郭 濤，邢英英，姜文婷，李卓遠(yuǎn)，張 騰，密菲瑤，王秀康

（延安大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，陜西 延安 716000）

馬鈴薯（Solanum tuberosumL.）富含維生素A、維生素C 和維生素B6及多酚類物質(zhì)，可有效預(yù)防癌癥，還有健脾益氣、和胃調(diào)中等功效[1]。我國馬鈴薯單產(chǎn)低，主要原因是肥料管理措施與其他作物相比較粗放、脫毒種薯的應(yīng)用面積小。馬鈴薯產(chǎn)量和品質(zhì)的高低也受種植地區(qū)土壤、氣候和栽培條件等影響，其中，肥料的影響作用很大。在馬鈴薯生產(chǎn)中，養(yǎng)分平衡供應(yīng)是獲得高產(chǎn)和高效的關(guān)鍵[2]。據(jù)統(tǒng)計，肥料對作物增產(chǎn)的作用高達(dá)50%，種植業(yè)生產(chǎn)成本投入中，肥料投入約占50%，全世界50%人口的糧食需求是由肥料的增產(chǎn)作用來滿足的[3]。我國馬鈴薯生產(chǎn)過程中，普遍存在不合理施肥和施肥時期、施肥方法、栽培方式不當(dāng)?shù)葐栴}，導(dǎo)致種植成本偏高、土壤養(yǎng)分失衡、鹽堿化嚴(yán)重等，嚴(yán)重制約了馬鈴薯的優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)及其產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[4]。馬鈴薯屬喜鉀作物，鉀素的作用是將碳水化合物轉(zhuǎn)運(yùn)到馬鈴薯塊莖中，馬鈴薯整個生育期對鉀的需求量較大；磷作用是調(diào)節(jié)馬鈴薯塊莖的大小與數(shù)量；氮肥對馬鈴薯地上部分和地下部分的生長均有直接影響[5]。水、肥對馬鈴薯產(chǎn)量、品質(zhì)均有重要影響，施肥和灌水的高效利用和管理可顯著提高馬鈴薯產(chǎn)量、品質(zhì)和經(jīng)濟(jì)效益[6]。在水分調(diào)虧模式下，膜下滴灌模式不僅降低了整個生育期馬鈴薯的耗水量，還提高了水分利用效率；在不影響產(chǎn)量的基礎(chǔ)上，可以在馬鈴薯塊莖形成期進(jìn)行輕度水分調(diào)虧[7?8]。在苗期，進(jìn)行輕度水分調(diào)虧可提高馬鈴薯的商品薯率[9]。在高頻少量灌溉模式下，作物根系更易吸收水分，對植株的生長有明顯的促進(jìn)作用[10]。李國琴等[11]研究發(fā)現(xiàn)，在農(nóng)家肥98 864 kg/hm2、氮肥60.426 kg/hm2、磷肥57.17 kg/hm2組合下馬鈴薯的產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益最高。隨施肥量增加，馬鈴薯的單株塊莖質(zhì)量、產(chǎn)量、商品薯率和淀粉含量呈拋物線趨勢變化，其中，淀粉含量、商品薯率和產(chǎn)量均表現(xiàn)最好的水肥組合是中等氮肥水平配合多次灌水（低灌水量）[12]。氮、磷、鉀養(yǎng)分配比合理有利于馬鈴薯塊莖產(chǎn)量和品質(zhì)的提高，施肥、灌水及兩者耦合均對馬鈴薯產(chǎn)量有顯著影響[13]。

在干旱、半干旱地區(qū)，自然降水中的60%～70%為無效蒸發(fā)，僅有20%～25%會形成初級生產(chǎn)力[14]。該區(qū)域浪費(fèi)了大部分降水資源，但通過覆蓋地膜可以顯著提高土壤的保墑、保溫和蓄水能力，提高馬鈴薯根系土壤養(yǎng)分，從而促進(jìn)作物產(chǎn)量的提高。滴灌施肥可精確控制施肥量和灌水量，根據(jù)作物土壤養(yǎng)分狀況和需肥規(guī)律，將水肥直接供應(yīng)到根區(qū)，實現(xiàn)了按需施肥，可提高水肥利用效率，是實現(xiàn)作物水肥減施的有效途徑之一。研究發(fā)現(xiàn)，水肥調(diào)控或采用膜下滴灌技術(shù)可顯著提高小麥[15?17]、玉米[18]、葡萄[19]、馬鈴薯[20?21]、番茄[22]等旱地作物的水分利用效率、產(chǎn)量、品質(zhì)等。陜北的延安市為典型的干旱、半干旱地區(qū)，具有晝夜溫差大、日照時間長、土壤通氣性良好等自然優(yōu)勢資源，是我國西北重要的馬鈴薯主產(chǎn)區(qū)。但該區(qū)水源不足，灌溉和施肥方式是較為粗放的漫灌和撒施，導(dǎo)致水肥利用效率低。目前，滴灌條件下馬鈴薯的水肥管理研究較少，滴灌量、施肥量及施肥時期不盡相同[20?21]，且不同肥力條件下的最佳水肥組合不同，尚未見陜北地區(qū)滴灌施肥對馬鈴薯根層土壤養(yǎng)分含量、產(chǎn)量及水分利用效率的影響研究。為此，在陜北的延安市，研究覆膜條件下不同滴灌量和施肥量（在不同生育時期分次施肥）對馬鈴薯根層土壤養(yǎng)分含量、產(chǎn)量和水分利用效率的影響，探索合理的滴灌和施肥組合，為該地區(qū)馬鈴薯水肥精準(zhǔn)管理提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況及試驗材料

試驗于2019 年3—7 月（第一次試驗）和8—12月（第二次試驗）在延安市寶塔區(qū)李渠鎮(zhèn)延安大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院試驗基地（36°38'7″E、109°26'56″N）進(jìn)行，試驗地海拔953 m，屬典型的大陸性干旱季風(fēng)氣候，冬季嚴(yán)寒干燥，夏秋多雨，年均氣溫9.1 ℃，年均降雨量473 mm，降雨主要集中在6—9 月，占全年降雨總量的60% 左右，年均蒸發(fā)量為1 400～1 800 mm。供試土壤為黃壤土，土壤含水率為8.5%，耕作層土壤平均容重1.26 g/cm3。種植前試驗地土壤肥力狀況：硝態(tài)氮26.54 mg/kg、堿解氮22.27 mg/kg、有效磷26.2 mg/kg、銨態(tài)氮6.9 mg/kg、速效鉀29.49 mg/kg、有機(jī)質(zhì)6.73 g/kg，pH值為8.3。

供試馬鈴薯品種為陜北地區(qū)普遍種植的荷蘭15 號。試驗所用肥料為尿素（含N 46%）、磷酸一銨（含N 18%、P2O546%）、硫酸鉀（含K2O 52%）。

1.2 試驗設(shè)計

試驗設(shè)置3 個滴灌量水平：W1(100%馬鈴薯需水量)、W2(80%馬鈴薯需水量)、W3(60%馬鈴薯需水量)，3 個施肥量水平：F1(氮、磷、鉀肥施用量分別為240、120、300 kg/hm2)、F2(氮、磷、鉀肥施用量分別為180、90、225 kg/hm2)、F3(氮、磷、鉀肥施用量分別為120、60、150 kg/hm2)，以灌溉60%馬鈴薯需水量和不施肥處理為對照（CK），共10個處理。肥料分6次施用，分別為幼苗期1 次、塊莖形成期2 次、塊莖增長期2次、淀粉積累期1次，施肥比例為1∶1∶2∶2∶2∶2。小區(qū)長3.5 m、寬3.3 m，小區(qū)間防滲隔離采用寬60 cm的隔水板，各小區(qū)定植30株，株距為30 cm，種植 密 度 為43 290 株/hm2。分 別 于2019 年3 月25 日播種，7 月15 日收獲；2019 年8 月1 日播種，11 月21日收獲。在播種后，立即對所有試驗小區(qū)進(jìn)行全覆膜處理，播種前對試驗區(qū)灌水約40 mm，幼苗期和塊莖形成期的灌水周期為7 d，塊莖增長期的灌水周期為5 d，淀粉積累期的灌水周期為3 d。

1.3 土壤樣品采集

在馬鈴薯收獲時采集土樣：以壟中心為0點，沿水平方向0、15、30 cm取3個點，再從這3個點取0～60 cm土樣，每10 cm為一層，共18個樣點。

1.4 測定項目及方法

1.4.1 馬鈴薯需水量 馬鈴薯需水量等于參考作物需水量乘以馬鈴薯作物系數(shù)。馬鈴薯全生育期內(nèi)Kc：幼苗期取0.5，塊莖形成期取0.65，塊莖增大期取1.15，淀粉積累期取1.15，成熟期取0.75[25]。試驗地內(nèi)設(shè)有自動氣象站，ET0通過氣象站的各參數(shù)計算得出。

式中，T為空氣平均溫度，G是土壤熱通量，ea是空氣實際水汽壓，u2為地面以上2 m 高處的風(fēng)速，Rn是地表凈輻射，γ 是溫度計常數(shù)，es是空氣飽和水氣壓，Δ為飽和水氣壓與溫度關(guān)系曲線的斜率。

1.4.2 土壤養(yǎng)分含量 土樣經(jīng)風(fēng)干磨細(xì)后，過0.85 mm 篩，用于測定硝態(tài)氮、有效磷、速效鉀含量。其中，硝態(tài)氮含量采用紫外分光光度計法測定，有效磷含量采用鉬藍(lán)比色法測定，速效鉀含量采用火焰光度法測定[26]。

1.4.3 產(chǎn)量和水分利用效率 在馬鈴薯成熟期，各小區(qū)隨機(jī)選擇5株，測定其單株結(jié)薯質(zhì)量和結(jié)薯數(shù)，進(jìn)而計算各小區(qū)產(chǎn)量，并計算水分利用效率，其公式[27]如下：

式中：WUE為水分利用效率，SWSHA為收獲后土壤貯水量，Yd為馬鈴薯產(chǎn)量，ET為耗水量，SWSBF為播種前土壤貯水量，P為播種后至收獲前各處理的滴灌總量。

1.5 數(shù)據(jù)分析

利用Excel 2010 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，采用SPSS 20.0進(jìn)行單因素方差分析，使用Sigmaplot 14進(jìn)行制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 滴灌施肥對馬鈴薯根層土壤硝態(tài)氮、有效磷和速效鉀含量的影響

2.1.1 硝態(tài)氮含量 由圖1 可知，2 次試驗大部分處理的0～20 cm土層硝態(tài)氮含量高于30～60 cm土層。對于0～60 cm 土層硝態(tài)氮含量平均值，第一次試驗以W3F1 處理最高，較CK 提高166.03%，W1F3處理次之；第二次試驗，以W1F3 處理最高，顯著高于其他處理（除W1F2、CK 和W3F1 處理），較CK 提高39.3%。第一次試驗，在0～60 cm 土層中，W3F1處理10～20 cm 土層土壤硝態(tài)氮含量最高，為76.25 mg/kg，0～10 cm 土層次之；第二次試驗，在0～60 cm 土層中，W1F3 處理0～10 cm 硝態(tài)氮含量最高，為84.42 mg/kg，10～20 cm 土層次之。對于2 次試驗平均值，在F1 處理下，土壤硝態(tài)氮含量隨滴灌量的增加而降低；在F2 和F3 處理下，土壤硝態(tài)氮含量隨滴灌量的增加而增加。對于2 次試驗平均值，在W1和W2處理下，土壤硝態(tài)氮含量隨施肥量的增加而降低；在W3處理下，土壤硝態(tài)氮含量隨施肥量的增加先降低后增加。

2.1.2 有效磷含量 由圖2 可知，2 次試驗中大部分處理0～20 cm土層有效磷含量高于30～60 cm土層。對于0～60 cm 土層有效磷含量平均值，第一次試驗，W1F3 處理顯著高于其他處理，較CK 提高105.60%；第二次試驗，W1F3 處理顯著高于其他處理，較CK 提高34.99%。2 次試驗下，在0～60 cm 土層中，W1F3 處理0～10 cm 土層土壤有效磷含量均最高，第一次為66.1 mg/kg，第二次為70.9 mg/kg。對于2 次試驗平均值，在F1 和F2 處理下，土壤有效磷含量隨滴灌量的增加而降低；在F3 處理下，土壤有效磷含量隨滴灌量的增加而增加。對于2次試驗平均值，在W1 和W3 處理下，土壤有效磷含量隨施肥量的增加先降后增；在W2處理下，土壤有效磷含量隨施肥量的增加而降低。

2.1.3 速效鉀含量 由圖3 可知，2 次試驗中大部分處理的0～20 cm 土層速效鉀含量高于30～60 cm土層。對于0～60 cm 土層有效磷含量平均值，2 次試驗均以W1F3處理最高，顯著高于其他處理，第一次試驗較CK 提高96.67%，第二次試驗較CK 提高50.14%。對于2 次試驗，在0～60 cm 土層中，均以W1F3 處理0～10 cm 土層速效鉀含量最高，第一次為244.0 mg/kg，第二次為204.3 mg/kg。第一次試驗，CK土壤速效鉀含量高于W1F1和W3F2處理，低于其他處理；第二次試驗，CK 土壤有效磷含量高于其他處理（除W2F3 和W1F3 處理）。對于2 次試驗平均值，在F1 和F2 處理下，土壤速效鉀含量隨滴灌量增加先增后降；在F3 處理下，土壤速效鉀含量隨滴灌量增加而增加。對于2 次試驗平均值，在W1處理下，土壤速效鉀含量隨施肥量增加而降低；在W2和W3處理下，土壤速效鉀含量隨施肥量增加先降低后增加。

2.2 滴灌施肥對馬鈴薯產(chǎn)量和水分利用效率的影響

由圖4 可知，第一次試驗中，W2F2 處理馬鈴薯產(chǎn)量最高，為21 292 kg/hm2，W1F1 處理次之，為16 348 kg/hm2，兩者差異不顯著，但均顯著高于其他處理，分別較CK 提高126.9%和74.2%。第二次試驗中，W1F1 處理馬鈴薯產(chǎn)量最高，為35 979 kg/hm2，顯著高于CK 和W1F2 處理，與其他處理差異不顯著，較CK 提高183.3%；W1F3 處理次之，為34 500 kg/hm2，較CK 顯著提高172.1%。對于2 次試驗平均值，馬鈴薯產(chǎn)量最高的是W1F1 處理，為26 164 kg/hm2，較CK 提高136.98%。對于2 次試驗平均值，在F1 處理下，馬鈴薯產(chǎn)量隨滴灌量增加而增加；在F2 處理下，馬鈴薯產(chǎn)量隨滴灌量增加先增加后降低；在F3 處理下，馬鈴薯產(chǎn)量隨滴灌量增加先降低后增加。對于2 次試驗平均值，在W1 處理下，馬鈴薯產(chǎn)量隨施肥量先降低后增加；在W2 和W3 處理下，馬鈴薯產(chǎn)量隨施肥量增加先增加后降低。

由圖4 可知，第一次試驗中W2F2 處理馬鈴薯水分利用效率最高，為75.4 kg/(hm2·mm)，較CK顯著提高102.1%。第二次試驗中，馬鈴薯水分利用效率最高的是W1F1 處理，為180.5 kg/(hm2·mm)，較CK顯著提高247.8%。對于2 次試驗平均值，馬鈴薯水分利用效率最高的是W1F1 處理，為113.1 kg/(hm2·mm)，較CK 提高153.5%。對于2 次試驗平均值，在F1 處理下，馬鈴薯水分利用效率隨滴灌量的增加而增加；在F2 處理下，馬鈴薯水分利用效率隨滴灌量的增加先增加后降低；在F3 處理下，馬鈴薯水分利用效率隨滴灌量的增加先降低后增加。對于2 次試驗平均值，在W1 處理下，馬鈴薯水分利用效率隨施肥量的增加先降低后增加；在W2處理下，馬鈴薯水分利用效率隨施肥量的增加而增加；在W3 處理下，馬鈴薯水分利用效率隨施肥量的增加先增加后降低。

3 結(jié)論與討論

土壤氮含量是土壤肥力的重要指標(biāo)之一，與氮肥施用量呈正相關(guān)[28]；土壤磷含量是表征土壤供磷能力、確定磷肥用量、農(nóng)業(yè)磷環(huán)境風(fēng)險評價的重要指標(biāo)[29]；土壤速效鉀含量是衡量土壤鉀素供應(yīng)能力的重要指標(biāo)之一。在馬鈴薯生長過程中，在低氮處理下，作物對氮需求量大，氮肥利用效率也相應(yīng)提高；當(dāng)作物對氮的需求量達(dá)到飽和后，過量的氮肥會造成資源浪費(fèi)，降低氮肥利用效率，還會抑制作物生長[30]。合理的水肥調(diào)控可以提高氮肥利用效率，進(jìn)而提高作物的產(chǎn)量與品質(zhì)[31]。磷肥的施用可增強(qiáng)氮肥的增產(chǎn)效應(yīng)，合理施用磷肥可促進(jìn)馬鈴薯根系尤其是側(cè)根的發(fā)育、植株地上部的生長、塊莖的成熟，增加塊莖中淀粉含量，提高淀粉品質(zhì)[32]。鉀可以提高馬鈴薯植株光合作用效率，促進(jìn)光合產(chǎn)物的合成與運(yùn)輸，可使莖部結(jié)實、植株健壯、葉片變厚，增強(qiáng)對病害和低溫的抵抗能力；在馬鈴薯生育后期，追施鉀肥可提高葉片光合強(qiáng)度及葉綠素含量，從而延緩衰老速度，延長生育期，進(jìn)而提高馬鈴薯產(chǎn)量[33?34]。氮、磷、鉀是植株生長過程中必需的營養(yǎng)元素，對馬鈴薯的生長發(fā)育和產(chǎn)量均有非常重要的作用，適宜的氮、磷、鉀施用量既可以節(jié)省成本又可以達(dá)到增產(chǎn)增效的效果[35]；過量的養(yǎng)分供應(yīng)會使植株吸收過多，可能會提升作物產(chǎn)量，但卻大大降低生產(chǎn)效益，對環(huán)境也會造成一定的威脅。本研究結(jié)果表明，對于2 次試驗平均值，W1F3 處理0～60 cm 土層的硝態(tài)氮、有效磷和速效鉀含量均最高，分別較CK 提高72.72%、58.00%和69.33%，W1F1 處理最低，說明W1F1 處理的土壤養(yǎng)分大部分已被馬鈴薯植株吸收利用。

本研究結(jié)果表明，第一次試驗中，W2F2 處理馬鈴薯產(chǎn)量最高，為21 292 kg/hm2；第二次試驗中，W1F1 處理馬鈴薯產(chǎn)量最高，為35 979 kg/hm2；對于2 次試驗平均值，馬鈴薯產(chǎn)量最高的是W1F1 處理，為26 164 kg/hm2，較CK 提高136.98%。對于2 次試驗平均值，馬鈴薯水分利用效率最高的是W1F1 處理，為113.1 kg/(hm2·mm)，較CK 提高153.5%。在同一施肥水平下，馬鈴薯水分利用效率總體表現(xiàn)為W2＞W(wǎng)3＞W(wǎng)1；在同一滴灌水平下，水分利用效率總體表現(xiàn)為F1＞F2＞F3。對于2 次試驗平均值，高水高肥處理馬鈴薯水分利用效率最高，中水高肥和中水中肥處理馬鈴薯水分利用效率較高，高水中肥或中水低肥處理馬鈴薯水分利用效率較低，這與何華等[36]研究結(jié)果相似。

綜合考慮，馬鈴薯滴灌施肥的最佳用量組合為W1F1。