王巖，劉暢，李云開，顧濤，蘇艷平*

(1. 中國農(nóng)業(yè)大學水利與土木工程學院，北京 100083； 2. 中國灌溉排水發(fā)展中心，北京 100054)

馬鈴薯是繼小麥、玉米和水稻之后的世界第四大糧食作物，種植面積逐年增加[1].中國馬鈴薯種植多集中在西北、西南、東北等地區(qū)，種植面積占世界的1/4.而在東北地區(qū)，馬鈴薯傳統(tǒng)種植模式產(chǎn)量不高，土地利用率低，種植戶生產(chǎn)效率水平低.

滴灌技術通過全管道化系統(tǒng)適時、適量地給馬鈴薯根區(qū)精準灌溉施肥，已成為馬鈴薯最為適宜的灌溉方式之一[2].目前，膜下滴灌、地表滴灌在中國西北干旱半干旱地區(qū)馬鈴薯種植中廣泛應用，如WANG等[3]探究了膜下滴灌條件下馬鈴薯耗水規(guī)律.東北地區(qū)由于其充沛的年降雨量，覆膜會造成雨水無法利用.馬鈴薯栽培中，中耕培土是提高馬鈴薯結薯數(shù)及單位面積產(chǎn)量的一項重要措施[4]，而將滴灌馬鈴薯搭載中耕技術，可以將地表滴灌轉(zhuǎn)變?yōu)榈叵碌喂?地下滴灌不僅可以精確控制灌水量,而且可以保證作物及時獲得必要的養(yǎng)分,是理想的施肥和灌溉技術[5].種植密度是影響馬鈴薯產(chǎn)量的重要因素，已有大量研究表明種植密度對馬鈴薯產(chǎn)量影響顯著，SULAIMAN等[6]研究發(fā)現(xiàn)適宜的馬鈴薯密度可提高馬鈴薯產(chǎn)量和水分利用效率；但理論上提高馬鈴薯的種植密度在增產(chǎn)的同時也會影響馬鈴薯的品質(zhì)；GRANT等[7]研究表明，馬鈴薯種植密度過高會造成田間過度郁閉，通風不暢，病蟲害危害加重，很大程度影響了馬鈴薯的產(chǎn)量和經(jīng)濟效益.因而合理的種植密度是保證產(chǎn)量和生產(chǎn)營養(yǎng)價值高的商品薯的必然選擇.目前有關馬鈴薯種植密度的研究大多基于溝灌、噴灌等傳統(tǒng)灌溉方式，關于滴灌條件下馬鈴薯適宜的種植密度及相關的產(chǎn)量、品質(zhì)及水分利用效率的研究僅有零星報道[8]，而對于黑龍江寒區(qū)馬鈴薯滴灌的研究更是鮮見.

基于此，文中在黑龍江省齊齊哈爾市克山縣開展滴灌馬鈴薯試驗，研究種植密度對滴灌馬鈴薯生長、產(chǎn)量、品質(zhì)及水分利用效率的影響，初步提出適宜黑龍江馬鈴薯滴灌條件下的種植模式，旨在為黑龍江地區(qū)馬鈴薯生產(chǎn)提供理論指導.

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗于2017年4—9月在黑龍江省齊齊哈爾市克山縣707農(nóng)場(125.62°E，48.24°N)進行.該試驗區(qū)屬寒溫帶大陸季風氣候，年平均氣溫2.4 ℃，該區(qū)屬于第三積溫帶，有效積溫2 400 ℃.土壤質(zhì)地為粉壤土，pH值為弱酸性.該試驗區(qū)隨機選取9個點測定土壤的基礎肥力，選取的土壤深度分別為(0，20],(20，40],(40，60] cm，土壤基礎肥力屬中等肥力見表1，表中取土深度為d,銨態(tài)氮質(zhì)量比為N銨、速效磷質(zhì)量比為Ps、速效鉀質(zhì)量比為Ks、有機質(zhì)質(zhì)量比為M.

表1 試驗區(qū)土壤基礎肥力

1.2 試驗方法與設計

馬鈴薯采用壟作方式種植.試驗共設置3個種植密度的處理，每個處理3個重復，共有9個試驗小區(qū)，試驗設計見表2.不同處理的小區(qū)面積不盡相同，RS25，RS35，CK分別為264，288，216 m2，使用起壟播種機進行起壟播種，不同處理壟臺尺寸如圖1所示.

表2 馬鈴薯試驗處理設計

圖1 壟臺尺寸

各個處理采用相同的灌溉標準，具體灌溉根據(jù)土壤含水率占土壤田間持水量的百分比來確定.幼苗期灌水下限為70%FC(田間持水量，試驗地體積田間持水量為39.1%)，上限為85%FC；塊莖形成、塊莖膨大期下、上限分別為75%FC，90%FC，淀粉積累期為65%FC，80%FC.

全生育期共灌水5次，時間分別在6月16號、6月27號、7月9號、7月20號、7月28號，灌水量分別為5.79，5.11，4.84，5.02，3.72 m3.試驗期間總有效降雨量為317 mm.試驗期間降雨分布如圖2所示,I累計為累計降雨量,I有效為日有效降雨量.

圖2 試驗期間降雨情況

供試馬鈴薯品種為尤金.試驗底肥為馬鈴薯專用復合肥(氮磷鉀總養(yǎng)分含量≥45%，15-10-20)，用量750 kg/hm2，在不同生育期進行追肥，具體施肥情況詳見表3.馬鈴薯于5月12日播種，9月14日收獲，生育期124 d.在播種后30 d，進行中耕培土除草，培土后馬鈴薯壟臺尺寸發(fā)生改變，且滴灌帶由地表式布置方式變?yōu)榈芈袷?中耕前后壟形變化如圖3所示，圖中數(shù)值單位為mm.

表3 馬鈴薯田間施肥管理方案

圖3 中耕前后壟臺變化情況

Fig.3 Change in ridge size before and after cultivator applied to soil

1.3 試驗觀測內(nèi)容及方法

1) 馬鈴薯植株干物質(zhì)量：取樣后稱量根莖葉和塊莖的鮮質(zhì)量，然后放入烘箱中進行烘干，烘至恒重后，用干質(zhì)量比鮮質(zhì)量計算干物質(zhì)比重.

2) 馬鈴薯產(chǎn)量測定：在馬鈴薯收獲時，每個小區(qū)隨機選取一壟，在該壟上，隨機選出5 m長，根據(jù)不同的壟距，求出不同處理5 m長度上的面積，從而求出單位面積上的產(chǎn)量.

3) 馬鈴薯質(zhì)量分級及商品薯率測定：取馬鈴薯塊莖，進行按重量分級，分級的標準為小薯(0,50] g、中薯(50,125] g、大薯(>125 g)，其中，商品薯包括大薯和中薯[9].

4) 馬鈴薯品質(zhì)測定：粗蛋白、淀粉、維生素C測試的方法分別為凱式定氮法、近紅外法以及2,6-二氯酚靛滴定法.

5) 馬鈴薯耗水量和水分利用效率的計算方法：耗水量采用水量平衡法估算；水分利用效率指單位蒸騰耗水量的光合作用量或生長量，即：水分利用效率=作物產(chǎn)量/作物耗水量.

2 結果與分析

2.1 對滴灌馬鈴薯株高和莖粗的影響

圖4為馬鈴薯株高莖粗變化.圖4a為不同密度下株高h變化情況.由圖可知，馬鈴薯株高從幼苗中期到結薯期株高生長速度較快，進入塊莖膨大期株高達到最大值，之后基本趨于穩(wěn)定.進入塊莖形成期后，株高由大到小依次為CK,RS35,RS25，RS25較CK,RS35分別降低6.88%,3.87%，上述表明，增加馬鈴薯的種植密度不利于馬鈴薯株高增高.

圖4 馬鈴薯株高莖粗變化

圖4b為莖粗b變化情況，由圖可知，變化趨勢與株高較為一致.進入塊莖形成期，馬鈴薯莖粗由大到小依次為CK,RS35,RS25，其分別為1.541,1.479,1.425 cm，RS25較CK,RS35分別降低了8.14%,6.24%，說明增加馬鈴薯的種植密度不利于馬鈴薯莖粗增粗.

2.2 對滴灌馬鈴薯干物質(zhì)積累的影響

表4為不同種植密度下滴灌馬鈴薯干物質(zhì)積累動態(tài)變化情況.由表可知，馬鈴薯全生育期內(nèi)，根、莖、葉干物質(zhì)積累呈單峰曲線變化.而馬鈴薯塊莖干物質(zhì)積累表現(xiàn)出逐漸增加的趨勢.

根莖葉、塊莖表現(xiàn)出與株高相同的變化趨勢.在整個塊莖形成期，種植密度對馬鈴薯干物質(zhì)積累無顯著性影響.進入塊莖膨大期后，干物質(zhì)量與種植密度表現(xiàn)出相關性，表現(xiàn)為隨著種植密度的增加，干物質(zhì)積累量逐漸減少，其中處理CK最大，根、莖、葉和塊莖干物質(zhì)積累值分別為4.43,24.31,37.02和118.17 g/株；而RS25干物質(zhì)積累值最小，即4.10,20.10,33.97和106.80 g/株，較處理CK干物質(zhì)分別降低了8.05%,20.94%,8.92%,10.65%.

表4 馬鈴薯根根葉塊莖干物質(zhì)積累的變化關系

2.3 對滴灌馬鈴薯塊莖質(zhì)量及商品薯率的影響

表5為種植密度對馬鈴薯商品薯率的影響.隨著種植密度的增加，馬鈴薯塊莖小薯率增加，高密度處理RS25較處理RS35和CK的小薯率分別增加了37.20%和28.57%；對于中薯率和大薯率，與種植密度未表現(xiàn)出相關性.隨著種植密度的增加，馬鈴薯的商品薯率減少，高密度處理RS25較處理RS35和CK的商品薯率分別顯著降低了6.62%和8.08%，而處理RS35和CK差異不具有統(tǒng)計學意義.

表5 不同處理馬鈴薯塊莖質(zhì)量分級及商品薯率多重比較

Tab.5 Multiple comparison of potato tuber quality classification and commodity potato rate

%

注： 表中小寫字母分別表示P<0.05水平，多重比較采用Duncan新復極差法，下同

2.4 對滴灌馬鈴薯產(chǎn)量、品質(zhì)及WUE的影響

表6為不同種植密度對馬鈴薯產(chǎn)量、品質(zhì)及水分利用效率的影響.由表可知，種植密度對粗蛋白CP的影響不具有統(tǒng)計學意義.種植密度對馬鈴薯塊莖淀粉S積累具有顯著影響，處理CK為最大，其次為RS35，RS25，具體值每100 g分別為13.83，13.73，12.81 g.RS25較RS35，CK淀粉含量分別降低了7.18%和7.96%，但RS35與CK差異不具有統(tǒng)計學意義.馬鈴薯塊莖富含維生素C，各處理的維生素C從大到小依次為CK,RS35,RS25，RS25較RS35與CK分降低5.12%，5.60%.

表6 不同處理馬鈴薯產(chǎn)量品質(zhì)、水分利用效率情況

Tab.6 Potato yield, quality, water use efficiency of various test cases

處理CP/%SVc/(mg·kg-1)M作/(kg·hm-2) WUE/(kg·m-3)RS252.27±0.07a12.81±0.35b234.55±2.68b42690±56.86b10.83±0.42bRS352.35±0.12a13.73±0.21a246.55±3.14a47325±74.13a12.05±0.49aCK2.25±0.09a13.83±0.44a247.61±1.84a40860±59.42c9.73±0.37c

提高種植密度對于提高作物產(chǎn)量M作和水分利用效率(WUE)效果顯著.3種處理產(chǎn)量從大到小依次為RS35，RS25，CK.RS35,RS25較CK分別提升了15.82%,4.49%；同時，RS35較RS25產(chǎn)量高出10.85%.WUE隨種植密度的增加呈先增加后減少的趨勢，即隨著種植密度的增加水分利用效率有大幅度的提升，但密度持續(xù)上升，WUE在一定程度上有所下降.其中，RS35的WUE最高，具體為12.05 kg/hm2，較RS25與CK分別提11.27%和23.84%.

3 討 論

田間種植密度能夠通過調(diào)節(jié)冠層形態(tài)結構和資源利用影響作物生長.種植密度對株高、莖粗及干物質(zhì)逐漸顯著，表現(xiàn)為隨行距增加，該生長指標呈減小的趨勢.當種植密度為6.67×104株/hm2時，由于單位面積上的種植株數(shù)增加，馬鈴薯產(chǎn)量隨之增加，但隨著馬鈴薯密度增加到7.28×104株/hm2，其通風、采光以及CO2濃度等因素影響了馬鈴薯的生長[10]，因此產(chǎn)量隨之降低.由于試驗中采用相同的灌溉標準，耗水量差異不具有統(tǒng)計學意義，因此馬鈴薯的水分利用效率與產(chǎn)量呈正比，具體表現(xiàn)為隨著種植密度的增加，馬鈴薯水分利用效率呈先增加后減少的趨勢.同時，馬鈴薯商品薯率隨種植密度的增加有降低的趨勢.但從CK到RS35變化不顯著；從RS35到RS25商品薯率顯著降低，這是由于馬鈴薯地上的生長空間和地下的結薯空間影響了馬鈴薯塊莖的膨大，導致馬鈴薯塊莖中小薯偏高,而塊莖淀粉和維生素C變化與商品薯率一致.

4 結 論

1) 馬鈴薯的粗蛋白含量隨種植密度變化差異不具有統(tǒng)計學意義，但淀粉、維生素C及商品薯率隨著種植密度的大幅度增加而降低.

2) 隨著種植密度的增加，馬鈴薯的生長、干物質(zhì)積累等生長指標呈下降的趨勢，而產(chǎn)量和水分利用效率呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢.

3) 綜合考慮馬鈴薯的產(chǎn)量、品質(zhì)、水分利用效率等因素，本試驗初步得出種植密度6.67×104株/hm2為黑龍江地區(qū)滴灌馬鈴薯較為適宜的種植密度.