滴灌施肥下不同栽培模式对马铃薯生长和水肥利用的影响

冯志文，康跃虎，万书勤，刘士平(.中国科学院地理科学与资源研究所陆地水循环及地表过程重点实验室，北京 000；2.中国科学院大学，北京 00049)

马铃薯是世界第四大粮食作物，也是西北旱区的主要粮食作物，在我国北方地区有较大面积的种植[1]。我国北方马铃薯习惯起垄种植，与平作相比，垄作改变了田间微地形，提高了田间受光面积和土壤温度，协调了土壤的光、温、水、肥等要素，有利于地下匍匐茎的增长和薯块的膨大，提高结薯能力，增加单株结薯数，进而提高产量[2-5]。滴灌能够高度控制灌水时间、灌水量和土壤湿润范围，能够根据作物的养分需求实时地将肥料直接供应到作物根系分布范围，具有显著的节水、节肥、增产、省工等优点，非常适合垄作行栽作物，被认为是马铃薯最好的施肥灌溉方式之一，越来越被广大种植者所接受[6-11]。

滴灌条件下对于垄作行栽培作物，一般采用宽垄、垄中间布置一条滴灌带、滴灌带两边各种植一行作物的栽培模式，这种栽培模式实现了滴灌带的机械化铺设，提高了作物的种植密度，并且栽培区土壤相对疏松，有利于地下根茎类作物块茎或者块根的膨大，进而有利于作物的高产[12]。目前我国大部分地区滴灌马铃薯的栽培模式主要是参考大型喷灌机马铃薯的栽培模式，即窄垄、垄上布置一条滴灌带、种植一行马铃薯的栽培模式[13,14]，这种栽培模式虽然可使地下茎增长，并增强了匍匐茎的结薯能力，但垄体狭窄不利于滴灌带的机械化铺设[15]。本试验研究了滴灌施肥灌溉条件下“窄垄种植单行马铃薯”和“宽垄种植双行马铃薯”两种栽培模式对马铃薯生长、产量与水肥利用效率等的影响，以期为滴灌施肥灌溉下马铃薯的高效栽培提供理论依据与技术支持。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2012-2013年在内蒙古自治区鄂尔多斯市达拉特旗白泥井镇(110°28′E，40°18′N，海拔约1 006 m)进行，该地区属于半干旱温带大陆季风气候，昼夜温差大，年均气温6.1～7.1 ℃，降雨主要集中在7-9月份，年均降水量和蒸发量分别为240～310和2 100 mm左右。土壤为砂土，以粗砂粒为主(接近于流沙)，土壤密度为1.52 g/cm3，田间持水量为15.5%，透水性强。土壤根区基础肥力状况见表1。

表1 供试土壤基础肥力状况Tab.1 Basic fertility of the experiment soil

1.2 试验设计

马铃薯品种为“克新1号”，试验设计两个处理：①宽垄双行：采用“宽垄种植双行马铃薯”的栽培模式，垄间距1.1 m，垄肩宽0.5 m左右，垄高0.2 m左右，每垄中心铺一条滴灌带，马铃薯垄上双行交错种植，垄上行距0.3 m，株距0.3 m，每个小区种植5垄，垄长5.4 m；②窄垄单行：采用“窄垄种植单行马铃薯”的栽培模式，垄间距0.9 m，垄肩宽0.3 m左右，垄高0.3 m左右，垄上铺一条滴灌带，垄上种植单行马铃薯，株距0.2 m，每个小区种植6垄，垄长5.5 m。每个处理重复3次，小区面积均为29.7 m2。

1.3 灌溉与施肥

每个处理使用一个独立的滴灌控制单元，控制面积为89.1 m2。每一控制单元入口处安装有闸阀、水表、压力表、网式过滤器和压差式施肥罐。滴灌带滴头间距30 cm，滴头流量为1.38 L/h，工作压力均控制在0.1 MPa。

参考康跃虎[16]等的研究，每个处理中间垄上滴头正下方20 cm深度处埋设一支负压计，当土壤水基质势在-25 kPa时，开始进行施肥灌溉，2012年每次灌水6～8 mm，2013年每次灌水5～6 mm，灌水的同时进行追肥。

马铃薯于2012年5月12日播种，播种后沟施马铃薯专用复合肥(16-14-15)528.4 kg/hm2作为底肥，统一灌水50 mm左右。从6月17日开始施肥灌溉，总追肥量为尿素(46% N)276.8 kg/hm2，硝酸钾(13.9%N，46.5%K)615 kg/hm2，9月7日停止灌溉，9月19日收获。2013年5月3日播种，播种后沟施马铃薯专用复合肥(18-10-7)1275 kg/hm2，统一灌水40 mm左右。出苗期间因遭遇大风天气，沙地表层土壤被吹走，马铃薯种薯外露，为保证出苗，重新培土后统一灌水3次，每次灌水约8 mm。6月14日开始施肥灌溉，总追施尿素23 kg/hm2和硝酸钾657.9 kg/hm2，9月3日停止灌溉，9月14日收获。2013年在降雨超过10 mm或者因地下水位抬升而连续10 d未进行灌溉时，为避免马铃薯关键生育期缺肥，采用滴灌进行施肥，每次灌水2～2.5 mm。

1.4 测定项目与方法

(1)降雨：在试验区中心位置安装雨量桶，测定每日降雨量。

(2)土壤水基质势：每个处理于重复2的中间垄上滴头正下方20 cm深度处埋设一支负压计，测定土壤水基质势。每天8∶00和15∶00观测负压计读数，并用来指导灌溉。

(3)生长指标：马铃薯块茎膨大期，每小区选取2株代表性植株测定马铃薯的株高、茎粗、叶面积和鲜生物量。

(4)产量：马铃薯完全成熟后，每小区收获最中间1垄，称重测产。

(5)灌溉水利用效率(IWUE)：为单位面积马铃薯产量与总灌水量的比值。

(6)肥料偏生产力(PFP)：为单位面积马铃薯产量与施用肥料的总养分量(即氮磷钾的总和)的比值。

1.5 数据分析

采用Origin 9.0对数据进行处理并绘图，用SPSS 13.0统计分析软件进行t检验。

2 结果与分析

2.1 日降雨量与累计灌水量

2012-2013年马铃薯整个生育期内的总降雨量分别为352.2和315.4 mm，其中60%～70%的降雨量集中在7-8月(图1)。两年的降雨量均明显高于当地5-9月多年平均降雨量265 mm，为丰水年。2012-2013年生育期内均降雨37次，其中有效降水(≥5.0 mm)分别20次和16次。2012年，宽垄双行和窄垄单行栽培的马铃薯在整个生育期的累计灌水量分别为111.6和118.3 mm；2013年，宽垄双行和窄垄单行的累计灌水量分别为125.5和155.1 mm。宽垄双行栽培的马铃薯灌水量在两年内均少于窄垄单行栽培，分别低5.7%和19.1%。

图1 2012-2013年马铃薯生育期内的降雨量和两个处理的累积灌水量Fig.1 Rainfall and cumulative irrigation for two treatments during potato growing period in 2012-2013.

马铃薯苗齐后每次灌水时进行施肥，从图1可知，马铃薯宽垄双行和窄垄单行栽培在2012年的施肥灌溉次数分别为9次和10次，平均每9和8 d施肥1次；2013年，宽垄双行和窄垄单行的施肥灌溉次数分别为18和14次，平均每5和6 d追肥1次。2012年两种栽培模式马铃薯的施肥灌溉频率基本一致，而2013年宽垄双行的施肥灌溉频率高，次数比窄垄单行多28.6%。无论是宽垄双行还是窄垄单行，2013年的施肥灌溉次数均高于2012年，分别多40%和100%，这主要是因为2012年马铃薯生育中后期降雨频繁，从7月中旬至8月底47 d内共降雨19次，且该时期内由负压计监测的土壤根区墒情良好，使得施肥灌溉次数明显减少的缘故。

2.2 土壤水基质势

马铃薯两种栽培模式在15时的土壤水基质势变化情况如图2所示。马铃薯在2012-2013年整个生育期内，除了块茎形成期，因其日耗水量较大，加之人工定时观测，致使灌溉不及时，导致其在个别时间出现土壤水基质势低于-25 kPa的情况外，总体上两个处理在两年内马铃薯施肥灌溉阶段的大部分时间内都维持在灌溉阈值内，土壤水分状况良好。在整个生育期内，除了块茎形成期宽垄双行的土壤水基质势高于窄垄单行外，两种栽培模式的土壤水分状况基本一致。这说明在块茎形成期或者日耗水量较大的时期，宽垄双行栽培马铃薯有利于根区土壤水分的储存，这与韩秀峰[12]等的研究一致。同时，2012-2013年宽垄双行栽培马铃薯的灌水量均少于窄垄单行(图1)，说明“宽垄种植双行马铃薯”的栽培模式能有效地改善根区土壤水分状况。

图2 2012-2013年马铃薯生育期内两种栽培模式下的土壤水基质势变化Fig.2 Chm2nges of soil matric potential of two treatments in 2012-2013

2.3 生长指标

由表2可知，两种栽培模式下马铃薯的株高、茎粗、叶面积指数和单株鲜生物量在两年内表现出较大差异，但差异不显著(P<0.05)。2012年，与窄垄单行相比，宽垄双行栽培下马铃薯的株高、茎粗、叶面积指数和单株鲜生物量分别低6.6%，9.4%，21.2%和33.0%。2013年，宽垄双行的马铃薯株高、茎粗、叶面积指数分别比窄垄单行高13.7%，4.1%和10.2%，而单株生物量比窄垄单行低7.3%。2012年块茎形成中后期(7月8日至7月22日)，窄垄单行马铃薯共施肥灌溉5次，而宽垄双行马铃薯仅施肥灌溉1次，较高的施肥灌溉频率促进了块茎形成期马铃薯植株的生长，这可能是造成块茎膨大期窄垄单行马铃薯的生长优于宽垄双行的主要原因(图1)。2013年两种栽培模式在幼苗期和块茎形成期的施肥灌溉次数基本一致，宽垄双行栽培的马铃薯在块茎膨大期地上部的生长明显优于窄垄单行，这可能是因为宽垄双行栽培下马铃薯根区水分状况更好(图2)，促进了马铃薯植株对水分和养分的吸收。尽管2013年宽垄双行栽培马铃薯地上部生长状况较好，但单株生物量却略低于窄垄单行，这可能是因为窄垄单行栽培下马铃薯地上部养分较早向块茎转移的缘故，使得其块茎重量较大，致使总单株生物量较高。

表2 不同栽培模式对滴灌马铃薯生长指标的影响Tab.2 Influence of different cultivation pattern on potato growth under drip fertigation

2.4 产量与水肥利用效率

由表3可知，2012-2013年宽垄双行栽培马铃薯的产量、IWUE和PFP均高于窄垄单行。宽垄双行栽培马铃薯的产量、IWUE和PFP在2012年分别比窄垄单行高9.0%，15.6%和38.0%，2013年分别比窄垄单行高18.0%，46.0%和17.5%。无论是窄垄单行栽培还是宽垄双行栽培，2013年的产量均高于2012年，这可能是由于2012年马铃薯生育中后期降雨较多，且该时期内由负压计监测的土壤根区墒情良好，使得施肥灌溉次数明显减少的缘故(图2)。另外，与宽垄双行相比，尽管2012年块茎膨大期窄垄单行的植株生长较好，但产量却较低，这可能是因为窄垄单行马铃薯在块茎膨大期生长旺盛，贪青晚熟，养分来不及转移到块茎中的缘故[17]。

表3 不同栽培模式对滴灌马铃薯产量和水肥利用效率的影响Tab.3 Influence of different cultivation pattern on potato yield, IWUE and PFP under drip fertigation

注：同一年同列下*表示两处理之间差异显著(P<0.05)。

综上所述，在滴灌施肥灌溉条件下，采用“宽垄种植双行马铃薯”的栽培模式比“窄垄种植单行马铃薯”栽培模式能有效地促进马铃薯的生长，提高产量，改善水肥利用效率。

3 结 语

滴灌马铃薯通过负压计指导施肥灌溉，当滴头正下方20 cm深度处的土壤水基质势低于-25 kPa时进行施肥灌溉时，采用“宽垄种植双行马铃薯”的栽培模式比“窄垄种植单行马铃薯”栽培模式能有效地改善根区土壤水分状况，促进马铃薯的生长，马铃薯不仅增产9.0%～18.0%，并且灌溉水利用效率提高了15.6%～46.0%，偏肥料生产力提高了17.5%～38.0%。

[1] 宋 娜, 王凤新, 杨晨飞, 等. 水氮耦合对膜下滴灌马铃薯产量、品质及水分利用的影响[J]. 农业工程学报, 2013,29(13):98-105.

[2] 薛俊武, 任稳江, 严昌荣. 覆膜和垄作对黄土高原马铃薯产量及水分利用效率的影响[J]. 中国农业气象, 2014,35(1):74-79.

[3] 柯有恒，李再刚． 垄作水稻增产效应试验初报[J]. 中国农业气象, 1989,10(3):55-56.

[4] 何开祥, 程 瑶, 何 春. 不同栽培方式对马铃薯产量的影响[J]. 农技服务, 2008,(5):18-19.

[5] 李 艳, 余显荣, 吴伯生, 等. 马铃薯不同种植方式对产量性状的影响[J]. 中国马铃薯, 2013,(6):341-343.

[6] 邓兰生, 林翠兰, 涂攀峰, 等. 滴灌施肥技术在马铃薯生产上的应用效果研究[J]. 中国马铃薯, 2009,23(6):321-324.

[7] 林阿典, 黄玉芬, 黄沛深, 等. 广东冬种马铃薯水肥一体化技术研究[J]. 广东农业科学, 2012,(7):46-47.

[8] Janat M. Efficiency of nitrogen fertilizer for potato under fertigation utilizing a nitrogen tracer technique[J]. Communications in Soil Science and Plant Analysis, 2007,38(17-18):2 401-2 422.

[9] 陈 康, 邓兰生, 涂攀峰, 等. 不同水肥调控措施对马铃薯种植土壤养分运移的影响[J]. 广东农业科学, 2011,38(20):51-54.

[10] 王凤新, 康跃虎, 刘士平. 滴灌条件下马铃薯田的土壤水分调控方法[J]. 干旱地区农业研究, 2003,21(1):27-30.

[11] 石玫莉, 陆兴伦, 宾士友, 等. 马铃薯水肥一体化技术应用试验研究[J]. 广西农学报, 2012,27(2):11-14.

[12] 韩秀峰, 梁春波, 石 瑛, 等. 大垄栽培条件下的土壤环境与马铃薯产量 [J]. 中国马铃薯, 2006,20(3):135-139.

[13] 张桂红, 何建国. 垄作滴灌栽培条件下马铃薯品比试验研究[J]. 现代农业科技, 2013,(10):92,94.

[14] 王亚路, 滑丽娜, 田伟丽, 等. 不同水分处理对设施马铃薯氮淋洗、水分及氮利用效率的影响[J]. 作物杂志, 2015,(6):99-105.

[15] 左建英, 邢宝龙. 马铃薯喷灌圈高垄种植高产优质构成因素分析[J]. 黑龙江农业科学, 2011,(2):35-36.

[16] 康跃虎, 王凤新, 刘士平, 等. 滴灌调控土壤水分对马铃薯生长的影响[J]. 农业工程学报, 2004,20(2):66-72.

[17] 王国兴, 徐福利, 王渭玲, 等. 氮磷钾及有机肥对马铃薯生长发育和干物质积累的影响[J]. 干旱地区农业研究, 2013,31(3):106-111.