杜愛林，李伏生

（1.廣西大學農學院，南寧530005；2.哈密市伊州區(qū)農業(yè)農村局，新疆哈密839000）

0 引 言

2016年農業(yè)部啟動了馬鈴薯（Solanum tuberosum L.）主糧化戰(zhàn)略，在不跟其他作物爭地的前提下，南方冬閑旱地已成為中國馬鈴薯主糧化發(fā)展的主戰(zhàn)場[1]。水肥供應在馬鈴薯產量和品質形成中有重要作用[2,3]，但有關南方冬種馬鈴薯較優(yōu)的水肥管理模式尚不明確。Badr 等[4]研究表明，灌水和施肥及2者交互作用均對馬鈴薯產量有顯著影響。孫磊等[5]研究認為，調整氮肥施用時期和追施比例，可以提高馬鈴薯商品薯產量。Alva[6]研究表明，根據各生育時期內馬鈴薯的需肥特點進行施肥可以提高馬鈴薯產量和商品薯率。結合灌水和施肥的滴灌施肥技術已顯示出許多優(yōu)點，包括根區(qū)穩(wěn)定的水肥環(huán)境和較低的肥料損失[7,8]。滴灌施肥可以根據作物不同生育階段的營養(yǎng)特點適時調控養(yǎng)分供應的比例，實現高產優(yōu)質和水肥高效利用目標[9]。劉坤雨等[10]研究表明，滴灌施肥較常規(guī)處理能顯著提高馬鈴薯產量。Bai 等[11]研究指出，與常規(guī)施肥相比，滴灌施肥提高氮肥利用率14.3%。此外，滴灌施肥還可以改善作物水分利用效率[2,10,12,13]。分根區(qū)交替灌溉是傳統灌溉的一種改進方式，該技術是通過改變和調節(jié)作物根系區(qū)域的濕潤方式，改善根系的吸收功能，同時達到不降低產量而大幅度提高水肥利用效率的目的[14]。分根區(qū)交替灌溉和滴灌施肥技術結合在我國南方馬鈴薯生產上未能大規(guī)模應用，較優(yōu)的水肥管理模式尚不明確。因此，本文在分根區(qū)交替滴灌和施肥量相同條件下，通過田間試驗，研究不同土壤水分和施肥方式對冬種馬鈴薯產量構成、產量、品質和水分利用的影響，以期獲得冬種馬鈴薯較優(yōu)的水肥管理模式，為提高我國南方地區(qū)冬種馬鈴薯生產提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與材料

田間試驗在廣西大學校內試驗基地移動干旱棚（21 個小區(qū)）內進行，該移動棚通風、透光，可以保障作物生長期間自然光照和溫度，可通過電控傳感器調節(jié)移動棚的遮蔽或移開，降雨時移動棚遮蔽，非降雨時移開。另移動棚附近有3個小區(qū)接受自然降雨，沒有移動棚。供試土壤為赤紅壤，其土壤pH 值為6.60（水土比2.5∶1），有機質10.6 g/kg，全氮0.99 g/kg，堿解氮53.6 mg/kg（1 mol/L NaOH?堿解擴散法），速效磷68.7 mg/kg（0.05 mol/L HCl?0.025 mol/L H2SO4法），速效鉀217.9 mg/kg（1 mol/L 中性NH4OAc 浸提，火焰光度計法），田間持水量（θf）為30.5%（質量百分數），容重1.4 g/cm3。供試馬鈴薯品種為費烏瑞它。供試肥料包括尿素(含N 46.0%)、鈣鎂磷肥（含P2O518.0%）、硫酸鉀（含K2O 52.0%），以及牛糞（堆漚后施用），其有機質14.3%，全氮0.76%，全磷0.85%，全鉀0.59%。整個試驗期間總降雨量為126.5 mm，每次降雨量如圖1所示。

圖1 試驗期間降雨量Fig.1 Rainfall during experimental period

1.2 試驗方法

試驗土壤水分設WA處理（苗期60%～70%θf，塊莖形成期70%～80%θf，塊莖膨大期75%～85%θf，淀粉積累期50%～60%θf）和WB處理（苗期50%～60%θf，塊莖形成期60%～70%θf，塊莖膨大期70%～80%θf，淀粉積累期40%～50%θf）。以WR處理：以自然降雨加補充滴灌作對照（無移動棚）。施肥方式設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%，塊莖形成期50%，塊莖膨大期25%）；NK50?50：50%NK 肥作基肥土施，50%NK 肥作滴灌追肥（苗期25%，塊莖形成期50%，塊莖膨大期25%）；以及NK30?70：30%NK 肥作基肥土施，70%NK 肥作滴灌追肥（苗期25%，塊莖形成期50%，塊莖膨大期25%）。由于以自然降雨為對照，且移動棚內試驗小區(qū)不夠，因此試驗為不完全方案設計，共8個處理，如表1所示，各處理分別用M0、M1、M2、M3、M4、M5、M6和M7表示。每個處理有3個小區(qū)，共24 小區(qū)，小區(qū)面積8.64 m2（3.6 m×2.4 m）。種植馬鈴薯行距60 cm，株距30 cm，每個小區(qū)48株（合55 555 株/hm2）。

表1 田間試驗處理Tab.1 Treatments for field experiment

各小區(qū)均施用N 150 kg/hm2，P2O590 kg/hm2，K2O 300 kg/hm2，牛糞15 t/hm2。牛糞、磷肥全部做基肥土施，氮肥和鉀肥按上述施肥方式施用。事先按設計要求配好肥料溶液，通過滴灌帶進行灌水施肥，灌溉方法用交替滴灌(本次在植株其中一側土壤進行灌水或灌水施肥，下次在植株另一側土壤進行灌水或灌水施肥，如此交替進行)。定苗后采用便攜式土壤水分測量儀（TRIME?PICO?IPH TDR）觀測土壤含水量，確保各處理土壤水分在試驗設定范圍內。每個試驗小區(qū)都安裝有水表，用以記錄試驗期間滴灌耗水量。

1.3 試驗管理

田間試驗于2017年11月4日，將牛糞施入試驗小區(qū)，然后翻地，11月10日將作基肥部分的尿素、鈣鎂磷肥以及硫酸鉀土施。11月14日播種薯塊（留2～3 個芽眼），12月6日施苗期肥料，12月20日施塊莖形成期肥料，2018年1月4日，施塊莖膨大期肥料。根據各處理土壤水分測定情況進行灌水，灌水日期及灌水量如表2所示，于2018年3月5日收獲馬鈴薯。

表2 田間試驗各處理灌水量 mmTab.2 Irrigation amount of each treatment infield experiment

1.4 測定方法

馬鈴薯單株薯重和單株薯數采用以下公式進行計算：

（大薯＞100 g，100 g＞中薯＞50 g，小薯＜50 g）

馬鈴薯耗水量（ET）計算采用田間水量平衡法[15]：

式中：P為降雨量；I為灌溉量；W前–W后為土體含水量變化；D為地表徑流量；R為上移或下滲量，單位均為mm。

本試驗條件下，上移或下滲量較小，且試驗地平坦，未見地表徑流的發(fā)生，所以D和R可以忽略不計，公式簡化為：

馬鈴薯水分利用效率（WUE）采用如下公式計算[15]：

式中：WUE為水分利用效率，kg/m3；Y為馬鈴薯產量；ET為馬鈴薯耗水量，mm。

馬鈴薯還原糖含量測定用3，5?二硝基水楊酸比色法[16]，淀粉含量測定用蒽酮硫酸比色法[17]，粗蛋白含量測定用凱氏定氮法[17]，維生素C含量測定用2，6—二氯靛酚滴定法[17]。

1.5 統計分析方法

試驗數據采用Excel 2016 和SPSS 20.0 軟件進行分析，用Duncan 法對不同處理進行多重比較。字母不同者表示差異顯著（P<0.05），字母相同者表示差異不顯著（P>0.05）。

2 結果與分析

2.1 不同處理對馬鈴薯產量構成和產量的影響

由表3可知，與M0 處理相比，M1～M7 處理提高馬鈴薯單株薯重43.4%～70.5%，說明水肥協同管理可以提高單株薯重。NK100?0下，與WR處理相比，WA和WB處理單株薯重分別增加43.5%和40.5%，說明交替滴灌較自然降雨加補充滴灌灌水可以提高馬鈴薯單株薯重。相同土壤水分處理下，與NK100?0（M1、M5）相比，NK50?50處理（M3、M7）單株薯重均顯著提高，其中M3 處理提高18.8%，M7 處理提高14.6%。NK50?50時，WA處理單株薯重與WB處理之間的差異不顯著。

表3 不同處理對馬鈴薯產量構成、產量及商品薯率的影響Tab.3 Effects of different treatments on potato yield components，yield and commercial potato rate

與M0 處理相比，M1～M7 處理馬鈴薯單株薯數提高29.6%～64.8%，說明水肥協同管理也可以提高單株薯數。在NK100?0下，與WR處理相比，WA和WB處理單株薯數分別增加40.5%和29.6%，說明交替滴灌較自然降雨加補充滴灌灌水可以提高單株薯數。NK70?30時，WA處理單株薯數較WB處理提高27.2%；NK50?50時，WA處理單株薯數與WB處理差異不顯著。WB下，與NK100?0相比，NK50?50處理單株薯數提高27.2%。

與M0 相比，M1～M7 處理馬鈴薯產量提高40.2%～64.1%，以M3 處理馬鈴薯產量最高，說明水肥協同管理可以提高馬鈴薯產量。NK100?0下，與WR處理相比，WA和WB處理產量分別增加40.3%和41.7%，說明交替滴灌較自然降雨加補充滴灌灌水可以提高馬鈴薯產量。與NK100?0相比，NK50?50處理在WA處理下產量提高17.0%，在WB處理下有所提高，但未達到顯著水平。在相同施肥方式下，不同土壤水分處理對馬鈴薯產量的影響不顯著。與M0處理相比，M2～M4處理馬鈴薯商品薯率提高28.4%～38.8%，其中M3 與M4 處理商品薯率相對最高，但2處理間差異不顯著。NK50?50時，WA處理商品薯率與WB處理差異也不顯著。

2.2 不同處理對馬鈴薯品質的影響

由表4可知，與M0 處理相比，M1～M7 處理馬鈴薯維生素C 含量提高11.5%～33.6%，說明水肥協同管理可以提高維生素C 含量。在NK100?0下，與WR處理相比，WA和WB處理維生素C含量分別增加15.9%和11.5%，說明交替滴灌較自然降雨加補充滴灌灌水可以提高維生素C 含量。與NK100?0相比，WA下NK30?70處理維生素C含量提高14.5%；WA和WB下NK50?50處理維生素C 含量分別提高15.3%和14.3%。但NK50?50時，WA處理維生素C含量與WB處理差異不顯著。

表4 不同處理對馬鈴薯品質的影響Tab.4 Effects of different treatments on potato quality

由表4可知，與NK100?0相比，WB下NK70?30處理馬鈴薯淀粉含量提高17.5%。而在相同施肥方式下，不同土壤水分處理對淀粉含量的影響不顯著。由表3可知，與M0 處理相比，M1～M7 處理提高馬鈴薯粗蛋白含量2.4%～8.5%，說明水肥協同管理可以提高粗蛋白含量。在NK100?0下，與WR處理相比，WA和WB處理粗蛋白含量分別增加5.3%和2.4%，說明交替滴灌較自然降雨加補充滴灌提高粗蛋白含量。NK100?0和NK50?50時，WA處理粗蛋白含量分別高于WB處理2.9%和2.7%。與NK100?0相比，WA和WB處理下，NK50?50粗蛋白含量分別提高3.0%和3.2%，WA下，NK30?70粗蛋白含量也提高。

由表4可知，與M0 處理相比，M1～M7 處理馬鈴薯還原糖含量提高30.8%～100%，說明水肥協同管理可以提高還原糖含量。NK100?0下，與WR處理相比，WA和WB處理還原糖含量分別提高53.8%和30.8%，說明交替滴灌較自然降雨加補充滴灌灌水顯著提高馬鈴薯還原糖含量。NK70?30和NK50?50時WA處理還原糖含量分別高于WB處理38.9%和44.4%。WA下與NK100?0相比，NK70?30和NK50?50還原糖含量分別提高25.0%和30.0%。

2.3 不同處理對馬鈴薯水分利用的影響

由圖2可知，與M0 相比，M1、M2、M3、M4、M6、M7處理馬鈴薯耗水量分別提高36.7%、44.8%、45.6%、46.5%、5.2% 和13.9%。WA下，與NK100?0相比，NK70?30、NK50?50和NK30?70馬鈴薯耗水量分別提高5.9%、6.5%、6.5%；WB下，與NK50?50相比，NK100?0和NK70?30馬鈴薯耗水量分別降低8.8%和7.6%。

圖2 不同處理對馬鈴薯耗水量的影響Fig.2 Effects of different treatments on water consumption of potato

由圖3可知，與M0 相比，M5～M7 處理馬鈴薯WUE提高35.1%～36.3%，差異顯著。NK100?0時，WB下較WA下WUE提高33.0%；NK70?30時，WB處理馬鈴薯WUE較WA處理提高27.2%；NK50?50時，WB處理馬鈴薯WUE較WA處理提高20.7%。相同土壤水分處理下，不同施肥方式對馬鈴薯WUE的影響差異不顯著。

圖3 不同處理對馬鈴薯水分利用效率的影響Fig.3 Effects of different treatments on water use efficiency(WUE)of potato

3 討 論

張富倉等[18]研究發(fā)現，滴灌施肥條件下，馬鈴薯產量隨著灌水量的增加而增加，而本試驗NK70?30和NK50?50時，WA處理馬鈴薯產量較WB處理有提高的趨勢，但差異未達到顯著水平。呂慧峰等[19]研究表明，與常規(guī)施肥相比，分期（基肥+苗肥+結薯肥）施用NPK 肥馬鈴薯產量提高1.4%～19.7%。Rens等[20]也報道，不同生育時期施用N肥比例對馬鈴薯產量有顯著影響。另有研究表明，氮肥基追比30∶70 處理番茄產量最高[21]。本試驗中，在相同土壤水分處理下，NK100?0處理馬鈴薯產量及單株薯重等均較低，原因是肥料全部用作基肥施入土壤，由于大量氮肥易通過揮發(fā)或反硝化損失，影響氮肥施用效果。馬鈴薯生育前期氮肥過多會推遲塊莖形成，同時施用氮肥過多，地上部營養(yǎng)器官會貪青晚熟，使生育后期地上部重新恢復生長，造成營養(yǎng)物質倒流向莖葉，從而減少向塊莖的養(yǎng)分提供量，影響塊莖的增大增重[19]。而在馬鈴薯淀粉積累期，從土壤吸收的養(yǎng)分較少，主要是養(yǎng)分從地上部分向塊莖運輸，所以如果后期施用過多，也不利于塊莖的膨大，產量較低。本試驗各處理馬鈴薯單株薯重變化規(guī)律與產量基本一致，而單株薯數和商品薯率與馬鈴薯產量間沒有統一的變化規(guī)律，這說明產量的形成受多個構成因素的協同作用[22]，單一指標并不能很好的評價馬鈴薯產量的高低。

劉中良等[23]研究表明，合理的滴灌量可以提高馬鈴薯維生素C和還原糖含量。本試驗NK100?0時，WA處理維生素C含量比WB處理有提高的趨勢，但差異未達到顯著水平，NK70?30和NK50?50時，WA處理還原糖含量均顯著高于WB處理。主要原因在于馬鈴薯是需水量較大的作物，而且與其他作物相比，馬鈴薯對干旱脅迫比較敏感[24]。但本試驗在相同施肥方式下，不同土壤水分處理對淀粉含量的影響均不顯著?？赡苁潜驹囼灄l件下，尤其在塊莖形成期和膨大期，土壤水分含量相對充足，所以本試驗中不同土壤水分對馬鈴薯淀粉含量的影響差異不顯著。本試驗中，與NK100?0相比，WA和WB處理下NK50?50處理維生素C 含量均顯著提高；WA處理下，與NK100?0相比，NK70?30和NK50?50處理還原糖含量也均顯著提高。主要原因是馬鈴薯在不同生育時期對水分和養(yǎng)分的需求存在明顯差異，保證關鍵時期水肥的合理供應，可以調節(jié)養(yǎng)分的積累與轉運。馬鈴薯在油炸過程中，還原糖與α?氨基酸發(fā)生梅拉德(Maillard)反應致使薯片表面顏色變?yōu)椴皇芟M者歡迎的棕褐色，因此，還原糖含量與品質呈負相關關系，理想的炸片用塊莖的還原糖含量上限不宜超過鮮重的0.33%[25]。本試驗中與M0相比，M1～M7處理馬鈴薯還原糖含量均顯著提高，但均小于0.26%，仍在理想的炸片范圍之內?？赡苁堑喂嗷虻喂嗍┓蕳l件下，水肥供應相對充足，還原糖含量也相應提高的原因。

此外，本試驗中與M0相比，M1～M7處理馬鈴薯產量、單株薯重、單株薯數、粗蛋白和維C含量均顯著提高，原因是通過交替滴灌方式進行灌溉促進了作物對養(yǎng)分的吸收，提高養(yǎng)分吸收效率，進而說明水肥的合理配合對提高馬鈴薯產量和改善品質的重要性。

馬鈴薯根系較淺，根系稀疏，容易缺水，與充分灌溉相比，分根區(qū)交替灌溉在保持產量不變的同時，節(jié)約了33%～42% 的灌溉用水，這導致WUE增長38%～61%[26]。本試驗NK100?0時，與WR處理相比，WB處理馬鈴薯耗水量略有提高，而WB處理馬鈴薯WUE提高36.3%；NK50?50時，WB處理的水分利用效率較WA處理提高20.7%。張富倉等[18]研究也發(fā)現，滴灌施肥條件下，高灌水處理WUE顯著低于低灌水處理。王海東[2]研究發(fā)現，滴灌施肥條件下，馬鈴薯水分利用效率隨著灌水量的增大先增大后減小。

4 結 論

在相同土壤水分處理下，全部氮鉀肥作基肥（NK100?0）時，馬鈴薯產量和品質較低。WA處理[苗期60%～70%θf（田間持水量）、塊莖形成期70%～80%θf、塊莖膨大期75%～85%θf、淀粉積累期50%～60%θf]下，NK50?50（50%氮鉀肥作基肥土施，50%氮鉀肥作滴灌追肥）產量較NK100?0提高17.0%。NK50?50時，WA處理馬鈴薯產量、單株薯重、單株薯數、商品薯率、維生素C 含量、淀粉含量與WB處理的差異均不顯著。NK50?50時，與WA處理相比，WB處理馬鈴薯還原糖含量低，有利于馬鈴薯油炸。

因此，在施N 150 kg/hm2，P2O590 kg/hm2和K2O 300 kg/hm2下，WB（苗期50%～60%θf，塊莖形成期60%～70%θf，塊莖膨大期70%～80%θf，淀粉積累期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%，塊莖形成期50%，塊莖膨大期25%）組合WBNK50?50處理是我國南方冬種馬鈴薯較優(yōu)的水肥管理模式。