氮磷鉀肥配施對(duì)全膜覆蓋馬鈴薯肥料利用率及產(chǎn)量的影響

郭 恒， 賈 豪， 王 艦

(青海省農(nóng)林科學(xué)院，青海西寧 810016)

馬鈴薯是我國第四大糧食作物，僅次于水稻、小麥、玉米[1]。據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，我國是馬鈴薯生產(chǎn)第一大國，栽培歷史悠久，種植面積和產(chǎn)量均居世界第一位，但我國不是馬鈴薯生產(chǎn)強(qiáng)國，單產(chǎn)只有世界平均水平的83%[2-4]。青海省的馬鈴薯主要種植于東部農(nóng)業(yè)區(qū)，馬鈴薯作為當(dāng)?shù)丶Z菜兼用型作物，又是抗災(zāi)避災(zāi)作物，種植面積為 9萬hm2，馬鈴薯現(xiàn)已成為農(nóng)業(yè)區(qū)農(nóng)民增收和發(fā)展農(nóng)村經(jīng)濟(jì)作物的特色產(chǎn)業(yè)[5-6]。就提高產(chǎn)量而言，青海省馬鈴薯產(chǎn)量在全國馬鈴薯生產(chǎn)省份不是最高。所以不論是全國還是青海省，提高單產(chǎn)是馬鈴薯生產(chǎn)中的主攻方向和值得研究的關(guān)鍵問題。

施肥是提高馬鈴薯產(chǎn)量的最有效途徑之一[7-8]。然而要做到合理施肥，就必須掌握馬鈴薯養(yǎng)分吸收累積規(guī)律。相關(guān)資料顯示，我國在馬鈴薯氮、磷、鉀養(yǎng)分吸收、運(yùn)轉(zhuǎn)、體內(nèi)分布規(guī)律等方面的研究還十分滯后，有些施肥參數(shù)還沿用上世紀(jì)70年代的數(shù)據(jù)資料，缺乏系統(tǒng)性研究[9-11]。一是馬鈴薯品種不同、生產(chǎn)區(qū)域的土壤地力不同，研究者所得到的結(jié)果不同，二是每形成1 t馬鈴薯塊莖所需的氮磷鉀比例不一致，不同研究者的結(jié)果差異比較大，特別是磷鉀素的差異[12-15]。青海省現(xiàn)在缺乏這方面的研究資料，影響當(dāng)?shù)剞r(nóng)民施肥，造成盲目施肥現(xiàn)象嚴(yán)重。例如農(nóng)戶偏好施用氮肥，磷肥施肥量過低，鉀肥幾乎不施用，造成施肥極不平衡而降低肥料利用率[16-19]。目前，國內(nèi)外從農(nóng)學(xué)角度，應(yīng)用肥料表觀利用率(也稱肥料養(yǎng)分回收利用率、肥料吸收利用率)、肥料偏生產(chǎn)力、肥料農(nóng)學(xué)利用率及肥料生理利用率等重要參數(shù)分析和評(píng)價(jià)了在不同作物上的肥料利用效率，目前國內(nèi)應(yīng)用以上指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)的主要有小麥、玉米、冬油菜、水稻，而馬鈴薯注重不同栽培模式及新品種的選育，在馬鈴薯肥料利用率方面報(bào)道很少[20]，這些肥料利用效率定量評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)于準(zhǔn)確分析不同作物對(duì)肥料的響應(yīng)程度和指導(dǎo)施肥具有重要意義[21-22]。所以針對(duì)青海省灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)湟中縣主栽品種青薯2號(hào)，開展馬鈴薯氮、磷、鉀養(yǎng)分吸收積累的研究，對(duì)于確定馬鈴薯合理施肥技術(shù)，提高單產(chǎn)和肥料養(yǎng)分利用效率等方面具有十分重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地基本情況

試驗(yàn)于2016年4—9月在青海省湟中縣李家山鎮(zhèn)下坪村進(jìn)行，該地區(qū)屬灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)，海拔2 300 m，年平均溫度 5.8 ℃，年降水量400～500 mm，主產(chǎn)作物為馬鈴薯、油菜及蠶豆等。

試驗(yàn)地前茬種植作物為小麥，全膜覆蓋馬鈴薯于2016年4月29日播種，9月23日收獲，供試馬鈴薯品種為青薯2號(hào)，播種前土壤養(yǎng)分測定結(jié)果見表1。

試驗(yàn)地土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮及速效磷含量較高，綜合分析該農(nóng)田養(yǎng)分屬中等肥力，能夠代表當(dāng)?shù)剞r(nóng)田養(yǎng)分狀況和生產(chǎn)力水平。

表1 試驗(yàn)地土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)計(jì)采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，共設(shè)5個(gè)處理，4次重復(fù)，小區(qū)面積4.4 m×5 m，每小區(qū)種4壟，每壟種2行，按照“品”字形種植，密度為4.5萬株/hm2。供試肥料普通尿素(含N 46%，寧夏銀川市化肥廠生產(chǎn))；過磷酸鈣(含P2O512%，云南省安寧華亞磷肥廠生產(chǎn))；硫酸鉀(含K2O 40%，青海鉀肥公司生產(chǎn))；供試馬鈴薯品種為“青薯2號(hào)”，由青海省農(nóng)林科學(xué)院選育。試驗(yàn)處理及肥料用量見表2。種植方法按照全膜覆蓋馬鈴薯栽培技術(shù)規(guī)范進(jìn)行。肥料按照試驗(yàn)要求混合均勻后一次性基施，按照小區(qū)用量施入肥料，人工起壟播種。

表2 試驗(yàn)處理及施肥量

1.3 樣品采集及測定

馬鈴薯收獲期按照小區(qū)進(jìn)行測產(chǎn)，測產(chǎn)后，每小區(qū)取長勢均一的植株10株，4個(gè)重復(fù)，每個(gè)處理共計(jì)40株，分植株的根莖、葉、塊莖進(jìn)行樣品制備。

植株氮、磷、鉀含量的測定經(jīng)70 ℃烘干的植株樣品，用磨樣機(jī)粉碎，全部通過1 mm篩，分別測定地下根系、莖稈、葉片和塊莖的氮、磷、鉀含量，樣品經(jīng)H2SO4-H2O2消煮后，半微量凱氏定氮法測定全氮含量，釩鉬黃比色法測定全磷含量，火焰光度計(jì)法測定全鉀含量，植株養(yǎng)分累積吸收量的計(jì)算：氮、磷、鉀累積量=干物質(zhì)質(zhì)量×相應(yīng)的氮磷鉀含量(%)。

1.4 計(jì)算公式及統(tǒng)計(jì)方法

有關(guān)肥料養(yǎng)分利用效率及相關(guān)參數(shù)計(jì)算公式分別為：

肥料偏生產(chǎn)力(kg/kg)=施肥區(qū)塊莖產(chǎn)量/肥料施用量；

肥料表觀利用率=(收獲期施肥區(qū)地總吸收量-收獲期不施肥區(qū)總吸收量)/肥料施用量×100%；

肥料農(nóng)學(xué)利用率(kg/kg)=(施肥區(qū)塊莖產(chǎn)量-不施肥區(qū)塊莖產(chǎn)量)/肥料施用量；

生理利用率(kg/kg)=(施肥區(qū)塊莖產(chǎn)量-不施肥區(qū)塊莖產(chǎn)量)/(收獲期施肥區(qū)總吸收量-收獲期不施肥區(qū)總吸收量)；

收獲指數(shù)(kg/kg)=塊莖產(chǎn)量/地上部總生物量；

養(yǎng)分收獲指數(shù)，以氮為例，氮收獲指數(shù)(NHI，kg/kg)=塊莖吸氮量/總吸氮量，同理計(jì)算磷、鉀收獲指數(shù)(PHI、KHI)；

肥料增產(chǎn)率=(施肥區(qū)產(chǎn)量-不施肥區(qū)產(chǎn)量)/不施肥區(qū)產(chǎn)量×100%；

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2003進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，用DPS軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果均用SSR法檢驗(yàn)α=0.05水平上的差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮磷鉀肥施用對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量的影響

馬鈴薯于9月23日收獲，產(chǎn)量結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析見表3。由表3可以看出，合理配施氮磷鉀肥料，可以顯著提高馬鈴薯產(chǎn)量及干物質(zhì)量。與不施用肥料相比，各施肥處理產(chǎn)量均有顯著提高，其增產(chǎn)率為6.5%～64.7%，平均增產(chǎn)率為29%，平均增產(chǎn)14 617 kg/hm2，空白對(duì)照處理(CK)產(chǎn)量最低，僅為 50 396 kg/hm2，而氮磷鉀合理配施(處理NPK)產(chǎn)量高達(dá) 82 996 kg/hm2，在本試驗(yàn)中施用氮肥增產(chǎn)率達(dá)到64.7%，增產(chǎn)32 600 kg/hm2，施用磷肥增產(chǎn)率達(dá)到36.0%，增產(chǎn) 21 983 kg/hm2，施用鉀肥增產(chǎn)率僅為24.1%，增產(chǎn) 16 109 kg/hm2，平衡施肥處理NPK和其他處理間產(chǎn)量差異顯著，處理NP和處理NK間差異不顯著，但是處理NP、NK和處理PK間差異顯著，說明合理配施N、P、K肥料可以顯著提高塊莖產(chǎn)量。

表3 試驗(yàn)處理對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量的影響

注：同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示在0.05水平上差異顯著。表4至表6同。

同時(shí)由表3可以看出，施肥可以顯著提高馬鈴薯干物質(zhì)量，各處理與空白對(duì)照相比，其干物質(zhì)增產(chǎn)率為39.3%～76.2%，處理NPK總干物質(zhì)量顯著高于處理PK和CK，處理PK和處理CK差異也非常顯著，而處理NPK和處理NK、NP差異不顯著，但是總干物質(zhì)量較處理NP、NK分別增產(chǎn) 15.1% 和17.6%，說明施肥有利于促進(jìn)馬鈴薯生長發(fā)育，N對(duì)馬鈴薯的生長發(fā)育起到關(guān)鍵性作用。N、P、K是馬鈴薯生長發(fā)育不可缺少的3種重要元素，對(duì)馬鈴薯塊莖影響有著不同的作用，由增產(chǎn)率可以得出馬鈴薯產(chǎn)量限制因子順序依次為N>P>K，說明本試驗(yàn)條件下對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量影響最大的是氮肥，其余依次為磷肥和鉀肥。

2.2 氮磷鉀肥施用對(duì)馬鈴薯養(yǎng)分積累的影響

表4結(jié)果表明，氮、磷、鉀肥的施用顯著增加了馬鈴薯成熟期不同部位的N素積累量。塊莖當(dāng)中，處理NPK氮素積累量和處理NP、PK間差異顯著，而處理NP、NK、NP間差異不顯著；在莖當(dāng)中，處理NPK氮素積累量顯著高于其他處理，與處理NP、NK及PK相比，氮素積累量分別提高了67.2%，30.5%、23.1%。但是處理NK、PK間氮素積累量差異不顯著。各處理葉片氮素積累量中，處理NPK較其他處理(CK、NP、NK、PK)分別提高了88.5%、6.2%、100%、115%，但是施肥處理NPK氮素積累量和處理NP間差異不顯著，處理NK和處理PK、CK氮素積累量間差異不顯著。根系中平衡施肥處理NPK氮素積累量顯著高于其他缺素處理和不施肥處理。植株中總的氮素積累量以平衡施肥處理NPK最高，與不施用氮肥處理(PK)、不施用磷肥處理(NK)及不施用鉀肥處理(NP)間無顯著性差異，但是與不施肥處理(CK)間差異顯著，增加氮、磷、鉀后可以使得氮素累積量分別提高47.8%、30.2%、31.7%。在馬鈴薯收獲期，平衡施肥條件下，塊莖氮素量占氮素總積累量的64.3%，根、莖、葉分別占總量的1.3%、18.6%、15.9%。

表4 試驗(yàn)處理對(duì)馬鈴薯N素積累和分配比例影響

氮、磷、鉀肥的施用顯著促進(jìn)了馬鈴薯成熟期不同部位的磷素積累量，結(jié)果見表5。與不施肥處理(CK)相比，施肥后馬鈴薯不同器官的氮素積累量有所提高，各處理當(dāng)中，塊莖磷素積累量顯著高于其他缺素處理和不施肥處理，與處理NP、NK、PK處理及CK相比，磷素積累量分別提高了41.3%，42.8%、71.4%、96.5%。說明施用鉀肥、磷肥和氮肥可以顯著提高塊莖的磷素積累量。在馬鈴薯成熟期，施肥條件下，根、莖、葉及塊莖的磷素積累量分別占總積累量的2.9%、26.2%、6.8%、64.0%。由以上數(shù)據(jù)可以得出，塊莖中的磷素占植株磷素積累量的絕大部分，同時(shí)由施肥處理(NP、NK、PK)可看出，施用NP肥料及NK肥料較施用PK肥料分別提高塊莖磷素積累量21.3%和20.0%，說明施用氮肥和磷肥可以顯著提高磷肥吸收積累，鉀肥對(duì)于磷素吸收積累影響沒有氮肥和磷肥強(qiáng)。

由表6可以得出，氮磷鉀肥合理配施可以明顯提高馬鈴薯成熟期不同部位的鉀素積累量，與不施肥處理相比，施肥后馬鈴薯植株中的鉀素積累量提高了95.8%，說明平衡施肥可以顯著提高馬鈴薯植株的鉀素積累，塊莖中的鉀素積累量中，處理NPK的鉀素積累量達(dá)到最高，各處理當(dāng)中，鉀素積累總量顯著高于其他缺素處理和不施肥處理，與處理NP、NK、PK及處理CK相比，鉀素累積總量分別提高了17.2%，18.3%、25.3%、107.9%。說明施用鉀肥、磷肥和氮肥可以顯著提高植株總的鉀素積累量。在馬鈴薯成熟期，平衡施肥條件下，根、莖、葉及塊莖的鉀素積累量分別占總積累量的2.8%、30.1%、11.3%、55.8%。由以上數(shù)據(jù)可以得出，塊莖中的鉀素占植株鉀素積累量的絕大部分，同時(shí)由施肥處理(NP、NK、PK)可看出，施用NP肥料及NK肥料較施用PK肥料分別提高塊莖鉀素積累量6.9%和5.9%，說明施用氮肥和磷肥可以顯著提高鉀素吸收積累。

表5 試驗(yàn)處理對(duì)馬鈴薯P素積累和分配比例影響

表6 試驗(yàn)處理對(duì)馬鈴薯K素積累和分配比例影響

2.3 氮磷鉀肥施用對(duì)馬鈴薯肥料利用率及單位塊莖需肥量的影響

由表7可得出，在馬鈴薯栽培過程中，肥料種類不同其肥料利用率也有不同的變化趨勢，在本試驗(yàn)中，氮磷鉀的農(nóng)學(xué)效率分別為362 kg/kg N、244 kg/kg P2O5及134 kg/kg K2O，施用1 kg氮素和磷素具有較高的塊莖增產(chǎn)量，鉀素較低，氮磷的農(nóng)學(xué)效率高于鉀素農(nóng)學(xué)效率。在此試驗(yàn)中，氮素的偏生產(chǎn)力顯著高于磷素和鉀素，同時(shí)鉀素高于磷素，說明對(duì)于馬鈴薯塊莖產(chǎn)量的影響為N>K>P。由表7可知各肥料表觀利用率分別為36.5%、31.2%、48.7%，各元素的生理利用率鉀素最高，其次為氮素，磷素最小。

表7 試驗(yàn)處理對(duì)馬鈴薯K素積累和分配比例影響

由表8可看出，在不施肥條件下1 000 kg塊莖吸收N量處于較低水平，各施肥處理均高于對(duì)照，其中處理NK、PK最高，達(dá)到3.11 kg，各處理間差異不大，比較各處理間的1 000 kg 塊莖所需要的磷量，處理NPK最高，同時(shí)各處理間差異不顯著，與N、P指標(biāo)不同，處理PK及處理NK的 1 000 kg 塊莖所需要的K最高，分別達(dá)到4.71、4.47 kg，NPK處理的N ∶P ∶K比例為1 ∶0.39 ∶1.26，而不施肥的對(duì)照為 1 ∶0.42 ∶1.37。

表8 1 000 kg塊莖所需要的氮素、磷素、鉀素量

3 結(jié)論與討論

研究表明，肥料充足，氮磷鉀養(yǎng)分配比合理，有利于塊莖產(chǎn)量和品質(zhì)的提高。合理配施氮磷鉀肥料，可以顯著提高馬鈴薯產(chǎn)量及干物質(zhì)量。與不施用肥料相比，各處理產(chǎn)量均有顯著提高，其增產(chǎn)率為6.5%～64.7%，平均增產(chǎn)率為29%，平均增產(chǎn)14 617 kg/hm2，各處理中平衡施肥處理(NPK)產(chǎn)量最高，可達(dá)到82 996 kg/hm2，說明在青海省湟中縣馬鈴薯栽培過程中，氮磷鉀平衡施用對(duì)于馬鈴薯產(chǎn)量具有增產(chǎn)效應(yīng)，可采用此模式指導(dǎo)馬鈴薯施肥。施用N、P、K肥都可以提高馬鈴薯產(chǎn)量，在本試驗(yàn)中施用氮肥增產(chǎn)率達(dá)到64.7%，增產(chǎn)為32 600 kg/hm2，施用磷肥增產(chǎn)率達(dá)到36.0%，增產(chǎn)為 21 983 kg/hm2，施用鉀肥增產(chǎn)率僅為24.1%，增產(chǎn)為 16 109 kg/hm2，說明本試驗(yàn)條件下馬鈴薯產(chǎn)量限制因子依次為N>P>K。有人研究過青海省互助縣馬鈴薯下寨65平衡施肥增產(chǎn)效應(yīng)，其NPK配施增產(chǎn)率僅為27.6%，增產(chǎn)僅 7 360 kg/hm2[23]，這主要是由于不同品種及土壤地力造成的。另一方面，就肥料利用率而言，農(nóng)學(xué)利用率主要反映單位施肥量增加作物產(chǎn)量的能力，是衡量肥料利用效率的一個(gè)重要指標(biāo)，而偏生產(chǎn)力主要反映當(dāng)?shù)赝寥阑A(chǔ)養(yǎng)分水平和化肥施用量的綜合效應(yīng)。在本試驗(yàn)中，氮磷鉀的農(nóng)學(xué)效率分別為 362 kg/kg N、244 kg/kg P2O5及 134 kg/kg K2O，施用1 kg氮素和磷素具有較高的塊莖增產(chǎn)量，鉀素較低，氮磷的農(nóng)學(xué)效率高于鉀素的農(nóng)學(xué)效率。氮素的偏生產(chǎn)力顯著高于磷素和鉀素，同時(shí)鉀素高于磷素，各肥料N、P、K表觀利用率分別為36.5%、31.2%和48.7%，說明在青海馬鈴薯栽培過程中，K素利用率較高，N、P、K的生理利用率磷素最高，其次為氮素，最小為鉀素。因此在馬鈴薯生產(chǎn)過程中注意平衡施肥以及注意培肥地力，才能達(dá)到馬鈴薯高產(chǎn)效果。