緩釋復(fù)混肥料對馬鈴薯產(chǎn)量、土壤硝態(tài)氮含量及氮肥利用率的影響

張 洋，盛海彥，張 榮，胥婷婷，年廣蘭，田 豐，王春雨，李松齡

(1.青海大學(xué)農(nóng)林科學(xué)院，青海 西寧 810016；2.青海大學(xué)農(nóng)牧學(xué)院，青海 西寧 810013；3.湟中縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，青海 西寧 810019)

青海省地處青藏高原，氣候溫涼，日照充足，晝夜溫差大，雨熱同季，土壤疏松、透氣性良好，非常適合高產(chǎn)、高效種植馬鈴薯作物，是當(dāng)?shù)剞r(nóng)民賴以生存的傳統(tǒng)農(nóng)作物[1]。該地區(qū)馬鈴薯品質(zhì)高于國內(nèi)其它區(qū)域，平均產(chǎn)量高出全國7.5 t·hm-2，是全國馬鈴薯高產(chǎn)地區(qū)之一。

該地區(qū)馬鈴薯種植采用全膜覆蓋壟作栽培技術(shù)，年種植面積達(dá)到86.7萬hm2。馬鈴薯春覆膜前肥料一次性施用，春季地膜覆蓋后土壤溫度上升，降雨使土壤水分含量較高，為土壤微生物生存創(chuàng)造了條件[2-5]。種植馬鈴薯后，在馬鈴薯生長中氮素供應(yīng)不足，且覆膜后無法追肥常造成馬鈴薯生長中后期脫肥早衰，直接影響馬鈴薯的生長而造成減產(chǎn)等問題[6-7]。為了獲得高產(chǎn)，農(nóng)民只能通過提高肥料用量來達(dá)到這一目標(biāo)，肥料用量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了世界先進(jìn)國家水平，但是肥料利用率卻很低[8]。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試作物馬鈴薯，品種為“青薯9號”，由青海省農(nóng)林科學(xué)院生物中心提供。

1.2 試驗地基本情況

試驗地點(diǎn)位于青海省湟中縣李家山鎮(zhèn)大路村，土壤類型為沙壤土，海拔2 674 m,全年日照時數(shù)長達(dá)2 400～2 500 h，無霜期130～140 d。從2016年4月25日至10月25日，試驗基地累計蒸發(fā)量和累計降雨量分別為810 mm和420 mm。0～100 cm不同土層土壤容重分別為1.30 g·cm-3(0～20 cm)、1.32 g·cm-3(20～40 cm)、1.33 g·cm-3(40～60 cm)、1.35 g·cm-3(60～80 cm)和1.34 g·cm-3(80～100 cm)。試驗地基本理化性狀見表1。

1.3 試驗方法

試驗共設(shè)8個處理，分別為(1)農(nóng)民習(xí)慣施肥(NXG)；(2)馬鈴薯專用肥(MZY)；(3)緩釋復(fù)混肥(HN50)；(4)緩釋復(fù)混肥(HN70)；(5)緩釋復(fù)混肥(RZ30)；(6)緩釋復(fù)混肥(RZ50)；(7)緩釋復(fù)混肥(HN70)；(8)空白對照(CK)。施肥方案見表2。

表1 試驗地基本理化性狀

全部肥料作為底肥，一次性鋪膜基施。試驗采用隨機(jī)區(qū)組排列，每處理重復(fù)四次，共32個小區(qū)。

肥料品種：尿素(N 46%)；磷酸二銨(N 18%，P2O546%)；硫酸鉀(K2O 50%)。馬鈴薯專用肥(MZY)(16-14-10)，由青海省海寧肥料廠提供；緩釋復(fù)混肥HN50和HN70(16-14-10，其中脲甲醛緩釋N量為4.2)，控釋尿素的釋放期為90 d，由青海省湟中縣海寧合資化肥廠提供；緩釋復(fù)混肥RZ30、RZ50和RZ70(16-14-10，其中脲甲醛緩釋N量為2.9)，控釋尿素的釋放期為60 d，由青海榮澤肥料廠提供。

小區(qū)面積5×5=25(m2)，膜寬1.0 m，壟高25 cm，壟寬80 cm，株距40 cm，播種深度8～10 cm。保苗密度為49 500株·hm-2。2016年4月20日人工種植,10月30日收獲。

1.4 測定項目及方法

收獲后小區(qū)單收。利用常規(guī)分析方法[21]測定土壤pH 值、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷、速效鉀、全氮、全磷、全鉀和土壤容重。土壤硝態(tài)氮含量的測定:分別在播期(4月20日)、苗期(5月28日)、團(tuán)棵期(6月22日)、開花期(7月27日)、結(jié)薯期(9月5日)和成熟期(10月25日)，取土壤0～20，20～40，40～60，60～80，80～100 cm土壤，用2 mol·L-1KCl 浸提，流動注射分析儀測定土壤硝態(tài)氮含量。土壤硝態(tài)氮積累量(kg·hm-2)=土層厚度(cm)×土壤容重(g·cm-3)×土壤硝態(tài)氮含量(mg·kg-1)/10；氮素吸收利用率(NUE)=(施氮區(qū)作物吸氮量-對照區(qū)作物吸氮量)/施氮量×100%。

數(shù)據(jù)用EXCEL和SPSS 16.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析。

表2 不同處理施肥方案

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對馬鈴薯產(chǎn)量的影響

由圖1中可以看出，RZ70處理下馬鈴薯產(chǎn)量均高于其它處理。RZ70處理下，馬鈴薯產(chǎn)量達(dá)到最高，為47 240 kg·hm-2； CK處理下，馬鈴薯產(chǎn)量最低，為35 025 kg·hm-2。RZ70處理下，馬鈴薯產(chǎn)量較NXG處理增產(chǎn)2 175 kg·hm-2，增產(chǎn)率為4.83%；較MZY處理增產(chǎn)5 085 kg·hm-2，增產(chǎn)率為12.06%；較CK處理增產(chǎn)12 215 kg·hm-2，增產(chǎn)率為34.88%。比較緩釋肥的效果，除了RZ30處理外，RZ50和RZ70馬鈴薯的產(chǎn)量高于HN50和HN70。

2.2 不同處理下馬鈴薯生育期土壤硝態(tài)氮含量的動態(tài)變化

圖2為不同處理下馬鈴薯整個生育期0～100 cm土層硝態(tài)氮含量變化。從圖中可以看出，0～20 cm、20～40 cm和40～60 cm土層，馬鈴薯從苗期到收獲期硝態(tài)氮含量不斷降低。說明，隨著馬鈴薯的發(fā)育吸收，土壤中硝態(tài)氮處于不斷消耗的過程。而60～80 cm和80～100 cm土層馬鈴薯從苗期到收獲期硝態(tài)氮含量不斷升高，這主要是因為馬鈴薯的根系主要集中在0～60 cm土層，馬鈴薯根系無法吸收60～80 cm和80～100 cm土壤中的硝態(tài)氮，在加上降雨促使土壤硝態(tài)氮的淋溶，促使土壤硝態(tài)氮向土壤深層累積。

圖1 不同處理對馬鈴薯產(chǎn)量的影響Fig.1 Effects of different fertilization treatmentson potato yield

由圖2分析還可以知道，不同處理下0～20，20～40，40～60，60～80，80～100 cm土層硝態(tài)氮含量的變化規(guī)律可以看出，不同處理下各土層土壤硝態(tài)氮含量在馬鈴薯不同生育時期的變化趨勢不同?？偟膩碚f，不同處理下0～20，20～40，40～60，60～80 cm和80～100 cm土層馬鈴薯整個生育期硝態(tài)氮含量的大小順序為：NXG、MZY>HN50、HN70>RZ50、RZ30>RZ70>CK。各處理在0-100 cm土層土壤硝態(tài)氮含量均高于空白對照(CK)處理，說明施肥增加了硝態(tài)氮在各土層中的累積，增加了向下層土壤污染的風(fēng)險。除了空白對照(CK)處理以外，NXG和MZY顯著提高了硝態(tài)氮在各土層中的累積，說明不合理的施肥增加了環(huán)境污染的風(fēng)險。緩釋復(fù)混肥處理均能降低硝態(tài)氮在各土層中的累積，從而降低環(huán)境污染的風(fēng)險。就不同緩釋復(fù)混肥而言，HN50和HN70緩釋復(fù)混肥處理各土層土壤硝態(tài)氮含量大于RZ50、RZ30、RZ70緩釋復(fù)混肥處理。在所有緩釋復(fù)混肥中，各土層均以RZ70緩釋復(fù)混肥土壤硝態(tài)氮的含量最低。

圖2 馬鈴薯不同生育期0～100 cm土層硝態(tài)氮含量 content in 0～100 cm soil layers under different growth stage of potato

2.3 同一處理下馬鈴薯生育期土壤硝態(tài)氮含量的動態(tài)變化

硝態(tài)氮在土壤剖面中的含量及其空間分布特征是表征硝態(tài)氮淋失風(fēng)險的重要指標(biāo)。因此，為分析硝態(tài)氮在土壤剖面中的動態(tài)運(yùn)移規(guī)律，研究了同一處理條件下馬鈴薯不同生育期(苗期、團(tuán)棵期、開花期、結(jié)薯期和成熟期)0～100 cm各土層硝態(tài)氮含量的變化。由圖3中可以看出，空白對照(CK)處理下，馬鈴薯整個生育期0～100 cm各土層硝態(tài)氮含量均低于其它處理。

圖3 馬鈴薯同一處理0～100 cm土層硝態(tài)氮含量 content in 0～100 cm soil layers under same treatment of potato

除了空白對照(CK)處理和HN70處理，馬鈴薯整個生育期0～100 cm各土層硝態(tài)氮含量呈先增加后降低的趨勢，硝態(tài)氮含量在團(tuán)棵期出現(xiàn)了一個峰值，且主要集中在20～40 cm土層。比較NXG、MZY和其它緩釋復(fù)混肥處理，可以發(fā)現(xiàn)在苗期和團(tuán)棵期，NXG和MZY處理下的土壤硝態(tài)氮含量明顯高于緩釋復(fù)混肥處理，同樣集中在20～40 cm土層。

分析同一處理下0～100 cm各土層的硝態(tài)氮變化可知，0～20，20～40，40～60，60～80 cm和80～100 cm土層RZ70緩釋復(fù)混肥處理下土壤硝態(tài)氮含量均低于其它處理，說明RZ70緩釋復(fù)混肥處理降低了淋溶進(jìn)入地下水造成硝酸鹽污染的風(fēng)險。進(jìn)一步分析，隨著土層深度的增加，土壤硝態(tài)氮含量呈下降趨勢。隨著馬鈴薯的生長發(fā)育，0～100 cm各土層硝態(tài)氮含量差異逐漸減小，至成熟期趨于穩(wěn)定并降至最低。同樣說明，隨著馬鈴薯的生長發(fā)育對土壤中硝態(tài)氮的吸收，土壤中硝態(tài)氮處于不斷消耗的過程。

2.4 不同處理對馬鈴薯不同生育期 0～100 cm 土層硝態(tài)氮累積量的影響

由表3可以看出，不同處理下0～100 cm土層馬鈴薯整個生育期硝態(tài)氮累積量均顯著高于空白對照處理(CK)?？瞻讓φ仗幚硐?，馬鈴薯整個生育期0～100 cm土層硝態(tài)氮累積量呈現(xiàn)波浪式增加的趨勢，由苗期的363.02 kg·hm-2增加到379.68 kg·hm-2，總體變化差異不大。農(nóng)民習(xí)慣施肥(NXG)處理下，馬鈴薯整個生育期0～100 cm土層硝態(tài)氮累積量呈現(xiàn)降低的趨勢，分析原因可能是因為氮肥施用量過高，土壤在苗期硝態(tài)氮累積量過高所致。除了習(xí)慣施肥(NXG)，馬鈴薯由出苗期到團(tuán)棵期0～100 cm土層硝態(tài)氮累積量均呈增加的趨勢，由團(tuán)棵期到開花期、結(jié)薯期和成熟期0～100 cm土層硝態(tài)氮累積量呈逐漸降低的趨勢，且在團(tuán)棵期0～100 cm土層土壤硝態(tài)氮出現(xiàn)一個明顯的累積峰值，與0～100 cm土層硝態(tài)氮含量變化一致，主要是因為團(tuán)棵期是馬鈴薯生長的關(guān)鍵生育期，硝態(tài)氮在團(tuán)棵期大量累積是為馬鈴薯后期的生長提供條件。由表3還可以看出，除了空白對照處理(CK)，RZ70處理下同一生育期0～100 cm土層硝態(tài)氮累積量均低于其它處理。分析原因可能是RZ70緩釋肥與馬鈴薯生育期需肥量相匹配，馬鈴薯對氮肥的吸收量提高，減少了硝態(tài)氮在不同土層的積累。

2.5 不同處理對氮肥利用率的影響

由表4中可以看出，不同處理情況下氮肥利用率差異較大。NXG處理下，氮肥利用率最低，為12.85%；RZ70處理下，氮肥利用率最高，達(dá)到了53.70%。較農(nóng)民習(xí)慣施肥，MZY施肥處理和施用緩釋復(fù)混肥均可以提高肥料的氮素利用率，增幅為3.38%～40.85%；較MZY施肥處理，除了農(nóng)民習(xí)慣施肥(NXG)和HN70施肥處理，施用緩釋復(fù)混肥均可以提高肥料的氮素利用率，增幅為5.01%～33.25%。結(jié)合肥料利用率與土壤0～100 cm硝態(tài)氮累積量，可以看出RZ70處理提高了馬鈴薯對氮肥的利用率，降低了土壤0～100 cm硝態(tài)氮的累積量。

3 結(jié)論與討論

緩釋復(fù)混肥具有養(yǎng)分釋放慢、肥效期長、穩(wěn)定、能不斷地供給作物整個生育期對養(yǎng)分的需求，達(dá)到提高產(chǎn)量，降低氮素的揮發(fā)和淋失等優(yōu)點(diǎn)。周瑞榮等[19]研究發(fā)現(xiàn)，施可豐緩釋氮肥對馬鈴薯有明顯的增產(chǎn)作用，在緩釋氮肥減量20%的情況下仍有5.6%的增產(chǎn)作用。董亮等[22]通過田間試驗研究施用緩釋氮肥對馬鈴薯產(chǎn)量影響，結(jié)果表明緩釋氮肥與習(xí)慣施用普通氮肥處理相比，產(chǎn)量增加8.0%～25.6%，并可以提高馬鈴薯的一級商品率。張佩等[23]研究發(fā)現(xiàn)，施用與常規(guī)施肥等養(yǎng)分量的驊農(nóng)牌馬鈴薯緩釋肥料，產(chǎn)量比常規(guī)施肥區(qū)增加581 kg·hm-2，增產(chǎn)率為30.36%。

表3 馬鈴薯不同生育期 0～100 cm土層硝態(tài)氮的累積量/(kg·hm-2)

注：同一列數(shù)值后的不同小寫字母表示處理間在P<0.05水平差異顯著。

Note: Values followed by different small letters within each column are significant between different treatments atP<0.05 level.

表4 不同處理對馬鈴薯氮肥利用率的影響

趙穎等[24]研究發(fā)現(xiàn)，滴灌+緩釋肥處理的塊莖質(zhì)量分別比常規(guī)灌溉施肥處理平均提高28.68%。本研究也證明了這一點(diǎn)。本研究發(fā)現(xiàn)，RZ70處理下馬鈴薯產(chǎn)量均高于其它處理，為47 240 kg·hm-2；較NXG處理增產(chǎn)2 175 kg·hm-2，增產(chǎn)率為4.83%；較MZY處理增產(chǎn)5 085 kg·hm-2，增產(chǎn)率為12.06%。說明，合理的施用緩釋復(fù)混肥，對馬鈴薯的高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)起到了極大的促進(jìn)作用。

李燕婷等[18]在大田條件下，研究了4種緩釋復(fù)混肥料對玉米產(chǎn)量的影響，結(jié)果表明緩釋復(fù)混肥在降低土壤硝態(tài)氮積累、減輕施肥對地下水污染等具有較大作用。與普通尿素相比，緩釋復(fù)混肥能夠協(xié)調(diào)養(yǎng)分的釋放時間、強(qiáng)度，使其與作物需求吻合，因而使氮素利用率得以大幅度提高。本研究發(fā)現(xiàn)，空白對照(CK)處理下，馬鈴薯整個生育期0～100 cm各土層硝態(tài)氮含量均低于其它處理。除了空白對照(CK)處理和HN70處理，馬鈴薯整個生育期0～100 cm各土層硝態(tài)氮含量呈先增加后降低的趨勢，硝態(tài)氮含量在團(tuán)棵期出現(xiàn)了一個峰值，且主要集中在20～40 cm土層。說明，對馬鈴薯而言，一方面團(tuán)棵期是馬鈴薯生長的關(guān)鍵時期，團(tuán)棵期之后馬鈴薯生長迅速，要求有充足的氮素供應(yīng)；另一方面降雨較多，導(dǎo)致硝態(tài)氮的大量淋洗。因此，必須同時考慮實際供氮能力和馬鈴薯對氮素的需求，合理施用肥料。進(jìn)一步說明，緩釋復(fù)混肥的施用降低了氨揮發(fā)損失，減少了土壤溶液中的硝態(tài)氮濃度，沒有造成下層土壤(40 cm以下)的硝態(tài)氮累積，提高了氮肥利用率。董亮等[22]對馬鈴薯上應(yīng)用控釋尿素進(jìn)行了研究，結(jié)果表明在土壤0～80 cm各土層施用控釋尿素的處理硝態(tài)氮含量均低于普通尿素處理。趙杰等[25]在研究控釋氮肥對土壤硝態(tài)氮含量影響時指出，控釋肥處理較普通尿素處理可以降低玉米耕層土壤硝態(tài)氮含量。本研究也證明了這一點(diǎn)。本研究發(fā)現(xiàn)，不同處理下0～20，20～40，40～60，60～80 cm和80～100 cm土層馬鈴薯整個生育期硝態(tài)氮含量的大小順序為：NXG、MZY>HN50、HN70>RZ50、RZ30>RZ70>CK。說明，緩釋復(fù)混肥處理與速效尿素、習(xí)慣施肥(NXG)和MZY)處理相比，減少了馬鈴薯種植地土壤硝酸鹽在土體中的累積，降低了因施肥而造成的地下水環(huán)境污染，尤其是RZ70處理，降低效果尤為明顯。因此，土壤中殘留的硝態(tài)氮水平較常規(guī)施肥低。前人研究結(jié)果表明，硝態(tài)氮在土壤剖面的不同分布與施肥量和肥料種類有很大的關(guān)系。本研究發(fā)現(xiàn)，馬鈴薯整個生育期土壤硝態(tài)氮的累積量呈現(xiàn)先增后降的趨勢，在團(tuán)棵期出現(xiàn)一個累積峰值，說明硝態(tài)氮在團(tuán)棵期大量累積是與馬鈴薯的需肥規(guī)律相匹配的，此時硝態(tài)氮的大量累積可以為馬鈴薯后期的生長提供足夠的營養(yǎng)。本研究還發(fā)現(xiàn)，RZ70處理下同一生育期硝態(tài)氮累積量均低于其它處理,說明合理的肥料用量與肥料品種，可以提高馬鈴薯對氮肥的吸收利用，減少了硝態(tài)氮在土壤的累積。據(jù)中科院南京土壤所對全國782個田間試驗點(diǎn)調(diào)查，我國氮利用率為28%～41% ,平均為33.7%。趙杰等[25]通過田間試驗研究方法, 研究不同控氮比摻混肥對氮素利用率的影響，結(jié)果表明控氮比52.5%摻混肥提高氮素利用率最高能達(dá)到65.38%。劉飛等[26]通過田間小區(qū)試驗，研究了不同控釋肥處理對馬鈴薯氮素利用率的影響，結(jié)果表明減量控釋肥(80%常規(guī)量)處理的氮素利用率達(dá)到65.02%，與農(nóng)民常規(guī)施肥相比提高了39.91%。本研究發(fā)現(xiàn)，NXG處理下氮肥利用率最低，為12.85%；RZ70處理下氮肥利用率最高，達(dá)到了53.70%。較農(nóng)民習(xí)慣施肥，增幅為3.38%～40.85%；較MZY施肥處理，增幅為5.01%～33.25%。說明，緩控釋尿素能有效控制養(yǎng)分緩慢釋放以滿足作物不同階段對養(yǎng)分的需求，降低了氨揮發(fā)和氮素向土壤深層淋溶，確保了養(yǎng)分的高效利用，提高了氮肥利用率。

綜上所述，施用緩釋復(fù)混肥料RZ70，一方面提高了產(chǎn)量，另一方面減少土壤硝態(tài)氮向深層土壤的淋洗，提高了肥料利用率，降低了由于不合理施肥而導(dǎo)致的地下水的污染風(fēng)險，對于普通化肥來講，緩釋復(fù)混肥料是環(huán)境友好型肥料，應(yīng)大力推廣。本文僅為一年的試驗結(jié)果，有待在不同肥力基礎(chǔ)的土壤上進(jìn)一步驗證。

致謝：感謝青海省湟中縣海寧合資化肥廠、青海榮澤農(nóng)業(yè)生物科技有限責(zé)任公司和湟中縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心對本研究實施過程中的大力支持。