水肥調控對滴灌馬鈴薯生長、品質及水肥利用的影響

畢麗霏，張富倉，王海東，王 英，吳 悠，向友珍，范軍亮

(1．西北農林科技大學旱區農業水土工程教育部重點實驗室，陜西 楊凌 712100；2．西北農林科技大學旱區節水農業研究院，陜西 楊凌 712100)

馬鈴薯是世界上重要的糧食作物之一，含有豐富的營養物質，又是重要的工業原料，具有較高的開發利用價值[1]。我國馬鈴薯種植面積很大，然而單產卻比較低[2]，在提高產量方面有很大的空間。隨著馬鈴薯加工業的發展，對馬鈴薯品質的研究顯得越來越重要，如何能達到馬鈴薯的優質高產已經成為馬鈴薯生產的迫切需求。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，土質疏松，晝夜溫差大，環境污染輕，是中國馬鈴薯五大優生區和高產區之一。但該地區水資源比較缺乏，馬鈴薯田灌溉施肥大多采用粗放的水肥管理模式，造成了灌溉水浪費嚴重，肥料淋失，水肥利用效率低等問題。因此，研究水肥調控對陜北榆林地區馬鈴薯生長、品質及水肥利用的影響，對提高馬鈴薯產量，保證優質高產，改善農田的水肥環境和緩解水資源緊張都有重要意義。

在農業生產中，水和肥是影響馬鈴薯生長的兩個重要因素[3]。水分是影響作物生長的一個主要環境因素[4]，而肥料對于促進馬鈴薯生長有很大的作用，必須重視肥料的合理施用。前人就滴灌施肥對馬鈴薯生長、產量、品質及水肥利用進行了大量研究。Yuan等[5]發現隨著灌水量的增加，馬鈴薯的株高、生物量和根區水量會相應増加，薯塊的產量和單薯重也隨之增加。Wang[6]、秦軍紅等[7]對相同灌水量下不同灌水頻率對馬鈴薯生長、產量及水分利用效率的影響進行了研究。Shock等[8]發現水分不足或者水分過量均會使馬鈴薯產量和品質降低。有研究表明水肥一體條件下馬鈴薯的產量、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]通過研究發現，在灌水量充足時，馬鈴薯的產量隨施氮量的增加而逐漸增加，而出現水分脅迫時，施氮量對馬鈴薯的產量產生負作用。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馬鈴薯的生長，但并不能提高水分生產效率，施肥可以有效地提高水分生產效率。戴樹榮[12]通過建立肥料效應函數得到最高產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，合理的水肥配合可以發揮很好的交互耦合作用，提高馬鈴薯的水肥利用效率，進而可以使馬鈴薯增產[13-14]。

在針對滴灌條件下馬鈴薯水肥管理展開的眾多研究中，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評價水分和養分對馬鈴薯生產的影響，根據灌水下限調控和施肥組合的研究還比較少見。本試驗采用滴灌灌水下限處理結合施肥處理的灌溉技術，研究水肥調控對榆林沙土馬鈴薯生長、產量、水肥利用效率及品質的影響，綜合分析馬鈴薯產量和品質對水肥的響應，以提高馬鈴薯水肥利用效率為目標，從指導馬鈴薯生產的實際出發，提出科學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指導和理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗于2017年5—9月在榆林市現代農業科技示范園西北農林科技大學馬鈴薯試驗站進行。該區域位于東經 109°43′、北緯38°23′，試驗站海拔高1 050 m，年平均降水量371 mm，蒸發量1 900 mm，年日照時數2 900 h，年均氣溫8.6℃。降水主要集中在6—8月。土壤為風沙土，肥力水平中等。站區內土壤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%(質量含水率)，有機質含量為7.85 g·kg-1，銨態氮含量為5.79 mg·kg-1，硝態氮含量為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 試驗設計

試驗設置灌水下限和施肥量2個因素。依據當地實際生產經驗，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)設置3個土壤水分調控下限水平W1(55%、60%、65%、55%、55%)、W2(65%、70%、75%、65%、65%)、W3(75%、80%、85%、75%、75%)，每個水平以控制土壤含水量占田間持水量的百分數表示。施肥量根據當地大田施肥標準和前人經驗[15]設置了4個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)。試驗共12個處理，每個處理分3次重復，共36個小區。小區長20 m，寬3.6 m，小區面積為72 m2。試驗地兩端均設置保護行，在相鄰處理間均間隔1 m，避免不同處理之間的相互影響。試驗種植采用機械起壟種植方式，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，當土壤含水量低于灌水下限時則灌水至田間持水量，每個小區獨立安裝水表和閥門控制灌水量。試驗中使用的肥料為：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]，滴灌施肥時先將肥料溶于水，再用施肥罐施肥，灌溉水利用系數為0.95[18]。處理前統一灌水至田間持水量，然后開始控制水量，各土壤含水量小于土壤下限即進行灌溉。馬鈴薯生育期降水量見圖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控處理

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

1.3 測定指標與方法

1.3.1 土壤含水量的測定及灌水量的計算 采用取土烘干法測得土壤的含水量，在每個小區內隨機選取5個位置，在每個位置選擇濕潤區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為計劃濕潤層深度(cm)；θi為田間持水量；θj為測定的土壤質量含水率。

1.3.2 株高和葉面積的測定 在各個試驗小區隨機選取馬鈴薯植株3株，分別在播種后60、80、100、120、135 d測定其株高和葉面積指數。株高用卷尺測量；葉面積用打孔法測量，先用打孔器打出已知面積的葉片，烘干后與植株總葉片干物質進行比較，得出系數，用已知面積乘以系數即為植株葉面積。其計算公式為：

葉面積指數(LAI)=單株葉面積×植株數/土地面積

(2)

1.3.3 馬鈴薯干物質量的測定 在每個小區隨機挖取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)稱重，確定其地上、地下部分馬鈴薯干物質量。

1.3.4 產量測定 在每個小區隨機選取10株馬鈴薯進行單株測產，統計各單株馬鈴薯每個塊莖的重量、數量和分級，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)。收獲時每個小區選取中間兩壟馬鈴薯進行測產。

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

WUE=Y/ET

(3)

IWUE=Y/I

(4)

式中，Y為作物產量(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)。

作物耗水量通過水量平衡法[19]得到，計算如下式：

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為馬鈴薯生育期內土壤儲水量變化(mm)。由于試驗區干旱少雨，且滴灌單次灌水量較少，無法形成地表徑流，故R0取值0；考慮到試驗區距地表1 m以下的土壤水分變化很小，且計劃濕潤層深度為40 cm，故不考慮地下水補給(K)和深層滲漏量(D)。有效降雨量P0計算如下：

P0=aP

(6)

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

1.3.6 肥料偏生產力(PFP)計算：

PFP=Y/T

(7)

式中，Y為作物產量(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 品質測定 取各小區成熟期馬鈴薯塊莖，測定馬鈴薯中淀粉、維生素C和還原性糖含量，用碘比色法測定淀粉含量，鉬藍比色法測定維生素C含量，3,5-二硝基水楊酸比色法測定還原性糖含量[21]。

1.4 數據處理

數據采用Microsoft Excel 2010進行基礎整理和誤差計算，主要指標的顯著性分析通過 SPSS 23.0軟件中的Duncan比較法獲得；圖形通過Origin 8.0軟件繪制。

2 結果與分析

2.1 水肥調控對馬鈴薯生長的影響

2.1.1 株高和葉面積指數 株高和葉面積指數是反映馬鈴薯生長狀況的重要指標，從表2中可以看出，施肥量和灌水處理均對馬鈴薯株高有極顯著影響(P<0.01)，兩者的交互作用對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馬鈴薯的葉面積指數有極顯著影響(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葉面積指數有極顯著影響(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達到最大，之后隨施肥量增加有所降低，說明在馬鈴薯生長前期，過多施肥會對馬鈴薯株高有所抑制；對于相同的施肥量，在F1水平時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，株高均在W2達到最高。播種后80 d其生長規律與苗期沒有太大差異， F4水平對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的馬鈴薯株高表現最好。F3W2處理達到最大株高(75.85 cm)，F1W1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隨著生育期的推進呈先增大后減小的趨勢，最大值出現在播種后100 d，之后葉面積指數逐漸降低。播種后100 d，F3W2處理的葉面積指數最大，F3水平下W2分別比W1、W3的葉面積指數高37.4%、12.3%；W2水平下F3分別比F1、F2和F4的葉面積指數高89.9%、30.5%和17.0%。播種后60 d葉面積指數均隨著灌水量和施肥量的提高而提高，最大出現在F4W3處理，說明在生長前期馬鈴薯葉面積指數受水肥影響較大；播種后80 d，在同一施肥水平下W2水平表現出明顯的優勢，葉面積指數比W1、W3增加了53.4%、15.9%；而灌水水平一致時，隨著施肥量的增多，葉面積指數先增加后減少，F3的葉面積指數最高，比F1、F2和F4分別增加了132.7%、36.6%和21.0%，說明施肥量過多會對馬鈴薯生長產生負作用；播種后100 d葉面積指數持續增大，變化趨勢與播種后80 d一致；播種后120 d和135 d作物的葉面積指數開始降低，這是因為到了馬鈴薯生長后期，植株所吸收的養分開始向塊莖中轉移，作物葉面積增長緩慢，甚至停止生長、脫落，導致其葉面積指數下降。

表2 水肥調控對馬鈴薯株高和葉面積指數的影響

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。同一生長指標下同一列數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 總干物質累積量 植物的干物質量在一定程度上可以反映出植物在一段時間內的物質積累，圖2為不同水肥處理下馬鈴薯隨生育期推進總干物質量的變化。由圖2可知，在全生育期施肥量和灌水處理對馬鈴薯干物質量均有極顯著影響(P<0.01)，施肥和灌水處理的交互作用對播種后60、80、100、120 d的干物質量有極顯著影響(P<0.01)，對播種后135 d的干物質量有顯著影響(P<0.05)。

在生長前期馬鈴薯干物質增長緩慢，隨著生育期的推進，干物質積累加快，在生長后期干物質增長速度趨于平緩。播種后60 d各處理之間差異顯著，F4W3處理下馬鈴薯干物質最高，為 3 221.1 kg·hm-2。播種后80 d施肥水平為F1時，總干物質積累表現為隨著灌水下限的提高而增加，施肥水平為F2、F3、F4時，在各施肥水平下總干物質量隨灌水下限變化均表現為：W2>W3>W1；灌水水平一致時F3水平的干物質量比F1、F2和F4顯著增加130.6%、32.03%和17.93%。播種后100 d各個處理的總干物質量相對于播種后80 d增加顯著，在施肥水平一致時各灌水下限水平的總干物質量均表現為：W2>W3>W1；在灌水下限水平相同時，各施肥水平的總干物質量均變現為F3>F4>F2>F1。播種后120 d各處理的變化規律與播種后100 d變化不大。播種后135 d各處理的總干物質積累量達到最大，在施肥量一致時W2的干物質積累量最大，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F3的總干物質積累量最大，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的總干物質累積量最大，平均為12 729.95 kg·hm-2。

2.2 水肥調控對馬鈴薯產量和水肥利用的影響

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

從表3中可以看出，F3W2處理的產量最大，為50 397.45 kg·hm-2，F4W2處理次之，平均為46 517.89 kg·hm-2，F1W1的產量最低，為29 858.60 kg·hm-2。在同一施肥水平，W2水平的平均產量為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，馬鈴薯產量均表現為先增大后減小，在F3水平產量達到最大值。F3水平的平均產量為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的土壤水分條件最適合馬鈴薯的生長，W3水平土壤透氣性可能受到影響，影響馬鈴薯的生長。馬鈴薯的產量隨著施肥量的增加而增加，但施肥過量會對馬鈴薯生長產生一定的抑制作用。

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，在F3水平作物耗水量最大。從總體上可以看出，WUE和IWUE最大值均出現在F3W2處理，分別為93.44、170.32 kg·mm-1·hm-2，F1W3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，F2、F3、F4施肥水平下IWUE均表現為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，F3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，PFP隨著施肥量的增加逐漸降低，F1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%；當施肥量相同時馬鈴薯PFP表現為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 水肥調控對馬鈴薯品質的影響

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

圖2 水肥調控對馬鈴薯干物質量的影響Fig.2 Effects of regulating water and fertilizer on dry weight of potato

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

表4 水肥調控對馬鈴薯塊莖質量分級的影響

2.3.2 淀粉 淀粉是馬鈴薯塊莖內的重要組成部分，是馬鈴薯塊莖中含量最多的營養物質。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變化，施肥量過高，淀粉產生負效應，其中，在F2水平下塊莖內淀粉含量達到最大，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，達到148.0 g·kg-1，說明在該水肥條件下，馬鈴薯向下傳輸的營養多，最有利于淀粉積累。

2.3.3 維生素C 塊莖內含有豐富的維生素C，不同的水分和養分狀況會對馬鈴薯塊莖維生素C含量產生很大影響。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馬鈴薯塊莖維生素C含量均表現為差異極顯著(P<0.01)。當施肥量水平一致時， 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先增加后減小的趨勢，在F2水平達到最大，為247.4 mg·kg-1，分別比F1、F3和F4水平高6.69%、2.38%和3.72%。在各個處理中F2W2處理馬鈴薯塊莖內維生素C含量最高，為258.0 mg·kg-1，說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物，其含量的多少可以表明馬鈴薯代謝合成的強度，是評價馬鈴薯品質的一個重要指標。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馬鈴薯塊莖還原性糖含量均表現為極顯著影響(P<0.01)。

圖3 水肥調控對馬鈴薯塊莖品質的影響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為W1>W3>W2，在F3、F4水平下表現為W3>W1>W2，W3水平下馬鈴薯塊莖內還原性糖含量高是因為土壤水分含量過多，土壤透氣性差。在同一灌水下限水平下，馬鈴薯塊莖內還原性糖含量隨著施肥量的增加先降低后升高，在F3水平達到最低。其中，F3W2處理還原性糖含量最低，為1.38 g·kg-1。

2.4 馬鈴薯品質的綜合評價

只考慮單一特性或幾個特性的優劣，并不能全面反映馬鈴薯的品質，而應該對其進行全面系統科學地綜合評價。圖4所示為采用主成分分析方法分析馬鈴薯品質的各項指標。分析可知從單株塊莖質量、大塊莖質量、商品薯質量、淀粉含量、維生素C含量、還原性糖含量、塊莖干物質質量7個成分中提取了兩個主成分，第一主成分占77.55%，第二個主成分占14.75%，這兩個主成分的累計方差貢獻率達到92.30%，所以可以用這兩個主成分較好地代替上述馬鈴薯7個品質指標來評價馬鈴薯品質。從圖4中可知，馬鈴薯各項指標主要集中在第一主成分的0～1范圍內。對第一主成分貢獻最大的是商品薯質量和大塊莖質量，負荷量為0.961、0.95，因此商品薯質量和大塊莖質量可作為第一主成分中的代表性評價指標；對第二主成分貢獻最大的是淀粉和維生素C，負荷量分別為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價指標。從圖5馬鈴薯塊莖品質主成分分析得分可以看出，得分最高的是F3W2處理，F3W2處理的各項指標值比其他處理偏高，淀粉和維生素C含量相對其他處理偏低，綜合排名第一，綜合排名第二的是F4W2處理。

3 討 論

注：TW-單株塊莖質量；LTW-大塊莖質量；MTW-商品薯質量；SC-淀粉含量；RSC-還原糖含量；VC-維生素C含量；DW-塊莖干物質質量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 馬鈴薯塊莖品質主成分分析Fig.4 Principal component analysis of potato tuber quality

圖5 馬鈴薯塊莖品質主成分分析得分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控對馬鈴薯生長、品質、產量及水肥利用的影響，基于產量和品質的綜合評價，選出使馬鈴薯優質高產的水肥組合。結果表明，水肥調控對馬鈴薯的生長、品質、產量及水肥利用有不同程度的影響。本研究發現，在水肥調控對馬鈴薯生長的影響方面，不同的水肥調控水平對馬鈴薯生長影響顯著，馬鈴薯株高在整個生育期中前期增速很快，而后增長速度逐漸變緩，這與前人研究一致[22]。在相同施肥水平下，馬鈴薯的株高、葉面積指數均隨著灌水下限的提高先升高后減小，在W2水平下表現最好，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境，不利于馬鈴薯的生長。張富倉等[15]研究表明，施肥量過少不利于馬鈴薯株高和葉面積的生長，而過量的施肥會對馬鈴薯的生長有一定的抑制作用。本研究發現灌水下限水平一致時，隨著施肥量的增加馬鈴薯的株高、葉面積指數隨著施肥水平先增加后減少，肥料施用過多會對馬鈴薯的生長產生負作用，這與前人的研究結果相似[15,23]。而干物質量在生長前期，相同施肥量下馬鈴薯干物質量受到灌水下限的影響表現為：W3>W2>W1；在生育后期，相同施肥量下馬鈴薯干物質量受到灌水下限的影響表現為：W2>W3>W1，這可能是因為苗期之后，施肥量對馬鈴薯干物質量的影響較大[10]。而相同灌水水平下干質量隨著施肥量的增加先增加后減少[15]。馬鈴薯干物質累積速率表現為“單峰式”變化，即生育前期干物質積累比較慢，播種后80 d開始，馬鈴薯積累速率加快，播種后120 d開始，增長速率又逐漸變慢，這與前人研究結果一致[24-25]。

馬鈴薯品質受到水分和養分供應的影響很大。本研究發現，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的積累[26]。宋娜和門福義等[26-27]發現在相同的水分條件下，馬鈴薯的單株塊莖質量、商品薯質量、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，但施氮量過多會使馬鈴薯的品質降低。本試驗中，在同一水分條件下，隨著施肥量增加馬鈴薯塊莖單株結薯質量、商品薯質量、大塊莖質量、淀粉、維生素C含量均呈拋物線趨勢變化，塊莖還原性糖含量先降低后升高。其中，單株塊莖質量、商品薯質量、大塊莖質量在F3W2處理表現最優，而塊莖淀粉含量、維生素C含量在F2W2處理下表現最優。

土壤水分狀況和施肥量會直接影響作物的生長發育和作物產量[28]。康躍虎等[29]發現，隨著土壤水勢的提高，灌水量逐漸增加，產量和水分利用效率呈現增大后減小的趨勢，在土壤基質勢為-25 kPa左右最高。王立為等[30]發現，隨著施肥量的增加，馬鈴薯的耗水量增加，但施肥量達到一定程度后耗水量開始減少，過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量。在本試驗中，同一施肥水平下，馬鈴薯的產量、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，馬鈴薯產量隨施肥水平的增加呈先增加后減少的趨勢[30-31]，灌溉水分利用效率和水分利用效率隨施肥量呈現拋物線變化趨勢[30]，F3水平可能由于影響到根區養分濃度水平高，不利于植株吸水[14]。相同水分條件下，肥料偏生產力隨著施肥量的增加PFP呈現減小的趨勢[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。

在對馬鈴薯品質進行綜合評價時，各單指標對馬鈴薯品質所起的作用不盡相同，因此直接用這些指標不能準確評價馬鈴薯的優劣。采用主成分分析方法對不同處理馬鈴薯品質進行評價，可以在不損失或較少損失原有指標變異信息的情況下，將多個品質指標轉換為一個或幾個品質綜合主成分的評價變量，具有較好的代表性與客觀性[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項指標中提取兩個主要成分，描述了馬鈴薯品質的90.95%，并通過最高得分的處理選出適合陜北地區的最佳施肥量。侯飛娜等[35]將11個品質特性綜合成為3個主成分因子，代表了馬鈴薯全粉92.97%的原始數據信息量，篩選出馬鈴薯全粉品質評價指標為乳化穩定性、乳化活性、溶解度和粗纖維。在本研究中，將單株塊莖、商品薯質量、大塊莖質量、淀粉、維生素C、還原性糖、塊莖干物質量7個指標放在同一水平進行分析，提取出了兩個主要成分，這兩個成分可以描述馬鈴薯92.30%的數據信息量。綜合評價馬鈴薯品質，F3W2處理排名第一，F1W1處理排名最后，可見F3W2處理對馬鈴薯品質達到了較好的水肥耦合效應，而F1W1處理下限制了馬鈴薯品質的積累。

4 結 論

不同的水肥調控對滴灌條件下馬鈴薯生長、品質、產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、品質、產量及水肥利用效率的提高，是適宜榆林沙地馬鈴薯生長發育的水分調控水平。同一水分處理下，隨施肥量的增加，馬鈴薯生長、品質、產量、水分利用效率隨著施肥量的增加呈現先增加后減小的趨勢，生長指標、產量及水分利用效率在F3水平達到最大，淀粉和維生素C含量在F2水平最高，而肥料偏生產力隨施肥量增加不斷減小，在F1施肥水平達到最大值。基于主成分分析評價馬鈴薯品質，將7個品質特性轉化為兩個主成分因子，代表了馬鈴薯92.30%的原始信息量，F3W2處理排名第一。綜合考慮馬鈴薯產量、品質、水肥利用效率，在本試驗條件下，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，馬鈴薯產量最高，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，品質較好，是榆林沙地滴灌條件下馬鈴薯生產中適宜的水肥組合。