種植密度對滴灌馬鈴薯生長、產(chǎn)量的影響

王巖，劉暢，李云開，顧濤，蘇艷平*

(1. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，北京 100083； 2. 中國灌溉排水發(fā)展中心，北京 100054)

馬鈴薯是繼小麥、玉米和水稻之后的世界第四大糧食作物，種植面積逐年增加[1].中國馬鈴薯種植多集中在西北、西南、東北等地區(qū)，種植面積占世界的1/4.而在東北地區(qū)，馬鈴薯傳統(tǒng)種植模式產(chǎn)量不高，土地利用率低，種植戶生產(chǎn)效率水平低.

滴灌技術(shù)通過全管道化系統(tǒng)適時、適量地給馬鈴薯根區(qū)精準(zhǔn)灌溉施肥，已成為馬鈴薯最為適宜的灌溉方式之一[2].目前，膜下滴灌、地表滴灌在中國西北干旱半干旱地區(qū)馬鈴薯種植中廣泛應(yīng)用，如WANG等[3]探究了膜下滴灌條件下馬鈴薯耗水規(guī)律.東北地區(qū)由于其充沛的年降雨量，覆膜會造成雨水無法利用.馬鈴薯栽培中，中耕培土是提高馬鈴薯結(jié)薯數(shù)及單位面積產(chǎn)量的一項(xiàng)重要措施[4]，而將滴灌馬鈴薯搭載中耕技術(shù)，可以將地表滴灌轉(zhuǎn)變?yōu)榈叵碌喂?地下滴灌不僅可以精確控制灌水量,而且可以保證作物及時獲得必要的養(yǎng)分,是理想的施肥和灌溉技術(shù)[5].種植密度是影響馬鈴薯產(chǎn)量的重要因素，已有大量研究表明種植密度對馬鈴薯產(chǎn)量影響顯著，SULAIMAN等[6]研究發(fā)現(xiàn)適宜的馬鈴薯密度可提高馬鈴薯產(chǎn)量和水分利用效率；但理論上提高馬鈴薯的種植密度在增產(chǎn)的同時也會影響馬鈴薯的品質(zhì)；GRANT等[7]研究表明，馬鈴薯種植密度過高會造成田間過度郁閉，通風(fēng)不暢，病蟲害危害加重，很大程度影響了馬鈴薯的產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益.因而合理的種植密度是保證產(chǎn)量和生產(chǎn)營養(yǎng)價值高的商品薯的必然選擇.目前有關(guān)馬鈴薯種植密度的研究大多基于溝灌、噴灌等傳統(tǒng)灌溉方式，關(guān)于滴灌條件下馬鈴薯適宜的種植密度及相關(guān)的產(chǎn)量、品質(zhì)及水分利用效率的研究僅有零星報道[8]，而對于黑龍江寒區(qū)馬鈴薯滴灌的研究更是鮮見.

基于此，文中在黑龍江省齊齊哈爾市克山縣開展滴灌馬鈴薯試驗(yàn)，研究種植密度對滴灌馬鈴薯生長、產(chǎn)量、品質(zhì)及水分利用效率的影響，初步提出適宜黑龍江馬鈴薯滴灌條件下的種植模式，旨在為黑龍江地區(qū)馬鈴薯生產(chǎn)提供理論指導(dǎo).

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)于2017年4—9月在黑龍江省齊齊哈爾市克山縣707農(nóng)場(125.62°E，48.24°N)進(jìn)行.該試驗(yàn)區(qū)屬寒溫帶大陸季風(fēng)氣候，年平均氣溫2.4 ℃，該區(qū)屬于第三積溫帶，有效積溫2 400 ℃.土壤質(zhì)地為粉壤土，pH值為弱酸性.該試驗(yàn)區(qū)隨機(jī)選取9個點(diǎn)測定土壤的基礎(chǔ)肥力，選取的土壤深度分別為(0，20],(20，40],(40，60] cm，土壤基礎(chǔ)肥力屬中等肥力見表1，表中取土深度為d,銨態(tài)氮質(zhì)量比為N銨、速效磷質(zhì)量比為Ps、速效鉀質(zhì)量比為Ks、有機(jī)質(zhì)質(zhì)量比為M.

表1 試驗(yàn)區(qū)土壤基礎(chǔ)肥力

1.2 試驗(yàn)方法與設(shè)計(jì)

馬鈴薯采用壟作方式種植.試驗(yàn)共設(shè)置3個種植密度的處理，每個處理3個重復(fù)，共有9個試驗(yàn)小區(qū)，試驗(yàn)設(shè)計(jì)見表2.不同處理的小區(qū)面積不盡相同，RS25，RS35，CK分別為264，288，216 m2，使用起壟播種機(jī)進(jìn)行起壟播種，不同處理壟臺尺寸如圖1所示.

表2 馬鈴薯試驗(yàn)處理設(shè)計(jì)

圖1 壟臺尺寸

各個處理采用相同的灌溉標(biāo)準(zhǔn)，具體灌溉根據(jù)土壤含水率占土壤田間持水量的百分比來確定.幼苗期灌水下限為70%FC(田間持水量，試驗(yàn)地體積田間持水量為39.1%)，上限為85%FC；塊莖形成、塊莖膨大期下、上限分別為75%FC，90%FC，淀粉積累期為65%FC，80%FC.

全生育期共灌水5次，時間分別在6月16號、6月27號、7月9號、7月20號、7月28號，灌水量分別為5.79，5.11，4.84，5.02，3.72 m3.試驗(yàn)期間總有效降雨量為317 mm.試驗(yàn)期間降雨分布如圖2所示,I累計(jì)為累計(jì)降雨量,I有效為日有效降雨量.

圖2 試驗(yàn)期間降雨情況

供試馬鈴薯品種為尤金.試驗(yàn)底肥為馬鈴薯專用復(fù)合肥(氮磷鉀總養(yǎng)分含量≥45%，15-10-20)，用量750 kg/hm2，在不同生育期進(jìn)行追肥，具體施肥情況詳見表3.馬鈴薯于5月12日播種，9月14日收獲，生育期124 d.在播種后30 d，進(jìn)行中耕培土除草，培土后馬鈴薯壟臺尺寸發(fā)生改變，且滴灌帶由地表式布置方式變?yōu)榈芈袷?中耕前后壟形變化如圖3所示，圖中數(shù)值單位為mm.

表3 馬鈴薯田間施肥管理方案

圖3 中耕前后壟臺變化情況

Fig.3 Change in ridge size before and after cultivator applied to soil

1.3 試驗(yàn)觀測內(nèi)容及方法

1) 馬鈴薯植株干物質(zhì)量：取樣后稱量根莖葉和塊莖的鮮質(zhì)量，然后放入烘箱中進(jìn)行烘干，烘至恒重后，用干質(zhì)量比鮮質(zhì)量計(jì)算干物質(zhì)比重.

2) 馬鈴薯產(chǎn)量測定：在馬鈴薯收獲時，每個小區(qū)隨機(jī)選取一壟，在該壟上，隨機(jī)選出5 m長，根據(jù)不同的壟距，求出不同處理5 m長度上的面積，從而求出單位面積上的產(chǎn)量.

3) 馬鈴薯質(zhì)量分級及商品薯率測定：取馬鈴薯塊莖，進(jìn)行按重量分級，分級的標(biāo)準(zhǔn)為小薯(0,50] g、中薯(50,125] g、大薯(>125 g)，其中，商品薯包括大薯和中薯[9].

4) 馬鈴薯品質(zhì)測定：粗蛋白、淀粉、維生素C測試的方法分別為凱式定氮法、近紅外法以及2,6-二氯酚靛滴定法.

5) 馬鈴薯耗水量和水分利用效率的計(jì)算方法：耗水量采用水量平衡法估算；水分利用效率指單位蒸騰耗水量的光合作用量或生長量，即：水分利用效率=作物產(chǎn)量/作物耗水量.

2 結(jié)果與分析

2.1 對滴灌馬鈴薯株高和莖粗的影響

圖4為馬鈴薯株高莖粗變化.圖4a為不同密度下株高h(yuǎn)變化情況.由圖可知，馬鈴薯株高從幼苗中期到結(jié)薯期株高生長速度較快，進(jìn)入塊莖膨大期株高達(dá)到最大值，之后基本趨于穩(wěn)定.進(jìn)入塊莖形成期后，株高由大到小依次為CK,RS35,RS25，RS25較CK,RS35分別降低6.88%,3.87%，上述表明，增加馬鈴薯的種植密度不利于馬鈴薯株高增高.

圖4 馬鈴薯株高莖粗變化

圖4b為莖粗b變化情況，由圖可知，變化趨勢與株高較為一致.進(jìn)入塊莖形成期，馬鈴薯莖粗由大到小依次為CK,RS35,RS25，其分別為1.541,1.479,1.425 cm，RS25較CK,RS35分別降低了8.14%,6.24%，說明增加馬鈴薯的種植密度不利于馬鈴薯莖粗增粗.

2.2 對滴灌馬鈴薯干物質(zhì)積累的影響

表4為不同種植密度下滴灌馬鈴薯干物質(zhì)積累動態(tài)變化情況.由表可知，馬鈴薯全生育期內(nèi)，根、莖、葉干物質(zhì)積累呈單峰曲線變化.而馬鈴薯塊莖干物質(zhì)積累表現(xiàn)出逐漸增加的趨勢.

根莖葉、塊莖表現(xiàn)出與株高相同的變化趨勢.在整個塊莖形成期，種植密度對馬鈴薯干物質(zhì)積累無顯著性影響.進(jìn)入塊莖膨大期后，干物質(zhì)量與種植密度表現(xiàn)出相關(guān)性，表現(xiàn)為隨著種植密度的增加，干物質(zhì)積累量逐漸減少，其中處理CK最大，根、莖、葉和塊莖干物質(zhì)積累值分別為4.43,24.31,37.02和118.17 g/株；而RS25干物質(zhì)積累值最小，即4.10,20.10,33.97和106.80 g/株，較處理CK干物質(zhì)分別降低了8.05%,20.94%,8.92%,10.65%.

表4 馬鈴薯根根葉塊莖干物質(zhì)積累的變化關(guān)系

2.3 對滴灌馬鈴薯塊莖質(zhì)量及商品薯率的影響

表5為種植密度對馬鈴薯商品薯率的影響.隨著種植密度的增加，馬鈴薯塊莖小薯率增加，高密度處理RS25較處理RS35和CK的小薯率分別增加了37.20%和28.57%；對于中薯率和大薯率，與種植密度未表現(xiàn)出相關(guān)性.隨著種植密度的增加，馬鈴薯的商品薯率減少，高密度處理RS25較處理RS35和CK的商品薯率分別顯著降低了6.62%和8.08%，而處理RS35和CK差異不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義.

表5 不同處理馬鈴薯塊莖質(zhì)量分級及商品薯率多重比較

Tab.5 Multiple comparison of potato tuber quality classification and commodity potato rate

%

注： 表中小寫字母分別表示P<0.05水平，多重比較采用Duncan新復(fù)極差法，下同

2.4 對滴灌馬鈴薯產(chǎn)量、品質(zhì)及WUE的影響

表6為不同種植密度對馬鈴薯產(chǎn)量、品質(zhì)及水分利用效率的影響.由表可知，種植密度對粗蛋白CP的影響不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義.種植密度對馬鈴薯塊莖淀粉S積累具有顯著影響，處理CK為最大，其次為RS35，RS25，具體值每100 g分別為13.83，13.73，12.81 g.RS25較RS35，CK淀粉含量分別降低了7.18%和7.96%，但RS35與CK差異不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義.馬鈴薯塊莖富含維生素C，各處理的維生素C從大到小依次為CK,RS35,RS25，RS25較RS35與CK分降低5.12%，5.60%.

表6 不同處理馬鈴薯產(chǎn)量品質(zhì)、水分利用效率情況

Tab.6 Potato yield, quality, water use efficiency of various test cases

處理CP/%SVc/(mg·kg-1)M作/(kg·hm-2) WUE/(kg·m-3)RS252.27±0.07a12.81±0.35b234.55±2.68b42690±56.86b10.83±0.42bRS352.35±0.12a13.73±0.21a246.55±3.14a47325±74.13a12.05±0.49aCK2.25±0.09a13.83±0.44a247.61±1.84a40860±59.42c9.73±0.37c

提高種植密度對于提高作物產(chǎn)量M作和水分利用效率(WUE)效果顯著.3種處理產(chǎn)量從大到小依次為RS35，RS25，CK.RS35,RS25較CK分別提升了15.82%,4.49%；同時，RS35較RS25產(chǎn)量高出10.85%.WUE隨種植密度的增加呈先增加后減少的趨勢，即隨著種植密度的增加水分利用效率有大幅度的提升，但密度持續(xù)上升，WUE在一定程度上有所下降.其中，RS35的WUE最高，具體為12.05 kg/hm2，較RS25與CK分別提11.27%和23.84%.

3 討 論

田間種植密度能夠通過調(diào)節(jié)冠層形態(tài)結(jié)構(gòu)和資源利用影響作物生長.種植密度對株高、莖粗及干物質(zhì)逐漸顯著，表現(xiàn)為隨行距增加，該生長指標(biāo)呈減小的趨勢.當(dāng)種植密度為6.67×104株/hm2時，由于單位面積上的種植株數(shù)增加，馬鈴薯產(chǎn)量隨之增加，但隨著馬鈴薯密度增加到7.28×104株/hm2，其通風(fēng)、采光以及CO2濃度等因素影響了馬鈴薯的生長[10]，因此產(chǎn)量隨之降低.由于試驗(yàn)中采用相同的灌溉標(biāo)準(zhǔn)，耗水量差異不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，因此馬鈴薯的水分利用效率與產(chǎn)量呈正比，具體表現(xiàn)為隨著種植密度的增加，馬鈴薯水分利用效率呈先增加后減少的趨勢.同時，馬鈴薯商品薯率隨種植密度的增加有降低的趨勢.但從CK到RS35變化不顯著；從RS35到RS25商品薯率顯著降低，這是由于馬鈴薯地上的生長空間和地下的結(jié)薯空間影響了馬鈴薯塊莖的膨大，導(dǎo)致馬鈴薯塊莖中小薯偏高,而塊莖淀粉和維生素C變化與商品薯率一致.

4 結(jié) 論

1) 馬鈴薯的粗蛋白含量隨種植密度變化差異不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但淀粉、維生素C及商品薯率隨著種植密度的大幅度增加而降低.

2) 隨著種植密度的增加，馬鈴薯的生長、干物質(zhì)積累等生長指標(biāo)呈下降的趨勢，而產(chǎn)量和水分利用效率呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢.

3) 綜合考慮馬鈴薯的產(chǎn)量、品質(zhì)、水分利用效率等因素，本試驗(yàn)初步得出種植密度6.67×104株/hm2為黑龍江地區(qū)滴灌馬鈴薯較為適宜的種植密度.