膜下滴灌水肥耦合對二季作區春馬鈴薯產量和商品薯率的影響

孔令強 王 芳 王振華 朱 萍 趙 猛楊建國陳亞偉陳煥麗

（1.滕州市農業技術推廣中心 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馬鈴薯主產地，近年來馬鈴薯產業發展勢頭良好，滕州馬鈴薯成為中國菜用馬鈴薯第一品牌，滕州市也被農業農村部授予“全國馬鈴薯標準化示范縣”[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業規模化、現代化發展。

現有條件下，水肥耦合技術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，取得了很大進展[2-6]。李文證、馬國成等針對寧夏旱區進行了膜下滴灌條件下水肥耦合試驗，研究了有限補灌(滴灌)條件下寧夏中部干旱區馬鈴薯需水特點、耗水規律及不同補灌灌溉定額、灌水時間和不同施肥配方對馬鈴薯生長、生理生態和養分吸收的影響[7-8]；杜常亮等研究了水肥耦合對延安地區大棚馬鈴薯產量和品質的影響，得出了延安地區馬鈴薯生產體系下較優的灌水量及合理的肥料用量組合[9]，而對于二季作區馬鈴薯生產的相關研究還未見報道，還停留在水肥單獨效應和簡單的農藝措施改進上[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用提供合理依據，并逐步形成適合滕州二季作馬鈴薯大田生產的水肥一體化精準灌溉技術。

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 試驗區概況

試驗在滕州市姜屯鎮洪東村豐谷云農科技園進行，盆栽土取自于園區耕地表層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

1.3 試驗設計與方法

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

表3 補水時期因素水平

試驗設10個處理，每個處理3次重復，每個重復3盆，共90盆。花盆直徑35 cm、高40 cm，土裝滿盆后統一澆水，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株折合畝產量。其他農藝措施同當地常規做法。

1.4 數據分析

采用DPS 7.05、Excel 2007進行數據分析。

2 結果與分析

2.1 回歸分析建模

用偏最小二乘法對表2試驗數據進行回歸分析建模，分別建立以產量（y1）、商品薯率（y2）為因變量，補水時期（x1）、補水量（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量

由誤差平方和及決定系數（表4）可知，提取3個潛變量時，數據標準化后模型誤差平方和下降為較小值，產量模型的決定系數R2=0.987 2。商品薯重模型的決定系數R2=0.987 0。2個模型的擬合程度都較好。

表4 數據標準化后模型誤差平方和和決定系數

2.2 單因素對馬鈴薯產量和商品薯重的影響

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

表5 各個自變量對各個因變量作用的標準回歸系數

為具體分析單一因素對馬鈴薯產量的影響過程，可通過對產量模型進行降維分析，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，補水時期（x1）、補水量（x2）、氮肥用量（x3）、鉀肥用量（x4）、磷肥用量（x5）與產量（y）之間的關系，都呈現出拋物線的形狀，與產量之間的關系是開口向下的拋物線，即隨著因素水平的增加，產量隨之增加，直至最大值，繼續增大各因子水平，產量會呈現下降趨勢。僅考慮單因素的情況下，閾值為補水量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，可能與試驗地農家肥的施用有關。

對商品薯重模型進行降維分析，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）之間的關系，也都呈現出開口向下拋物線的形狀，僅考慮單因素的情況下，補水量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量的影響

由交互項標準回歸系數（表6）可知，各因素交互作用對產量和商品薯重的影響趨勢基本一致。對產量影響最為顯著的是磷肥用量與鉀肥用量的交互作用，表現為負效應，但是氮肥用量和磷肥用量單獨作用時表現為正效應。所以，在生產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水量與鉀肥用量、補水時期和鉀肥用量，交互作用均表現為協同效應。即適當時期同時補充水分和鉀肥，有利于馬鈴薯產量增加。

表6 產量模型交互項標準回歸系數

2.4 水肥最優配合方案

以馬鈴薯產量和商品薯重為目標函數，根據回歸方程尋優，得到各自變量的優化值。補水時期為苗期不補水，團棵期、塊莖形成期各占補水量的25%，塊莖膨大期占50%。總補水量54.4 m3/畝，即團棵期、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，產量最優值為6 235.47 kg/畝，商品薯重最優值為5 825.86 kg/畝，這與本地實測產量值接近。

3 結論與討論

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

由各因素交互作用分析可得，在生產中磷肥和鉀肥分開使用效果較好，同時補充水分和鉀肥，有利于產量增加。水分和鉀肥交互施用的量和補水時間的配合還需進一步研究。較高產量的總補水量參考范圍為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。

以上結果是通過數學建模尋優得到的最佳因素水平組合，是理論優化值，還需進一步的試驗驗證。應用的過程中應考慮不同環境中馬鈴薯對水分的吸收和養分的利用率。科學合理的水肥耦合對提高馬鈴薯產量具有重要的意義。