增大后减小。高施氮量处理马铃薯平均产量高于中、低施氮量处理，说明提高施氮量能明显提高马铃薯产量。

图3 不同水氮处理下马铃薯产量

表6表示不同处理之间马铃薯产量的差异显著性。从表6中可以看出：T6与T1之间马铃薯产量差异极显著(P<0.01)，T6与T5产量差异显著(P<0.05)，T3与T1、T5产量差异显著(P<0.05)，其余各处理马铃薯产量差异均不显著(P>0.05)。T6马铃薯产量最高，为58 509.3 kg/hm2。CK处理马铃薯产量最低，为40 981.05 kg/hm2。各处理产量由高到低排序为T6、T3、T7、T8、T2、T9、T4、T5、T1、CK。

T7处理大薯产量最高，为41 103.30 kg/hm2，同时大薯率也最高，为78.38%。中薯产量最高为T6处理，为13 653.00 kg/hm2，最低为T7，为6 735.75 kg/hm2。中薯率最高为CK处理，为30.24%，最低为处理T7，为12.83%。小薯产量最高的处理是CK，为6 457.80 kg/hm2，最低的处理是T5，为3 571.65 kg/hm2。小薯率最高的处理为CK，为15.76%，最低的处理为T6，为7.36%。

综上所述，以马铃薯总产量最高为衡量标准，T6为最优处理。T7处理大薯产量最高，T6处理中薯产量最高。商品薯率(大中薯产量占马铃薯总产量的百分率)最大处理为T6，为92.64%。根据经验，T6处理产量最高且有最高的商品薯率，更符合马铃薯商品加工和市场的需求。

3 讨 论

本文通过田间试验，研究了宁夏旱区膜下滴灌条件下不同水氮处理对马铃薯株高、叶绿素相对含量和产量的影响。结果如下。

表6 不同水氮处理对马铃薯产量的影响 kg/hm2

注：表中数据为3次重复的平均值(n=3)；同列中不同大写字母表示处理间差异极显著(P<0.01)，同列中不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)，具有统计学意义；括号内百分数表示占总产量的百分比。

在相同灌水量条件下，马铃薯株高并不随施氮量的增加而增大，不同施氮量处理之间株高差异不显著(P>0.05)。在相同施氮量条件下，马铃薯株高整体随灌水量增加而增大，这与江俊燕等[18]在马铃薯株高上的研究相似，不同灌水量处理之间株高差异显著(P<0.05)。灌水量因素对马铃薯株高的影响程度大于施氮量因素，较高水分条件有利于马铃薯株高的生长。T7处理马铃薯生育期平均株高最大，为52.70 cm。CK处理马铃薯生育期平均株高最小，为40.01 cm。

在马铃薯整个生育期，幼苗期叶片叶绿素相对含量最高，之后持续下降，这与杜长亮[19]和马国成[20]的研究一致。在相同灌水量条件下，马铃薯叶片叶绿素相对含量随施氮量的增加而升高，这与高锋[21]的研究相似。在相同施氮量条件下，叶片叶绿素相对含量随灌水量的增加而降低。T3处理生育期平均叶绿素相对含量最高，为42.31，略高于CK处理。T7处理平均叶绿素相对含量最低，为37.38。

灌水施氮措施可以提高马铃薯总产量和商品薯产量，这与前人的研究结果相似[22-24]。在相同灌水量处理下，马铃薯产量随施氮量的增加而增大，当灌水量大于1 350 m3/hm2后，产量随施氮量的增加而减小。在相同施氮量处理下，马铃薯产量随灌水量的增加而增大，当施氮量为240 kg/hm2时，产量随灌水量的增加而先增大后减小，说明一味增加灌水量施肥量不会持续增加产量，这与夏腾霄等[25]和刘凡等[26]的研究结果相似。T6处理马铃薯产量最大，为58 509.30 kg/hm2，且有最高的商品薯率，更符合市场需求。故在宁夏中部旱区推荐灌水施氮处理为T6处理。