膜下滴灌水肥耦合对二季作区春马铃薯产量和商品薯率的影响

孔令强 王 芳 王振华 朱 萍 赵 猛杨建国陈亚伟陈焕丽

（1.滕州市农业技术推广中心 山东滕州 277500；2.商丘市金土地马铃薯研究所 河南商丘 476000；3.郑州市蔬菜研究所 河南郑州 450015）

滕州是全国最大的二季作区马铃薯主产地，近年来马铃薯产业发展势头良好，滕州马铃薯成为中国菜用马铃薯第一品牌，滕州市也被农业农村部授予“全国马铃薯标准化示范县”[1]。然而水肥管理粗放、利用效率低下、化肥面源污染等问题仍然突出，制约着滕州市马铃薯产业规模化、现代化发展。

现有条件下，水肥耦合技术对提高水肥利用率行之有效。目前我国在水肥交互作用及耦合模式研究方面开展了大量工作，取得了很大进展[2-6]。李文证、马国成等针对宁夏旱区进行了膜下滴灌条件下水肥耦合试验，研究了有限补灌(滴灌)条件下宁夏中部干旱区马铃薯需水特点、耗水规律及不同补灌灌溉定额、灌水时间和不同施肥配方对马铃薯生长、生理生态和养分吸收的影响[7-8]；杜常亮等研究了水肥耦合对延安地区大棚马铃薯产量和品质的影响，得出了延安地区马铃薯生产体系下较优的灌水量及合理的肥料用量组合[9]，而对于二季作区马铃薯生产的相关研究还未见报道，还停留在水肥单独效应和简单的农艺措施改进上[10-11]。本研究以新品种科薯6号为材料，通过盆栽试验，探索膜下滴灌模式下水肥耦合对其产量及商品薯率的影响。通过试验初步筛选出合理的水肥组合，以期为大田模式下水肥耦合推广应用提供合理依据，并逐步形成适合滕州二季作马铃薯大田生产的水肥一体化精准灌溉技术。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试马铃薯品种为科薯6号，氮、磷、钾肥分别用尿素（46%）、过磷酸钙（12%）、硫酸钾（50%）。

1.2 试验区概况

试验在滕州市姜屯镇洪东村丰谷云农科技园进行，盆栽土取自于园区耕地表层30 cm以上的土壤，前茬玉米，壤土，肥力中等，土壤基本情况见表1。整个生育期平均气温13.6℃，最高气温33.6℃，最低气温-3.8℃，平均湿度68.2%，总降雨量83.8 mm。

表1 试验土壤指标

1.3 试验设计与方法

本试验为室外盆栽试验，以补水时期、补水量、氮肥施量、磷肥施量、钾肥施量为试验因素，选用5因素10水平均匀设计，采用U*10(108）均匀设计表，试验因素和水平设计见表2，复因子补水时期各水平见表3。

表3 补水时期因素水平

试验设10个处理，每个处理3次重复，每个重复3盆，共90盆。花盆直径35 cm、高40 cm，土装满盆后统一浇水，待墒情适宜时播种。自制简易滴水装置模拟膜下滴灌。3月10日播种，6月10日收获，单株实收，以每亩4 500株折合亩产量。其他农艺措施同当地常规做法。

1.4 数据分析

采用DPS 7.05、Excel 2007进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 回归分析建模

用偏最小二乘法对表2试验数据进行回归分析建模，分别建立以产量（y1）、商品薯率（y2）为因变量，补水时期（x1）、补水量（x2）、氮肥用量（x3）、钾肥用量（x4）、磷肥用量（x5）为自变量的回归模型。

表2 马铃薯室外盆栽实施方案及产量

由误差平方和及决定系数（表4）可知，提取3个潜变量时，数据标准化后模型误差平方和下降为较小值，产量模型的决定系数R2=0.987 2。商品薯重模型的决定系数R2=0.987 0。2个模型的拟合程度都较好。

表4 数据标准化后模型误差平方和和决定系数

2.2 单因素对马铃薯产量和商品薯重的影响

由产量模型的标准回归系数（表5）可知，试验中5因素对产量和商品薯重的影响顺序为补水时期（x1）＞磷肥用量（x4）＞补水量（x2）＞钾肥用量（x5）＞氮肥用量（x3）。其中补水时期、磷肥用量、钾肥用量起正效应。补水量和氮肥施量起负效应，说明过多的补水量和氮肥用量会降低增产效果。补水时期的作用最大，说明补水要在适宜的时期才能提高产量及商品薯重。

表5 各个自变量对各个因变量作用的标准回归系数

为具体分析单一因素对马铃薯产量的影响过程，可通过对产量模型进行降维分析，得到偏回归的子模型：

从各因素的子模型（3）、（4）、（5）、（6）、（7）可以看出，补水时期（x1）、补水量（x2）、氮肥用量（x3）、钾肥用量（x4）、磷肥用量（x5）与产量（y）之间的关系，都呈现出抛物线的形状，与产量之间的关系是开口向下的抛物线，即随着因素水平的增加，产量随之增加，直至最大值，继续增大各因子水平，产量会呈现下降趋势。仅考虑单因素的情况下，阈值为补水量95.36 m3/亩、氮肥用量1.98 kg/亩、磷肥用量74.5 kg/亩、钾肥用量21.6 kg/亩。得到的氮肥用量较少，可能与试验地农家肥的施用有关。

对商品薯重模型进行降维分析，得到偏回归的子模型：

从各因素的子模型（8）、（9）、（10）、（11）、（12）可以看出，补水量（x2）、氮肥用量（x3）、钾肥用量（x4）、磷肥用量（x5）与商品薯量（y2）之间的关系，也都呈现出开口向下抛物线的形状，仅考虑单因素的情况下，补水量63.4 m3/亩、氮肥用量1.22 kg/亩、磷肥用量51 kg/亩，钾肥用量16.36 kg/亩时，商品薯重最大。补水量、氮肥用量、磷肥用量、钾肥用量低于这个值或者高于这个值，商品薯重都会降低。

2.3 交互作用对马铃薯产量的影响

由交互项标准回归系数（表6）可知，各因素交互作用对产量和商品薯重的影响趋势基本一致。对产量影响最为显著的是磷肥用量与钾肥用量的交互作用，表现为负效应，但是氮肥用量和磷肥用量单独作用时表现为正效应。所以，在生产中磷肥和钾肥分开使用效果较好。其次影响作用较大的是补水量与钾肥用量、补水时期和钾肥用量，交互作用均表现为协同效应。即适当时期同时补充水分和钾肥，有利于马铃薯产量增加。

表6 产量模型交互项标准回归系数

2.4 水肥最优配合方案

以马铃薯产量和商品薯重为目标函数，根据回归方程寻优，得到各自变量的优化值。补水时期为苗期不补水，团棵期、块茎形成期各占补水量的25%，块茎膨大期占50%。总补水量54.4 m3/亩，即团棵期、块茎形成期各13.6 m3/亩，块茎膨大期27.2 m3/亩。氮肥用量为4.75 kg/亩、磷肥用量15.05 kg/亩、钾肥用量6.32 kg/亩，产量最优值为6 235.47 kg/亩，商品薯重最优值为5 825.86 kg/亩，这与本地实测产量值接近。

3 结论与讨论

通过分析，5个因素对产量和商品薯重的影响顺序为补水时期＞磷肥用量＞补水量＞钾肥用量＞氮肥用量，各因素均存在一个阈值，当因素水平低于阈值时，各因素对产量增加具有促进作用，一旦因素水平超过阈值，产量出现下降趋势，与李文证[7]研究结果一致。

由各因素交互作用分析可得，在生产中磷肥和钾肥分开使用效果较好，同时补充水分和钾肥，有利于产量增加。水分和钾肥交互施用的量和补水时间的配合还需进一步研究。较高产量的总补水量参考范围为50～95 m3/亩，氮肥用量为3.75～7.75 kg/亩，磷肥用量为12.05～17.45 kg/亩，钾肥用量为6.32～2.60 kg/亩。

以上结果是通过数学建模寻优得到的最佳因素水平组合，是理论优化值，还需进一步的试验验证。应用的过程中应考虑不同环境中马铃薯对水分的吸收和养分的利用率。科学合理的水肥耦合对提高马铃薯产量具有重要的意义。