水氮对薯田土壤水分及马铃薯产量的影响

买自珍，杨彩玲，米治明(宁夏农林科学院固原分院，宁夏 固原 756000)

西北半干旱地区是我国马铃薯主要产区,该地区水资源匮乏。宁夏地处西北半干旱地区，是我国最严重的缺水省份之一。买自珍等研究了滴灌条件下作物节水灌溉制度[1]。土壤水分含量的高低直接影响到土壤养分的有效性,也对作物吸收土壤养分、转运、转化和同化有一定的影响[2，3]。水是植物重要的组成部分，是作物生长不可缺少的元素。氮素肥料在农业生产中占有重要的地位，被称作农作物的“当家肥”。作物产量的主要限制因子是水分,而水肥之间又有着明显的交互作用[4，5]。水分和氮素是影响马铃薯产量的重要因子[8，14]。氮素营养与水分之间有着十分密切的关系,一方面水分影响氮素营养在土壤中的运动和植物对氮素的吸收、利用和分配；另一方面适宜的氮素营养水平能够在一定程度上提高植物对干旱的适应性，达到“以肥调水”的目的。本试验以此为切入点，通过研究膜下滴灌不同滴灌量和施氮量对马铃薯产量及水分效应的影响，为马铃薯旱作栽培最佳补灌量、施氮量的确定提供理论依据，为进一步研究节水、高效的马铃薯生产实践提供参考，为马铃薯生产上水、氮一体化提供可靠依据，对提高马铃薯产量和改善品质具有重要意义。

1 试验区概况

试验于2010-2011年在固原旱地进行，海拔1 750 m，多年平均气温6.5 ℃，多年平均降水量360.5 mm，多年平均日照时数2 423 h，不小于10 ℃有效积温2 000～2 500 ℃，无霜期120～150 d。试验区土质黑垆土，前茬作物向日葵,土壤含有机质12.08 g/kg，全氮0.813 g/kg，全磷0.96 g/kg，全钾16.14 g/kg，碱解氮28.41 mg/kg，有效磷11.6 mg/kg，速效钾120.32 mg/kg，pH值8.16。

2 试验设计与方法

2.1 试验设计

滴灌定额用W表示，设为①W1225 m3/hm2、②W2450 m3/hm2；施肥在P2O5120 kg/hm2、K2O 120 kg/hm2和农家肥2.25 万kg/hm2的基础上，氮肥施用量设为③N 175 kg/hm2、④N2150 kg/hm2、⑤N3225 kg/hm2、⑥N4300 kg/hm2和对照(ck)不施氮肥。重复3次，随机区组排列，小区面积26.4 m2。除灌溉和氮不同施肥量外其他栽培措施一致。马铃薯供试品种冀张薯8号。灌水施肥实施方案为磷肥和农家肥全部基施，氮、钾肥60%基施、40%追施，于马铃薯现蕾期(水占20%、肥占30%)、块茎形成期(水占30%、肥占20%)和块茎膨大期(水肥各占50%)供给。

2.2 薯田水量平衡计算

(1)薯田土壤贮水量。马铃薯生育期每10 d测定0～200 cm土层土壤水分，计算土壤贮水量。

(1)

式中：W为土壤贮水量，mm；H为土层厚度，cm，土层深度200 cm，每20 cm为1个取样土层；wi为第i层土壤重量含水量，%；γ为土壤平均密度，g/cm3。

(2)薯田作物耗水量。作物耗水量用农田水分平衡法计算。本试验未产生水分下渗和径流，因此，适用于计算本试验的作物田间耗水量(mm)的农田水分平衡方程为：

ET=ΔW+P+I

(2)

式中：ET为作物生育期耗水量，mm；ΔW为某一时段农田土壤贮水变化量，mm；ΔW为W播前土壤基础贮水量减去W作物收获后土壤遗留贮水量；P为生育期降水量；I为滴灌量，mm。

(3)水分利用效率。

(3)

式中：WUE为水分利用效率，kg/(hm2·mm)；yd为单位面积马铃薯经济产量，kg/hm2；ET为薯田蒸散量，mm。

2.3 氮素生产效率

(4)

2.4 试验取样与考种

按小区实收计产。每处理取样20株,计大于150 g大薯数、小于75 g小薯数，并称大小薯重,计算单株产量及商品率。

2.5 数据统计及分析

数据用Microsoft Excel2003制图,用DPS7.05处理软件进行方差分析及Duncan's新复极差检验(P<0.05)。

3 结果与分析

3.1 膜下滴灌不同滴灌量及施氮量薯田土壤水分动态变化

(1)膜下滴灌不同滴灌量薯田土壤水分动态变化。不同滴灌量薯田0～40 cm剖面土壤水分动态变化，如图1所示，膜下滴灌可明显提高0～40 cm土壤水分，土壤水分变化趋势是膜下滴灌450 m3/hm2处理明显高于225 m3/hm2。当氮肥施用量75 kg/hm2时，滴灌450 m3/hm2处理马铃薯各生育阶段土壤水分变化幅度10.03%～16.08%，225 m3/hm2处理土壤水分9.11%～12.77%，较225 m3/hm2处理增加1.19%～5.95%；150 kg/hm2时，450 m3/hm2处理土壤水分11.60%～15.12%，225 m3/hm2处理土壤水分10.24%～14.32%，较225 m3/hm2处理土壤水分增加0.8%～3.92%；225 kg/hm2时，450 m3/hm2处理土壤水分11.1%～17.97%，225 m3/hm2处理土壤水分8.27%～10.3%，较225 m3/hm2处理增加2.83%～7.67%；300 kg/hm2时，450 m3/hm2处理土壤水分11.35%～13.09%，225 m3/hm2处理土壤水分9.05%～11.63%，增加1.7%～4.04%。

图1 不同滴灌量马铃薯薯田土壤水分变化Fig.1 Change of water in soil under different irrigation

(2)膜下滴灌氮肥不同施用量薯田土壤水分动态变化。氮肥不同施用量薯田0～40 cm剖面土壤水分动态变化，如图2所示，马铃薯各生育阶段0～40 cm土层土壤水分随着滴灌土壤水分增加，且变化趋势一致。滴灌225 m3/hm2时，施氮肥量75、150、225、300 kg/hm2处理马铃薯各生育阶段土壤水分平均11.61%、12.08%、10.10%、10.84%；滴灌450 m3/hm2时，土壤水分依次为13.37%、13.36%、13.01%、12.43%。随着施氮量变化，土壤水分变化不明显。

图2 同一滴灌量氮肥不同用量土壤水分变化Fig.2 The change of water in soil under same irrigation and different nitrogen

3.2 膜下滴灌不同滴灌量及施氮量对马铃薯产量的影响

膜下滴灌、施氮肥具有显著地增产作用。膜下滴灌225 m3/hm2时，氮肥不同用量马铃薯产量1.919 415～2.573 235 万kg/hm2，较无氮肥处理增产7.69%～36.95%；450 m3/hm2时，马铃薯产量2.068 290～2.630 175 万kg/hm2，较无氮肥处理增产3.62%～38.92%。450 m3/hm2处理较225 m3/hm2增产2.85%(见表1)。经方差分析，不同滴灌量、施氮量处理间产量差异达极显著水平，新复极差多重分析比较，W1、W2处理间产量差异不显著，施氮量N3与N2、N4、N1、N0处理间产量差异达极显著水平，N2、N4差异不显著，与N1、N0差异达极显著水平。滴灌225 m3/hm2条件下，施氮肥N3与N4、N2、N1、N0和N4、N2与N1、N0处理间产量差异达极显著水平，N4与N2和N1与N0差异不显著；450 m3/hm2施氮肥N3与N2、N4、N1、N0产量差异达极显著水平，N2与N4差异不显著，与N1和N0产量差异达极显著水平，N1与N0产量差异达极显著水平。

(1)膜下滴灌不同滴灌量对马铃薯产量的影响。同一施氮水平下，不同滴灌量对马铃薯产量的影响，从表1可看出，N175、N2150、N3225和N4300 kg/hm2，膜下滴灌450 m3/hm2较225 m3/hm2马铃薯产量增产1 488.75、303.0、569.4和124.95 kg，依次增产7.76%、1.27%、2.21%和0.52%。

(2)氮肥不同施用量对马铃薯产量的影响。同一滴灌量条件下随着氮肥施用量的增加，马铃薯产量逐渐增加，低氮增产幅度大，高氮增产幅度小，当施氮量超过225 kg/hm2时，马铃薯产量呈下降趋势。由表1可以看出，膜下滴灌225 m3/hm2时，不同施氮量马铃薯产量1.919 415、2.383 830、2.573 235和2.386 485 万kg/hm2，依次较无氮肥处理增产3.62%、28.69%、38.92%和28.83%，滴灌450 m3/hm2时，增产7.69%、25.7%、36.95%和24.91%。

3.3 不同滴灌量、施氮量的水氮生产效率变化

由表2可以看出，同一滴灌量条件下，施氮水平由75 kg/hm2增至150 kg/hm2，马铃薯氮素生产效率呈逐渐增加的趋势，施氮量225～300 kg/hm2时，氮素生产效率下降。W1N2处理氮素生产效率最高35.43，W1N3处理氮素生产效率32.04，W2N2氮素生产效率32.91，W2N3氮素生产效率31.54。W1和W2处理下，各施氮水平的氮素生产效率为N0

表1 马铃薯不同滴灌量、施氮肥量产量结果Tab.1 Potato production under different amount of irrigation and nitrogen

表2 不同滴灌量、施氮量马铃薯薯氮素利用率和水分生产效率结果Tab.2 The result of nitrogen utilization rate and water production efficiency under different irrigation and nitrogen

4 结 语

目前，国内外学者对马铃薯施肥或灌溉方面的研究比较多，而在滴灌量与施氮量对马铃薯产量及水分效应的影响等方面的研究很少，通过多年的生产试验研究和应用,滴灌技术与其他灌溉方式相比被认为是最具经济效益的灌溉方式[6-18]。周娜娜等学者2004年曾研究过“不同滴灌量和施氮量对马铃薯产量和品质的影响”[15]，研究表明在小水量多次灌水的灌溉方式下,马铃薯在低氮水平就能达到高产优质，与本研究结果一致。宋娜等“水氮耦合对膜下滴灌马铃薯产量、品质及水分利用的影响”研究表明较高水分条件有利于块茎品质的积累[19]，与本研究结果基本一致。

本试验研究结果表明，膜下滴灌能使0～40 cm土层土壤水分增加，而马铃薯根系主要分布在0～40 cm范围，滴灌满足了马铃薯生长对土壤水分的要求；氮肥溶于水，以肥液状态下一体化根据马铃薯需水规律适时、适量供给，为马铃薯生长发育创造了适宜的水肥条件，使其在水肥最佳状态环境下生长发育；地膜覆盖提高土壤水分，增加土壤温度，有利于马铃薯养分的吸收利用，最大限度地提高水肥的利用；起垄栽培使马铃薯块茎区域土层变厚，块茎生长发育在土壤疏松的环境下有利于块茎膨大。膜下滴灌马铃薯大薯多，大薯率高，提高商品率，增加了产量。这也与[17]的研究结果一致。

综合考虑氮素和水分利用效率，优化出马铃薯膜下滴灌定额450 m3/hm2、施氮150～225 kg/hm2水肥一体化栽培模式，该模式经大田生产应用节水、节肥效果显著。

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