榆林北部風(fēng)沙區(qū)馬鈴薯盛花期需磷量分析

汪月 李小煒* 田 麗 張思雨 喬紫薇 孫美美 張艷梅

（1榆林學(xué)院生命科學(xué)院，陜西 榆林 719000；2陜西省榆林市水利信息與水文勘測(cè)中心，陜西 榆林 719000）

馬鈴薯喜光照，耐低溫，適合在砂壤土環(huán)境中種植，在保障糧食安全和推動(dòng)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展等方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用[1-4]。相較于其他種類的糧食作物而言，馬鈴薯展現(xiàn)出更高的適應(yīng)性，能在多種環(huán)境下生長，是增加糧食產(chǎn)量和推動(dòng)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要農(nóng)作物[5]。

作為馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的優(yōu)選地、高產(chǎn)地之一[6]，陜西榆林市的馬鈴薯年度種植面積始終保持在20萬hm2以上，并展現(xiàn)出持續(xù)增長趨勢(shì)[7]。該地區(qū)屬于干旱半干旱氣候，馬鈴薯種植的土地多為堿性較強(qiáng)的石灰性土壤，磷元素相對(duì)缺乏。磷肥的適當(dāng)施用是保證作物增產(chǎn)的重要條件，而施肥量和施肥后的產(chǎn)量效應(yīng)之間有密切關(guān)系[8]，這在一定程度上影響了榆林馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[9]。合理施用磷肥能夠增加馬鈴薯的產(chǎn)量并優(yōu)化其薯塊的品質(zhì)[10]，而過度使用磷肥可能導(dǎo)致環(huán)境污染[11]。當(dāng)前，在馬鈴薯生產(chǎn)過程中，農(nóng)戶的施肥行為大多基于經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于精確使用磷肥的規(guī)則和農(nóng)田磷肥損失的知識(shí)了解有待提升，另外，關(guān)于磷肥在陜北沙區(qū)馬鈴薯盛花期的影響，相關(guān)報(bào)道較少。因此，本研究通過探討不同梯度磷施用水平對(duì)馬鈴薯盛花期生長發(fā)育和根系特征等的影響，為馬鈴薯磷肥高效管理和馬鈴薯的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)提供一定參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地

試驗(yàn)地點(diǎn)設(shè)在陜西榆林榆陽區(qū)的榆林學(xué)院農(nóng)牧基地，其處于溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候，年均氣溫范圍為8.1～11.9 ℃，日照時(shí)數(shù)2 630～2 900 h，無霜期140～165 d，年均降水量為410 mm。年蒸發(fā)量為1 160～1 300 mm，日照充足，晝夜溫差較大，土壤類型為砂質(zhì)土壤。0～30 cm 土層的田間持水量為39.50%，有機(jī)質(zhì)含量為13.20 g/kg，全氮含量為0.56 g/kg，堿解氮18.0 mg/kg，速效磷42.0 mg/kg，速效鉀275.0 mg/kg，pH值8.10，土壤含水量13.18%。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為中熟品種希森6 號(hào)，供試肥料氮肥為尿素（含N 46%），鉀肥為硫酸鉀（含K2O 52%），磷肥為磷酸一銨（含P2O544%）。

1.3 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)使用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，共設(shè)置9個(gè)處理，每個(gè)處理3 次重復(fù)。為防止各處理之間的互相干擾，每2個(gè)處理之間設(shè)有0.5 m寬的步行通道，最外圍設(shè)置1 m的保護(hù)區(qū)域。試驗(yàn)在2022年5月15日開始播種，采用人工點(diǎn)播方法，播種深度約0.15 m，行距約為1 m，株距約0.26 m。起壟栽培，中耕培土，中間行采樣。

氮、磷和鉀肥于播種前作為基肥一次性施入，其中，氮肥用量為120 kg/hm2，鉀肥用量為90 kg/hm2，各處理用量一致，磷肥水平設(shè)計(jì)見表1，其他病蟲害防治等田間管理同大田。

表1 磷肥水平設(shè)計(jì) 單位：（kg/hm2）

1.4 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.4.1 農(nóng)藝指標(biāo)株高采用直尺進(jìn)行測(cè)量；莖粗使用游標(biāo)卡尺進(jìn)行測(cè)定；冠幅用卷尺測(cè)量植株水平和垂直方向的寬度；取馬鈴薯完整植株，地上和地下部分離，用電子天平分別測(cè)量地上部重量、根部重量以及塊莖重量。

1.4.2 生理指標(biāo)于9：30—11：30，使用LI-6400 XT 便攜式光合測(cè)定系統(tǒng)，對(duì)葉片的胞間CO2濃度、凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率進(jìn)行測(cè)量，每個(gè)處理5次重復(fù)。

1.4.3 根系形態(tài)特性取馬鈴薯植株花期根系，先用EXPRESSION 4990 型掃描儀掃描根系，再用Win RHIZO根系分析軟件對(duì)根系圖像數(shù)據(jù)分析。獲取到根長、根表面積、根體積、平均根直徑和根尖數(shù)的相關(guān)數(shù)據(jù)。

1.5 數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析

利用WPS Office對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，使用SPSS 22.0中的單因素方差分析（ANOVA）進(jìn)行分析，采用Origin 2021進(jìn)行作圖。

2 結(jié)果和分析

2.1 不同梯度磷肥水平對(duì)馬鈴薯生長指標(biāo)的影響

如表2 所示，隨著磷肥用量的增加，馬鈴薯植株高度整體呈上升的趨勢(shì)，T4處理達(dá)到峰值，比對(duì)照組處理提高21.88%，具有顯著性差異（P＜0.05）。然而，當(dāng)磷肥的用量超過某個(gè)限度后，植株高度逐漸下降。這可能是過量的磷肥會(huì)引起土壤溶液濃度上升，導(dǎo)致土壤水分脅迫，從而影響植物的正常生長。

表2 不同磷肥處理下馬鈴薯的生長指標(biāo)

莖粗在不同磷肥處理下整體趨勢(shì)也呈上升趨勢(shì)，增加速度先快后慢，與T0處理相比，T4、T5處理莖粗分別增加了28.76%和25.96%，呈顯著性差異（P＜0.05）。適量施磷可以促進(jìn)細(xì)胞分裂與伸長、新組織的形成等，而過量的磷肥會(huì)使土壤酸化，從而降低土壤的肥力，影響植物對(duì)水分和營養(yǎng)的吸收。

冠幅與莖粗整體趨勢(shì)相同，T4處理與其他各處理均呈顯著性差異（P＜0.05）。磷元素是光合作用中的關(guān)鍵因素，在適當(dāng)?shù)牧追适┯昧肯?，可以促進(jìn)馬鈴薯葉片的光合效率，這可以進(jìn)一步擴(kuò)大葉面積、增加植株的冠幅。但T7和T8處理相較于T4處理有所減小，分別降低了44.66%和43.51%，且與T4相比具有顯著性差異（P＞0.05），可能是磷肥過多導(dǎo)致馬鈴薯葉片的病害增加，從而對(duì)光合效率和冠幅產(chǎn)生負(fù)面影響。

地上部重量整體呈增加趨勢(shì)，T5處理相對(duì)于T0處理增加了177.12%，兩者具有顯著性差異（P＜0.05），說明在一定范圍內(nèi)施用磷肥對(duì)馬鈴薯地上部的生長有促進(jìn)作用，而馬鈴薯地上部的生長狀況與產(chǎn)量有著密不可分的聯(lián)系。不同磷肥梯度處理下，T5處理根鮮重最大，但與T0沒有顯著性差異（P＞0.05）。

塊莖重量在不同磷肥處理下，整體呈增長趨勢(shì)，增長速度為“慢—快—慢”。所有處理與T0處理均有顯著性差異（P＜0.05），說明磷肥充足在一定程度上有利于塊莖中淀粉的積累，而塊莖中的主要成分是淀粉，因此，適當(dāng)增加磷肥施用可以促進(jìn)馬鈴薯塊莖重量的增加。

2.2 不同梯度磷肥水平對(duì)馬鈴薯光合特性的影響

從表3 可知，胞間CO2濃度隨著磷肥用量的增加，整體呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)，其中T5處理達(dá)到峰值，較T0增加了19.94%，二者有顯著性差異（P＜0.05）。凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率在不同梯度磷肥處理下有著相同的趨勢(shì)，整體展現(xiàn)出先升后降的變化，其中，T4較T0處理分別增加了58.87%、161.54%、142.31%，均具有顯著性差異（P＜0.05）。磷元素是影響光合作用酶活性的因素之一，也參與葉綠體膜的構(gòu)成和代謝物的運(yùn)輸，能增加光合酶的活性，促進(jìn)葉綠體膜的構(gòu)成和穩(wěn)定，這說明適當(dāng)施磷可以促進(jìn)植物的光合作用。

表3 不同磷肥處理下馬鈴薯的光合特性

2.3 不同梯度磷肥水平對(duì)馬鈴薯根系形態(tài)特征的影響

根系的形態(tài)特征能夠直觀反映馬鈴薯植株的生長狀況。如圖1（A）所示，根直徑在磷肥投入量增多的情況下，整體上呈先加粗后減細(xì)的變化，其中，T5處理的根直徑最大，比T0增加了170.76%，二者有顯著性差異（P＜0.05）。如圖1（B）所示，馬鈴薯的總根長的呈先升后降趨勢(shì)，T0處理與其他各處理組間均存在顯著性差異（P＜0.05）。這意味著在高磷環(huán)境下，促進(jìn)馬鈴薯的細(xì)根發(fā)育，有助于根系向土壤深部延展，從而擴(kuò)大了吸收面積。

圖1 不同磷肥處理對(duì)馬鈴薯根系形態(tài)特征的影響

如圖1（C）所示，根總表面積呈先上升后下降趨勢(shì)。T2、T3兩者處理之間沒有顯著性差異（P＞0.05），分別較T0增加了73.12%、67.40%，具有顯著性差異（P＜0.05），由圖1（D）可知，T3、T4處理下的根體積最大，比T0處理分別增加了161.83%、157.98%，并與其他處理也均有顯著性差異（P＜0.05）。這表明，適度增施磷肥可以促進(jìn)根的總表面積和體積增大，而過量施用則會(huì)對(duì)其產(chǎn)生一定抑制效果。

如圖1（E）所示，根尖數(shù)隨著磷肥用量的增多，整體上呈先增后降趨勢(shì)，其中在T3處理下達(dá)到峰值，較T0處理顯著增加了41.94%。其原因可能是磷具有促進(jìn)根生長點(diǎn)細(xì)胞分裂和增殖的作用，對(duì)塊根的生長有一定的促進(jìn)效應(yīng)。在高磷環(huán)境中，可能會(huì)出現(xiàn)一定程度的“燒苗”現(xiàn)象，這導(dǎo)致部分根系的分生能力下降，側(cè)根數(shù)量減少。在這種情況下，根系更有可能通過增長側(cè)根的數(shù)量來提高其對(duì)土壤水分和營養(yǎng)的吸收能力。

3 結(jié)論與討論

科學(xué)且合理的營養(yǎng)管理策略對(duì)于馬鈴薯的高產(chǎn)和高效養(yǎng)分利用至關(guān)重要，而磷素作為作物生長發(fā)育中的關(guān)鍵元素，構(gòu)成了植物體內(nèi)多種重要的化合物，并對(duì)光合作用起到關(guān)鍵作用[12]。如果作物生長發(fā)育過程中缺乏磷，會(huì)產(chǎn)生植株生長緩慢、體形矮小等問題[13]；而過量施用磷肥會(huì)導(dǎo)致作物的成熟期提前，品質(zhì)和產(chǎn)量也隨之下降[14]。

本研究發(fā)現(xiàn)，在施磷量為120 kg/hm2時(shí)，馬鈴薯的株高、莖粗、冠幅、塊莖重量、光合特性和根系指標(biāo)均最佳，并且顯著高于對(duì)照組T0，提高了1.2～3.0倍。在蘇木德[15]對(duì)水稻的研究中發(fā)現(xiàn)，施用磷肥可以增大水稻在各個(gè)生育階段的葉面積指數(shù)，提高其拔節(jié)期的光合作用。本研究結(jié)果表明，適度增施磷肥可以影響馬鈴薯的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率，這些指標(biāo)隨著磷肥用量的增加而先增大后減小。李昊駿[16]研究發(fā)現(xiàn)，適度增施磷肥可以增加馬鈴薯的塊莖物質(zhì)量和淀粉的積累，有利于提高馬鈴薯的品質(zhì)和產(chǎn)量。本研究結(jié)果表明，在T5處理下，馬鈴薯的塊莖重量最大，變化趨勢(shì)為先升后降。但最佳施磷量與之有所不同，可能是土壤的基礎(chǔ)肥力不同導(dǎo)致施磷量結(jié)果不同，也可能是四川九龍縣與陜西榆林之間的海拔、緯度、氣候和土壤基礎(chǔ)肥力的差異造成的。在本研究中，馬鈴薯的根長、根表面積、根體積、平均根直徑以及根尖數(shù)呈單峰曲線變化，與王天等[17]的研究一致。何佩云等[18]在對(duì)甜蕎的研究中發(fā)現(xiàn)，適中的磷肥施用量有助于刺激作物根系的生長和發(fā)育，增強(qiáng)植物對(duì)干旱和寒冷的抵抗力以及適應(yīng)性，可進(jìn)一步提升產(chǎn)量和質(zhì)量。因此，適度使用磷肥，對(duì)馬鈴薯植株整體生長和發(fā)育起到促進(jìn)和刺激作用，對(duì)于產(chǎn)量的增加也有一定的促進(jìn)作用。

本研究分析了不同梯度磷肥水平對(duì)馬鈴薯生長指標(biāo)、光合特性及根系形態(tài)特征的影響。綜合考察發(fā)現(xiàn)，當(dāng)磷肥的施用量達(dá)到120 kg/hm2（T4處理）時(shí)，馬鈴薯的生長狀況達(dá)到了最優(yōu)，此時(shí)，馬鈴薯的株高、莖粗、冠幅、地上部質(zhì)量、根質(zhì)量、塊莖質(zhì)量、凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度和蒸騰速率均顯示出較高的數(shù)值。然而，過量或過少的磷肥施用都會(huì)對(duì)馬鈴薯的生長產(chǎn)生負(fù)面效應(yīng)。當(dāng)磷肥施用量過高時(shí)（如T6、T7和T8處理），馬鈴薯的根系含水量顯著降低，會(huì)導(dǎo)致水分反滲透的“燒苗”現(xiàn)象。而當(dāng)磷肥施用量過低時(shí)（如T1、T2和T3處理），馬鈴薯的生長指標(biāo)和光合特性相比于適宜施用量的T4處理有所下降，這也影響到馬鈴薯的正常生長。

因此，對(duì)于榆林北部風(fēng)沙區(qū)馬鈴薯的種植，推薦磷肥的適宜施用量應(yīng)在120 kg/hm2左右，該磷肥施用水平有利于促進(jìn)馬鈴薯盛花期的生長，進(jìn)而提高馬鈴薯的品質(zhì)和質(zhì)量。