陕北沙区滴灌条件下不同水肥组合对马铃薯产量的影响

党学立,王 雯，白盼盼，张 雄

(1.榆林学院 生命科学学院，陕西 榆林 719000; 2.新疆农业大学 农学院，新疆 乌鲁木齐 830052)

陕北沙区地处毛乌素沙漠边缘，属干旱半干旱地区。该地区光热充足、地势平坦、排灌方便、土质疏松透气，是我国马铃薯的适生区之一，马铃薯常年种植面积20万hm2，占当地粮食种植总面积的35%，全省马铃薯种植总面积的60%[1]。马铃薯生长发育过程中需水需肥量较大[2,3]，长期以来“大水漫灌”等粗放的灌溉模式，导致该地区水肥利用效率低下，浪费严重，加剧了水资源短缺的矛盾。大量研究表明，与传统灌溉方式相比，滴灌技术的节水、增效、增产效果明显[4]。近年来，陕北沙区的滴灌马铃薯面积逐年增大，但是滴灌的灌水量和施肥量多靠经验判断，尚未形成科学合理的水肥耦合模式。目前，作物滴灌水肥一体化技术的研究报道常见于玉米[5]，大豆[6]，小麦[7]等作物。研究显示，在灌水量一定的条件下，光合速率随着施肥量的增加先降低后升高[8]。番茄[9]和马铃薯[10]的产量随灌溉量和施肥量的增加而增加，但超过一定范围后产量呈降低趋势。陕北沙区滴灌条件下的水肥一体化技术对马铃薯产量的影响少见报道，不同水肥组合对该地区马铃薯产量的影响尚不明确，鉴于此，在滴灌条件下，明确不同水肥耦合模式对马铃薯光合速率及产量的影响，筛选出有利于提高马铃薯产量的水肥耦合模式，对于构建陕北地区马铃薯高产高效栽培技术体系，助推区域农业可持续发展具有理论和实际意义。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2018年4-10月在国家级榆林现代农业科技示范园进行，马铃薯紫花白品种为供试品种。试验地位于榆林市牛家梁镇榆卜界村(109°43′ E，38°23′ N)，该区域属于干旱半干旱大陆性季风气候，年平均降水量为371 mm，蒸发量为1 900 mm，年日照时数是2 900 h，年总辐射量606.7×107J· m-2，年均气温8.6℃，≥10积温3 000～3 300 ℃，无霜期为167 d。该区域的光照充沛，地势平坦且地下水位较高，便于灌溉，土壤是风沙土，肥力水平中等。供试土壤pH值8.1，有机质含量7.85 g·kg-1，全氮含量0.36 g·kg-1，碱解氮含量48.90 mg·kg-1，有效磷含量13.95 mg·kg-1，速效钾含量87 mg·kg-1。

1.2 试验设计

试验包括4个因素(灌水量，纯施氮量，纯施磷量，纯施钾量)，采用饱和D-416-A最优设计，设置16个处理(表1)，3个重复。小区面积18 m2(3.6 m×5 m)，小区间设置0.5 m隔离带。采用垄作栽培技术，垄高30 cm，垄距90 cm，株距22 cm，密度约3 500株·667 m-2，播种深度为8～10 cm，种植模式为1带1行，滴灌带均放置在垄上作物旁(采用内镶贴片式滴灌带，滴头间距30 cm，滴头流量1.38 L·h-1)。用水表控制灌水量。肥料30%作基肥(尿素，磷酸二铵，硫酸钾)，70%为追肥(专用滴灌水溶肥)，在马铃薯块茎形成期到淀粉积累期随水追肥。不同处理的灌溉量和施肥量如表1所示。

1.3 测定指标及方法

净光合速率(Pn)通过LI-6400便携式光合测定仪观测并记录数据，每次在晴天 9:00-11:00 光照充足且固定的时间段测定，每小区选3株，在马铃薯倒三叶部位进行测定，结果取其平均值。叶片水分利用效率(WUE)的计算公式为：WUE=Pn/Tr。

每个小区随机选取10株进行产量指标测定，统计马铃薯单株块茎质量和个数分级(小薯：小于50 g；中薯：50～150 g； 大薯：大于150 g；单株薯重=大薯重+中薯重+小薯重，商品薯率=大薯个数/单株薯数)结果取平均值；小区产量采取实产实收，折算成每公顷的产量。水分生产率计算公式如公式1所示。

WUEc=Y/(M+P+D+△W)

(公式1)

式中，WUEc为水分生产率(kg·m-3)；Y为单位面积产量(kg·hm-2)；M为全生育期灌水量(m3·hm-2)；P为生育期内有效降水量(m3·hm-2)；D 为生育期内地下水补给量(m3·hm-2)；△W为生育期始末土壤含水量的差值(m3·hm-2)。

1.4 数据处理与分析

研究采用SPSS 19.0软件进行数据分析，光合指标和产量采用单因素方差分析，平均数间的多重比较采用Duncan多重检验法(P<0.05)。

2 结果与分析

2.1 不同水肥组合对马铃薯净光合速率的影响

如表2所示，在马铃薯全生育期T10和T5处理的净光合速率较其他处理高2.95%～192.47%，T10处理的净光合速率略高于T5处理1.85%～10.34%，二者无显著差异。在苗期，T10和T5处理的净光合速率在苗期显著高于其他处理(除T16和T4处理外)14.24%～109.64%(P<0.05)；在块茎形成期，显著高于其他处理(除T16处理外)10.24%～83.15%(P<0.05)；在块茎膨大期-淀粉积累期，较其他处理(除T4和T16处理外)显著高10.01%～84.34%(P<0.05)；在成熟期，较其他处理(除T4、T14和T16处理外)显著高19.57%～192.47%(P<0.05)。

表2 不同水肥处理下马铃薯叶片净光合速率的变化

2.2 不同水肥组合对马铃薯叶片水分利用效率的影响

如表3所示，在苗期，T12处理的WUE最高，较T5和T10均显著高约50.30%(P<0.05)，较T14高78.25%。在块茎形成期，T10处理的WUE最高，较T5处理略高2.65%，差异不显著；较T13和T4处理显著高16.03%和48.77%(P<0.05)。块茎膨大期，T12处理WUE最高，较T5和T10处理显著高35.35%和38.62%(P<0.05)，较T9和T16显著高16.18%和40.56%(P<0.05)。在淀粉积累期，以T6处理WUE最高，较T8、T11和T12分别高63.90%、77.38%和84.00%，差异显著(P<0.05)，与其他处理间均无显著差异。成熟期，以T11处理WUE最高，较T5处理高23.79%，差异不显著；较T10处理显著高34.82%(P<0.05)；较T9和T1处理显著高31.10%和52.05%(P<0.05)。

表3 不同水肥处理马下铃薯叶片水分利用效率(WUE)的变化

2.3 不同水肥组合对马铃薯产量指标和水分生产率的影响

由表4可知，马铃薯单株薯重表现为：T10>T5>T16>T4>T3>T13>T2>T15>T8> T14> T9>T11>T6=T1>T7>T12。其中，T10和T5处理的单株薯重显著高于其他处理(除T16和T4处理外)23.90%～362.62%(P<0.05)，T6、T1、T7、和T12处理的单株薯重较其他处理低0.25～3.88 kg。大薯重量和单株薯重量表现基本一致，T10和T5处理的大薯重显著高于其他处理(除T16处理外)7.14%～875.00%(P<0.05)，T12处理的大薯重量最低，为 0.48 kg。T5处理的商品薯率最高(84.62%)，较T10处理略高4.15%，显著高于其他处理7.70%～111.55%(P<0.05)。不同处理下马铃薯产量表现为T10>T5>T16>T4>T14>T2>T15>T3>T13> T1>T9>T6>T8>T11>T7>T12；T10和T5处理的产量显著高于其他处理(T16处理除外)7.89%～99.84%(P<0.05)，T10处理的马铃薯产量略高于T5和T16处理2.55%和5.30%，T12处理的产量显著低于其他处理13.22%～99.84%(P<0.05)。

水分生产率是衡量灌溉水利用效率的重要指标。表4显示，不同水肥耦合模式下的马铃薯水分生产率差异较大，表现为T5>T16>T3>T10>T14>T9>T2>T15>T4>T13>T1>T7> T12>T6>T8>T11，T5处理的马铃薯水分生产率最高(10.42 kg·m-3)，T11处理的马铃薯水分生产率最低(4.12 kg·m-3)。T5、T16、T3、T10和T14处理的马铃薯水分生产率分别较T11处理高152.91%、106.55%、103.16%、86.65%和86.41%。T5处理马铃薯水分生产率分别较T16、T3和T10和T14处理高22.44%、24.49%、35.50%和35.68%

表4 不同水肥处理下马铃薯产量指标及水分生产率的变化

3 讨论与结论

在不同水肥耦合条件下，马铃薯叶片净光合速率存在较大差异。灌水量(5 268.249 m3·hm-2)和施肥量(氮、磷、钾施用量分别为290.119、290.119、167.449 kg·hm-2)较高的T10处理净光合速率最高，其次为灌水量较小(3 131.751 m3·hm-2)和施肥量(氮、磷、钾施用量分别为290.119、129.881、167.449 kg·hm-2)较高的T5处理，二者差异不显著(P<0.05)。试验中，在较高灌溉量(5 268.249 m3·hm-2)和较低灌溉量(3 131.751 m3·hm-2)条件下，较高的施肥水平均有利于提高马铃薯叶片的光合速率。王铁良等[11]在对树莓的研究中发现，较高的施肥量和灌水量有利于树莓光合速率提高。研究显示，在适宜的灌溉量下，适量增施肥料有利于其光合速率的提高，在适度的施肥条件下，较高的灌溉量也有利于光合作用的提高[12,13]，这与笔者研究结果相似。也有学者研究表明，灌水充足条件下，较高的施氮量有利于谷子净光合速率的提高，但过量施氮会导致光合速率下降[14～16]；马国成在宁夏旱区对马铃薯的研究中发现，单因素适量增施磷肥和钾肥可有效提高马铃薯净光合速率，但过多施磷肥和钾肥会降低净光合速率[12]。笔者研究也发现最高的氮肥(345 kg·hm-2)或者磷肥(345 kg·hm-2)用量，并没有增强马铃薯叶片的光合能力。

在马铃薯产量指标中，马铃薯产量和商品薯率的变化趋势相同。T10和T5处理的马铃薯产量和商品薯率均为最高，且T10和T5处理间的产量无显著差异。杜培兵等发现在西北地区多元复合微肥对马铃薯产量和商品薯率增大呈正相关[17]，这与笔者试验结果基本一致。笔者研究显示，马铃薯产量随灌水量和施肥量的增加呈先增加后降低趋势，较高水平的施肥量，有助于增加马铃薯产量和品质。特别是在灌水量处于较低水平时，适量的磷肥对马铃薯产量具有一定的影响。梁锦秀等[16]的研究也表明，适量施肥有助于增加马铃薯产量，然而过量施肥不能达到增产目的。笔者研究中，在较高水平灌溉量和中等水平灌溉量条件下，较高的施肥量有助于提高马铃薯产量，然而当施肥量达到最高时，马铃薯产量却呈下降态势。T5处理使用的灌水量较T10处理少40.55%，磷肥用量较T10处理低55.23%，马铃薯商品薯率较T10处理高3.37%，产量仅略低于T10处理2.49%。因此，T5处理的马铃薯水分生产率较T10处理高35.50%，灌溉水的利用效率更高。梁锦秀等[18]和马慧娥[19]的研究也表明，与高水高肥相比，适宜的水肥配比，更有助于提高马铃薯的产量。研究表明，灌水量为3 131.751 m3·hm-2，纯氮量为290.119 kg·hm-2，纯磷量为129.881 kg·hm-2，纯钾量为167.449 kg·hm-2的水肥组合明显节约灌溉用水和磷肥用量，有利于提高马铃薯的产量和商品薯率，可作为陕北沙区滴灌马铃薯水肥一体化技术中适宜的水肥耦合模式。笔者研究结果对于构建陕北地区马铃薯绿色高产高效栽培技术体系提供理论和技术支持。此外，笔者研究只涉及到马铃薯紫花白品种，对于其他马铃薯品种未做深入研究，今后还应继续开展水肥耦合技术对不同马铃薯品种光合特性及产量影响的研究工作。.