不同肥膜组合对马铃薯生长性状、产量及水分利用效率的影响

耿世杰，王 斌，陈彦云，李惠霞，何文寿

不同肥膜组合对马铃薯生长性状、产量及水分利用效率的影响

耿世杰，王 斌，陈彦云，李惠霞*，何文寿*

(宁夏大学农学院，银川 750021)

以青薯9号原种为材料，研究3种施肥量（不施肥（N）、农民习惯施肥（H）、配方肥（P））和3种覆膜类型（不覆膜（F）、黑膜（B）、渗水地膜（S））下不同肥膜组合对马铃薯生长性状、产量及水分利用率的影响。结果表明：不同肥膜组合对马铃薯株高、茎粗和干物质累积量影响不同，配方肥处理较不施肥与农民习惯施肥株高分别提高了22.2%和11.8%，茎粗提高了31.0%和13.7%；黑膜与渗水地膜较无膜处理株高显著提高12.0 cm；配方肥较不施肥时全株和块茎干物质累积分别显著提高2 492.37和2 191.46 kg·hm-2。配方肥较不施肥与农民施肥产量分别提高20.9%和10.8%，黑膜与渗水地膜较无膜产量分别增产6 080.9和5 101.1 kg·hm-2。黑膜与渗水膜较无膜水分利用率分别提高14.5%和18.6%，施肥与覆膜二者交互作用下以配方肥+黑膜和配方肥+渗水膜处理水分利用效率最高，达82.07和80.42 kg·hm-2·mm-1。因此，配方肥+黑膜或配方肥+渗水膜能显著促进马铃薯生长、产量及水分利用率的提高，可作为一个宁南山区马铃薯推荐种植方式。

马铃薯；施肥量；覆膜；产量；水分利用率

干旱和贫瘠是宁南山区马铃薯增产中两个主要限制因素[1-3]。该农业区常年干旱，自然降雨稀少，土壤耕层水分蒸发强烈，雨季分布与马铃薯关键生长期不同步，水资源短缺已成为制约马铃薯产能的重要瓶颈。长期以来，宁南山区农民大多凭习惯施肥，氮磷钾施用搭配不合理，从而造成马铃薯产量低[4-7]。因此，如何充分利用有效降雨及结合合理施肥是保障宁南山区马铃薯高效生产的有效途径。

地膜覆盖可显著提高土壤对水分的保蓄能力，并可改善作物根系水热环境。普通地膜虽具有增温保墒作用，却不利于干旱半干旱农业区对微小降雨的收集[8]。姚建民[9]研发的渗水地膜具有渗水、保墒、增温和通气等功能，可大幅提高对微小降雨的收集。单智超等[10]研究认为，渗水地膜覆盖在作物生育期具有明显增温保水效果，并在后期干旱季节土壤水分分布均匀。郭秀卿等[11]对2年旱地谷子研究认为渗水地膜覆盖下产量最高，较露地覆盖同比增长50%。徐澜等[12]对旱地玉米的研究认为，渗水地膜可显著提高玉米各器官的含水量和净光合速率，更有利于籽粒产量累积。渗水地膜虽对玉米、小麦和谷子等作物增产效果显著，但关于渗水地膜在旱地马铃薯的研究尚鲜见报道。

氮磷钾合理配施可保障马铃薯优质高产稳产，关于本地区氮磷钾合理施用在马铃薯上已有大量研究，孟炀等[4]研究认为氮磷钾配施可促进马铃薯干物质快速累积，并使其产量、水分利用率最大化。过量的氮钾肥不利于马铃薯干物质累积和经济效益最大化[13]。但是关于渗水地膜结合合理施肥技术对旱作马铃薯的研究尚鲜见报道，因此，本试验探讨不同施肥量结合地膜覆盖模式对旱作马铃薯产量及水分利用率的影响，旨在为宁南旱作马铃薯提供最佳施肥水平及其与之配套的覆膜种植方式，也为渗水地膜覆盖在旱作马铃薯的研究提供科学理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

田间试验于2019年4月25日—10月3日在宁夏固原市西吉县白城村马铃薯试验基地进行，该点位于36°6′9″N， 105°31′48″E，平均海拔2 026.4 m、年均降水量362.5 mm、无霜期130 d左右、年均气温5.5 ℃，≥10 ℃活动积温2 000～2 300 ℃，光照资源充足，无灌溉条件，属于典型雨养农业区。试验期内10日平均降雨量和气温如图1所示。土壤类型为侵蚀黑垆土，土层深厚，基础地力均匀，0～20 cm耕层土壤有机质16.92 g·kg-1，全氮1.22 g·kg-1，碱解氮45.73 mg·kg-1，速效磷35.31 mg·kg-1全磷0.83 g·kg-1，速效钾254.30 mg·kg-1，pH 8.45。前茬作物为马铃薯。

图 1 马铃薯生育期内10日平均降雨量和气温特征

Figure 1 Characteristics of 10 days average precipitation and temperature during potato growing period

1.2 供试材料

试验用种为青薯9号原种。供试肥料为尿素（含N≥46%，宁夏和宁化学有限公司），磷酸二铵（含N≥18%，P2O5≥46%，白银九星农化科技有限公司），硫酸钾（含K2O≥50%，国投新疆罗布泊钾盐有限责任公司）。地膜采用黑色地膜（宽度1 200 mm，厚度0. 008 mm的聚乙烯微膜，灵武市塑料制品有限公司）和渗水地膜（宽度1 300 mm，厚度0.01 mm的聚乙烯膜，山西微通渗水膜生物科技有限公司）。

1.3 试验设计

试验采用2因素3水平裂区设计，主区为施肥量，设不施肥（N）、农民习惯施肥（H）和配方肥（P）3个水平，副区为覆膜类型，设不覆膜（F）、黑膜（B）和渗水地膜（S）3个水平。共9个处理， 3次重复，共计27个小区，主区面积92.4 m2，副区面积23.1 m2（3.3 m×7 m）。具体处理详见表1。

70%氮肥、全部磷和钾肥均匀撒施于地表，经旋耕机翻耕入土作基肥。现蕾期追施剩余30%氮肥，在垄中央开10 cm深沟，30%氮肥均匀撒施沟内，覆土。采用起垄覆膜双行种植，人工点播，膜宽1.2 m，株距40 cm，行距50 cm，种植深度15～20 cm，密度45 000株·hm-2，小区间打埂（高20 cm，底宽30 cm）。试验于4月29日施肥、覆膜和播种，10月3日收获测产。

1.4 测定项目与方法

1.4.1 土壤样品的采集测定 在机械翻耕前，按照0～20，20～40，40～60 cm土层深度采用“S”形5点取样法采集土样，土样混合后按四分法留取1.00 kg带回实验室，经自然风干、去杂、研磨和过筛后备用。土壤全氮、碱解氮、全磷、速效磷、速效钾、有机质和pH测定分别采用半微量开氏法，碱解扩散法，HClO4-H2SO4消化-钼锑抗比色法，0.5 mol·L-1NaHCO3浸提-钼锑抗比色法，乙酸铵浸提-火焰光度法，重铬酸钾-硫酸氧化法，电位法（水土比5∶1）测定。

表1 试验处理

图2 马铃薯起垄双行种植模式图

Figure 2 Potato ridged double-row planting pattern

1.4.2 植株养分与产量的测定 马铃薯出苗后，每隔15 d采集样品1次，每小区随机选取3株样品（苗期8株），采集后立即用蒸馏水冲洗根部泥土，风干。按照根、茎、叶和块茎不同器官分别称取鲜重，然后放入105 °C鼓风烘箱中杀青30 min，65 °C烘干至恒重，记录各部分干物质质量。

株高：在固定区组1，随机选取9株用红线标记，每次采样时用皮尺测量植株根基部至主茎顶端自然高度。茎粗：采用游标卡尺测量距地面根基部1/3处主茎茎粗。

马铃薯生育期记录：2019年5月28日出苗，苗期、块茎形成期、块茎膨大期（盛花期）、淀粉积累期和收获期的结束界点分别是：6月18日，7月15日，8月16日，9月8日，10月7日。

收获时按小区实收测产，记录每小区大、中和小薯（小薯≤75 g，75 g＜中薯≤135 g，大薯＞135 g）个数和重量，并计算其小薯率和商品薯率。

小薯率（%）=小区内小于75 g薯块重量/小区内薯块总重量×100。

商品薯率（%）=小区内大于135 g薯块重量/小区内薯块总重量×100。

1.4.3 水分利用率 水分利用率（WUE）=Y/ETa单位：kg·hm-2·mm-1。式中，Y为鲜薯产量；ETa为全生育期马铃薯耗水量mm；

ETa=播前土壤含水量+有效降水量+播前补水量-收获后土壤贮水量；

土壤贮水量（mm）=质量含水量（%）×土壤容重（g·cm-3）×土层厚度（mm）。

土壤基础土样与收获期土样，按0～20，20～40，40～60 cm土层深度采集，采用烘干法测定土壤含水量并计算土壤贮水量。

降雨量和气温等数据来源于试验基地气象生态环境监测仪（TRM-ZS2型，锦州阳光气象科技有限公司）。

1.5 数据处理

数据采用Microsoft Excel和SPSS Statistics进行数据整理作图和统计分析。

2 结果与分析

2.1 施肥与覆膜对马铃薯生长特性的影响

2.1.1 施肥与覆膜对马铃薯株高和茎粗的影响 由表2知，施肥量对于全生育期内马铃薯株高和茎粗具有显著影响，覆膜类型对生育期内株高和茎粗（除盛花期）影响显著。在收获期，3种覆膜类型比较，黑膜和渗水膜处理株高显著高于不覆膜处理，配方肥+黑膜和配方肥+渗水膜处理株高最高达94.2 cm和93.8 cm，与其他处理差异显著；不施肥与农民习惯施肥水平下，3种覆膜类型处理之间茎粗无显著差异，配方肥水平下，渗水膜茎粗显著高于不覆膜和黑膜，且配方肥+渗水膜茎粗值最大，达20.72 mm，较其他处理增长11.0%～46.7%。3种施肥水平比较，施肥对株高和茎粗影响显著，表现为配方肥>农民习惯施肥>不施肥，配方肥株高和茎粗平均值分别为90.9 cm、19.24 mm，分别较不施肥和农民习惯施肥提高22.2%、11.8%、31.0%和13.7%。二者交互作用对苗期株高、盛花期株高和茎粗影响显著。配方肥+黑膜处理对于盛花期株高和茎粗显著高于其他处理，分别较其他处理增长6.1%～44.4%和12.2%～31.1%。配方肥水平下，黑膜和渗水膜最有利于株高生长，渗水膜处理最有利于茎粗生长。

表2 施肥与覆膜对马铃薯株高、茎粗的影响

注：上表中数据均为平均值±标准差；同列数值后不同字母表示差异显著性（<0.05），ns,*,**,***分别表示不同施肥量和不同覆膜方式及二者交互效应不显著以及在5%，1%，和0.1%的显著性。下同。

图中误差线为标准差；不同字母表示同一时期不同处理间差异显著性（P<0.05）。

Figure 3 Effect of fertilization and mulching on accumulation of DM in potato

2.1.2 施肥与覆膜对马铃薯全株及块茎干物质累积的影响 如图3所示，各处理全株、块茎干物质累积在块茎膨大期和淀粉积累期累积增长最快，说明这两个时期是马铃薯生长关键期。对于马铃薯全株和块茎干物质累积而言，在同等施肥水平下，黑膜和渗水膜处理干物质累积量显著高于不覆膜处理；施肥水平显著促进了干物质的累积，马铃薯全株和块茎干物质累积量表现为配方肥>农民习惯施肥>不施肥，对于全株马铃薯干物质累积量而言，配方肥处理平均干物质累积量为9 671.8 kg·hm-2，较不施肥和农民习惯施肥增长34.7%和18.3%，且在所有处理中，配方肥＋黑膜和配方肥＋渗水膜处理全株干物质累积量最高，二者间无显著差异；对于块茎干物质累积量而言，配方肥处理干物质累积量平均为7 188.86 kg·hm-2，较不施肥和农民习惯施肥处理增长43.9%和16.7%，配方肥+黑膜处理块茎干物质累积量最高，达8 210.4 kg·hm-2，与其他处理差异显著，较其他处理增长10.8%～71.5%。

表3 施肥和覆膜对马铃薯产量和构成因素影响

表4 施肥与覆膜对水分利用率的影响

2.2 施肥与覆膜对马铃薯产量和产量构成因素的影响

由表3可知，施肥量对单株大薯重、小薯率、商品薯率和产量的影响显著，覆膜类型对单株大薯重和产量的影响也达到显著水平，二者交互作用对马铃薯产量及构成要素的影响均不显著。3种覆膜类型相比，不覆膜、黑膜和渗水膜对商品薯率无显著影响。黑膜和渗水膜显著提高了马铃薯产量，较不覆膜平均提高15.0%和17.8%。3种施肥量比较，配方肥较不施肥和农民习惯施肥单株大薯重增加240.5 g和133.9 g，农民习惯施肥和配方肥较不施肥小薯率显著较低，分别降低4.5%～22.2%，15.9%～61.1%，同不施肥与农民习惯施肥处理相比，配方肥显著提高了商品薯率；施肥处理显著提高了马铃薯产量，配方肥较不施肥提高788.9～12 903 kg·hm-2，农民习惯施肥较不施肥产量提高2 144.7～8 895.7 kg·hm-2。其中，配方肥处理下，黑膜和渗水膜处理产量最高，显著高于其他处理，较不施肥+不覆膜处理分别提高41.0%和38.5%。

2.3 施肥与覆膜对水分利用效率的影响

如表4所示，施肥量与覆膜类型均对水分利用率具有极显著影响。3种覆膜类型之间对收获后土壤贮水量和作物耗水量影响差异不显著，在农民习惯施肥和配方肥下，黑膜和渗水膜较不覆膜显著提高了水分利用效率，分别较同等施肥水平下不覆膜处理提高10.4%～19.2%和13.0%～21.7%。3种施肥水平下，农民习惯施肥较不施肥和配方肥处理的收获后土壤贮水量显著升高，作物耗水量显著降低，但农民习惯施肥处理产量较低，故水分利用率并不高，不施肥和配方肥处理间在收获后土壤贮水量和作物耗水量无显著差异。施肥显著提高了水分利用效率，表现为配方肥＞农民习惯施肥＞不施肥，农民习惯施肥＋渗水膜、配方肥＋黑膜和配方肥＋渗水膜处理水分利用率最高，分别达76.26、80.42和82.07 kg·hm-2·mm-1，与其他处理差异显著，分别较不施肥+不覆膜提高32.2%、39.4%和42.3%。

3 讨论与结论

合理施肥和有效水分利用措施对旱作农业区作物增产稳产至关重要。大量研究表明[14-15]，施肥与地膜覆盖可有效改善土壤水、肥、气和热环境，并可产生以肥调水，以水促肥的耦合效应，均衡土壤养分供给，促进作物对养分的吸收与生长。本研究发现，覆膜类型、施肥量及二者交互均对马铃薯株高和茎粗有显著影响，氮磷钾合理配施结合覆膜措施对马铃薯生长特性具有显著的促进作用。在研究区存在农民习惯施肥不足或不匀衡问题，不利于马铃薯生长。研究证明施氮不足造成马铃薯植株生长缓慢，减产现象。磷肥施用过量，出现马铃薯叶片密集浓厚，株高较低，生长受抑制，生育期后期则会加快叶片老化，导致干物质累积量减少[16-18]。施肥能为马铃薯提供充足的营养源，而覆膜能有效抑制土壤中速效养分向深土层淋洗[19]，二者互作均对马铃薯生长具有显著的正向效应。

本研究结果表明各处理马铃薯全株和块茎干物质在块茎膨大期和淀粉积累期累积增长最快，且配方肥＋黑膜和配方肥+渗水膜组合更有利于马铃薯全株和块茎干物质的累积与产量的形成，配方肥＋黑膜与配方肥+渗水地膜马铃薯产量最高，且2处理无显著差异。这与前人在玉米、小麦和谷子等作物研究结果不一致[8,20-21]，这可能是由于玉米和谷子等[22-23]作物上渗水地膜覆盖采用波浪形覆盖模式，形成波浪形集雨面，雨水可蓄集在垄间集雨沟中并通过渗水地膜微小孔隙入渗至耕层，而马铃薯采用起垄覆膜种植，雨水散在垄面易被蒸发散失，集水效果效果较差；另外降雨量比较充沛的年份，马铃薯需水期与降雨同步，水分不再成为制约因子，渗水地膜覆盖的保墒优势被抵消，渗水地膜最终产量与黑膜并无显著优势。

合理养分管理与覆膜保墒可协同提高水分利用率，实现旱作农业区作物产量和水资源利用最大化，是解决马铃薯生产水平低而不稳的有效途径[24-25]。本研究表明，施肥与覆膜均可显著提高土壤水分利用效率，这与张平良等[26]研究结果相似。其中配方肥处理水分利用率显著高于不施肥和农民习惯施肥，并在所有处理中配方肥+黑膜和配方肥+渗水地膜组合水分利用率最高，原因可能是覆黑膜和渗水地膜处理与不覆膜相比作物耗水量无明显差异，但施肥与覆膜显著提高了马铃薯块茎产量，进而水分利用率显著提高。

本研究条件下，配方肥+覆黑膜或渗水膜最有利于马铃薯生长、产量形成及水分利用率提高，较其他处理产量提高8.0%～41.0%，水分利用率提高5.5%～42.3%。因此，宁南旱作农业区马铃薯肥膜推荐组合为配方肥+黑膜或配方肥+渗水膜。

[1] 普雪可,吴春花,勉有明,等.不同覆盖方式对旱作马铃薯生长及土壤水热特征的影响[J].中国农业科学, 2020, 53(4): 734-747.

[2] 于文颖,纪瑞鹏,冯锐,等.不同生育期玉米叶片光合特性及水分利用效率对水分胁迫的响应[J].生态学报, 2015, 35(9): 2902-2909.

[3] 齐伟,张吉旺,王空军,等.干旱胁迫对不同耐旱性玉米杂交种产量和根系生理特性的影响[J].应用生态学报, 2010, 21(1): 48-52.

[4] 孟炀,何文寿,侯贤清,等.施肥对雨养区马铃薯干物质累积及肥效的影响[J].分子植物育种, 2019, 17(12): 4144-4152.

[5] 李荣,王艳丽,吴鹏年,等.宁南旱区沟垄覆盖改善土壤水热状况提高马铃薯产量[J].农业工程学报, 2017, 33(10): 168-175.

[6] 侯贤清,李荣,韩清芳,等.夏闲期不同耕作模式对土壤蓄水保墒效果及作物水分利用效率的影响[J].农业工程学报, 2012, 28(3): 94-100.

[7] LI X Y, GONG J D, GAO Q Z, et al. Incorporation of ridge and furrow method of rainfall harvesting with mulching for crop production under semiarid conditions[J]. Agric Water Manag , 2001, 50(3): 173-183.

[8] 樊俊华, 郝建平, 宋晓丽. 旱地冬小麦渗水地膜覆盖下温度及产量效应研究[J].山西农业大学学报(自然科学版), 2006,26(3): 242-244.

[9] 姚建民.渗水地膜与旱地农业[J].自然资源学报, 1998, 13(4): 81-83.

[10] 单智超,冯良山,田建全,等.渗水地膜对玉米水分利用效率的影响[J].水土保持研究, 2017, 24(3): 194-197.

[11] 郭秀卿,崔福柱,郝建平,等.渗水地膜覆盖对旱地谷子生育时期及产量的影响[J].山西农业大学学报(自然科学版), 2012, 32(2): 107-111.

[12] 徐澜,安伟,郝建平.渗水地膜覆盖对旱作玉米生理特性、产量构成因素及产量的影响[J].干旱区资源与环境, 2010, 24(08): 180-185.

[13] 曹哲.雨养区氮钾肥对马铃薯产量和品质的影响[D]. 银川: 宁夏大学, 2017.

[14] 刘广才,杨祁峰,李来祥,等.旱地玉米全膜双垄沟播技术土壤水分效应研究[J].干旱地区农业研究, 2008,26(6): 18-28.

[15] 杨封科,何宝林,张国平,等.土壤培肥与覆膜垄作对土壤养分、玉米产量和水分利用效率的影响[J].应用生态学报, 2019, 30(3): 893-905.

[16] 孙磊,王弘,李明月,等.马铃薯生产的氮肥管理策略[J].中国马铃薯, 2013, 27(5): 314-318.

[17] 何文寿.植物营养学通论[M]. 银川:宁夏人民出版社, 2004.

[18] MCARTHUR D, KNOWLES N R. Influence of species of vesicular-arbuscular mycorrhizal fungi and phosphorus nutrition on growth, development and mineral nutrition of potato (L.)[J]. Plant Physiol, 1993, 102(3): 771-782.

[19] 周翔. 覆膜与控/缓释肥互作对渭北旱塬春玉米生长和水氮利用的影响[D]. 杨凌: 西北农林科技大学, 2019.

[20] 任瑞玉,何继红,董孔军,等.旱地谷子渗水地膜覆盖栽培的土壤水温效应及其生长发育研究[J].干旱地区农业研究, 2016, 34(3): 127-131.

[21] 徐澜,安伟,郝建平.渗水地膜覆盖对玉米生长发育的影响[J].玉米科学, 2007,15(4): 119-122.

[22] 姚建民,李文刚,杨瑞平,等.谷子旱地渗水地膜全覆盖精密穴播高产技术研究[J].山西农业科学, 2014, 42(11): 1183-1185.

[23] 杨瑞平,姚建民,卫一超,等.渗水地膜多“V”型覆盖高产栽培技术模式[J].山西农业科学, 2011,39(2): 140-143.

[24] 彭珂珊.黄土高原农业高效调水技术[J].中国农业科技导报, 2001(1): 12-16.

[25] 王耀,孙小娟.不同种植模式下施肥对马铃薯产量和水肥利用效率的影响[J].西北农业学报, 2018,27(2): 203-212.

[26] 张平良,郭天文,李书田,等.不同覆盖种植方式与平衡施肥对马铃薯产量及水分利用效率的影响[J].干旱地区农业研究, 2017,35(1): 50-54.

Effects of different fertilizer and film combinations on potato growth properties, yield and water use efficiency

GENG Shijie, WANG Bin, CHEN Yanyun, LI Huixia, HE Wenshou

(College of Agriculture, Ningxia University, Yinchuan 750021)

To explore the effects of different combinations of types of fertilizer and film on the parameters of growth characteristics, production and water use efficiency of potatoes, an experiment with Qingshu 9 seeds was conducted with three fertilization levels: no fertilizer (N), farmers customary fertilization (H) and formula fertilizer (P), along with three types of film: no film (F), black film (B) and water-permeable film (S). The results showed that there were significant differences in plant height, stem diameter and dry matter accumulation among different combinations of fertilization and film. Compared to the treatment with no fertilizer and the treatment with farmers' customary fertilization, plant height increased by 22.2% and 11.8% , and stem diameter increased by 31.0% and 13.7% respectively under formula fertilizer treatment. The plant height under the black film and permeable film treatments significantly increased by 12.0 cm compared with that of no film treatment. Compared to the treatment with no fertilizer, formula fertilizer application increased the dry matter accumulation of whole plant and tuber by 2492.37 and 2 191.46 kg·hm-2, respectively. The yield under the formula fertilizer treatment was 20.9% and 10.8% higher than with the no fertilizer and farmers' customary fertilization treatments. Compared to the treatment with no film, the yield of black film and water-permeable film increased by 6 080.9 and 5 101.1 kg·hm-2, respectively. The water use efficiency under black film and water-permeable film treatments was 14.5% and 18.6% higher than that of no-film, respectively. Evaluating the simultaneous use of fertilizer and film, the water use efficiency of the combinations formula fertilizer + black film and formula fertilizer + water-permeable film were the highest, reaching 82.07 and 80.42 kg·hm-2·mm-1respectively. Thus, formula fertilizer + black film or formula fertilizer + water-permeable film can significantly promote potato growth, yield and water use efficiency, and is recommended as an effective planting method for potatoes in the mountainous area of Ningnan.

potato; fertilizer amount; film; yield; water use efficiency

S532

A

1672-352X (2021)03-0360-07

10.13610/j.cnki.1672-352x.20210706.012

2021-7-7 10:34:29

[URL] https://kns.cnki.net/kcms/detail/34.1162.S.20210706.1645.024.html

2020-08-19

宁夏自治区重点研发计划项目（2018BFF02002），公益性行业（农业）科研专项项目（201503120）和宁夏自然基金项目（2021AAC03112）共同资助。

耿世杰，硕士研究生。E-mail：1070098734@qq.com

何文寿，教授。E-mail：hews@nxu.edu.cn 李惠霞，博士，副教授。E-mail：lihuixia_76@163.com