水肥菌一体化对马铃薯品质及水肥利用效率的影响

石学萍 杜迎辉 郑成海 章孜亮 王久恩 檀海斌

摘要 ［目的］减少化肥使用量，提高马铃薯水肥利用效率。［方法］以河北坝上高寒地区马铃薯为研究对象，设 4 个滴灌水肥菌一体化处理与当地常规滴灌施肥为对照，研究水肥菌一体化处理对马铃薯水分利用效率、氮、磷、钾肥偏生产力和品质指标的影响。［结果］水肥菌一体化T3处理比CK灌溉水减少16.67%，水分利用效率提高20.06%；化肥施用总量减少11.90%，氮、磷、钾肥偏生产力分别提高了32.17%、8.91%、42.00%，均比CK显著提升。粗淀粉、还原糖、干物质含量，水肥菌一体化T3处理与CK相比未降低。［结论］水肥菌一体化协同作用，减少化肥使用量提高水肥利用率且不减少产量，为马铃薯产业绿色持续发展提供了新途径。

关键词 马铃薯；水肥菌一体化；水分利用效率；肥料偏生产力；品质

中图分类号 S 275  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2023）23-0125-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.23.029

Effects of  Integration  of Water， Fertilizer and Bacteria on Quality and Water and Fertilizer Utilization Efficiency of Potato

SHI Xue-ping1，2，DU Ying-hui3，ZHENG Cheng-hai1，2 et al

（1.Semi-arid Agriculture Engineering & Technology Research Center of China， Shijiazhuang，Hebei 050051;2.Hebei Sci.-Tech.Innovation and Service Center，Shijiazhuang，Hebei 050051;3.Qinhuangdao Leading Bio-agriculture Co.，Ltd.，Qinhuangdao，Hebei 066001）

Abstract ［Objective］ To reduce the use of chemical fertilizer and improve the water and fertilizer utilization efficiency of potato.［Method］In the study， the potato in Bashang alpine region of Hebei Province was taken as the research object， and four integrated treatments of drip irrigation， water， fertilizer and bacteria were set as the control， to study the effects of integrated treatment of water， fertilizer and bacteria on water use efficiency， N， P， K fertilizer partial productivity and quality indexes of potato.［Result］Water， fertilizer and bacteria integrated T3 decreased 16.67% water and increased water use efficiency by 20.06% compared with CK irrigation.The total amount of fertilizer application decreased by 11.90%， and the partial productivity of N， P and K increased by 32.17%， 8.91% and 42.00%， respectively， which were significantly higher than CK. Quality index of T3 was not lower than CK.［Conclusion］The integrated synergism of water， fertilizer and bacteria can reduce the use of chemical fertilizer， improve the utilization rate of water and fertilizer without reducing the output， and provide a new way to ensure the green and sustainable development of potato industry.

Key words Potato;Integration of water，fertilizer and bacteria;Water utilization efficiency;Partial productivity of fertilizer;Quality

基金项目 河北省科技重大专项（20282902Z）。

作者简介 石学萍（1979—），女，河北乐亭人，正高级农艺师，硕士，从事作物节水技术及水肥高效资源利用研究。*通信作者，研究员，从事农业工程节水及水肥一体化技术研究。

收稿日期 2022-11-10

马铃薯是粮经饲兼用作物，适应范围广、营养丰富，被列为我国第四大主粮作物和新一轮种植结构调整特别是“镰刀弯”地区玉米理想替代作物之一。据联合国粮农组织（FAO）统计，2020年我國马铃薯种植面积466.67万hm2，面积和产量均居世界首位。2018年我国马铃薯单产为18.76 t/hm2［1］，单产远不及欧美发达国家。为提高单产，种植者普遍采用“大肥大水”的做法，不仅降低了水肥效率，破坏了生态环境，更易引发耕地质量恶化等问题。滴灌水肥一体化灌溉方式通过减少土壤蒸发和避免深层渗漏，防止水分和养分流失，创造有利于作物生长的土壤水分条件，使马铃薯更加直接有效地利用水肥，提高产量和水肥利用效率［2-3］。在水肥一体化基础上滴灌追施生物菌肥，通过菌肥固氮、溶磷、解钾功能［4］，促进马铃薯植株的养分吸收，水肥菌协同作用减少化肥使用量提高水肥利用率且不减少产量，为保障马铃薯产业绿色持续发展提供了新途径。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地点为河北久恩公司黄盖淖林源基地（115°26′23″E，41°56′63″N），海拔1 406 m左右，多年平均降水量426 mm，多年平均气温为1.6 ℃，无霜期117 d。2021年全年降水357.7 mm，5—8月馬铃薯生长季降雨量267.2 mm。试验地土壤为砂质栗钙，耕层土壤有机质含量为6.49 g/kg、碱解氮含量为34.2 mg/kg、速效磷含量为22.2  mg/kg、速效钾含量为147.6 g/kg，pH 8.3。

1.2 试验设计

共设置5个处理，小区面积50 m×60 m，对照处理（CK）为常规施肥。试验小区施入的功能肥料及成分：聚谷氨酸大量元素1号肥（N 170 g/L，P2O5 190 g/L，K2O 140 g/L）；聚谷氨酸大量元素2号肥（N 30 g/L，P2O5 170 g/L，K2O 300 g/L）；海藻有机水溶肥料海葆素；含有荧光假单孢菌微生物菌剂康大地。马铃薯品种为久恩8号，采用起垄单行种植，其他管理措施与当地习惯保持一致。试验所用肥料、各时期追肥和灌水量见表1。聚谷氨酸大量元素水溶肥和菌肥由秦皇岛领先生物农业股份有限公司提供。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 气象参数。

采用东方智感（浙江）科技股份有限公司天圻自动气象站对试验地气温、辐射、相对湿度、降水量、风速、风向等气象参数进行监测。

1.3.2 土壤含水率及耗水量。

在马铃薯播种前和收获后，采用取土烘干法，测量各处理的土壤含水率，取样深度2 m，取样间隔30 cm。使用水量平衡法计算各处理下马铃薯全生育期耗水量，计算公式：

ET=（W1-W2）+P+I+CP-D（1）

式中，ET为耗水量，mm；W1为播种前土壤储水量，mm；W2为收获后土壤储水量，mm；P为全生育期降水量，mm；I为全生育期灌水量，mm；CP为地下水补给量，mm；D为深层渗漏量，mm。由于试验地区地下水埋深大于15 m，同时单次灌溉或降水量较少，因此计算中忽略CP和D。

1.3.3 肥料偏生产力。计算公式：

PFP=Y/F（2）

式中，PFP为肥料偏生产力， kg/kg；Y为作物产量，kg/hm2；F为化肥纯养分（N/P2O5/K2O）的投入量，kg/hm2。

1.3.4 马铃薯产量。收获时分区实收测产。

1.4 数据处理 试验数据用Microsoft Office Excel 2010和SPSS 17.0软件进行分析。

2 结果与分析

2.1 不同水肥处理对马铃薯水分利用效率的影响

从表2可以看出，水肥菌一体化处理的各试验小区处理水分利用效率均显著大于对照CK。同等施肥下T1、T3处理比较，灌水量150 mm的处理T3水分利用效率为214.36 kg/（hm2·mm），灌水量180 mm的处理T1水分利用效率为198.88 kg/（hm2·mm），T3比T1水分利用效率高7.78%，水分利用率显著增加；同等施肥条件下T2、T4处理，灌水量120 mm的处理T4水分利用效率为211.10 kg/（hm2·mm），灌水量180 mm的处理T2水分利用效率为194.17 kg/（hm2·mm），T4比T2水分利用效率高8.72%，水分利用效率显著增加。综上可知，在一定的灌水范围内减少灌水总量有利于水分利用效率的提高。

T1、T2处理在相同灌水条件下，T1处理水分利用效率为198.88 kg/（hm2·mm），T2水分利用效率为194.17 kg/（hm2·mm），施肥量大的T1处理比T2处理水分利用效率高2.43%，增加不显著。由此可知，T3水分利用效率最大，为214.36 kg/（hm2·mm），灌水量比对照减少16.67%，水分利用效率比CK高20.06%，水分利用效率显著增加。

2.2 不同水肥处理对马铃薯氮磷钾偏生产力的影响

由表3可知，水肥菌一体化处理的各试验小区处理氮磷钾肥料偏生产力均显著大于对照CK。同等施肥下T1、T3处理比较，灌水量150 mm的处理T3氮磷钾肥料偏生产力分别为239.14、177.67、192.48 kg/kg，灌水180 mm的处理T1氮磷钾肥料偏生产力分别为235.81、175.20、189.80 kg/kg，T3比T1氮磷钾肥料偏生产力高均为1.41%，增加幅度不显著；同等施肥条件下T2、T4处理，灌水180 mm的T2处理氮磷钾肥料偏生产力分别为268.68、184.35、204.51 kg/kg，灌水120 mm的处理T4氮磷钾肥料偏生产力分别为252.96、173.56、192.54 kg/kg，T2比T4氮磷钾肥料偏生产力均提高6.22%，磷、钾肥偏生产力灌水量大的增加幅度显著。

T1、T2处理在相同灌水条件下，施肥量减少的T2处理氮磷钾肥料偏生产力比T1处理分别增加13.94%、5.22%、7.75%，T2氮磷钾肥料偏生产力显著高于T1处理。T2氮磷钾肥料偏生产力最大，显著高于CK，比对照CK氮磷钾肥料偏生产力分别高出48.49%、13.01%、50.87%。产量和水分利用效率最高的T3处理与CK相比，总的肥料施用减少了11.90%，氮磷钾偏生产力分别提高了32.17%、8.91%、42.00%，均比对照显著提升。

2.3 不同水肥处理对马铃薯品质的影响

粗淀粉、还原糖和干物质为马铃薯品质的3种主要指标。从表4可以看出，不同处理马铃薯块茎中粗淀粉含量为T3>T1>T2>CK>T4，但各处理间差异均不显著。从相同灌水量的T1、T2比较，减少施肥用量的T2处理粗淀粉含量变化不大；相同施肥量的T1、T3比较，减少灌水粗淀粉含量有所增加，增幅不显著。

不同处理马铃薯块茎中还原糖含量为T4>T3>T1>CK=T2，T4处理还原糖含量显著高于其他处理，相同施肥量的T1、T3比较，减少灌水T3还原糖含量高于T1，说明还原糖形成受灌水量影响，灌水量越小，越有利于还原糖的形成。相同灌溉量的T1與T2比较，施肥量高的T1处理高于T2处理，但差异不显著。

不同处理马铃薯块茎中干物质含量为T3>CK>T1>T4>T2，T3处理还原糖显著高于其他处理，相同施肥量的T1、T3比较，减少灌水T3处理还原糖含量高于T1，说明还原糖形成受灌水量影响，灌水量越小，越有利于还原糖的形成。相同灌溉量的T1与T2比较，施肥量高的T1处理高于T2处理，但差异不显著。

对比各处理，T3处理粗淀粉、还原糖、干物质含量均较高。与CK比较在减少灌水16.33%、化肥减少11.90%，品质未降低。

3 讨论与结论

3.1 水肥菌协同作用对马铃薯水肥利用率的影响

水肥耦合不协调肥料施用量过高、肥料浪费的现象在许多地区依然普遍存在，这也是水肥利用低的原因之一。水肥用量不是越大越好，而是各互相作用达到最佳用量，合理的水肥制度不但能提升水肥利用效率，还能促进作物产量品质提升［5］。梁锦秀等［6］研究表明，增施氮、磷、钾肥马铃薯产量均呈抛物线型增长，施用氮、磷、钾肥能显著提高马铃薯水分利用效率。肖石江等［7-8］研究认为合理的水氮作用可以促进马铃薯产量形成和水肥资源高效利用。该研究表明，水肥菌一体化协同作用比常规管理灌水减少16.67%水，水分利用效率提高20.06%；化肥施用总量减少11.90%，氮、磷、钾偏生产力分别比常规管理提高32.17%、8.91%、42.00%。

江俊燕等［9］研究认为不同灌水量对马铃薯单株块茎数、单株块茎重、平均产量均有显著影响，基本随灌水量的增加而增加，这与该研究结果不一致，原因可能与该试验马铃薯生长期间降雨总量达267  mm，高于当地历史同期 140  mm［10］ 的平均降雨量，导致马铃薯生长期间的水分相对充足有关，灌水量减少对马铃薯产量和水分利用效率影响不显著。

3.2 水肥菌协同作用对马铃薯品质的影响

微生物菌肥可以提高作物产量和改善作物品质在玉米［11］、小麦［12］、白菜［13］、甘薯［14］等作物上的已有报道，钱彩霞等［15］研究表明生物菌肥代替部分化肥能够有效提升马铃薯品质、产量及种植经济效益，认为生物菌肥代替 20% 化肥为较佳施肥模式。该研究将化肥、生物菌肥随灌溉水一体化施入，在灌水减少16.33%、化肥减少11.90%时，与常规滴灌比较粗淀粉、还原糖、干物质含量均无显著差异，品质没有降低。

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