水肥調(diào)控對(duì)滴灌馬鈴薯生長(zhǎng)、品質(zhì)及水肥利用的影響

畢麗霏，張富倉(cāng)，王海東，王 英，吳 悠，向友珍，范軍亮

(1．西北農(nóng)林科技大學(xué)旱區(qū)農(nóng)業(yè)水土工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 楊凌 712100；2．西北農(nóng)林科技大學(xué)旱區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)研究院，陜西 楊凌 712100)

馬鈴薯是世界上重要的糧食作物之一，含有豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，又是重要的工業(yè)原料，具有較高的開(kāi)發(fā)利用價(jià)值[1]。我國(guó)馬鈴薯種植面積很大，然而單產(chǎn)卻比較低[2]，在提高產(chǎn)量方面有很大的空間。隨著馬鈴薯加工業(yè)的發(fā)展，對(duì)馬鈴薯品質(zhì)的研究顯得越來(lái)越重要，如何能達(dá)到馬鈴薯的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)已經(jīng)成為馬鈴薯生產(chǎn)的迫切需求。陜西省榆林市地處黃土高原腹地，土地面積遼闊，海拔高、光照足、日照長(zhǎng)，土質(zhì)疏松，晝夜溫差大，環(huán)境污染輕，是中國(guó)馬鈴薯五大優(yōu)生區(qū)和高產(chǎn)區(qū)之一。但該地區(qū)水資源比較缺乏，馬鈴薯田灌溉施肥大多采用粗放的水肥管理模式，造成了灌溉水浪費(fèi)嚴(yán)重，肥料淋失，水肥利用效率低等問(wèn)題。因此，研究水肥調(diào)控對(duì)陜北榆林地區(qū)馬鈴薯生長(zhǎng)、品質(zhì)及水肥利用的影響，對(duì)提高馬鈴薯產(chǎn)量，保證優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)，改善農(nóng)田的水肥環(huán)境和緩解水資源緊張都有重要意義。

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，水和肥是影響馬鈴薯生長(zhǎng)的兩個(gè)重要因素[3]。水分是影響作物生長(zhǎng)的一個(gè)主要環(huán)境因素[4]，而肥料對(duì)于促進(jìn)馬鈴薯生長(zhǎng)有很大的作用，必須重視肥料的合理施用。前人就滴灌施肥對(duì)馬鈴薯生長(zhǎng)、產(chǎn)量、品質(zhì)及水肥利用進(jìn)行了大量研究。Yuan等[5]發(fā)現(xiàn)隨著灌水量的增加，馬鈴薯的株高、生物量和根區(qū)水量會(huì)相應(yīng)増加，薯塊的產(chǎn)量和單薯重也隨之增加。Wang[6]、秦軍紅等[7]對(duì)相同灌水量下不同灌水頻率對(duì)馬鈴薯生長(zhǎng)、產(chǎn)量及水分利用效率的影響進(jìn)行了研究。Shock等[8]發(fā)現(xiàn)水分不足或者水分過(guò)量均會(huì)使馬鈴薯產(chǎn)量和品質(zhì)降低。有研究表明水肥一體條件下馬鈴薯的產(chǎn)量、單株薯重、商品薯率、淀粉含量均隨著施氮量的增加呈拋物線(xiàn)式變化，且小水量多次灌可以得到比大水量少次灌更好的收益[9]。Badr等[10]通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，在灌水量充足時(shí)，馬鈴薯的產(chǎn)量隨施氮量的增加而逐漸增加，而出現(xiàn)水分脅迫時(shí)，施氮量對(duì)馬鈴薯的產(chǎn)量產(chǎn)生負(fù)作用。Ierna等[11]研究表明高水和高比例肥氮磷鉀的施肥組合能夠促進(jìn)馬鈴薯的生長(zhǎng)，但并不能提高水分生產(chǎn)效率，施肥可以有效地提高水分生產(chǎn)效率。戴樹(shù)榮[12]通過(guò)建立肥料效應(yīng)函數(shù)得到最高產(chǎn)量的氮磷鉀推薦施肥量為N 204.24 kg·hm-2、P2O568.01 kg·hm-2和K2O 253.62 kg·hm-2。同時(shí)，合理的水肥配合可以發(fā)揮很好的交互耦合作用，提高馬鈴薯的水肥利用效率，進(jìn)而可以使馬鈴薯增產(chǎn)[13-14]。

在針對(duì)滴灌條件下馬鈴薯水肥管理展開(kāi)的眾多研究中，多以灌水量和施肥量作為單一因子或者固定的灌水量和施肥配比來(lái)評(píng)價(jià)水分和養(yǎng)分對(duì)馬鈴薯生產(chǎn)的影響，根據(jù)灌水下限調(diào)控和施肥組合的研究還比較少見(jiàn)。本試驗(yàn)采用滴灌灌水下限處理結(jié)合施肥處理的灌溉技術(shù)，研究水肥調(diào)控對(duì)榆林沙土馬鈴薯生長(zhǎng)、產(chǎn)量、水肥利用效率及品質(zhì)的影響，綜合分析馬鈴薯產(chǎn)量和品質(zhì)對(duì)水肥的響應(yīng)，以提高馬鈴薯水肥利用效率為目標(biāo)，從指導(dǎo)馬鈴薯生產(chǎn)的實(shí)際出發(fā)，提出科學(xué)合理的灌水下限和施肥量，以期為榆林沙土馬鈴薯管理提供技術(shù)指導(dǎo)和理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2017年5—9月在榆林市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技示范園西北農(nóng)林科技大學(xué)馬鈴薯試驗(yàn)站進(jìn)行。該區(qū)域位于東經(jīng) 109°43′、北緯38°23′，試驗(yàn)站海拔高1 050 m，年平均降水量371 mm，蒸發(fā)量1 900 mm，年日照時(shí)數(shù)2 900 h，年均氣溫8.6℃。降水主要集中在6—8月。土壤為風(fēng)沙土，肥力水平中等。站區(qū)內(nèi)土壤pH值為8.1，耕層(0～40 cm)土壤容重為1.72 g·cm-3，田間持水量為9.21%(質(zhì)量含水率)，有機(jī)質(zhì)含量為7.85 g·kg-1，銨態(tài)氮含量為5.79 mg·kg-1，硝態(tài)氮含量為1.03 mg·kg-1，有效磷含量為6.77 mg·kg-1，速效鉀含量為55.52 mg·kg-1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置灌水下限和施肥量2個(gè)因素。依據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，在不同生育期(苗期、塊莖形成期、塊莖膨大期、淀粉積累期、成熟期)設(shè)置3個(gè)土壤水分調(diào)控下限水平W1(55%、60%、65%、55%、55%)、W2(65%、70%、75%、65%、65%)、W3(75%、80%、85%、75%、75%)，每個(gè)水平以控制土壤含水量占田間持水量的百分?jǐn)?shù)表示。施肥量根據(jù)當(dāng)?shù)卮筇锸┓蕵?biāo)準(zhǔn)和前人經(jīng)驗(yàn)[15]設(shè)置了4個(gè)N-P2O5-K2O (kg·hm-2) 施肥水平：F1(100-40-150 kg·hm-2)、F2(150-60-225 kg·hm-2)、F3(200-80-300 kg·hm-2)、F4(250-100-375 kg·hm-2)(表1)。試驗(yàn)共12個(gè)處理，每個(gè)處理分3次重復(fù)，共36個(gè)小區(qū)。小區(qū)長(zhǎng)20 m，寬3.6 m，小區(qū)面積為72 m2。試驗(yàn)地兩端均設(shè)置保護(hù)行，在相鄰處理間均間隔1 m，避免不同處理之間的相互影響。試驗(yàn)種植采用機(jī)械起壟種植方式，壟寬約為90 cm，株距約為2.5 cm，種植密度約為45 000株·hm-2。

大田馬鈴薯滴灌采用壟上滴灌。馬鈴薯的根系主要分布在0～40 cm土層[16]，故土壤含水量選取0～40 cm土層的平均含水量，當(dāng)土壤含水量低于灌水下限時(shí)則灌水至田間持水量，每個(gè)小區(qū)獨(dú)立安裝水表和閥門(mén)控制灌水量。試驗(yàn)中使用的肥料為：尿素(含N 46.4%)、磷酸二銨(含N 18%，P2O546%)、硝酸鉀(含N 13.5%，K2O 46%)。施肥比例采用苗期不施肥，塊莖形成期施用總施肥量的20%，塊莖膨大期占施肥總量的55%和淀粉積累期占施肥總量的25%的比例施入[17]，滴灌施肥時(shí)先將肥料溶于水，再用施肥罐施肥，灌溉水利用系數(shù)為0.95[18]。處理前統(tǒng)一灌水至田間持水量，然后開(kāi)始控制水量，各土壤含水量小于土壤下限即進(jìn)行灌溉。馬鈴薯生育期降水量見(jiàn)圖1。馬鈴薯于2017年5月13日播種，9月26日收獲。各生育階段劃分：5月13日—7月3日為苗期，7月4日—7月25日為塊莖形成期，7月26日—8月16日為塊莖膨大期，8月17日—9月10日為淀粉積累期，9月11日—9月26日為成熟期。

表1 不同生育期土壤水肥調(diào)控處理

圖1 馬鈴薯全生育期內(nèi)降雨量Fig.1 Rainfall in the whole growing period of potato

1.3 測(cè)定指標(biāo)與方法

1.3.1 土壤含水量的測(cè)定及灌水量的計(jì)算 采用取土烘干法測(cè)得土壤的含水量，在每個(gè)小區(qū)內(nèi)隨機(jī)選取5個(gè)位置，在每個(gè)位置選擇濕潤(rùn)區(qū)水平方向上滴灌帶下、兩壟之間及其插值，垂直方向上每20 cm取一層，取土深度為0～40 cm，取其平均土壤含水量作為該處理的土壤含水量，灌水定額通過(guò)下列公式獲得：

M=10×γ×H×(θi-θj)

(1)

式中，M為灌水量(mm)；γ為土壤容重(g·cm-3)；H為計(jì)劃濕潤(rùn)層深度(cm)；θi為田間持水量；θj為測(cè)定的土壤質(zhì)量含水率。

1.3.2 株高和葉面積的測(cè)定 在各個(gè)試驗(yàn)小區(qū)隨機(jī)選取馬鈴薯植株3株，分別在播種后60、80、100、120、135 d測(cè)定其株高和葉面積指數(shù)。株高用卷尺測(cè)量；葉面積用打孔法測(cè)量，先用打孔器打出已知面積的葉片，烘干后與植株總?cè)~片干物質(zhì)進(jìn)行比較，得出系數(shù)，用已知面積乘以系數(shù)即為植株葉面積。其計(jì)算公式為：

葉面積指數(shù)(LAI)=單株葉面積×植株數(shù)/土地面積

(2)

1.3.3 馬鈴薯干物質(zhì)量的測(cè)定 在每個(gè)小區(qū)隨機(jī)挖取3株馬鈴薯，洗凈并用濾紙吸干水分，用剪刀將其根、莖、葉、塊莖分離分別裝入樣品袋中，放入烘箱在105℃下殺青30 min，然后75℃～80℃烘干至恒重，再使用電子天平(精度為0.001 g)稱(chēng)重，確定其地上、地下部分馬鈴薯干物質(zhì)量。

1.3.4 產(chǎn)量測(cè)定 在每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取10株馬鈴薯進(jìn)行單株測(cè)產(chǎn)，統(tǒng)計(jì)各單株馬鈴薯每個(gè)塊莖的重量、數(shù)量和分級(jí)，記錄商品薯重量(塊莖重量大于75 g)和大塊莖重量(塊莖重量大于200 g)。收獲時(shí)每個(gè)小區(qū)選取中間兩壟馬鈴薯進(jìn)行測(cè)產(chǎn)。

1.3.5 水分利用效率和灌溉水利用效率的計(jì)算 水分利用效率(WUE)和灌溉水分利用效率(IWUE)的計(jì)算：

WUE=Y/ET

(3)

IWUE=Y/I

(4)

式中，Y為作物產(chǎn)量(kg·hm-2)；I為作物全生育期的灌水量(mm)；ET為作物全生育期累積耗水量(mm)。

作物耗水量通過(guò)水量平衡法[19]得到，計(jì)算如下式：

ET=I+P+K-R0-D-ΔS

(5)

式中，I為灌水量(mm)；P為有效降雨量(mm)；K為地下水補(bǔ)給量(mm)；R0為地表徑流量(mm)；D為深層滲漏量(mm)；ΔS為馬鈴薯生育期內(nèi)土壤儲(chǔ)水量變化(mm)。由于試驗(yàn)區(qū)干旱少雨，且滴灌單次灌水量較少，無(wú)法形成地表徑流，故R0取值0；考慮到試驗(yàn)區(qū)距地表1 m以下的土壤水分變化很小，且計(jì)劃濕潤(rùn)層深度為40 cm，故不考慮地下水補(bǔ)給(K)和深層滲漏量(D)。有效降雨量P0計(jì)算如下：

P0=aP

(6)

式中，P為某次降雨量(mm)；a為降雨有效利用系數(shù)，一般認(rèn)為[20]，某次降雨量小于5 mm時(shí)，a=0；當(dāng)某次降雨量為6～50 mm時(shí)，a=1.0～0.8；當(dāng)某次降雨量大于50 mm時(shí),a=0. 80～0. 70。

1.3.6 肥料偏生產(chǎn)力(PFP)計(jì)算：

PFP=Y/T

(7)

式中，Y為作物產(chǎn)量(kg·hm-2)；T為作物全生育期投入N、P2O5和K2O的總量(kg·hm-2)。

1.3.7 品質(zhì)測(cè)定 取各小區(qū)成熟期馬鈴薯塊莖，測(cè)定馬鈴薯中淀粉、維生素C和還原性糖含量，用碘比色法測(cè)定淀粉含量，鉬藍(lán)比色法測(cè)定維生素C含量，3,5-二硝基水楊酸比色法測(cè)定還原性糖含量[21]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2010進(jìn)行基礎(chǔ)整理和誤差計(jì)算，主要指標(biāo)的顯著性分析通過(guò) SPSS 23.0軟件中的Duncan比較法獲得；圖形通過(guò)Origin 8.0軟件繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 水肥調(diào)控對(duì)馬鈴薯生長(zhǎng)的影響

2.1.1 株高和葉面積指數(shù) 株高和葉面積指數(shù)是反映馬鈴薯生長(zhǎng)狀況的重要指標(biāo)，從表2中可以看出，施肥量和灌水處理均對(duì)馬鈴薯株高有極顯著影響(P<0.01)，兩者的交互作用對(duì)馬鈴薯株高的影響只在前期極顯著(播種后60、80 d和100 d)。施肥和灌水處理均對(duì)馬鈴薯的葉面積指數(shù)有極顯著影響(P<0.01)(除播種后60 d)。播種后80、120 d，施肥和灌水處理的交互作用對(duì)葉面積指數(shù)有極顯著影響(P<0.01)。

播種后60 d不同處理的株高差異不明顯，同一灌水水平下，株高均隨著施肥量的增加緩慢增加，到F3達(dá)到最大，之后隨施肥量增加有所降低，說(shuō)明在馬鈴薯生長(zhǎng)前期，過(guò)多施肥會(huì)對(duì)馬鈴薯株高有所抑制；對(duì)于相同的施肥量，在F1水平時(shí)馬鈴薯株高隨著灌水下限的提高而逐漸增加，在F2、F3、F4水平時(shí)，株高均在W2達(dá)到最高。播種后80 d其生長(zhǎng)規(guī)律與苗期沒(méi)有太大差異， F4水平對(duì)于植株株高的抑制更加明顯。播種后100 d各處理差異顯著，在F1水平下株高隨著灌水下限的增加逐漸增加，W3比W1、W2分別增加了5.43%、3.16%，在F2、F3、F4水平下均在W2最高；在同一灌水下限下F3水平的株高最高，分別比F1、F2和F4水平增加了28.08%、15.03%和12.25%。在播種后120 d和135 d，施肥和灌水的交互作用對(duì)株高影響不明顯，同一灌水下限水平下，株高隨施肥量增加先增加后減少，在同一施肥水平下W2的馬鈴薯株高表現(xiàn)最好。F3W2處理達(dá)到最大株高(75.85 cm)，F(xiàn)1W1處理株高最低，為56.48 cm。

從表2中可知，馬鈴薯的葉面積指數(shù)隨著生育期的推進(jìn)呈先增大后減小的趨勢(shì)，最大值出現(xiàn)在播種后100 d，之后葉面積指數(shù)逐漸降低。播種后100 d，F(xiàn)3W2處理的葉面積指數(shù)最大，F(xiàn)3水平下W2分別比W1、W3的葉面積指數(shù)高37.4%、12.3%；W2水平下F3分別比F1、F2和F4的葉面積指數(shù)高89.9%、30.5%和17.0%。播種后60 d葉面積指數(shù)均隨著灌水量和施肥量的提高而提高，最大出現(xiàn)在F4W3處理，說(shuō)明在生長(zhǎng)前期馬鈴薯葉面積指數(shù)受水肥影響較大；播種后80 d，在同一施肥水平下W2水平表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì)，葉面積指數(shù)比W1、W3增加了53.4%、15.9%；而灌水水平一致時(shí)，隨著施肥量的增多，葉面積指數(shù)先增加后減少，F(xiàn)3的葉面積指數(shù)最高，比F1、F2和F4分別增加了132.7%、36.6%和21.0%，說(shuō)明施肥量過(guò)多會(huì)對(duì)馬鈴薯生長(zhǎng)產(chǎn)生負(fù)作用；播種后100 d葉面積指數(shù)持續(xù)增大，變化趨勢(shì)與播種后80 d一致；播種后120 d和135 d作物的葉面積指數(shù)開(kāi)始降低，這是因?yàn)榈搅笋R鈴薯生長(zhǎng)后期，植株所吸收的養(yǎng)分開(kāi)始向塊莖中轉(zhuǎn)移，作物葉面積增長(zhǎng)緩慢，甚至停止生長(zhǎng)、脫落，導(dǎo)致其葉面積指數(shù)下降。

表2 水肥調(diào)控對(duì)馬鈴薯株高和葉面積指數(shù)的影響

注：*表示差異顯著(P<0.05)， **表示差異極顯著(P<0.01)， NS表示差異不顯著。同一生長(zhǎng)指標(biāo)下同一列數(shù)字后的不同字母表示在P<0.05差異顯著，下同。

Note: * means significant difference (P<0.05), while ** means highly significant difference (P<0.01), NS means no significant difference (P>0.05). Different letters in the same column under the same growth indicator indicate significant difference in Duncan atP<0.05. The same below.

2.1.2 總干物質(zhì)累積量 植物的干物質(zhì)量在一定程度上可以反映出植物在一段時(shí)間內(nèi)的物質(zhì)積累，圖2為不同水肥處理下馬鈴薯隨生育期推進(jìn)總干物質(zhì)量的變化。由圖2可知，在全生育期施肥量和灌水處理對(duì)馬鈴薯干物質(zhì)量均有極顯著影響(P<0.01)，施肥和灌水處理的交互作用對(duì)播種后60、80、100、120 d的干物質(zhì)量有極顯著影響(P<0.01)，對(duì)播種后135 d的干物質(zhì)量有顯著影響(P<0.05)。

在生長(zhǎng)前期馬鈴薯干物質(zhì)增長(zhǎng)緩慢，隨著生育期的推進(jìn)，干物質(zhì)積累加快，在生長(zhǎng)后期干物質(zhì)增長(zhǎng)速度趨于平緩。播種后60 d各處理之間差異顯著，F(xiàn)4W3處理下馬鈴薯干物質(zhì)最高，為 3 221.1 kg·hm-2。播種后80 d施肥水平為F1時(shí)，總干物質(zhì)積累表現(xiàn)為隨著灌水下限的提高而增加，施肥水平為F2、F3、F4時(shí)，在各施肥水平下總干物質(zhì)量隨灌水下限變化均表現(xiàn)為：W2>W3>W1；灌水水平一致時(shí)F3水平的干物質(zhì)量比F1、F2和F4顯著增加130.6%、32.03%和17.93%。播種后100 d各個(gè)處理的總干物質(zhì)量相對(duì)于播種后80 d增加顯著，在施肥水平一致時(shí)各灌水下限水平的總干物質(zhì)量均表現(xiàn)為：W2>W3>W1；在灌水下限水平相同時(shí)，各施肥水平的總干物質(zhì)量均變現(xiàn)為F3>F4>F2>F1。播種后120 d各處理的變化規(guī)律與播種后100 d變化不大。播種后135 d各處理的總干物質(zhì)積累量達(dá)到最大，在施肥量一致時(shí)W2的干物質(zhì)積累量最大，平均為10 289.92 kg·hm-2，分別比W1、W3高22.2%、13.6%；在灌水下限水平相同時(shí)F3的總干物質(zhì)積累量最大，為11 200.43 kg·hm-2，比F1、F2和F4分別高54.81%、25.91%和15.52%，處理F3W2的總干物質(zhì)累積量最大，平均為12 729.95 kg·hm-2。

2.2 水肥調(diào)控對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量和水肥利用的影響

表3列出了不同處理下馬鈴薯產(chǎn)量和水肥利用的情況。經(jīng)過(guò)方差分析可知，施肥量和灌水處理以及灌水、施肥的交互作用對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量、灌溉水分利用效率(IWUE)、水分利用效率(WUE)和肥料偏生產(chǎn)力(PFP)均達(dá)到極顯著水平(P<0.01)。

從表3中可以看出，F(xiàn)3W2處理的產(chǎn)量最大，為50 397.45 kg·hm-2，F(xiàn)4W2處理次之，平均為46 517.89 kg·hm-2，F(xiàn)1W1的產(chǎn)量最低，為29 858.60 kg·hm-2。在同一施肥水平，W2水平的平均產(chǎn)量為43 187.15 kg·hm-2，比W1、W3提高了24.59%、5.26%；在同一灌水水平下，隨著施肥量的增加，馬鈴薯產(chǎn)量均表現(xiàn)為先增大后減小，在F3水平產(chǎn)量達(dá)到最大值。F3水平的平均產(chǎn)量為44 691.32 kg·hm-2，比F1、F2和F4高41.79%、10.98%和6.34%。由此看出，W2水平的土壤水分狀況使得馬鈴薯根區(qū)的土壤水分條件最適合馬鈴薯的生長(zhǎng)，W3水平土壤透氣性可能受到影響，影響馬鈴薯的生長(zhǎng)。馬鈴薯的產(chǎn)量隨著施肥量的增加而增加，但施肥過(guò)量會(huì)對(duì)馬鈴薯生長(zhǎng)產(chǎn)生一定的抑制作用。

從表3中可以看出，在同一施肥水平下，隨著灌水下限水平的提高耗水量不斷增加；在相同灌水水平下，隨著施肥量的增加耗水量呈先增加后減少的趨勢(shì)，在F3水平作物耗水量最大。從總體上可以看出，WUE和IWUE最大值均出現(xiàn)在F3W2處理，分別為93.44、170.32 kg·mm-1·hm-2，F(xiàn)1W3處理的WUE和IWUE均最小，分別為61.37、115.09 kg·mm-1·hm-2。在同一施肥水平下W2灌水處理的WUE值平均為81.34 kg·mm-1·hm-2，比W1、W3高15.53 %、7.54 %，差異顯著。F1施肥水平下IWUE隨灌水下限的提高逐漸降低，F(xiàn)2、F3、F4施肥水平下IWUE均表現(xiàn)為W2>W3>W1，差異顯著。在同一灌水水平下，WUE、IWUE隨施肥量的增加均呈先增加后減小的趨勢(shì)，F(xiàn)3水平的WUE和IWUE最大，分別比F1、F2、F4增加了32.56%、7.06%、3.90%和22.91%、3.10%、6.21%。

在灌水水平一致時(shí)，PFP隨著施肥量的增加逐漸降低，F(xiàn)1施肥水平下最大，PFP平均為108.69 kg·kg-1，比F2、F3和F4分別增加了17.41%、41.06%和87.50%；當(dāng)施肥量相同時(shí)馬鈴薯PFP表現(xiàn)為W2>W3>W1，在W2水平下PFP平均為90.73 kg·kg-1，比W1、W3增加了21.65%、4.41%。肥料偏生產(chǎn)力在處理F1W2處取得最大值，為102.96 kg·kg-1，在處理F4W1處取得最小值，為49.95 kg·kg-1，各處理之間差異顯著。

2.3 水肥調(diào)控對(duì)馬鈴薯品質(zhì)的影響

2.3.1 馬鈴薯塊莖質(zhì)量分級(jí) 塊莖是馬鈴薯的最終產(chǎn)物，塊莖的好壞直接影響到馬鈴薯產(chǎn)量和品質(zhì)。從表4可以看出，施肥量和灌水處理對(duì)馬鈴薯單株塊莖質(zhì)量、商品薯質(zhì)量和大塊莖質(zhì)量的影響均達(dá)到極顯著水平(P<0.01)，灌水處理和施肥處理的交互作用對(duì)單株塊莖和商品薯的有極顯著影響(P<0.01)。

圖2 水肥調(diào)控對(duì)馬鈴薯干物質(zhì)量的影響Fig.2 Effects of regulating water and fertilizer on dry weight of potato

同一施肥水平下，單株塊莖質(zhì)量、商品薯質(zhì)量、大塊莖質(zhì)量均在W2水平下最大；其中，W2水平單株塊莖平均質(zhì)量為900.11 g，比W1、W3高24.59%、5.26%，商品薯平均質(zhì)量為677.68 g，比W1、W3高35.83%、16.06%；大塊莖平均質(zhì)量為447.60 g，比W1、W3高35.69%、21.64%。在同一灌水水平下，馬鈴薯的單株塊莖質(zhì)量、商品薯質(zhì)量、大塊莖質(zhì)量總的趨勢(shì)是隨著施肥量的增加先增加后減少，在F3水平達(dá)到最大值，隨著施肥量增加單株塊莖質(zhì)量、商品薯質(zhì)量、大塊莖質(zhì)量反而下降，F(xiàn)3水平的單株塊莖分別比F1、F2和F4高41.79%、10.98%和6.34%，商品薯質(zhì)量分別比F1、F2和F4高77.75%、32.26%和16.39%，大塊莖質(zhì)量分別比F1、F2和F4高92.66%、36.27%和14.82%。其中，處理F3W2的單株塊莖質(zhì)量、商品薯質(zhì)量、大塊莖質(zhì)量達(dá)到最大值，分別為1 050.32、858.70、574.48 g。

表4 水肥調(diào)控對(duì)馬鈴薯塊莖質(zhì)量分級(jí)的影響

2.3.2 淀粉 淀粉是馬鈴薯塊莖內(nèi)的重要組成部分，是馬鈴薯塊莖中含量最多的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。從圖3a中可以看出，各處理之間差異明顯，施肥量和灌水處理及其交互作用均對(duì)馬鈴薯淀粉含量有極顯著影響(P<0.01)。在相同的施肥水平下，W2處理塊莖內(nèi)淀粉平均含量為141 g·kg-1，明顯高于W1、W3處理15.32%、8.04%；在相同的灌水水平下，馬鈴薯塊莖淀粉含量隨著施肥量的增加呈拋物線(xiàn)變化，施肥量過(guò)高，淀粉產(chǎn)生負(fù)效應(yīng)，其中，在F2水平下塊莖內(nèi)淀粉含量達(dá)到最大，為137.2 g·kg-1，其平均含量比F1、F3和F4分別高5.63%、3.20%和9.68%。處理F2W2的塊莖淀粉含量最高，達(dá)到148.0 g·kg-1，說(shuō)明在該水肥條件下，馬鈴薯向下傳輸?shù)臓I(yíng)養(yǎng)多，最有利于淀粉積累。

2.3.3 維生素C 塊莖內(nèi)含有豐富的維生素C，不同的水分和養(yǎng)分狀況會(huì)對(duì)馬鈴薯塊莖維生素C含量產(chǎn)生很大影響。由圖3b可以看出，各處理之間差異顯著，施肥量和灌水處理及其交互作用對(duì)馬鈴薯塊莖維生素C含量均表現(xiàn)為差異極顯著(P<0.01)。當(dāng)施肥量水平一致時(shí)， W2水平的維生素C含量最高，為248.5 mg·kg-1，比W1、W3高6.37%、4.66%。對(duì)于相同的灌水水平，馬鈴薯塊莖維生素C的含量隨著施肥量的增加呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)，在F2水平達(dá)到最大，為247.4 mg·kg-1，分別比F1、F3和F4水平高6.69%、2.38%和3.72%。在各個(gè)處理中F2W2處理馬鈴薯塊莖內(nèi)維生素C含量最高，為258.0 mg·kg-1，說(shuō)明該水肥條件下最有利于馬鈴薯維生素C的積累。

2.3.4 還原性糖 還原性糖是馬鈴薯代謝的中間產(chǎn)物，其含量的多少可以表明馬鈴薯代謝合成的強(qiáng)度，是評(píng)價(jià)馬鈴薯品質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)。從圖3c中可以看出，在不同施肥灌水處理下，各處理之間差異明顯，施肥量和灌水處理及其交互作用對(duì)馬鈴薯塊莖還原性糖含量均表現(xiàn)為極顯著影響(P<0.01)。

圖3 水肥調(diào)控對(duì)馬鈴薯塊莖品質(zhì)的影響Fig.3 Effects of regulating water and fertilizer on tuber quality of potato

在相同施肥量水平下，W2水平均比W1、W3低，在F1、F2水平下，塊莖中還原性含量表現(xiàn)為W1>W3>W2，在F3、F4水平下表現(xiàn)為W3>W1>W2，W3水平下馬鈴薯塊莖內(nèi)還原性糖含量高是因?yàn)橥寥浪趾窟^(guò)多，土壤透氣性差。在同一灌水下限水平下，馬鈴薯塊莖內(nèi)還原性糖含量隨著施肥量的增加先降低后升高，在F3水平達(dá)到最低。其中，F(xiàn)3W2處理還原性糖含量最低，為1.38 g·kg-1。

2.4 馬鈴薯品質(zhì)的綜合評(píng)價(jià)

只考慮單一特性或幾個(gè)特性的優(yōu)劣，并不能全面反映馬鈴薯的品質(zhì)，而應(yīng)該對(duì)其進(jìn)行全面系統(tǒng)科學(xué)地綜合評(píng)價(jià)。圖4所示為采用主成分分析方法分析馬鈴薯品質(zhì)的各項(xiàng)指標(biāo)。分析可知從單株塊莖質(zhì)量、大塊莖質(zhì)量、商品薯質(zhì)量、淀粉含量、維生素C含量、還原性糖含量、塊莖干物質(zhì)質(zhì)量7個(gè)成分中提取了兩個(gè)主成分，第一主成分占77.55%，第二個(gè)主成分占14.75%，這兩個(gè)主成分的累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)到92.30%，所以可以用這兩個(gè)主成分較好地代替上述馬鈴薯7個(gè)品質(zhì)指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)馬鈴薯品質(zhì)。從圖4中可知，馬鈴薯各項(xiàng)指標(biāo)主要集中在第一主成分的0～1范圍內(nèi)。對(duì)第一主成分貢獻(xiàn)最大的是商品薯質(zhì)量和大塊莖質(zhì)量，負(fù)荷量為0.961、0.95，因此商品薯質(zhì)量和大塊莖質(zhì)量可作為第一主成分中的代表性評(píng)價(jià)指標(biāo)；對(duì)第二主成分貢獻(xiàn)最大的是淀粉和維生素C，負(fù)荷量分別為0.724、0.465，因此，淀粉和維生素C可作為第二主成分中的代表性評(píng)價(jià)指標(biāo)。從圖5馬鈴薯塊莖品質(zhì)主成分分析得分可以看出，得分最高的是F3W2處理，F(xiàn)3W2處理的各項(xiàng)指標(biāo)值比其他處理偏高，淀粉和維生素C含量相對(duì)其他處理偏低，綜合排名第一，綜合排名第二的是F4W2處理。

3 討 論

注：TW-單株塊莖質(zhì)量；LTW-大塊莖質(zhì)量；MTW-商品薯質(zhì)量；SC-淀粉含量；RSC-還原糖含量；VC-維生素C含量；DW-塊莖干物質(zhì)質(zhì)量Note: TW- tuber weight; LTW- large tuber weight; MTW- marketable tuber weight; SC- starch contents; RSC- reducing sugar contents; VC- vitamin C; DW- tuber dry weight.圖4 馬鈴薯塊莖品質(zhì)主成分分析Fig.4 Principal component analysis of potato tuber quality

圖5 馬鈴薯塊莖品質(zhì)主成分分析得分Fig.5 Principal component analysis (PCA) scores plot of a two-component PCA model of potato tuber quality

本文研究了在滴灌條件下水肥調(diào)控對(duì)馬鈴薯生長(zhǎng)、品質(zhì)、產(chǎn)量及水肥利用的影響，基于產(chǎn)量和品質(zhì)的綜合評(píng)價(jià)，選出使馬鈴薯優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的水肥組合。結(jié)果表明，水肥調(diào)控對(duì)馬鈴薯的生長(zhǎng)、品質(zhì)、產(chǎn)量及水肥利用有不同程度的影響。本研究發(fā)現(xiàn)，在水肥調(diào)控對(duì)馬鈴薯生長(zhǎng)的影響方面，不同的水肥調(diào)控水平對(duì)馬鈴薯生長(zhǎng)影響顯著，馬鈴薯株高在整個(gè)生育期中前期增速很快，而后增長(zhǎng)速度逐漸變緩，這與前人研究一致[22]。在相同施肥水平下，馬鈴薯的株高、葉面積指數(shù)均隨著灌水下限的提高先升高后減小，在W2水平下表現(xiàn)最好，這與江俊燕等[22]研究的灌水量越大，株高越大，灌水間隔越短，株高越高不盡相同，可能由于隨著土壤水分調(diào)控下限的提高，灌水量也隨之增加，但是馬鈴薯根部一直處于較高的土壤水分環(huán)境，不利于馬鈴薯的生長(zhǎng)。張富倉(cāng)等[15]研究表明，施肥量過(guò)少不利于馬鈴薯株高和葉面積的生長(zhǎng)，而過(guò)量的施肥會(huì)對(duì)馬鈴薯的生長(zhǎng)有一定的抑制作用。本研究發(fā)現(xiàn)灌水下限水平一致時(shí)，隨著施肥量的增加馬鈴薯的株高、葉面積指數(shù)隨著施肥水平先增加后減少，肥料施用過(guò)多會(huì)對(duì)馬鈴薯的生長(zhǎng)產(chǎn)生負(fù)作用，這與前人的研究結(jié)果相似[15,23]。而干物質(zhì)量在生長(zhǎng)前期，相同施肥量下馬鈴薯干物質(zhì)量受到灌水下限的影響表現(xiàn)為：W3>W2>W1；在生育后期，相同施肥量下馬鈴薯干物質(zhì)量受到灌水下限的影響表現(xiàn)為：W2>W3>W1，這可能是因?yàn)槊缙谥?，施肥量?duì)馬鈴薯干物質(zhì)量的影響較大[10]。而相同灌水水平下干質(zhì)量隨著施肥量的增加先增加后減少[15]。馬鈴薯干物質(zhì)累積速率表現(xiàn)為“單峰式”變化，即生育前期干物質(zhì)積累比較慢，播種后80 d開(kāi)始，馬鈴薯積累速率加快，播種后120 d開(kāi)始，增長(zhǎng)速率又逐漸變慢，這與前人研究結(jié)果一致[24-25]。

馬鈴薯品質(zhì)受到水分和養(yǎng)分供應(yīng)的影響很大。本研究發(fā)現(xiàn)，在同一施肥水平下，馬鈴薯的單株塊莖、大塊莖、商品薯、淀粉含量、維生素C含量、還原性糖含量在W2水平最高，這說(shuō)明在相同肥量處理下，適宜的灌水下限更加適合馬鈴薯品質(zhì)的積累[26]。宋娜和門(mén)福義等[26-27]發(fā)現(xiàn)在相同的水分條件下，馬鈴薯的單株塊莖質(zhì)量、商品薯質(zhì)量、塊莖淀粉含量和維生素C含量均隨著施氮量的增加而逐漸增加，但施氮量過(guò)多會(huì)使馬鈴薯的品質(zhì)降低。本試驗(yàn)中，在同一水分條件下，隨著施肥量增加馬鈴薯塊莖單株結(jié)薯質(zhì)量、商品薯質(zhì)量、大塊莖質(zhì)量、淀粉、維生素C含量均呈拋物線(xiàn)趨勢(shì)變化，塊莖還原性糖含量先降低后升高。其中，單株塊莖質(zhì)量、商品薯質(zhì)量、大塊莖質(zhì)量在F3W2處理表現(xiàn)最優(yōu)，而塊莖淀粉含量、維生素C含量在F2W2處理下表現(xiàn)最優(yōu)。

土壤水分狀況和施肥量會(huì)直接影響作物的生長(zhǎng)發(fā)育和作物產(chǎn)量[28]?？弟S虎等[29]發(fā)現(xiàn)，隨著土壤水勢(shì)的提高，灌水量逐漸增加，產(chǎn)量和水分利用效率呈現(xiàn)增大后減小的趨勢(shì)，在土壤基質(zhì)勢(shì)為-25 kPa左右最高。王立為等[30]發(fā)現(xiàn)，隨著施肥量的增加，馬鈴薯的耗水量增加，但施肥量達(dá)到一定程度后耗水量開(kāi)始減少，過(guò)多施肥不利于水分利用效率的提高，在多雨年中肥水平(施N 90 kg·hm-2)可以既能保證較高的水分利用效率也能保證較高的產(chǎn)量。在本試驗(yàn)中，同一施肥水平下，馬鈴薯的產(chǎn)量、水分利用效率、灌溉水分利用效率隨土壤下限水平的增加先增加后減少，W1水平比W2的產(chǎn)量明顯下降，W3水平下馬鈴薯可能由于受到根部漬水的影響，產(chǎn)量也有一定程度的降低，W2水平可以有效地提高馬鈴薯的產(chǎn)量和水分利用效率，這與前人研究一致[29]；而灌水水平相同時(shí)，馬鈴薯產(chǎn)量隨施肥水平的增加呈先增加后減少的趨勢(shì)[30-31]，灌溉水分利用效率和水分利用效率隨施肥量呈現(xiàn)拋物線(xiàn)變化趨勢(shì)[30]，F(xiàn)3水平可能由于影響到根區(qū)養(yǎng)分濃度水平高，不利于植株吸水[14]。相同水分條件下，肥料偏生產(chǎn)力隨著施肥量的增加PFP呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)[14,32]；而在相同施肥水平下PFP值隨著灌水下限的提高先增加后減少。

在對(duì)馬鈴薯品質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)時(shí)，各單指標(biāo)對(duì)馬鈴薯品質(zhì)所起的作用不盡相同，因此直接用這些指標(biāo)不能準(zhǔn)確評(píng)價(jià)馬鈴薯的優(yōu)劣。采用主成分分析方法對(duì)不同處理馬鈴薯品質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，可以在不損失或較少損失原有指標(biāo)變異信息的情況下，將多個(gè)品質(zhì)指標(biāo)轉(zhuǎn)換為一個(gè)或幾個(gè)品質(zhì)綜合主成分的評(píng)價(jià)變量，具有較好的代表性與客觀(guān)性[33]。王秀康等[34]利用主成分分析的方法，從馬鈴薯單株塊莖重量、大塊莖重量、商品薯重量、淀粉等7項(xiàng)指標(biāo)中提取兩個(gè)主要成分，描述了馬鈴薯品質(zhì)的90.95%，并通過(guò)最高得分的處理選出適合陜北地區(qū)的最佳施肥量。侯飛娜等[35]將11個(gè)品質(zhì)特性綜合成為3個(gè)主成分因子，代表了馬鈴薯全粉92.97%的原始數(shù)據(jù)信息量，篩選出馬鈴薯全粉品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)為乳化穩(wěn)定性、乳化活性、溶解度和粗纖維。在本研究中，將單株塊莖、商品薯質(zhì)量、大塊莖質(zhì)量、淀粉、維生素C、還原性糖、塊莖干物質(zhì)量7個(gè)指標(biāo)放在同一水平進(jìn)行分析，提取出了兩個(gè)主要成分，這兩個(gè)成分可以描述馬鈴薯92.30%的數(shù)據(jù)信息量。綜合評(píng)價(jià)馬鈴薯品質(zhì)，F(xiàn)3W2處理排名第一，F(xiàn)1W1處理排名最后，可見(jiàn)F3W2處理對(duì)馬鈴薯品質(zhì)達(dá)到了較好的水肥耦合效應(yīng)，而F1W1處理下限制了馬鈴薯品質(zhì)的積累。

4 結(jié) 論

不同的水肥調(diào)控對(duì)滴灌條件下馬鈴薯生長(zhǎng)、品質(zhì)、產(chǎn)量及水肥利用效率有顯著影響。同一施肥水平下，W2灌水處理較其他兩種水分下限都更有利于馬鈴薯生長(zhǎng)、品質(zhì)、產(chǎn)量及水肥利用效率的提高，是適宜榆林沙地馬鈴薯生長(zhǎng)發(fā)育的水分調(diào)控水平。同一水分處理下，隨施肥量的增加，馬鈴薯生長(zhǎng)、品質(zhì)、產(chǎn)量、水分利用效率隨著施肥量的增加呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)，生長(zhǎng)指標(biāo)、產(chǎn)量及水分利用效率在F3水平達(dá)到最大，淀粉和維生素C含量在F2水平最高，而肥料偏生產(chǎn)力隨施肥量增加不斷減小，在F1施肥水平達(dá)到最大值?；谥鞒煞址治鲈u(píng)價(jià)馬鈴薯品質(zhì)，將7個(gè)品質(zhì)特性轉(zhuǎn)化為兩個(gè)主成分因子，代表了馬鈴薯92.30%的原始信息量，F(xiàn)3W2處理排名第一。綜合考慮馬鈴薯產(chǎn)量、品質(zhì)、水肥利用效率，在本試驗(yàn)條件下，土壤水分為W2水平(苗期、塊莖形成期、塊莖膨大期、淀粉積累期、成熟期的土壤水分下限分別為65%、70%、75%、65%、65%)，生育期總灌水量為296 mm，施肥量采用F3水平(200N-80P2O5-300K2O kg·hm-2)時(shí)，馬鈴薯產(chǎn)量最高，為50 397.45 kg·hm-2，灌溉水分利用效率較高為170.32 kg·mm-1·hm-2，水分利用效率為93.44 kg·mm-1·hm2，品質(zhì)較好，是榆林沙地滴灌條件下馬鈴薯生產(chǎn)中適宜的水肥組合。