我國馬鈴薯產(chǎn)量和化肥利用率區(qū)域特征研究

徐亞新，何 萍，仇少君，徐新朋，馬進川，丁文成，趙士誠，高 強，周 衛(wèi)

（1 吉林農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院/吉林省商品糧基地土壤資源可持續(xù)利用重點實驗室，吉林長春 130118；2 中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，北京 100081）

我國是世界上最大的馬鈴薯 (Solanum tuberosum L.) 生產(chǎn)國[1]，種植面積和總產(chǎn)量長期處于世界首位，但我國馬鈴薯單位面積產(chǎn)量和西方發(fā)達國家還有一定差距[2-3]，改良馬鈴薯品種[4-5]和提高養(yǎng)分管理水平是增加馬鈴薯單位面積產(chǎn)量的有效途徑[6-7]。當前我國馬鈴薯種植區(qū)氮、磷化肥過量和不平衡施用問題嚴重，鉀肥普遍存在投入不足問題，有的地方甚至不施鉀肥[8-9]。調(diào)查表明，內(nèi)蒙古馬鈴薯氮肥過量較為普遍，尤其是灌區(qū)氮素過量嚴重，有43.5%的農(nóng)戶施氮量大于N 300 kg/hm2，磷、鉀肥普遍存在施用不足問題[8]；云南馬鈴薯合理施用氮、磷和鉀的農(nóng)戶只占調(diào)查農(nóng)戶的21.6%、30.7%和10.8%，氮肥過量施用嚴重，有52.9%的農(nóng)戶氮肥用量超過N 250 kg/hm2[10]。肥料不合理施用不僅影響馬鈴薯產(chǎn)量的進一步提高，還導致肥料利用率低下和環(huán)境污染等問題[11]。因此，合理的養(yǎng)分管理對于進一步提高馬鈴薯產(chǎn)量和肥料利用率至關重要[12]。

研究作物產(chǎn)量和養(yǎng)分利用率特征是開展養(yǎng)分管理和推薦施肥的關鍵[13]。可獲得產(chǎn)量、產(chǎn)量反應和相對產(chǎn)量是建立養(yǎng)分管理與推薦施肥方法的重要參數(shù)?？色@得產(chǎn)量通常為某一地塊田間試驗中應用已知的技術和先進的養(yǎng)分管理措施降低產(chǎn)量限制因素(如養(yǎng)分脅迫、病蟲害等) 所獲得的最高產(chǎn)量[13-14]；某種養(yǎng)分的產(chǎn)量反應為養(yǎng)分供應充足小區(qū)與不施用該養(yǎng)分小區(qū)產(chǎn)量的差值，反映氮、磷和鉀肥施用增產(chǎn)情況[15-16]，以及氮、磷和鉀養(yǎng)分對產(chǎn)量的限制作用[17-18]，不同地區(qū)作物產(chǎn)量反應的差異主要與氣候、土壤等自然因素和施肥、種植等人為因素有關[19-20]。相對產(chǎn)量和產(chǎn)量反應呈負相關關系，相對產(chǎn)量越高，產(chǎn)量反應則越低，因此相對產(chǎn)量常用來表征土壤養(yǎng)分供應能力[21-22]，相對產(chǎn)量較高的地區(qū)有著較高的土壤養(yǎng)分供給能力，可適當降低肥料投入以減少肥料過量施用對環(huán)境的污染[23-24]，不同地區(qū)自然氣候[25]、土壤養(yǎng)分狀況[26-27]以及施肥量[28-29]等因素影響其相對產(chǎn)量。目前對以上參數(shù)研究主要集中在玉米、小麥、水稻，而對馬鈴薯有關產(chǎn)量和養(yǎng)分狀況參數(shù)研究極少。養(yǎng)分利用率不僅是評價養(yǎng)分吸收的重要指標也是預測養(yǎng)分需求的重要參考[28]，與產(chǎn)量、肥料用量[30]、土壤養(yǎng)分供應[26]和養(yǎng)分管理水平[31]等密切相關，衡量肥料利用率的常用指標有養(yǎng)分回收率、養(yǎng)分農(nóng)學效率和養(yǎng)分偏生產(chǎn)力[32]。明確我國當前肥料養(yǎng)分利用率現(xiàn)狀能夠為進一步指導施肥，優(yōu)化馬鈴薯肥料用量提供參考。

當前，我國馬鈴薯主產(chǎn)區(qū)已開展了許多馬鈴薯產(chǎn)量[18,33]和肥料利用率特征[34]田間試驗，缺乏對不同馬鈴薯種植區(qū)域產(chǎn)量和肥料利用率特征參數(shù)的綜合研究[33,35]。因此，本研究匯總分析國際植物營養(yǎng)研究所 (International Plant Nutrition Institute, IPNI)1992—2012年間在我國馬鈴薯主產(chǎn)區(qū)開展的117個田間試驗和中國知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫 (China National Knowledge Infrastructure, CNKI) 檢索的2000—2016年期間公開發(fā)表的407篇中文文獻，研究揭示我國馬鈴薯種植區(qū)施肥的產(chǎn)量和肥料利用率特征，以期為優(yōu)化馬鈴薯養(yǎng)分管理和到2020年我國化肥零增長目標奠定理論基礎。

1 材料與方法

參考馬鈴薯種植特點[36]，以及我國行政區(qū)劃[37]，將我國馬鈴薯種植區(qū)劃分為：1) 東北地區(qū) (黑龍江、吉林和遼寧)；2) 西北地區(qū) (甘肅、內(nèi)蒙古、寧夏、青海、陜西和新疆)；3) 華北地區(qū) (河北、山東、山西和河南)；4) 長江中下游地區(qū) (安徽、浙江、湖北、湖南、江西和江蘇)；5) 東南地區(qū) (福建、廣東和廣西)；6) 西南地區(qū) (云南、貴州、四川、重慶和西藏)。

我國各地區(qū)馬鈴薯種植時間分別是：東北和西北地區(qū)馬鈴薯生育期主要為3月底至10月初，為一年一季種植類型；華北和長江中下游馬鈴薯生育期主要為2月下旬到6月中旬，和8月到11月初兩個時段，為一年兩季種植類型；東南地區(qū)馬鈴薯生長期主要為10月到1月初和1月到4月上中旬，為一年兩季種植類型；西南地區(qū)受海拔差異影響，高海拔地區(qū)馬鈴薯種植多呈一年一季種植類型，而低海拔地區(qū)為一年兩季種植類型[36]。各地區(qū)氣候和土壤養(yǎng)分等特征及主要參考文獻情況見表1。

1.1 數(shù)據(jù)來源與分析方法

本文試驗數(shù)據(jù)來源于國際植物營養(yǎng)研究所(IPNI)1992—2012年間在我國馬鈴薯種植區(qū)開展的117個田間試驗，以及采用字段或字段組合 (馬鈴薯，馬鈴薯+產(chǎn)量，馬鈴薯+利用率，等) 在中國知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫 (CNKI) 檢索的2000—2016年間的407篇中文文獻，所有數(shù)據(jù)均來源于田間試驗，且有明確的施肥量和對應的產(chǎn)量結果。IPNI和CNKI來源試驗數(shù)據(jù)樣本情況見表2，試驗數(shù)據(jù)點分布如圖1所示。

試驗處理包括優(yōu)化施肥處理 (OPT) 以及在OPT處理基礎上的不施氮、不施磷和不施鉀處理，分別以OPT-N、OPT-P和OPT-K處理表示。OPT處理是基于土壤測試和目標產(chǎn)量 (IPNI來源數(shù)據(jù)) 或采用其他優(yōu)化施肥措施處理 (文獻來源數(shù)據(jù)) 下獲得最高產(chǎn)量的施肥處理[18]，該處理不受任何土壤養(yǎng)分缺乏的限制。

產(chǎn)量反應為OPT處理產(chǎn)量與缺素處理產(chǎn)量之差，表明施肥的增產(chǎn)效應。施氮、施磷、施鉀的產(chǎn)量反應為OPT處理產(chǎn)量分別減去 OPT-N、OPT-P和OPT-K處理產(chǎn)量。

相對產(chǎn)量由OPT-N、OPT-P和OPT-K處理產(chǎn)量與OPT處理產(chǎn)量比值求得，表明土壤養(yǎng)分供給能力。

本文肥料利用率分別以養(yǎng)分農(nóng)學效率、養(yǎng)分回收率和養(yǎng)分偏生產(chǎn)力來表示。養(yǎng)分農(nóng)學效率是指施入單位養(yǎng)分的作物增產(chǎn)量，由施入某種養(yǎng)分小區(qū)與不施入該養(yǎng)分小區(qū)的產(chǎn)量差與養(yǎng)分施入量的比值計算所得；養(yǎng)分偏生產(chǎn)力是肥料利用率最簡單的表達方法，指施用單位養(yǎng)分的作物產(chǎn)量，主要由施肥區(qū)的作物產(chǎn)量與養(yǎng)分施入量的比值求得；養(yǎng)分回收率主要指施入土壤中的肥料養(yǎng)分被當季作物吸收利用的比例，一般定義為施用某種養(yǎng)分與不施用該養(yǎng)分作物養(yǎng)分吸收量之差與養(yǎng)分施用量的比值。

1.2 統(tǒng)計分析

采用Excel進行數(shù)據(jù)計算和圖表繪制，箱形圖采用SigmaPlot 10.0軟件繪制，試驗點分布圖采用ArcGIS 10.1繪制，用SPSS 19.0進行方差分析，LSD法檢驗，處理間不同字母的差異顯著性為P ＜ 0.05。

2 結果與分析

2.1 馬鈴薯產(chǎn)量特征

匯總OPT處理可獲得產(chǎn)量情況 (圖2)，我國馬鈴薯平均產(chǎn)量為29.4 t/hm2(5.1～70.6 t/hm2)，但是變化范圍比較大。進一步分析馬鈴薯不同產(chǎn)區(qū)產(chǎn)量結果表明，東北、西北、華北、長江中下游、東南、西南地區(qū)馬鈴薯平均產(chǎn)量分別為37.7 t/hm2(19.9～52.8 t/hm2)、30.0 t/hm2(5.1～70.6 t/hm2)、29.8 t/hm2(6.4～54.9 t/hm2)、22.3 t/hm2(9.7～27.7 t/hm2)、30.5 t/hm2(16.3～56.8 t/hm2) 和 25.9 t/hm2(7.2～58.4 t/hm2)，東北馬鈴薯產(chǎn)量最高，長江中下游馬鈴薯產(chǎn)量最低。

)gk/gm(鉀效K elbaliavA 0.782～0.85 2.833～0.41 4.171～1.33 0.691～1.33 4.842～0.81 0.059～0.52 fo secnerefer ni)速a gk/gm(磷效 P elbaliavA 0.321～8.9 0.861～3.4 0.271～5.4 5.48～3.5 0.881～2.6 1.211～8.3 M ]84-74[南西、有]6)4-anihC fo sn gk/gm(氮解堿N .rdyh-ilaklA 0.413～9.06 0.112～2.91 0.541～0.12 0.003～0.301 3.661～0.04 0.033～5.74 54[南東、]44-34[游征特壤土和候氣點驗試區(qū)產(chǎn)薯鈴馬 1表oiger gnicudorp-otatop tnereffid ni setis latnemirepxe fo seitreporp liosdna sretcarahc etamil )%(質機有型類壤土候氣Hp rettam cinagrO epyt lios niaM etamilC 土甸草、土黑 帶溫寒6.7～2.03.8～9.4 lios wodaem ,lios kcalBetarepmet looC 、土鈣粟、土鈣灰、土壚黑、土潮、土綿黃土褐、土淤灌疆新、帶溫1.5～2.09.8～0.6yarg ,lios laisseol krad ,lios ciuqa ovulf ,lios lasseoL,iahgni etarepmeT,lios gnitlis noitagirri ,lios tuntsehc ,lios suoeraclac lios nomannic土鈣栗、土綿黃、土褐、土甸草、土潮 帶溫9.3～8.06.8～8.4lasseol ,lios nomannic ,lios wodaem ,lios ciuqa ovulFetarepmeT lios tuntsehc ,lios 帶熱亞 蘇江、壤黃、壤棕黃0.3～0.18.7～5.4 etarepmeT,ixgnalios wolley ,lios nworbwolleYlaciport-bus土稻水、土潮 帶熱9.3～3.01.7～7.4 liosyddap ,lios ciuqa ovulFlaciporT 帶熱亞土稻水、土色紫、壤棕黃、壤紅1.6～4.02.8～5.4 etarepmeT,gniq liosyddap ,lios elprup ,liosnworb wolley ,lios deRlaciport-bus 北東，獻文考參要主區(qū)地各 .reviR eztgnaY fo sehcaer rewoldna下中江長、]24-14[北華、]04 ,11[北西、]93-83[ .tsewhtuoS dnatsaehtuoS ,RYLM ,lartnechtroN ,tsewhtroN ,ts]84-74[]64-54[]44-34[]24-14[]04 ,11[]93-83[C 1 elbaT 份省域區(qū)ecnivorPnoigeR 寧遼、林吉、江龍黑 北東gninoaiL ,niliJ ,gnaijgnolieHtsaehtroN 西陜、海青、夏寧、蒙內(nèi)、肅甘 北西Q ,aixgniN ,ailognoM rennI ,usnaGtsewhtroN gnaijniX ,ixnaahS南河、西山、東山、北河 北華naneH ,ixnahS ,gnodnahS ,iebeHlartnechtroN 西江、南湖、北湖、江浙、徽安 游下中江長iJ ,nanuH ,iebuH ,gnaijehZ ,iuhnARYLM usgnaiJ 西廣、東廣、建福 南東ixgnauG ,gnodgnauG ,naijuFtsaehtuoS藏西、慶重、川四、州貴、南云 南西gnohC ,nauhciS ,uohziuG ,nannuYtsewhtuoS tebiT elddiM游下中江長—RYLM：）etoN（注 aehtroN ,erew ereh desu snoiger gnicudorp-otato p

)n(數(shù)本樣selpmas fo .oN 704 311 025 noitirtuN tnalP la南西tsewhtuoS 、)41( nannuY 、)96( uohziuG 、)01( nauhciS、)1( gniqgnohC )3( tebiT、)7( nannuY 、)3( uohziuG 、)5( nauhciS)4( gniqgnohC 611 noitanretnI所究研南州川慶藏 南州川慶 養(yǎng)云貴四重西 云貴四重營物植、)0際國布分本樣及源來據(jù)數(shù)驗試 2表noitubirtsid elpmasdna ecruos atad latnemirepxe noitubirtsid elpmaS布分本樣 南東 游下中江長 北華tsaehtuoSRYLMlartnechtroN 、)12( naijuF、)3( iuhnA、)11( iebeH建?；瞻?北河 1( gnodgnauG、)11( gnaijehZ、)11( gnodnahS東廣江浙 東山 )21( ixgnauG、)9( iebuH、)01( ixnahS西廣北湖 西山 、)4( nanuH)4( naneH南湖 南河 、)1( ixgnaiJ西江)4( usgnaiJ蘇江)5( naijuF)2( iebuH)7( ixnahS建福北湖 西山 84 43 34—INPI ;erutcurtsarfnI egdelwonK lanoitaN anihC庫據(jù)數(shù)網(wǎng)知國中—IKN.selp ehT2 elbaT 北西tsewhtroN 、)24( usnaG肅甘、)33( ailognoM rennI古蒙內(nèi) 、)13( aixgniN夏寧、)12( iahgniQ海青、)81( ixnaahS西陜 )31( gnaijniX疆新、)21( usnaG肅甘、)52( ailognoM rennI古蒙內(nèi)、)41( aixgniN夏寧、)62( iahgniQ海青)1( ixnaahS西陜632 C ;reviR eztgnaY fo sehcaer rewol mas fo rebmun latot eht era sisehtner北東tsaehtroN、)42( gnaijgnolieH江、)8( niliJ)9( gninoaiL)2( gnaijgnolieH江34 dna pot游下中江長—R ap ni serugiF數(shù)本樣驗龍黑林吉寧遼龍黑YLM試為s：字源來據(jù)數(shù)ecruos ataD 獻文IKNC erutaretiL驗試INPI tnemirepxE)n(數(shù)本樣elpmas fo .oN）etoN（注數(shù)中號括 ;etutitsnI

產(chǎn)量反應結果顯示，馬鈴薯施用氮、磷和鉀肥的產(chǎn)量反應分別為8.6 t/hm2(0.1～31.3 t/hm2)、5.9 t/hm2(0.1～29.6 t/hm2) 和 6.6 t/hm2(0～34.6 t/hm2)(圖3)。進一步分析馬鈴薯不同產(chǎn)區(qū)施肥效應，東北、西北、華北、長江中下游、東南和西南地區(qū)氮肥產(chǎn)量反應 (圖3 a)分別為14.7 t/hm2(4.1～31.1 t/hm2)、6.8 t/hm2(0.3～31.3 t/hm2)、6.1 t/hm2(2.1～15.4 t/hm2)、6.0 t/hm2(2.0～8.8 t/hm2)、9.1 t/hm2(1.8～17.6 t/hm2)和8.9 t/hm2(0.1～29.6 t/hm2)，相應的磷肥產(chǎn)量反應(圖 3 b) 分別為 9.0 t/hm2(3.3～18.8 t/hm2)、4.8 t/hm2(0.1～27.0 t/hm2)、6.3 t/hm2(2.0～13.9 t/hm2)、4.0 t/hm2(1.5～7.1 t/hm2)、4.3 t/hm2(0.1～14.4 t/hm2) 和 7.3 t/hm2(0.4～29.6 t/hm2)，鉀肥產(chǎn)量反應分別為 (圖3c)8.6 t/hm2(4.1～17.7 t/hm2)、5.6 t/hm2(0～34.6 t/hm2)、7.6 t/hm2(0.6～18.4 t/hm2)、5.2 t/hm2(1.0～8.1 t/hm2)、6.1 t/hm2(0.2～15.1 t/hm2) 和 6.7 t/hm2(0.1～29.6 t/hm2)。以上結果表明，東北施用氮、磷、鉀的產(chǎn)量效應最大，華北的施氮產(chǎn)量反應、長江中下游和東南的施磷產(chǎn)量反應和西北的施鉀產(chǎn)量反應較低。

圖1 馬鈴薯試驗點分布示意圖Fig. 1 Distribution of experiment sites in different potato-producing regions of China

圖2 馬鈴薯產(chǎn)區(qū)優(yōu)化施肥處理 (OPT) 可獲得產(chǎn)量比較Fig. 2 Comparison of attainable yield in the optimal treatment (OPT) in different potato-producing regions of China

表3表明，我國馬鈴薯產(chǎn)區(qū)施氮、磷和鉀的相對產(chǎn)量分別為71.0% (15.4%～99.1%)、79.4%(33.1%～99.6%) 和77.2% (29.9%～99.9%) 。進一步分析各區(qū)域相對產(chǎn)量結果表明，施氮相對產(chǎn)量平均值以華北最高 (77.6%)，其第25%和第75%的相對產(chǎn)量分別為75.1%和85.1%，東北最低 (64.3%)，其第25%和第75%的相對產(chǎn)量分別為56.2%和73.4%，西北、長江中下游、東南和西南介于二者之間；施磷相對產(chǎn)量平均值以東南最高 (84.8%)，其第25%和第75%的相對產(chǎn)量分別為75.4%和93.1%，西南最低 (71.4%)，其第25%和第75%的相對產(chǎn)量分別為61.7%和85.0%，東北、西北、長江中下游和華北介于二者之間；施鉀相對產(chǎn)量平均值以西北最高 (82.3%)，其第25%和第75%的相對產(chǎn)量分別為75.3%和91.6%，其次為東南、東北、長江中下游，西南，華北最低。以上結果再次證實，相對產(chǎn)量越高，產(chǎn)量反應越低。

圖3 馬鈴薯產(chǎn)區(qū)OPT處理施氮、磷、鉀產(chǎn)量反應Fig. 3 Yield response to applied N, P2O5 and K2O in the OPT in different potato-producing regions of China

表3 馬鈴薯產(chǎn)區(qū)施氮，磷，鉀相對產(chǎn)量 (%) 描述統(tǒng)計Table 3 Descriptive statistics of the relative yield (%) to N, P2O5 and K2O application in differentpotato-producing regions of China

圖4 馬鈴薯產(chǎn)區(qū)OPT處理氮肥施用量分布Fig. 4 Frequency distribution of N application rates in the OPT for potato in different potato-producing regions of China

2.2 馬鈴薯施肥量特征

匯總得出馬鈴薯各產(chǎn)區(qū)OPT處理氮、磷和鉀肥用量分布情況 (圖4～圖6)。總體來講，我國馬鈴薯氮、磷和鉀肥用量分別為N 164.2 kg/hm2(27.0～427.5 kg/hm2)、P2O5100.3 kg/hm2(18.0～335.8 kg/hm2) 和K2O 188.0 kg/hm2(22.5～405.0 kg/hm2)。分區(qū)結果表明，氮肥用量 (圖4) 平均值以東南地區(qū)顯著高于其他地區(qū) (P ＜ 0.05)，其次為華北、西北、西南、東北，長江中下游最低；磷肥用量以東北地區(qū)最高 (圖5)，其次為西南和西北，然后是華北和東南，長江中下游最低；鉀肥用量平均值以東南地區(qū)顯著 (P ＜ 0.05)高于其他地區(qū) (圖6)，其次為西南、華北，然后為長江中下游、東北，西北最低。

2.3 馬鈴薯肥料利用率特征

圖5 馬鈴薯產(chǎn)區(qū)OPT處理磷肥施用量分布Fig. 5 Frequency distribution of P2O5 application rates in the OPT for potato in different potato-producing regions of China

圖6 馬鈴薯產(chǎn)區(qū)OPT處理鉀肥施用量分布Fig. 6 Frequency distribution of K2O application rates in the OPT for potato in different potato-producing regions of China

分析OPT處理的農(nóng)學效率情況 (圖7)，得出我國馬鈴薯氮(N)、磷(P2O5)和鉀素(K2O)農(nóng)學效率分別為52.2 kg/kg(1.2～207.5 kg/kg)、58.5 kg/kg(0.7～205.3 kg/kg) 和 42.3 kg/kg (0.2～232.5 kg/kg)。氮素農(nóng)學效率以東北最高 (101.6 kg/kg)，華北地區(qū)最1360.3 kg/kg) 和 209.2 kg/kg (27.2～1038.7 kg/kg)。氮素偏生產(chǎn)力以東北最高 (304.0 kg/kg)，然后是長江中下游 (224.7 kg/kg)、西北 (204.9 kg/kg)、西南 (182.4 kg/kg)、華北 (170.8 kg/kg)，東南最低 (147.3 kg/kg)(圖8a)；磷素偏生產(chǎn)力東南最高 (386.6 kg/kg)，其次為長江中下游 (370.5 kg/kg)，然后是東北 (359.1 kg/kg)、華北 (325.6 kg/kg)、西北 (314.5 kg/kg)，最后是西南 (277.8 kg/kg)(圖8b)；鉀素偏生產(chǎn)力其大小順序分別為東北、西北、華北、西南、長江中下游和東南，其對應的值分別為361.5、281.6、185.8、159.1、149.4 和 118.0 kg/kg(圖 8c)。低 (29.2 kg/kg)，其他區(qū)域處于二者之間 (圖7a)。磷素農(nóng)學效率平均值西南最高 (68.5 kg/kg)，其次為東北 (65.9 kg/kg) 、華北 (63.1 kg/kg)，再者為長江中下游 (53.6 kg/kg)、西北 (53.4 kg/kg) 、東南 (46.7 kg/kg)(圖7b)。鉀素農(nóng)學效率東北最高 (75.8 kg/kg)，其次為西北 (48.3 kg/kg)，然后是華北 (43.3 kg/kg)、西南 (37.4 kg/kg)、長江中下游 (27.5 kg/kg)，東南最低 (21.3 kg/kg)(圖 7c)。

OPT處理養(yǎng)分偏生產(chǎn)力結果表明 (圖8)，我國馬鈴薯產(chǎn)區(qū)氮(N)、磷(P2O5)和鉀素(K2O)偏生產(chǎn)力分別為 205.7 kg/kg (25.5～876.7 kg/kg)、339.0 kg/kg (45.7～

[注（Note）：NE—東北 Northeast; NW—西北 Northwest; NC—華北 Northcentral; MLYR—長江中下游 Middle and lower reaches of Yangtze River; SE—東南Southeast; SW—西南 Southwest. 中間實線和虛線分別代表中值和均值，方框上下邊緣分別代表上下25%，上下帽子分別代表90%和10%的數(shù)值，實心圓圈分別代表95%和5%的數(shù)，括號中數(shù)字為樣本數(shù), 不同字母表示差異達5%顯著水平Thesolid and dashed lines indicate median and mean, respectively, the box boundaries indicate the upper and lower quartiles, the whisker caps indicate 90th and 10th percentiles, and the circles indicate the 95th and 5th percentiles. Figures in parenthesis are the total number of samples. Different letters above the bars mean significant at 5% level.]

圖8 馬鈴薯產(chǎn)區(qū)OPT處理氮、磷、鉀素偏生產(chǎn)力Fig. 8 Partial factor productivity of applied N, P2O5 and K2O in the OPT in different potato-producing regions of China

OPT處理養(yǎng)分回收率結果顯示 (圖9)，我國馬鈴薯產(chǎn)區(qū)氮、磷和鉀養(yǎng)分回收率分別為36.4% (6.1%～85.6%)、18.5% (0.7%～56.9%) 和 27.4% (2.8%～71.1%)，氮素養(yǎng)分回收率大小順序分別為華北、東北、西北、西南、長江中下游和東南，其對應的氮素回收率分別為46.2%、44.6%、35.7%、33.4%、29.4%和29.2% (圖9a)；磷素養(yǎng)分回收率大小順序為東南、長江中下游、西南、華北、西北和東北，其對應的磷素養(yǎng)分回收率平均值分別為33.8%、18.9%、15.8%、15.8%、14.6%和10.1% (圖9b)，華北因缺少數(shù)據(jù)，無法進行統(tǒng)計分析；鉀素養(yǎng)分回收率大小順序為西北、東南、西南、華北、長江中下游和東北，其對應的鉀素養(yǎng)分回收率分別為38.5%、37.9%、34.5%、28.7%、20.2%和4.8%(圖9c)，東北地區(qū)因缺少數(shù)據(jù)，也沒有進行顯著性分析。

圖9 馬鈴薯產(chǎn)區(qū)OPT處理氮、磷、鉀素養(yǎng)分回收率Fig. 9 Recovery efficiency of applied N, P2O5 and K2O in the OPT in different potato-producing regions of China

3 討論

3.1 馬鈴薯產(chǎn)量與產(chǎn)量反應

作物產(chǎn)量潛力主要受不同水熱條件影響，不同區(qū)域土壤類型、作物品種和不同養(yǎng)分管理等措施也影響產(chǎn)量潛力的發(fā)揮[7,49-50]。本研究表明，我國馬鈴薯OPT處理可獲得產(chǎn)量平均為29.4 t/hm2，高于FAO(2000—2014) 統(tǒng)計的我國馬鈴薯平均單產(chǎn)15.2 t/hm2[51]，主要原因在于本研究產(chǎn)量數(shù)據(jù)均來自于田間試驗優(yōu)化施肥處理。可見，通過采用優(yōu)化的養(yǎng)分管理措施能夠在農(nóng)民習慣措施基礎上進一步提高馬鈴薯產(chǎn)量[31,52]。我國不同馬鈴薯種植區(qū)可獲得產(chǎn)量也存在一定差異，如東北馬鈴薯平均產(chǎn)量顯著高于其他地區(qū)，長江中下游地區(qū)產(chǎn)量最低，這與前人研究結果一致[53]。東北馬鈴薯產(chǎn)量高的原因主要在于較高的晝夜溫差和較長的生育期有利于馬鈴薯干物質形成，還有較高的機械化生產(chǎn)水平有利于新技術的采用[1-2,54]，而長江中下游則可能與晝夜溫差小、生長周期短有關，此外不同栽培品種和采用的種植技術和輪作體系也影響馬鈴薯產(chǎn)量潛力的發(fā)揮[7,53,55-56]。

產(chǎn)量反應的高低反映施肥增產(chǎn)效應和養(yǎng)分對產(chǎn)量的限制作用[17-18]，不同地區(qū)作物施肥增產(chǎn)的差異與氣候條件、土壤類型、土壤質地、施肥水平和栽培管理措施等因素有關[19-20,57-58]。我國馬鈴薯產(chǎn)量反應平均值大小順序為氮＞磷＞鉀，表明氮素是馬鈴薯產(chǎn)量的首要限制因子，這與已有的研究結果一致[18,59]。研究表明，產(chǎn)量反應與相對產(chǎn)量呈現(xiàn)負線性相關關系[21-22]。本研究東北地區(qū)施用氮、磷、鉀的產(chǎn)量反應最大，華北的施氮產(chǎn)量反應、東南的施磷產(chǎn)量反應和西北的施鉀產(chǎn)量反應較低，這與較低的東北氮素相對產(chǎn)量、較高的華北氮素相對產(chǎn)量、較高的東南磷素相對產(chǎn)量和西北鉀素相對產(chǎn)量是一致的。產(chǎn)量反應或者相對產(chǎn)量也與施肥量、土壤母質和養(yǎng)分狀況關系密切，如東北的氮素產(chǎn)量反應大于東南，與東北的施氮量低于東南地區(qū)有關，而西北較低的施鉀產(chǎn)量反應和較高的鉀素相對產(chǎn)量與土壤含有較高的含鉀礦物有關[26]。地區(qū)的經(jīng)濟水平[60-61]和馬鈴薯種植模式[57,62]也影響馬鈴薯施肥量和施肥產(chǎn)量反應，如東南地區(qū)馬鈴薯經(jīng)濟效益較高[58]，為追求馬鈴薯更大的經(jīng)濟效益，農(nóng)戶通常增加施肥量，因此該區(qū)施氮、磷、鉀的產(chǎn)量反應總體較低。

3.2 馬鈴薯肥料利用率

農(nóng)學效率、偏生產(chǎn)力和養(yǎng)分回收率是表達肥料利用率的常用指標，其與產(chǎn)量、施肥量和土壤肥力水平關系最為密切[32,63]。本文研究結果表明，較高的東北地區(qū)氮素農(nóng)學效率、偏生產(chǎn)力和養(yǎng)分回收率與東北較低的施氮量和較低的相對產(chǎn)量 (代表較低的土壤肥力) 有關，而東南地區(qū)較低的氮素農(nóng)學效率、偏生產(chǎn)力和養(yǎng)分回收率與其較高的施氮量和較高的相對產(chǎn)量有關。此外，肥料利用率還與該地區(qū)土壤條件、水分條件、輪作體系和栽培措施等影響產(chǎn)量潛力和養(yǎng)分吸收的因素有關[3,7,64-65]。

4 結論

我國馬鈴薯氮、磷和鉀產(chǎn)量反應平均分別為8.6、5.9和6.6 t/hm2，氮素是我國馬鈴薯產(chǎn)量的首要限制因子，東北地區(qū)產(chǎn)量和施氮產(chǎn)量反應顯著高于其它地區(qū)。馬鈴薯施氮相對產(chǎn)量以華北地區(qū)最高，施磷相對產(chǎn)量以東南地區(qū)最高，施鉀相對產(chǎn)量以西北地區(qū)最高。OPT處理下馬鈴薯氮、磷和鉀施用量平均分別為N 164.2 kg/hm2、P2O5100.3 kg/hm2和K2O 188.0 kg/hm2，東南地區(qū)氮和鉀施肥量顯著高于其他地區(qū)，東北地區(qū)施氮量和施鉀量較低，東北、西南和西北施磷量高于其他地區(qū)，長江中下游施磷量最低。馬鈴薯氮、磷、鉀素養(yǎng)分利用率與產(chǎn)量和施肥量關系密切，東北地區(qū)因其較低的氮、鉀施肥量和較高的產(chǎn)量以及較高的產(chǎn)量反應獲得了較高的氮、鉀農(nóng)學效率和偏生產(chǎn)力。東南地區(qū)因其較高的氮、鉀用量而導致其較低的氮素農(nóng)學效率和偏生產(chǎn)力以及較低的鉀素農(nóng)學效率和偏生產(chǎn)力。鉀素養(yǎng)分回收率規(guī)律不明顯，可能與養(yǎng)分吸收數(shù)據(jù)量較小有關?；隈R鈴薯種植區(qū)的產(chǎn)量、施肥量和肥料利用率特征參數(shù)，可以有針對性地開展馬鈴薯分區(qū)養(yǎng)分管理。