南方冬种马铃薯水肥供应模式研究

杜爱林，李伏生

（1.广西大学农学院，南宁530005；2.哈密市伊州区农业农村局，新疆哈密839000）

0 引 言

2016年农业部启动了马铃薯（Solanum tuberosum L.）主粮化战略，在不跟其他作物争地的前提下，南方冬闲旱地已成为中国马铃薯主粮化发展的主战场[1]。水肥供应在马铃薯产量和品质形成中有重要作用[2,3]，但有关南方冬种马铃薯较优的水肥管理模式尚不明确。Badr 等[4]研究表明，灌水和施肥及2者交互作用均对马铃薯产量有显著影响。孙磊等[5]研究认为，调整氮肥施用时期和追施比例，可以提高马铃薯商品薯产量。Alva[6]研究表明，根据各生育时期内马铃薯的需肥特点进行施肥可以提高马铃薯产量和商品薯率。结合灌水和施肥的滴灌施肥技术已显示出许多优点，包括根区稳定的水肥环境和较低的肥料损失[7,8]。滴灌施肥可以根据作物不同生育阶段的营养特点适时调控养分供应的比例，实现高产优质和水肥高效利用目标[9]。刘坤雨等[10]研究表明，滴灌施肥较常规处理能显著提高马铃薯产量。Bai 等[11]研究指出，与常规施肥相比，滴灌施肥提高氮肥利用率14.3%。此外，滴灌施肥还可以改善作物水分利用效率[2,10,12,13]。分根区交替灌溉是传统灌溉的一种改进方式，该技术是通过改变和调节作物根系区域的湿润方式，改善根系的吸收功能，同时达到不降低产量而大幅度提高水肥利用效率的目的[14]。分根区交替灌溉和滴灌施肥技术结合在我国南方马铃薯生产上未能大规模应用，较优的水肥管理模式尚不明确。因此，本文在分根区交替滴灌和施肥量相同条件下，通过田间试验，研究不同土壤水分和施肥方式对冬种马铃薯产量构成、产量、品质和水分利用的影响，以期获得冬种马铃薯较优的水肥管理模式，为提高我国南方地区冬种马铃薯生产提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地点与材料

田间试验在广西大学校内试验基地移动干旱棚（21 个小区）内进行，该移动棚通风、透光，可以保障作物生长期间自然光照和温度，可通过电控传感器调节移动棚的遮蔽或移开，降雨时移动棚遮蔽，非降雨时移开。另移动棚附近有3个小区接受自然降雨，没有移动棚。供试土壤为赤红壤，其土壤pH 值为6.60（水土比2.5∶1），有机质10.6 g/kg，全氮0.99 g/kg，碱解氮53.6 mg/kg（1 mol/L NaOH−碱解扩散法），速效磷68.7 mg/kg（0.05 mol/L HCl−0.025 mol/L H2SO4法），速效钾217.9 mg/kg（1 mol/L 中性NH4OAc 浸提，火焰光度计法），田间持水量（θf）为30.5%（质量百分数），容重1.4 g/cm3。供试马铃薯品种为费乌瑞它。供试肥料包括尿素(含N 46.0%)、钙镁磷肥（含P2O518.0%）、硫酸钾（含K2O 52.0%），以及牛粪（堆沤后施用），其有机质14.3%，全氮0.76%，全磷0.85%，全钾0.59%。整个试验期间总降雨量为126.5 mm，每次降雨量如图1所示。

图1 试验期间降雨量Fig.1 Rainfall during experimental period

1.2 试验方法

试验土壤水分设WA处理（苗期60%～70%θf，块茎形成期70%～80%θf，块茎膨大期75%～85%θf，淀粉积累期50%～60%θf）和WB处理（苗期50%～60%θf，块茎形成期60%～70%θf，块茎膨大期70%～80%θf，淀粉积累期40%～50%θf）。以WR处理：以自然降雨加补充滴灌作对照（无移动棚）。施肥方式设NK100−0：100%NK 肥作基肥土施；NK70−30：70%NK 肥作基肥土施，30%NK 肥作滴灌追肥（苗期25%，块茎形成期50%，块茎膨大期25%）；NK50−50：50%NK 肥作基肥土施，50%NK 肥作滴灌追肥（苗期25%，块茎形成期50%，块茎膨大期25%）；以及NK30−70：30%NK 肥作基肥土施，70%NK 肥作滴灌追肥（苗期25%，块茎形成期50%，块茎膨大期25%）。由于以自然降雨为对照，且移动棚内试验小区不够，因此试验为不完全方案设计，共8个处理，如表1所示，各处理分别用M0、M1、M2、M3、M4、M5、M6和M7表示。每个处理有3个小区，共24 小区，小区面积8.64 m2（3.6 m×2.4 m）。种植马铃薯行距60 cm，株距30 cm，每个小区48株（合55 555 株/hm2）。

表1 田间试验处理Tab.1 Treatments for field experiment

各小区均施用N 150 kg/hm2，P2O590 kg/hm2，K2O 300 kg/hm2，牛粪15 t/hm2。牛粪、磷肥全部做基肥土施，氮肥和钾肥按上述施肥方式施用。事先按设计要求配好肥料溶液，通过滴灌带进行灌水施肥，灌溉方法用交替滴灌(本次在植株其中一侧土壤进行灌水或灌水施肥，下次在植株另一侧土壤进行灌水或灌水施肥，如此交替进行)。定苗后采用便携式土壤水分测量仪（TRIME−PICO−IPH TDR）观测土壤含水量，确保各处理土壤水分在试验设定范围内。每个试验小区都安装有水表，用以记录试验期间滴灌耗水量。

1.3 试验管理

田间试验于2017年11月4日，将牛粪施入试验小区，然后翻地，11月10日将作基肥部分的尿素、钙镁磷肥以及硫酸钾土施。11月14日播种薯块（留2～3 个芽眼），12月6日施苗期肥料，12月20日施块茎形成期肥料，2018年1月4日，施块茎膨大期肥料。根据各处理土壤水分测定情况进行灌水，灌水日期及灌水量如表2所示，于2018年3月5日收获马铃薯。

表2 田间试验各处理灌水量 mmTab.2 Irrigation amount of each treatment infield experiment

1.4 测定方法

马铃薯单株薯重和单株薯数采用以下公式进行计算：

（大薯＞100 g，100 g＞中薯＞50 g，小薯＜50 g）

马铃薯耗水量（ET）计算采用田间水量平衡法[15]：

式中：P为降雨量；I为灌溉量；W前–W后为土体含水量变化；D为地表径流量；R为上移或下渗量，单位均为mm。

本试验条件下，上移或下渗量较小，且试验地平坦，未见地表径流的发生，所以D和R可以忽略不计，公式简化为：

马铃薯水分利用效率（WUE）采用如下公式计算[15]：

式中：WUE为水分利用效率，kg/m3；Y为马铃薯产量；ET为马铃薯耗水量，mm。

马铃薯还原糖含量测定用3，5−二硝基水杨酸比色法[16]，淀粉含量测定用蒽酮硫酸比色法[17]，粗蛋白含量测定用凯氏定氮法[17]，维生素C含量测定用2，6—二氯靛酚滴定法[17]。

1.5 统计分析方法

试验数据采用Excel 2016 和SPSS 20.0 软件进行分析，用Duncan 法对不同处理进行多重比较。字母不同者表示差异显著（P<0.05），字母相同者表示差异不显著（P>0.05）。

2 结果与分析

2.1 不同处理对马铃薯产量构成和产量的影响

由表3可知，与M0 处理相比，M1～M7 处理提高马铃薯单株薯重43.4%～70.5%，说明水肥协同管理可以提高单株薯重。NK100−0下，与WR处理相比，WA和WB处理单株薯重分别增加43.5%和40.5%，说明交替滴灌较自然降雨加补充滴灌灌水可以提高马铃薯单株薯重。相同土壤水分处理下，与NK100−0（M1、M5）相比，NK50−50处理（M3、M7）单株薯重均显著提高，其中M3 处理提高18.8%，M7 处理提高14.6%。NK50−50时，WA处理单株薯重与WB处理之间的差异不显著。

表3 不同处理对马铃薯产量构成、产量及商品薯率的影响Tab.3 Effects of different treatments on potato yield components，yield and commercial potato rate

与M0 处理相比，M1～M7 处理马铃薯单株薯数提高29.6%～64.8%，说明水肥协同管理也可以提高单株薯数。在NK100−0下，与WR处理相比，WA和WB处理单株薯数分别增加40.5%和29.6%，说明交替滴灌较自然降雨加补充滴灌灌水可以提高单株薯数。NK70−30时，WA处理单株薯数较WB处理提高27.2%；NK50−50时，WA处理单株薯数与WB处理差异不显著。WB下，与NK100−0相比，NK50−50处理单株薯数提高27.2%。

与M0 相比，M1～M7 处理马铃薯产量提高40.2%～64.1%，以M3 处理马铃薯产量最高，说明水肥协同管理可以提高马铃薯产量。NK100−0下，与WR处理相比，WA和WB处理产量分别增加40.3%和41.7%，说明交替滴灌较自然降雨加补充滴灌灌水可以提高马铃薯产量。与NK100−0相比，NK50−50处理在WA处理下产量提高17.0%，在WB处理下有所提高，但未达到显著水平。在相同施肥方式下，不同土壤水分处理对马铃薯产量的影响不显著。与M0处理相比，M2～M4处理马铃薯商品薯率提高28.4%～38.8%，其中M3 与M4 处理商品薯率相对最高，但2处理间差异不显著。NK50−50时，WA处理商品薯率与WB处理差异也不显著。

2.2 不同处理对马铃薯品质的影响

由表4可知，与M0 处理相比，M1～M7 处理马铃薯维生素C 含量提高11.5%～33.6%，说明水肥协同管理可以提高维生素C 含量。在NK100−0下，与WR处理相比，WA和WB处理维生素C含量分别增加15.9%和11.5%，说明交替滴灌较自然降雨加补充滴灌灌水可以提高维生素C 含量。与NK100−0相比，WA下NK30−70处理维生素C含量提高14.5%；WA和WB下NK50−50处理维生素C 含量分别提高15.3%和14.3%。但NK50−50时，WA处理维生素C含量与WB处理差异不显著。

表4 不同处理对马铃薯品质的影响Tab.4 Effects of different treatments on potato quality

由表4可知，与NK100−0相比，WB下NK70−30处理马铃薯淀粉含量提高17.5%。而在相同施肥方式下，不同土壤水分处理对淀粉含量的影响不显著。由表3可知，与M0 处理相比，M1～M7 处理提高马铃薯粗蛋白含量2.4%～8.5%，说明水肥协同管理可以提高粗蛋白含量。在NK100−0下，与WR处理相比，WA和WB处理粗蛋白含量分别增加5.3%和2.4%，说明交替滴灌较自然降雨加补充滴灌提高粗蛋白含量。NK100−0和NK50−50时，WA处理粗蛋白含量分别高于WB处理2.9%和2.7%。与NK100−0相比，WA和WB处理下，NK50−50粗蛋白含量分别提高3.0%和3.2%，WA下，NK30−70粗蛋白含量也提高。

由表4可知，与M0 处理相比，M1～M7 处理马铃薯还原糖含量提高30.8%～100%，说明水肥协同管理可以提高还原糖含量。NK100−0下，与WR处理相比，WA和WB处理还原糖含量分别提高53.8%和30.8%，说明交替滴灌较自然降雨加补充滴灌灌水显著提高马铃薯还原糖含量。NK70−30和NK50−50时WA处理还原糖含量分别高于WB处理38.9%和44.4%。WA下与NK100−0相比，NK70−30和NK50−50还原糖含量分别提高25.0%和30.0%。

2.3 不同处理对马铃薯水分利用的影响

由图2可知，与M0 相比，M1、M2、M3、M4、M6、M7处理马铃薯耗水量分别提高36.7%、44.8%、45.6%、46.5%、5.2% 和13.9%。WA下，与NK100−0相比，NK70−30、NK50−50和NK30−70马铃薯耗水量分别提高5.9%、6.5%、6.5%；WB下，与NK50−50相比，NK100−0和NK70−30马铃薯耗水量分别降低8.8%和7.6%。

图2 不同处理对马铃薯耗水量的影响Fig.2 Effects of different treatments on water consumption of potato

由图3可知，与M0 相比，M5～M7 处理马铃薯WUE提高35.1%～36.3%，差异显著。NK100−0时，WB下较WA下WUE提高33.0%；NK70−30时，WB处理马铃薯WUE较WA处理提高27.2%；NK50−50时，WB处理马铃薯WUE较WA处理提高20.7%。相同土壤水分处理下，不同施肥方式对马铃薯WUE的影响差异不显著。

图3 不同处理对马铃薯水分利用效率的影响Fig.3 Effects of different treatments on water use efficiency(WUE)of potato

3 讨 论

张富仓等[18]研究发现，滴灌施肥条件下，马铃薯产量随着灌水量的增加而增加，而本试验NK70−30和NK50−50时，WA处理马铃薯产量较WB处理有提高的趋势，但差异未达到显著水平。吕慧峰等[19]研究表明，与常规施肥相比，分期（基肥+苗肥+结薯肥）施用NPK 肥马铃薯产量提高1.4%～19.7%。Rens等[20]也报道，不同生育时期施用N肥比例对马铃薯产量有显著影响。另有研究表明，氮肥基追比30∶70 处理番茄产量最高[21]。本试验中，在相同土壤水分处理下，NK100−0处理马铃薯产量及单株薯重等均较低，原因是肥料全部用作基肥施入土壤，由于大量氮肥易通过挥发或反硝化损失，影响氮肥施用效果。马铃薯生育前期氮肥过多会推迟块茎形成，同时施用氮肥过多，地上部营养器官会贪青晚熟，使生育后期地上部重新恢复生长，造成营养物质倒流向茎叶，从而减少向块茎的养分提供量，影响块茎的增大增重[19]。而在马铃薯淀粉积累期，从土壤吸收的养分较少，主要是养分从地上部分向块茎运输，所以如果后期施用过多，也不利于块茎的膨大，产量较低。本试验各处理马铃薯单株薯重变化规律与产量基本一致，而单株薯数和商品薯率与马铃薯产量间没有统一的变化规律，这说明产量的形成受多个构成因素的协同作用[22]，单一指标并不能很好的评价马铃薯产量的高低。

刘中良等[23]研究表明，合理的滴灌量可以提高马铃薯维生素C和还原糖含量。本试验NK100−0时，WA处理维生素C含量比WB处理有提高的趋势，但差异未达到显著水平，NK70−30和NK50−50时，WA处理还原糖含量均显著高于WB处理。主要原因在于马铃薯是需水量较大的作物，而且与其他作物相比，马铃薯对干旱胁迫比较敏感[24]。但本试验在相同施肥方式下，不同土壤水分处理对淀粉含量的影响均不显著。可能是本试验条件下，尤其在块茎形成期和膨大期，土壤水分含量相对充足，所以本试验中不同土壤水分对马铃薯淀粉含量的影响差异不显著。本试验中，与NK100−0相比，WA和WB处理下NK50−50处理维生素C 含量均显著提高；WA处理下，与NK100−0相比，NK70−30和NK50−50处理还原糖含量也均显著提高。主要原因是马铃薯在不同生育时期对水分和养分的需求存在明显差异，保证关键时期水肥的合理供应，可以调节养分的积累与转运。马铃薯在油炸过程中，还原糖与α−氨基酸发生梅拉德(Maillard)反应致使薯片表面颜色变为不受消费者欢迎的棕褐色，因此，还原糖含量与品质呈负相关关系，理想的炸片用块茎的还原糖含量上限不宜超过鲜重的0.33%[25]。本试验中与M0相比，M1～M7处理马铃薯还原糖含量均显著提高，但均小于0.26%，仍在理想的炸片范围之内。可能是滴灌或滴灌施肥条件下，水肥供应相对充足，还原糖含量也相应提高的原因。

此外，本试验中与M0相比，M1～M7处理马铃薯产量、单株薯重、单株薯数、粗蛋白和维C含量均显著提高，原因是通过交替滴灌方式进行灌溉促进了作物对养分的吸收，提高养分吸收效率，进而说明水肥的合理配合对提高马铃薯产量和改善品质的重要性。

马铃薯根系较浅，根系稀疏，容易缺水，与充分灌溉相比，分根区交替灌溉在保持产量不变的同时，节约了33%～42% 的灌溉用水，这导致WUE增长38%～61%[26]。本试验NK100−0时，与WR处理相比，WB处理马铃薯耗水量略有提高，而WB处理马铃薯WUE提高36.3%；NK50−50时，WB处理的水分利用效率较WA处理提高20.7%。张富仓等[18]研究也发现，滴灌施肥条件下，高灌水处理WUE显著低于低灌水处理。王海东[2]研究发现，滴灌施肥条件下，马铃薯水分利用效率随着灌水量的增大先增大后减小。

4 结 论

在相同土壤水分处理下，全部氮钾肥作基肥（NK100−0）时，马铃薯产量和品质较低。WA处理[苗期60%～70%θf（田间持水量）、块茎形成期70%～80%θf、块茎膨大期75%～85%θf、淀粉积累期50%～60%θf]下，NK50−50（50%氮钾肥作基肥土施，50%氮钾肥作滴灌追肥）产量较NK100−0提高17.0%。NK50−50时，WA处理马铃薯产量、单株薯重、单株薯数、商品薯率、维生素C 含量、淀粉含量与WB处理的差异均不显著。NK50−50时，与WA处理相比，WB处理马铃薯还原糖含量低，有利于马铃薯油炸。

因此，在施N 150 kg/hm2，P2O590 kg/hm2和K2O 300 kg/hm2下，WB（苗期50%～60%θf，块茎形成期60%～70%θf，块茎膨大期70%～80%θf，淀粉积累期40%～50%θf） 和NK50−50：50%NK 肥作基肥土施，50%NK 肥作滴灌追肥（苗期25%，块茎形成期50%，块茎膨大期25%）组合WBNK50−50处理是我国南方冬种马铃薯较优的水肥管理模式。