黨學立,王 雯，白盼盼，張 雄

(1.榆林學院 生命科學學院，陜西 榆林 719000; 2.新疆農(nóng)業(yè)大學 農(nóng)學院，新疆 烏魯木齊 830052)

陜北沙區(qū)地處毛烏素沙漠邊緣，屬干旱半干旱地區(qū)。該地區(qū)光熱充足、地勢平坦、排灌方便、土質(zhì)疏松透氣，是我國馬鈴薯的適生區(qū)之一，馬鈴薯常年種植面積20萬hm2，占當?shù)丶Z食種植總面積的35%，全省馬鈴薯種植總面積的60%[1]。馬鈴薯生長發(fā)育過程中需水需肥量較大[2,3]，長期以來“大水漫灌”等粗放的灌溉模式，導(dǎo)致該地區(qū)水肥利用效率低下，浪費嚴重，加劇了水資源短缺的矛盾。大量研究表明，與傳統(tǒng)灌溉方式相比，滴灌技術(shù)的節(jié)水、增效、增產(chǎn)效果明顯[4]。近年來，陜北沙區(qū)的滴灌馬鈴薯面積逐年增大，但是滴灌的灌水量和施肥量多靠經(jīng)驗判斷，尚未形成科學合理的水肥耦合模式。目前，作物滴灌水肥一體化技術(shù)的研究報道常見于玉米[5]，大豆[6]，小麥[7]等作物。研究顯示，在灌水量一定的條件下，光合速率隨著施肥量的增加先降低后升高[8]。番茄[9]和馬鈴薯[10]的產(chǎn)量隨灌溉量和施肥量的增加而增加，但超過一定范圍后產(chǎn)量呈降低趨勢。陜北沙區(qū)滴灌條件下的水肥一體化技術(shù)對馬鈴薯產(chǎn)量的影響少見報道，不同水肥組合對該地區(qū)馬鈴薯產(chǎn)量的影響尚不明確，鑒于此，在滴灌條件下，明確不同水肥耦合模式對馬鈴薯光合速率及產(chǎn)量的影響，篩選出有利于提高馬鈴薯產(chǎn)量的水肥耦合模式，對于構(gòu)建陜北地區(qū)馬鈴薯高產(chǎn)高效栽培技術(shù)體系，助推區(qū)域農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有理論和實際意義。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2018年4-10月在國家級榆林現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技示范園進行，馬鈴薯紫花白品種為供試品種。試驗地位于榆林市牛家梁鎮(zhèn)榆卜界村(109°43′ E，38°23′ N)，該區(qū)域?qū)儆诟珊蛋敫珊荡箨懶约撅L氣候，年平均降水量為371 mm，蒸發(fā)量為1 900 mm，年日照時數(shù)是2 900 h，年總輻射量606.7×107J· m-2，年均氣溫8.6℃，≥10積溫3 000～3 300 ℃，無霜期為167 d。該區(qū)域的光照充沛，地勢平坦且地下水位較高，便于灌溉，土壤是風沙土，肥力水平中等。供試土壤pH值8.1，有機質(zhì)含量7.85 g·kg-1，全氮含量0.36 g·kg-1，堿解氮含量48.90 mg·kg-1，有效磷含量13.95 mg·kg-1，速效鉀含量87 mg·kg-1。

1.2 試驗設(shè)計

試驗包括4個因素(灌水量，純施氮量，純施磷量，純施鉀量)，采用飽和D-416-A最優(yōu)設(shè)計，設(shè)置16個處理(表1)，3個重復(fù)。小區(qū)面積18 m2(3.6 m×5 m)，小區(qū)間設(shè)置0.5 m隔離帶。采用壟作栽培技術(shù)，壟高30 cm，壟距90 cm，株距22 cm，密度約3 500株·667 m-2，播種深度為8～10 cm，種植模式為1帶1行，滴灌帶均放置在壟上作物旁(采用內(nèi)鑲貼片式滴灌帶，滴頭間距30 cm，滴頭流量1.38 L·h-1)。用水表控制灌水量。肥料30%作基肥(尿素，磷酸二銨，硫酸鉀)，70%為追肥(專用滴灌水溶肥)，在馬鈴薯塊莖形成期到淀粉積累期隨水追肥。不同處理的灌溉量和施肥量如表1所示。

1.3 測定指標及方法

凈光合速率(Pn)通過LI-6400便攜式光合測定儀觀測并記錄數(shù)據(jù)，每次在晴天 9:00-11:00 光照充足且固定的時間段測定，每小區(qū)選3株，在馬鈴薯倒三葉部位進行測定，結(jié)果取其平均值。葉片水分利用效率(WUE)的計算公式為：WUE=Pn/Tr。

每個小區(qū)隨機選取10株進行產(chǎn)量指標測定，統(tǒng)計馬鈴薯單株塊莖質(zhì)量和個數(shù)分級(小薯：小于50 g；中薯：50～150 g； 大薯：大于150 g；單株薯重=大薯重+中薯重+小薯重，商品薯率=大薯個數(shù)/單株薯數(shù))結(jié)果取平均值；小區(qū)產(chǎn)量采取實產(chǎn)實收，折算成每公頃的產(chǎn)量。水分生產(chǎn)率計算公式如公式1所示。

WUEc=Y/(M+P+D+△W)

(公式1)

式中，WUEc為水分生產(chǎn)率(kg·m-3)；Y為單位面積產(chǎn)量(kg·hm-2)；M為全生育期灌水量(m3·hm-2)；P為生育期內(nèi)有效降水量(m3·hm-2)；D 為生育期內(nèi)地下水補給量(m3·hm-2)；△W為生育期始末土壤含水量的差值(m3·hm-2)。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

研究采用SPSS 19.0軟件進行數(shù)據(jù)分析，光合指標和產(chǎn)量采用單因素方差分析，平均數(shù)間的多重比較采用Duncan多重檢驗法(P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同水肥組合對馬鈴薯凈光合速率的影響

如表2所示，在馬鈴薯全生育期T10和T5處理的凈光合速率較其他處理高2.95%～192.47%，T10處理的凈光合速率略高于T5處理1.85%～10.34%，二者無顯著差異。在苗期，T10和T5處理的凈光合速率在苗期顯著高于其他處理(除T16和T4處理外)14.24%～109.64%(P<0.05)；在塊莖形成期，顯著高于其他處理(除T16處理外)10.24%～83.15%(P<0.05)；在塊莖膨大期-淀粉積累期，較其他處理(除T4和T16處理外)顯著高10.01%～84.34%(P<0.05)；在成熟期，較其他處理(除T4、T14和T16處理外)顯著高19.57%～192.47%(P<0.05)。

表2 不同水肥處理下馬鈴薯葉片凈光合速率的變化

2.2 不同水肥組合對馬鈴薯葉片水分利用效率的影響

如表3所示，在苗期，T12處理的WUE最高，較T5和T10均顯著高約50.30%(P<0.05)，較T14高78.25%。在塊莖形成期，T10處理的WUE最高，較T5處理略高2.65%，差異不顯著；較T13和T4處理顯著高16.03%和48.77%(P<0.05)。塊莖膨大期，T12處理WUE最高，較T5和T10處理顯著高35.35%和38.62%(P<0.05)，較T9和T16顯著高16.18%和40.56%(P<0.05)。在淀粉積累期，以T6處理WUE最高，較T8、T11和T12分別高63.90%、77.38%和84.00%，差異顯著(P<0.05)，與其他處理間均無顯著差異。成熟期，以T11處理WUE最高，較T5處理高23.79%，差異不顯著；較T10處理顯著高34.82%(P<0.05)；較T9和T1處理顯著高31.10%和52.05%(P<0.05)。

表3 不同水肥處理馬下鈴薯葉片水分利用效率(WUE)的變化

2.3 不同水肥組合對馬鈴薯產(chǎn)量指標和水分生產(chǎn)率的影響

由表4可知，馬鈴薯單株薯重表現(xiàn)為：T10>T5>T16>T4>T3>T13>T2>T15>T8> T14> T9>T11>T6=T1>T7>T12。其中，T10和T5處理的單株薯重顯著高于其他處理(除T16和T4處理外)23.90%～362.62%(P<0.05)，T6、T1、T7、和T12處理的單株薯重較其他處理低0.25～3.88 kg。大薯重量和單株薯重量表現(xiàn)基本一致，T10和T5處理的大薯重顯著高于其他處理(除T16處理外)7.14%～875.00%(P<0.05)，T12處理的大薯重量最低，為 0.48 kg。T5處理的商品薯率最高(84.62%)，較T10處理略高4.15%，顯著高于其他處理7.70%～111.55%(P<0.05)。不同處理下馬鈴薯產(chǎn)量表現(xiàn)為T10>T5>T16>T4>T14>T2>T15>T3>T13> T1>T9>T6>T8>T11>T7>T12；T10和T5處理的產(chǎn)量顯著高于其他處理(T16處理除外)7.89%～99.84%(P<0.05)，T10處理的馬鈴薯產(chǎn)量略高于T5和T16處理2.55%和5.30%，T12處理的產(chǎn)量顯著低于其他處理13.22%～99.84%(P<0.05)。

水分生產(chǎn)率是衡量灌溉水利用效率的重要指標。表4顯示，不同水肥耦合模式下的馬鈴薯水分生產(chǎn)率差異較大，表現(xiàn)為T5>T16>T3>T10>T14>T9>T2>T15>T4>T13>T1>T7> T12>T6>T8>T11，T5處理的馬鈴薯水分生產(chǎn)率最高(10.42 kg·m-3)，T11處理的馬鈴薯水分生產(chǎn)率最低(4.12 kg·m-3)。T5、T16、T3、T10和T14處理的馬鈴薯水分生產(chǎn)率分別較T11處理高152.91%、106.55%、103.16%、86.65%和86.41%。T5處理馬鈴薯水分生產(chǎn)率分別較T16、T3和T10和T14處理高22.44%、24.49%、35.50%和35.68%

表4 不同水肥處理下馬鈴薯產(chǎn)量指標及水分生產(chǎn)率的變化

3 討論與結(jié)論

在不同水肥耦合條件下，馬鈴薯葉片凈光合速率存在較大差異。灌水量(5 268.249 m3·hm-2)和施肥量(氮、磷、鉀施用量分別為290.119、290.119、167.449 kg·hm-2)較高的T10處理凈光合速率最高，其次為灌水量較小(3 131.751 m3·hm-2)和施肥量(氮、磷、鉀施用量分別為290.119、129.881、167.449 kg·hm-2)較高的T5處理，二者差異不顯著(P<0.05)。試驗中，在較高灌溉量(5 268.249 m3·hm-2)和較低灌溉量(3 131.751 m3·hm-2)條件下，較高的施肥水平均有利于提高馬鈴薯葉片的光合速率。王鐵良等[11]在對樹莓的研究中發(fā)現(xiàn)，較高的施肥量和灌水量有利于樹莓光合速率提高。研究顯示，在適宜的灌溉量下，適量增施肥料有利于其光合速率的提高，在適度的施肥條件下，較高的灌溉量也有利于光合作用的提高[12,13]，這與筆者研究結(jié)果相似。也有學者研究表明，灌水充足條件下，較高的施氮量有利于谷子凈光合速率的提高，但過量施氮會導(dǎo)致光合速率下降[14～16]；馬國成在寧夏旱區(qū)對馬鈴薯的研究中發(fā)現(xiàn)，單因素適量增施磷肥和鉀肥可有效提高馬鈴薯凈光合速率，但過多施磷肥和鉀肥會降低凈光合速率[12]。筆者研究也發(fā)現(xiàn)最高的氮肥(345 kg·hm-2)或者磷肥(345 kg·hm-2)用量，并沒有增強馬鈴薯葉片的光合能力。

在馬鈴薯產(chǎn)量指標中，馬鈴薯產(chǎn)量和商品薯率的變化趨勢相同。T10和T5處理的馬鈴薯產(chǎn)量和商品薯率均為最高，且T10和T5處理間的產(chǎn)量無顯著差異。杜培兵等發(fā)現(xiàn)在西北地區(qū)多元復(fù)合微肥對馬鈴薯產(chǎn)量和商品薯率增大呈正相關(guān)[17]，這與筆者試驗結(jié)果基本一致。筆者研究顯示，馬鈴薯產(chǎn)量隨灌水量和施肥量的增加呈先增加后降低趨勢，較高水平的施肥量，有助于增加馬鈴薯產(chǎn)量和品質(zhì)。特別是在灌水量處于較低水平時，適量的磷肥對馬鈴薯產(chǎn)量具有一定的影響。梁錦秀等[16]的研究也表明，適量施肥有助于增加馬鈴薯產(chǎn)量，然而過量施肥不能達到增產(chǎn)目的。筆者研究中，在較高水平灌溉量和中等水平灌溉量條件下，較高的施肥量有助于提高馬鈴薯產(chǎn)量，然而當施肥量達到最高時，馬鈴薯產(chǎn)量卻呈下降態(tài)勢。T5處理使用的灌水量較T10處理少40.55%，磷肥用量較T10處理低55.23%，馬鈴薯商品薯率較T10處理高3.37%，產(chǎn)量僅略低于T10處理2.49%。因此，T5處理的馬鈴薯水分生產(chǎn)率較T10處理高35.50%，灌溉水的利用效率更高。梁錦秀等[18]和馬慧娥[19]的研究也表明，與高水高肥相比，適宜的水肥配比，更有助于提高馬鈴薯的產(chǎn)量。研究表明，灌水量為3 131.751 m3·hm-2，純氮量為290.119 kg·hm-2，純磷量為129.881 kg·hm-2，純鉀量為167.449 kg·hm-2的水肥組合明顯節(jié)約灌溉用水和磷肥用量，有利于提高馬鈴薯的產(chǎn)量和商品薯率，可作為陜北沙區(qū)滴灌馬鈴薯水肥一體化技術(shù)中適宜的水肥耦合模式。筆者研究結(jié)果對于構(gòu)建陜北地區(qū)馬鈴薯綠色高產(chǎn)高效栽培技術(shù)體系提供理論和技術(shù)支持。此外，筆者研究只涉及到馬鈴薯紫花白品種，對于其他馬鈴薯品種未做深入研究，今后還應(yīng)繼續(xù)開展水肥耦合技術(shù)對不同馬鈴薯品種光合特性及產(chǎn)量影響的研究工作。.