马铃薯种植灌溉方式及施肥研究进展综述

魏千贺， 王 晨， 范春梅， 代启亮， 彭尔瑞

(云南农业大学，云南昆明 650000)

马铃薯在全世界种植规模非常大[1]，从北纬71°至南纬40°之间的绝大多数国家都有栽培。我国马铃薯种植面积和产量均占全世界的1/4，是马铃薯生产第一大国。马铃薯是可作粮可作菜的食物，有很高的营养价值，其块茎具有钾元素多、淀粉含量高和脂肪含量低的优点。马铃薯是世界四大粮食作物之一，其生长周期短、适应性强、产量高[2-3]，块茎生长没有限制，具有很大的增产潜力，故对粮食增产的贡献也很大[4]。在提高粮食作物单产中，品种改良占39%，合理施肥占50%，其他耕作方法改良占20%[3]。目前，我国优质马铃薯新品种选育取得了重要突破，培育出一批优良的新品种，为优质马铃薯的生产提供了优良的物质基础。马铃薯生产主要受种植方式、灌溉方式及施肥技术的限制。种植方式是在一定条件和经济发展下形成的规范化耕作方式，会影响作物产量和水肥利用率；灌溉包括灌溉方式和灌溉用水，其研究结果对马铃薯节水意义重大；肥料中不同元素对马铃薯有不同的促进作用，对马铃薯品质和产量均有较大影响，且施肥过少不能满足马铃薯生长要求，过多则易造成环境污染。因此，有关马铃薯种植方式、灌溉及施肥研究显得很有意义。

1 马铃薯种植方式

随着我国农村种植结构不断调整，马铃薯种植规模越来越大，种植方式也呈现出多元化趋势。主要种植方式有以下3种。

1.1 露地与地膜覆盖

露地种植和地膜覆盖是马铃薯栽培最常见的2种模式，全国各个区域都可以进行露地种植。在马铃薯生长前期覆膜可使表层土壤日平均温度提高2～9 ℃，有利于根系早期的生长，对马铃薯的地上部和地下部生长均有明显影响，并且能够很大程度地减少马铃薯株间蒸发[5]，还可通过收集少量降水和保留较强降水的地表径流来收集雨水供作物吸收，黑色聚乙烯薄膜可以使作物获得更高的产量和更高的水分利用效率[6]。

1.2 起垄种植和平作

相对平作而言，马铃薯起垄种植是一种较常见的栽培模式，垄作的种植方式能改变田间微小地形及环境、增加土壤受太阳光辐照的面积继而提高土壤温度，使得土壤的光、温、水及肥等因素更为协调，有利于马铃薯的生长和增加单株结薯率，最终提高马铃薯产量[7-9]。

1.3 宽垄与窄垄

现阶段的马铃薯滴灌栽培主要是单垄单行种植模式居多，即在窄垄上铺设一条滴灌带，种植一行马铃薯，该栽培模式可增强马铃薯的结薯能力[10-11]，但由于垄体过于狭窄，不利于滴灌带铺设的机械化操作[12]，而宽垄栽种双行马铃薯的栽培方式解决了这一弊端，同时可有效改善马铃薯根部的土壤水分情况，促进马铃薯的生长和增产，提高灌溉水利用效率[13]。

2 马铃薯灌溉研究进展

2.1 马铃薯灌溉方式研究进展

马铃薯的灌溉方式分为沟灌、喷灌、滴灌，其中沟灌投入低但水损耗严重，喷灌水利用率高但茎叶淋湿易导致菌害，而滴灌既节约水资源又省时省工[14]，能非常有效地提高肥料利用效率和马铃薯产量[15]。马铃薯高垄覆膜滴灌技术是将地膜覆盖与滴灌灌溉相结合的集成技术，具有提高土壤温度、减少马铃薯株间水分蒸发的作用[16]，避免了地表水分的地表径流和土壤水的深层渗漏，节约了水资源，使马铃薯更加直接有效地利用水肥，实现了按照需求量精准灌溉及高效率用水节水的目的[17]，田间管理也很方便。膜下滴灌技术相比大水漫灌可节水达40%～50%以上，同时减少了因漫灌造成的肥料渗漏损失，膜下滴灌水肥一体化能结合灌溉追施各种肥料[18]，化肥利用率可提高20%以上，还能够缓解干旱气候，改善农业依靠降水补充水分的局限性，显著提高马铃薯块茎产量[19]。垄膜沟灌的土壤湿润深度为65～85 cm，而膜下滴灌湿润深度仅为28～35 cm，膜下滴灌减少了水分深层渗漏的损失[20]。膜下滴灌马铃薯产量比不滴灌增产45.60%～82.43%，增产效果显著[21]，其产量、淀粉含量、还原糖和蛋白质含量显著高于漫灌、喷灌[22]。但覆膜滴灌并非任何时候都适用，对晚播春马铃薯来说，膜下滴灌的出苗率和产量反而比露地不覆膜滴灌的低，究其原因是该时期覆膜会导致土温过高出现种薯腐烂、出苗率降低的现象[23]。覆膜在马铃薯生长前期可提高地温保证出苗率，但后期膜的存在对马铃薯的生长非常不利，建议早揭膜，揭膜时间晚会影响马铃薯的产量和水分利用率[24]。

2.2 马铃薯灌溉水量研究

水是马铃薯生活环境中最重要的因子之一[25]。土壤水分不足会增大小薯率，成熟期土壤水分不足对商品薯率影响较大[26]。马铃薯在生育前期耗水量小，中期逐渐变大，后期又变小，土壤含水量与马铃薯产量呈二次曲线关系。用田间持水量作依照来控制马铃薯灌溉上下限时，下限控制在 55%～65%范围内，上限控制在85%～95%范围内，也就是在每次滴灌时垄边浸水即可[27-28]，具体到马铃薯生长的各个时期，最佳土壤水分下限指标为苗期65%，块茎形成期75%，块茎膨大期80%，淀粉积累期60%～65%[29]。可见，马铃薯耗水量和耗水强度排序依次为块茎膨大期>块茎形成期>苗期>淀粉积累期[30]，块茎形成期过渡到块茎膨大期的阶段是营养分配由供应地上部分为主转向供应地下部分为主的关键阶段，此时耗水量可占马铃薯整个生长过程总耗水量的一半以上，也是对亏缺水最敏感的时期。若供水水量充足，块茎迅速膨大，若供水量不足会阻碍块茎的膨大导致减产，在蒸发量较大、土壤蓄水能力较低且降水量较少的地区就须要经常灌溉[31]。在全生育期内水分不足对马铃薯的影响会直观反映在它的茎叶生长形态上，而土壤水分过多会引起茎叶徒长甚至倒伏。灌水频率对马铃薯块茎生长膨大有很大影响，当灌水频率为2～8 d 每次时，块茎生长、块茎产量、商品薯率、水分利用效率都与灌溉频率呈正相关关系[32]。膜下滴灌条件下，当作物腾发量与灌溉量差别很小时，可通过增多灌溉频率、降低灌水定额来提高马铃薯的产量和品质。灌水次数与产量呈正相关关系，灌水次数越多产量越高，灌水量越大总水分生产效率越高，但灌溉水生产效率却降低[33]。

3 马铃薯施肥技术研究进展

土壤肥力不足是限制作物增产的重要障碍，施肥是最有效、最重要、最快捷的增产措施[34]。充分合理地施用化肥是增加粮食产量，提高农民收入的必要举措。马铃薯是喜肥作物，合理的施肥技术有利于马铃薯块茎产量和品质的提高。施肥缺少科学性会使马铃薯产量品质降低、造成养分浪费、成本投入大和环境严重污染等问题[35]，为了能够合理利用肥料资源并减少环境污染，以最低的成本达到最佳的经济效益[36]，学者对马铃薯施肥技术有较多研究[37-38]。钾、氮和磷元素对促进马铃薯生长及增加产量的作用最大。

3.1 马铃薯钾肥研究进展

马铃薯对钾的需求量很高，钾肥能显著增加马铃薯叶片的光合速率、蒸腾速率和气孔度[39]，能增加商品薯的个数，增加马铃薯块茎中的淀粉含量[40]。我国土壤含钾量较氮、磷多，一般通过有机肥料和草木灰补充土壤中的钾元素[41]，但由于近几年新品种的出现，马铃薯产量不断提高，氮、磷肥用量增加，因此马铃薯出现缺钾症状，缺钾会造成氮、磷肥料浪费，影响肥料效益的充分发挥[42]，也会使商品薯率降低，影响农民增产增收。合理施钾、分次施钾可提高马铃薯块茎产量、淀粉含量、蛋白质含量、钾的吸收量[43]。但钾肥并非越多越好，随着钾量的增多马铃薯块茎内蛋白质含量表现为先上升后下降的趋势，过量的钾肥会使马铃薯块茎中的蛋白质含量降低[44]，钾肥的利用率会明显降低[45]，也会引起块茎干物质含量降低。钾肥的利用率也因品种的不同存在显著差异，常用的钾肥主要有硫酸钾、氯化钾、硝酸钾等。近几年硫酸钾和氯化钾施用较多，氯化钾有助于碳水化合物的积累，硫酸钾有助于器官干物质积累，也有利于马铃薯增产和品质提升[44]，硫元素还参与植物体内的各种代谢和蛋白质形成过程，所以说硫酸钾是双重营养物[46]。

3.2 氮肥研究进展

氮肥是含有营养元素氮的化肥。提升氮肥生产的利用率是农业发展的重要科研课题。施氮最主要是对马铃薯的小薯个数和大薯质量有影响，而大薯是马铃薯产量高低的决定性因素[47]，可以说氮肥的施用一定程度上决定了马铃薯的产量。马铃薯的大薯率、淀粉含量和商品薯产量随氮肥量的增施呈递增趋势[37]。马铃薯叶片伸展、光合作用、块茎产量、干物质积累等都与氮的施用存在密切关系。马铃薯的氮素吸收速率呈现先慢后快再慢的单峰曲线趋势，氮素吸收速率最大的时期是块茎形成期与块茎膨大期，在一定范围内增加施氮量可增加马铃薯产量，但当施氮量超出范围后，马铃薯块茎产量不再有显著变化，而氮肥利用率也会降低[48]，土壤硝态氮不易被土壤颗粒吸附而易随水移动发生淋洗[49]，使得氮素利用效率降低，且有可能造成如地下水硝酸盐环境污染等问题[50]。

3.3 磷肥研究进展

磷肥是以磷矿为原料且含营养元素磷的化肥，其有效成分用五氧化二磷的质量分数表示[51]。适量的磷肥能促进幼苗期马铃薯根部体系的生长，缩短马铃薯生育期，过量的磷肥会导致小中薯质量增加，大薯质量降低[37]。在磷肥类型的施用上，磷酸铵和重过磷酸钙等高浓度磷肥已逐渐取代最早的过磷酸钙磷肥。

3.4 复合肥和有机肥

相对一般施肥，马铃薯专用复合肥能够显著提高淀粉含量、商品率，有利于改善马铃薯的品质，充分发挥各肥料的增产潜力[52-53]。从出苗到块茎增长期马铃薯对氮、磷、钾的吸收量呈逐渐增加的趋势。膜下滴灌条件下，马铃薯整个生长过程整株氮、磷、钾累积吸收量表现为钾>氮>磷[54]，呈现出明显的慢、快、慢的动态规律。分次施用复合肥能有效提高钾素利用率[43]。施肥时为了避免肥害现象的发生，可通过电导仪监测滴灌带流出的水肥液体的浓度[55]。经微生物分解或发酵而成天然有机质的肥料叫有机肥[56]，其主要作用是改善土壤理化性状，提升土壤肥力[57]。

有机肥与化肥配施可提高马铃薯的产量，改善品质，是保证马铃薯产量稳增的重要措施。氮磷钾复合肥与有机肥配施的效果比单施化肥或有机肥能显著地促进马铃薯生长[49]。施用秸秆扩蓄肥[58]和保水剂[59]均能显著增加0～20 cm土壤含水量，增加产量、淀粉含量，并提高水分利用效率。

4 总结与展望

马铃薯对氮、磷、钾的吸收利用率受多种因素的影响，但影响更大的是土壤水分这个因素。水、肥投入多，马铃薯产量增加，水肥的利用率却下降，即马铃薯产量增加与水肥高效利用不能同时实现[60]。综上可知，在今后的研究中须要注意以下几点：首先，要注重块茎形成期至块茎膨大期这一重要时期的水肥研究；其次，要明确肥料在提高产量、品质、水肥综合利用效率中的作用，要进一步研究不同配方施肥对马铃薯生长发育、产量及品质的影响；最后，无论是种植方式或水肥研究均旨在提高马铃薯产量、品质及经济效益，在实际种植时依据当地气候、温度、土壤等条件，选取适合的种植方式及水肥管理措施，以相对较小的水肥及管理等投入获得较高产量较高品质的马铃薯，进而真正做到马铃薯的节水、优质及高产。