有機(jī)肥替代化肥對南方冬作馬鈴薯產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

官利蘭，李水源，譚衛(wèi)娜，陳健章，張新明

（1.恩平市農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)研究所，廣東 恩平 529400；華南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，廣東 廣州 510642）

【研究意義】種植業(yè)中的化肥投入，尤其是氮肥的過量投入引起了中國農(nóng)業(yè)面源污染，成為中國水體污染和富營養(yǎng)化的主要原因之一。減少化肥投入、科學(xué)推進(jìn)化肥減量任務(wù)成為控制面源污染、促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵所在。2017、2018年中央一號文件明確要求深入推進(jìn)化肥零增長行動，增強(qiáng)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展能力。有機(jī)肥的肥料來源廣泛，為作物提供生長所需的養(yǎng)分，有利于土壤微生物活動，從而促進(jìn)作物生長發(fā)育。有機(jī)肥料在土壤溶液中離解出氫離子，具有很強(qiáng)的陽離子交換能力，施用有機(jī)肥料可增強(qiáng)土壤的保肥性能。通過配施有機(jī)肥，不僅能夠改善土壤養(yǎng)分平衡和有效性、土壤物理性狀、增加土壤有機(jī)質(zhì)含量、降低土壤容重、增加土壤孔隙度和降低化肥損失率，對培肥和提高生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力起著關(guān)鍵作用，而且在提高作物產(chǎn)量和改善作物品質(zhì)方面也有重要作用[1-4]，增施有機(jī)肥、減少化學(xué)肥料的施用是減少環(huán)境污染和可持續(xù)生產(chǎn)的重要途徑[5]。

【前人研究進(jìn)展】施肥是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中為實現(xiàn)作物增產(chǎn)高產(chǎn)而采取的一個重要管理措施，對維持農(nóng)田土壤生產(chǎn)力和農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)健康至關(guān)重要[6]。施用化肥可以通過增加土壤養(yǎng)分來增加作物產(chǎn)量，有機(jī)肥養(yǎng)分全面，富含微生物和酶，能全面、穩(wěn)定地供給作物生長所需的各種養(yǎng)分[7-9]。當(dāng)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(yán)重，化肥減量、配施有機(jī)肥是實現(xiàn)化肥減量增效的重要舉措之一[10-11]。隨著我國集約化農(nóng)業(yè)的發(fā)展，在馬鈴薯生產(chǎn)過程中存在化肥過量使用、有機(jī)肥使用比例過低等現(xiàn)象[12]。在恩平市調(diào)查的結(jié)果也顯示，冬作馬鈴薯生產(chǎn)中存在化肥氮、磷施用量偏高，有機(jī)肥施用水平偏低的現(xiàn)象[13]。

【本研究切入點】恩平市位于廣東省西南部，珠江三角洲西南端，北靠大陸丘陵，南臨南海[14]，是廣東省馬鈴薯種植的主要區(qū)域，年種植面積 2 333.3～2 666.7 hm2[15-16]。馬鈴薯南方冬作區(qū)主要采用稻-稻-薯一年三熟種植模式，農(nóng)田利用強(qiáng)度高，土壤生態(tài)系統(tǒng)日趨脆弱。采用化學(xué)肥料減量施用的有機(jī)肥和無機(jī)肥配合施用技術(shù)，既符合化肥減施的背景，又能滿足當(dāng)前馬鈴薯南方冬作區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的迫切需求?！緮M解決的關(guān)鍵問題】在恩平市開展有機(jī)肥料與化學(xué)肥料配施技術(shù)，探討有機(jī)肥養(yǎng)分對化肥養(yǎng)分的替代比例，為廣東冬作馬鈴薯的商品有機(jī)肥部分替代化肥實現(xiàn)化肥減施提供科學(xué)依據(jù)，同時優(yōu)化稻-稻-薯種植模式生態(tài)系統(tǒng)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試馬鈴薯品種為費(fèi)烏瑞它（Favorita），種薯為一級脫毒種薯。供試肥料包括商品有機(jī)肥1（N 5.3 g/kg；P2O542.4 g/kg；K2O 21.5 g/kg）、商品有機(jī)肥2（N 12.8 g/kg；P2O531.9 g/kg；K2O 8.2 g/kg）、商品有機(jī)肥3（N 4.4 g/kg；P2O56.8 g/kg；K2O 3.8 g/kg）、花生麩（N 89.1 g/kg；P2O522.3 g/kg；K2O 9.5 g/kg）、茶籽粕（N 11.4 g/kg；P2O53.2 g/kg；K2O 6.0 g/kg）、常規(guī)尿素（N 46%）、常規(guī)過磷酸鈣（P2O512%）、常規(guī)硫酸鉀（K2O 50%）。

1.2 試驗地概況

試驗在廣東省恩平市恩城街道北郊恩平市農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)研究所試驗基地（112°20′37′′E，22°13′3′′N）進(jìn)行，氣候類型為南亞熱帶季風(fēng)氣候，前作為水稻。土壤質(zhì)地為中壤土，含堿解氮92.60 mg/kg、有效磷73.09 mg/kg、速效鉀130.35 mg/kg，pH為6.01，呈弱酸性。

1.3 試驗方法

根據(jù)等量施肥原則，試驗設(shè)置7個處理，其中有機(jī)肥處理3個，分別為商品有機(jī)肥1（OM1）、商品有機(jī)肥2（OM2）、商品有機(jī)肥3（OM3），養(yǎng)分由有機(jī)肥提供。3種商品有機(jī)肥施用量均為600 kg/667m2，每個有機(jī)肥處理同時施用花生麩25 kg/667m2和茶籽粕25 kg/667m2。同時設(shè)分別與3種商品有機(jī)肥處理總施肥量相等的化肥處理3個，分別為化肥1（CF1）、化肥2（CF2）、化肥3（CF3），養(yǎng)分由常規(guī)化肥提供。3個化肥處理分別施用尿素12.4、22.2、11.2 kg/667m2，過磷酸鈣217.3、164.8、39.3 kg/667m2，硫酸鉀25.6、10.2、5.1 kg/667m2。以不施肥為對照（CK）。每個處理3次重復(fù)。所有處理均采用黑膜覆蓋下一次性施肥。

高壟雙行種植，每個小區(qū)設(shè)3壟，小區(qū)面積為39.6 m2（1.2 m×11 m×3），每壟100株。結(jié)合滴灌進(jìn)行水分管理，按照已集成的“廣東冬種馬鈴薯高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高效栽培關(guān)鍵技術(shù)”進(jìn)行病蟲害防治。于2018年11月24日播種，生長期間水分供給采用滴灌。

1.4 測定項目及方法

在成熟收獲期馬鈴薯收獲后，于測產(chǎn)壟進(jìn)行商品薯（≥75 g的無病爛、畸形塊莖）、次品薯（包括＜75 g的小薯和畸形薯等）的分類稱重測產(chǎn)，測產(chǎn)后在每小區(qū)測產(chǎn)壟采5 kg左右商品薯作為收獲分析樣品。

土壤分析：pH用酸度計法，堿解氮用擴(kuò)散法，速效磷用鉬銻抗比色法，速效鉀用火焰光度法測定。植株分析：全氮用H2SO4-H2O2消煮蒸餾定氮法，全磷用H2SO4-H2O2消煮鉬銻抗比色法，全鉀用H2SO4-H2O2消煮火焰光度計法，Vc含量采用2,6-二氯酚靛酚滴定法，淀粉含量采用乙醇提取葡萄糖測定法，粗蛋白含量采用半微量凱氏定氮法測定。

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2010和DPS14.10軟件[17]進(jìn)行LSD統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 有機(jī)肥替代化肥對馬鈴薯總產(chǎn)及商品薯、商品薯率的影響

由表1可知，等施肥量的有機(jī)肥處理和化肥處理總產(chǎn)量差異不顯著，其中CF1處理和CF2處理顯著高于對照。CF2增產(chǎn)量最高，為1 130.82 kg/667m2，增產(chǎn)率達(dá)144.74%；等施肥量的有機(jī)肥OM2處理增產(chǎn)量為746.52 kg/667m2。有機(jī)肥處理與等施肥量的化肥處理商品薯產(chǎn)量差異不顯著，商品薯產(chǎn)量較對照高，各處理商品薯率為80.96%～91.92%，各處理間差異不顯著。施用有機(jī)肥的增產(chǎn)效果為化肥增產(chǎn)效果的76.76%～82.38%。有機(jī)肥處理中OM2處理總產(chǎn)量和商品薯產(chǎn)量均高于OM1和OM3處理。

表1 有機(jī)肥替代化肥對馬鈴薯總產(chǎn)及商品薯、商品薯率的影響Table 1 Effect of different treatments on potato total yield, marketable yield and marketable rate

2.2 有機(jī)肥替代化肥對馬鈴薯塊莖品質(zhì)的影響

表2顯示，各處理馬鈴薯塊莖干物質(zhì)含量、Vc含量和淀粉含量差異不顯著，分別在 20.31%～22.19%、272.30～286.23 mg/kg、14.37%～16.19%之間；CF2處理粗蛋白含量較OM2處理高0.34%，差異顯著；CF3處理粗蛋白含量較OM3處理高0.48%，差異顯著；除粗蛋白含量外，施用有機(jī)肥和化肥馬鈴薯塊莖的品質(zhì)影響不大。

2.3 有機(jī)肥替代化肥肥料表觀利用率和有機(jī)肥同效當(dāng)量

試驗結(jié)果顯示，有機(jī)肥處理肥料表觀利用率低于化肥處理，有機(jī)肥處理中，OM2處理肥料表觀利用率為10.17%，分別比OM1和OM3處理高1.96、3.52個百分點，且與OM3處理差異顯著?；侍幚鞢F1、CF2、CF3肥料表觀利用率分別為9.27%、15.35%、28.00%，3個處理間差異顯著。

某種有機(jī)肥料所含的養(yǎng)分相當(dāng)于幾個單位的化肥所含養(yǎng)分的肥效，這個系數(shù)稱為“同效當(dāng)量”。同效當(dāng)量＝（有機(jī)肥處理的產(chǎn)量－無肥處理的產(chǎn)量）/（化肥處理的產(chǎn)量－無肥處理的產(chǎn)量）。由表3可知，3種有機(jī)肥同效當(dāng)量表現(xiàn)為：OM1＞OM2＞OM3。試驗中有機(jī)肥同效當(dāng)量在46.05%～68.76%之間，其中產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益占優(yōu)勢的OM2處理有機(jī)肥同效當(dāng)量為66.02%。

表2 有機(jī)肥替代化肥對馬鈴薯塊莖品質(zhì)的影響Table 2 Effect of different treatments on quality of potato tuber

表3 有機(jī)肥同效當(dāng)量Table 3 Organic manure equivalence of different organic fertilizer treatments

2.4 有機(jī)肥替代化肥對馬鈴薯經(jīng)濟(jì)效益的影響

由表4和表5可知，由于有機(jī)肥的使用量較大，因此施用商品有機(jī)肥處理的肥料成本高于化肥處理。3種有機(jī)肥處理中OM2處理肥料成本低于另外兩種有機(jī)肥處理，而總產(chǎn)值高于OM1和OM3處理。從經(jīng)濟(jì)效益考慮，OM2處理具有一定的優(yōu)勢。

3 討論

本研究中施用有機(jī)肥的增產(chǎn)效果為化肥增產(chǎn)效果的76.76%～82.38%。使用有機(jī)肥增產(chǎn)效果沒有化肥肥效增產(chǎn)快[18]，增施有機(jī)肥對作物的增產(chǎn)效應(yīng)隨施肥年限的延長而逐漸增強(qiáng)[19]?；适且环N速效肥料，長期大量施用會使土壤板結(jié)、結(jié)構(gòu)變差、肥力下降、理化性狀變劣，不利于土壤生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。而施用有機(jī)肥不僅能為農(nóng)作物提供全面營養(yǎng)，而且肥效長，可增加和更新土壤有機(jī)質(zhì)，培肥地力，促進(jìn)土壤養(yǎng)分的釋放，促進(jìn)微生物繁殖，改善土壤的理化性質(zhì)和生物活性，提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量[20-21]。本研究施用有機(jī)肥對馬鈴薯品質(zhì)的影響未表現(xiàn)出來，可能是由于所選用商品有機(jī)肥的肥效表現(xiàn)時間還不夠。技術(shù)特征和經(jīng)濟(jì)效益是作物化肥減施增效技術(shù)評價體系的主要指標(biāo)[22-23]。本研究中有機(jī)肥處理成本偏高的原因是商品有機(jī)肥的價格偏高，造成總成本偏高。3種商品有機(jī)肥處理成本差異的主要因素是價格的差異。化肥和有機(jī)肥的配施則可以形成互補(bǔ)或協(xié)同作用，從而達(dá)到提高作物產(chǎn)量[24-25]。化肥和有機(jī)肥配施能夠在碳氮資源的生物有效性上形成互補(bǔ)關(guān)系，能夠同時促進(jìn)土壤生物和作物生長，從而滿足土壤生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能持續(xù)發(fā)揮的需要[26]。有機(jī)肥無機(jī)肥配合施用在改善土壤物理性能、創(chuàng)造良好團(tuán)粒結(jié)構(gòu)、增加土壤微生物活力、為作物提供較完全的養(yǎng)分等方面具有特別的優(yōu)勢[27]。有機(jī)肥無機(jī)肥配施可改善土壤肥力，較單施無機(jī)肥或有機(jī)肥更高效[28-30]。

表4 肥料成本核算（元/667m2）Table 4 Fertilizer cost calculation (yuan/667m2)

表5 經(jīng)濟(jì)效益核算（元/667m2）Table 5 Accounting of economic benefit（yuan/667m2）

本研究中，商品有機(jī)肥2對產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益的影響較另外兩種有機(jī)肥占有優(yōu)勢，其同效當(dāng)量以總產(chǎn)量和商品薯產(chǎn)量計算分別為66.02%和60.18%。為更好地保證馬鈴薯產(chǎn)量和品質(zhì)，建議根據(jù)馬鈴薯需肥規(guī)律有機(jī)肥與化肥配合施用，選用價格適中的有機(jī)肥2與化肥按比例配合施用。

4 結(jié)論

施肥量相同時，3種商品有機(jī)肥對廣東省恩平市冬作馬鈴薯均有增產(chǎn)效果，有機(jī)肥可以部分替代化肥，實現(xiàn)化學(xué)肥料減量施用，進(jìn)而減少因化肥過量施用帶來的土壤生態(tài)系統(tǒng)失衡和農(nóng)業(yè)面源污染等問題。試驗所用3種商品有機(jī)肥中，從經(jīng)濟(jì)效益考慮價格適中的商品有機(jī)肥2較適合在生產(chǎn)中推薦使用，以總產(chǎn)量計算同效當(dāng)量為66.02%。有機(jī)肥的種類、安全性、生產(chǎn)成本等因素是選擇替代化學(xué)肥料的主要考慮方面，肥效高、安全、施用方便、成本合適是首選。綜合冬作馬鈴薯產(chǎn)量、品種、肥料利用率、經(jīng)濟(jì)效益等方面考慮，有機(jī)肥對化肥的最佳替代比例有待進(jìn)一步研究。而不同馬鈴薯品種、不同土壤、不同地域有機(jī)肥部分替代化肥，增施有機(jī)肥，化肥減施量也是下一步研究的重要方向。