馮志文，康躍虎，萬(wàn)書勤，劉士平(.中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所陸地水循環(huán)及地表過程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 000；2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 00049)

馬鈴薯是世界第四大糧食作物，也是西北旱區(qū)的主要糧食作物，在我國(guó)北方地區(qū)有較大面積的種植[1]。我國(guó)北方馬鈴薯習(xí)慣起壟種植，與平作相比，壟作改變了田間微地形，提高了田間受光面積和土壤溫度，協(xié)調(diào)了土壤的光、溫、水、肥等要素，有利于地下匍匐莖的增長(zhǎng)和薯塊的膨大，提高結(jié)薯能力，增加單株結(jié)薯數(shù)，進(jìn)而提高產(chǎn)量[2-5]。滴灌能夠高度控制灌水時(shí)間、灌水量和土壤濕潤(rùn)范圍，能夠根據(jù)作物的養(yǎng)分需求實(shí)時(shí)地將肥料直接供應(yīng)到作物根系分布范圍，具有顯著的節(jié)水、節(jié)肥、增產(chǎn)、省工等優(yōu)點(diǎn)，非常適合壟作行栽作物，被認(rèn)為是馬鈴薯最好的施肥灌溉方式之一，越來(lái)越被廣大種植者所接受[6-11]。

滴灌條件下對(duì)于壟作行栽培作物，一般采用寬壟、壟中間布置一條滴灌帶、滴灌帶兩邊各種植一行作物的栽培模式，這種栽培模式實(shí)現(xiàn)了滴灌帶的機(jī)械化鋪設(shè)，提高了作物的種植密度，并且栽培區(qū)土壤相對(duì)疏松，有利于地下根莖類作物塊莖或者塊根的膨大，進(jìn)而有利于作物的高產(chǎn)[12]。目前我國(guó)大部分地區(qū)滴灌馬鈴薯的栽培模式主要是參考大型噴灌機(jī)馬鈴薯的栽培模式，即窄壟、壟上布置一條滴灌帶、種植一行馬鈴薯的栽培模式[13,14]，這種栽培模式雖然可使地下莖增長(zhǎng)，并增強(qiáng)了匍匐莖的結(jié)薯能力，但壟體狹窄不利于滴灌帶的機(jī)械化鋪設(shè)[15]。本試驗(yàn)研究了滴灌施肥灌溉條件下“窄壟種植單行馬鈴薯”和“寬壟種植雙行馬鈴薯”兩種栽培模式對(duì)馬鈴薯生長(zhǎng)、產(chǎn)量與水肥利用效率等的影響，以期為滴灌施肥灌溉下馬鈴薯的高效栽培提供理論依據(jù)與技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2012-2013年在內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市達(dá)拉特旗白泥井鎮(zhèn)(110°28′E，40°18′N，海拔約1 006 m)進(jìn)行，該地區(qū)屬于半干旱溫帶大陸季風(fēng)氣候，晝夜溫差大，年均氣溫6.1～7.1 ℃，降雨主要集中在7-9月份，年均降水量和蒸發(fā)量分別為240～310和2 100 mm左右。土壤為砂土，以粗砂粒為主(接近于流沙)，土壤密度為1.52 g/cm3，田間持水量為15.5%，透水性強(qiáng)。土壤根區(qū)基礎(chǔ)肥力狀況見表1。

表1 供試土壤基礎(chǔ)肥力狀況Tab.1 Basic fertility of the experiment soil

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

馬鈴薯品種為“克新1號(hào)”，試驗(yàn)設(shè)計(jì)兩個(gè)處理：①寬壟雙行：采用“寬壟種植雙行馬鈴薯”的栽培模式，壟間距1.1 m，壟肩寬0.5 m左右，壟高0.2 m左右，每壟中心鋪一條滴灌帶，馬鈴薯壟上雙行交錯(cuò)種植，壟上行距0.3 m，株距0.3 m，每個(gè)小區(qū)種植5壟，壟長(zhǎng)5.4 m；②窄壟單行：采用“窄壟種植單行馬鈴薯”的栽培模式，壟間距0.9 m，壟肩寬0.3 m左右，壟高0.3 m左右，壟上鋪一條滴灌帶，壟上種植單行馬鈴薯，株距0.2 m，每個(gè)小區(qū)種植6壟，壟長(zhǎng)5.5 m。每個(gè)處理重復(fù)3次，小區(qū)面積均為29.7 m2。

1.3 灌溉與施肥

每個(gè)處理使用一個(gè)獨(dú)立的滴灌控制單元，控制面積為89.1 m2。每一控制單元入口處安裝有閘閥、水表、壓力表、網(wǎng)式過濾器和壓差式施肥罐。滴灌帶滴頭間距30 cm，滴頭流量為1.38 L/h，工作壓力均控制在0.1 MPa。

參考康躍虎[16]等的研究，每個(gè)處理中間壟上滴頭正下方20 cm深度處埋設(shè)一支負(fù)壓計(jì)，當(dāng)土壤水基質(zhì)勢(shì)在-25 kPa時(shí)，開始進(jìn)行施肥灌溉，2012年每次灌水6～8 mm，2013年每次灌水5～6 mm，灌水的同時(shí)進(jìn)行追肥。

馬鈴薯于2012年5月12日播種，播種后溝施馬鈴薯專用復(fù)合肥(16-14-15)528.4 kg/hm2作為底肥，統(tǒng)一灌水50 mm左右。從6月17日開始施肥灌溉，總追肥量為尿素(46% N)276.8 kg/hm2，硝酸鉀(13.9%N，46.5%K)615 kg/hm2，9月7日停止灌溉，9月19日收獲。2013年5月3日播種，播種后溝施馬鈴薯專用復(fù)合肥(18-10-7)1275 kg/hm2，統(tǒng)一灌水40 mm左右。出苗期間因遭遇大風(fēng)天氣，沙地表層土壤被吹走，馬鈴薯種薯外露，為保證出苗，重新培土后統(tǒng)一灌水3次，每次灌水約8 mm。6月14日開始施肥灌溉，總追施尿素23 kg/hm2和硝酸鉀657.9 kg/hm2，9月3日停止灌溉，9月14日收獲。2013年在降雨超過10 mm或者因地下水位抬升而連續(xù)10 d未進(jìn)行灌溉時(shí)，為避免馬鈴薯關(guān)鍵生育期缺肥，采用滴灌進(jìn)行施肥，每次灌水2～2.5 mm。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目與方法

(1)降雨：在試驗(yàn)區(qū)中心位置安裝雨量桶，測(cè)定每日降雨量。

(2)土壤水基質(zhì)勢(shì)：每個(gè)處理于重復(fù)2的中間壟上滴頭正下方20 cm深度處埋設(shè)一支負(fù)壓計(jì)，測(cè)定土壤水基質(zhì)勢(shì)。每天8∶00和15∶00觀測(cè)負(fù)壓計(jì)讀數(shù)，并用來(lái)指導(dǎo)灌溉。

(3)生長(zhǎng)指標(biāo)：馬鈴薯塊莖膨大期，每小區(qū)選取2株代表性植株測(cè)定馬鈴薯的株高、莖粗、葉面積和鮮生物量。

(4)產(chǎn)量：馬鈴薯完全成熟后，每小區(qū)收獲最中間1壟，稱重測(cè)產(chǎn)。

(5)灌溉水利用效率(IWUE)：為單位面積馬鈴薯產(chǎn)量與總灌水量的比值。

(6)肥料偏生產(chǎn)力(PFP)：為單位面積馬鈴薯產(chǎn)量與施用肥料的總養(yǎng)分量(即氮磷鉀的總和)的比值。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Origin 9.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并繪圖，用SPSS 13.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行t檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 日降雨量與累計(jì)灌水量

2012-2013年馬鈴薯整個(gè)生育期內(nèi)的總降雨量分別為352.2和315.4 mm，其中60%～70%的降雨量集中在7-8月(圖1)。兩年的降雨量均明顯高于當(dāng)?shù)?-9月多年平均降雨量265 mm，為豐水年。2012-2013年生育期內(nèi)均降雨37次，其中有效降水(≥5.0 mm)分別20次和16次。2012年，寬壟雙行和窄壟單行栽培的馬鈴薯在整個(gè)生育期的累計(jì)灌水量分別為111.6和118.3 mm；2013年，寬壟雙行和窄壟單行的累計(jì)灌水量分別為125.5和155.1 mm。寬壟雙行栽培的馬鈴薯灌水量在兩年內(nèi)均少于窄壟單行栽培，分別低5.7%和19.1%。

圖1 2012-2013年馬鈴薯生育期內(nèi)的降雨量和兩個(gè)處理的累積灌水量Fig.1 Rainfall and cumulative irrigation for two treatments during potato growing period in 2012-2013.

馬鈴薯苗齊后每次灌水時(shí)進(jìn)行施肥，從圖1可知，馬鈴薯寬壟雙行和窄壟單行栽培在2012年的施肥灌溉次數(shù)分別為9次和10次，平均每9和8 d施肥1次；2013年，寬壟雙行和窄壟單行的施肥灌溉次數(shù)分別為18和14次，平均每5和6 d追肥1次。2012年兩種栽培模式馬鈴薯的施肥灌溉頻率基本一致，而2013年寬壟雙行的施肥灌溉頻率高，次數(shù)比窄壟單行多28.6%。無(wú)論是寬壟雙行還是窄壟單行，2013年的施肥灌溉次數(shù)均高于2012年，分別多40%和100%，這主要是因?yàn)?012年馬鈴薯生育中后期降雨頻繁，從7月中旬至8月底47 d內(nèi)共降雨19次，且該時(shí)期內(nèi)由負(fù)壓計(jì)監(jiān)測(cè)的土壤根區(qū)墑情良好，使得施肥灌溉次數(shù)明顯減少的緣故。

2.2 土壤水基質(zhì)勢(shì)

馬鈴薯兩種栽培模式在15時(shí)的土壤水基質(zhì)勢(shì)變化情況如圖2所示。馬鈴薯在2012-2013年整個(gè)生育期內(nèi)，除了塊莖形成期，因其日耗水量較大，加之人工定時(shí)觀測(cè)，致使灌溉不及時(shí)，導(dǎo)致其在個(gè)別時(shí)間出現(xiàn)土壤水基質(zhì)勢(shì)低于-25 kPa的情況外，總體上兩個(gè)處理在兩年內(nèi)馬鈴薯施肥灌溉階段的大部分時(shí)間內(nèi)都維持在灌溉閾值內(nèi)，土壤水分狀況良好。在整個(gè)生育期內(nèi)，除了塊莖形成期寬壟雙行的土壤水基質(zhì)勢(shì)高于窄壟單行外，兩種栽培模式的土壤水分狀況基本一致。這說(shuō)明在塊莖形成期或者日耗水量較大的時(shí)期，寬壟雙行栽培馬鈴薯有利于根區(qū)土壤水分的儲(chǔ)存，這與韓秀峰[12]等的研究一致。同時(shí)，2012-2013年寬壟雙行栽培馬鈴薯的灌水量均少于窄壟單行(圖1)，說(shuō)明“寬壟種植雙行馬鈴薯”的栽培模式能有效地改善根區(qū)土壤水分狀況。

圖2 2012-2013年馬鈴薯生育期內(nèi)兩種栽培模式下的土壤水基質(zhì)勢(shì)變化Fig.2 Chm2nges of soil matric potential of two treatments in 2012-2013

2.3 生長(zhǎng)指標(biāo)

由表2可知，兩種栽培模式下馬鈴薯的株高、莖粗、葉面積指數(shù)和單株鮮生物量在兩年內(nèi)表現(xiàn)出較大差異，但差異不顯著(P<0.05)。2012年，與窄壟單行相比，寬壟雙行栽培下馬鈴薯的株高、莖粗、葉面積指數(shù)和單株鮮生物量分別低6.6%，9.4%，21.2%和33.0%。2013年，寬壟雙行的馬鈴薯株高、莖粗、葉面積指數(shù)分別比窄壟單行高13.7%，4.1%和10.2%，而單株生物量比窄壟單行低7.3%。2012年塊莖形成中后期(7月8日至7月22日)，窄壟單行馬鈴薯共施肥灌溉5次，而寬壟雙行馬鈴薯僅施肥灌溉1次，較高的施肥灌溉頻率促進(jìn)了塊莖形成期馬鈴薯植株的生長(zhǎng)，這可能是造成塊莖膨大期窄壟單行馬鈴薯的生長(zhǎng)優(yōu)于寬壟雙行的主要原因(圖1)。2013年兩種栽培模式在幼苗期和塊莖形成期的施肥灌溉次數(shù)基本一致，寬壟雙行栽培的馬鈴薯在塊莖膨大期地上部的生長(zhǎng)明顯優(yōu)于窄壟單行，這可能是因?yàn)閷拤烹p行栽培下馬鈴薯根區(qū)水分狀況更好(圖2)，促進(jìn)了馬鈴薯植株對(duì)水分和養(yǎng)分的吸收。盡管2013年寬壟雙行栽培馬鈴薯地上部生長(zhǎng)狀況較好，但單株生物量卻略低于窄壟單行，這可能是因?yàn)檎瓑艈涡性耘嘞埋R鈴薯地上部養(yǎng)分較早向塊莖轉(zhuǎn)移的緣故，使得其塊莖重量較大，致使總單株生物量較高。

表2 不同栽培模式對(duì)滴灌馬鈴薯生長(zhǎng)指標(biāo)的影響Tab.2 Influence of different cultivation pattern on potato growth under drip fertigation

2.4 產(chǎn)量與水肥利用效率

由表3可知，2012-2013年寬壟雙行栽培馬鈴薯的產(chǎn)量、IWUE和PFP均高于窄壟單行。寬壟雙行栽培馬鈴薯的產(chǎn)量、IWUE和PFP在2012年分別比窄壟單行高9.0%，15.6%和38.0%，2013年分別比窄壟單行高18.0%，46.0%和17.5%。無(wú)論是窄壟單行栽培還是寬壟雙行栽培，2013年的產(chǎn)量均高于2012年，這可能是由于2012年馬鈴薯生育中后期降雨較多，且該時(shí)期內(nèi)由負(fù)壓計(jì)監(jiān)測(cè)的土壤根區(qū)墑情良好，使得施肥灌溉次數(shù)明顯減少的緣故(圖2)。另外，與寬壟雙行相比，盡管2012年塊莖膨大期窄壟單行的植株生長(zhǎng)較好，但產(chǎn)量卻較低，這可能是因?yàn)檎瓑艈涡旭R鈴薯在塊莖膨大期生長(zhǎng)旺盛，貪青晚熟，養(yǎng)分來(lái)不及轉(zhuǎn)移到塊莖中的緣故[17]。

表3 不同栽培模式對(duì)滴灌馬鈴薯產(chǎn)量和水肥利用效率的影響Tab.3 Influence of different cultivation pattern on potato yield, IWUE and PFP under drip fertigation

注：同一年同列下*表示兩處理之間差異顯著(P<0.05)。

綜上所述，在滴灌施肥灌溉條件下，采用“寬壟種植雙行馬鈴薯”的栽培模式比“窄壟種植單行馬鈴薯”栽培模式能有效地促進(jìn)馬鈴薯的生長(zhǎng)，提高產(chǎn)量，改善水肥利用效率。

3 結(jié) 語(yǔ)

滴灌馬鈴薯通過負(fù)壓計(jì)指導(dǎo)施肥灌溉，當(dāng)?shù)晤^正下方20 cm深度處的土壤水基質(zhì)勢(shì)低于-25 kPa時(shí)進(jìn)行施肥灌溉時(shí)，采用“寬壟種植雙行馬鈴薯”的栽培模式比“窄壟種植單行馬鈴薯”栽培模式能有效地改善根區(qū)土壤水分狀況，促進(jìn)馬鈴薯的生長(zhǎng)，馬鈴薯不僅增產(chǎn)9.0%～18.0%，并且灌溉水利用效率提高了15.6%～46.0%，偏肥料生產(chǎn)力提高了17.5%～38.0%。

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