冷涼灌區馬鈴薯施肥量與種植密度對馬鈴薯生長及產量的影響

王 平，謝成俊，孫振榮，陳 娟，王 鐳，彭文靜

（1蘭州市農業科技研究推廣中心，蘭州 730010；2甘肅省農業科學院經濟作物與啤酒原料研究所，蘭州 730070）

0 引言

武勝驛鎮位于蘭州市西北部，地處二陰冷涼區，土壤疏松，氣候冷涼，是得天獨厚的馬鈴薯種植產區[1]。隨著馬鈴薯主糧化戰略的實施，永登縣立足區域優勢把馬鈴薯產業作為富民強縣的“黃金產業”來抓，生產上逐步實現了從量向質的轉變，通過政府的積極引導與扶持，龍頭企業的帶動，農科人的科技創新，種植戶的辛勤勞動，逐步形成了馬鈴薯“銷、加、儲、繁、種”全產業鏈格局，經過10 余年的發展，年種植面積穩定在1.53 萬hm2以上，年產量在35 萬t 左右[2]。隨著馬鈴薯產業規?；陌l展，不合理的施肥與種植方式在農業生產中問題凸顯，過量施肥與種植密度導致馬鈴薯生產成本提高而產量降低，過量施肥使得土壤養分失衡，環境污染加劇[3]。如何合理控制施肥量與種植密度等栽培措施，對于挖掘馬鈴薯增產潛力與實現高產高效，保障區域內糧食可持續發展意義非凡。

通過優化農藝栽培措施與施肥方式協調土壤養分的分配來促進作物生長[4-5]，是實現作物高產的有效途徑。如何系統優化密度及施肥等農藝栽培管理措施，來充分挖掘馬鈴薯產量生產潛力是實現該區馬鈴薯高產高效的關鍵[6]。研究表明，適度加大種植密度和提高施肥水平均能使植株群體對氮、磷、鉀的吸收量增加，肥料利用率提高，以及產量顯著增加[7]，施肥和種植密度可互作促進作物生長進而增加產量。趙凡等[8]研究發現馬鈴薯的產量及相關農藝性狀與種植密度有關，隨著馬鈴薯種植密度的增加產量逐漸增大，當種植密度達到一定程度時，密度增大馬鈴薯商品率與產量反而降低，馬鈴薯密度增加的同時，葉面積指數也在增加，適宜的種植密度使馬鈴薯凈光合速率、蒸騰速率及氣孔導度增加，并通過促進光合性能，改善作物群體生長發育，進而提高產量[9]。眾多研究表明施肥能提高馬鈴薯株高、葉綠素含量及水分利用效率，過量的施肥會造成投肥成本高，鮮薯產量不高，且品質低劣[10-11]。在農業生產中，通過增加肥料與提高種植密度來獲得更高產量是許多種植農戶所采用的較為普遍的方法[12]，而施肥多少與種植密度跟當地的生態條件及自然環境密不可分。針對半干旱高海拔冷涼灌區，單一施肥量或種植密度對馬鈴薯生長及產量的影響的研究較多[8,11]，尚未見有關施肥量與種植密度對馬鈴薯產量與水分利用效率影響的報道。本研究在不同施肥量與種植密度對馬鈴薯生育期、株高、葉面積指數及產量等指標的影響，以明確馬鈴薯最佳施肥量與種植密度配比，為當地農業生產提供技術指導。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

于2019 年在永登縣武勝驛鎮大利村開展試驗。該區海拔2630 m，年平均氣溫在5.80℃，年均降雨量322.20 mm，年均日照時數2871 h，有效積溫2600℃左右，無霜期121 d左右，四季分明，陽光充足，雨量主要集中在6—9月，該區屬大陸性高寒半干旱型氣候。試驗區0～20 cm土層土壤有機質含量26.38 g/kg，全氮含量1.55 g/kg，堿解氮含量63.47 mg/kg，速效鉀含量188.35 mg/kg，pH 8.58。供試土壤為灌漠土。

1.2 試驗材料與方法

供試品種：馬鈴薯一級種薯‘冀張薯12號’。

供試肥料：按照當地的氮磷鉀施肥比例，試驗選用由江蘇中東化肥股份有限公司生產的復合肥（氮：磷：鉀=18:12:15，N+P2O5+K2O≥45%）。

本試驗采用二因素隨機區組設計，分別以施肥量與種植密度為因素，共設12個處理（見表1），3個重復，小區面積為33 m2(5.5 m×6 m)。設3個施肥量分別為600、1100、1600 kg/hm2，4個種植密度分別為5.25萬株/hm2（株距34 cm）、6.00萬株/hm2（株距30 cm）、6.75萬株/hm2（株距27 cm）、7.50萬株/hm2（株距24 cm），具體處理見表1。整地后將肥料均勻撒在小區內，覆土覆膜后埋入壟間。覆膜選用寬90 cm，厚0.01 mm 的黑色農用地膜，覆膜時壓滴灌帶。在壟面中央留出10 cm左右微型集雨溝，覆膜后在微型壟溝每隔一段距離打集雨孔，壟面寬70 cm，壟溝寬40 cm，壟高30 cm，壟面兩側按照三角形“﹥”種植馬鈴薯。前茬作物為玉米，于2019 年4月26 日播種，2019 年9 月6 日收獲。整個馬鈴薯生產過程5次灌水，苗期、現蕾期、開花期、結薯及淀粉累積期分別灌水1 次，總灌水量1800 m3/hm2。在馬鈴薯播前與收獲后采用土鉆取0～120 cm 土樣，每隔20 cm 取一次樣，采用烘干法計算土壤含水量。

1.3 測定方法

在馬鈴薯開花期隨機選取20 株馬鈴薯分別測定株高、莖粗、葉面積及SPAD值，成熟期各小區隨機取10株統計其大小薯數量。單株大薯與小薯參照《馬鈴薯試驗研究方法》[13]進行統計，大薯塊莖≥75 g，小薯塊莖<75 g；

SPAD值測定：使用便攜式葉綠素測定儀（型號：SPAD-502 PLUS），在馬鈴薯開花期，對頂葉下方完全展開的第三片葉進行數值測定；葉面積指數、商品率、馬鈴薯生育期耗水量和水分利用效率計算見公式(1)～(4)。

小區產量實打實收。

式中，WUE為水分利用效率[kg/(hm2·mm)]，Y為馬鈴薯塊莖產量(kg/hm2)，ET為馬鈴薯生育期耗水量(mm)[14]。

1.4 統計分析

采用EXCEL、SPSS 21 軟件處理數據，用Origin 9.1軟件繪圖。

2 結果與分析

2.1 不同施肥量與種植密度對馬鈴薯生育期的影響

由表2 可知，施肥量與種植密度均能明顯影響馬鈴薯生育期，試驗區馬鈴薯于2019年4月26日種植，9月10 日統一收獲，生育期介于94～109 d。低肥(F1)處理馬鈴薯在5 月24 日出苗，中肥(F2)與高肥(F3)處理馬鈴薯提前出苗，F2處理在5月22日出苗，F3處理在5月23日出苗，且隨著施肥量的增加，馬鈴薯成熟期延長；隨著密度的增加，馬鈴薯生育期提前；F1D4（低肥高密度處理）處理的生育期最短，F2D1與F2D2處理的馬鈴薯生育期最長。

表2 不同施肥量與種植密度下的馬鈴薯生育期（日/月）

2.2 不同施肥量與種植密度對馬鈴薯農藝性狀的影響

施肥量與種植密度對馬鈴薯農藝性狀影響顯著（表3）。馬鈴薯株高介于49.39～63.89 cm之間，在相同種植密度下，馬鈴薯株高隨著施肥量的增加先增加后不變；在F1與F2施肥量下，馬鈴薯株高隨著種植密度增加先增加后降低，在F3施肥量下，馬鈴薯株高隨著種植密度增加后不變，其中以F3D4處理株高最大(63.89 cm)。施肥量對馬鈴薯主莖有效分枝數沒有顯著影響，隨著種植密度的增加馬鈴薯主莖有效分枝數呈減小趨勢。馬鈴薯莖粗與葉面積指數隨著施肥量增加而增加；在相同施肥量下馬鈴薯莖粗隨著種植密度的增加而降低，葉面積指數隨著種植密度增加而增加，高肥高種植密度(F3D4)處理下葉面積指數最大(5.12)。在相同密度條件下，馬鈴薯葉片SPAD值隨施肥量的增加而增加；在相同施肥條件下，SPAD值隨種植密度逐漸減小，SPAD值以F3D1處理最大(70.38)。施肥量與種植密度作為單因子或者施肥量與種植密度互作對株高、主莖有效分枝數、莖粗及葉面積指數的影響呈顯著或者極顯著水平，施肥量與種植密度作為單因子對莖粗、葉面積指數及SPAD值的影響呈極顯著水平，施肥量與種植密度互作對其影響不顯著。

表3 不同施肥量與種植密度對馬鈴薯農藝性狀的影響

2.3 不同施肥量與種植密度對馬鈴薯產量及水肥利用效率的影響

施肥量與種植密度能夠顯著影響馬鈴薯產量、產量構成及商品率（表4）。在相同種植密度下，隨著施肥的增加，馬鈴薯產量、大薯產量、大薯數及商品率先增后減，在F2處理下馬鈴薯產量、大薯產量、大薯數及商品率，總薯數隨著施肥的增加先增加后不變，施肥量對馬鈴薯單株結薯數影響不大，小薯產量及小薯數隨著施肥量的增加而增加；在相同施肥量下，馬鈴薯產量、大薯產量、大薯數、單株結薯數及商品率隨著種植密度的增加先增加后減小，在D3處理下馬鈴薯產量、大薯產量、大薯數、單株結薯數及商品率達到最大，小薯產量及小薯率隨著種植密度的增加而增加。施肥量與種植密度作為單因子或者施肥量與種植密度互作對馬鈴薯產量、大薯產量及大薯率的影響呈顯著或者極顯著水平，在F2D3處理下馬鈴薯產量達到最大(50136.44 kg/hm2)。施肥量與種植密度作為單因子對馬鈴薯小薯產量、小薯率、單株結薯數及商品率呈極顯著水平，施肥量與種植密度互作對其影響不顯著。

表4 不同施肥量與種植密度對馬鈴薯產量性狀的影響

表5顯示，不同施肥量與種植密度對馬鈴薯生育期耗水量與水肥利用效率影響不同，底肥與低密度下的馬鈴薯耗水量較小，隨著密度與肥料增加耗水量呈增大趨勢，增大不顯著。馬鈴薯的水肥利用效率隨施肥量與種植密度的增大呈顯著的先增大后減小趨勢，以處理F2D3的水分利用效率最高達到108.24 kg/(hm2·mm)，較F1D1水分利用效率提高了32.98%，且差異顯著。通過數據分析發現適宜的肥料與種植密度有助于提高馬鈴薯水分利用效率。

表5 不同施肥量與種植密度下的水肥利用效率

2.4 不同施肥量與種植密度下馬鈴薯產量與水分利用效率變化趨勢

在農業生產中，施肥量與種植密度是農藝管理中用于調控作物產量的主要措施。為了更加合理的尋找出最佳的產量與施肥量、種植密度的關系，通過origin9.1 繪制三維圖（圖1），通過觀察我們發現，馬鈴薯產量隨著施肥量的增大先增加后減小，隨著種植密度的增加也表現為先增加后減小。為尋找出最佳的產量與施肥量、種植密度的關系，利用SPSS21 軟件分析并建立二元二次回歸模型。其中，Y1為馬鈴薯總產量，x1為施肥量，x2為種植密度。方程見式(5)。

圖1 不同施肥量與種植密度下的馬鈴薯產量(a)與水分利用效率(b)的變化

通過分析，F=29.097**(P<0.01)，決定系數R2=0.959**達到極顯著，方程擬合度好，說明產量與施肥量、種植密度之間呈顯著的回歸關系，即能夠反映出產量與施肥量、種植密度的關系。對回歸方程求偏導，見式(6)。

將解得的x1和x2，帶入回歸方程解得Y1值，即為馬鈴薯產量的最大值。當施肥量與種植密度為1065.366 kg/hm2和6.746 萬株/hm2時，產量達到最大(50255.98 kg/hm2)。同時且通過Origin 9.1 繪制三維圖，圖1 顯示，馬鈴薯產量隨施肥量的增大先增后減，隨種植密度的增加也呈先增后減。

為尋求水分利用效率與施肥量、種植密度的關系，建立二元二次回歸模型。其中，Y2為水分利用效率，x1為施肥量，x2為種植密度。方程見式(9)。

通過分析F=26.267**(P<0.01)，決定系數R2=0.956**達到極顯著，方程擬合度好。對回歸方程求偏導見式(10)。

將解得的x1和x2帶入回歸方程解得Y2值，即為水分利用效率的最大值(111.3537)，對應產量為50121.63 kg/hm2。水分利用效率隨施肥量的增大先增后減，隨種植密度的增加也呈先增后減，變化趨勢與產量的相似。

2.5 馬鈴薯產量與產量構成因素之間的相關性

本試驗中馬鈴薯總產量由馬鈴薯大薯產量與小薯產量組成，總薯數由大薯數與小薯數組成，單株結薯數包括了單株大薯與小薯數。如表6 所示，馬鈴薯產量與大薯產量與大薯數呈極顯著正相關性，大薯產量與大薯數，以及小薯產量與小薯數呈極顯著正相關性，而單株結薯數與小薯數呈負相關。說明決定馬鈴薯產量的高低是由馬鈴薯的大薯產量決定的，而馬鈴薯單株結薯數量的多少主要是受小薯數量影響更加顯著。

表6 馬鈴薯產量與產量構成因素的相關分析

3 討論

3.1 施肥量與種植密度對馬鈴薯生育期的影響

施肥量與種植密度能夠影響作物生長發育，梁慶平等[15]研究表明施肥量與種植密度對玉米生育前期（玉米出苗）無顯著影響，隨著生育期的推進，施肥量的增加會延長生育期，種植密度的增加則會縮短生育期。本試驗表明，施肥與種植密度均能顯著影響馬鈴薯生長，過量施肥會抑制馬鈴薯的出苗，隨著施肥量的增加馬鈴薯生育期會延長，種植密度過高馬鈴薯生育期會縮短，適宜的施肥量與種植密度能延緩馬鈴薯生育期，此結論與方勇等[16]和雷昌云等[17]的相關研究結論類似，生育期延長的時間長短因作物而異[18-19]。

3.2 施肥量與種植密度對馬鈴薯農藝性狀的影響

在農業生產中，施肥量與種植密度是農藝管理中用于調控作物產量的主要措施。研究表明施肥量與種植密度存在一定的正向互作效應[20]。適量施肥能提高作物群體生長速率，合理的種植密度能讓植株個體充分利用水、肥、氣、熱、光等資源，適宜施肥與種植密度對于提高產量有正向作用[21]。肥料中的氮肥與葉片SPAD值密切相關，植物缺氮會造成葉面積指數與光能作用下降，進而使作物生長與產量降低，SPAD值大小能側面反映馬鈴薯吸收土壤養分的狀況[22]。作物種植密度的提高能增大葉面積指數，能增強作物群體對光能的截獲作用，而過高的種植密度因養分競爭導致葉綠素下降，光合作用降低，不利于生長；且當種植密度過大時，作物可吸收的土壤水分與養分會降低，光照、水、肥等因素限制，莖粗與有效分枝數會減低[23]。本研究表明，不同施肥量與種植密度對冷涼灌區馬鈴薯的株高、莖粗、有效分枝數、葉面積指數及葉片SPAD值均影響顯著，施肥量過大過小與種植密度過低過高均不利于地上部生長，這與諸多研究結論一致[3,8]。

3.3 施肥量與種植密度對馬鈴薯產量及水分利用效率的影響

施肥是提高作物產量與促進作物生長的主要方式，而種植密度是影響作物生長與產量的因素之一[24-25]，研究表明適度的增加施肥量與種植密度是改善作物生長進而提高作物產量與水肥利用效率的重要途徑，而過量的施肥措施反而使得馬鈴薯產量下降[3]。合理養分管理與農藝栽培措施可協同提高水分利用率，實現作物產量和水分利用效率最大化，是解決馬鈴薯生產水平低而不穩的有效途徑[26]。本研究表明馬鈴薯總產量、大薯產量與大薯率隨著施肥量與種植密度的增加先增后減，不同處理比較以F2D3的馬鈴薯產量、大薯產量與大薯率最高。通過二元二次方程擬合，施肥量、種植密度與產量及水分利用效率呈極顯著關系。本研究表明與大薯率與馬鈴薯產量呈正比，因此，在栽培過程中應該提高大薯產量與大薯率。

通過試驗表明適宜的施肥量與種植密度能夠調整馬鈴薯的群體與個體之間的關系，進而改善了生長，并獲得了高的單位面積產量與商品率與水分利用效率。

4 結論

施肥量與密度相互作用能有效促進馬鈴薯生長和提高馬鈴薯的產量。增施肥料能延緩馬鈴薯生育期，增加種植密度能縮短其生育期。施肥量、種植密度與馬鈴薯產量呈極顯著的二元二次非線性關系，及過量的施肥與種植密度都不利于產量的增加，馬鈴薯大薯產量、大薯數與馬鈴薯產量呈極顯著正相關。當施肥量達到1014.812～1067.003 kg/hm2，種植密度達到8.799萬～9.030萬株/hm2時，馬鈴薯能夠獲得較高的產量(50253.81～50376.06 kg/hm2) 與水分利用效率[104.601～106.887 kg/(hm2·mm)]，同時可以提高馬鈴薯大薯產量、大薯數及商品率。