榆林北部风沙区马铃薯盛花期需磷量分析

汪月 李小炜* 田 丽 张思雨 乔紫薇 孙美美 张艳梅

（1榆林学院生命科学院，陕西 榆林 719000；2陕西省榆林市水利信息与水文勘测中心，陕西 榆林 719000）

马铃薯喜光照，耐低温，适合在砂壤土环境中种植，在保障粮食安全和推动地方经济发展等方面发挥了关键作用[1-4]。相较于其他种类的粮食作物而言，马铃薯展现出更高的适应性，能在多种环境下生长，是增加粮食产量和推动地区经济发展的重要农作物[5]。

作为马铃薯产业的优选地、高产地之一[6]，陕西榆林市的马铃薯年度种植面积始终保持在20万hm2以上，并展现出持续增长趋势[7]。该地区属于干旱半干旱气候，马铃薯种植的土地多为碱性较强的石灰性土壤，磷元素相对缺乏。磷肥的适当施用是保证作物增产的重要条件，而施肥量和施肥后的产量效应之间有密切关系[8]，这在一定程度上影响了榆林马铃薯产业的发展[9]。合理施用磷肥能够增加马铃薯的产量并优化其薯块的品质[10]，而过度使用磷肥可能导致环境污染[11]。当前，在马铃薯生产过程中，农户的施肥行为大多基于经验，对于精确使用磷肥的规则和农田磷肥损失的知识了解有待提升，另外，关于磷肥在陕北沙区马铃薯盛花期的影响，相关报道较少。因此，本研究通过探讨不同梯度磷施用水平对马铃薯盛花期生长发育和根系特征等的影响，为马铃薯磷肥高效管理和马铃薯的优质高产提供一定参考。

1 材料与方法

1.1 试验地

试验地点设在陕西榆林榆阳区的榆林学院农牧基地，其处于温带半干旱大陆性季风气候，年均气温范围为8.1～11.9 ℃，日照时数2 630～2 900 h，无霜期140～165 d，年均降水量为410 mm。年蒸发量为1 160～1 300 mm，日照充足，昼夜温差较大，土壤类型为砂质土壤。0～30 cm 土层的田间持水量为39.50%，有机质含量为13.20 g/kg，全氮含量为0.56 g/kg，碱解氮18.0 mg/kg，速效磷42.0 mg/kg，速效钾275.0 mg/kg，pH值8.10，土壤含水量13.18%。

1.2 试验材料

试验材料为中熟品种希森6 号，供试肥料氮肥为尿素（含N 46%），钾肥为硫酸钾（含K2O 52%），磷肥为磷酸一铵（含P2O544%）。

1.3 试验方法

本试验使用随机区组设计，共设置9个处理，每个处理3 次重复。为防止各处理之间的互相干扰，每2个处理之间设有0.5 m宽的步行通道，最外围设置1 m的保护区域。试验在2022年5月15日开始播种，采用人工点播方法，播种深度约0.15 m，行距约为1 m，株距约0.26 m。起垄栽培，中耕培土，中间行采样。

氮、磷和钾肥于播种前作为基肥一次性施入，其中，氮肥用量为120 kg/hm2，钾肥用量为90 kg/hm2，各处理用量一致，磷肥水平设计见表1，其他病虫害防治等田间管理同大田。

表1 磷肥水平设计 单位：（kg/hm2）

1.4 测定项目及方法

1.4.1 农艺指标株高采用直尺进行测量；茎粗使用游标卡尺进行测定；冠幅用卷尺测量植株水平和垂直方向的宽度；取马铃薯完整植株，地上和地下部分离，用电子天平分别测量地上部重量、根部重量以及块茎重量。

1.4.2 生理指标于9：30—11：30，使用LI-6400 XT 便携式光合测定系统，对叶片的胞间CO2浓度、净光合速率、气孔导度和蒸腾速率进行测量，每个处理5次重复。

1.4.3 根系形态特性取马铃薯植株花期根系，先用EXPRESSION 4990 型扫描仪扫描根系，再用Win RHIZO根系分析软件对根系图像数据分析。获取到根长、根表面积、根体积、平均根直径和根尖数的相关数据。

1.5 数据处理和统计分析

利用WPS Office对数据进行整理，使用SPSS 22.0中的单因素方差分析（ANOVA）进行分析，采用Origin 2021进行作图。

2 结果和分析

2.1 不同梯度磷肥水平对马铃薯生长指标的影响

如表2 所示，随着磷肥用量的增加，马铃薯植株高度整体呈上升的趋势，T4处理达到峰值，比对照组处理提高21.88%，具有显著性差异（P＜0.05）。然而，当磷肥的用量超过某个限度后，植株高度逐渐下降。这可能是过量的磷肥会引起土壤溶液浓度上升，导致土壤水分胁迫，从而影响植物的正常生长。

表2 不同磷肥处理下马铃薯的生长指标

茎粗在不同磷肥处理下整体趋势也呈上升趋势，增加速度先快后慢，与T0处理相比，T4、T5处理茎粗分别增加了28.76%和25.96%，呈显著性差异（P＜0.05）。适量施磷可以促进细胞分裂与伸长、新组织的形成等，而过量的磷肥会使土壤酸化，从而降低土壤的肥力，影响植物对水分和营养的吸收。

冠幅与茎粗整体趋势相同，T4处理与其他各处理均呈显著性差异（P＜0.05）。磷元素是光合作用中的关键因素，在适当的磷肥施用量下，可以促进马铃薯叶片的光合效率，这可以进一步扩大叶面积、增加植株的冠幅。但T7和T8处理相较于T4处理有所减小，分别降低了44.66%和43.51%，且与T4相比具有显著性差异（P＞0.05），可能是磷肥过多导致马铃薯叶片的病害增加，从而对光合效率和冠幅产生负面影响。

地上部重量整体呈增加趋势，T5处理相对于T0处理增加了177.12%，两者具有显著性差异（P＜0.05），说明在一定范围内施用磷肥对马铃薯地上部的生长有促进作用，而马铃薯地上部的生长状况与产量有着密不可分的联系。不同磷肥梯度处理下，T5处理根鲜重最大，但与T0没有显著性差异（P＞0.05）。

块茎重量在不同磷肥处理下，整体呈增长趋势，增长速度为“慢—快—慢”。所有处理与T0处理均有显著性差异（P＜0.05），说明磷肥充足在一定程度上有利于块茎中淀粉的积累，而块茎中的主要成分是淀粉，因此，适当增加磷肥施用可以促进马铃薯块茎重量的增加。

2.2 不同梯度磷肥水平对马铃薯光合特性的影响

从表3 可知，胞间CO2浓度随着磷肥用量的增加，整体呈现先升后降的趋势，其中T5处理达到峰值，较T0增加了19.94%，二者有显著性差异（P＜0.05）。净光合速率、气孔导度和蒸腾速率在不同梯度磷肥处理下有着相同的趋势，整体展现出先升后降的变化，其中，T4较T0处理分别增加了58.87%、161.54%、142.31%，均具有显著性差异（P＜0.05）。磷元素是影响光合作用酶活性的因素之一，也参与叶绿体膜的构成和代谢物的运输，能增加光合酶的活性，促进叶绿体膜的构成和稳定，这说明适当施磷可以促进植物的光合作用。

表3 不同磷肥处理下马铃薯的光合特性

2.3 不同梯度磷肥水平对马铃薯根系形态特征的影响

根系的形态特征能够直观反映马铃薯植株的生长状况。如图1（A）所示，根直径在磷肥投入量增多的情况下，整体上呈先加粗后减细的变化，其中，T5处理的根直径最大，比T0增加了170.76%，二者有显著性差异（P＜0.05）。如图1（B）所示，马铃薯的总根长的呈先升后降趋势，T0处理与其他各处理组间均存在显著性差异（P＜0.05）。这意味着在高磷环境下，促进马铃薯的细根发育，有助于根系向土壤深部延展，从而扩大了吸收面积。

图1 不同磷肥处理对马铃薯根系形态特征的影响

如图1（C）所示，根总表面积呈先上升后下降趋势。T2、T3两者处理之间没有显著性差异（P＞0.05），分别较T0增加了73.12%、67.40%，具有显著性差异（P＜0.05），由图1（D）可知，T3、T4处理下的根体积最大，比T0处理分别增加了161.83%、157.98%，并与其他处理也均有显著性差异（P＜0.05）。这表明，适度增施磷肥可以促进根的总表面积和体积增大，而过量施用则会对其产生一定抑制效果。

如图1（E）所示，根尖数随着磷肥用量的增多，整体上呈先增后降趋势，其中在T3处理下达到峰值，较T0处理显著增加了41.94%。其原因可能是磷具有促进根生长点细胞分裂和增殖的作用，对块根的生长有一定的促进效应。在高磷环境中，可能会出现一定程度的“烧苗”现象，这导致部分根系的分生能力下降，侧根数量减少。在这种情况下，根系更有可能通过增长侧根的数量来提高其对土壤水分和营养的吸收能力。

3 结论与讨论

科学且合理的营养管理策略对于马铃薯的高产和高效养分利用至关重要，而磷素作为作物生长发育中的关键元素，构成了植物体内多种重要的化合物，并对光合作用起到关键作用[12]。如果作物生长发育过程中缺乏磷，会产生植株生长缓慢、体形矮小等问题[13]；而过量施用磷肥会导致作物的成熟期提前，品质和产量也随之下降[14]。

本研究发现，在施磷量为120 kg/hm2时，马铃薯的株高、茎粗、冠幅、块茎重量、光合特性和根系指标均最佳，并且显著高于对照组T0，提高了1.2～3.0倍。在苏木德[15]对水稻的研究中发现，施用磷肥可以增大水稻在各个生育阶段的叶面积指数，提高其拔节期的光合作用。本研究结果表明，适度增施磷肥可以影响马铃薯的净光合速率、气孔导度和蒸腾速率，这些指标随着磷肥用量的增加而先增大后减小。李昊骏[16]研究发现，适度增施磷肥可以增加马铃薯的块茎物质量和淀粉的积累，有利于提高马铃薯的品质和产量。本研究结果表明，在T5处理下，马铃薯的块茎重量最大，变化趋势为先升后降。但最佳施磷量与之有所不同，可能是土壤的基础肥力不同导致施磷量结果不同，也可能是四川九龙县与陕西榆林之间的海拔、纬度、气候和土壤基础肥力的差异造成的。在本研究中，马铃薯的根长、根表面积、根体积、平均根直径以及根尖数呈单峰曲线变化，与王天等[17]的研究一致。何佩云等[18]在对甜荞的研究中发现，适中的磷肥施用量有助于刺激作物根系的生长和发育，增强植物对干旱和寒冷的抵抗力以及适应性，可进一步提升产量和质量。因此，适度使用磷肥，对马铃薯植株整体生长和发育起到促进和刺激作用，对于产量的增加也有一定的促进作用。

本研究分析了不同梯度磷肥水平对马铃薯生长指标、光合特性及根系形态特征的影响。综合考察发现，当磷肥的施用量达到120 kg/hm2（T4处理）时，马铃薯的生长状况达到了最优，此时，马铃薯的株高、茎粗、冠幅、地上部质量、根质量、块茎质量、净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度和蒸腾速率均显示出较高的数值。然而，过量或过少的磷肥施用都会对马铃薯的生长产生负面效应。当磷肥施用量过高时（如T6、T7和T8处理），马铃薯的根系含水量显著降低，会导致水分反渗透的“烧苗”现象。而当磷肥施用量过低时（如T1、T2和T3处理），马铃薯的生长指标和光合特性相比于适宜施用量的T4处理有所下降，这也影响到马铃薯的正常生长。

因此，对于榆林北部风沙区马铃薯的种植，推荐磷肥的适宜施用量应在120 kg/hm2左右，该磷肥施用水平有利于促进马铃薯盛花期的生长，进而提高马铃薯的品质和质量。