不同水氮策略对马铃薯产量、品质及水氮利用的影响_杨金翰.pdf

丰 光，景希强，李妍妍，等 玉米茎秆性状与倒伏性的相关和通径分析 华北农学报，（增刊）：谷利敏，乔江方，张美微，等 种植密度对不同耐密夏玉米品种茎秆性状与抗倒伏能力的影响 玉米科学，（）：樊海潮，顾万荣，尉菊萍，等 植物生长调节剂增强玉米抗倒伏能力的机制 江苏农业学报，（）：，：，（）：，：（），（）：刘 倩，张国豪，车万均，等 杂交水稻重要亲本农艺性状配合力遗传力分析 广东农业科学，（）：徐 幸 种植密度对不同株高玉米品种茎秆抗倒伏性能及产量的影响 长春：吉林农业大学，：莫润秀，黄开健，黄爱花，等 个 耐低氮玉米自交系主要性状的配合力分析 西南农业学报，（）：郭向阳，邬 成，陈泽辉，等 玉米 和 改良系的产量及相关性状配合力分析 西南农业学报，（）：杨金翰，魏 伟，郝喜英，等 不同水氮策略对马铃薯产量、品质及水氮利用的影响 江苏农业科学，（）：不不同同水水氮氮策策略略对对马马铃铃薯薯产产量量、品品质质及及水水氮氮利利用用的的影影响响杨金翰，魏 伟，郝喜英，张红杰，黄 伟，丁洪峰，田小明（河北北方学院农林科技学院，河北张家口）摘要：为探究不同水氮策略对张家口坝上马铃薯根冠结构、产量、品质及其水氮利用的影响，设置双因素试验，因素 为施肥量：氮肥 （）、氮肥 调理剂 （）、氮肥 调理剂 （）、氮肥 调理剂 （）；因素 为灌水频率：高频灌溉，灌（）；中频灌溉，灌（）；低频灌溉，灌（），分析不同水氮策略对马铃薯根冠结构、产量、品质及其水氮利用的变化特征。结果表明，灌溉频率和施肥量对马铃薯产量、品质及其水肥利用有显著影响。高频灌溉（）的马铃薯根长、根体积、根表面积、茎粗、产量和水分利用效率的平均值最大，分别为 、和 （）；中频灌溉（）的可溶性糖平均值最大（）。在同一灌水条件下，随施肥量减少，马铃薯产量和水分利用效率均下降，氮肥偏生产力提高。与 处理相比，和 条件下 处理的蛋白质含量分别显著提高 和 ，还原糖含量分别降低 和 ，以及 条件下 处理可溶性糖含量显著提升 。基于主成分分析和 分析方法，在张家口坝上沙土马铃薯种植地区在不减产条件下能够对马铃薯生长、品质和氮素利用产生积极影响的最佳水氮策略为：高频灌溉并施用 氮肥 调理剂。得到的水氮最佳配比可为我国北方沙区及其他环境相似地区的灌溉施肥优化管理提供科学依据。关键词：灌溉频率；全氮含量；马铃薯产量和品质；水氮利用效率 中图分类号：文献标志码：文章编号：（）收稿日期：基金项目：河北省重点研发项目（编号：）；河北省自然科学基金（编号：）；河北北方学院校级科研项目（编号：）。作者简介：杨金翰（），男，河北张家口人，硕士研究生，主要从事植物生理生化等研究。：。通信作者：田小明，副教授，博士，主要从事养分资源高效利用研究。：。马铃薯是一种对水和肥料敏感的作物，在其水肥管理中普遍存在过度灌溉和施肥的问题。在马铃薯生育期内，任何时期的水分亏缺都会严重抑制马铃薯植株生长。科学合理的灌溉频率作为灌溉策略之一已被许多研究人员报道。等研究表明，当灌水量相同时，灌溉频率对土壤水分的时空分布和马铃薯的根系分布均有显著影响。等研究表明，灌溉频率越高，马铃薯块茎产量及水分利用效率越高。总之，恰当的灌溉频率可以改善马铃薯的生长、产量和水分利用效率。江苏农业科学 年第 卷第 期肥料是影响马铃薯生长发育、提高其产量的另一重要因素。合理的施肥量能够提高马铃薯的产量、品质及商品率。为了寻求高产，在马铃薯生产过程中，普遍存在化肥超量使用的现象，而化肥用量过大不仅会导致肥料浪费严重、利用效率极低，还会造成土壤板结、盐碱化，以及马铃薯产量和品质降低等问题。研究发现，施用土壤调理剂能够调节土壤 值，改变土壤微环境，为植物生长提供适宜的环境。因此，针对过量施肥造成的土壤污染问题，施用土壤调理剂是有效的改良措施之一。目前针对不同水氮策略研究较多的主要为蔬菜类经济作物，针对马铃薯的研究较少；另外，以往的研究主要集中在灌溉方式、灌溉速度、灌溉频率、施肥量或施肥时间等单一因素的影响，而没有考虑不同水氮策略对马铃薯产量、品质及水氮利用的影响，因此有必要在不同水氮策略条件下，系统地对马铃薯根冠结构、产量、品质及水氮利用的变化特征展开研究。本研究通过在滴灌施肥条件下进行 种不同灌水频率和 种不同氮肥用量水平交互的大田试验，并运用主成分分析和 对马铃薯根冠结构、产量、品质及水氮利用进行评价，确定能够综合提高马铃薯产量、品质和水肥利用率的灌溉频率和施肥量的最佳组合，为张家口坝上马铃薯灌溉和施肥管理提供科学依据。材料与方法 试验概况 年 月 日至 月 日在河北省张家口市宏基农业科技开发有限公司岗子基地（，）进行大田试验。种植期间年降水量为，平均气温为 （图），张家口坝上地区光热丰富，昼夜温差大，年无霜期为 ，当地气候适合种植马铃薯。试验地土壤以沙壤栗钙土为主，土壤有机质含量为 ，全氮含量为 ，碱解氮含量为 ，速效磷含量为 ，速效钾含量为 ，值为。试验设计试验按照双因素随机区组排列，因素 为施肥量：氮肥 （）、氮肥 调理剂 （）、氮肥 调理剂 （）、氮 肥 调 理 剂 （）；因素 为不同灌水频率：高频灌溉，灌（）；中频灌溉，灌（）；低频灌溉，灌（）。每个处理重复 次，小区规格为 ，共计 个小区。马铃薯种植品种为布尔班克，种植模式为机械起垄种植，行距 ，株距 ，为了避免不同处理间的相互影响，小区两端设置保护行。试验选取相同量的过磷酸钙（含磷量为，）、硫酸钾（含钾量 为，）全部作为基肥施入土壤，尿素（含氮量为）则按照各处理用量的 作为基肥施入土壤，剩余 尿素通过施肥罐在马铃薯（苗期和块茎形成期各施，膨大期施，淀粉积累期施 ）分 次施入土壤。土壤调理剂为液体，由阴离子聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、硫酸锰合成，具有保水、缓释作用，有效成分为，其中 和 含量分别占 、。调理剂（一次性施入）溶于水通过施肥罐滴施，种植、管理等方式均按当地习惯。试验设置、等 种灌溉频率，各灌溉频率每次灌水量分别为、江苏农业科学 年第 卷第 期、，出 苗 后 统 一 灌 水 ，在出苗 后开始处理，全生育期总灌水量均为 ，每次灌水量根据当地的墒情来适当调整，灌溉和施肥的日期因灌溉前有降水而推迟。测定方法在马铃薯成熟期采集植株，测定其茎粗、株高、根长、根体积和根表面积，同时在各小区选取 处长势较为一致的区域（）进行产量及其构成因子和品质测定。在马铃薯成熟期各小区内随机采取 株长势均匀且无病害的马铃薯植株，整株挖出，带回实验室，用剪刀将马铃薯的根、茎、叶、块茎器官分解，然后将分解后各个部分器官放置 烘箱中杀青 ，然后在 下烘干 后称质量用于测定各器官干物质量。蛋白质含量采用染料结合法；还原糖含量采用（二硝基水杨酸）比色法；可溶性糖含量采用蒽酮硫酸法；马铃薯耗水量采用田间水量平衡法。肥料偏生产力（）。（）式中：为肥料偏生产力；为马铃薯产量，；为尿素、过磷酸钙、硫酸钾的总施用量，。水分利用效率用下式计算：。（）式中：为 水 分 利 用 效 率；为 作 物 产 量，；为作物全生育期累积耗水量，。统计分析采用 及 对试验数据进行整理以及作图，采用 统计分析软件进行方差分析，新复极差法分析显著性。比较同一指标不同处理间的差异是否达到显著水平（）。采用优劣解距离法（，）进行多目标综合评价，技术是一种根据评价对象与理想目标的接近程度进行排序的方法，用来评价现有对象的相对优势和劣势。结果与分析 不同水氮策略对马铃薯生长的影响由表 可知，灌水频率和施肥量及二者的交互作用对马铃薯根长、根体积和株高都有显著或极显著的影响。其中，高频灌溉（）的根长、根体积、根表面 积 和 株 高 的 平 均 值 分 别 为 、和 ，与中频灌溉（）和低频灌溉（）存在显著差异；不同施肥处理中，以 氮肥 土壤调理剂（）处理的根长、根表面积和茎粗的平均值最大。在 条件下，处理的根长、根体积、根表面积、株高和茎粗较氮肥（）分别增加 、.、和 （）；随着灌水间隔时间的延长，处理与 处理的差异逐渐减小，仅有 条件下的根表面积有显著提高。在减少氮肥用量基础上添加调理剂对马铃薯植株生长的影响也较大。其中，氮肥 土壤调理剂（）在 条件下的根体积、株高和茎粗较 处理显著增加.、和 ；在 条件下，氮肥 土壤调理剂（）的株高和茎粗和 处理的株高分别较 处理增加 、和 （.）；在 条件下，处理的根长、根体积、根表面积、株高和 处理的株高和茎粗较 处理也存在显著增加。不同水氮策略对马铃薯干物质量和各器官全氮含量的影响由图 可知，在、条件下，处理除了在 条件下茎的全氮含量外，各器官干物质量及根、叶的全氮含量均较 处理有显著提高；而在 条件下，处理只有根的全氮含量较 处理有显著增加。在 条件下，处理叶的干物质量及根的全氮含量均较 处理显著增加 、；处理的根、茎、叶的全氮含量显著增加、。在 和 条件下，、处理的根、叶的干物质量及全氮含量均较处理有显著增加。不同水氮策略对马铃薯产量、品质及水氮利用的影响由表 可知，施肥量及其与灌水频率交互作用对马铃薯产量、品质和水氮利用均存在显著或极显著的影响，其中 处理的产量、蛋白质含量、还原糖含量和水分利用效率的平均值明显高于其他处理，处 理 的 氮 肥 偏 生 产 力 平 均 值 最 高，为 ，还原糖含量平均值最低，为，与其他处理也存在显著差异。不同灌水频率中 处理的马铃薯产量和水分利用效率平均值最高，分别为 、（）；处理的可溶性糖含量和氮肥偏生产力平均值最大，分别为.、。在 和 条件下，与 江苏农业科学 年第 卷第 期表 马铃薯植株生长指标的变化灌水频率处理施肥处理根长（株）根体积（株）根表面积（株）株高（）茎粗（）灌水频率 施肥量 灌水频率 施肥量 注：同列数据后不同小写字母表示不同处理在 水平上差异显著。、分别表示在 、水平上差异显著；表示无显著差异。表 同。处理相比，处理马铃薯产量、水分利用效率分别显著增加 、和 、。减氮添加调理剂对马铃薯品质和氮肥偏生产力影响也较大，其中在 条件下 处理的蛋白质、可溶性糖含量和 处理的蛋白质含量和氮肥生产力均较处理有显著增加，而还原糖含量降低；在 条件下，和 处理的蛋白质含量和氮肥偏生产力也较 处理有显著提高，还原糖含量显著降低；江苏农业科学 年第 卷第 期表 马铃薯块茎产量、品质及水肥利用的变化灌水频率处理施肥处理产量（）蛋白质含量（）还原糖含量（）可溶性糖含量（）水分利用效率（）氮肥偏生产力（）灌水频率 施肥量 灌水频率 施肥量 在 条件下，处理的可溶性糖含量和 处理的氮肥生产力较 处理也有显著增加。不同灌水频率下主成分分析和综合评价由图 可知，不同灌水频率（、和）在 个主成分因子上的累计贡献率分别为 、.、，表明该主成分分析结果可以解释马铃薯生长、产量、品质及水氮利用在不同处理间的差异。在 和 条件下，与 处理距离相近的处理是，而在 条件下则为。通过综合评价分析也发现类似的结果（表）可知，在 和 条件下，得分最高的为 处理（值分别为.和.），其次是 和 处理；在 条件下，得分最高的为 处理（），其次是 和 处理。基于 的多目标综合水平评价通过 计算得到各处理优劣顺序，为 （表）。在 和 条件下，排名最高的为 处理，其次是 处理；在 条件下，排名最高的为 处理，其次是 处理。在高频灌溉下，氮肥添加调理剂更有利于各目标达到综合最优。根据 计算得出的结果，数值范围都在 之间，其数值越贴近，说明水氮策略越优，因此 水氮策略组合最优。江苏农业科学 年第 卷第 期表 不同灌溉频率下各处理的综合评价灌水频率处理排名 注：表示综合评价得分；表示目标值到正理想点距离；表示目标值到负理想点距离；表示相对距离。讨论与结论有研究发现，总灌水量一定条件下，灌溉周期为 时马铃薯产量最大，而在灌溉周期为 时更有利于马铃薯植株的生长，并且马铃薯的生长指标也会随着施肥量增加而减小。本试验中，高频灌溉（）的马铃薯根长、根体积、根表面积和茎粗均显著高于中频灌溉（）和低频灌溉（），这与前人研究结果相似。在灌水条件相同的条件下，以氮肥 土壤调理剂（）处理的根长、根表面积和茎粗的平均值最大，同时减氮添加调理剂对马铃薯