膜下滴灌水肥耦合對二季作區(qū)春馬鈴薯產(chǎn)量和商品薯率的影響

孔令強(qiáng) 王 芳 王振華 朱 萍 趙 猛楊建國陳亞偉陳煥麗

（1.滕州市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心 山東滕州 277500；2.商丘市金土地馬鈴薯研究所 河南商丘 476000；3.鄭州市蔬菜研究所 河南鄭州 450015）

滕州是全國最大的二季作區(qū)馬鈴薯主產(chǎn)地，近年來馬鈴薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢頭良好，滕州馬鈴薯成為中國菜用馬鈴薯第一品牌，滕州市也被農(nóng)業(yè)農(nóng)村部授予“全國馬鈴薯標(biāo)準(zhǔn)化示范縣”[1]。然而水肥管理粗放、利用效率低下、化肥面源污染等問題仍然突出，制約著滕州市馬鈴薯產(chǎn)業(yè)規(guī)?；?、現(xiàn)代化發(fā)展。

現(xiàn)有條件下，水肥耦合技術(shù)對提高水肥利用率行之有效。目前我國在水肥交互作用及耦合模式研究方面開展了大量工作，取得了很大進(jìn)展[2-6]。李文證、馬國成等針對寧夏旱區(qū)進(jìn)行了膜下滴灌條件下水肥耦合試驗，研究了有限補(bǔ)灌(滴灌)條件下寧夏中部干旱區(qū)馬鈴薯需水特點、耗水規(guī)律及不同補(bǔ)灌灌溉定額、灌水時間和不同施肥配方對馬鈴薯生長、生理生態(tài)和養(yǎng)分吸收的影響[7-8]；杜常亮等研究了水肥耦合對延安地區(qū)大棚馬鈴薯產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，得出了延安地區(qū)馬鈴薯生產(chǎn)體系下較優(yōu)的灌水量及合理的肥料用量組合[9]，而對于二季作區(qū)馬鈴薯生產(chǎn)的相關(guān)研究還未見報道，還停留在水肥單獨效應(yīng)和簡單的農(nóng)藝措施改進(jìn)上[10-11]。本研究以新品種科薯6號為材料，通過盆栽試驗，探索膜下滴灌模式下水肥耦合對其產(chǎn)量及商品薯率的影響。通過試驗初步篩選出合理的水肥組合，以期為大田模式下水肥耦合推廣應(yīng)用提供合理依據(jù)，并逐步形成適合滕州二季作馬鈴薯大田生產(chǎn)的水肥一體化精準(zhǔn)灌溉技術(shù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試馬鈴薯品種為科薯6號，氮、磷、鉀肥分別用尿素（46%）、過磷酸鈣（12%）、硫酸鉀（50%）。

1.2 試驗區(qū)概況

試驗在滕州市姜屯鎮(zhèn)洪東村豐谷云農(nóng)科技園進(jìn)行，盆栽土取自于園區(qū)耕地表層30 cm以上的土壤，前茬玉米，壤土，肥力中等，土壤基本情況見表1。整個生育期平均氣溫13.6℃，最高氣溫33.6℃，最低氣溫-3.8℃，平均濕度68.2%，總降雨量83.8 mm。

表1 試驗土壤指標(biāo)

1.3 試驗設(shè)計與方法

本試驗為室外盆栽試驗，以補(bǔ)水時期、補(bǔ)水量、氮肥施量、磷肥施量、鉀肥施量為試驗因素，選用5因素10水平均勻設(shè)計，采用U*10(108）均勻設(shè)計表，試驗因素和水平設(shè)計見表2，復(fù)因子補(bǔ)水時期各水平見表3。

表3 補(bǔ)水時期因素水平

試驗設(shè)10個處理，每個處理3次重復(fù)，每個重復(fù)3盆，共90盆?；ㄅ柚睆?5 cm、高40 cm，土裝滿盆后統(tǒng)一澆水，待墑情適宜時播種。自制簡易滴水裝置模擬膜下滴灌。3月10日播種，6月10日收獲，單株實收，以每畝4 500株折合畝產(chǎn)量。其他農(nóng)藝措施同當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)做法。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用DPS 7.05、Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 回歸分析建模

用偏最小二乘法對表2試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析建模，分別建立以產(chǎn)量（y1）、商品薯率（y2）為因變量，補(bǔ)水時期（x1）、補(bǔ)水量（x2）、氮肥用量（x3）、鉀肥用量（x4）、磷肥用量（x5）為自變量的回歸模型。

表2 馬鈴薯室外盆栽實施方案及產(chǎn)量

由誤差平方和及決定系數(shù)（表4）可知，提取3個潛變量時，數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后模型誤差平方和下降為較小值，產(chǎn)量模型的決定系數(shù)R2=0.987 2。商品薯重模型的決定系數(shù)R2=0.987 0。2個模型的擬合程度都較好。

表4 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后模型誤差平方和和決定系數(shù)

2.2 單因素對馬鈴薯產(chǎn)量和商品薯重的影響

由產(chǎn)量模型的標(biāo)準(zhǔn)回歸系數(shù)（表5）可知，試驗中5因素對產(chǎn)量和商品薯重的影響順序為補(bǔ)水時期（x1）＞磷肥用量（x4）＞補(bǔ)水量（x2）＞鉀肥用量（x5）＞氮肥用量（x3）。其中補(bǔ)水時期、磷肥用量、鉀肥用量起正效應(yīng)。補(bǔ)水量和氮肥施量起負(fù)效應(yīng)，說明過多的補(bǔ)水量和氮肥用量會降低增產(chǎn)效果。補(bǔ)水時期的作用最大，說明補(bǔ)水要在適宜的時期才能提高產(chǎn)量及商品薯重。

表5 各個自變量對各個因變量作用的標(biāo)準(zhǔn)回歸系數(shù)

為具體分析單一因素對馬鈴薯產(chǎn)量的影響過程，可通過對產(chǎn)量模型進(jìn)行降維分析，得到偏回歸的子模型：

從各因素的子模型（3）、（4）、（5）、（6）、（7）可以看出，補(bǔ)水時期（x1）、補(bǔ)水量（x2）、氮肥用量（x3）、鉀肥用量（x4）、磷肥用量（x5）與產(chǎn)量（y）之間的關(guān)系，都呈現(xiàn)出拋物線的形狀，與產(chǎn)量之間的關(guān)系是開口向下的拋物線，即隨著因素水平的增加，產(chǎn)量隨之增加，直至最大值，繼續(xù)增大各因子水平，產(chǎn)量會呈現(xiàn)下降趨勢。僅考慮單因素的情況下，閾值為補(bǔ)水量95.36 m3/畝、氮肥用量1.98 kg/畝、磷肥用量74.5 kg/畝、鉀肥用量21.6 kg/畝。得到的氮肥用量較少，可能與試驗地農(nóng)家肥的施用有關(guān)。

對商品薯重模型進(jìn)行降維分析，得到偏回歸的子模型：

從各因素的子模型（8）、（9）、（10）、（11）、（12）可以看出，補(bǔ)水量（x2）、氮肥用量（x3）、鉀肥用量（x4）、磷肥用量（x5）與商品薯量（y2）之間的關(guān)系，也都呈現(xiàn)出開口向下拋物線的形狀，僅考慮單因素的情況下，補(bǔ)水量63.4 m3/畝、氮肥用量1.22 kg/畝、磷肥用量51 kg/畝，鉀肥用量16.36 kg/畝時，商品薯重最大。補(bǔ)水量、氮肥用量、磷肥用量、鉀肥用量低于這個值或者高于這個值，商品薯重都會降低。

2.3 交互作用對馬鈴薯產(chǎn)量的影響

由交互項標(biāo)準(zhǔn)回歸系數(shù)（表6）可知，各因素交互作用對產(chǎn)量和商品薯重的影響趨勢基本一致。對產(chǎn)量影響最為顯著的是磷肥用量與鉀肥用量的交互作用，表現(xiàn)為負(fù)效應(yīng)，但是氮肥用量和磷肥用量單獨作用時表現(xiàn)為正效應(yīng)。所以，在生產(chǎn)中磷肥和鉀肥分開使用效果較好。其次影響作用較大的是補(bǔ)水量與鉀肥用量、補(bǔ)水時期和鉀肥用量，交互作用均表現(xiàn)為協(xié)同效應(yīng)。即適當(dāng)時期同時補(bǔ)充水分和鉀肥，有利于馬鈴薯產(chǎn)量增加。

表6 產(chǎn)量模型交互項標(biāo)準(zhǔn)回歸系數(shù)

2.4 水肥最優(yōu)配合方案

以馬鈴薯產(chǎn)量和商品薯重為目標(biāo)函數(shù)，根據(jù)回歸方程尋優(yōu)，得到各自變量的優(yōu)化值。補(bǔ)水時期為苗期不補(bǔ)水，團(tuán)棵期、塊莖形成期各占補(bǔ)水量的25%，塊莖膨大期占50%。總補(bǔ)水量54.4 m3/畝，即團(tuán)棵期、塊莖形成期各13.6 m3/畝，塊莖膨大期27.2 m3/畝。氮肥用量為4.75 kg/畝、磷肥用量15.05 kg/畝、鉀肥用量6.32 kg/畝，產(chǎn)量最優(yōu)值為6 235.47 kg/畝，商品薯重最優(yōu)值為5 825.86 kg/畝，這與本地實測產(chǎn)量值接近。

3 結(jié)論與討論

通過分析，5個因素對產(chǎn)量和商品薯重的影響順序為補(bǔ)水時期＞磷肥用量＞補(bǔ)水量＞鉀肥用量＞氮肥用量，各因素均存在一個閾值，當(dāng)因素水平低于閾值時，各因素對產(chǎn)量增加具有促進(jìn)作用，一旦因素水平超過閾值，產(chǎn)量出現(xiàn)下降趨勢，與李文證[7]研究結(jié)果一致。

由各因素交互作用分析可得，在生產(chǎn)中磷肥和鉀肥分開使用效果較好，同時補(bǔ)充水分和鉀肥，有利于產(chǎn)量增加。水分和鉀肥交互施用的量和補(bǔ)水時間的配合還需進(jìn)一步研究。較高產(chǎn)量的總補(bǔ)水量參考范圍為50～95 m3/畝，氮肥用量為3.75～7.75 kg/畝，磷肥用量為12.05～17.45 kg/畝，鉀肥用量為6.32～2.60 kg/畝。

以上結(jié)果是通過數(shù)學(xué)建模尋優(yōu)得到的最佳因素水平組合，是理論優(yōu)化值，還需進(jìn)一步的試驗驗證。應(yīng)用的過程中應(yīng)考慮不同環(huán)境中馬鈴薯對水分的吸收和養(yǎng)分的利用率?？茖W(xué)合理的水肥耦合對提高馬鈴薯產(chǎn)量具有重要的意義。