施氮量對山西2 個馬鈴薯品種產(chǎn)量和收益的影響

李林燕，王宏庭，趙萍萍，白小東，范向斌，杜培兵，于志勇，楊夢棣

（1.山西大學生物工程學院，山西太原030006；2.山西省農業(yè)科學院農業(yè)環(huán)境與資源研究所，山西太原030031；3.山西省農業(yè)科學院高寒區(qū)作物研究所，山西大同037000）

馬鈴薯（Solanum tuberosum L.）在世界上廣泛種植，2017 年的播種面積達1 930.3 萬hm2，是繼小麥、玉米、水稻之后排名第4 位的糧食作物[1]。我國是世界馬鈴薯生產(chǎn)第一大國，2017 年馬鈴薯總產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的25%左右[1]；山西是我國北方馬鈴薯主產(chǎn)區(qū)之一，2017 年馬鈴薯的播種面積和產(chǎn)量分別為16.8 萬hm2和40.9 萬t[2]。氮素作為構成生命物質（如蛋白質、核酸等）的中心元素，對于馬鈴薯生產(chǎn)極其重要[3-10]，氮素供應不足會導致馬鈴薯植株生長矮小、長勢弱、產(chǎn)量低[11-13]，而氮肥施用過量則會造成馬鈴薯貪青晚熟，影響塊莖干物質含量，降低馬鈴薯的產(chǎn)量和品質[11-14]，同時使得養(yǎng)分利用率降低、造成環(huán)境污染[15]。PORTER 等[12，16]研究指出，馬鈴薯品種是影響其產(chǎn)量和品質的重要因素，不同馬鈴薯品種對氮的需求存在差異[12，17]，氮肥利用效率也存在差異[18-19]。MALTAS 等[20]在瑞士的研究發(fā)現(xiàn)，馬鈴薯品種Laura 對氮的吸收速率比品種Bintje要快。BELANGER 等[13]研究結果顯示，馬鈴薯品種Shepody 的產(chǎn)量、塊莖氮含量均高于品種Russet Burbank。ATKINSON 等[21]研究發(fā)現(xiàn)，施氮259 kg/hm2可使馬鈴薯品種Alturas 獲得最高產(chǎn)量，施氮275 kg/hm2時品種Russet Burbank 可取得最高產(chǎn)量，而品種Ranger Russet 則在施氮290 kg/hm2時產(chǎn)量最高，施氮量和品種均是影響馬鈴薯塊莖產(chǎn)量和品質的重要因子。同薯29 號和大同里外黃是山西省近年來新審定的品種，這2 個品種對施氮量反應如何是一個急需研究的課題。

本研究通過連續(xù)2 a 的氮肥用量定位試驗，研究了不同施氮量對2 個馬鈴薯新品種的總干物質量、塊莖產(chǎn)量和經(jīng)濟效益的影響，以期為2 個品種的推廣應用和氮素養(yǎng)分管理提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于山西省農業(yè)科學院高寒區(qū)作物研究所毛皂基地（東經(jīng)113°15′42″，北緯39°55′16″）。該地屬于溫帶大陸性季風氣候，多年平均氣溫5.1～7.5 ℃，多年平均降雨量370～460 mm。供試土壤類型為栗褐土，質地為輕壤，2017 年試驗開始前采集土壤樣品（0～20 cm）進行了室內分析，土壤理化性質為：pH 值8.5（pH 儀測定）、有機質含量12.35 g/kg（重鉻酸鉀容量法- 外加熱法）、全氮含量0.56 g/kg（凱氏定氮法）、硝態(tài)氮含量74.7 mg/kg（流動分析儀法）、銨態(tài)氮含量36.5 mg/kg（流動分析儀法）、速效磷含量13.5 mg/kg（0.5 mol/L NaHCO3浸提法）、速效鉀125 mg/kg（火焰光度法）。

1.2 試驗材料

供試材料馬鈴薯品種為大同里外黃[22]和同薯29 號[23]，均為中晚熟品種。

1.3 試驗設計

試驗采用裂區(qū)區(qū)組設計（主區(qū)為馬鈴薯品種，副區(qū)為氮肥不同用量），隨機排列，重復3 次，小區(qū)面積為3 m×10 m＝30 m2。氮肥設6 個水平，分別為0，90，135，180，225，270 kg/hm2，試驗用氮肥品種為尿素（N 46%），磷肥為粒狀過磷酸鈣（P2O512%）、鉀肥選用氯化鉀（K2O 60%）。試驗播種前普施磷肥（P2O5）90 kg/hm2、鉀肥（K2O）90 kg/hm2，各處理60%的氮肥播前施用、40%的氮肥在現(xiàn)蕾期追施。馬鈴薯采用南北向人工種植，行距50 cm、株距45 cm，播種量為2 250 kg/hm2，種植密度為4.4 萬株/hm2。2017，2018 年的播種日期均為5 月7 日，收獲日期均為9 月29 日。田間病蟲害防治按當?shù)亓晳T進行。

1.4 測定項目及方法

1.4.1 產(chǎn)量的測定 按小區(qū)面積人工收獲，分級，稱質量并計產(chǎn)。

1.4.2 干物質量的測定 每個小區(qū)中間行采集5 穴馬鈴薯植株樣品，現(xiàn)場快速抖盡多余的土，將莖稈和塊莖分別裝入塑料袋，帶回實驗室進行沖洗晾干，分別稱質量，放入烘箱，105 ℃殺青40 min，然后將溫度降至70 ℃烘干至恒質量，稱質量。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Excel、SPSS 及SAS 9.4 軟件處理數(shù)據(jù)，并進行方差分析。

式中，y 代表馬鈴薯總干物質量、塊莖產(chǎn)量、經(jīng)濟效益，x 代表施氮量，斜率k 代表單位施氮量增加的總干物質量、塊莖產(chǎn)量、經(jīng)濟效益的數(shù)量，截距b代表不施氮處理的總干物質量、塊莖產(chǎn)量、經(jīng)濟效益，A 代表y 達到平臺值對應的施氮量，c 代表y 的平臺值。

式中，馬鈴薯單價為2 元/kg、N 單價為5 元/kg、P2O5單價為8.3 元/kg、K2O 單價為4 元/kg。

2 結果與分析

2.1 施氮量對馬鈴薯總干物質量的影響

馬鈴薯干物質量是衡量馬鈴薯有機物積累的一個重要指標。表1 結果顯示，氮肥施用影響馬鈴薯的干物質量，從2017 年的試驗結果來看，不施氮處理N0 條件下，2 個品種的總干物質量均表現(xiàn)為最低，同薯29 號和大同里外黃分別為7.3，5.7 t/hm2，而2 個品種施氮處理的總干物質量均高于相應的不施氮處理，表明施氮可以提高馬鈴薯的總干物質量，且在一定的施氮范圍內總干物質量隨著施氮量的增加而增加，當施氮量超過一定值（同薯29 號180 kg/hm2、大同里外黃225 kg/hm2）后，總干物質量變化不明顯，但2 個品種總干物質量的大小存在差異，同薯29 號高于大同里外黃。方差統(tǒng)計結果顯示，同薯29 號不同處理間差異達顯著水平（P＜0.05），大同里外黃不同處理間差異也達顯著水平（P＜0.05）。多重比較進一步顯示，2 個品種除N90處理外其他施氮處理的總干物質量均顯著高于N0處理，同薯29 號施氮處理N135、N180、N225、N270相互比較，總干物質量差異未達顯著水平；大同里外黃施氮處理N180、N225、N270 相互比較，總干物質量差異也未達顯著水平?？偢晌镔|量與施氮量之間的關系可用直線加平臺模型擬合，其中，同薯29 號的擬合方程為y＝6x＋7 190（x＜180）；y＝8 270（x≥180）（n＝18，R2＝0.58），求得的最高總干物質量的施氮量為180 kg/hm2；大同里外黃的擬合方程為y＝8.551 9x＋5 510.27（x＜225）；y＝7 434（x≥225）（n＝18，R2＝0.90），求得的最高總干物質量的施氮量為225 kg/hm2。

表1 馬鈴薯總干物質量對施氮量的效應 t/hm2

2018 年的馬鈴薯試驗是在2017 年的基礎上繼續(xù)開展，獲得的干物質量數(shù)據(jù)如表1 所示。受2017 年施肥的影響，地力條件發(fā)生了改變，導致2018 年的試驗結果不能很好地反映施氮的實際效應，因此，用2 a 累積結果來表征氮肥連續(xù)施用的效果。從2 a 累積結果來看，馬鈴薯干物質量的變化趨勢大體上與2017 年的結果一致，2 個品種馬鈴薯不施氮處理N0 的總干物質量均表現(xiàn)為最低，同薯29 號為11.7 t/hm2，大同里外黃為8.8 t/hm2，而2 個品種施氮處理的總干物質量均顯著高于相應的不施氮處理。在一定的施氮量（2 a 累積）范圍內，總干物質量同樣隨著施氮量的增加而增加，當施氮量超過一定值（同薯29 號360 kg/hm2、大同里外黃450 kg/hm2）后，總干物質量變化不明顯。施氮處理N180、N225、N270 的累積干物質量相互比較，差異未達顯著水平，但這3 個處理顯著高于N90、N135 處理。從2 個品種的2 a 累積的總干物質量大小看，仍表現(xiàn)為同薯29 號大于大同里外黃。2 a 累積的干物質量與累計施氮量之間的關系也可用直線加平臺模型擬合，同薯29 號的擬合方程為y＝7.028 62x＋11 553.76（x＜360）；y＝14 084（x≥360）（n＝18，R2＝0.81），由此方程求得獲得2 a 累積干物質量最高值的施氮量為360 kg/hm2，平均每年為180 kg/hm2；大同里外黃的擬合方程為y＝6.601 27x＋8 574.41（x＜432）；y＝11 425（x≥432）（n＝18，R2＝0.91），求得獲得2 a 累積干物質量最高值的施氮量為432 kg/hm2，平均每年為216 kg/hm2。

2.2 施氮量對馬鈴薯塊莖產(chǎn)量的影響

馬鈴薯干物質積累量是產(chǎn)量形成的物質基礎，施氮量影響馬鈴薯干物質量，也同樣影響馬鈴薯的塊莖產(chǎn)量。表2 結果顯示，2017 年2 個馬鈴薯品種不施氮處理（N0）的產(chǎn)量均表現(xiàn)為最低，同薯29 號為19.7 t/hm2，大同里外黃則為16.2 t/hm2，施氮處理的塊莖產(chǎn)量均高于不施氮處理，與總干物質量變化趨勢一致。在一定的施氮范圍內，塊莖產(chǎn)量也隨著施氮量的增加而增加，當施氮量超過一定值（同薯29 號180 kg/hm2、大同里外黃270 kg/hm2）后，塊莖產(chǎn)量變化不明顯。同薯29 號的施氮處理較不施氮處理增產(chǎn)6.5%～20.1%，平均增產(chǎn)14.9%，N180 處理獲得最高產(chǎn)量23.7 t/hm2；大同里外黃的施氮處理較N0 處理增產(chǎn)2.5%～18.6%，平均增產(chǎn)12.9%，N270 處理取得最高產(chǎn)量19.3 t/hm2。塊莖產(chǎn)量與施氮量的關系也可用直線加平臺模型擬合，同薯29 號的擬合方程為y＝21x＋19 470（x＜180）；y＝23 250（x≥180）（n＝18，R2＝0.68），由此方程求得同薯29號最高產(chǎn)量施氮量為180 kg/hm2；大同里外黃的擬合方程為y＝13.360 6x＋16 044.04（x＜240）；y＝19 252（x≥240）（n＝18，R2＝0.74），由此方程求得大同里外黃最高產(chǎn)量施氮量為240 kg/hm2。

2018 年獲得的2 個馬鈴薯品種產(chǎn)量數(shù)據(jù)列于表2，受2017 年試驗地力差異的影響，2018 年的試驗結果不能真正反映施氮的實際效應。因此，仍用2 a 累積產(chǎn)量結果來表征氮肥連續(xù)施用的效果。2 個馬鈴薯品種不施氮處理（N0）的2 a 累積產(chǎn)量仍均表現(xiàn)為最低，同薯29 號為34.9 t/hm2，大同里外黃則為27.0 t/hm2，施氮處理除N90 外的塊莖產(chǎn)量累積也均顯著高于不施氮處理。其中，同薯29 號的施氮處理較不施氮處理增產(chǎn)6.0%～20.3%，平均增產(chǎn)15.3%；大同里外黃的施氮處理較N0 處理增產(chǎn)3.1%～17.4%，平均增產(chǎn)12.6%，2 個品種的N270、N225、N180 這3 個處理的塊莖累積產(chǎn)量相互比較，差異不顯著。塊莖產(chǎn)量累積與累計施氮量的關系也可用直線加平臺模型擬合，同薯29 號的擬合方程為y＝18.362 3x＋34 389.63（x＜397）；y＝41 686（x≥397）（n＝18，R2＝0.85），由此方程求得獲得2 a累積最高塊莖產(chǎn)量的施氮量為397 kg/hm2，平均每年為199 kg/hm2。綜合2017 年一季及2017—2018 年兩季的結果來看，同薯29 號最高產(chǎn)量的推薦施肥量為180～199 kg/hm2；大同里外黃的擬合方程為y＝11.756 8x＋26 633.08（x＜422）；y＝31 595（x≥422）（n＝18，R2＝0.84）, 由此方程求得獲得2 a 累積最高塊莖產(chǎn)量的施氮量為422 kg/hm2，平均每年為211 kg/hm2。綜合2017 年一季及2017—2018 年兩季的結果來看，大同里外黃最高產(chǎn)量的推薦施肥量為211～240 kg/hm2。

表2 馬鈴薯塊莖產(chǎn)量對施氮量的效應

從2 個馬鈴薯品種對氮素的反應來看，不施氮情況下同薯29 號產(chǎn)量高于大同里外黃，說明同薯29 號吸收土壤氮的能力高于大同里外黃；一定施氮范圍內，2 個品種的產(chǎn)量均隨著施氮量的增加而直線增加，但同薯29 號斜率大于大同里外黃，說明同薯29 號單位施氮量的增產(chǎn)效果高于大同里外黃，同薯29 號馬鈴薯對施氮的敏感性高于大同里外黃。以2017 年產(chǎn)量結果為例，同薯29 號施氮180 kg/hm2獲得理論最高產(chǎn)量，而同氮條件下大同里外黃產(chǎn)量達到其最高產(chǎn)量的96%，2 a 累積同薯29 號達最高產(chǎn)量的施肥條件下大同里外黃產(chǎn)量為其最高產(chǎn)量的99%，所以2 個馬鈴薯品種相比較，同薯29 號的吸氮能力、氮敏感性和產(chǎn)量均高于大同里外黃。

2.3 施氮量對馬鈴薯經(jīng)濟效益的影響

經(jīng)濟效益是評價馬鈴薯生產(chǎn)價值的重要指標，較高經(jīng)濟效益可為種植戶帶來更多的財富。由表3可知，無論一季還是2 a 的累積均表現(xiàn)為不施氮處理（N0）的經(jīng)濟效益最低，2017 年同薯29 號和大同里外黃的經(jīng)濟效益分別為3.83 萬、3.14 萬元/hm2，2 a累積的經(jīng)濟效益分別為6.75 萬、5.18 萬元/hm2，而施氮處理的經(jīng)濟效益均高于相應的不施氮處理，且與總干物質量、塊莖產(chǎn)量變化趨勢一致，同樣表現(xiàn)為在一定的施氮范圍內，經(jīng)濟效益隨施氮量的增加而增加，當施氮量超過一定值（同薯29 號180 kg/hm2、大同里外黃270 kg/hm2）后，經(jīng)濟效益變化不明顯。同薯29 號無論一季還是兩季均在N180 處理獲得最高凈收益，2017 年達4.53 萬元/hm2，2 a 累積達7.93 萬元/hm2；大同里外黃則均在N270 處理獲得最高凈收益，2017 年為3.60 萬元/hm2，2 a 累積為5.86 萬元/hm2。2 個馬鈴薯品種的經(jīng)濟效益也均呈直線加平臺的變化趨勢，但2 個品種的表現(xiàn)存在差異。同薯29 號2017 年經(jīng)濟效應方程為y＝34.6762x＋38 013.29（x＜180）；y＝44 249（x≥180）（n＝18，R2＝0.59），最佳經(jīng)濟施氮量為180 kg/hm2，與最高總干物質量、最高塊莖產(chǎn)量施氮量均一致；2 a 累積經(jīng)濟效應方程為y＝31.724 4x＋66 564.8（x＜382）；y＝78 682（x≥382）（n＝18，R2＝0.83），最佳經(jīng)濟施氮量為382 kg/hm2，按一年計算，施氮量為191 kg/hm2，綜上，同薯29 號最佳經(jīng)濟效益的推薦施肥量為180～191 kg/hm2。大同里外黃2017 年經(jīng)濟效應方程為y＝21.721 3x＋30 980.51（x＜233）；y＝36 046（x≥233）（n＝18，R2＝0.64），最佳經(jīng)濟施氮量為233 kg/hm2；2 a 累積經(jīng)濟效應方程為y＝18.513 1x＋51 051.68（x＜402）；y＝58 500（x≥402）（n＝18，R2＝0.76），最佳經(jīng)濟施氮量為402 kg/hm2，平均一年施氮量為201 kg/hm2，綜上，大同里外黃最佳經(jīng)濟效益的推薦施肥量為201～233 kg/hm2。

表3 馬鈴薯經(jīng)濟效益對施氮量的效應 萬元/hm2

從擬合的效應方程來看，一定施氮范圍內，2 個品種的經(jīng)濟效益均隨施氮量的增加而直線增加，但同薯29 號斜率大于大同里外黃，說明同薯29 號單位施氮量增加的經(jīng)濟效益高于大同里外黃，同薯29 號對氮素的敏感性高于大同里外黃。2 個品種馬鈴薯相比，同薯29 號凈收益較高，2017 年同薯29 號達最高經(jīng)濟效益的N180 處理下，大同里外黃的經(jīng)濟效益為其最高經(jīng)濟效益的97%，2 a 累積同薯29 號經(jīng)濟效益最高的施氮處理下，大同里外黃經(jīng)濟效益為其最高經(jīng)濟效益的99%，同等條件下同薯29 號更易增加收入。

2.4 品種、施氮量兩因素方差分析

馬鈴薯品種、施氮量是影響馬鈴薯總干物質量、塊莖產(chǎn)量和經(jīng)濟效益的重要因素，對兩因素進行方差分析，結果列于表4，馬鈴薯品種、施氮量對馬鈴薯總干物質量、塊莖產(chǎn)量、經(jīng)濟效益均具有極其顯著的影響，而品種×施氮量對總干物質量（2017 年除外）、塊莖產(chǎn)量、經(jīng)濟效益交互效應均不顯著，說明品種、施氮量均是影響馬鈴薯總干物質量、塊莖產(chǎn)量及經(jīng)濟效益的獨立因子。

表4 馬鈴薯兩因素方差檢驗

3 結論與討論

氮是影響馬鈴薯產(chǎn)量和品質的重要因素，被國內外學者廣泛關注。施氮不足或過量均會影響馬鈴薯的產(chǎn)量和收益[11-14]，本研究2 個馬鈴薯品種的試驗結果也證明了這一結論。因此，探求不同生產(chǎn)條件下馬鈴薯的最佳施氮量顯得十分重要。眾多國內外學者開展了馬鈴薯最佳施氮量的相關研究[20，24-30]，結果表明，馬鈴薯最佳施氮量各不相同；董茜等[24]在四川研究得出，150 kg/hm2為馬鈴薯最佳施氮量；李華憲[25]在寧夏研究得出，馬鈴薯最佳施氮量為170 kg/hm2；田洵等[26]在東北的研究中得出，馬鈴薯最佳施氮量為176 kg/hm2，與本試驗中同薯29 的最佳經(jīng)濟施氮量180～191 kg/hm2接近。而PORTER等[12]在美國研究得出，馬鈴薯Shepody 品種的最佳施氮量為211 kg/hm2；ATKINSON 等[21]在英國研究得出，馬鈴薯Bannock 品種的最佳施氮量為209 kg/hm2；DARWISH 等[27]在黎巴嫩研究得出，馬鈴薯最佳施氮量為200～260 kg/hm2，與本試驗大同里外黃的最佳經(jīng)濟施氮量201～233 kg/hm2接近?？赡苁怯捎谠囼灥赝寥李愋?、氣候條件的差異造成最佳經(jīng)濟施氮量不同。本試驗2 個馬鈴薯品種的最佳施氮量不同，說明馬鈴薯品種間存在差異，一些研究也得出了不同馬鈴薯品種的最佳施氮量不同。PORTER 等[12]對Russet Burbank 和Shepody 這2 個馬鈴薯品種進行比較得出，最佳施氮量分別為196，211 kg/hm2；ATKINSON 等[21]研究發(fā)現(xiàn)，7 個馬鈴薯品種的最佳施氮量均不同，品種Alturas、Ranger、A8893-1、Bannock、Gem、Russet Burbank、Summit 分別為259，313，270，209，254，275，290 kg/hm2。對于品種和施氮量交互效應的檢驗，本研究發(fā)現(xiàn)，品種×施氮量對本試驗2 個品種馬鈴薯總干物質量及塊莖產(chǎn)量影響不顯著，這與BELANGER 等[31]在加拿大的研究結果一致，說明品種、施氮量是2 個獨立的影響因子。另外，本試驗主要研究了品種、施氮量對2 個新品種馬鈴薯總干物質量、塊莖產(chǎn)量及經(jīng)濟效益的影響，而關于施氮時間、施氮位置等對同薯29 號、大同里外黃的影響還有待進一步研究。

本試驗對2 個新品種比較得出，同薯29 號塊莖產(chǎn)量、經(jīng)濟效益都較高，較大同里外黃更有優(yōu)勢，推薦施氮量同薯29 號為180～191 kg/hm2，大同里外黃為201～233 kg/hm2，該試驗結果對2 個新品種馬鈴薯的推廣具有一定的指導意義。