刘晶晶 张小帅 岑剑涛 王 鑫

(1.张家口市农业科学院 河北张家口 075000；2.张家口市农业高效节水研究所 河北张北 076450）

马铃薯（Solanum tuberosum L.）是茄科茄属一年生草本植物，内含优质淀粉、蛋白质及大量的维生素等，是第四大粮食作物[1]。 中国是世界上最大的马铃薯生产国， 近年来随着马铃薯产业的蓬勃发展和主食化的不断推进， 马铃薯也成为了冀西北高原地区种植面积最广的典型作物。 冀西北高原地区处在中国北方农牧交错带中部核心区， 属于资源型缺水区域，随着马铃薯种植面积的不断增长，加剧了该区域水资源短缺现状， 造成严重的地下水超采和浅层地下水硝酸盐超标等生态和环境问题。 因此，发展高新节水绿色农业对于该地区农业可持续健康发展具有重要意义。

目前， 国内外学者对马铃薯水肥方面进行了大量研究[2-10]，但针对冀西北高原地区特殊气候条件下，水肥交互作用对马铃薯产量及品质的相关研究鲜有涉及。 本文作者在试验研究获得马铃薯起垄种植在不同生育时期需水规律的基础上， 开展马铃薯水肥双因素完全随机试验，分析了水、肥及水肥交互对马铃薯产量与品质的影响， 为冀西北高原地区马铃薯种植过程中水肥高效利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

本研究在张家口市农业高效节水研究所开展，位于张家口市张北县 （41°15′ N、114°7′ E， 海拔约1 393.3 m），多年平均降雨量385 mm 左右，年平均气温为3.2℃，属于中温带大陆性季风气候。灌溉方式为滴灌，水源为地下水。 试验田土壤为栗钙土，容重为1.66 g/cm3，田间持水量为17.23%。

1.2 试验材料

试验作物为马铃薯，品种为‘冀张薯12号’，是用大西洋/99-6-36 选育的中晚熟鲜食品种， 单株结薯5.2个，单薯重184.9 g，亩产量达4 500 kg，商品薯率82.3%左右，适宜在河北北部种植。

1.3 试验设计

2019年水肥双因素完全随机试验灌溉定额设置3个水平，分别以Wi（i=1，2，3）表示，灌溉定额分别为180 mm、150 mm 和 120 mm。 施肥量设置 3个水平（100%、80%、60%），分别以Fj（j=1，2，3）表示，F1 施肥量为全生育期追肥1 499.25 kg/hm2， 生育期内N、P2O5、K2O 施用比例为 17.6∶10.4∶21.2。

2020年试验设置3个水肥处理， 各处理水肥方案见表1。处理T2 与处理T3 各生育时期灌溉水量与施肥量分别为处理T1 的60%与40%。每个试验处理设置3 次重复， 共9个小区， 单个小区面积9.8 m×10.8 m，9个试验小区位置随机布置排列。 灌溉方式均为滴灌，垄间距90 cm，株距20 cm，每垄播种一行，每亩约3 705 株。 选用滴灌带的滴头间距30 cm，滴灌带流量3.0 L/h，壁厚0.18 mm，工作压力0.1 MPa，“单垄单带”布置。

表1 马铃薯不同水肥组合试验

1.4 测试项目

土壤含水率：全生育期利用TRIME 管式TDR 测定0~80 cm 土层范围内的含水率， 降雨前后及灌溉前后必测。

灌溉水量：记录各个试验小区的灌溉水量、灌水时间。

施肥量：记录追肥的种类、施用量、施用时间和施用方法。

生理数据：随机选定长势中等、具有典型代表性的植株作为测试对象，跟踪测量株高、叶面积。

气象数据：由试验区所安装的气象站测得，主要包括平均风速（km/d）、最高及最低温度（℃）、平均相对湿度（%）、日照时数（h）及降雨量（mm）等。

产量： 收获时对试验小区内的马铃薯根据块茎质量进行分类，分别统计计算单位面积产量。

营养品质检测项目： 维生素C 含量 （钼蓝比色法）[11]、蛋白质含量（凯氏定氮法）[12]、淀粉含量（酶水解法）[13]。

1.5 数据处理

采用Microsoft Excel 2007 软件进行数据统计并制作图表， 采用DPS 7.05 数据处理系统进行方差分析等。

2 结果与分析

2.1 耗水规律

国内有关马铃薯滴灌条件下水肥一体化技术研究、水肥耦合技术研究、需水规律研究、水分生产研究的结论，大多反映在不同栽培模式下增产、水分生产率提高上。 将本研究结果与王凤新[2]、秦军红[3]等国内学者对露地马铃薯开展的需水规律研究进行了简单对比，结果见表2。

表2 马铃薯相关研究成果对比

对比结果表明，不同地区、不同种植模式、不同品种等条件下马铃薯蒸散量差异较为明显， 本研究区域内马铃薯全生育期蒸散量高于其他区域的试验结果，然而水分利用效率几近相同，反映了冀西北高原地区冷凉特征对于马铃薯蒸散特征的影响。 阶段耗水量模比系数呈现相似特征， 块茎膨大期需水量最大，淀粉积累期需水量最小，苗期耗水特征差异同样反映了不同地区的气候条件影响。

2.2 产量及水分利用效率

不同水肥组合马铃薯的水分利用效率见表3。在试验水肥量范围内水分利用效率与产量呈正相关关系。 另外，连续2年的试验结果表明，马铃薯最大水分利用效率约 116 kg/（hm2·mm）。 此处仅以 2020年试验结果为例进行分析讨论。

表3 不同水肥组合马铃薯的水分利用效率

T1、T2、T3 全生育期灌溉水量分别为 111 mm、85 mm、73 mm，对比 T1 与 T2 处理，随着灌溉水量的增加，马铃薯蒸腾蒸发量增大，同时产量提高，水分生产率的提高微乎其微； 同样地， 对比T3 与T2 处理，马铃薯蒸发量的增量反而小于灌溉水量的增量，从而引起水分生产率4%的增幅。2020年雨季降水集中、连续，气候较为异常，由此引起了对于蒸发蒸腾的影响，并导致产量未达到预期。

2.3 不同水肥条件对马铃薯品质的影响

马铃薯的营养成分主要是淀粉、蛋白质、维生素和矿物质， 它们是组成马铃薯块茎干物质的主要成分，也是评价马铃薯品质的重要指标。 淀粉是马铃薯最主要的营养成分，马铃薯淀粉主要是支链淀粉，是人类及家畜重要的能量食物。 马铃薯蛋白质含量比淀粉含量低得多，但是马铃薯块茎蛋白质（马铃薯球蛋白）具有较高的生物学价值，马铃薯球蛋白含有丰富的氨基酸， 包括人体和动物不能自己合成只能依靠食物摄取的8种必需氨基酸， 其中C 反应蛋白对于提高人体免疫力具有重要作用， 能够有效降低人体患心血管疾病的风险。 马铃薯的营养价值还表现在维生素含量丰富，尤其维生素C，研究表明，过量的氮肥和钾肥能够降低维生素C 的含量， 适当增施磷肥，能够提高维生素C 的含量。

2.3.1 不同水肥条件对马铃薯淀粉含量的影响2019年不同水肥条件对马铃薯淀粉含量的影响见图1。 在施肥量相同条件下，淀粉含量均随灌溉定额的增大先升高后降低，在高肥（F1）与中肥（F2）条件下，不同灌溉定额马铃薯淀粉含量差异极显著，在低肥（F3）条件下，尽管呈现相同趋势，但不同水处理间差异不显著。 另外，在灌溉定额相同条件下，淀粉含量也几乎呈现随施肥量的增大先升高后降低的规律，高水（W1）条件下，不同施肥处理间淀粉含量差异不显著，中水（W2）与低水（W3）条件下，高肥（F1）与中肥（F2）淀粉含量均与低肥（F3）淀粉含量差异极显著。 方差分析结果表明，水因素、肥因素、水肥交互作用对于马铃薯淀粉含量有极显著的影响（P水＜0.01，P肥＜0.01，P水×肥＜0.01）。

图1 不同水肥条件对马铃薯淀粉含量的影响（2019年）

2.3.2 不同水肥条件对马铃薯维生素C 含量的影响2019年不同水肥条件对马铃薯维生素C 含量的影响见图2。 在施肥量相同条件下，维生素C 含量均随灌溉定额的增大先升高后降低，在中肥（F2）条件下，不同灌溉定额马铃薯淀粉含量差异极显著， 在高肥（F1）与低肥（F3）条件下，呈现相同趋势，其中高水（W1）与中水（W2）差异极显著。 另外，在灌溉定额相同条件下， 维生素含量几乎呈现随施肥量的增大而降低的规律，高水（W1）条件下，高肥（F1）与中肥（F2）维生素 C 含量差异极显著；中水（W2）条件下，高肥（F1）与中肥（F2）维生素 C 含量差异极显著；低水（W3）条件下，中肥（F2）与低肥（F3）维生素 C 含量差异极显著。 方差分析结果表明， 水、 肥、 水肥交互对于马铃薯维生素C 含量有极显著的影响 （P水＜0.01，P肥＜0.01，P水×肥＜0.01）。

图2 不同水肥条件对马铃薯维生素C 含量的影响（2019年）

2.3.3 不同水肥条件对马铃薯蛋白质含量的影响2019年不同水肥条件对马铃薯验蛋白质含量的影响见图3。基本呈现出随着施肥量的增大马铃薯蛋白质含量先升高后降低的规律，但是在高肥（F1）与中肥（F2）条件下，蛋白质含量差异不显著，低肥（F3）条件下蛋白质含量差异极显著， 且随着灌溉定额的减少而升高。 方差分析结果表明，水、肥、水肥交互对于马铃薯蛋白质含量有极显著的影响 （P水＜0.01，P肥＜0.01，P水×肥＜0.01）。

图3 不同水肥条件对马铃薯蛋白质含量的影响（2019年）

2.3.4 水肥效应 综上分析，水、肥、水肥交互作用均对马铃薯3 项品质指标有极显著影响。 2020年马铃薯品质3 项指标的检测结果（图4）表明，不同水肥条件下， 马铃薯维生素C 含量随水肥量的增大有下降趋势；淀粉含量随水肥量的增大先升高后降低；蛋白质含量随着水肥量增加先升高后降低， 但是差异并不明显。 基本与2019年试验结论一致。

图4 不同水肥水平马铃薯品质检测结果（2020年）

分析连续2年的试验结果，在试验设计范围内水肥量的增加有利于提高马铃薯产量，但是会导致马铃薯品质下降。 在减产10%~13%的条件下，可以节水节肥20%~40%， 同时保证每100 g 马铃薯维生素C和淀粉含量分别达到22.0~24.0 mg 和13.4~15.8 g。因此，在研究区域内，在正常降水年份（平水年）内，在兼顾马铃薯产量并保证品质的前提下， 建议施肥量为每生产1 000 kg 块茎，施入纯N 3.2~4.0 kg、K2O 4.0~8.0 kg、P2O51~3 kg。 研究表明，马铃薯对磷肥吸收缓慢，可以作为底肥一次性施入。

3 结论

本研究在马铃薯不同生育时期需水规律的基础上， 通过2019年和2020年连续2年不同水肥组合试验，对水、肥及水肥交互对马铃薯品质的影响进行了研究分析，主要得出以下结论。

（1）研究区域马铃薯全生育时期需水量为386 mm左右，块茎形成期与块茎膨大期需水量最大，块茎膨大期模比系数为35%~42%；在试验水肥量范围内水分生产率与产量呈正相关关系，且产量随水肥量增大而增大，马铃薯最大水分利用效率约116 kg/（hm2·mm）。与国内相关研究结论对比表明，不同地区、不同种植模式、 不同品种等条件下马铃薯蒸散量差异较为明显， 本研究研究区域马铃薯全生育期蒸散量高于其他区域的试验结果，然而水分利用效率几近相同，反映了冀西北高原地区冷凉特征对于马铃薯蒸散特征的影响。 阶段耗水量模比系数呈现相似特征，块茎膨大期需水量最大，淀粉积累期需水量最小， 苗期耗水特征差异同样反映了不同地区的气候条件影响。

（2）水、肥、水肥交互作用均对马铃薯3 项品质指标有极显著影响，不同水肥条件下，马铃薯维生素C 含量随水肥量的增大有下降趋势；淀粉含量随水肥量的增大先升高后降低； 蛋白质含量随着水肥量增加先升高后降低，但是差异并不明显。 在试验设计范围内水肥量的增加有利于提高马铃薯产量， 但是会导致马铃薯品质下降。

（3）在研究区域正常降水年份（平水年）内，在兼顾马铃薯产量并保证品质的前提下， 建议灌溉定额为150 mm 左右， 施肥量为每生产1 000 kg 块茎，施入纯 N 3.2~4.0 kg、K2O 4.0~8.0 kg、P2O51~3 kg。