水肥菌一體化對馬鈴薯品質(zhì)及水肥利用效率的影響

石學(xué)萍 杜迎輝 鄭成海 章孜亮 王久恩 檀海斌

摘要 ［目的］減少化肥使用量，提高馬鈴薯水肥利用效率。［方法］以河北壩上高寒地區(qū)馬鈴薯為研究對象，設(shè) 4 個(gè)滴灌水肥菌一體化處理與當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)滴灌施肥為對照，研究水肥菌一體化處理對馬鈴薯水分利用效率、氮、磷、鉀肥偏生產(chǎn)力和品質(zhì)指標(biāo)的影響。［結(jié)果］水肥菌一體化T3處理比CK灌溉水減少16.67%，水分利用效率提高20.06%；化肥施用總量減少11.90%，氮、磷、鉀肥偏生產(chǎn)力分別提高了32.17%、8.91%、42.00%，均比CK顯著提升。粗淀粉、還原糖、干物質(zhì)含量，水肥菌一體化T3處理與CK相比未降低。［結(jié)論］水肥菌一體化協(xié)同作用，減少化肥使用量提高水肥利用率且不減少產(chǎn)量，為馬鈴薯產(chǎn)業(yè)綠色持續(xù)發(fā)展提供了新途徑。

關(guān)鍵詞 馬鈴薯；水肥菌一體化；水分利用效率；肥料偏生產(chǎn)力；品質(zhì)

中圖分類號 S 275? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A? 文章編號 0517-6611（2023）23-0125-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.23.029

Effects of? Integration? of Water， Fertilizer and Bacteria on Quality and Water and Fertilizer Utilization Efficiency of Potato

SHI Xue-ping1，2，DU Ying-hui3，ZHENG Cheng-hai1，2 et al

（1.Semi-arid Agriculture Engineering & Technology Research Center of China， Shijiazhuang，Hebei 050051;2.Hebei Sci.-Tech.Innovation and Service Center，Shijiazhuang，Hebei 050051;3.Qinhuangdao Leading Bio-agriculture Co.，Ltd.，Qinhuangdao，Hebei 066001）

Abstract ［Objective］ To reduce the use of chemical fertilizer and improve the water and fertilizer utilization efficiency of potato.［Method］In the study， the potato in Bashang alpine region of Hebei Province was taken as the research object， and four integrated treatments of drip irrigation， water， fertilizer and bacteria were set as the control， to study the effects of integrated treatment of water， fertilizer and bacteria on water use efficiency， N， P， K fertilizer partial productivity and quality indexes of potato.［Result］Water， fertilizer and bacteria integrated T3 decreased 16.67% water and increased water use efficiency by 20.06% compared with CK irrigation.The total amount of fertilizer application decreased by 11.90%， and the partial productivity of N， P and K increased by 32.17%， 8.91% and 42.00%， respectively， which were significantly higher than CK. Quality index of T3 was not lower than CK.［Conclusion］The integrated synergism of water， fertilizer and bacteria can reduce the use of chemical fertilizer， improve the utilization rate of water and fertilizer without reducing the output， and provide a new way to ensure the green and sustainable development of potato industry.

Key words Potato;Integration of water，fertilizer and bacteria;Water utilization efficiency;Partial productivity of fertilizer;Quality

基金項(xiàng)目 河北省科技重大專項(xiàng)（20282902Z）。

作者簡介 石學(xué)萍（1979—），女，河北樂亭人，正高級農(nóng)藝師，碩士，從事作物節(jié)水技術(shù)及水肥高效資源利用研究。*通信作者，研究員，從事農(nóng)業(yè)工程節(jié)水及水肥一體化技術(shù)研究。

收稿日期 2022-11-10

馬鈴薯是糧經(jīng)飼兼用作物，適應(yīng)范圍廣、營養(yǎng)豐富，被列為我國第四大主糧作物和新一輪種植結(jié)構(gòu)調(diào)整特別是“鐮刀彎”地區(qū)玉米理想替代作物之一。據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）統(tǒng)計(jì)，2020年我國馬鈴薯種植面積466.67萬hm2，面積和產(chǎn)量均居世界首位。2018年我國馬鈴薯單產(chǎn)為18.76 t/hm2［1］，單產(chǎn)遠(yuǎn)不及歐美發(fā)達(dá)國家。為提高單產(chǎn)，種植者普遍采用“大肥大水”的做法，不僅降低了水肥效率，破壞了生態(tài)環(huán)境，更易引發(fā)耕地質(zhì)量惡化等問題。滴灌水肥一體化灌溉方式通過減少土壤蒸發(fā)和避免深層滲漏，防止水分和養(yǎng)分流失，創(chuàng)造有利于作物生長的土壤水分條件，使馬鈴薯更加直接有效地利用水肥，提高產(chǎn)量和水肥利用效率［2-3］。在水肥一體化基礎(chǔ)上滴灌追施生物菌肥，通過菌肥固氮、溶磷、解鉀功能［4］，促進(jìn)馬鈴薯植株的養(yǎng)分吸收，水肥菌協(xié)同作用減少化肥使用量提高水肥利用率且不減少產(chǎn)量，為保障馬鈴薯產(chǎn)業(yè)綠色持續(xù)發(fā)展提供了新途徑。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地點(diǎn)為河北久恩公司黃蓋淖林源基地（115°26′23″E，41°56′63″N），海拔1 406 m左右，多年平均降水量426 mm，多年平均氣溫為1.6 ℃，無霜期117 d。2021年全年降水357.7 mm，5—8月馬鈴薯生長季降雨量267.2 mm。試驗(yàn)地土壤為砂質(zhì)栗鈣，耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量為6.49 g/kg、堿解氮含量為34.2 mg/kg、速效磷含量為22.2? mg/kg、速效鉀含量為147.6 g/kg，pH 8.3。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

共設(shè)置5個(gè)處理，小區(qū)面積50 m×60 m，對照處理（CK）為常規(guī)施肥。試驗(yàn)小區(qū)施入的功能肥料及成分：聚谷氨酸大量元素1號肥（N 170 g/L，P2O5 190 g/L，K2O 140 g/L）；聚谷氨酸大量元素2號肥（N 30 g/L，P2O5 170 g/L，K2O 300 g/L）；海藻有機(jī)水溶肥料海葆素；含有熒光假單孢菌微生物菌劑康大地。馬鈴薯品種為久恩8號，采用起壟單行種植，其他管理措施與當(dāng)?shù)亓?xí)慣保持一致。試驗(yàn)所用肥料、各時(shí)期追肥和灌水量見表1。聚谷氨酸大量元素水溶肥和菌肥由秦皇島領(lǐng)先生物農(nóng)業(yè)股份有限公司提供。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

1.3.1 氣象參數(shù)。

采用東方智感（浙江）科技股份有限公司天圻自動(dòng)氣象站對試驗(yàn)地氣溫、輻射、相對濕度、降水量、風(fēng)速、風(fēng)向等氣象參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測。

1.3.2 土壤含水率及耗水量。

在馬鈴薯播種前和收獲后，采用取土烘干法，測量各處理的土壤含水率，取樣深度2 m，取樣間隔30 cm。使用水量平衡法計(jì)算各處理下馬鈴薯全生育期耗水量，計(jì)算公式：

ET=（W1-W2）+P+I+CP-D（1）

式中，ET為耗水量，mm；W1為播種前土壤儲水量，mm；W2為收獲后土壤儲水量，mm；P為全生育期降水量，mm；I為全生育期灌水量，mm；CP為地下水補(bǔ)給量，mm；D為深層滲漏量，mm。由于試驗(yàn)地區(qū)地下水埋深大于15 m，同時(shí)單次灌溉或降水量較少，因此計(jì)算中忽略CP和D。

1.3.3 肥料偏生產(chǎn)力。計(jì)算公式：

PFP=Y/F（2）

式中，PFP為肥料偏生產(chǎn)力， kg/kg；Y為作物產(chǎn)量，kg/hm2；F為化肥純養(yǎng)分（N/P2O5/K2O）的投入量，kg/hm2。

1.3.4 馬鈴薯產(chǎn)量。收獲時(shí)分區(qū)實(shí)收測產(chǎn)。

1.4 數(shù)據(jù)處理 試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Microsoft Office Excel 2010和SPSS 17.0軟件進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同水肥處理對馬鈴薯水分利用效率的影響

從表2可以看出，水肥菌一體化處理的各試驗(yàn)小區(qū)處理水分利用效率均顯著大于對照CK。同等施肥下T1、T3處理比較，灌水量150 mm的處理T3水分利用效率為214.36 kg/（hm2·mm），灌水量180 mm的處理T1水分利用效率為198.88 kg/（hm2·mm），T3比T1水分利用效率高7.78%，水分利用率顯著增加；同等施肥條件下T2、T4處理，灌水量120 mm的處理T4水分利用效率為211.10 kg/（hm2·mm），灌水量180 mm的處理T2水分利用效率為194.17 kg/（hm2·mm），T4比T2水分利用效率高8.72%，水分利用效率顯著增加。綜上可知，在一定的灌水范圍內(nèi)減少灌水總量有利于水分利用效率的提高。

T1、T2處理在相同灌水條件下，T1處理水分利用效率為198.88 kg/（hm2·mm），T2水分利用效率為194.17 kg/（hm2·mm），施肥量大的T1處理比T2處理水分利用效率高2.43%，增加不顯著。由此可知，T3水分利用效率最大，為214.36 kg/（hm2·mm），灌水量比對照減少16.67%，水分利用效率比CK高20.06%，水分利用效率顯著增加。

2.2 不同水肥處理對馬鈴薯氮磷鉀偏生產(chǎn)力的影響

由表3可知，水肥菌一體化處理的各試驗(yàn)小區(qū)處理氮磷鉀肥料偏生產(chǎn)力均顯著大于對照CK。同等施肥下T1、T3處理比較，灌水量150 mm的處理T3氮磷鉀肥料偏生產(chǎn)力分別為239.14、177.67、192.48 kg/kg，灌水180 mm的處理T1氮磷鉀肥料偏生產(chǎn)力分別為235.81、175.20、189.80 kg/kg，T3比T1氮磷鉀肥料偏生產(chǎn)力高均為1.41%，增加幅度不顯著；同等施肥條件下T2、T4處理，灌水180 mm的T2處理氮磷鉀肥料偏生產(chǎn)力分別為268.68、184.35、204.51 kg/kg，灌水120 mm的處理T4氮磷鉀肥料偏生產(chǎn)力分別為252.96、173.56、192.54 kg/kg，T2比T4氮磷鉀肥料偏生產(chǎn)力均提高6.22%，磷、鉀肥偏生產(chǎn)力灌水量大的增加幅度顯著。

T1、T2處理在相同灌水條件下，施肥量減少的T2處理氮磷鉀肥料偏生產(chǎn)力比T1處理分別增加13.94%、5.22%、7.75%，T2氮磷鉀肥料偏生產(chǎn)力顯著高于T1處理。T2氮磷鉀肥料偏生產(chǎn)力最大，顯著高于CK，比對照CK氮磷鉀肥料偏生產(chǎn)力分別高出48.49%、13.01%、50.87%。產(chǎn)量和水分利用效率最高的T3處理與CK相比，總的肥料施用減少了11.90%，氮磷鉀偏生產(chǎn)力分別提高了32.17%、8.91%、42.00%，均比對照顯著提升。

2.3 不同水肥處理對馬鈴薯品質(zhì)的影響

粗淀粉、還原糖和干物質(zhì)為馬鈴薯品質(zhì)的3種主要指標(biāo)。從表4可以看出，不同處理馬鈴薯塊莖中粗淀粉含量為T3>T1>T2>CK>T4，但各處理間差異均不顯著。從相同灌水量的T1、T2比較，減少施肥用量的T2處理粗淀粉含量變化不大；相同施肥量的T1、T3比較，減少灌水粗淀粉含量有所增加，增幅不顯著。

不同處理馬鈴薯塊莖中還原糖含量為T4>T3>T1>CK=T2，T4處理還原糖含量顯著高于其他處理，相同施肥量的T1、T3比較，減少灌水T3還原糖含量高于T1，說明還原糖形成受灌水量影響，灌水量越小，越有利于還原糖的形成。相同灌溉量的T1與T2比較，施肥量高的T1處理高于T2處理，但差異不顯著。

不同處理馬鈴薯塊莖中干物質(zhì)含量為T3>CK>T1>T4>T2，T3處理還原糖顯著高于其他處理，相同施肥量的T1、T3比較，減少灌水T3處理還原糖含量高于T1，說明還原糖形成受灌水量影響，灌水量越小，越有利于還原糖的形成。相同灌溉量的T1與T2比較，施肥量高的T1處理高于T2處理，但差異不顯著。

對比各處理，T3處理粗淀粉、還原糖、干物質(zhì)含量均較高。與CK比較在減少灌水16.33%、化肥減少11.90%，品質(zhì)未降低。

3 討論與結(jié)論

3.1 水肥菌協(xié)同作用對馬鈴薯水肥利用率的影響

水肥耦合不協(xié)調(diào)肥料施用量過高、肥料浪費(fèi)的現(xiàn)象在許多地區(qū)依然普遍存在，這也是水肥利用低的原因之一。水肥用量不是越大越好，而是各互相作用達(dá)到最佳用量，合理的水肥制度不但能提升水肥利用效率，還能促進(jìn)作物產(chǎn)量品質(zhì)提升［5］。梁錦秀等［6］研究表明，增施氮、磷、鉀肥馬鈴薯產(chǎn)量均呈拋物線型增長，施用氮、磷、鉀肥能顯著提高馬鈴薯水分利用效率。肖石江等［7-8］研究認(rèn)為合理的水氮作用可以促進(jìn)馬鈴薯產(chǎn)量形成和水肥資源高效利用。該研究表明，水肥菌一體化協(xié)同作用比常規(guī)管理灌水減少16.67%水，水分利用效率提高20.06%；化肥施用總量減少11.90%，氮、磷、鉀偏生產(chǎn)力分別比常規(guī)管理提高32.17%、8.91%、42.00%。

江俊燕等［9］研究認(rèn)為不同灌水量對馬鈴薯單株塊莖數(shù)、單株塊莖重、平均產(chǎn)量均有顯著影響，基本隨灌水量的增加而增加，這與該研究結(jié)果不一致，原因可能與該試驗(yàn)馬鈴薯生長期間降雨總量達(dá)267? mm，高于當(dāng)?shù)貧v史同期 140? mm［10］ 的平均降雨量，導(dǎo)致馬鈴薯生長期間的水分相對充足有關(guān)，灌水量減少對馬鈴薯產(chǎn)量和水分利用效率影響不顯著。

3.2 水肥菌協(xié)同作用對馬鈴薯品質(zhì)的影響

微生物菌肥可以提高作物產(chǎn)量和改善作物品質(zhì)在玉米［11］、小麥［12］、白菜［13］、甘薯［14］等作物上的已有報(bào)道，錢彩霞等［15］研究表明生物菌肥代替部分化肥能夠有效提升馬鈴薯品質(zhì)、產(chǎn)量及種植經(jīng)濟(jì)效益，認(rèn)為生物菌肥代替 20% 化肥為較佳施肥模式。該研究將化肥、生物菌肥隨灌溉水一體化施入，在灌水減少16.33%、化肥減少11.90%時(shí)，與常規(guī)滴灌比較粗淀粉、還原糖、干物質(zhì)含量均無顯著差異，品質(zhì)沒有降低。

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