南方冬種馬鈴薯水肥供應(yīng)模式研究

杜愛(ài)林，李伏生

（1.廣西大學(xué)農(nóng)學(xué)院，南寧530005；2.哈密市伊州區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，新疆哈密839000）

0 引 言

2016年農(nóng)業(yè)部啟動(dòng)了馬鈴薯（Solanum tuberosum L.）主糧化戰(zhàn)略，在不跟其他作物爭(zhēng)地的前提下，南方冬閑旱地已成為中國(guó)馬鈴薯主糧化發(fā)展的主戰(zhàn)場(chǎng)[1]。水肥供應(yīng)在馬鈴薯產(chǎn)量和品質(zhì)形成中有重要作用[2,3]，但有關(guān)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(duì)馬鈴薯產(chǎn)量有顯著影響。孫磊等[5]研究認(rèn)為，調(diào)整氮肥施用時(shí)期和追施比例，可以提高馬鈴薯商品薯產(chǎn)量。Alva[6]研究表明，根據(jù)各生育時(shí)期內(nèi)馬鈴薯的需肥特點(diǎn)進(jìn)行施肥可以提高馬鈴薯產(chǎn)量和商品薯率。結(jié)合灌水和施肥的滴灌施肥技術(shù)已顯示出許多優(yōu)點(diǎn)，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(jù)作物不同生育階段的營(yíng)養(yǎng)特點(diǎn)適時(shí)調(diào)控養(yǎng)分供應(yīng)的比例，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)和水肥高效利用目標(biāo)[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(chǎn)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(tǒng)灌溉的一種改進(jìn)方式，該技術(shù)是通過(guò)改變和調(diào)節(jié)作物根系區(qū)域的濕潤(rùn)方式，改善根系的吸收功能，同時(shí)達(dá)到不降低產(chǎn)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(shù)結(jié)合在我國(guó)南方馬鈴薯生產(chǎn)上未能大規(guī)模應(yīng)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(guò)田間試驗(yàn)，研究不同土壤水分和施肥方式對(duì)冬種馬鈴薯產(chǎn)量構(gòu)成、產(chǎn)量、品質(zhì)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(guó)南方地區(qū)冬種馬鈴薯生產(chǎn)提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)與材料

田間試驗(yàn)在廣西大學(xué)校內(nèi)試驗(yàn)基地移動(dòng)干旱棚（21 個(gè)小區(qū)）內(nèi)進(jìn)行，該移動(dòng)棚通風(fēng)、透光，可以保障作物生長(zhǎng)期間自然光照和溫度，可通過(guò)電控傳感器調(diào)節(jié)移動(dòng)棚的遮蔽或移開(kāi)，降雨時(shí)移動(dòng)棚遮蔽，非降雨時(shí)移開(kāi)。另移動(dòng)棚附近有3個(gè)小區(qū)接受自然降雨，沒(méi)有移動(dòng)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(jī)質(zhì)10.6 g/kg，全氮0.99 g/kg，堿解氮53.6 mg/kg（1 mol/L NaOH?堿解擴(kuò)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(jì)法），田間持水量（θf(wàn)）為30.5%（質(zhì)量百分?jǐn)?shù)），容重1.4 g/cm3。供試馬鈴薯品種為費(fèi)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(jī)質(zhì)14.3%，全氮0.76%，全磷0.85%，全鉀0.59%。整個(gè)試驗(yàn)期間總降雨量為126.5 mm，每次降雨量如圖1所示。

圖1 試驗(yàn)期間降雨量Fig.1 Rainfall during experimental period

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)土壤水分設(shè)WA處理（苗期60%～70%θf(wàn)，塊莖形成期70%～80%θf(wàn)，塊莖膨大期75%～85%θf(wàn)，淀粉積累期50%～60%θf(wàn)）和WB處理（苗期50%～60%θf(wàn)，塊莖形成期60%～70%θf(wàn)，塊莖膨大期70%～80%θf(wàn)，淀粉積累期40%～50%θf(wàn)）。以WR處理：以自然降雨加補(bǔ)充滴灌作對(duì)照（無(wú)移動(dòng)棚）。施肥方式設(shè)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(duì)照，且移動(dòng)棚內(nèi)試驗(yàn)小區(qū)不夠，因此試驗(yàn)為不完全方案設(shè)計(jì)，共8個(gè)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(gè)處理有3個(gè)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(gè)小區(qū)48株（合55 555 株/hm2）。

表1 田間試驗(yàn)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(shè)計(jì)要求配好肥料溶液，通過(guò)滴灌帶進(jìn)行灌水施肥，灌溉方法用交替滴灌(本次在植株其中一側(cè)土壤進(jìn)行灌水或灌水施肥，下次在植株另一側(cè)土壤進(jìn)行灌水或灌水施肥，如此交替進(jìn)行)。定苗后采用便攜式土壤水分測(cè)量?jī)x（TRIME?PICO?IPH TDR）觀測(cè)土壤含水量，確保各處理土壤水分在試驗(yàn)設(shè)定范圍內(nèi)。每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)都安裝有水表，用以記錄試驗(yàn)期間滴灌耗水量。

1.3 試驗(yàn)管理

田間試驗(yàn)于2017年11月4日，將牛糞施入試驗(yàn)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(gè)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(jù)各處理土壤水分測(cè)定情況進(jìn)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(yàn)各處理灌水量 mmTab.2 Irrigation amount of each treatment infield experiment

1.4 測(cè)定方法

馬鈴薯單株薯重和單株薯數(shù)采用以下公式進(jìn)行計(jì)算：

（大薯＞100 g，100 g＞中薯＞50 g，小薯＜50 g）

馬鈴薯耗水量（ET）計(jì)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(yàn)條件下，上移或下滲量較小，且試驗(yàn)地平坦，未見(jiàn)地表徑流的發(fā)生，所以D和R可以忽略不計(jì)，公式簡(jiǎn)化為：

馬鈴薯水分利用效率（WUE）采用如下公式計(jì)算[15]：

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

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

1.5 統(tǒng)計(jì)分析方法

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2016 和SPSS 20.0 軟件進(jìn)行分析，用Duncan 法對(duì)不同處理進(jìn)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(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量構(gòu)成和產(chǎn)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(shuō)明水肥協(xié)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(shuō)明交替滴灌較自然降雨加補(bǔ)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(shí)，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(duì)馬鈴薯產(chǎn)量構(gòu)成、產(chǎn)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(shù)提高29.6%～64.8%，說(shuō)明水肥協(xié)同管理也可以提高單株薯數(shù)。在NK100?0下，與WR處理相比，WA和WB處理單株薯數(shù)分別增加40.5%和29.6%，說(shuō)明交替滴灌較自然降雨加補(bǔ)充滴灌灌水可以提高單株薯數(shù)。NK70?30時(shí)，WA處理單株薯數(shù)較WB處理提高27.2%；NK50?50時(shí)，WA處理單株薯數(shù)與WB處理差異不顯著。WB下，與NK100?0相比，NK50?50處理單株薯數(shù)提高27.2%。

與M0 相比，M1～M7 處理馬鈴薯產(chǎn)量提高40.2%～64.1%，以M3 處理馬鈴薯產(chǎn)量最高，說(shuō)明水肥協(xié)同管理可以提高馬鈴薯產(chǎn)量。NK100?0下，與WR處理相比，WA和WB處理產(chǎn)量分別增加40.3%和41.7%，說(shuō)明交替滴灌較自然降雨加補(bǔ)充滴灌灌水可以提高馬鈴薯產(chǎn)量。與NK100?0相比，NK50?50處理在WA處理下產(chǎn)量提高17.0%，在WB處理下有所提高，但未達(dá)到顯著水平。在相同施肥方式下，不同土壤水分處理對(duì)馬鈴薯產(chǎn)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(duì)最高，但2處理間差異不顯著。NK50?50時(shí)，WA處理商品薯率與WB處理差異也不顯著。

2.2 不同處理對(duì)馬鈴薯品質(zhì)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(shuō)明水肥協(xié)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(shuō)明交替滴灌較自然降雨加補(bǔ)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(shí)，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(duì)馬鈴薯品質(zhì)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(duì)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(shuō)明水肥協(xié)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(shuō)明交替滴灌較自然降雨加補(bǔ)充滴灌提高粗蛋白含量。NK100?0和NK50?50時(shí)，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(shuō)明水肥協(xié)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(shuō)明交替滴灌較自然降雨加補(bǔ)充滴灌灌水顯著提高馬鈴薯還原糖含量。NK70?30和NK50?50時(shí)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(duì)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(duì)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(shí)，WB下較WA下WUE提高33.0%；NK70?30時(shí)，WB處理馬鈴薯WUE較WA處理提高27.2%；NK50?50時(shí)，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(duì)馬鈴薯WUE的影響差異不顯著。

圖3 不同處理對(duì)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(cāng)等[18]研究發(fā)現(xiàn)，滴灌施肥條件下，馬鈴薯產(chǎn)量隨著灌水量的增加而增加，而本試驗(yàn)NK70?30和NK50?50時(shí)，WA處理馬鈴薯產(chǎn)量較WB處理有提高的趨勢(shì)，但差異未達(dá)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(jié)薯肥）施用NPK 肥馬鈴薯產(chǎn)量提高1.4%～19.7%。Rens等[20]也報(bào)道，不同生育時(shí)期施用N肥比例對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量有顯著影響。另有研究表明，氮肥基追比30∶70 處理番茄產(chǎn)量最高[21]。本試驗(yàn)中，在相同土壤水分處理下，NK100?0處理馬鈴薯產(chǎn)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(guò)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(guò)多會(huì)推遲塊莖形成，同時(shí)施用氮肥過(guò)多，地上部營(yíng)養(yǎng)器官會(huì)貪青晚熟，使生育后期地上部重新恢復(fù)生長(zhǎng)，造成營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)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(yùn)輸，所以如果后期施用過(guò)多，也不利于塊莖的膨大，產(chǎn)量較低。本試驗(yàn)各處理馬鈴薯單株薯重變化規(guī)律與產(chǎn)量基本一致，而單株薯數(shù)和商品薯率與馬鈴薯產(chǎn)量間沒(méi)有統(tǒng)一的變化規(guī)律，這說(shuō)明產(chǎn)量的形成受多個(gè)構(gòu)成因素的協(xié)同作用[22]，單一指標(biāo)并不能很好的評(píng)價(jià)馬鈴薯產(chǎn)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(yàn)NK100?0時(shí)，WA處理維生素C含量比WB處理有提高的趨勢(shì)，但差異未達(dá)到顯著水平，NK70?30和NK50?50時(shí)，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(duì)干旱脅迫比較敏感[24]。但本試驗(yàn)在相同施肥方式下，不同土壤水分處理對(duì)淀粉含量的影響均不顯著?？赡苁潜驹囼?yàn)條件下，尤其在塊莖形成期和膨大期，土壤水分含量相對(duì)充足，所以本試驗(yàn)中不同土壤水分對(duì)馬鈴薯淀粉含量的影響差異不顯著。本試驗(yàn)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(shí)期對(duì)水分和養(yǎng)分的需求存在明顯差異，保證關(guān)鍵時(shí)期水肥的合理供應(yīng)，可以調(diào)節(jié)養(yǎng)分的積累與轉(zhuǎn)運(yùn)。馬鈴薯在油炸過(guò)程中，還原糖與α?氨基酸發(fā)生梅拉德(Maillard)反應(yīng)致使薯片表面顏色變?yōu)椴皇芟M(fèi)者歡迎的棕褐色，因此，還原糖含量與品質(zhì)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，理想的炸片用塊莖的還原糖含量上限不宜超過(guò)鮮重的0.33%[25]。本試驗(yàn)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(nèi)?？赡苁堑喂嗷虻喂嗍┓蕳l件下，水肥供應(yīng)相對(duì)充足，還原糖含量也相應(yīng)提高的原因。

此外，本試驗(yàn)中與M0相比，M1～M7處理馬鈴薯產(chǎn)量、單株薯重、單株薯數(shù)、粗蛋白和維C含量均顯著提高，原因是通過(guò)交替滴灌方式進(jìn)行灌溉促進(jìn)了作物對(duì)養(yǎng)分的吸收，提高養(yǎng)分吸收效率，進(jìn)而說(shuō)明水肥的合理配合對(duì)提高馬鈴薯產(chǎn)量和改善品質(zhì)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(chǎn)量不變的同時(shí)，節(jié)約了33%～42% 的灌溉用水，這導(dǎo)致WUE增長(zhǎng)38%～61%[26]。本試驗(yàn)NK100?0時(shí)，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(shí)，WB處理的水分利用效率較WA處理提高20.7%。張富倉(cāng)等[18]研究也發(fā)現(xiàn)，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(xiàn)，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(jié) 論

在相同土壤水分處理下，全部氮鉀肥作基肥（NK100?0）時(shí)，馬鈴薯產(chǎn)量和品質(zhì)較低。WA處理[苗期60%～70%θf(wàn)（田間持水量）、塊莖形成期70%～80%θf(wàn)、塊莖膨大期75%～85%θf(wàn)、淀粉積累期50%～60%θf(wàn)]下，NK50?50（50%氮鉀肥作基肥土施，50%氮鉀肥作滴灌追肥）產(chǎn)量較NK100?0提高17.0%。NK50?50時(shí)，WA處理馬鈴薯產(chǎn)量、單株薯重、單株薯數(shù)、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(shí)，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(wàn)，塊莖形成期60%～70%θf(wàn)，塊莖膨大期70%～80%θf(wàn)，淀粉積累期40%～50%θf(wàn)） 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(guó)南方冬種馬鈴薯較優(yōu)的水肥管理模式。