常德稻區(qū)馬鈴薯肥料效應(yīng)模型研究

王素華，段 慧，萬國安，楊 丹，李樹舉，李 璐，路 瑤，羅彬彬

（常德市農(nóng)林科學(xué)研究院，湖南 常德 415000）

常德市東據(jù)洞庭湖畔，西倚武陵山脈，幅原遼闊，物產(chǎn)豐富，湖區(qū)是著名的“棉、糧、油”基地，山區(qū)主栽薯類、豆類、玉米等旱糧作物。近年來，馬鈴薯種植帶從山區(qū)向湖區(qū)轉(zhuǎn)移，常德市率先發(fā)展起冬閑稻田種植馬鈴薯，推廣脫毒良種，集成深溝高壟覆膜栽培技術(shù)，使馬鈴薯單產(chǎn)有了較大幅度的提高。但水田與旱地土壤理化性狀有較大差異，按過往生產(chǎn)習(xí)慣施肥常出現(xiàn)氮磷鉀配比不合理、化肥施用量過大等問題，為此，在冬閑稻田開展馬鈴薯肥料效應(yīng)模型研究意義重大。目前關(guān)于稻茬對馬鈴薯影響的研究較少，李金菊［1］在冬閑稻田進(jìn)行馬鈴薯“3414”肥料效應(yīng)試驗，結(jié)果表明：氮磷鉀最佳肥料配比為1.0∶0.6∶1.0，充足的氮素供應(yīng)對促進(jìn)馬鈴薯前期莖葉的健壯生長有重要作用；適當(dāng)?shù)拟浰仞B(yǎng)分對塊莖膨大有促進(jìn)作用，能提高馬鈴薯的產(chǎn)量。鐘勇法［2］在稻田開展脫毒馬鈴薯氮磷鉀肥效田間試驗，結(jié)果表明：施用氮、磷、鉀肥分別增產(chǎn)33.7%、30.9% 和30.3%，每667 m2最佳經(jīng)濟(jì)施肥量為 N∶P∶K=1.0∶0.54∶1.0。本試驗通過比較種植前后土壤理化性狀的變化分析冬閑稻田種植馬鈴薯對基礎(chǔ)地力的影響，評價在當(dāng)前地力條件下氮磷鉀肥對馬鈴薯主要農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量性狀、品質(zhì)性狀的影響，建立肥效模型計算產(chǎn)投比，并最終確定推薦施肥量；通過“3414”肥效試驗，掌握主栽品種‘興佳2號’的氮磷鉀吸收規(guī)律，建立常德稻區(qū)馬鈴薯施肥指標(biāo)，指導(dǎo)生產(chǎn)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗設(shè)在常德市農(nóng)林科學(xué)研究院試驗基地（29°2′13″N，111°37′40″E）。前茬作物水稻，土壤類型為粘壤土，機(jī)械翻耕，人工耙細(xì)，耕作層深度16～18 cm。馬鈴薯種植前后土壤主要理化性狀見表1。供試馬鈴薯品種為興佳2號，由內(nèi)蒙古興佳薯業(yè)有限公司提供。供試肥料為尿素（N，46%）、磷酸鈣（P2O5，16%）、硫酸鉀（K2O，50%），市購。

表1 試驗地土壤主要理化性狀

1.2 試驗設(shè)計

按照“3414”完全試驗設(shè)計，2水平是推薦施肥量（根據(jù)栽培實踐與經(jīng)驗確定），0水平不施肥，1水平＝2水平×0.5，3水平＝2水平×1.5，具體方案見表2，處理6為對照，各處理氮磷鉀肥作基肥在播種時一次施入，其他管理措施同當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)。試驗采用隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)面積7.56 m2，每個小區(qū)種植54株，壟寬0.8 m，壟高0.25 m，壟溝寬0.4 m，行距60 cm，株距23 cm，走道外設(shè)1 m保護(hù)行，2016年12月16日播種，2017年4月29日收獲。

表2 興佳2號“3414”施肥試驗方案

1.3 測定項目及方法

馬鈴薯生長期間調(diào)查主要農(nóng)藝性狀、病害發(fā)生情況等，收獲時考查各處理塊莖經(jīng)濟(jì)性狀及產(chǎn)量表現(xiàn)，調(diào)查方法參考《馬鈴薯品種試驗調(diào)查記載項目及依據(jù)》［3］。土壤主要理化性狀（全氮、全磷、全鉀、速效氮、有效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)、pH）的測定參照NY/T 1121.24-2006、NY/T 88-1988、NY/T 87-1988、DB13/T 843-2007、NY/T 1121.7-2006、NY/T 889-2004、NY/T 1121.6-2006、NY/T 1121.2-2006，馬鈴薯塊莖氮、磷、鉀含量的測定參照NY/T 2017-2011。計算肥料貢獻(xiàn)率和薯塊養(yǎng)分利用率：

肥料貢獻(xiàn)率（%）＝（施肥區(qū)產(chǎn)量－無施肥區(qū)產(chǎn)量）/施肥區(qū)產(chǎn)量×100

相對產(chǎn)量（%）＝無施肥區(qū)產(chǎn)量/平衡施肥區(qū)產(chǎn)量×100

薯塊養(yǎng)分利用率（%）＝（施肥區(qū)肥料吸收量－無施肥區(qū)肥料吸收量）/施肥量×100

產(chǎn)投比＝（施肥區(qū)產(chǎn)值－無施肥區(qū)產(chǎn)值）/施肥成本

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2010整理并進(jìn)行回歸分析及作圖，用DPS 6.5進(jìn)行相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮磷鉀肥對馬鈴薯農(nóng)藝性狀的影響

以處理1（空白對照）、處理6（平衡施肥）、處理2（缺氮）、處理4（缺磷）、處理8（缺鉀）為研究對象，從表3可以看出，5個處理的出苗率、單株塊莖數(shù)差異不明顯，其中處理1的馬鈴薯出苗率、單株塊莖數(shù)、單株塊莖重、商品率、產(chǎn)量均最低，處理6商品率、產(chǎn)量最高，處理8單株塊莖重、商品率最高，缺鉀（處理8）導(dǎo)致產(chǎn)量比平衡施肥（處理6）下降6.9%，缺氮（處理2）導(dǎo)致單株塊莖重、商品率、產(chǎn)量比平衡施肥（處理6）分別下降38.9%、16.5%、68.5%，缺磷導(dǎo)致單株塊莖重、商品率、產(chǎn)量比平衡施肥（處理6）分別下降25.4%、16.5%、21.6%。

表3 興佳2號馬鈴薯各處理主要農(nóng)藝性狀

根據(jù)試驗設(shè)計，對14個處理馬鈴薯5個主要農(nóng)藝性狀（出苗率、單株塊莖數(shù)、單株塊莖重、商品率、產(chǎn)量）進(jìn)行方差分析，結(jié)果（表4）表明，單株塊莖數(shù)、單株塊莖重、商品率、產(chǎn)量變異系數(shù)在10以上，可進(jìn)一步進(jìn)行相關(guān)性分析。以14個處理的單株塊莖數(shù)、單株塊莖重、商品率、產(chǎn)量為研究對象，分析其與氮、磷、鉀肥用量的相關(guān)性，從表5可以看出，單株塊莖數(shù)與氮、磷、鉀施用量相關(guān)性不大，單株塊莖重、商品率、產(chǎn)量與施氮量呈極顯著正相關(guān)，商品率與施磷量呈顯著正相關(guān)。

表4 興佳2號馬鈴薯主要農(nóng)藝性狀方差分析

表5 氮磷鉀肥用量與單株塊莖數(shù)、單株塊莖重、商品率、產(chǎn)量的相關(guān)性分析

2.2 氮磷鉀肥肥效及其對基礎(chǔ)地力的影響

肥料貢獻(xiàn)率是指施用肥料增加的產(chǎn)量占總產(chǎn)量的百分比。由圖1可知，興佳2號馬鈴薯在氮、磷、鉀配施條件下其總養(yǎng)分肥料貢獻(xiàn)率為69.7%，平衡施肥時氮、磷、鉀的肥料貢獻(xiàn)率分別為68.5%、21.7%、6.5%。在3個施肥水平下，氮、磷、鉀肥料 貢獻(xiàn)率均呈先升后降趨勢；氮肥肥效顯著高于磷、鉀肥；鉀肥肥效最低，鉀肥3水平處理出現(xiàn)減產(chǎn)。

圖1 氮磷鉀肥3個施肥水平對興佳2號馬鈴薯的肥料貢獻(xiàn)率

相對產(chǎn)量是指無施肥區(qū)產(chǎn)量與平衡施肥區(qū)產(chǎn)量的百分比。試驗結(jié)果顯示，常德稻區(qū)基礎(chǔ)地力貢獻(xiàn)率為30.3%，氮、磷、鉀缺素區(qū)相對產(chǎn)量分別為31.5%、78.3%、93.5%。從土壤主要理化性狀檢測結(jié)果（表1）可以看出，種植馬鈴薯對土壤pH值影響不大，有機(jī)質(zhì)利用率為7.7%，堿解氮利用率為-3.2%，有效磷、速效鉀利用率分別為32.6%、28.0%，全氮、全磷、全鉀利用率分別為24.8%、7.3%、0.1%。

2.3 氮磷鉀肥對薯塊養(yǎng)分利用率的影響

通過檢測塊莖中氮、磷、鉀的含量（表6），計算塊莖氮、磷、鉀肥的利用率分別為27.09%、2.33%、8.29%，塊莖養(yǎng)分總利用率為22.17%。對4個施肥水平下的塊莖氮、磷、鉀含量進(jìn)行回歸分析（圖2），建立一元二次塊莖養(yǎng)分利用率模型，結(jié)果顯示：氮肥與塊莖氮肥利用率關(guān)系模型擬合方程為：Y=-0.02X12+0.55X1+1.1，復(fù)測試系數(shù)R2=0.998，F(xiàn)＝276.561＞F0.05＝0.042，說明方程擬合度極高，求得氮最高施肥量為13.8 kg/667m2，塊莖最高氮含量為4.88 kg/667m2。磷肥與塊莖磷肥利用率關(guān)系函數(shù)模型：Y=-0.01X22+0.07X2+0.56，復(fù)測試系數(shù)R2=0.909，F(xiàn)＝5.025＞F0.05＝0.301，說明方程擬合度較高，求得磷最高施肥量為3.5 kg/667m2，塊莖最高磷含量為0.68 kg/667m2。鉀肥與塊莖鉀肥利用率關(guān)系函數(shù)模型：Y=-0.01X32+0.33X3+1.14，復(fù)測試系數(shù)R2=0.998，F(xiàn)＝276.561＞F0.05＝0.042，說明方程擬合度極高，求得鉀最高施肥量為16.5 kg/667m2，塊莖最高鉀含量為3.86 kg/667m2。塊莖中的氮、磷、鉀含量隨施肥水平的增加呈拋物線變化，并均在2施肥水平時最高，塊莖中氮、鉀的吸收速率顯著高于磷。

表6 14個處理馬鈴薯塊莖氮磷鉀含量（mg/g）

圖2 4個施肥水平馬鈴薯塊莖氮磷鉀含量的變化

2.4 氮磷鉀肥效模型及其推薦施肥量

以3414試驗結(jié)果為基礎(chǔ)建立三元二次及一元二次肥效模型（表7），根據(jù)邊際收益等于邊際成本，計算最佳產(chǎn)量施肥量。氮、磷、鉀肥和馬鈴薯當(dāng)季價格分別為4.1、3.1、5.6、1.2元/kg。選擇三元二次肥料效應(yīng)模型Y=512.9+121.2X1-6.0X12+43.9X2-11.0X22+25.3X3-0.4X32+8.5X1X2-0.4X1X3-1.7X2X3進(jìn)行擬合，復(fù)測試系數(shù)R2＝0.986，F(xiàn)＝31.47＞F0.05＝0.002，說明方程具有極高的擬合度；用邊際產(chǎn)量導(dǎo)數(shù)法計算推薦施肥量，求得氮、磷、鉀的最佳施用量分別為15.1、7.6、2.2 kg/667m2，最佳產(chǎn)量為1 667.4 kg/667m2，產(chǎn)投比為14.0。選擇一元二次肥料效應(yīng)模型進(jìn)行擬合，氮肥與產(chǎn)量關(guān)系模型擬合方程為：Y=-6.8X12+177.7X1+530.9，復(fù)測試系數(shù)R2=0.996，F(xiàn)=115.63＞F0.05=0.066，說明方程擬合度極高，求得氮最高施肥量為13.1 kg/667m2，最高產(chǎn)量為1 697.2 kg/667m2；最佳施肥量為12.9 kg/667m2，最佳產(chǎn)量為1 696.8 kg/667m2，產(chǎn)投比為7.7。同理得到施磷量與產(chǎn)量的關(guān)系函數(shù)模型：Y=-16.1X22+159.1X2+1354.4，復(fù)測試系數(shù)R2=1.000，F(xiàn)=11953＞F0.05=0.006，說明方程擬合度極高，求得磷最高施肥量為4.9 kg/667m2，最高產(chǎn)量為1 747.4 kg/667m2；最佳施肥量為4.9 kg/667m2，最佳產(chǎn)量為1 747.3 kg/667m2，產(chǎn)投比為8.3。施鉀量與產(chǎn)量的關(guān)系函數(shù)模型：Y=-0.55X32+14.5X3+1594.6，復(fù)測試系數(shù)R2=0.611，F(xiàn)=0.786＞F0.05=0.624，說明方程擬合度不高，求得鉀最高施肥量為13.2 kg/667m2，最高產(chǎn)量為1 690.1 kg/667m2；最佳施肥量為8.9 kg/667m2，最佳產(chǎn)量為1 680.2 kg/667m2，產(chǎn)投比為11.8。

根據(jù)復(fù)測試系數(shù)和產(chǎn)投比，確定氮磷鉀推薦施肥量分別為15.1、7.6、2.2 kg/667m2，最佳施肥配比為 1∶0.50∶0.15。

表7 肥料效應(yīng)方程方差分析及施肥策略

3 結(jié)論與討論

本試驗結(jié)果表明：（1）利用冬閑稻田種植馬鈴薯，土壤缺鉀導(dǎo)致產(chǎn)量下降，缺氮、缺磷導(dǎo)致單株塊莖重、商品率、產(chǎn)量顯著下降。（2）單株塊莖重、商品率、產(chǎn)量與施氮量呈極顯著正相關(guān)；商品率與施磷量呈顯著正相關(guān)。（3）在常德稻區(qū)當(dāng)前地力水平下，肥料對馬鈴薯產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率接近70%，平衡施肥時氮、磷、鉀的肥料貢獻(xiàn)率分別為68.5%、21.7%、6.5%，氮磷鉀肥肥效均隨施肥水平的增加呈先升后降的趨勢，并在2施肥水平時最高，氮肥肥效＞磷肥＞鉀肥。（4）馬鈴薯塊莖養(yǎng)分總利用率為22.16%，塊莖氮、磷、鉀肥的利用率分別為27.06%、2.31%、8.29%，塊莖中的氮、磷、鉀含量均隨施肥水平的增加呈先升后降的趨勢，在2施肥水平時最高。（5）土壤中有機(jī)質(zhì)利用率為7.7%，堿解氮未被有效利用，有效磷利用率為32.6%，速效鉀利用率為28.0%。（6）以3414試驗結(jié)果為基礎(chǔ)建立三元二次及一元二次肥效模型，根據(jù)復(fù)測試系數(shù)和產(chǎn)投比最后確定氮、磷、鉀推薦施肥量分別為15.1、7.6、2.2 kg/667m2，最佳施肥配比為 1∶0.50∶0.15。

本試驗通過氮、磷、鉀肥配施，對興佳2號馬鈴薯的主要產(chǎn)量性狀進(jìn)行比較，結(jié)果表明，氮、磷、鉀肥均可有效促進(jìn)塊莖形成；在一定范圍內(nèi)，隨著施氮量的增加，單株塊莖重、商品薯率、產(chǎn)量顯著增加，但施用過量，會使產(chǎn)量有所下降；增施磷肥可提高商品薯率，這與周洋［4］的研究結(jié)論一致；在適當(dāng)范圍內(nèi)，鉀肥對產(chǎn)量的形成有一定促進(jìn)作用，但效果不如氮肥和磷肥。

興佳2號馬鈴薯在氮、磷、鉀肥配施條件下其總養(yǎng)分肥料貢獻(xiàn)率為69.7%，氮、磷、鉀肥料貢獻(xiàn)率均在2水平時最高，其增產(chǎn)效應(yīng)依次為N＞P＞K，這與濮永賽等［5］、胡建軍等［6］的研究結(jié)果一致。馬鈴薯為喜鉀作物，一般對鉀的需求量較大，但在本試驗中，不同水平鉀肥處理的馬鈴薯產(chǎn)量無顯著性差異，鉀肥的需求量顯著低于氮、磷肥，與我們2016年試驗的結(jié)果一致（數(shù)據(jù)未發(fā)表），這可能是因為稻作區(qū)土壤中殘留了大量的秸桿，而秸桿中含有豐富的鉀，稻草還田攜入的鉀與化學(xué)鉀肥具有相同的營養(yǎng)功能，稻草可替代部分化學(xué)鉀肥［7］，還田后被馬鈴薯所利用，并能滿足其生長所需。目前關(guān)于稻茬對馬鈴薯影響的研究較少，關(guān)于馬鈴薯茬對水稻影響的研究較多。徐春梅等［8］研究了稻草覆蓋馬鈴薯茬對后季水稻生長及產(chǎn)量、品質(zhì)的影響，結(jié)果表明，稻草覆蓋馬鈴薯茬的水稻有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)多、千粒重高、產(chǎn)量高、分蘗發(fā)生快、高峰苗多、成穗率較高、干物質(zhì)積累快；明顯改善后季水稻的稻米碾磨和外觀品質(zhì)，提高糙米率、精米率和整精米率，降低堊白率和堊白度，蛋白質(zhì)含量降低，直鏈淀粉含量升高；對后季水稻葉片中可溶性蛋白和超氧化物歧化酶（SOD）含量減少幅度和丙二醛（MDA）增加幅度較對照慢，利于緩解葉片的衰老。余泓等［9］的研究表明，馬鈴薯收獲后將其莖葉還田，能顯著提高水稻有效分蘗數(shù)和水稻產(chǎn)量，有效穗為316萬穗/hm2，比對照增加64萬穗/hm2；稻谷產(chǎn)量達(dá)6 754.7 kg/hm2，比對照增加765.4 kg/hm2，增幅達(dá)12.8%。于天一等［10］的研究表明，冬種馬鈴薯能在一定程度上促進(jìn)晚稻根系生長，雙季稻總產(chǎn)量較對照分別增加6.29%。因此，繼續(xù)開展稻區(qū)馬鈴薯肥效試驗，對深入探討稻薯輪作的高產(chǎn)特性及其生理機(jī)制具有重要意義。

本試驗區(qū)土壤全氮、全磷、全鉀和堿解氮、有效磷、速效鉀均為中等水平，有機(jī)質(zhì)含量為極低水平［11］。有機(jī)質(zhì)利用率為7.7%，堿解氮利用率為-3.2%，有效磷、速效鉀利用率分別為32.6%、28.0%，全氮、全磷、全鉀利用率分別為24.8%、7.3%、0.1%。種植馬鈴薯后土壤中堿解氮未有減少并略有增加，但全氮有較大消耗，這可能是因為稻田粘土礦物更容易固定銨態(tài)氮，而水旱輪作則可加速有機(jī)氮的礦化，從而增加土壤有效氮供應(yīng)。土壤中的有效磷利用率最高，其次是速效鉀，而全磷和全鉀的利用率遠(yuǎn)低于全氮，證明土壤中磷和鉀特別是鉀的儲備量充足，可通過施用有機(jī)肥、生物菌肥，調(diào)節(jié)土壤pH值等措施來提高磷、鉀肥溶解性，從而提高肥料利用率。