滴灌施肥對(duì)內(nèi)蒙古沙地馬鈴薯生長(zhǎng)和水肥利用的影響

馮志文，康躍虎，萬(wàn)書勤，劉士平

（1.中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所陸地水循環(huán)及地表過(guò)程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100101；2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京100049）

滴灌施肥對(duì)內(nèi)蒙古沙地馬鈴薯生長(zhǎng)和水肥利用的影響

馮志文1，2，康躍虎1，萬(wàn)書勤1，劉士平1

（1.中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所陸地水循環(huán)及地表過(guò)程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100101；2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京100049）

針對(duì)內(nèi)蒙古沙地馬鈴薯滴灌水肥管理的需求，本研究以養(yǎng)分平衡法估計(jì)的施肥量作為推薦值，布置了5個(gè)施肥量比例的滴灌施肥灌溉試驗(yàn)，2012年分別為推薦施肥量的10%（10%NPK）、30%（30%NPK）、50%（50%NPK）、70%（70%NPK）和 90%（90%NPK），2013年分別為推薦施肥量的 10%（10%NPK）、35%（35%NPK）、60%（60%NPK）、85%（85%NPK）和110%（110%NPK）。通過(guò)控制滴頭正下方20 cm處的土壤水基質(zhì)勢(shì)下限在－25 kPa時(shí)進(jìn)行滴灌施肥灌溉。結(jié)果表明，采用負(fù)壓計(jì)指導(dǎo)滴灌施肥灌溉時(shí)，土壤水分狀況良好，N、K的施肥時(shí)期與馬鈴薯植株對(duì)N、K的吸收時(shí)期基本一致。2012年和2013年馬鈴薯的株高、莖粗、葉面積指數(shù)、鮮生物量和產(chǎn)量隨著施肥量的增加呈先增加后下降的趨勢(shì)，當(dāng)施肥量比例為70%～85%時(shí)達(dá)到最大值，并且收獲指數(shù)相對(duì)較低，有效延長(zhǎng)了地上部養(yǎng)分向塊莖轉(zhuǎn)移的時(shí)間，促進(jìn)更多養(yǎng)分向塊莖積累。當(dāng)施肥量比例為60%～70%時(shí)，灌溉水利用效率最高。馬鈴薯的產(chǎn)量在2012年和2013年分別以70%NPK和85%NPK時(shí)產(chǎn)量最高，與當(dāng)?shù)伛R鈴薯生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)量持平，但節(jié)約肥料 30%～40%，平均節(jié)肥 N 157 kg·hm－2、P2O552 kg·hm－2和K2O 187 kg·hm－2。因此，內(nèi)蒙古沙地滴灌施肥灌溉條件下，當(dāng)?shù)晤^正下方20 cm處的土壤水基質(zhì)勢(shì)下限在－25 kPa時(shí)進(jìn)行施肥灌溉，且施肥總量為當(dāng)?shù)赝扑]施肥量的85%左右時(shí)，既能獲得馬鈴薯高產(chǎn)，又可保證較高的水肥利用效率。

滴灌施肥灌溉；土壤水基質(zhì)勢(shì)；施肥量比例；肥料偏生產(chǎn)力；灌溉水利用效率

馬鈴薯（Solɑnum tuberosum L.）是世界上僅次于水稻、小麥和玉米的第四大糧食作物［1］。合理的水肥管理是馬鈴薯獲得高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的重要保證［2］。內(nèi)蒙古地區(qū)是我國(guó)主要的馬鈴薯生產(chǎn)基地，播種面積和總產(chǎn)量居全國(guó)前三位，均占到全國(guó)的10%以上［3］，其中烏蘭察布、鄂爾多斯地區(qū)光照充足、晝夜溫差大，雨熱同季，土壤多為沙地，非常適合馬鈴薯生長(zhǎng)。

近年來(lái)，隨著“內(nèi)蒙古新增四個(gè)千萬(wàn)畝節(jié)水灌溉工程科技支撐”項(xiàng)目的實(shí)施，內(nèi)蒙古馬鈴薯滴灌得到了快速發(fā)展［4］。滴灌具有對(duì)灌水時(shí)間、灌水量和土壤濕潤(rùn)范圍高度控制的特點(diǎn)，可以將水和肥料直接供應(yīng)到作物根系分布范圍，養(yǎng)分淋失較少，被認(rèn)為是馬鈴薯最好的施肥灌溉方式之一［5－6］。馬鈴薯滴灌灌溉制度的研究表明，通過(guò)控制土壤水基質(zhì)勢(shì)來(lái)指導(dǎo)滴灌條件下馬鈴薯的灌溉是一種有效的方法［7－10］，當(dāng)?shù)晤^正下方20 cm深度處的土壤水基質(zhì)勢(shì)為－25 kPa時(shí)，馬鈴薯的產(chǎn)量最高，且水分利用效率較高。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)馬鈴薯滴灌施肥制度的研究大多僅限于單方面研究氮肥，磷肥或者鉀肥［2，11－21］。由于養(yǎng)分遷移是水分驅(qū)動(dòng)的水文過(guò)程，滴灌與地面灌溉、大型噴灌機(jī)灌溉相比，其養(yǎng)分在土壤中分布特點(diǎn)和運(yùn)移狀況不同，而馬鈴薯的需肥規(guī)律主要由其生物學(xué)特點(diǎn)決定，因此，以地面灌溉或者大型噴灌機(jī)條件下的推薦施肥量為基準(zhǔn)，獲得滴灌施肥灌溉條件下的施肥量比例，可有效地指導(dǎo)滴灌條件下的肥料管理。Liu R等［22］在粉沙壤土上設(shè)計(jì)了5個(gè)滴灌施肥水平（分別為傳統(tǒng)施肥量的10%～50%）來(lái)確定茶葉最佳施肥量比例，結(jié)果表明，隨著施肥量的增加，茶葉的相對(duì)產(chǎn)量呈現(xiàn)先快速增加而后緩慢增加的趨勢(shì)，當(dāng)?shù)喂嗍┓柿繛閭鹘y(tǒng)施肥量的33%時(shí)，既可保持現(xiàn)在的茶葉產(chǎn)量，又能減少肥料大量投入，增加效益達(dá)33%。Bhat等［23］在砂質(zhì)黏壤土上研究了4個(gè)滴灌施肥水平對(duì)檳榔產(chǎn)量和水肥生產(chǎn)力的影響，結(jié)果表明施肥量?jī)H為推薦施肥量的75%時(shí)就可獲得高產(chǎn)和較高的水肥利用效率。

目前在內(nèi)蒙古沙地上馬鈴薯滴灌施肥灌溉條件下水肥綜合管理的研究尚少。本論文以養(yǎng)分平衡法估計(jì)的施肥量作為推薦值，設(shè)計(jì)了不同滴灌施肥水平，通過(guò)田間試驗(yàn)研究了滴灌施肥灌溉對(duì)內(nèi)蒙古沙地馬鈴薯生長(zhǎng)、產(chǎn)量及水肥利用的影響，以期確定內(nèi)蒙古沙地馬鈴薯的最佳施肥量比例和水肥管理方法，為沙地馬鈴薯的滴灌安全高效生產(chǎn)提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市達(dá)拉特旗白泥井鎮(zhèn)（110°28′E，40°18′N），海拔約 1 006 m，屬于半干旱溫帶大陸季風(fēng)氣候。晝夜溫差大，日照強(qiáng)烈，年均日照時(shí)數(shù)約 3 100 h，年均氣溫 6.1℃～7.1℃，年有效積溫（≥10℃）為3 200℃左右，最高氣溫為35.8℃，最低氣溫為 －32.6℃，無(wú)霜期為 135～150 d。年均降水量為240～310mm，主要集中在7—9月份。蒸發(fā)量大，年均蒸發(fā)量約2 100mm（約為降水量的6～9倍）。

土壤質(zhì)地疏松，砂土，以粗砂粒為主，接近于流沙。1.2m土層平均容重為 1.52 g·cm－3，田間持水量（質(zhì)量含水量）為15.5%，透水性強(qiáng)。2012—2013年土壤的基礎(chǔ)養(yǎng)分狀況見(jiàn)表1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

已有研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)晤^正下方20 cm深度處的土壤水基質(zhì)勢(shì)在－25 kPa時(shí)，馬鈴薯的產(chǎn)量和水分利用效率高［7－10］。基于上述的研究結(jié)果，本試驗(yàn)采用負(fù)壓計(jì)來(lái)指導(dǎo)馬鈴薯進(jìn)行施肥灌溉，并且控制滴頭正下方20 cm深度處的土壤水基質(zhì)勢(shì)下限在－25 kPa時(shí)進(jìn)行施肥灌溉。

表1 供試土壤的基礎(chǔ)養(yǎng)分狀況Table 1 Basic properties and available nutrient contentof initial soil profile

本試驗(yàn)基于養(yǎng)分平衡法，根據(jù)每生產(chǎn)1 000 kg馬鈴薯需要帶走 N 5～6 kg、P2O51～3 kg、K2O 12～13 kg的養(yǎng)分需求特性［24］和當(dāng)?shù)赝寥婪柿顩r，參考當(dāng)?shù)伛R鈴薯企業(yè)大型噴灌機(jī)條件下的施肥方案進(jìn)行微調(diào)，計(jì)算得到馬鈴薯的推薦施肥量（kg·hm－2）在 2012年 N∶P∶K為 420∶105∶495，2013年 N∶P∶K為390∶150∶465。以此施肥量作為推薦值（施肥量作為100%），設(shè)置5個(gè)滴灌施肥灌溉處理，施肥量在2012年分別為推薦施肥量的10%（10%NPK，依次類推）、30%、50%、70%和90%?；?012年的試驗(yàn)結(jié)果，2013年的施肥量調(diào)整為推薦施肥量的10%、35%、60%、85%和110%。每個(gè)處理隨機(jī)布置，重復(fù)3次，小區(qū)長(zhǎng) 5.5m，寬 5.4m，小區(qū)面積 29.7m2。

試驗(yàn)所用基肥為常規(guī)馬鈴薯專用復(fù)合肥，氮磷鉀比例在2012年、2013年分別 16∶14∶15和 18∶10∶7，追肥為尿素（46%N）和硝酸鉀（13.9%N，46.5%K）。參考當(dāng)?shù)伛R鈴薯生產(chǎn)企業(yè)大型噴灌機(jī)條件下的施肥方案，磷肥作為基肥一次性溝施，氮肥和鉀肥除以基肥施入外，其余按馬鈴薯生育期分配到每天采用滴灌進(jìn)行追肥。在2012年整個(gè)生育期內(nèi)，10%NPK、30%NPK、50%NPK、70%NPK和 90%NPK的累計(jì)施肥量（氮、磷、鉀的總和）分別為 103.8、315.1、525.2、830.8 kg·hm－2和 863.6 kg·hm－2，其中 1／3作為基肥，2／3作為追肥。2013年，10%、35%、60%、85%NPK和110%NPK的累計(jì)施肥量分別為100.0、368.4、628.1、890.7 kg·hm－2和 1159.6 kg·hm－2，其中基肥和追肥各占50%。馬鈴薯齊苗后開(kāi)始進(jìn)行滴灌施肥，每次灌溉前將計(jì)算好的尿素和硝酸鉀溶解在肥料罐中，隨水進(jìn)行施肥。馬鈴薯前35 d追尿素和硝酸鉀，后40 d僅追入硝酸鉀，馬鈴薯收獲前20 d停止施肥灌溉，收獲前10 d停止灌溉。

1.3 灌溉與農(nóng)藝措施

馬鈴薯品種為“克新1號(hào)”，參考當(dāng)?shù)伛R鈴薯企業(yè)大型噴灌機(jī)條件下的種植模式進(jìn)行起壟栽培，每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)種植6壟，壟長(zhǎng)5.5m，壟間距 0.9 m，壟肩寬0.3m，壟高0.3m，每條壟上鋪設(shè)一條滴灌帶，壟上種植單行馬鈴薯，株距0.2 m。

每個(gè)處理（包括3個(gè)重復(fù)）為一個(gè)滴灌控制單元，在滴灌控制單元入口安裝有閘閥、水表、壓力表、網(wǎng)式過(guò)濾器和壓差式施肥罐。滴灌帶滴頭間距0.3 m，滴頭流量為 1.38 L·h－1，工作壓力均控制在 0.1 MPa。每個(gè)滴灌控制單元的灌溉面積為89.1m2。

2012年，馬鈴薯5月12日播種，播種后統(tǒng)一灌水50mm。6月4日開(kāi)始出苗，6月17日馬鈴薯齊苗，開(kāi)始采用負(fù)壓計(jì)指導(dǎo)施肥灌溉，當(dāng)土壤水基質(zhì)勢(shì)達(dá)到－25 kPa時(shí)開(kāi)始施肥灌溉，每次灌水6～8 mm。9月7日停止灌溉，9月19日收獲。2013年，5月3日播種，播種后統(tǒng)一灌水40 mm。5月26日開(kāi)始出苗，6月14日馬鈴薯齊苗，開(kāi)始采用負(fù)壓計(jì)指導(dǎo)施肥灌溉，每次灌水5～6 mm。9月3日停止灌溉，9月14日收獲。2013年在降雨超過(guò)10 mm或者因地下水位抬升而連續(xù)10 d未進(jìn)行灌溉時(shí)，為避免馬鈴薯關(guān)鍵生育期缺肥，采用滴灌進(jìn)行施肥，每次灌水2～2.5mm。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.4.1 降雨 在試驗(yàn)區(qū)中心位置安裝雨量桶和自動(dòng)氣象站，測(cè)定日降雨量。

1.4.2 土壤水基質(zhì)勢(shì) 每個(gè)處理于重復(fù)2的中間壟上滴頭正下方20 cm深度處埋設(shè)一支負(fù)壓計(jì)，監(jiān)測(cè)土壤水基質(zhì)勢(shì)。每天8∶00和15∶00觀測(cè)負(fù)壓計(jì)讀數(shù)，并用來(lái)指導(dǎo)灌溉。

1.4.3 生長(zhǎng)指標(biāo) 馬鈴薯塊莖膨大期（2012年7月28日，2013年8月10日），每小區(qū)選取2株代表性植株測(cè)定馬鈴薯的株高、莖粗、葉面積和鮮生物量。株高用卷尺拉直測(cè)定，莖粗用游標(biāo)卡尺測(cè)定莖基部的最大直徑，葉面積是將葉子摘下平鋪后用方格法測(cè)定。

1.4.4 產(chǎn)量 馬鈴薯完全成熟后，每小區(qū)收獲最中間2行，稱重測(cè)產(chǎn)。

1.4.5 灌溉水利用效率 灌溉水利用效率（Irrigation water use efficiency，IWUE）＝馬鈴薯產(chǎn)量（kg·hm－2）／總灌水量（mm）。

1.4.6 肥料偏生產(chǎn)力 肥料偏生產(chǎn)力（Partial factor productivity from applied fertilizer，PFP）＝馬鈴薯產(chǎn)量（kg·hm－2）／施用肥料的總養(yǎng)分量（kg·hm－2）（即 N＋P2O5＋K2O的養(yǎng)分量）。

1.5 數(shù)據(jù)處理及分析方法

采用 Origin 9.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并繪圖，用SPSS 13.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)（Duncan新復(fù)極差法）。

2 結(jié)果與分析

2.1 降水量與灌水量

2012年和2013年馬鈴薯生育期內(nèi)總降水量分別為382.2 mm和 316.0 mm，其中 60%～70%的降雨量集中在7—8月（圖1）。兩年的累積降雨量均明顯高于當(dāng)?shù)?—9月多年平均降雨量265 mm，為豐水年；2012年生育期內(nèi)共降雨45次，其中23次降水量低于 5.0 mm，5～10 mm、10.1～25 mm和 25.1～50mm的降水各13次、3次和5次，1次大的降水為55.0mm，發(fā)生在7月30日。2013年生育期內(nèi)共降雨38次，其中低于 5.0 mm、5～10 mm、10.1～25 mm和25.1～50 mm的降水各21次、7次、7次和2次，1次大的降水為 54.9 mm，發(fā)生在7月 14日。2012年和2013年10 mm以上的降雨總量分別為246.1mm和246.0mm，在沙地上極易引起養(yǎng)分的淋

失［25］。

2012年 10%、30%、50%、70%NPK和 90%NPK的累計(jì)灌水量分別為 95.1、111.2、189.0、118.3 mm和 171.5mm，出苗后分別灌水 7、9、21、10和 19次（圖1）。2013年 10%、35%、60%、85%NPK和 110%NPK的累計(jì)灌水量分別為 194.2、105.9、122.1、155.1 mm和130.4 mm，出苗后分別灌水 20、11、16、14和 12次。2013年馬鈴薯出苗期間遭遇大風(fēng)天氣，沙地表層土壤常被吹走，致使馬鈴薯種薯外露，為保證出苗，重新培土后統(tǒng)一灌水3次，每次灌水約8 mm。2012年50%NPK和90%NPK處理、2013年10%NPK處理的灌水量較多，灌溉頻率較高，這可能與埋設(shè)負(fù)壓計(jì)點(diǎn)的土壤空間變異或者植株生長(zhǎng)旺盛等有關(guān)。

2.2 土壤水分狀況

不同滴灌施肥處理馬鈴薯土壤水基質(zhì)勢(shì)變化情況（8∶00）如圖2所示。馬鈴薯整個(gè)生育期內(nèi)，除了在生長(zhǎng)旺盛階段，因馬鈴薯耗水量大、灌溉不及時(shí)，導(dǎo)致個(gè)別處理在個(gè)別時(shí)間土壤水基質(zhì)勢(shì)低于灌溉閾值外，總體上所有處理在兩年內(nèi)馬鈴薯施肥灌溉階段的大部分時(shí)間內(nèi)都維持在－25 kPa以上，土壤水分狀況良好。由于負(fù)壓計(jì)讀數(shù)采用人工定時(shí)觀測(cè)，出現(xiàn)土壤水基質(zhì)勢(shì)低于－25 kPa的原因可能為前日15時(shí)的土壤水基質(zhì)勢(shì)未達(dá)到設(shè)定閾值而未進(jìn)行灌溉，經(jīng)過(guò)一下午和一晚上的水分消耗，致使根區(qū)的土壤水基質(zhì)勢(shì)在當(dāng)日8∶00觀測(cè)時(shí)出現(xiàn)低于閾值的情況（15時(shí)數(shù)據(jù)未給出）。

圖1 馬鈴薯生育期內(nèi)的降水量和不同處理的累積灌水量Fig.1 Rainfall and irrigation amount for different treatments during potato growing period

圖2 馬鈴薯生育期內(nèi)不同滴灌施肥處理的土壤水基質(zhì)勢(shì)變化Fig.2 Changes of soilmatric potential of different treatments

2.3 施肥量

由圖3可知，2012年，10%～90%NPK的施肥灌溉次數(shù)分別為 7、9、21、10和 19次，平均每 14、10、4、8 d和5 d追施1次。馬鈴薯生育中后期降雨頻繁，從7月中旬至8月底47 d內(nèi)共降雨19次，其中5～10mm和10 mm以上的降雨各5次（圖1）。馬鈴薯生育中后期是塊莖膨大的關(guān)鍵時(shí)期，且該時(shí)期內(nèi)負(fù)壓計(jì)監(jiān)測(cè)的土壤根區(qū)墑情良好，使得灌溉施肥次數(shù)明顯減少，10%～90%NPK的施肥灌溉次數(shù)僅為2、3、2、5和 6次，有的處理（如 30%NPK）甚至最長(zhǎng) 43 d才灌溉施肥1次，這極易導(dǎo)致土壤根區(qū)養(yǎng)分缺乏（圖2、圖3）。50%NPK和90%NPK處理施肥灌溉頻率高，次數(shù)多的原因可能為馬鈴薯塊莖形成期植株生長(zhǎng)旺盛致使馬鈴薯生育前期施肥灌溉頻率較高。2013年，考慮到降雨后養(yǎng)分淋失及關(guān)鍵生育期馬鈴薯需肥的問(wèn)題，在24 h內(nèi)降雨超過(guò)10mm或者連續(xù)10 d未進(jìn)行灌溉時(shí)，仍進(jìn)行灌溉施肥。2013年10%～110%NPK分別施肥灌溉20、11、16、14和12次，平均施肥灌溉15次，約每6 d追肥1次。

圖3 馬鈴薯生育期內(nèi)不同滴灌施肥處理的累計(jì)施肥量Fig.3 Fertilization amount for different treatments during potato growing period

以2013年85%NPK為例，將一周作為一個(gè)周期，分析采用負(fù)壓計(jì)指導(dǎo)馬鈴薯滴灌施肥灌溉下單株馬鈴薯施用氮和鉀的情況，結(jié)果如圖4所示。

圖4 馬鈴薯2013年整個(gè)生育期內(nèi)85%NPK的單株日施肥量Fig.4 Fertilization amounts per plant every day for 85%NPK treatment during potato growing period in 2013

在芽條生長(zhǎng)期和幼苗期（前7周），氮肥和鉀肥主要以底肥供應(yīng)，平均日施肥量分別為84.3 mg·株－1和 32.8mg·株－1。進(jìn)入塊莖形成期后，開(kāi)始進(jìn)行施肥灌溉。隨著生育期的進(jìn)行，日施氮量總體上逐漸下降，在塊莖形成后期施氮量相對(duì)較少，為11.7 mg·株－1，日施鉀量在施肥灌溉后明顯升高，之后在塊莖形成期、塊莖膨大期和成熟期各有一個(gè)高峰，分別達(dá)到 146.5、115.1 mg·株－1和 104.7 mg·株－1，總體上呈逐漸下降的趨勢(shì)。

2.4 不同滴灌施肥處理對(duì)馬鈴薯塊莖膨大期植株生長(zhǎng)性狀的影響

塊莖膨大期是馬鈴薯產(chǎn)量形成的關(guān)鍵時(shí)期，地上部長(zhǎng)勢(shì)會(huì)影響地下塊莖的生長(zhǎng)。由表2可知，不同滴灌施肥處理對(duì)馬鈴薯的株高、莖粗、葉面積指數(shù)和鮮生物量有明顯的影響。兩年馬鈴薯的株高、莖粗、葉面積指數(shù)和鮮生物量表現(xiàn)出相似的規(guī)律，均隨著施肥量比例的增加，基本呈現(xiàn)先逐漸增加后略有下降的趨勢(shì)。2012年，70%NPK的葉面積指數(shù)和鮮生物量最高，分別達(dá) 4.6 t·hm－2和 48.3 t·hm－2，10%NPK的馬鈴薯生長(zhǎng)明顯受到影響。2013年以85%NPK的株高、莖粗、葉面積指數(shù)和鮮生物量最高，達(dá) 86.2 cm、1.596 cm、3.4和 62.6 t·hm－2，10%NPK施肥處理明顯影響到了馬鈴薯的生長(zhǎng)。

參考Janat［13］的研究，將塊莖膨大期塊莖鮮生物量占地上部（莖葉）和塊莖總鮮生物量的比值定義為收獲指數(shù)，結(jié)合塊莖膨大期的總鮮生物量，在一定程度上可以評(píng)價(jià)馬鈴薯群體光合同化物轉(zhuǎn)化為塊莖產(chǎn)量的能力。2012年7月28日取樣時(shí)，馬鈴薯處于塊莖膨大初期，收獲指數(shù)均低于0.5，以莖葉生長(zhǎng)為主，70%NPK的鮮生物量和葉面積指數(shù)最高，收獲指數(shù)最低，地上部生長(zhǎng)旺盛，能夠?yàn)閴K莖的膨大提供更多的干物質(zhì)，并獲得了最高的產(chǎn)量（表2、表3）。與70%NPK相比，90%NPK的鮮生物量、葉面積指數(shù)、株高和收獲指數(shù)與其差異不顯著，而產(chǎn)量卻降低了4.0%，這可能是因?yàn)檩^高的施肥量比例和塊莖形成期較高的施肥灌溉頻率使得馬鈴薯植株?duì)I養(yǎng)生長(zhǎng)過(guò)旺，加之生育后期降雨較多，影響了干物質(zhì)在塊莖中的積累，最終導(dǎo)致產(chǎn)量下降［26－27］。2013年 8月 10日取樣時(shí)，馬鈴薯處于塊莖膨大后期，收獲指數(shù)均高于0.5，較2012年提高了近1倍，營(yíng)養(yǎng)分配中心已經(jīng)由莖葉向塊莖轉(zhuǎn)移，此時(shí)85%NPK的鮮生物量、葉面積指數(shù)和株高均最高，收獲指數(shù)相對(duì)較低，生長(zhǎng)發(fā)育比例比較協(xié)調(diào)，有利于塊莖膨大，最終產(chǎn)量最高（表2、表3）。與85%NPK相比，110%NPK的鮮生物量、葉面積指數(shù)、株高和收獲指數(shù)與其差異不顯著，而產(chǎn)量降低了14.8%，這可能是因?yàn)檩^高的施肥量比例使得馬鈴薯吸收的養(yǎng)分濃度較高，一定程度上 抑制了植株的生長(zhǎng)，致使總生物量較少的緣故［28］。

表2 不同滴灌施肥處理對(duì)馬鈴薯塊莖膨大期植株生長(zhǎng)狀況的影響Table 2 The influence on the growth characteristics of different treatments in the tuber bulking stage

2.5 不同滴灌施肥處理對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量和水肥利用效率的影響

2012年和2013年馬鈴薯的產(chǎn)量隨著施肥量的增加呈現(xiàn)逐漸增加后略有下降的趨勢(shì)。2012年，馬鈴薯的產(chǎn)量以 70%NPK最高，為 32.2 t·hm－2，除明顯比10%NPK高出32.0%外，與其它處理間的差異均不顯著（表3）。2013年在85%NPK時(shí)產(chǎn)量最高（32.4 t·hm－2），明顯比 10%NPK高出 68.8%，但與其它處理間的差異不顯著。2012年和2013年的最高產(chǎn)量與當(dāng)?shù)伛R鈴薯生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)量（各年份分別為 31.5 t·hm－2和 33.0 t·hm－2）持平甚至更高，但節(jié)約肥料30%～40%，平均節(jié)肥 157 kg·hm－2N、52 kg·hm－2P2O5和187 kg·hm－2K2O。分析兩年產(chǎn)量相對(duì)較低的原因可能為：（1）砂土保水保肥性差，特別是2012年馬鈴薯生育中、后期降水頻繁，根區(qū)土壤養(yǎng)分容易淋失，致使馬鈴薯塊莖膨大期養(yǎng)分缺乏，雖然后期進(jìn)行補(bǔ)肥，但植株已開(kāi)始衰老，吸收養(yǎng)分能力差，致使產(chǎn)量下降（圖3）。（2）2013年，馬鈴薯生育后期遭遇高溫天氣，從8月8日至8月15日，30℃以上的高溫每天持續(xù)6 h以上，不利于馬鈴薯植株的生長(zhǎng)，引起早衰，干物質(zhì)雖較早地向塊莖轉(zhuǎn)移但轉(zhuǎn)移不完全（表2），從而造成產(chǎn)量下降。

2012年的灌溉水利用效率（IWUE）以70%NPK最高，為 271.8 kg·hm－2·mm－1，分別比其它處理高6.1%、5.6%、69.0%和 50.9%。2013年的 IWUE以60%NPK最高，為 248.7 kg·hm－2·mm－1，高于其它處理 5.0%～151.7%（表 3）。

表3 不同滴灌施肥處理對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量、水分和肥料利用效率的影響Table 3 The influence on potato yield，IWUE and PFP of different treatments

兩年馬鈴薯的肥料偏生產(chǎn)力（PFP）均以10%NPK最高，并隨著施肥量的增加逐漸降低，2012年和2013年分別為 234.7 kg·kg－1和 191.8 kg·kg－1，明顯高于其它處理158.3%～707.2%（表3）。

將2年滴灌施肥處理的產(chǎn)量除以10%NPK處理的產(chǎn)量折算成相對(duì)產(chǎn)量，滴灌施肥處理的相對(duì)產(chǎn)量與施肥量的關(guān)系見(jiàn)圖5。馬鈴薯的相對(duì)產(chǎn)量隨著施肥量的增加呈現(xiàn)出先增加后下降的趨勢(shì)?；貧w分析發(fā)現(xiàn)馬鈴薯的產(chǎn)量（y）與施肥量（x）的關(guān)系為二次曲線關(guān)系，表達(dá)式為 y＝0.865＋1.394x－0.810x2（R2＝0.5668）。當(dāng)施肥量為推薦施肥量的 86%（86%NPK）時(shí)，馬鈴薯的產(chǎn)量最高，比推薦施肥量時(shí)增產(chǎn)1.2%，同時(shí)節(jié)肥14%，兩年平均節(jié)約N 57 kg·hm－2、P2O518 kg·hm－2和 K2O 67 kg·hm－2。

圖5 滴灌施肥水平與馬鈴薯相對(duì)產(chǎn)量的關(guān)系Fig.5 Relationships between relative tuber yield with drip fertigation levels

3 結(jié)論與討論

馬鈴薯在芽條生長(zhǎng)期和幼苗期（前7周），氮肥和鉀肥主要以底肥供應(yīng)。進(jìn)入塊莖形成期后，采用負(fù)壓計(jì)指導(dǎo)施肥灌溉，當(dāng)?shù)晤^正下方20 cm深度處的土壤水基質(zhì)勢(shì)低于－25 kPa時(shí)進(jìn)行施肥灌溉，隨著生育期的進(jìn)行，日施氮量總體上呈逐漸下降的趨勢(shì)，日施鉀量在施肥灌溉后明顯升高，之后總體上呈逐漸下降的趨勢(shì)。Carpenter［29］，Zebarth等［3］等的研究發(fā)現(xiàn)，馬鈴薯整個(gè)植株對(duì)氮素和鉀素的吸收均從薯塊萌芽后就開(kāi)始，萌芽后的30～45 d達(dá)到高峰值，日吸收速率分別約為 100 mg·株－1和 168 mg·株－1，此時(shí)期主要保證莖葉的生長(zhǎng)，萌芽后60 d，馬鈴薯主要將氮和鉀從地上部運(yùn)輸?shù)綁K莖，此時(shí)期塊莖對(duì)其吸收量遠(yuǎn)超過(guò)整個(gè)植株的吸收量。因此，從整個(gè)生育期來(lái)看，總體上采用負(fù)壓計(jì)指導(dǎo)施肥灌溉時(shí)，氮和鉀的日施肥量趨勢(shì)和馬鈴薯對(duì)其日吸收情況基本吻合，生育前期主要以地上部生長(zhǎng)為主，施用氮肥有利于促進(jìn)植株生長(zhǎng)，生育后期主要用于塊莖的膨大，減少氮肥的施用，多施用鉀肥有利于促進(jìn)地上部養(yǎng)分向塊莖的轉(zhuǎn)化，進(jìn)而促進(jìn)產(chǎn)量的形成。

馬鈴薯產(chǎn)量的近60%是在塊莖膨大期形成的［31］，產(chǎn)量的形成在一定程度上取決于生物量和收獲指數(shù)［32］。只有合理的水肥管理措施，在滿足前期莖葉生長(zhǎng)的基礎(chǔ)上，協(xié)調(diào)干物質(zhì)在塊莖及地上部營(yíng)養(yǎng)器官的合理分配，才有利于塊莖更快、更多地積累干物質(zhì)，獲得高產(chǎn)［33］。當(dāng)塊莖膨大中、后期收獲指數(shù)為0.5左右時(shí)，地上部分與地下部分的生長(zhǎng)發(fā)育比例協(xié)調(diào)，有利于塊莖膨大，積累更多的干物質(zhì)，獲得較高的產(chǎn)量［34］。本研究發(fā)現(xiàn)，隨著施肥量比例的增加，馬鈴薯的株高、莖粗、葉面積指數(shù)、鮮生物量均先增加再降低，當(dāng)施肥量比例為70%～85%時(shí)達(dá)到最大值，并且收獲指數(shù)相對(duì)較低，這是因?yàn)檫m宜施肥量（60%～85%NPK）使得塊莖膨大中后期地上部與地下部生長(zhǎng)發(fā)育比例比較協(xié)調(diào)，延長(zhǎng)了地上部養(yǎng)分向塊莖轉(zhuǎn)移的時(shí)間，促進(jìn)更多養(yǎng)分向塊莖積累，提高產(chǎn)量，而施肥量過(guò)量會(huì)引起馬鈴薯貪青晚熟，植株不能正常成熟，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不能及時(shí)轉(zhuǎn)移到塊莖中導(dǎo)致減產(chǎn)［13，26－27］，甚至可能因施肥量過(guò)高導(dǎo)致馬鈴薯吸收的養(yǎng)分濃度較高，一定程度上抑制了植株的生長(zhǎng)，進(jìn)而影響產(chǎn)量［28］。

當(dāng)施肥比例為60%～70%時(shí)，灌溉水利用效率最高。這可能是整個(gè)生育期施肥灌溉較頻繁，施肥促進(jìn)了作物根系的發(fā)育，提高了根系對(duì)水分及養(yǎng)分的吸收利用，使得水肥高效利用的緣故［35］（圖 1）。Ierna等［36］認(rèn)為，滴灌施肥下無(wú)論是高灌水量還是低灌水量，均以中等施肥量的灌溉水分利用效率較高，與本研究結(jié)果一致。肥料偏生產(chǎn)力均以10%NPK最高，并隨著施肥量的增加逐漸降低，這與井濤等［19］在馬鈴薯高壟覆膜滴灌施氮條件下的研究結(jié)果一致。

植物對(duì)養(yǎng)分的吸收、運(yùn)輸和利用都依賴于土壤水分，土壤的水分狀況在很大程度上決定著肥料的合理用量［37］。本研究采用負(fù)壓計(jì)指導(dǎo)施肥灌溉，土壤大部分時(shí)間內(nèi)都維持在－25 kPa以上，水分狀況良好。同時(shí)，滴灌施肥灌溉能夠直接把水分和養(yǎng)分輸送到馬鈴薯根部，使植株能在短時(shí)間內(nèi)高效利用水分和養(yǎng)分，施肥量與傳統(tǒng)施肥量相比明顯減少。石玫莉等［38］認(rèn)為馬鈴薯滴灌施肥灌溉時(shí)，施肥量應(yīng)比常規(guī)施肥水平減少40%～60%為宜。Ierna等［36］指出滴灌施肥灌溉時(shí)，中等施肥量（100∶50∶150 N∶P∶K kg·hm－2）既可保證馬鈴薯的產(chǎn)量，又有利于水肥資源的高效利用。在埃及干旱區(qū)和山東青島地區(qū)進(jìn)行的馬鈴薯滴灌施肥灌溉研究，也得到了類似的結(jié)果［39－40］。由于不同馬鈴薯品種的需肥特性不同、不同地區(qū)的土壤基礎(chǔ)條件和氣候條件存在差異，使得滴灌施肥灌溉條件下馬鈴薯的總施肥量仍存在較大差異。本研究基于養(yǎng)分平衡法得到推薦施肥量，設(shè)計(jì)了5個(gè)滴灌施肥量比例，并利用肥料效應(yīng)函數(shù)法得到施肥量為推薦施肥量的86%（86%NPK）時(shí)，馬鈴薯的產(chǎn)量最高，比推薦施肥量時(shí)增產(chǎn)1.2%，同時(shí)節(jié)肥 14%，兩年平均節(jié)約 57 kg·hm－2N、18 kg·hm－2P2O5和 67 kg·hm－2K2O，保證了較高的水肥利用效率。由于N、P、K等元素隨水遷移流失的過(guò)程主要是水循環(huán)帶動(dòng)的物理過(guò)程，即溶質(zhì)運(yùn)移過(guò)程，主要與土壤質(zhì)地和含水量以及降水過(guò)程等因素密切相關(guān)，故該比例關(guān)系可用于指導(dǎo)在沙地馬鈴薯的滴灌施肥。綜合分析馬鈴薯生長(zhǎng)、產(chǎn)量、灌溉水利用效率和肥料利用效率，認(rèn)為內(nèi)蒙古沙地栽培馬鈴薯時(shí)，采用滴灌施肥灌溉系統(tǒng)，當(dāng)?shù)晤^正下方20 cm處的土壤水基質(zhì)勢(shì)下限在－25 kPa時(shí)進(jìn)行施肥灌溉，且施肥量為推薦施肥量的85%左右時(shí)，既能獲得馬鈴薯高產(chǎn)，又可保證較高的水肥利用效率。

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Effects of drip fertigation levels on potato grow th and the water and fertilizer efficiency on sandy soil in Inner Mongolia

FENG Zhi-wen1，2，KANG Yao-hu1，WAN Shu-qin1，LIU Shi-ping1
（1.Key Lɑborɑtory ofWɑter Cycleɑnd Relɑted Lɑnd Surfɑce Processes，Institute of Geogrɑphic Sciences ɑnd Nɑturɑl Resource Reseɑrch，Chinese Acɑdemy of Sciences，Beijing 100101，Chinɑ；2.University of Chinese Acɑdemy of Sciences，Beijing 100049，Chinɑ）

In view of the demand forwater-fertilizermanagement of potato on sandy soil in Inner Mongolia，a 2－year field experiment comparing five fertigation levels on potato yield，irrigation water use efficiency and partial fertilizer productivity was carried out.The treatments included five fertigation levels，10% （10%NPK），30% （30%NPK），50% （50%NPK），70% （70%NPK）and 90% （90%NPK）of the recommended fertilizer dose（420∶105∶495 N∶P∶K kg·hm－2·year－1）in 2012 and 10% （10%NPK），35% （35%NPK），60% （60%NPK），85% （85%NPK）and 110% （110%NPK）of the recommended fertilizer dose（390∶150∶465 N∶P∶K kg·hm－2·year－1）in 2013，respectively，and the recommended fertilizer dosewas estimated based on the nutrient balancemethod.The soilmatric potential at 20 cm depth under the emitterswas controlled above－25 kPa for drip fertigation.The results showed that fertilization period with N and K was basically in linewith principal periodswith potato plants on absorption of N and K when tensiometer was applied to guide drip fertigation.Potato plant height，stem diameter，leaf area index，total biomass fresh weight and yield first increased and then decreased，and got themaximum under70%～85%of fertilization in two yearswith the increase in the proportion of fertilization.The harvest index was relatively low，which can effectively extend the nutrient transfer period from aboveground to tuber，and accelerate to accumulatemore nutrients in the tubers.The highest irrigation water use efficiency was gotten under 60%～70%of fertilization.The highest tuber yield in 2012 and 2013 were 32.2 and 32.4 t·hm－2for70%NPK and 85%NPK，respectively，which on parwith the average yield of local enterprises using center-pivot irrigation system，while 157，52 kg·hm－2and 187 kg·hm－2for N，P2O5and K2O were saved，respectively.The potato yield，irrigation water and fertilizer use efficiencywere high on sandy soil in Inner Mongolia when the amountof fertilization was about85%of the recommended fertilizer dose and soilmatric potential at20 cm depth under the emitterswas controlled above－25 kPa for drip fertigation.

drip-fertigation；soilmatric potential；fertilization amount proportion；partial factor productivity from applied fertilizer；irrigation water use efficiency

S275.6；S532

A

1000-7601（2017）05-0242-08

10.7606／j.issn.1000-7601.2017.05.36

2016-06-17

2016-10-26

國(guó)家科技支撐計(jì)劃課題（2012BAD06B01；2012BAD08B02）

馮志文（1987—），男，內(nèi)蒙赤峰人，博士研究生，主要從事農(nóng)田水循環(huán)與節(jié)水灌溉研究。E-mail：fengzw.12b＠igsnrr.ac.cn。

康躍虎（1963—），男，研究員，博士生導(dǎo)師，主要從事農(nóng)田水循環(huán)與節(jié)水灌溉研究。E-mail：kangyh＠igsnrr.ac.cn。