水肥一體化條件下馬鈴薯鉀肥的合理施用

華玉晨，范書華，董清山，解國慶，王 艷，趙云彤，張麗微

（黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院牡丹江分院，黑龍江 牡丹江 157000）

馬鈴薯（Solanum tuberosum L.）屬茄科茄屬作物，原產(chǎn)于南美洲安第斯山區(qū)[1]，是世界上僅次于水稻、小麥和玉米的第四大糧食作物。中國有400 多年的馬鈴薯種植歷史，目前是世界上最大的馬鈴薯生產(chǎn)國[2]。中國政府決定在2015 年將馬鈴薯作為主食，推廣馬鈴薯作為主食可以顯著提高維生素C、鉀、蛋白質(zhì)和膳食纖維攝入量，改善中國居民的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)[3]。與玉米、水稻和小麥淀粉相比，馬鈴薯塊莖中的淀粉具有糊化溫度較低，透明度和粘度較高的特點[4]，因此，馬鈴薯淀粉在食品工業(yè)中是一種優(yōu)良的原料或食品添加劑。

黑龍江省是中國馬鈴薯主要生產(chǎn)區(qū)之一，馬鈴薯年種植面積約20 萬hm2[5]。在作物的生長發(fā)育過程中，人為可控制的最大影響因素是水分與養(yǎng)分[6]。傳統(tǒng)的栽培種植模式過于粗放，大部分農(nóng)戶由于灌溉與肥料施用不合理[7]，造成了水資源的巨大浪費[8]，破壞土壤結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致土壤酸化板結(jié)，甚至造成環(huán)境污染[9]，嚴(yán)重制約了馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。水肥一體化是利用管道灌溉系統(tǒng)，將肥料溶解在水中，同時進(jìn)行灌溉與施肥，以小流量、均勻準(zhǔn)確地補充給作物根系的土壤，使其附近的土壤經(jīng)常保持滿足農(nóng)作物對水分和養(yǎng)分的需求，實現(xiàn)水肥同步管理和高效利用的節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)[10]。目前，大壟膜下滴灌水肥一體化栽培模式作為新技術(shù)得到廣泛的推廣并且被農(nóng)民所認(rèn)可，此種技術(shù)具有節(jié)水、節(jié)肥、高產(chǎn)、高效等優(yōu)勢特點[11]，該技術(shù)可實現(xiàn)馬鈴薯所需水分與養(yǎng)分時間和空間上的耦合。

合理的滴灌施肥方式可以提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。鉀素主要儲存于植物體細(xì)胞液中，在植物體的生長發(fā)育過程中起關(guān)鍵性作用，進(jìn)而影響著植物的生理生化及物質(zhì)生產(chǎn)過程[12]。鉀元素是直接影響馬鈴薯塊莖產(chǎn)量和品質(zhì)的主要因素之一，是馬鈴薯必需的營養(yǎng)元素。因此，本試驗研究了在水肥一體化條件下，不同鉀肥的施入對馬鈴薯產(chǎn)量的影響，為科學(xué)的鉀肥供給提供理論基礎(chǔ)與試驗依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗田位于黑龍江省牡丹江市溫春鎮(zhèn)黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院牡丹江分院試驗地（N 44.60°，E 129.58°），該地區(qū)屬于中緯度溫帶大陸性季風(fēng)氣候，海拔250.6 m，年平均氣溫5.0℃，年平均降雨量500～600 mm，主要集中在6～8 月，以旱田耕作作為主要栽培方式，年平均日照總時長2 295.1 h，無霜期141 d，年平均蒸發(fā)總量1 262.3 mm，年平均相對濕度66%，平均活動積溫2 300～2 500℃，屬于第二、第三積溫帶。土壤類型為草甸土，質(zhì)地為壤質(zhì)黏土，田間持水量為25.5%，飽和土壤含水量平均為37.2%，容重1.36 g/cm3，前茬作物為大豆，試驗田土壤理化性質(zhì)見表1。秋季深翻，水源為江水，電力驅(qū)動。

表1 供試土壤的理化性質(zhì)Table 1 Physical and chemical properties of tested soil

1.2 試驗材料

馬鈴薯選擇當(dāng)?shù)刂髟云贩N‘尤金’[13]，種薯級別為原種。氮肥選用尿素（N 46%），磷肥選用重過磷酸鈣（P2O545%），鉀肥選用氯化鉀（K2O 60%）。

1.3 試驗方法

1.3.1 試驗設(shè)計

試驗于2021 年4～9 月進(jìn)行，應(yīng)用膜下滴灌水肥一體化栽培方式，壟距0.8 m，株距0.25 m，滴頭間距0.2 m，流速1～2 L/h。鉀肥施入量設(shè)5 個處理（表2）。每個小區(qū)9 行，行長5 m，小區(qū)面積36 m2，隨機區(qū)組排列，3 次重復(fù)?；瘜W(xué)肥料分為種肥和追肥2 種方式施入，追肥方式為滴灌追肥。氮肥20%作基肥，80%作追肥；磷肥70%作基肥，30%作追肥；鉀肥50%作基肥，50%作追肥。分5 次滴灌。6 月8 日進(jìn)行第1 次追肥，氮肥施用20%，磷肥施用10%，鉀肥施用5%；6 月18 日進(jìn)行第2 次追肥，氮肥施用20%，磷肥施用5%，鉀肥施用5%；6 月28 日進(jìn)行第3 次追肥，氮肥施用20%，磷肥施用5%，鉀肥施用10%；7月8 日進(jìn)行第4 次追肥，氮肥施用10%，磷肥施用5%，鉀肥施用15%；7 月18 日進(jìn)行第5 次追肥，氮肥施用10%，磷肥施用5%，鉀肥施用15%。2021 年 4 月 25 日 播 種 ，2021 年 9 月 15 日收獲。

表2 不同處理肥料用量Table 2 Fertilization rates of different treatments

1.3.2 調(diào)查項目及方法

收獲時，各處理按照小區(qū)實收面積（36 m2）測定商品薯重（按照薯塊分級標(biāo)準(zhǔn)，單個薯塊≥75 g為商品薯）、小薯重、單株結(jié)薯數(shù)、單株結(jié)薯重，每小區(qū)采取全區(qū)測產(chǎn)獲得產(chǎn)量，同時計算商品薯率及鉀肥利用率。

商品薯率（%）=（小區(qū)商品薯塊重量/小區(qū)總計薯塊重量）× 100

塊莖鉀肥利用率（%）=（施鉀處理養(yǎng)分含量×單位面積塊莖重量- 不施鉀處理養(yǎng)分含量× 單位面積塊莖重量）/單位面積施鉀量× 100

運用比重法對馬鈴薯塊莖中干物質(zhì)與淀粉含量進(jìn)行測定。

1.4 試驗期間氣象數(shù)據(jù)

試驗期間具體氣象數(shù)據(jù)見表3。

表3 2021年牡丹江市氣象數(shù)據(jù)Table 3 Meteorological data of Mudanjiang City in 2021

1.5 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2010 進(jìn)行數(shù)據(jù)初步整理，SPSS 12.0 對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理下馬鈴薯商品薯重、小薯重及商品薯率

薯形、商品薯率和顏色是商品薯確保高收益的3 個因素。薯形和顏色都是依靠馬鈴薯的品種來決定的，而商品薯率則可通過田間管理來提高。對不同試驗處理全區(qū)測定商品薯重、小薯重及商品薯率。商品薯重最高的為K2 處理，其商品薯重為 195.33 kg/36m2，且 K2 與 K0、K4 處理下的商品薯重存在顯著差異。小薯重最高為K4處理，其小薯重為21.77 kg/36m2，但5 個處理小薯重沒有顯著差異。同時，K2 處理下的商品薯率最高為90.98%，K0 處理下的商品薯率最低，且5個處理下商品薯率沒有顯著差異（表4）。

表4 不同鉀肥施用量對馬鈴薯商品性狀的影響Table 4 Effects of different potassium fertilizer application rates on marketable characters of potato

2.2 不同處理下馬鈴薯單株結(jié)薯數(shù)與結(jié)薯重

隨鉀肥用量的增加，馬鈴薯單株結(jié)薯數(shù)、單株結(jié)薯重均呈現(xiàn)先升高再下降的趨勢。其中K2處理鉀肥用量為180 kg/hm2時，單株結(jié)薯數(shù)與單株結(jié)薯重達(dá)到了最大值，分別為11 個和1.57 kg，K2 處理下的單株結(jié)薯數(shù)與K0 處理下的單株結(jié)薯數(shù)存在顯著差異，K2、K3 處理下的單株結(jié)薯重與K0 處理下的單株結(jié)薯重存在顯著差異（表5）。說明在水肥一體化的條件下，鉀肥的用量對馬鈴薯的單株結(jié)薯數(shù)與單株結(jié)薯重有顯著影響。

表5 不同鉀肥施用量下馬鈴薯單株結(jié)薯數(shù)及單株結(jié)薯重Table 5 Tuber number per plant and tuber weight per plant under different potassium fertilizer application rates

2.3 不同處理下馬鈴薯干物質(zhì)與淀粉含量

隨鉀肥用量的增加，馬鈴薯干物質(zhì)含量與淀粉含量均呈現(xiàn)先升高再下降的趨勢。在其K2 處理鉀肥用量為180 kg/hm2時，馬鈴薯干物質(zhì)含量與淀粉含量達(dá)到了最大值，分別為15.30%與9.49%（表6）。

表6 不同鉀肥施用量下馬鈴薯干物質(zhì)含量及淀粉含量Table 6 Dry matter and starch content of potato under different potassium fertilizer application rates

2.4 不同處理下馬鈴薯產(chǎn)量

隨著施鉀量的提高，馬鈴薯產(chǎn)量呈現(xiàn)先增加再降低的趨勢，K2處理的產(chǎn)量達(dá)到最高為59 620 kg/hm2，較K0 處理增產(chǎn)23.11%，K2、K3 處理與K0、K4處理存在顯著差異，K1 處理與K0 處理存在顯著差異（表7）。說明在水肥一體化的條件下，鉀肥用量對馬鈴薯產(chǎn)量有顯著的影響。

表7 不同鉀肥施用量下馬鈴薯產(chǎn)量Table 7 Yields of potatoes under different potassium fertilizer application rates

構(gòu)建一元二次施肥模型，在氮、磷二水平基礎(chǔ)上分析不同鉀肥施用水平的效應(yīng)，以計算最佳（經(jīng)濟）施鉀量和最大施鉀量。經(jīng)擬合計算分析，并作散點圖1，得到馬鈴薯產(chǎn)量（y）與施鉀量（x）的回歸方程：y = -0.284 9x2+ 114.13x + 48 328（R2= 0.998 7）。

圖1 馬鈴薯鉀肥用量與產(chǎn)量的相關(guān)性Figure 1 Correlation between potassium fertilizer application rate and potato yield

此為一元二次方程，a = -0.284 9，拋物線開口向下，故方程有極大值，用極值求解方法計算得理論鉀肥最高施肥量為200.30 kg/hm2，理論最高產(chǎn)為59 758 kg/hm2。K0 處理下馬鈴薯塊莖鉀積累總量為594.223 kg/hm2。K1 處理下馬鈴薯塊莖鉀積累總量為614.412 kg/hm2，鉀肥利用率為22.43%。K2 處理下馬鈴薯塊莖鉀積累總量為678.606 kg/hm2，鉀肥利用率為46.88%。K3 處理下馬鈴薯塊莖鉀積累總量為668.796 kg/hm2，鉀肥利用率為41.43%。K4 處理下馬鈴薯塊莖鉀積累 總 量 為 636.250 kg/hm2， 鉀 肥 利 用 率 為17.51%。本研究發(fā)現(xiàn)，K2 處理下的馬鈴薯塊莖中鉀積累最多，利用率最高。

3 討 論

馬鈴薯生長發(fā)育需求較多的鉀元素被劃為典型的喜鉀作物[14]。對于馬鈴薯鉀素的營養(yǎng)規(guī)律，目前認(rèn)為，馬鈴薯對鉀素（K2O）的吸收速率呈雙峰曲線變化，峰值分別出現(xiàn)在塊莖增長初期和淀粉積累期，且以淀粉積累期的吸收速率為最高，這與塊莖的生育代謝規(guī)律基本一致[15]。傳統(tǒng)觀念認(rèn)為，馬鈴薯是“喜鉀忌氯”作物，即施用硫酸鉀比氯化鉀更有利于馬鈴薯生長[16]。但有研究表明，馬鈴薯的生長發(fā)育對氯元素的含量并沒顯著差異，可以用氯化鉀替代硫酸鉀施肥，而不會降低塊莖產(chǎn)量或塊莖品質(zhì)。本試驗是在氯化鉀處理下，測定不同形態(tài)指標(biāo)。

目前，在水肥一體化條件下，過于注重研究技術(shù)規(guī)范和應(yīng)用要點，對馬鈴薯肥料的施用研究尚且較少，只有部分研究表明，水肥一體化生產(chǎn)中增加生物有機肥與微量元素肥料的施入可提高馬鈴薯產(chǎn)量和品質(zhì)[17]。本研究提供了馬鈴薯在水肥一體化生產(chǎn)中鉀肥合理應(yīng)用的理論依據(jù)。

研究結(jié)果表明，隨著鉀肥施入量的不斷增加，商品薯重、單株結(jié)薯數(shù)、單株薯重，呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，這與前人所得結(jié)論是一致的[18]，但小薯重與商品薯率隨著鉀肥的施入并沒有顯著差異。本研究發(fā)現(xiàn)，在水肥一體化的條件下，當(dāng)鉀肥施用量為180 kg/hm2時，產(chǎn)量為59 620 kg/hm2，塊莖鉀肥利用率為46.88%。用極值求解方法計算得鉀肥最高施肥量為200.30 kg/hm2，理論最高產(chǎn)為59 758 kg/hm2。但從全國來看，由于各地方適宜品種類型、區(qū)域氣候條件、土壤理化性質(zhì)等因素存在極大的差異，所得出的適宜鉀肥施入量也有著極大的不同。在山東地區(qū)的最佳鉀肥施用量為198.9 kg/hm2[19]，在內(nèi)蒙古地區(qū)的最佳鉀肥施用量為150 kg/hm2[20]，在湖北地區(qū)最佳鉀肥施用量為270 kg/hm2[21]。所以本研究發(fā)現(xiàn)，在鉀肥施用上東北地區(qū)的施入并沒有低于其他地區(qū)的鉀肥施入。這與徐亞新等[22]發(fā)現(xiàn)的鉀肥用量平均值以東南地區(qū)最高，其次為西南、華北，然后為長江中下游、東北，西北最低有所不同。本研究發(fā)現(xiàn)，隨著鉀肥施入量的不斷增加產(chǎn)量與淀粉含量，呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，在馬鈴薯產(chǎn)量最高時淀粉含量最高，這與前人所得結(jié)論是一致的[21,23]，但與尚文艷等[24]馬鈴薯淀粉含量隨鉀肥施用量的增加而增加的結(jié)果不一致。目前，針對水肥一體化的肥料的施入研究有限，前人研究發(fā)現(xiàn)，氮肥施用量為189.24 kg/hm2時，馬鈴薯產(chǎn)量達(dá)到最大值，這為馬鈴薯在水肥一體化膜下滴灌馬鈴薯適宜的氮肥用量提供了理論基礎(chǔ)[5]，本研究的發(fā)現(xiàn)為馬鈴薯在水肥一體化膜下滴灌馬鈴薯適宜的鉀肥用量提供了理論基礎(chǔ)。

研究發(fā)現(xiàn)隨著鉀肥施入量的不斷增加，商品薯重、單株結(jié)薯數(shù)、單株薯重，呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，鉀肥施用量在180 kg/hm2時，馬鈴薯的產(chǎn)量達(dá)到最高值為59 620 kg/hm2，增產(chǎn)23.11%。塊莖鉀肥利用率為46.88%。產(chǎn)量最高時，馬鈴薯的干物質(zhì)含量與淀粉含量最高，運用一元二次方程模型推算出，鉀肥最高施肥量為200.30 kg/hm2，理論最高產(chǎn)59 758 kg/hm2。本研究建立通用的施肥模型，制定合理的肥料調(diào)控方案，完善了技術(shù)服務(wù)體系。