賈 帥，郭媛姣，高洪香，李夢(mèng)剛

（1.寧夏職業(yè)技術(shù)學(xué)院（寧夏廣播電視大學(xué)），銀川750021；2.寧夏水文水資源監(jiān)測(cè)預(yù)警中心，銀川750002；3.寧夏水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，銀川750004）

0 引 言

寧夏中部干旱（區(qū)）帶降雨稀少，蒸發(fā)量較大，是制約當(dāng)?shù)睾缔r(nóng)生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素，而土壤肥力低下，抑制了有效灌溉水在生產(chǎn)潛力的發(fā)揮作用。通過(guò)優(yōu)化水、氮、磷、鉀組合進(jìn)行灌溉施肥，可有效改善作物生長(zhǎng)狀況，促進(jìn)作物增產(chǎn)增效，提高作物品質(zhì)和水肥利用效率[1]。

目前有研究表明，水分和氮磷鉀對(duì)作物的影響有相似的臨界值，但影響的順序不同，依次為水、氮、磷、鉀[2]；黃長(zhǎng)江等[3]對(duì)大白菜采用“3414”試驗(yàn)設(shè)計(jì)，得出肥料對(duì)大白菜生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響依次為氮、磷、鉀；文玉能等[4]研究表明，氮、磷、鉀肥對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量的影響為：磷肥＞氮肥＞鉀肥，氮、磷、鉀肥交互效應(yīng)均為正；說(shuō)明氮肥的施入量對(duì)作物生長(zhǎng)和提高產(chǎn)量影響較明顯。作物的產(chǎn)量與施肥量均呈拋物線形增長(zhǎng)[5]，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，為提高馬鈴薯的產(chǎn)量，投入大量的肥料使用量，使得土壤中的肥料偏高，導(dǎo)致土壤中出現(xiàn)肥料污染，也造成了環(huán)境的污染[6]。在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展中，作物對(duì)水肥的依賴性較強(qiáng)，并且水肥之間的交互作用更加重要，灌水和施肥量的多少對(duì)作物品質(zhì)、產(chǎn)量以及經(jīng)濟(jì)效益都起著決定性作用。以往的研究主要集中在水肥耦合下對(duì)膜下滴灌馬鈴薯產(chǎn)量和水分利用效率的研究，肥料主要以氮肥施入為主，得出的結(jié)論也不盡相同。并且在研究水肥耦合過(guò)程中對(duì)水氮磷鉀交互作用研究較少。

因此，針對(duì)寧夏干旱區(qū)膜下滴灌馬鈴薯的水肥管理，本文開(kāi)展水、氮、磷、鉀交互作用下馬鈴薯的生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量、水分利用效率、肥料利用效率等研究，提出了馬鈴薯高產(chǎn)高效水肥管理的最優(yōu)組合，對(duì)提高馬鈴薯單產(chǎn)和肥料養(yǎng)分利用效率等方面具有十分重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)與材料

田間試驗(yàn)于2019年在寧夏同心縣王團(tuán)鎮(zhèn)科技示范園區(qū)進(jìn)行。該地區(qū)屬于中溫帶半干旱大陸性氣候，全年干旱少雨，蒸發(fā)量大，年平均降水量272.6 mm，多年平均日照3 024 h，無(wú)霜期120～280 d，年平均氣溫8.6 ℃。試驗(yàn)區(qū)土壤理化性質(zhì)，試驗(yàn)區(qū)土壤為沙壤土，0～60 cm 土層田間持水率和土壤容重分別為22.25%和1.32 g∕cm3，具體如表1所示。

表1 試驗(yàn)地土壤理化性質(zhì)概況Tab.1 Situation of soil physical and chemical properties in upper layer of test area

試驗(yàn)馬鈴薯采用“青薯168”，全生育期150 d 左右；特點(diǎn)：幼苗生長(zhǎng)強(qiáng)，成熟后形狀近似橢圓，表皮紅色，抗病性強(qiáng)，植株耐旱。

采用尿素提供N（46-0-0），磷酸二銨提供P（15-42-0），硫酸鉀復(fù)合提供K（15-15-15）。

采用寧夏銀河鋼塑滴灌設(shè)備有限公司提供的φ16 PE 滴灌帶，滴水間距為300 mm，流量為2～4 L∕h。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)灌水量、施氮量、施磷量、施鉀量4 因素3 水平的正交試驗(yàn)，共9 個(gè)處理，每個(gè)處理3 次重復(fù)，試驗(yàn)設(shè)計(jì)見(jiàn)表2。

表2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)Tab.2 Experimental design

試驗(yàn)小區(qū)采用單壟單條滴灌帶雙行種植模式，壟寬80 cm，壟高20 cm，行距40 cm，株距30 cm。小區(qū)長(zhǎng)6 m，寬5m，小區(qū)面積30 m2，小區(qū)間設(shè)1 m寬隔離帶，小區(qū)四周種植同品種馬鈴薯。馬鈴薯生育時(shí)期分苗期、塊莖形成期、塊莖膨大期、淀粉積累期，按照不同時(shí)期需水量分10 次完成各處理的灌水量，每次灌水量用法蘭水表精確控制；根據(jù)馬鈴薯需肥規(guī)律，各處理均在馬鈴薯后3 個(gè)生育時(shí)期完成氮肥、鉀肥、磷肥的施入。

試驗(yàn)種植前土地整理，于2019年5月12日人工撒施磷酸二胺（60 kg∕hm2）、硫酸鉀復(fù)合肥（90 kg∕hm2）和尿素（150 kg∕hm2）作為播種前基肥，與試驗(yàn)處理施入氮、磷、鉀肥分開(kāi)，旋耕并平整土地。進(jìn)行小區(qū)劃分，人工起壟、鋪管、覆膜。于5月13日進(jìn)行播種；6月7日馬鈴薯出苗；2019年10月12日收獲；全生育時(shí)期共153 d，全生育期內(nèi)降雨量為212.6 mm，全生育時(shí)期內(nèi)每天的降雨情況如圖1所示。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

（1）作物生長(zhǎng)指標(biāo)：作物生長(zhǎng)指標(biāo)內(nèi)容包括株高、莖粗、干物質(zhì)積累量等。莖粗采用精度為0.01 mm 的游標(biāo)卡尺通過(guò)十字交叉法測(cè)量；收獲時(shí)取馬鈴薯地上部分鮮物質(zhì)，在105 ℃下殺青1 h，70 ℃下烘干至恒重，用電子天平稱重。

（2）土壤含水率：采用傳統(tǒng)土鉆法在馬鈴薯各生育時(shí)期前后分別在各試驗(yàn)小區(qū)取3 個(gè)點(diǎn)，分別對(duì)0～20、20～40、40～60 cm土層取樣，用烘干法測(cè)其土壤含水率。

（3）產(chǎn)量Y：作物成熟后，按小區(qū)進(jìn)行測(cè)產(chǎn)，折合成每公頃產(chǎn)量。

（4）商品薯率(%) =≥250 g；單薯個(gè)數(shù)∕馬鈴薯收獲個(gè)數(shù)×100%。

（5）作物耗水量：采用水量平衡法計(jì)算，計(jì)算公式為：

式中：ET0為耗水量，mm；P為生育期內(nèi)降雨量，mm；I為灌水量，mm；ΔW為生育期開(kāi)始時(shí)土壤貯水量與生育期結(jié)束時(shí)土壤貯水量之差，mm；R為地表徑流量，mm；D為耕層土壤水的滲漏量，mm。

本試驗(yàn)條件下，地下水位在80 m 以下，每次灌溉量均未能產(chǎn)生徑流，R和D忽略不計(jì)。

（6）水分利用效率：

式中：WUE為水分利用效率，kg∕m3；Y為馬鈴薯產(chǎn)量，kg∕hm2。

（7）肥料偏生產(chǎn)力（kg∕kg）=施肥區(qū)產(chǎn)量∕施肥量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)均采用Excel 2010 和SPSS 17.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)及方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)馬鈴薯農(nóng)藝性狀的影響

2.1.1 莖 粗

不同水肥處理對(duì)馬鈴薯莖粗的影響如表3所示，各處理的馬鈴薯莖粗隨著生育時(shí)期延長(zhǎng)逐漸增大，苗期至塊莖膨大期莖粗的增幅較塊莖膨大期至塊莖膨大期、塊莖膨大期至淀粉積累期大，總體增幅表現(xiàn)為先增加后降低。隨著灌水量的增加各生育時(shí)期馬鈴薯莖粗逐漸增加，施氮量、施鉀量、施磷量的增加對(duì)馬鈴薯莖粗的變化無(wú)明顯規(guī)律；馬鈴薯各生育時(shí)期，水氮磷鉀耦合效應(yīng)組合均表現(xiàn)T9 處理最大，各生育時(shí)期分別為11.05（苗期）、18.35（塊莖形成期）、22.45（塊莖膨大期）、22.58 mm（淀粉積累期）。各處理馬鈴薯莖粗從苗期到塊莖形成期增幅最大T6 處理為7.61 mm，最小T3 處理為6.30 mm；從塊莖形成期至塊莖膨大期增幅最大T7處理為4.70 mm，最小T1 處理為1.72 mm；從塊莖膨大期到淀粉積累期增幅最大T4處理為1.58 mm，最小T7處理為0.13 mm；從苗期到淀粉積累期增幅增大T7處理為12.03，最小T1為10.05 mm。

表3 不同水氮磷鉀耦合效應(yīng)對(duì)馬鈴薯莖粗的影響 mmTab.3 Effects of different water nitrogen，phosphorus and potassium coupling on potato stem thickness

2.1.2 干物質(zhì)積累量

不同水肥處理對(duì)馬鈴薯各生育時(shí)期干物質(zhì)積累量的影響如圖2所示。由圖2可以看出，馬鈴薯干物質(zhì)積累量增量在塊莖形成期最多，其次是苗期，塊莖膨大期增量較少。苗期、塊莖形成期、塊莖膨大期均為T(mén)9 處理干物質(zhì)積累量最多，全生育時(shí)期內(nèi)各處理馬鈴薯干物質(zhì)積累量從大到小依次為T(mén)9＞T5＞T7＞T6＞T8＞T3＞T4＞T3＞T2＞T1。T2 處理在塊莖膨大期增量最小為0.9 g∕株，T9 處理最大為15.63 g∕株，較T2 處理增加了14.73 g∕株。

2.2 不同處理對(duì)馬鈴薯耗水量、產(chǎn)量、商品率、水分利用效率及肥料偏生產(chǎn)力的影響

不同水肥處理對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量、商品率、水分利用效率和肥料利用率的影響，如表4所示，可以看出，隨著灌水量的增加，耗水量逐漸增加。馬鈴薯產(chǎn)量表現(xiàn)T9 處理最大為30.21 t∕hm2，與其他處理均存在顯著差異（P＜0.05），T1 處理產(chǎn)量最低為22.68 t∕hm2，比T9處理降低了5.87%。馬鈴薯商品率隨著灌水量的增加逐漸增大，T9 處理最高為68.76%，與其他處理均存在顯著差異（P＜0.05）。水分利用效率T8、T7、T5處理最大，分別為11.06、11.05、11.00 kg∕m3，3 個(gè)處理之間無(wú)顯著差異（P＞0.05），與其他處理均存在顯著差異（P＜0.05），T7處理水分利用效率最低為9.95 kg∕m3。T8處理的產(chǎn)量較T7、T5處理高，存在顯著差異（P＜0.05）。

表4 不同水氮磷鉀耦合效應(yīng)對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量和商品率的影響Tab.4 Effects of different water nitrogen，phosphorus and potassium coupling effects on potato yield and commodity rate

T7 處理氮肥偏生產(chǎn)力最高為228.67 kg∕kg，與其他處理均存在顯著差異（P＜0.05），T3 處理最低為97.38 kg∕kg，隨著氮肥施入量的增加，氮肥偏生產(chǎn)力逐漸降低；T8 處理磷肥偏生產(chǎn)力最大為319.56 kg∕kg，與T6 無(wú)顯著差異（P＞0.05），與其他處理存在顯著差異（P＜0.05），T3 處理最低為111.29 kg∕kg，隨著磷肥施入量的增加，磷肥偏生產(chǎn)力逐漸降低；T9 處理鉀肥偏生產(chǎn)力最大為335.67 kg∕kg，與其他處理均存在顯著差異（P＜0.05），T3 處理最低為155.80，隨著鉀肥施入量的增加，鉀肥偏生產(chǎn)力逐漸降低；氮磷鉀肥的偏生產(chǎn)力均表現(xiàn)為灌水量大，肥料偏生產(chǎn)力高。

2.3 各因素對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量和水分利用效率的影響

對(duì)各處理馬鈴薯的產(chǎn)量、水分利用效率數(shù)據(jù)與灌水量、施氮量、施磷量、施鉀量4 因素進(jìn)行方差分析如表5所示，灌水量單因素對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量影響達(dá)到極顯著（P＜0.01），施氮量、施磷量、施鉀量3因素分別對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量影響不顯著（P＞0.05）；4 個(gè)因素均對(duì)馬鈴薯水分利用效率影響不顯著（P＞0.05）。并且對(duì)4 個(gè)因素產(chǎn)量和水分利用效率進(jìn)行極差R分析，可以得出，馬鈴薯產(chǎn)量在4 個(gè)因素下極差R（灌水量）＞R（施氮量）＞R（施磷量）＞R（施鉀量），馬鈴薯水分利用效率在4個(gè)因素下極差R（施氮量）＞R（施磷量）＞R（施鉀量）＞R（灌水量）；則灌水量是影響馬鈴薯產(chǎn)量的主要因素，施氮量是影響馬鈴薯水分利用效率的主要因素。

表5 馬鈴薯產(chǎn)量、水分利用效率與4因素關(guān)系的方差分析Tab.5 Variance analysis of the relationship between new shoot length and three factors

圖3為4 個(gè)因素對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量、水分利用效率的曲線效應(yīng)，可以看出，馬鈴薯產(chǎn)量隨著灌水量和施氮量的增加逐漸增加，灌水量增加幅度較施氮量大；馬鈴薯產(chǎn)量隨著施磷量和施鉀量的增加逐漸降低。馬鈴薯水分利用效率隨著灌水量和施氮量的增加先增加后降低，灌水量增加過(guò)程低于施氮量增加過(guò)程，但水分利用效率降低過(guò)程大于施氮量；馬鈴薯水分利用效率隨著施磷量和施鉀量的增加先降低后增加，施磷量對(duì)馬鈴薯水分利用效率降低幅度大于增加幅度，施鉀量對(duì)馬鈴薯水分利用效率降低幅度與增加幅度接近。

3 討 論

膜下滴灌是寧夏旱區(qū)眾多有限補(bǔ)灌技術(shù)中應(yīng)用較廣的高效節(jié)水灌溉方式，通過(guò)將有限的水資源充分利用，極大地降低了水分的無(wú)效消耗；適量的氮、磷、鉀肥的供應(yīng)有利于作物營(yíng)養(yǎng)器官(根、莖、葉等)的發(fā)育和植株群體指標(biāo)的協(xié)調(diào)發(fā)展，可增加作物農(nóng)藝性狀、干物質(zhì)的積累，減少產(chǎn)量損失，提高水肥利用效率[7]。本研究采用膜下滴灌的方式，通過(guò)水氮磷鉀正交組合試驗(yàn)得出，隨著灌水量的增加，馬鈴薯的農(nóng)藝性狀較優(yōu)，產(chǎn)量逐漸增加且有顯著差異，并與P S Kashyap 和EI-Gindy A M 學(xué)者研究結(jié)果一致[8,9]；適宜的水肥配比保障了作物在不減產(chǎn)的前提下，更能有效提高水肥利用效率[10]，本研究T6處理為中水灌溉，與T8處理產(chǎn)量和水分利用效率無(wú)顯著差異，并且水分利用效率最高。

合理的水肥配比，可達(dá)到“以肥調(diào)水、以水促肥、肥水協(xié)調(diào)”目的，對(duì)作物產(chǎn)量、水分利用效率、肥料偏生產(chǎn)力均有提高。大量水氮磷鉀交互作用下作物生長(zhǎng)研究，主要集中探索適宜的水肥配比是否能促使作物根系效應(yīng)，促進(jìn)植物的根系生長(zhǎng)發(fā)育，提高植吸水能力，增強(qiáng)忍耐干旱能力，提高水肥利用效率，有研究已表明[11,12]，氮磷鉀肥是馬鈴薯生長(zhǎng)所需的主要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，合理配比的氮磷鉀肥的施入能夠有效提高馬鈴薯產(chǎn)量。梁錦秀等[5,13,14]認(rèn)為氮、磷、鉀肥耦合馬鈴薯的產(chǎn)量呈拋物線增長(zhǎng)方式，施氮量對(duì)增產(chǎn)效果最明顯，其次為磷肥、鉀肥；合理的水氮磷鉀組合可促進(jìn)植物生長(zhǎng)發(fā)育，減少田間無(wú)效蒸發(fā)，提高水分的利用效率和肥料利用率；本研究結(jié)果中，從單因素方差分析氮磷鉀肥對(duì)產(chǎn)量和水分利用效率的影響因素依次為施氮量＞施磷量＞施鉀量，T8 處理為高水中氮低磷高鉀組合，水分利用效率和磷肥偏生產(chǎn)力最高。因此，T8處理可作為干旱地區(qū)馬鈴薯高產(chǎn)高效水肥管理組合。

4 結(jié) 論

本文以不同灌水量和氮、磷、鉀肥施用量交互作用對(duì)旱地馬鈴薯農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量及水、肥利用率的影響進(jìn)行研究，得出以下結(jié)果：

（1）在干旱地區(qū)采用膜下滴灌的補(bǔ)水方式，馬鈴薯的莖粗和干物質(zhì)積累量均隨著灌水量的增加逐漸增大，中水量下，中氮高磷低鉀組合下有利于馬鈴薯農(nóng)藝性狀的增加。氮磷鉀肥料的不同施入量對(duì)馬鈴薯的莖粗和干物質(zhì)積累量影響規(guī)律不明顯。

（2）合理的水肥組合有利于提高馬鈴薯產(chǎn)量、商品率、水分利用效率和肥料偏生產(chǎn)力；高水條件下，高氮中磷低鉀組合下產(chǎn)量和商品率最高，與其他處理均存在顯著差異（P＜0.05）。適宜的水肥組合有利于提高馬鈴薯水分利用效率，T5、T6、T8處理的水分利用效率之間無(wú)顯著差異（P＞0.05）；氮磷鉀施入量越低，灌溉量越大，肥料偏生產(chǎn)力越高；綜合考慮產(chǎn)量、肥料偏生產(chǎn)力和水肥利用效率，T8處理較優(yōu)。

（3）灌水量和施氮量單因素對(duì)產(chǎn)量的影響呈增加趨勢(shì)，施磷量和施鉀量單因素對(duì)產(chǎn)量的影響呈遞減趨勢(shì)；灌水量和施氮量單因素對(duì)水分利用效率的影響呈先增加后降低趨勢(shì)，施磷量和施鉀量單因素對(duì)水分利用效率的影響呈先降低后增加趨勢(shì)；4 個(gè)因素對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量的影響依次為灌水量、施氮量、施磷量、施鉀量，對(duì)水分利用效率依次為施氮量、施磷量、施鉀量、灌水量。