馬鈴薯不同生育時期最佳土壤含水量研究

魏 杰王巧云孫 翔王延玲

（1.滕州市農業技術指導站 山東滕州277599；2.嘉祥縣農業農村局 山東嘉祥272400；3.滕州市農村能源服務中心 山東滕州277599）

滕州市是馬鈴薯的主產區，也是我國面積最大的中原地區春秋二季作馬鈴薯種植基地，當地特色的氣候、水質及土壤條件非常適宜馬鈴薯生長，全年拱棚馬鈴薯種植面積65萬畝[1]。在馬鈴薯生產過程中，合理灌溉是馬鈴薯優質高產高效的關鍵技術之一。農戶傳統灌水方式為壟灌，要求整地質量高，不宜壟溝太長，不適合規模種植和水肥一體化管理。為提高作物產量和水分利用效率，本試驗根據馬鈴薯不同生育期需水規律，設計0～40 cm土層土壤進行膜下滴灌[2]至不同土壤目標含水量，評價水肥一體化條件下各生育期內不同土壤含水量對馬鈴薯農藝及產量性狀的影響，篩選出最佳水分灌溉方案和灌溉定額，為馬鈴薯生產節本增效和產業可持續發展提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2017-2019年的1～5月在滕州市大市莊村進行。供試土壤為沙質壤土。試驗期間氣象數據及播種前0～20 cm土層土壤養分指標分別見表1、表2。試驗地塊地勢平整，土壤肥力較好且具有代表性，施肥管理一致。采用拱棚+黑白地膜+膜下滴灌+膜上覆土保護地種植技術。

表1 2017-2019年試驗期間氣象數據

表2 2017-2019年播種前0～20 cm土層供試土壤養分指標

1.2 供試材料

供試品種為費烏瑞它優質脫毒種薯。采用內鑲貼片滴灌帶，基本參數為內徑Φ16 mm，滴頭間距30 cm，滴頭流速2.0 L/h。

1.3 試驗設計

2017年，試驗使用3個拱棚，每個拱棚2畝，設計7個不同水分處理，3個拱棚為3次重復。超出目標相對含水量的不澆水，不足的補灌至目標相對含水量。2018年，除灌水目標與2017年不同外，其余均相同。2019年篩選出3個較好的灌溉方案進行驗證，具體試驗設計見表3。

表3 2017-2019年不同生育時期的目標相對含水量

1.4 田間栽培管理

2017年1月21 日播種，2018年1月24日播種，2019年1月23日播種。基肥生物有機肥40 kg/畝，復合肥料80 kg/畝；馬鈴薯膨大期追施水溶肥2.5 kg/畝。人工播種，行距0.68 m，株距0.21 m，定植4 600株/畝左右。播種后，覆土12 cm（薯塊到壟頂），鋪設滴灌帶，然后覆蓋黑白膜。播種后10～15 d，用覆土機在地膜表面覆蓋一層2 cm厚細土。2017年5月22日收獲，2018年5月28日收獲，2019年5月25日收獲。

收獲時植株健壯，沒有完全衰老。

1.5 測定項目與方法

1.5.1 補灌水量 采用烘干法計算土壤質量含水量和相對含水量；土壤容重、田間持水量在前茬作物收獲后、春季馬鈴薯整地耕作之前采用環刀法進行測定。補灌水量計算公式[3]如下：

式中，a為測墑土層土壤平均容重 （g/cm3），H為測墑土層深度（cm），B1為目標土壤質量含水量（田間持水量乘以目標相對含水量），B2為灌溉前土壤質量含水量。

1.5.2 出苗率 在馬鈴薯出苗后7 d調查各處理出苗率。每處理對角線5點取樣，每點連續調查20穴出苗的株數，計算各處理出苗率。

1.5.3 生物產量 對馬鈴薯苗期、團棵期、開花期、塊莖膨大期和成熟期的生物產量進行測定。在每個處理的5個對角線點連續測定2株馬鈴薯的植株和塊莖鮮重。

1.5.4 產量、商品薯價格 馬鈴薯成熟后，每處理實收3點，每點去除邊行，人工實收中間45 m2測產并觀察記載各處理薯塊的商品薯產量 （按分級標準），結合滕州市馬鈴薯收購市場實際情況計算產值。商品性分級標準[4]：1級薯，單個薯塊≥150 g且無蟲咬傷、無青頭，平均市場收購價格4元/kg；2級薯，單個薯塊≥75 g且無蟲咬傷、無青頭，平均市場收購價格4元/kg；3級薯，單個薯塊＜75 g無蟲咬傷無青頭，平均市場收購價格1.2元/kg；4級薯，蟲咬傷及青頭、畸形薯，平均市場收購價格0.4元/kg。

1.6 數據處理

采用DPS 15.10統計軟件進行方差分析，Duncan新復極差檢驗處理間差異顯著性，采用Origin 8.0軟件對數據進行處理并作圖。

2 結果與分析

2.1 2017年不同生育時期補灌至目標土壤相對含水量試驗

2.1.1 不同水分處理對出苗率的影響 由圖1可知，2017年出苗情況，除Wa1與CK相比出苗率減少19.71%，差異顯著外，其余處理與CK的出苗率差異不顯著。但Wa2與CK相比出苗率減少9.75%，雖然方差分析未達到顯著水平，但是對產量會造成影響，故處理Wa2在實際生產中不可用，建議使用Wa3，即播種后至苗期第1次灌水時將土壤相對含水量補灌至50%，對出苗沒有影響。

2.1.2 不同水分處理對生物產量的影響 由圖2可知，苗期Wa1生物產量最低，比CK少31.5 g，Wa2次之，比CK少20.7 g，Wa1、Wa2生物產量顯著低于CK；Wa6生物產量最高，比CK高2.5 g；其余處理與CK比較差異不顯著。故處理Wa1、Wa2灌水方案不可用，建議苗期水分處理采用Wa3，即苗期灌水至土壤相對含水量50%。不同生育時期依次分析可知，建議團棵期灌水至土壤相對含水量60%或80%、開花期為70%、結薯盛期為70%或80%、結薯中后期為70%或80%。收獲期，處理Wa1植株的生物產量最低，比CK少211.8 g，差異顯著；處理Wa6最高，比CK高5.4 g，但差異不顯著； 處理Wa1、Wa2、Wa3、Wa4生物產量少于CK，對比差異顯著；處理Wa5、Wa6與CK比較差異不顯著。塊莖與植株的生物產量數據趨勢基本一致，故處理Wa5表現最好。綜合上述分析，2017年全生育期理想灌溉方案為相對含水量分別控制苗期50%、團棵期60%、開花期70%、結薯盛期70%、結薯中后期70%；或苗期50%、團棵期80%、開花期70%、結薯盛期80%、結薯中后期80%。

圖2 2017年不同水分處理對不同生育時期生物產量的影響

2.1.3 不同水分處理對商品薯產量及產值的影響由表4可知，CK的產量、產值均較高。處理Wa5產量、產值與CK相差最少，分別比CK減少24.1 kg/畝和461.3元/畝，差異不顯著；處理Wa4產量和產值與CK相比較差異不顯著；Wa6產量、產值均低于CK且達顯著差異水平；其余處理產量和產值均顯著低于CK，且處理間差異顯著；Wa1產值最低，與CK相差最多 （少3 521.4元/畝）。故2017年各水分處理中Wa5產值最高，表現最好，Wa4次之，其余處理表現較差。

表4 2017年不同水分處理對商品薯產量及產值的影響

綜合分析，2017年不同水分處理對馬鈴薯生長及產量性狀影響研究發現，在田間管理相同的前提下不同生育期對水分的需求量不同，水分過多過少均不利于馬鈴薯生長，在播種后至苗期，灌水至土壤相對含水量為50%不影響出苗和植株的生長，團棵期灌水至60%、開花期以后灌水至70%不影響植株生長。從收獲后的產量及產值效益分析，灌水量過低導致馬鈴薯早衰減產，灌水量過高土壤板結、壟面土壤流失導致減產且薯塊青頭嚴重，商品性降低。灌水至土壤相對含水量為60%、70%時雖比壟灌產值低但差異不顯著，故需進一步研究塊莖膨大期灌水至土壤相對含水量為60%、70%對產量產值的影響。

2.2 2018年不同生育時期補灌至目標土壤相對含水量試驗

2.2.1 不同水分處理對生物產量的影響 2018年結合2017年試驗結論與分析方法，由圖3可知，苗期各處理生物產量與CK相比較均差異不顯著，與2017年苗期灌水目標相對含水量為50%一致，故苗期最佳灌水量為50%。依次分析可知，團棵期目標相對含水量為60%、開花期70%、結薯盛期70%、結薯中后期70%。收獲期各處理植株的生物產量與CK比較，處理Wa1植株生物產量最低，比CK少111.8 g；處理Wa6最高，比CK少4.6 g。處理Wa1、Wa2、Wa3、Wa4與CK對比差異顯著，Wa5、Wa6與CK比較差異不顯著。塊莖與植株的生物產量數據趨勢基本一致，處理Wa4、Wa5、Wa6與CK比較差異不顯著。故灌水方案Wa4、Wa5、Wa6均可采用，從節水的角度考慮，處理Wa4方案最好，即相對含水量分別控制在苗期50%、團棵期60%、開花期以后70%。

圖3 2018年不同水分處理對不同生育時期生物產量的影響

2.2.2 不同水分處理對商品薯產量及產值的影響由表5可知，經調查產量、計算產值，Wb4、Wb5產值與CK相差較少 （分別較CK少356.6元/畝和391.4元/畝），Wb4、Wb5產值與CK間差異不顯著，其余處理均顯著低于CK，且其余處理與Wb4、Wb5對比差異顯著，Wb6與CK相差最多，產值最低 （較CK少2 077.4元/畝）。2018年各水分處理中Wb4產值最高，表現最好，Wb5次之，其余處理表現較差，Wb6產值最低，表現最差。

表5 2018年不同水分處理下商品薯產量及產值的影響

綜合分析，2018年不同水分處理對生物產量及產量性狀影響研究進一步驗證了2017年試驗結論，即播后至苗期，灌水量至土壤相對含水量50%；團棵期灌水量至土壤相對含水量60%；開花期以后灌水量至土壤相對含水量70%，此處理下生物產量及產量性狀與CK比較無顯著差異，為最佳灌溉方案。

2.3 2019年不同生育時期補灌至目標土壤相對含水量試驗

2.3.1 不同水分處理對生物產量的影響 2019年結合2017年、2018年試驗結論依次分析，由圖4可知，苗期灌水目標相對含水量為50%；團棵期60%；開花期，2019年結果與2017年、2018年的結果不同，有待進一步驗證，建議70%～80%；結薯盛期建議70%～80%；結薯中后期70%。收獲期，各處理植株的生物產量與CK相比較，Wa1植株的生物產量最低，比CK少76.5 g，差異極顯著；Wc2最高，但比CK少18.4 g，差異不顯著；Wc3與CK差異顯著。塊莖生物產量Wc1與CK差異顯著；Wc2、Wc3與CK差異不顯著。從節水角度考慮，故采用處理Wc2方案。

圖4 2019年不同水分處理對不同生育時期生物產量的影響

2.3.2 不同水分處理對商品薯產量產值的影響 由表6可知，經調查產量、計算產值，Wc2、Wc3與CK相差較少（分別較CK少222.4元/畝和261.9元/畝），三者之間的產值差異不顯著。Wc1產值顯著低于Wc2、Wc3，產值最少（較CK少647.3元/畝）。2019年各水分處理中Wc2表現較好，Wc3次之，Wc1最差。

表6 2019年不同水分處理下商品薯產量及產值的影響

綜合分析，2019年開花期、結薯盛期的植株和塊莖生物產量與2017年、2018年有差異，這可能與取樣有關，有待進一步驗證。從收獲期處理Wc2、Wc3塊莖產量、產值和節水分析，全生育期灌水采用Wc2的灌水方案最佳。與2018年全生育期灌水量基本一致。即灌水目標相對含水量分別為播種至苗期50%、團棵期60%、開花期以后70%。

2.4 不同水分處理全生育期灌水量

由表7可知，2018年、2019年最佳水分處理分別為Wb4（總灌水量83.5 m3/畝）、Wc2（總灌水量84.6 m3/畝），分別比CK節約用水31.8%和31.1%，2年平均比CK節水31.5%。

表7 2017-2019年不同水分處理下全生育期需水量

3 討論

根據滕州馬鈴薯生長需水規律控制水量分配，制定科學的灌溉制度，對指導當地馬鈴薯綠色高效生產、促進節水農業發展意義深遠。本研究表明，在采用拱棚、黑白地膜、膜下滴灌種植條件下，播后和苗期適宜土壤相對含水量為50%，3年來苗期灌水量平均占全生育期總耗水量的14.8%，與韋冬萍等[5]研究認為苗期占全生育期總耗水量的10%～15%相一致。團棵期灌水的目標相對含水量以60%為分界線，開花期及以后以70%為分界線，這與田英等[6]馬鈴薯最佳的水分下限指標為苗期65%、塊莖形成期75%、塊莖增長期80%、淀粉積累期60%～65%的研究結論基本相符。拱棚膜下滴灌條件下，全生育期灌溉方案按播種補灌至50%+苗期補灌至50%+團棵期60%+開花期以后補灌至70%進行灌溉時灌水量約為80 m3/畝，2年較CK平均節約用水31.5%，與CK產量和效益差異不顯著。雖然CK產值多收入約300元/畝，足夠彌補農戶多灌水的費用，但是從節約水資源、保護生態環境、可持續發展的角度考慮，上述方案不僅馬鈴薯產量、產值高，節水率也高，各性狀表現理想，達到了既高產穩產又節水高效的目的，對提高缺水干旱地區馬鈴薯水分利用率及產量效益、以及未來大農場保護地馬鈴薯生產實現水肥一體化智能自動灌溉均具有重大意義。