孫 鑫，張富倉(cāng)*，楊 玲，張少輝，王海東，強(qiáng)生才,2，郭金金

（1 西北農(nóng)林科技大學(xué)旱區(qū)農(nóng)業(yè)水土工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/西北農(nóng)林科技大學(xué)旱區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)研究院，陜西楊凌 712100；2 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)城鄉(xiāng)建設(shè)學(xué)院，山西太谷 030800）

馬鈴薯是世界第四大糧食作物，其對(duì)提高人們生活水平和保證糧食安全具有重要作用。中國(guó)馬鈴薯種植面積和總產(chǎn)量居世界第一位，但與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，在單產(chǎn)和品質(zhì)方面仍有很大的進(jìn)步空間[1]。陜北地區(qū)具有適合馬鈴薯生長(zhǎng)的土質(zhì)、氣溫和光熱條件，是中國(guó)馬鈴薯主產(chǎn)區(qū)之一，在中國(guó)馬鈴薯生產(chǎn)格局中占有舉足輕重的地位[2]。而陜北地區(qū)水資源短缺，存在灌溉與施肥技術(shù)落后、地面灌溉、肥料資源浪費(fèi)等問(wèn)題，嚴(yán)重制約陜北馬鈴薯的發(fā)展[3–4]。因此，如何在充分利用水資源的條件下同步提高馬鈴薯的產(chǎn)量和品質(zhì)，是陜北馬鈴薯發(fā)展的關(guān)鍵。

馬鈴薯是喜鉀作物，鉀肥可以明顯促進(jìn)馬鈴薯生長(zhǎng)，提高產(chǎn)量和水分利用效率，改善品質(zhì)，增強(qiáng)銷(xiāo)售競(jìng)爭(zhēng)能力[5–6]。大多以往研究?jī)H側(cè)重最佳供鉀水平[7–10]，對(duì)不同鉀肥種類(lèi)的效果重視不夠，不同鉀肥的研究結(jié)果也存在爭(zhēng)議[11–15]。有研究表明作物施用硫酸鉀可有效提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，獲得高收益[11–12]。也有研究表明氯化鉀的增產(chǎn)和提高淀粉含量的效果優(yōu)于硫酸鉀[13–14]。硝酸鉀肥料同時(shí)含有氮和鉀，水溶性強(qiáng)，易于植物吸收，施用之后無(wú)殘留，在糧食、果蔬和煙草等各類(lèi)作物施用均取得了良好的增產(chǎn)提質(zhì)效果[15–19]，但在馬鈴薯上較少施用。滴灌施肥可以根據(jù)土壤的水分養(yǎng)分狀況以及作物水肥需求規(guī)律，適時(shí)、適量對(duì)作物進(jìn)行灌溉施肥，可以滿(mǎn)足作物生育期對(duì)水肥的需求，提高作物根區(qū)水肥分布的均勻度，顯著提高作物產(chǎn)量和水肥利用效率[20–22]。馬鈴薯是對(duì)水分非常敏感的作物，前人就滴灌施肥技術(shù)在馬鈴薯作物進(jìn)行了大量研究，主要集中在水氮耦合、灌溉頻率和施肥比例等方面。張富倉(cāng)等[23]通過(guò)3個(gè)灌水水平和3個(gè)施肥水平的交互作用，確定了陜北馬鈴薯適宜的水肥用量。焦婉如等[4]從產(chǎn)量和節(jié)水的角度確定了滴灌施肥條件下適宜的肥料分配比例。

目前，陜北地區(qū)馬鈴薯施鉀不足的農(nóng)戶(hù)高達(dá)96.9%[24]，影響了該地區(qū)馬鈴薯的產(chǎn)量。滴灌施肥是目前推廣的節(jié)水節(jié)肥的農(nóng)業(yè)技術(shù)措施。我們研究了滴灌施肥條件下，有利于馬鈴薯生長(zhǎng)、產(chǎn)量、品質(zhì)、水肥利用效率和經(jīng)濟(jì)效益的鉀肥種類(lèi)與滴灌量組合，并運(yùn)用熵權(quán)法–理想點(diǎn)法(TOPSIS)對(duì)馬鈴薯經(jīng)濟(jì)效益、品質(zhì)、農(nóng)學(xué)效益的綜合效益進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，以期獲得沙土馬鈴薯生產(chǎn)最佳水鉀管理模式，為陜北榆林馬鈴薯的優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效施肥提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2020年5—10月份在陜西省榆林市“西北農(nóng)林科技大學(xué)馬鈴薯試驗(yàn)示范站”進(jìn)行(東經(jīng)109°43′，北緯 38°23′，海拔 1050 m)。試驗(yàn)站屬于干旱半干旱大陸性季風(fēng)氣候。年均氣溫8.6℃，多年平均降水量371 mm，主要集中在6—9月，年蒸發(fā)量1900 mm左右，年日照時(shí)數(shù)2900 h，年總輻射是606.7×107J/m2，無(wú)霜期 167 天。試驗(yàn)地土壤 0—40 cm土層為砂壤土，40—100 cm土層為沙土。耕層(0—40 cm)土壤容重為 1.73 g/cm3，銨態(tài)氮含量為6.35 mg/kg、硝態(tài)氮 11.45 mg/kg、速效磷 4.43 mg/kg、速效鉀107 mg/kg、pH為8.1、土壤有機(jī)質(zhì)含量為4.31 g/kg。2020年馬鈴薯生育期的降水量為234.90 mm。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)以當(dāng)?shù)刂髟云贩N‘青薯9號(hào)’為材料，在大田滴灌施肥條件下，控制相同的施鉀量，設(shè)置3個(gè)灌水水平分別為 198.4 mm (60% ETc，ETc為作物需水量，W1)、246.2 mm (80% ETc，W2)、294 mm(100% ETc，W3)和 4個(gè)鉀肥種類(lèi)分別為 K0 (不施鉀肥)、KCl、K2SO4、KNO3，共12個(gè)處理，各處理重復(fù)3次。供試肥料為尿素(含N 46.0%)、磷酸二銨(含 N 18%，含 P2O546%)、硫酸鉀 (含 K2O 50%，含S 16%)、氯化鉀 (含 K2O 60%)和硝酸鉀 (含 K2O 46%，含N 13.5%)。根據(jù)前期水鉀耦合試驗(yàn)確定施肥量為 N 200 kg/hm2、P2O580 kg/hm2、K2O 270 kg/hm2(硝酸鉀中的氮肥折算到總的施氮量)。灌水量通過(guò)FAO56-彭曼公式及馬鈴薯不同生育期作物系數(shù)計(jì)算得到。

作物蒸發(fā)蒸騰量(ET0)計(jì)算公式[25]：

每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)，共計(jì)36個(gè)小區(qū)。小區(qū)長(zhǎng) 12 m，寬 3.6 m，小區(qū)面積為 43.2 m2。馬鈴薯于2020年5月8日播種，9月26日收獲。采用機(jī)械起壟、人工種植的方式，行距0.9 m，株距約25 cm，播種深度8—10 cm，出苗后用機(jī)械進(jìn)行覆土，覆土后壟高40 cm。大田馬鈴薯的灌溉采用壟上滴灌方式，在每行壟上布設(shè)一條16 mm的薄壁迷宮式滴灌帶，滴頭流量為2 L/h，間距為30 cm。用水表嚴(yán)格控制每個(gè)小區(qū)的灌水量，灌溉施肥采用1/4-1/2-1/4模式，即前1/4水量灌清水，中間1/2打開(kāi)施肥罐施肥，后1/4再灌清水沖洗。滴灌施肥采用容量壓差式施肥方式，灌水前一天將肥料溶解在15 L的小型施肥灌中，在灌水中期肥料隨水滴施。除出苗水外，每8天進(jìn)行一次灌水施肥，當(dāng)灌溉時(shí)發(fā)生降雨，則推遲灌水，并從灌溉水量中減去此灌水周期內(nèi)有效降水量。如果有效降水量大于灌溉量，則只灌水20 mm進(jìn)行施肥。試驗(yàn)共進(jìn)行12次灌水，8次施肥，苗期和塊莖形成期肥料施用量為全生育期的20%，塊莖膨大期55%，淀粉積累期25%[4]，整個(gè)生育季的灌溉和施肥過(guò)程如圖1所示。

圖1 馬鈴薯生育期灌水和施肥管理Fig. 1 Management of irrigation and fertilizer application during the potato growing season

1.3 測(cè)定指標(biāo)與方法

1.3.1 葉面積指數(shù)(LAI)測(cè)定馬鈴薯播種后50、70、90、110、125和140 天，在每個(gè)小區(qū)選取具有代表性的3株植株，用打孔法測(cè)定單株葉面積[27]，并計(jì)算葉面積指數(shù)[28]：

葉面積指數(shù)=單株葉面積×單位土地面積植株數(shù)/單位土地面積

1.3.2 成熟期干物質(zhì)量的測(cè)定在馬鈴薯成熟期，每個(gè)小區(qū)挖取3株具有代表性的馬鈴薯植株，用剪刀將根、莖、葉、塊莖分離，清水洗凈用濾紙吸干表面水分，分別裝入檔案袋中，放入烘箱在105℃下殺青30 min，調(diào)至75℃烘干至恒重，使用電子天平測(cè)定各部分重量。

1.3.3 產(chǎn)量及其構(gòu)成的測(cè)定馬鈴薯成熟后，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)挖取具有代表性的6株馬鈴薯，統(tǒng)計(jì)單株馬鈴薯每個(gè)塊莖的重量、塊莖數(shù)量和分級(jí)，記錄單株塊莖重、商品薯重(單個(gè)塊莖大于75 g)和大塊莖重(單個(gè)塊莖大于150 g)。最后隨機(jī)選擇2壟馬鈴薯，平行挖取2 m距離，測(cè)定面積為3.6 m2，每個(gè)小區(qū)重復(fù)3次，測(cè)定馬鈴薯單位面積產(chǎn)量。

1.3.4 水分利用效率(WUE)和肥料偏生產(chǎn)力(PFP)的計(jì)算[29–30]:

式中，Y為馬鈴薯產(chǎn)量(kg/hm2)；T為馬鈴薯全生育期投入N、P2O5和K2O的總量(kg/hm2)；ET為馬鈴薯生育期的耗水量(mm)，用水量平衡法計(jì)算[31]：

式中，P為降雨量(mm)；U為地下水補(bǔ)給量(mm)；I為灌水量(mm)；R為徑流量(mm)；D為深層滲漏量(mm)，為試驗(yàn)初期和末期土壤水分變化量(mm)。由于試驗(yàn)區(qū)地下水埋藏較深，地勢(shì)平坦，且滴灌濕潤(rùn)深度較淺，U、D和R均忽略不計(jì)。故上式簡(jiǎn)化為：

1.3.5 品質(zhì)測(cè)定取各小區(qū)成熟期馬鈴薯塊莖，測(cè)定馬鈴薯淀粉和還原性糖含量，用碘比色法測(cè)定淀粉含量，3,5-二硝基水楊酸比色法測(cè)定還原性糖含量[32]。

1.3.6 基于熵權(quán)法和TOPSIS的多目標(biāo)評(píng)價(jià)熵權(quán)法是根據(jù)各指標(biāo)的變化程度，利用信息熵計(jì)算各指標(biāo)的熵權(quán)，再通過(guò)熵權(quán)對(duì)各指標(biāo)的權(quán)重進(jìn)行修正，從而得到更客觀的指標(biāo)權(quán)重[33]。TOPSIS (order preference by similarity to ideal solution)技術(shù)是一種根據(jù)評(píng)價(jià)對(duì)象與理想目標(biāo)的接近程度進(jìn)行排序的方法，用來(lái)評(píng)價(jià)現(xiàn)有對(duì)象的相對(duì)優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)[34]。

1) 建立綜合性能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

以小區(qū)試驗(yàn)12個(gè)處理(n)為可行性方案，以單位面積產(chǎn)量(X1)、商品薯(X2)淀粉含量(X3)、還原性糖含量的倒數(shù) (X4)、WUE (X5)、PFP (X6)和凈收益(X7) 7個(gè)指標(biāo)為目標(biāo)變量構(gòu)建原始矩陣 R=[rij]n×m。

2) 應(yīng)用熵權(quán)法確定各指標(biāo)權(quán)重值

熵權(quán)法是利用信息熵，根據(jù)各指標(biāo)的變化程度計(jì)算各指標(biāo)的熵權(quán)，然后通過(guò)熵權(quán)對(duì)各指標(biāo)的權(quán)重進(jìn)行修正，從而得到更客觀的指標(biāo)權(quán)重。對(duì)原矩陣R=[rij]n×m進(jìn)行無(wú)量綱處理，得到矩陣Y，然后確定各指標(biāo)的熵權(quán)Wj。

式中：pij是第i個(gè)評(píng)估對(duì)象在第j個(gè)指標(biāo)下的比重；Ej是第j個(gè)指標(biāo)的熵值。

3) 理想點(diǎn)法(TOPSIS)效益評(píng)價(jià)及水鉀供應(yīng)模式篩選

理想點(diǎn)法(TOPSIS)的基本思想是通過(guò)定義決策問(wèn)題的理想解與負(fù)理想解，然后在可行方案集中找到一個(gè)方案，使其既距理想解的距離最近又離負(fù)理想解的距離最遠(yuǎn)，然后對(duì)可行方案進(jìn)行篩選。首先對(duì)原始矩陣R=[rij]n×m，進(jìn)行歸一化處理，得到矩陣B=[bij]n×m，再乘以熵權(quán)，得到加權(quán)矩陣Z，然后計(jì)算各目標(biāo)值與理想點(diǎn)之間的歐氏距離Si*和Si–，以及各目標(biāo)的相對(duì)貼近度Ci*，再根據(jù)方案的相對(duì)貼近度對(duì)方案進(jìn)行排序，形成決策依據(jù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用 Microsoft Excel 2019進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，采用SPSS 23.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行方差分析，Duncan新復(fù)極差法分析顯著性。圖形通過(guò)Origin 9.0軟件繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 鉀肥種類(lèi)和滴灌量對(duì)葉面積指數(shù)的影響

圖2所示，隨生育期的推進(jìn)，馬鈴薯生育期葉面積指數(shù)(LAI)呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)，各處理在播種后110 天(淀粉積累期)達(dá)到最大值。馬鈴薯播種90天以后，灌溉量和鉀肥種類(lèi)對(duì)馬鈴薯的LAI影響極其顯著(P<0.01)，交互作用對(duì)LAI無(wú)明顯影響(P>0.05)。整體來(lái)看，同一鉀肥處理下，LAI隨灌水量的增加而增大，W2、W3水平的LAI在播種70天后增長(zhǎng)速度高于W1水平，說(shuō)明較高的水分提高了肥料的有效性；在相同灌水量下，施鉀顯著增大LAI，W1和W2水平時(shí)，KCl處理的LAI低于K2SO4和KNO3處理，W3水平時(shí)，3種鉀肥處理的LAI無(wú)明顯差異。馬鈴薯LAI在播種110 天后開(kāi)始下降，這已是在生育后期，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)主要被轉(zhuǎn)移至塊莖，葉片變黃而凋萎。

圖2 不同鉀肥種類(lèi)和滴灌量組合下馬鈴薯生育期葉面積指數(shù)Fig. 2 Leaf area index of potato under different combination of potassium fertilizer type and drip irrigation amount

2.2 鉀肥種類(lèi)和滴灌量對(duì)成熟期干物質(zhì)累積的影響

圖3顯示，灌水量和鉀肥種類(lèi)對(duì)成熟期干物質(zhì)累積影響極其顯著(P<0.01)，而交互作用對(duì)成熟期干物質(zhì)累積無(wú)明顯影響(P>0.05)。各器官干物質(zhì)累積表現(xiàn)為塊莖>莖>葉>根，W3+KNO3處理干物質(zhì)累積量顯著高于其他處理，為23389 kg/hm2，高于其他處理4.4%～34.3%。相同鉀肥處理下，成熟期干物質(zhì)累積隨灌水量的增大而增大，施用硝酸鉀時(shí)，W3灌溉水平比W1、W2水平分別高16.5%、5.6%。相同灌水量下，施鉀處理的干物質(zhì)累積顯著高于不施鉀處理11.6%，W1水平時(shí)，K2SO4、KNO3處理分別顯著高于KCl處理4.8%、6.2%，增大灌水量，KCl和K2SO4的干物質(zhì)累積量無(wú)明顯差異，而KNO3處理顯著高于KCl和K2SO4處理。

圖3 不同鉀肥種類(lèi)和滴灌量下馬鈴薯干物質(zhì)累積量Fig. 3 Dry matter accumulation of potatoes under different combination of potassium fertilizer type and drip irrigation amount

2.3 鉀肥種類(lèi)和滴灌量對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量及其構(gòu)成的影響

表1表明，滴灌量和鉀肥種類(lèi)對(duì)馬鈴薯單位面積產(chǎn)量、單株塊莖重、商品薯重、大塊莖重的影響均達(dá)到極顯著水平(P<0.01)，灌水和鉀肥種類(lèi)互作對(duì)產(chǎn)量和單株塊莖重影響極顯著(P<0.01)，對(duì)商品薯重和大塊莖重影響顯著(P<0.05)。W3+KNO3處理下產(chǎn)量、塊莖重、商品薯重和大塊莖重均顯著高于其他處理，其中產(chǎn)量顯著高于其他處理9.2%～55.0%。相同鉀肥處理時(shí)，馬鈴薯塊莖重隨灌水量的增加而增加，W3水平的產(chǎn)量、塊莖重、商品薯重、大塊莖重分別比W1和W2灌水水平平均高19.8%、31.9%、47.7%、51.1%和8.1%、11.9%、15.1%、20.1%。在W1灌水水平時(shí)，KNO3和K2SO4處理塊莖質(zhì)量顯著高于KCl處理和K0處理，增大灌水量，KNO3處理產(chǎn)量和商品薯重均高于KCl和K2SO4處理，而KCl和K2SO4處理無(wú)明顯差異，在W2和W3灌水水平，KCl處理的大塊莖分別比K2SO4高6.0%和6.6%，說(shuō)明在適宜的水分條件下，KCl較K2SO4更有利于塊莖的膨大。

表1 不同鉀肥種類(lèi)和滴灌量組合下馬鈴薯產(chǎn)量及其構(gòu)成Table 1 Potato yield and its components under different combination of potassium fertilizer type and drip irrigation amount

2.4 鉀肥種類(lèi)和滴灌量對(duì)WUE和PFP的影響

圖4顯示，鉀肥種類(lèi)、灌水及其交互作用對(duì)馬鈴薯WUE和PFP的影響均達(dá)到極顯著水平(P<0.01)。W1+KNO3處理WUE高于其他處理2.2%～21.6%，為12.24 kg/m3；W3K0處理的PFP最大，為7.06kg/kg。相同鉀肥處理時(shí)，WUE隨灌水量增加而降低，W1水平的WUE比W2、W3分別高4.9%、8.8%，而PFP隨灌水量增加而增加。灌水量相同時(shí)，施用鉀肥顯著增加了WUE，卻降低了PFP，就鉀肥處理而言，硝酸鉀處理的WUE和PFP高于硫酸鉀和氯化鉀處理。

圖4 不同鉀肥種類(lèi)和滴灌量組合下馬鈴薯的水分利用效率(WUE)和肥料偏生產(chǎn)力(PFP)Fig. 4 WUE and PFP of potato under different combination of potassium fertilizer type and drip irrigation amount

2.5 鉀肥種類(lèi)和滴灌量對(duì)馬鈴薯品質(zhì)的影響

圖5所示，灌水量和鉀肥種類(lèi)對(duì)淀粉和還原糖含量影響達(dá)到極顯著水平(P<0.01)，交互作用對(duì)淀粉和還原糖含量無(wú)顯著影響(P>0.05)。W3+K2SO4處理淀粉含量最高，占?jí)K莖比重的17.86%，還原糖含量最低，占?jí)K莖含量的0.30%，比其余處理低1.8%～30.9%。相同鉀肥處理時(shí)，塊莖淀粉含量隨灌水量的增加顯著增加，W3水平比W1、W2水平分別高3.8%、1.6%；還原糖含量隨灌水量的增加而降低。W1水平時(shí)，KCl處理的淀粉含量顯著低于K2SO4和KNO3處理，灌水量增加到W2和W3水平時(shí)，3種鉀肥處理間無(wú)顯著差異，變化趨勢(shì)為 K2SO4>KCl>KNO3；W1和W2水平時(shí)，KCl處理的還原糖含量顯著高于K2SO4和KNO3處理，灌水量增加到W3水平時(shí)，3種鉀肥處理間無(wú)顯著差異，變化趨勢(shì)為K2SO4< KNO3

圖5 不同鉀肥種類(lèi)和滴灌量下馬鈴薯的品質(zhì)Fig. 5 Tuber quality of potato under different combination of potassium fertilizer type and drip irrigation amount

2.6 鉀肥種類(lèi)和滴灌量對(duì)馬鈴薯經(jīng)濟(jì)效益的影響

鉀肥種類(lèi)和滴灌量對(duì)馬鈴薯經(jīng)濟(jì)效益的影響見(jiàn)表2。W3+KNO3的總投入、凈收益均達(dá)到最大值，分別為16904、44860元/hm2；W1K0處理總投入、總收益和凈收益均低于其他處理。產(chǎn)投比在W3+KCl處理達(dá)到最大值，為3.66，W1K0產(chǎn)投比最小，為2.84，顯著低于其他處理。在相同鉀肥處理時(shí)，凈收益和產(chǎn)投比均隨灌水量的增加而增加，W3處理平均凈收益比W1、W2分別高33.9%、15.8%。同一水分處理時(shí)，施鉀顯著提高凈收益，W3水平時(shí)，KNO3處理的凈收益分別顯著高于KCl和K2SO4處理9.2%和16.0%。

表2 不同鉀肥和滴灌量組合下馬鈴薯的經(jīng)濟(jì)效益Table 2 Economic benefits of potato under different potassium fertilizers and drip irrigation amount

2.7 基于熵權(quán)法和TOPSIS的水鉀管理優(yōu)化

作物高產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益是農(nóng)民追求的目標(biāo)，品質(zhì)是顧客的需求，提高WUE是干旱農(nóng)業(yè)水資源高效利用的核心。馬鈴薯的還原糖含量與貯藏時(shí)間密切相關(guān)，馬鈴薯還原糖含量越低越容易存儲(chǔ)。由于試驗(yàn)施肥量相同，不考慮PFP。故本研究以小區(qū)試驗(yàn)12個(gè)處理為可行方案，以單位面積產(chǎn)量(X1)、商品薯(X2)淀粉含量(X3)、還原性糖含量的倒數(shù)(X4)、WUE (X5)和凈收益(X6) 6個(gè)指標(biāo)構(gòu)建原始矩陣，進(jìn)行歸一化處理，通過(guò)熵權(quán)法得到各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重，最后通過(guò)TOPSIS計(jì)算得到各處理優(yōu)劣順序?yàn)閃3+KNO3>W3+KCl>W2+KNO3>W3+K2SO4>W2+K2SO4>W3K0>W2+KCl>W1+KNO3>W1+K2SO4>W1+KCl>W2K0>W1K0 (表3)，當(dāng)灌水量為W3水平，施用硝酸鉀時(shí)各目標(biāo)最佳。

表3 各目標(biāo)值與理想點(diǎn)之間的歐氏距離 Si＊和 Si–以及相對(duì)距離 Ci＊Table 3 The euclidean distances Si＊ and Si? between each target value and the ideal point and the relative closeness Ci＊ of each target

3 討論

葉面積直接影響植物光合產(chǎn)物的合成與積累，進(jìn)而影響作物干物質(zhì)的積累和產(chǎn)量[4]。生育期內(nèi)任何時(shí)期的水分脅迫都會(huì)明顯減少馬鈴薯的群體葉面積和產(chǎn)量，且隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)影響效應(yīng)加重[35]。本試驗(yàn)不同灌水量對(duì)馬鈴薯葉面積指數(shù)、干物質(zhì)累積、產(chǎn)量有顯著影響(P<0.01)，各指標(biāo)均隨灌水量的增加而增加，說(shuō)明充足的灌水有助于植株生長(zhǎng)，這與前人研究[23]一致。施用鉀肥能夠促進(jìn)莖葉的生長(zhǎng)，適當(dāng)推遲生長(zhǎng)中心和營(yíng)養(yǎng)中心轉(zhuǎn)移，顯著提高塊莖的膨大速率而達(dá)到增產(chǎn)[5–6]。研究表明，不同鉀肥對(duì)作物產(chǎn)量均有一定的增加作用，而不同試驗(yàn)條件下鉀肥增產(chǎn)效果不盡相同[11–15]。有研究表明施用硫酸鉀作物增產(chǎn)效果優(yōu)于氯化鉀[11–12]和硝酸鉀[36]。也有研究表明，氯化鉀在一定范圍內(nèi)可以替代硫酸鉀，更有利于鉀素的吸收[37–38]，但是硝酸鉀增產(chǎn)效果最好[24]。施用鉀肥促進(jìn)了馬鈴薯植株生長(zhǎng)，增加成熟期干物質(zhì)累積和產(chǎn)量。本研究表明，不同鉀肥在不同灌水條件下有所差異，在W1水平時(shí)，氯化鉀處理的干物質(zhì)累積和產(chǎn)量顯著低于硫酸鉀和硝酸鉀處理(P<0.05)，隨著灌水量的增大，氯化鉀處理和硫酸鉀無(wú)明顯差異。這可能是由于低水量時(shí)根區(qū)氯化鉀濃度過(guò)高，根區(qū)保護(hù)酶系統(tǒng)防御功能減弱，進(jìn)而影響作物根系的生長(zhǎng)發(fā)育[38]。本試驗(yàn)W3+KNO3處理的成熟期干物質(zhì)累積和產(chǎn)量顯著高于其他處理，成熟期干物質(zhì)累積和產(chǎn)量分別高于其他處理4.4%～34.3%和9.2%～55.0%。這說(shuō)明高水與硝酸鉀組合水鉀的耦合效應(yīng)更好，通過(guò)促進(jìn)作物生長(zhǎng)增大了薯塊，硝酸鉀處理顯著優(yōu)于其他兩種鉀肥，一方面可能是本試驗(yàn)土質(zhì)為沙土，保水保肥性較差，滴灌施肥周期為8天的土壤濕潤(rùn)深度0—40 cm與馬鈴薯根系集中層吻合，分次施肥滿(mǎn)足作物不同生育期對(duì)水肥的需要[34]。另一方面硝酸鉀中的硝酸根能夠?yàn)樽魑锾峁┮妆恢参镂盏南鯌B(tài)氮，作為信號(hào)因子的硝酸根能夠促進(jìn)細(xì)胞分裂素的產(chǎn)生，進(jìn)而促進(jìn)細(xì)胞膨大和碳水化合物的積累[39]。此外，硝酸鉀處理土壤中同時(shí)存在尿素和硝態(tài)氮兩種氮素形態(tài)，可能更有利于作物生長(zhǎng)[40]。

品質(zhì)是決定馬鈴薯經(jīng)濟(jì)效益的直接因素。植物需要鉀來(lái)進(jìn)行糖的轉(zhuǎn)運(yùn)和淀粉的合成，而馬鈴薯塊莖富含淀粉，對(duì)鉀有較高的需求。適量的鉀肥可降低還原糖含量[41]，增加馬鈴薯蛋白質(zhì)、維生素C和淀粉含量[5–6]。本試驗(yàn)在相同鉀肥處理下，馬鈴薯的淀粉含量隨灌水量增大而增加，還原糖隨灌水量增大而減小，說(shuō)明充足的灌水更適宜提高馬鈴薯品質(zhì)，與王英等[42]研究結(jié)果一致，這可能是因?yàn)樯惩帘Ｋ芰^差。不同鉀肥均可以改善馬鈴薯品質(zhì)，其改善效果略有差異，W3+K2SO4處理的淀粉含量最高，還原糖含量最低，與谷賀賀等[43]研究硫酸鉀對(duì)作物品質(zhì)的改善效果整體上優(yōu)于氯化鉀一致。但是，與王小英等[24]研究硝酸鉀降低了馬鈴薯淀粉含量不同，可能是水分設(shè)置和馬鈴薯品種不同造成。因此，不同鉀肥對(duì)馬鈴薯品質(zhì)的作用機(jī)制有待進(jìn)一步研究。

提高水肥利用效率是半干旱區(qū)水資源短缺情況下作物增產(chǎn)的主要研究方向。水分影響土壤養(yǎng)分的有效性，土壤養(yǎng)分則通過(guò)作物的生長(zhǎng)發(fā)育影響土壤水分的吸收、利用。合理的水肥調(diào)控可以達(dá)到以肥調(diào)水，以水促肥的目的，進(jìn)而提高水肥利用效率[20–22]。本試驗(yàn)與前人研究[23]一致，灌溉和施肥對(duì)WUE有交互作用，灌水降低了WUE。PFP隨灌水量的增加而增加，這表明鉀可以通過(guò)滲透調(diào)節(jié)和氣孔調(diào)節(jié)來(lái)提高對(duì)水分的吸收利用[38]，較多的土壤水分利于肥料作用的發(fā)揮。就鉀肥作用而言，不施鉀處理的PFP顯著高于施鉀處理，3種鉀肥較不施鉀處理均顯著降低了PFP，硝酸鉀處理的PFP總體高于硫酸鉀和氯化鉀處理，這是硝酸鉀處理產(chǎn)量較高的原因。

單一處理往往難以兼顧高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的多種目標(biāo)，TOPSIS方法已廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化[44–45]。而在TOPSIS計(jì)算過(guò)程中，重要的是確定各指標(biāo)的權(quán)重。Wang等[34]和Rasool等[45]設(shè)置各指標(biāo)權(quán)重相等。熵權(quán)法是一種典型的基于多樣性的加權(quán)方法，根據(jù)方案之間數(shù)據(jù)屬性的多樣性計(jì)算權(quán)值屬性，采用熵權(quán)法可以構(gòu)造權(quán)重矩陣，確定各指標(biāo)的權(quán)重。本研究將熵權(quán)法與理想點(diǎn)法相結(jié)合，對(duì)馬鈴薯經(jīng)濟(jì)效益、品質(zhì)、WUE以及PFP進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)分析，得出 W3+KNO3(100% ETc，硝酸鉀)為陜北馬鈴薯高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的最佳水鉀滴灌施肥模式，本研究結(jié)果可為陜北馬鈴薯水肥管理研究提供科學(xué)依據(jù)。

4 結(jié)論

不同水鉀組合對(duì)滴灌條件下馬鈴薯生長(zhǎng)、產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益等有顯著影響。在同一鉀肥處理下，馬鈴薯成熟期干物質(zhì)累積、產(chǎn)量、商品薯、淀粉含量、PFP和經(jīng)濟(jì)效益均隨灌水量增加而顯著增加，還原糖和WUE隨灌水增加而減小。在低水量時(shí)，氯化鉀處理的產(chǎn)量顯著低于硫酸鉀和硝酸鉀處理；增加灌水量，硫酸鉀和氯化鉀產(chǎn)量無(wú)顯著差異，硝酸鉀處理的馬鈴薯產(chǎn)量及其構(gòu)成要素高于氯化鉀和硫酸鉀處理，其通過(guò)促進(jìn)馬鈴薯塊莖膨大來(lái)增加產(chǎn)量。綜合考慮馬鈴薯生長(zhǎng)、產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)效益、水肥利用率和品質(zhì)等因素，本研究基于熵權(quán)法和TOPSIS分析得出各處理優(yōu)劣順序?yàn)椋篧3+KNO3>W3+KCl>W2+KNO3>W3+K2SO4>W2+K2SO4>W3K0>W2+KCl>W1+KNO3>W1+K2SO4>W1+KCl>W2K0>W1K0，即W3+KNO3處理(施用硝酸鉀，灌水量為100% ETc)可在較高的經(jīng)濟(jì)投入下，獲得高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的馬鈴薯，且水肥利用效率較高。