水氮調(diào)控對寧夏旱區(qū)馬鈴薯株高、葉綠素和產(chǎn)量的影響

王 臣，尹 娟,2,3，趙彥波，王 順，張海軍

(1.寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院，銀川 750021；2.旱區(qū)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)水資源高效利用教育部工程中心，銀川 750021；3.寧夏節(jié)水灌溉與水資源調(diào)控工程技術(shù)研究中心，銀川 750021)

寧夏中部干旱區(qū)平均年降雨量少，蒸發(fā)量大，水資源相當(dāng)匱乏[1]，灌水成為提高作物產(chǎn)量的決定性因素[2]。馬鈴薯作為我國西北旱區(qū)一種低投入、高產(chǎn)出的糧食兼經(jīng)濟(jì)作物，采用常規(guī)灌溉方式耗水量大，而采用膜下滴灌技術(shù)則有非常明顯的節(jié)水增產(chǎn)效果[3,4]。在馬鈴薯膜下滴灌增產(chǎn)機(jī)制研究中發(fā)現(xiàn)，相比于露地滴灌、隔溝灌和不灌溉，馬鈴薯產(chǎn)量均有所提高[5]；在大棚膜下滴灌試驗(yàn)條件下，泰安地區(qū)馬鈴薯在滴灌量為480 mm時(shí)更有利于提高產(chǎn)量、商品薯率和品質(zhì)[6]；侯翔皓等[7]研究不同灌水頻率和施肥量對馬鈴薯生長量和產(chǎn)量的影響時(shí)，發(fā)現(xiàn)灌水周期為8 d時(shí)馬鈴薯生長狀況最好，施肥量過大會影響馬鈴薯植株的生長，而產(chǎn)量隨施肥量的增加而增大。

氮肥是作物生長所必須的3大營養(yǎng)元素之一[8]，在作物的生長發(fā)育過程中起到非常重要的作用。施用氮肥可以提高葉片氮含量，進(jìn)而提高葉片葉綠素含量和與光合作用有關(guān)的酶活性，最終提高植物光合作用速率[9]。適量的氮肥供應(yīng)可以促進(jìn)馬鈴薯植株生長發(fā)育，增加馬鈴薯淀粉、蛋白質(zhì)和Vc含量[10-12]。但過量施用氮肥則會影響馬鈴薯的生長發(fā)育，降低塊莖產(chǎn)量和品質(zhì)，并可能造成地下水的硝酸鹽污染[13-15]。湯金龍等[16]研究了青島地區(qū)不同施氮處理對馬鈴薯產(chǎn)量及品質(zhì)的影響，結(jié)果表明當(dāng)施氮量為214.05 kg/hm2時(shí)馬鈴薯的產(chǎn)量和品質(zhì)最優(yōu)；孫建波[17]建議在寧夏中部干旱帶馬鈴薯最優(yōu)氮肥施用量為150 kg/hm2。

關(guān)于灌水量和施氮量對馬鈴薯生長和產(chǎn)量的影響，前人已有相關(guān)研究，但水氮耦合對馬鈴薯生長、產(chǎn)量等影響的研究很少有過報(bào)道。本試驗(yàn)在前人研究基礎(chǔ)上，探究了膜下滴灌不同水氮處理對馬鈴薯株高、葉綠素相對含量和產(chǎn)量的影響規(guī)律，以期為馬鈴薯膜下滴灌技術(shù)在寧夏中部干旱區(qū)的推廣提供一定理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)地點(diǎn)位于寧夏中部干旱帶的典型區(qū)域同心縣下馬關(guān)鎮(zhèn)，北緯37°18′-38°23′，東經(jīng)106°27′-105°35′，海拔1 730～1 950 m。溫帶大陸性氣候，日照時(shí)間長，晝夜溫差大。年平均降水量280 mm，年平均蒸發(fā)量為2 315 mm。降雨主要集中在夏季的7、8月份，無霜期6個(gè)月左右，有效積溫3 915.3 ℃，地下水埋深在10 m以下。耕層土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)如表1所示。

表1 土壤理化性質(zhì)

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在調(diào)研的基礎(chǔ)上結(jié)合當(dāng)?shù)伛R鈴薯種植實(shí)際，采用兩因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，選取3個(gè)灌水量水平和3個(gè)施氮量水平(純氮)，設(shè)計(jì)灌溉定額W1(900 m3/hm2)，W2(1 350 m3/hm2)，W3(1 800 m3/hm2)，施氮量(純氮)N1(120 kg/hm2)，N2(180 kg/hm2)，N3(240 kg/hm2)，共9個(gè)處理，分別為T1(W1N1)、T2(W1N2)、T3(W1N3)、T4(W2N1)、T5(W2N2)、T6(W2N3)、T7(W3N1)、T8(W3N2)、T9(W3N3)。每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)，共27個(gè)試驗(yàn)小區(qū)。同時(shí)在試驗(yàn)小區(qū)周邊設(shè)置空白對照CK處理(按照當(dāng)?shù)胤N植習(xí)慣，不覆膜且不灌水施肥)。

氮肥選用含氮量為46%的尿素。磷肥選用含磷量為12%的過磷酸鈣，磷肥在播種時(shí)以基肥形式施入。鉀肥選用含鉀量為50%的硫酸鉀。各處理磷肥(純磷)施用量為81.6 kg/hm2，鉀肥(純鉀)施用量為150 kg/hm2。馬鈴薯施肥量分配如表2所示。

表2 馬鈴薯施肥量分配 %

結(jié)合寧夏中部干旱區(qū)生產(chǎn)實(shí)際，于2018年4月30日播種馬鈴薯。每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)面積為25.2 m2，長10.5 m，寬2.4 m。馬鈴薯行距60 cm，株距50 cm，種植密度33 345 株/hm2。采用內(nèi)嵌式滴灌帶灌溉，每個(gè)小區(qū)設(shè)獨(dú)立的支管控制單元。各生育期灌水量分配百分比如表3所示。

表3 馬鈴薯灌水量分配百分比 %

1.3 測定項(xiàng)目與方法

(1)馬鈴薯株高和葉綠素相對含量的測定。從馬鈴薯植株出苗日期開始，每隔10 d測定一次，每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)標(biāo)定3株長勢均勻的植株進(jìn)行測量，使用精度為1 mm的卷尺測量馬鈴薯株高，采用手持式SPAD502型葉綠素測量儀測定葉片葉綠素相對含量。

(2)馬鈴薯總產(chǎn)量和大、中、小薯產(chǎn)量的測定。在考種期每個(gè)小區(qū)隨機(jī)標(biāo)定10株馬鈴薯進(jìn)行稱重測產(chǎn)，根據(jù)馬鈴薯塊莖分級標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算各處理馬鈴薯總產(chǎn)量和大、中、小薯產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用Excel 2010和DPS軟件整理和分析數(shù)據(jù)，Origin 2017繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同水氮處理對馬鈴薯株高的影響

圖1中的(a)、(b)、(c)表示相同灌水量條件下不同施氮量處理對馬鈴薯生育期株高的影響。在低灌水量條件下，馬鈴薯株高隨施氮量的增加先增大后減小，3個(gè)施氮量處理之間株高差值較大。從苗期生長情況來看，T3處理有燒苗現(xiàn)象，馬鈴薯株高最小。說明在水分虧缺的條件下，增施氮肥會抑制馬鈴薯株高的生長；在中等灌水量條件下，馬鈴薯株高隨施氮量的增加而增大，各施氮處理之間的株高生長量差距較低灌水量處理有所減小，與低灌水量相比，中等灌水量下的馬鈴薯株高整體增加，說明低灌水量條件不利于馬鈴薯株高的生長；當(dāng)灌水量為高灌水量時(shí)，苗期馬鈴薯植株生長速度較中、低灌水量處理有所增大，馬鈴薯株高隨施氮量的增加而減小，即在高灌水量條件下增施氮肥不利于株高的生長。

圖1 不同水氮處理下馬鈴薯株高生長量圖

圖1中的(d)、(e)、(f)表示相同施氮量條件下不同灌水量處理對馬鈴薯生育期株高的影響。在低施氮量條件下，馬鈴薯株高隨灌水量的增加而增大，且各灌水量處理之間株高差值較大；在中等施氮量條件下，株高隨灌水量的增加而減小，T2處理株高最大，T5處理株高最小，出現(xiàn)這一現(xiàn)象可能是由測量誤差引起的；在高施氮量條件下，馬鈴薯株高隨著灌水量的增加先增大后減小。整個(gè)生育期馬鈴薯平均株高由大到小依次為52.70、49.90、49.78、49.45、49.35、49.04、48.52、47.61、44.61和40.01 cm，其相對應(yīng)的處理分別是T7、T6、T8、T9、T2、T4、T5、T1、T3和CK，在所有灌水施氮處理中，高灌水量低施氮量的T7處理最有利于馬鈴薯株高的生長，低灌水量高施氮量的T3處理最不利于馬鈴薯株高的生長。所以在馬鈴薯生產(chǎn)過程中，要根據(jù)土壤墑情和降雨量對灌水量和施氮量進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

表4表示馬鈴薯各生育期不同處理之間株高的差異顯著性。從表4中可以看出：幼苗期T3與T4、T8株高差異顯著(P<0.05)，T3與T7株高差異極顯著(P<0.01)，其他各處理之間株高差異均不顯著(P>0.05)。幼苗期T7株高最大，T3株高最??；塊莖形成期T3與T2、T4、T5、T6、T8、T9株高差異顯著(P<0.05)，T3與T7株高差異極顯著(P<0.01)，其他各處理之間株高差異均不顯著(P>0.05)；塊莖增長期T3與T2、T6、T9株高差異顯著(P<0.05)，與T7、T8株高差異極顯著(P<0.01)。T7與T2、T6、T9株高差異顯著(P<0.05)，與T1、T3、T4、T5株高差異極顯著(P<0.01)。在塊莖增長期不同處理間馬鈴薯株高差異變大；淀粉積累期T1與T7之間株高差異極顯著(P<0.01)。T3與T2、T4、T5株高差異顯著(P<0.05)，與T6、T7、T8、T9株高差異極顯著(P<0.01)。T7與T1、T2、T3、T4、T5株高差異極顯著(P<0.01)。

表4 不同水氮處理對馬鈴薯株高的影響 cm

注：表中數(shù)據(jù)為3次重復(fù)的平均值(n=3)，幼苗期株高數(shù)值為6月9日和6月19日測得株高均值，塊莖形成期株高數(shù)值為6月29日和7月9日測得株高均值，塊莖增長期株高數(shù)值為7月19日、7月29日和8月9日測得株高均值，淀粉積累期株高數(shù)值為8月19日測得株高數(shù)值；同列中不同大寫字母表示處理間差異極顯著(P<0.01)，同列中不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)，具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

相同灌水量條件下，除T2與T3之間差異顯著外(P<0.05)，其他各處理之間株高差異均不顯著。相同施氮量條件下，低施氮量處理時(shí)，T1和T4分別與T7之間株高差異極顯著(P<0.01)。中等施氮量處理時(shí)，T2和T5與T8之間株高差異顯著(P<0.05)。高施氮量處理時(shí)，T3分別與T6和T9之間株高差異極顯著(P<0.01)。隨灌水量的增加株高增加值大于隨施氮量的增加株高增加值，說明灌水量因素對馬鈴薯株高的影響程度大于施氮量因素。

2.2 不同水氮處理對馬鈴薯葉綠素相對含量的影響

圖2表示生育期不同水氮處理下馬鈴薯葉綠素相對含量的變化規(guī)律。從圖2中可以看出，苗期馬鈴薯葉綠素相對含量最高，在塊莖形成期持續(xù)降低，塊莖增長期初達(dá)到最低值，之后葉綠素相對含量略有上升，進(jìn)入淀粉積累期，葉綠素相對含量又繼續(xù)降低。

圖2中(a)、(b)、(c)表示相同灌水量條件下不同施氮量處理對馬鈴薯葉綠素相對含量的影響。在同一灌水量條件下，葉綠素相對含量變化的整體趨勢是隨施氮量的增加而升高；中等灌水量處理相較低灌水量處理葉綠素相對含量整體水平降低；在高灌水量條件下，T7、T8、T9處理葉綠素相對含量均低于CK處理。相比于中、低灌水量處理，高灌水量處理的葉綠素相對含量較低，說明馬鈴薯葉片葉綠素相對含量隨灌水量的增加而降低。

圖2 不同水氮處理下馬鈴薯葉綠素相對含量變化圖

圖2中(d)、(e)、(f)表示相同施氮量條件下不同灌水量處理對馬鈴薯葉綠素相對含量的影響。從圖2中可以看出：在低施氮量條件下，各處理的葉綠素相對含量整體低于對照CK處理；在中等施氮量條件下，各灌水處理葉綠素相對含量差異較小；高施氮量條件下，T3處理馬鈴薯葉綠素相對含量整體較高。高施氮量處理下的葉綠素相對含量高于中、低施氮量處理，說明增加施氮量，葉片葉綠素相對含量升高，增大葉片細(xì)胞濃度，從而增加植株吸水量；生育期各處理葉綠素相對含量平均值從高到低排序?yàn)門3、T6、T1、T9、T2、T4、T8、T5、T7，所對應(yīng)的數(shù)值為42.31、39.73、39.64、39.38、39.26、38.78、38.70、38.14、37.38。生育期空白對照CK處理葉綠素相對含量平均值為42.11，略低于T3處理，高于其他各灌水施氮處理。說明葉片葉綠素相對含量會隨著灌水量的增加而降低，隨施氮量的增加而增大，土壤氮素含量較高時(shí)葉綠素相對含量值較高。當(dāng)水氮互作發(fā)揮作用時(shí)，T3處理葉綠素相對含量較高，T7處理葉綠素相對含量較低，T5處理葉綠素相對含量居中。

表5表示馬鈴薯各生育期不同處理之間葉綠素相對含量的差異顯著性。從表5中可以看出：在幼苗期T3與T5、T7葉綠素相對含量差異極顯著(P<0.01)，與T2、T4、T6、T8差異顯著(P<0.05)，其余各處理葉綠素相對含量差異均不顯著(P>0.05)；幼苗期T3葉綠素相對含量最高，為56.03，T5葉綠素相對含量最低，為45.89。塊莖形成期T3與T7之間葉綠素相對含量差異顯著(P<0.05)，其余各處理之間差異均不顯著(P>0.05)；塊莖形成期T3葉綠素相對含量最高，為41.20，T7葉綠素相對含量最低，為37.34。塊莖增長期T3與T7之間差異顯著(P<0.05)，其余各處理之間葉綠素相對含量差異均不顯著(P>0.05)；在塊莖增長期T3處理葉綠素相對含量最高，為32.88，T7處理葉綠素相對含量最低，為29.47。淀粉積累期各處理葉綠素相對含量差異均不顯著(P>0.05)，主要是由于進(jìn)入淀粉積累期葉片葉綠素相對含量整體較低，各處理之間差異不大；淀粉積累期T3處理葉綠素相對含量最高，為37.01，T5處理葉綠素相對含量值最低，為33.03。

表5 不同水氮處理對馬鈴薯葉綠素相對含量的影響

注：表中數(shù)據(jù)為3次重復(fù)的平均值(n=3)，幼苗期葉綠素相對含量數(shù)值為6月9日和6月19日測得數(shù)據(jù)均值，塊莖形成期葉綠素相對含量數(shù)值為6月29日和7月9日測得數(shù)據(jù)均值，塊莖增長期葉綠素相對含量數(shù)值為7月19日、7月29日和8月9日測得數(shù)據(jù)均值，淀粉積累期葉綠素相對含量數(shù)值為8月19日測得數(shù)據(jù)數(shù)值；同列中不同大寫字母表示處理間差異極顯著(P<0.01)，同列中不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)，具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2.3 不同水氮處理對馬鈴薯產(chǎn)量的影響

圖3中的(a)、(b)、(c)表示相同灌水量條件下不同施氮量處理對馬鈴薯產(chǎn)量的影響。在低灌水量條件下，各處理產(chǎn)量隨施氮量的增加而增大，且均高于CK處理。各處理馬鈴薯塊莖大薯所占比率遠(yuǎn)大于中薯和小薯，大薯產(chǎn)量也隨施氮量的增加而增大，中薯產(chǎn)量隨施氮量的增加先增大后減小，小薯產(chǎn)量基本相同。CK處理的小薯產(chǎn)量最大。說明灌水施氮措施有助于提高馬鈴薯商品薯產(chǎn)量。在中等灌水量條件下，馬鈴薯產(chǎn)量隨施氮量的增加而先減小后增大，中等灌水量處理平均產(chǎn)量高于低灌水量處理，說明提高灌水量能增加馬鈴薯產(chǎn)量。在高灌水量條件下，馬鈴薯產(chǎn)量隨施氮量的增加而減小，高灌水量處理平均產(chǎn)量高于中等灌水量處理。T9處理馬鈴薯產(chǎn)量并沒有達(dá)到最大，說明一味地增加灌水量和增施氮肥并不會使馬鈴薯產(chǎn)量達(dá)到最大，并且造成水肥的浪費(fèi)。

圖3中的(d)、(e)、(f)表示相同施氮量條件下不同灌水量處理對馬鈴薯產(chǎn)量的影響。在施氮量一定的情況下，不同灌水量處理間產(chǎn)量差異較小，說明施氮量對馬鈴薯產(chǎn)量的影響程度大于灌水量；在低施氮量條件下，馬鈴薯產(chǎn)量隨灌水量的增加而增大，大薯產(chǎn)量也隨灌水量的增加而增大，中小薯產(chǎn)量隨灌水量的變化不大；在中等施氮量條件下，馬鈴薯產(chǎn)量隨灌水量的增加先減小后增大；在高施氮量條件下，馬鈴薯產(chǎn)量隨著灌水量的增加先增大后減小。高施氮量處理馬鈴薯平均產(chǎn)量高于中、低施氮量處理，說明提高施氮量能明顯提高馬鈴薯產(chǎn)量。

圖3 不同水氮處理下馬鈴薯產(chǎn)量

表6表示不同處理之間馬鈴薯產(chǎn)量的差異顯著性。從表6中可以看出：T6與T1之間馬鈴薯產(chǎn)量差異極顯著(P<0.01)，T6與T5產(chǎn)量差異顯著(P<0.05)，T3與T1、T5產(chǎn)量差異顯著(P<0.05)，其余各處理馬鈴薯產(chǎn)量差異均不顯著(P>0.05)。T6馬鈴薯產(chǎn)量最高，為58 509.3 kg/hm2。CK處理馬鈴薯產(chǎn)量最低，為40 981.05 kg/hm2。各處理產(chǎn)量由高到低排序?yàn)門6、T3、T7、T8、T2、T9、T4、T5、T1、CK。

T7處理大薯產(chǎn)量最高，為41 103.30 kg/hm2，同時(shí)大薯率也最高，為78.38%。中薯產(chǎn)量最高為T6處理，為13 653.00 kg/hm2，最低為T7，為6 735.75 kg/hm2。中薯率最高為CK處理，為30.24%，最低為處理T7，為12.83%。小薯產(chǎn)量最高的處理是CK，為6 457.80 kg/hm2，最低的處理是T5，為3 571.65 kg/hm2。小薯率最高的處理為CK，為15.76%，最低的處理為T6，為7.36%。

綜上所述，以馬鈴薯總產(chǎn)量最高為衡量標(biāo)準(zhǔn)，T6為最優(yōu)處理。T7處理大薯產(chǎn)量最高，T6處理中薯產(chǎn)量最高。商品薯率(大中薯產(chǎn)量占馬鈴薯總產(chǎn)量的百分率)最大處理為T6，為92.64%。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，T6處理產(chǎn)量最高且有最高的商品薯率，更符合馬鈴薯商品加工和市場的需求。

3 討 論

本文通過田間試驗(yàn)，研究了寧夏旱區(qū)膜下滴灌條件下不同水氮處理對馬鈴薯株高、葉綠素相對含量和產(chǎn)量的影響。結(jié)果如下。

表6 不同水氮處理對馬鈴薯產(chǎn)量的影響 kg/hm2

注：表中數(shù)據(jù)為3次重復(fù)的平均值(n=3)；同列中不同大寫字母表示處理間差異極顯著(P<0.01)，同列中不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)，具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；括號內(nèi)百分?jǐn)?shù)表示占總產(chǎn)量的百分比。

在相同灌水量條件下，馬鈴薯株高并不隨施氮量的增加而增大，不同施氮量處理之間株高差異不顯著(P>0.05)。在相同施氮量條件下，馬鈴薯株高整體隨灌水量增加而增大，這與江俊燕等[18]在馬鈴薯株高上的研究相似，不同灌水量處理之間株高差異顯著(P<0.05)。灌水量因素對馬鈴薯株高的影響程度大于施氮量因素，較高水分條件有利于馬鈴薯株高的生長。T7處理馬鈴薯生育期平均株高最大，為52.70 cm。CK處理馬鈴薯生育期平均株高最小，為40.01 cm。

在馬鈴薯整個(gè)生育期，幼苗期葉片葉綠素相對含量最高，之后持續(xù)下降，這與杜長亮[19]和馬國成[20]的研究一致。在相同灌水量條件下，馬鈴薯葉片葉綠素相對含量隨施氮量的增加而升高，這與高鋒[21]的研究相似。在相同施氮量條件下，葉片葉綠素相對含量隨灌水量的增加而降低。T3處理生育期平均葉綠素相對含量最高，為42.31，略高于CK處理。T7處理平均葉綠素相對含量最低，為37.38。

灌水施氮措施可以提高馬鈴薯總產(chǎn)量和商品薯產(chǎn)量，這與前人的研究結(jié)果相似[22-24]。在相同灌水量處理下，馬鈴薯產(chǎn)量隨施氮量的增加而增大，當(dāng)灌水量大于1 350 m3/hm2后，產(chǎn)量隨施氮量的增加而減小。在相同施氮量處理下，馬鈴薯產(chǎn)量隨灌水量的增加而增大，當(dāng)施氮量為240 kg/hm2時(shí)，產(chǎn)量隨灌水量的增加而先增大后減小，說明一味增加灌水量施肥量不會持續(xù)增加產(chǎn)量，這與夏騰霄等[25]和劉凡等[26]的研究結(jié)果相似。T6處理馬鈴薯產(chǎn)量最大，為58 509.30 kg/hm2，且有最高的商品薯率，更符合市場需求。故在寧夏中部旱區(qū)推薦灌水施氮處理為T6處理。