馬鈴薯種植灌溉方式及施肥研究進(jìn)展綜述

魏千賀， 王 晨， 范春梅， 代啟亮， 彭爾瑞

(云南農(nóng)業(yè)大學(xué)，云南昆明 650000)

馬鈴薯在全世界種植規(guī)模非常大[1]，從北緯71°至南緯40°之間的絕大多數(shù)國家都有栽培。我國馬鈴薯種植面積和產(chǎn)量均占全世界的1/4，是馬鈴薯生產(chǎn)第一大國。馬鈴薯是可作糧可作菜的食物，有很高的營養(yǎng)價(jià)值，其塊莖具有鉀元素多、淀粉含量高和脂肪含量低的優(yōu)點(diǎn)。馬鈴薯是世界四大糧食作物之一，其生長周期短、適應(yīng)性強(qiáng)、產(chǎn)量高[2-3]，塊莖生長沒有限制，具有很大的增產(chǎn)潛力，故對糧食增產(chǎn)的貢獻(xiàn)也很大[4]。在提高糧食作物單產(chǎn)中，品種改良占39%，合理施肥占50%，其他耕作方法改良占20%[3]。目前，我國優(yōu)質(zhì)馬鈴薯新品種選育取得了重要突破，培育出一批優(yōu)良的新品種，為優(yōu)質(zhì)馬鈴薯的生產(chǎn)提供了優(yōu)良的物質(zhì)基礎(chǔ)。馬鈴薯生產(chǎn)主要受種植方式、灌溉方式及施肥技術(shù)的限制。種植方式是在一定條件和經(jīng)濟(jì)發(fā)展下形成的規(guī)范化耕作方式，會(huì)影響作物產(chǎn)量和水肥利用率；灌溉包括灌溉方式和灌溉用水，其研究結(jié)果對馬鈴薯節(jié)水意義重大；肥料中不同元素對馬鈴薯有不同的促進(jìn)作用，對馬鈴薯品質(zhì)和產(chǎn)量均有較大影響，且施肥過少不能滿足馬鈴薯生長要求，過多則易造成環(huán)境污染。因此，有關(guān)馬鈴薯種植方式、灌溉及施肥研究顯得很有意義。

1 馬鈴薯種植方式

隨著我國農(nóng)村種植結(jié)構(gòu)不斷調(diào)整，馬鈴薯種植規(guī)模越來越大，種植方式也呈現(xiàn)出多元化趨勢。主要種植方式有以下3種。

1.1 露地與地膜覆蓋

露地種植和地膜覆蓋是馬鈴薯栽培最常見的2種模式，全國各個(gè)區(qū)域都可以進(jìn)行露地種植。在馬鈴薯生長前期覆膜可使表層土壤日平均溫度提高2～9 ℃，有利于根系早期的生長，對馬鈴薯的地上部和地下部生長均有明顯影響，并且能夠很大程度地減少馬鈴薯株間蒸發(fā)[5]，還可通過收集少量降水和保留較強(qiáng)降水的地表徑流來收集雨水供作物吸收，黑色聚乙烯薄膜可以使作物獲得更高的產(chǎn)量和更高的水分利用效率[6]。

1.2 起壟種植和平作

相對平作而言，馬鈴薯起壟種植是一種較常見的栽培模式，壟作的種植方式能改變田間微小地形及環(huán)境、增加土壤受太陽光輻照的面積繼而提高土壤溫度，使得土壤的光、溫、水及肥等因素更為協(xié)調(diào)，有利于馬鈴薯的生長和增加單株結(jié)薯率，最終提高馬鈴薯產(chǎn)量[7-9]。

1.3 寬壟與窄壟

現(xiàn)階段的馬鈴薯滴灌栽培主要是單壟單行種植模式居多，即在窄壟上鋪設(shè)一條滴灌帶，種植一行馬鈴薯，該栽培模式可增強(qiáng)馬鈴薯的結(jié)薯能力[10-11]，但由于壟體過于狹窄，不利于滴灌帶鋪設(shè)的機(jī)械化操作[12]，而寬壟栽種雙行馬鈴薯的栽培方式解決了這一弊端，同時(shí)可有效改善馬鈴薯根部的土壤水分情況，促進(jìn)馬鈴薯的生長和增產(chǎn)，提高灌溉水利用效率[13]。

2 馬鈴薯灌溉研究進(jìn)展

2.1 馬鈴薯灌溉方式研究進(jìn)展

馬鈴薯的灌溉方式分為溝灌、噴灌、滴灌，其中溝灌投入低但水損耗嚴(yán)重，噴灌水利用率高但莖葉淋濕易導(dǎo)致菌害，而滴灌既節(jié)約水資源又省時(shí)省工[14]，能非常有效地提高肥料利用效率和馬鈴薯產(chǎn)量[15]。馬鈴薯高壟覆膜滴灌技術(shù)是將地膜覆蓋與滴灌灌溉相結(jié)合的集成技術(shù)，具有提高土壤溫度、減少馬鈴薯株間水分蒸發(fā)的作用[16]，避免了地表水分的地表徑流和土壤水的深層滲漏，節(jié)約了水資源，使馬鈴薯更加直接有效地利用水肥，實(shí)現(xiàn)了按照需求量精準(zhǔn)灌溉及高效率用水節(jié)水的目的[17]，田間管理也很方便。膜下滴灌技術(shù)相比大水漫灌可節(jié)水達(dá)40%～50%以上，同時(shí)減少了因漫灌造成的肥料滲漏損失，膜下滴灌水肥一體化能結(jié)合灌溉追施各種肥料[18]，化肥利用率可提高20%以上，還能夠緩解干旱氣候，改善農(nóng)業(yè)依靠降水補(bǔ)充水分的局限性，顯著提高馬鈴薯塊莖產(chǎn)量[19]。壟膜溝灌的土壤濕潤深度為65～85 cm，而膜下滴灌濕潤深度僅為28～35 cm，膜下滴灌減少了水分深層滲漏的損失[20]。膜下滴灌馬鈴薯產(chǎn)量比不滴灌增產(chǎn)45.60%～82.43%，增產(chǎn)效果顯著[21]，其產(chǎn)量、淀粉含量、還原糖和蛋白質(zhì)含量顯著高于漫灌、噴灌[22]。但覆膜滴灌并非任何時(shí)候都適用，對晚播春馬鈴薯來說，膜下滴灌的出苗率和產(chǎn)量反而比露地不覆膜滴灌的低，究其原因是該時(shí)期覆膜會(huì)導(dǎo)致土溫過高出現(xiàn)種薯腐爛、出苗率降低的現(xiàn)象[23]。覆膜在馬鈴薯生長前期可提高地溫保證出苗率，但后期膜的存在對馬鈴薯的生長非常不利，建議早揭膜，揭膜時(shí)間晚會(huì)影響馬鈴薯的產(chǎn)量和水分利用率[24]。

2.2 馬鈴薯灌溉水量研究

水是馬鈴薯生活環(huán)境中最重要的因子之一[25]。土壤水分不足會(huì)增大小薯率，成熟期土壤水分不足對商品薯率影響較大[26]。馬鈴薯在生育前期耗水量小，中期逐漸變大，后期又變小，土壤含水量與馬鈴薯產(chǎn)量呈二次曲線關(guān)系。用田間持水量作依照來控制馬鈴薯灌溉上下限時(shí)，下限控制在 55%～65%范圍內(nèi)，上限控制在85%～95%范圍內(nèi)，也就是在每次滴灌時(shí)壟邊浸水即可[27-28]，具體到馬鈴薯生長的各個(gè)時(shí)期，最佳土壤水分下限指標(biāo)為苗期65%，塊莖形成期75%，塊莖膨大期80%，淀粉積累期60%～65%[29]?？梢?，馬鈴薯耗水量和耗水強(qiáng)度排序依次為塊莖膨大期>塊莖形成期>苗期>淀粉積累期[30]，塊莖形成期過渡到塊莖膨大期的階段是營養(yǎng)分配由供應(yīng)地上部分為主轉(zhuǎn)向供應(yīng)地下部分為主的關(guān)鍵階段，此時(shí)耗水量可占馬鈴薯整個(gè)生長過程總耗水量的一半以上，也是對虧缺水最敏感的時(shí)期。若供水水量充足，塊莖迅速膨大，若供水量不足會(huì)阻礙塊莖的膨大導(dǎo)致減產(chǎn)，在蒸發(fā)量較大、土壤蓄水能力較低且降水量較少的地區(qū)就須要經(jīng)常灌溉[31]。在全生育期內(nèi)水分不足對馬鈴薯的影響會(huì)直觀反映在它的莖葉生長形態(tài)上，而土壤水分過多會(huì)引起莖葉徒長甚至倒伏。灌水頻率對馬鈴薯塊莖生長膨大有很大影響，當(dāng)灌水頻率為2～8 d 每次時(shí)，塊莖生長、塊莖產(chǎn)量、商品薯率、水分利用效率都與灌溉頻率呈正相關(guān)關(guān)系[32]。膜下滴灌條件下，當(dāng)作物騰發(fā)量與灌溉量差別很小時(shí)，可通過增多灌溉頻率、降低灌水定額來提高馬鈴薯的產(chǎn)量和品質(zhì)。灌水次數(shù)與產(chǎn)量呈正相關(guān)關(guān)系，灌水次數(shù)越多產(chǎn)量越高，灌水量越大總水分生產(chǎn)效率越高，但灌溉水生產(chǎn)效率卻降低[33]。

3 馬鈴薯施肥技術(shù)研究進(jìn)展

土壤肥力不足是限制作物增產(chǎn)的重要障礙，施肥是最有效、最重要、最快捷的增產(chǎn)措施[34]。充分合理地施用化肥是增加糧食產(chǎn)量，提高農(nóng)民收入的必要舉措。馬鈴薯是喜肥作物，合理的施肥技術(shù)有利于馬鈴薯塊莖產(chǎn)量和品質(zhì)的提高。施肥缺少科學(xué)性會(huì)使馬鈴薯產(chǎn)量品質(zhì)降低、造成養(yǎng)分浪費(fèi)、成本投入大和環(huán)境嚴(yán)重污染等問題[35]，為了能夠合理利用肥料資源并減少環(huán)境污染，以最低的成本達(dá)到最佳的經(jīng)濟(jì)效益[36]，學(xué)者對馬鈴薯施肥技術(shù)有較多研究[37-38]。鉀、氮和磷元素對促進(jìn)馬鈴薯生長及增加產(chǎn)量的作用最大。

3.1 馬鈴薯鉀肥研究進(jìn)展

馬鈴薯對鉀的需求量很高，鉀肥能顯著增加馬鈴薯葉片的光合速率、蒸騰速率和氣孔度[39]，能增加商品薯的個(gè)數(shù)，增加馬鈴薯塊莖中的淀粉含量[40]。我國土壤含鉀量較氮、磷多，一般通過有機(jī)肥料和草木灰補(bǔ)充土壤中的鉀元素[41]，但由于近幾年新品種的出現(xiàn)，馬鈴薯產(chǎn)量不斷提高，氮、磷肥用量增加，因此馬鈴薯出現(xiàn)缺鉀癥狀，缺鉀會(huì)造成氮、磷肥料浪費(fèi)，影響肥料效益的充分發(fā)揮[42]，也會(huì)使商品薯率降低，影響農(nóng)民增產(chǎn)增收。合理施鉀、分次施鉀可提高馬鈴薯塊莖產(chǎn)量、淀粉含量、蛋白質(zhì)含量、鉀的吸收量[43]。但鉀肥并非越多越好，隨著鉀量的增多馬鈴薯塊莖內(nèi)蛋白質(zhì)含量表現(xiàn)為先上升后下降的趨勢，過量的鉀肥會(huì)使馬鈴薯塊莖中的蛋白質(zhì)含量降低[44]，鉀肥的利用率會(huì)明顯降低[45]，也會(huì)引起塊莖干物質(zhì)含量降低。鉀肥的利用率也因品種的不同存在顯著差異，常用的鉀肥主要有硫酸鉀、氯化鉀、硝酸鉀等。近幾年硫酸鉀和氯化鉀施用較多，氯化鉀有助于碳水化合物的積累，硫酸鉀有助于器官干物質(zhì)積累，也有利于馬鈴薯增產(chǎn)和品質(zhì)提升[44]，硫元素還參與植物體內(nèi)的各種代謝和蛋白質(zhì)形成過程，所以說硫酸鉀是雙重營養(yǎng)物[46]。

3.2 氮肥研究進(jìn)展

氮肥是含有營養(yǎng)元素氮的化肥。提升氮肥生產(chǎn)的利用率是農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要科研課題。施氮最主要是對馬鈴薯的小薯個(gè)數(shù)和大薯質(zhì)量有影響，而大薯是馬鈴薯產(chǎn)量高低的決定性因素[47]，可以說氮肥的施用一定程度上決定了馬鈴薯的產(chǎn)量。馬鈴薯的大薯率、淀粉含量和商品薯產(chǎn)量隨氮肥量的增施呈遞增趨勢[37]。馬鈴薯葉片伸展、光合作用、塊莖產(chǎn)量、干物質(zhì)積累等都與氮的施用存在密切關(guān)系。馬鈴薯的氮素吸收速率呈現(xiàn)先慢后快再慢的單峰曲線趨勢，氮素吸收速率最大的時(shí)期是塊莖形成期與塊莖膨大期，在一定范圍內(nèi)增加施氮量可增加馬鈴薯產(chǎn)量，但當(dāng)施氮量超出范圍后，馬鈴薯塊莖產(chǎn)量不再有顯著變化，而氮肥利用率也會(huì)降低[48]，土壤硝態(tài)氮不易被土壤顆粒吸附而易隨水移動(dòng)發(fā)生淋洗[49]，使得氮素利用效率降低，且有可能造成如地下水硝酸鹽環(huán)境污染等問題[50]。

3.3 磷肥研究進(jìn)展

磷肥是以磷礦為原料且含營養(yǎng)元素磷的化肥，其有效成分用五氧化二磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示[51]。適量的磷肥能促進(jìn)幼苗期馬鈴薯根部體系的生長，縮短馬鈴薯生育期，過量的磷肥會(huì)導(dǎo)致小中薯質(zhì)量增加，大薯質(zhì)量降低[37]。在磷肥類型的施用上，磷酸銨和重過磷酸鈣等高濃度磷肥已逐漸取代最早的過磷酸鈣磷肥。

3.4 復(fù)合肥和有機(jī)肥

相對一般施肥，馬鈴薯專用復(fù)合肥能夠顯著提高淀粉含量、商品率，有利于改善馬鈴薯的品質(zhì)，充分發(fā)揮各肥料的增產(chǎn)潛力[52-53]。從出苗到塊莖增長期馬鈴薯對氮、磷、鉀的吸收量呈逐漸增加的趨勢。膜下滴灌條件下，馬鈴薯整個(gè)生長過程整株氮、磷、鉀累積吸收量表現(xiàn)為鉀>氮>磷[54]，呈現(xiàn)出明顯的慢、快、慢的動(dòng)態(tài)規(guī)律。分次施用復(fù)合肥能有效提高鉀素利用率[43]。施肥時(shí)為了避免肥害現(xiàn)象的發(fā)生，可通過電導(dǎo)儀監(jiān)測滴灌帶流出的水肥液體的濃度[55]。經(jīng)微生物分解或發(fā)酵而成天然有機(jī)質(zhì)的肥料叫有機(jī)肥[56]，其主要作用是改善土壤理化性狀，提升土壤肥力[57]。

有機(jī)肥與化肥配施可提高馬鈴薯的產(chǎn)量，改善品質(zhì)，是保證馬鈴薯產(chǎn)量穩(wěn)增的重要措施。氮磷鉀復(fù)合肥與有機(jī)肥配施的效果比單施化肥或有機(jī)肥能顯著地促進(jìn)馬鈴薯生長[49]。施用秸稈擴(kuò)蓄肥[58]和保水劑[59]均能顯著增加0～20 cm土壤含水量，增加產(chǎn)量、淀粉含量，并提高水分利用效率。

4 總結(jié)與展望

馬鈴薯對氮、磷、鉀的吸收利用率受多種因素的影響，但影響更大的是土壤水分這個(gè)因素。水、肥投入多，馬鈴薯產(chǎn)量增加，水肥的利用率卻下降，即馬鈴薯產(chǎn)量增加與水肥高效利用不能同時(shí)實(shí)現(xiàn)[60]。綜上可知，在今后的研究中須要注意以下幾點(diǎn)：首先，要注重塊莖形成期至塊莖膨大期這一重要時(shí)期的水肥研究；其次，要明確肥料在提高產(chǎn)量、品質(zhì)、水肥綜合利用效率中的作用，要進(jìn)一步研究不同配方施肥對馬鈴薯生長發(fā)育、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響；最后，無論是種植方式或水肥研究均旨在提高馬鈴薯產(chǎn)量、品質(zhì)及經(jīng)濟(jì)效益，在實(shí)際種植時(shí)依據(jù)當(dāng)?shù)貧夂?、溫度、土壤等條件，選取適合的種植方式及水肥管理措施，以相對較小的水肥及管理等投入獲得較高產(chǎn)量較高品質(zhì)的馬鈴薯，進(jìn)而真正做到馬鈴薯的節(jié)水、優(yōu)質(zhì)及高產(chǎn)。