氮肥用量對(duì)膜下滴灌冬馬鈴薯產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益的影響①

李燕山，肖石江，王曉瑞，梁淑敏，高 森，普紅梅，張 磊，吳瓊芬，隋啟君*

氮肥用量對(duì)膜下滴灌冬馬鈴薯產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益的影響①

李燕山1,2，肖石江3，王曉瑞4，梁淑敏1,2，高 森3，普紅梅1,2，張 磊1,2，吳瓊芬3，隋啟君1,2*

(1 云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所，昆明 650205；2農(nóng)業(yè)部云貴高原馬鈴薯與油菜科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站，昆明 650205；3陸良縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，云南陸良 655600；4 昆明醫(yī)科大學(xué)海源學(xué)院，昆明 650101)

通過(guò)田間試驗(yàn)研究不同氮肥用量對(duì)膜下滴灌冬馬鈴薯生長(zhǎng)、產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益的影響，通過(guò)分析馬鈴薯產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)與農(nóng)學(xué)效益隨氮肥用量的變化趨勢(shì)提出冬馬鈴薯生產(chǎn)上適宜的氮肥用量范圍。結(jié)果表明，膜下滴灌條件下，馬鈴薯生育期隨氮肥用量的增加逐漸延長(zhǎng)，馬鈴薯葉面積指數(shù)、單株結(jié)薯數(shù)、單株薯重和塊莖產(chǎn)量隨氮肥用量的增加呈先增加后降低的趨勢(shì)，均在345 kg/hm2施氮量時(shí)最高，且株高和大薯重高于其他處理。施氮量在0 ~ 420 kg/hm2時(shí)對(duì)馬鈴薯出苗率影響不大，而施氮量達(dá)495 kg/hm2時(shí)出苗率和塊莖產(chǎn)量顯著降低；施氮效益、施氮純收入、氮肥產(chǎn)投比和農(nóng)學(xué)效率在施氮量195 ~ 345 kg/hm2時(shí)均隨氮肥用量的增加而增加，超過(guò)345 kg/hm2施氮量時(shí)逐漸下降，施氮量為495 kg/hm2時(shí)顯著降低。馬鈴薯產(chǎn)量對(duì)氮肥用量的反應(yīng)通過(guò)二次多項(xiàng)式模型分析得出，馬鈴薯最高產(chǎn)量施氮量和經(jīng)濟(jì)最佳施氮量分別為341.7、327.1 kg/hm2，而最高產(chǎn)量與經(jīng)濟(jì)最佳產(chǎn)量二者相差不大。因此，在本試驗(yàn)條件下，膜下滴灌冬馬鈴薯適宜的氮肥用量應(yīng)該控制在270 ~ 327.1 kg/hm2之間，可獲得較高的產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益。

冬馬鈴薯；膜下滴灌；氮肥用量；產(chǎn)量；經(jīng)濟(jì)效益

氮素營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)對(duì)馬鈴薯生長(zhǎng)和產(chǎn)量形成具有重要的調(diào)節(jié)作用。適量施氮可促進(jìn)馬鈴薯的生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量的形成[1]，并且在一定施氮范圍內(nèi)，馬鈴薯的產(chǎn)量隨著氮肥施用量的增加而提高[2]，然而過(guò)量施氮雖能使地上部莖葉生長(zhǎng)得更加旺盛，但由于生長(zhǎng)中心不能適時(shí)轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致生育期延遲，干物質(zhì)分配失衡，塊莖產(chǎn)量和干物質(zhì)含量降低[3-4]，且過(guò)高的氮肥除被作物吸收利用一部分外，其余則以氨揮發(fā)、反硝化、土壤殘留、淋失等途徑損失，不僅導(dǎo)致氮肥肥效降低，造成資源浪費(fèi)，而且易對(duì)生態(tài)環(huán)境、食物等造成污染，成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)迫切需要解決的問(wèn)題[5]。此外，施氮與馬鈴薯的經(jīng)濟(jì)效益也密切相關(guān)，李書(shū)田等[6]研究指出，馬鈴薯施用氮、磷、鉀肥可以獲得較高的經(jīng)濟(jì)收益，施肥效應(yīng)和純收入是氮>鉀>磷；張煒等[3]研究發(fā)現(xiàn)，施用適量的氮肥可顯著增加農(nóng)民收入，施氮量 180 kg/hm2處理的施氮產(chǎn)值和純?cè)鍪站@著高于其他處理，純?cè)鍪者_(dá)13 143.8元/hm2，施氮量超過(guò)180 kg/hm2后施氮產(chǎn)值和純?cè)鍪站鸩浇档?。因此合理施用氮肥是兼顧產(chǎn)量、增加經(jīng)濟(jì)效益、提高氮素利用效率和控制農(nóng)業(yè)面源污染的重要措施[7]。

云南省是我國(guó)馬鈴薯生產(chǎn)的第四大省份[8]，陸良縣位于云南省東部，是全省冬馬鈴薯主要生產(chǎn)區(qū)之一，近年來(lái)隨著膜下滴灌技術(shù)在云南省馬鈴薯冬作區(qū)迅速推廣應(yīng)用，雖然水資源利用率大大提高，但在生產(chǎn)過(guò)程中存在氮肥施用過(guò)量的問(wèn)題，導(dǎo)致馬鈴薯抗性降低，品質(zhì)、效益下降，資源浪費(fèi)、化肥污染等問(wèn)題日益突出，因此，科學(xué)施肥已經(jīng)成為冬馬鈴薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要技術(shù)支撐。目前，關(guān)于氮肥用量對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量、品質(zhì)、氮肥利用效率、干物質(zhì)積累與分配及生理性狀等方面的研究報(bào)道很多，但在膜下滴灌條件下氮肥用量對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量、施氮效應(yīng)和經(jīng)濟(jì)效益研究報(bào)道較少，且多集中在北方作區(qū)[6,9-10]，而云南省在這方面的研究尚屬空白。為此，本研究在膜下滴灌條件下，通過(guò)田間試驗(yàn)研究不同氮肥用量對(duì)冬馬鈴薯產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益的影響，為確定馬鈴薯適宜的氮肥用量，提高馬鈴薯產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)地點(diǎn)：試驗(yàn)于2016年12月至2017年5月在云南省陸良縣小百戶鎮(zhèn)中壩村委會(huì)2組農(nóng)戶代甲林的責(zé)任田進(jìn)行，地理坐標(biāo)：103.57°E、25.08°N，海拔：1 960 m，屬北亞熱帶高原季風(fēng)型冬干夏濕氣候區(qū)，年均氣溫14.7 ℃，≥10 ℃活動(dòng)積溫4 436.3 ℃，無(wú)霜期249 d，年日照時(shí)數(shù)2 239.1 h，年太陽(yáng)輻射量125.2 kcal/cm2，年均降雨量976.3 mm。土壤為砂頁(yè)巖黃紅砂土，土壤質(zhì)地為砂壤土，粒狀結(jié)構(gòu)，0 ~ 20 cm土層理化性狀為：土壤有機(jī)質(zhì)33.9 g/kg、全氮2.78 g/kg、堿解氮258 mg/kg、有效磷84.8 mg/kg、速效鉀248 mg/kg、pH 4.87，土壤容重1.13 g/cm3，田間持水量0.426。前作秋馬鈴薯，施肥情況為：農(nóng)家肥18 000 kg/hm2、純N 459.2 kg/hm2、P2O5234.8 kg/hm2，K2O 182.6 kg/hm2。

供試品種：馬鈴薯品種為麗薯6號(hào)(原種)，種薯由陸良縣農(nóng)技中心提供。

供試肥料：尿素(N 46%)，由四川瀘天化股份有限公司生產(chǎn)；普鈣(P2O516%)，由陸良磷肥廠生產(chǎn)；硫酸鉀(K2O 50%)，由云南云天化股份有限公司生產(chǎn)。

滴灌施肥設(shè)備包括水泵、PVC管材及相關(guān)配件、滴灌管、液體肥料配比罐等，均為大禹節(jié)水公司產(chǎn)品。其中滴灌管滴頭型號(hào)為鐵片式，滴頭間距為30 cm，滴頭流量為2.34 L/h，浸潤(rùn)寬度30 ~ 40 cm；地膜為0.01 mm厚度黑色地膜，由曲靖市塑料廠生產(chǎn)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在磷、鉀肥相同用量(P2O5150 kg/hm2，K2O 180 kg/hm2)的基礎(chǔ)上，氮肥設(shè)0、195、270、345、420 和495 kg/hm26個(gè)純氮用量處理，分別以N0、N195、N270、N345、N420和N495表示。各處理重復(fù)3次，共18個(gè)小區(qū)，隨機(jī)區(qū)組排列，每個(gè)小區(qū)長(zhǎng)6.1 m，寬2.2 m(兩壟)，小區(qū)面積13.42 m2。

試驗(yàn)采用高壟雙行膜下滴灌種植，行距1.1 m(大行距70 cm，小行距40 cm)，株距29 cm。種植密度為62 700株/hm2。各處理全部磷、鉀肥及農(nóng)家肥30 000 kg/hm2一次性基施，氮肥分兩次施入，60% 氮肥基施，40% 氮肥于3月10日(苗期)進(jìn)行滴灌追施。試驗(yàn)田間管理一致，播種后及時(shí)鋪設(shè)滴灌帶，覆蓋地膜，生長(zhǎng)期間共灌水6次，灌水量為1 050 m3/hm2，防治病蟲(chóng)害2次。試驗(yàn)于2016年12月29日播種，2017年5月16日收獲。

1.3 樣品的采集與測(cè)定

播種前按照“隨機(jī)”、“等量”和“多點(diǎn)混合”的原則采用“S”形布點(diǎn)采集基礎(chǔ)土樣，風(fēng)干晾曬后采用土壤農(nóng)化分析方法[11]測(cè)定土壤養(yǎng)分。

出苗達(dá)75% 左右時(shí)，對(duì)每小區(qū)標(biāo)定5株進(jìn)行株高和葉綠素含量測(cè)定，用SPAD-502葉綠素儀對(duì)馬鈴薯倒4葉的頂小葉進(jìn)行SPAD值的測(cè)定，每片葉測(cè)3個(gè)位點(diǎn)，取平均值。同時(shí)對(duì)各處理馬鈴薯的生育時(shí)期、生物學(xué)性狀進(jìn)行觀察記載。

目前，在經(jīng)濟(jì)利益的誘惑下，一些地區(qū)更加注重經(jīng)濟(jì)林的營(yíng)造，而忽視生態(tài)林的再生，導(dǎo)致森林資源種類(lèi)單一，結(jié)構(gòu)單一，從造林角度來(lái)看危害極大。單一的森林結(jié)構(gòu)會(huì)降低林分的質(zhì)量，影響生態(tài)平衡。有些地區(qū)只注重造林，忽視樹(shù)木的維護(hù)和培育，短視只注重眼前的利益，忽視幼林的維護(hù)，導(dǎo)致森林質(zhì)量的下降。林業(yè)林業(yè)生態(tài)工程系統(tǒng)復(fù)雜，造林工作量大。大部分地區(qū)林業(yè)管理監(jiān)督機(jī)制不完善，導(dǎo)致林業(yè)監(jiān)督管理不嚴(yán)，林業(yè)質(zhì)量監(jiān)督檢查單位缺乏管理，制約了林業(yè)生態(tài)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

在馬鈴薯生育期間，分別于3月16日(苗期)、4月13日(塊莖膨大期)、4月28日(淀粉積累初期)、5月15日(收獲期)共進(jìn)行4次取樣，各處理每次在第一重復(fù)小區(qū)隨機(jī)取3株植株，擦凈葉片，用打孔器打取葉片不同部位10圓片，間接稱(chēng)重法測(cè)定葉面積指數(shù)[12]。收獲時(shí)，馬鈴薯成熟期各小區(qū)單收進(jìn)行測(cè)產(chǎn)，同時(shí)調(diào)查各小區(qū)大薯(>150 g)、中薯(75 ~ 150 g)、小薯(<75 g)的個(gè)數(shù)和重量，折算成單位產(chǎn)量，商品率為大中薯重量的百分比。

1.4 計(jì)算方法與數(shù)據(jù)處理

馬鈴薯葉面積指數(shù)的計(jì)算參照姜麗麗等[13]的方法，施氮效應(yīng)、效益及效率參照李書(shū)田等[6]的方法，具體計(jì)算方法如下：

葉面積 = 葉重/打孔葉重×打孔葉面積

葉面積指數(shù) = 葉面積 /土地面積

施氮效應(yīng)(kg/hm2)= 施氮處理塊莖產(chǎn)量-不施氮處理塊莖產(chǎn)量

氮肥農(nóng)學(xué)效率(AE)(kg/kg)= 施氮效應(yīng)/施氮量

施氮效益(元/hm2)= 施氮效應(yīng)×塊莖價(jià)格

施氮純收入= 施氮效益-氮肥投入

氮肥產(chǎn)投比(VCR)(元/元)= 施氮效益/氮肥投入

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Excel 2010 數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮肥用量對(duì)馬鈴薯生育期的影響

由表1可見(jiàn)，馬鈴薯生育期隨氮肥用量的增加有逐漸延長(zhǎng)的趨勢(shì)，從馬鈴薯生育進(jìn)程來(lái)看，出苗期到現(xiàn)蕾期不同處理的生育期變化范圍在20 ~ 22 d，相比N0處理，N195處理縮短了1 d，N270處理延長(zhǎng)了1 d，其他處理無(wú)明顯差異；現(xiàn)蕾期到成熟期不同處理的生育期變化范圍在65 ~ 68 d，相比N0處理，N270、N195處理分別延長(zhǎng)了2 d、3 d，N420和N345處理均延長(zhǎng)了4 d，N495處理延長(zhǎng)了5 d。說(shuō)明從出苗期到現(xiàn)蕾期氮肥用量對(duì)馬鈴薯生育期影響較小，現(xiàn)蕾期后影響較大，且隨氮肥用量的增加，盛花期和成熟期延遲。

表1 氮肥用量對(duì)馬鈴薯生育期的影響

2.2 氮肥用量對(duì)馬鈴薯出苗率的影響

氮肥用量對(duì)馬鈴薯出苗率產(chǎn)生影響(圖1)。不同處理的馬鈴薯出苗率變化范圍為97.2% ~ 99.2%，N0、N270和N345處理均達(dá)最大值，但與N195和N420處理無(wú)顯著差異，而N495處理的出苗率顯著下降，達(dá)最小值，比其他處理降低1.2 ~ 2.0個(gè)百分點(diǎn)。說(shuō)明氮肥用量在一定范圍內(nèi)對(duì)馬鈴薯的出苗率影響不大，超過(guò)此范圍會(huì)顯著降低馬鈴薯的出苗率。

2.3 氮肥用量對(duì)馬鈴薯株高的影響

氮肥用量對(duì)馬鈴薯株高的影響因不同生育時(shí)期表現(xiàn)了不同差異(圖2)。各處理馬鈴薯株高在整個(gè)生育期呈慢–快–慢的“S”型增長(zhǎng)趨勢(shì)，在出苗后17 ~ 31 d (苗期到塊莖形成中期)株高增長(zhǎng)較慢，從出苗后31 ~51 d(塊莖形成中期到塊莖膨大期)增長(zhǎng)最快，之后再次進(jìn)入緩慢增長(zhǎng)期，特別是出苗后66 d(淀粉積累初期)以后趨于平緩，出苗后79 d(淀粉積累末期)達(dá)到最大值。苗期各處理株高差異不明顯，塊莖形成中期以后N345處理的株高迅速增加，高于其他處理，但與其他處理差異并不顯著；N495、N195處理的株高在塊莖形成末期前(出苗后43 d左右)低于其他處理，之后也快速增加，明顯高于N270、N420和N0處理，但差異不顯著；而N0、N270、N420處理在各生育時(shí)期沒(méi)有明顯差異。說(shuō)明氮肥不足和過(guò)量均會(huì)影響馬鈴薯的生長(zhǎng)。

(圖中小寫(xiě)字母不同表示處理間差異達(dá)P<0.05顯著水平，下同)

2.4 氮肥用量對(duì)馬鈴薯葉片SPAD值的影響

氮肥用量對(duì)馬鈴薯葉片SPAD 值的影響也因不同生育時(shí)期表現(xiàn)了不同差異(圖3)。整個(gè)生育期各處理馬鈴薯葉片SPAD值以出苗后23 ~ 36 d時(shí)(苗期到塊莖形成中期)最高，以后逐漸下降。在不同生育時(shí)期，施氮處理的SPAD值除出苗后36 d(塊莖形成中期)外均高于N0處理，且N420處理除出苗后66 d(淀粉積累初期)外均高于其他施氮處理。出苗后23 d(苗期)和出苗后79 d(淀粉積累末期)各處理之間無(wú)顯著差異，而出苗后36 d(塊莖形成中期)N420處理顯著高于N195處理，但與其他處理差異并不顯著；出苗后51 d(塊莖膨大期)N495、N420、N270處理顯著高于N195、N0處理，但N270~ N495處理間差異不顯著；出苗后66 d(淀粉積累初期)N345~ N495處理顯著高于N0處理，但與N195、N270處理差異并不顯著。說(shuō)明施氮可提高馬鈴薯葉片SPAD值，塊莖膨大期氮肥用量對(duì)SPAD值影響較大，且在施氮量0 ~ 270 kg/hm2時(shí)隨氮肥用量的增加而增加，當(dāng)超出此范圍，SPAD 值不會(huì)發(fā)生明顯增加[12]。

圖2 氮肥用量對(duì)馬鈴薯株高的影響

圖3 氮肥用量對(duì)馬鈴薯葉片SPAD值的影響

2.5 氮肥用量對(duì)馬鈴薯葉面積指數(shù)的影響

由表2可見(jiàn)，馬鈴薯葉面積指數(shù)隨生育進(jìn)程的推進(jìn)呈先增加后降低的趨勢(shì)，其中N0、N195處理在出苗后51 d(塊莖膨大期)達(dá)到最大值，而N270~ N495處理則在出苗后66 d(淀粉積累初期)達(dá)到最大值。隨氮肥用量的增加馬鈴薯葉面積指數(shù)亦呈先增加后降低的趨勢(shì)，在不同生育時(shí)期，N345處理的葉面積指數(shù)均達(dá)最大值，N0處理均達(dá)最小值。出苗后23 ~ 51 d各處理間無(wú)顯著差異，而出苗后66 ~ 83 d，N345與N0、N195處理差異顯著，但N270~ N495處理間差異并不顯著。說(shuō)明適量施氮可提高馬鈴薯葉面積指數(shù)，且在塊莖膨大期前氮肥用量對(duì)葉面積指數(shù)影響差異不明顯，之后，氮肥不足導(dǎo)致葉片早衰，光合面積下降，而氮肥充足植株生長(zhǎng)旺盛，有利于光合面積的維持。

表2 氮肥用量對(duì)馬鈴薯葉面積指數(shù)的影響

注：同列數(shù)據(jù)小寫(xiě)字母不同表示處理間差異達(dá)<0.05顯著水平，大寫(xiě)字母不同表示差異達(dá)<0.01顯著水平，下同。

2.6 氮肥用量對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量形成的影響

從馬鈴薯產(chǎn)量構(gòu)成因子來(lái)看(表3)，馬鈴薯單株結(jié)薯數(shù)、單株薯重與塊莖產(chǎn)量的變化趨勢(shì)相同，均以N345處理最高，N0處理最低，且N345處理的單株結(jié)薯數(shù)與N0、N195處理差異顯著，單株薯重分別與N0、N195處理差異達(dá)極顯著和顯著水平，但N270~ N495處理間的單株結(jié)薯數(shù)、單株薯重差異不顯著；單薯重在N270處理下達(dá)到最大之后下降，但各處理間差異不顯著。塊莖分級(jí)結(jié)果表明，大薯數(shù)以N345和N495處理最多，N420處理次之，而N0處理顯著減少；大薯重在N345處理下達(dá)到最大之后逐步下降，但N195、N345、N420、N495處理間差異不顯著，而N345處理分別較N270、N0處理顯著和極顯著增加；中薯數(shù)和中薯重均在N270處理下達(dá)最大值，且N270處理的中薯數(shù)顯著高于N195處理，中薯重極顯著高于其他處理；小薯數(shù)和小薯重在不同處理間差異均不顯著；商品薯率以N495處理最高，但各處理間差異并不顯著。

表3 氮肥用量對(duì)馬鈴薯塊莖產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響

氮肥用量對(duì)馬鈴薯塊莖產(chǎn)量產(chǎn)生了顯著影響(表3)。隨氮肥用量的增加馬鈴薯塊莖產(chǎn)量呈先增加后降低的趨勢(shì)，N345處理產(chǎn)量達(dá)最大值，較N0處理極顯著增產(chǎn)24.58%，較N195處理顯著增產(chǎn)14.13%；而N420和N495處理分別較N345處理產(chǎn)量下降6.78% 和9.76%，N495處理減產(chǎn)顯著。應(yīng)用二次多項(xiàng)式模型對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量與氮肥用量進(jìn)行擬合發(fā)現(xiàn)(圖4)，氮肥效應(yīng)曲線為一條拋物線，存在著適宜的施氮幅度，施氮不足或過(guò)量均不利于高產(chǎn)，其氮肥效應(yīng)方程為：= -0.078N2+53.315N+46 250.5，2= 0.778，由該方程可知，當(dāng)施氮量為341.7 kg/hm2時(shí)馬鈴薯塊莖產(chǎn)量達(dá)到理論最大值55 359.3 kg/hm2，因此其最高產(chǎn)量施氮量為341.7 kg/hm2；按2017年當(dāng)?shù)囟R鈴薯平均銷(xiāo)售價(jià)格2.0元/kg，氮肥4.56元/kg計(jì)算，得出馬鈴薯經(jīng)濟(jì)最佳施氮量為327.1 kg/hm2，其經(jīng)濟(jì)最佳產(chǎn)量為55 344.3 kg/hm2，這與最高產(chǎn)量相差不大，而施氮量則比最高產(chǎn)量施氮量降低了4.27%。這表明馬鈴薯在經(jīng)濟(jì)最佳施氮量下不僅能獲得較高的產(chǎn)量，而且還能降低氮肥投入，提高經(jīng)濟(jì)效益。

2.7 氮肥用量對(duì)馬鈴薯經(jīng)濟(jì)效益的影響

氮肥用量對(duì)馬鈴薯經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生顯著影響(表4)。施氮效應(yīng)和施氮效益均隨氮肥用量的增加先增加后降低，均在N345處理下達(dá)最大值，N195處理下達(dá)最小值，且N345處理與N195、N495處理差異達(dá)顯著水平，與其他處理差異不顯著；氮肥投入隨氮肥用量的增加而逐步增加，N345處理的氮肥投入雖然較N195、N270處理有所增加，但其較高的施氮效益導(dǎo)致施氮純收入高于其他處理，達(dá)21 516.4元/hm2，分別比N195、N270處理高178.8%、44.1%，且N345與N195處理差異顯著；施氮量超過(guò)345 kg/hm2后施氮純收入逐步降低，N495處理的氮肥投入過(guò)多導(dǎo)致施氮純收入較N345處理顯著降低。氮肥產(chǎn)投比(VCR)和農(nóng)學(xué)效率(AE)均隨氮肥用量的增加先增加后降低，均在N345處理下達(dá)到最大值，但N195~ N420處理間無(wú)顯著差異，而N495處理較N345處理顯著下降。說(shuō)明適量施用氮肥可顯著提高馬鈴薯的施氮效應(yīng)，增加經(jīng)濟(jì)效益，但過(guò)量施用氮肥增加了肥料投入，并沒(méi)有提高施氮效應(yīng)，從而降低了經(jīng)濟(jì)效益和氮肥農(nóng)學(xué)效率。

圖4 氮肥用量對(duì)馬鈴薯塊莖產(chǎn)量的影響

表4 氮肥用量對(duì)馬鈴薯經(jīng)濟(jì)效益的影響

注：當(dāng)年當(dāng)?shù)伛R鈴薯平均銷(xiāo)售價(jià)格2.0元/kg；尿素價(jià)格2.05元/kg，折純氮為4.56元/kg。

3 討論

在馬鈴薯生產(chǎn)中，養(yǎng)分平衡供應(yīng)是獲得高產(chǎn)和高效的關(guān)鍵[12]，氮是馬鈴薯生長(zhǎng)發(fā)育所必需的營(yíng)養(yǎng)元素，氮素不足或過(guò)量均會(huì)導(dǎo)致馬鈴薯生長(zhǎng)發(fā)育不良，光合性能下降，源庫(kù)關(guān)系失調(diào)，影響塊莖產(chǎn)量[13-15]，因此合理的氮素供應(yīng)可協(xié)調(diào)馬鈴薯莖葉生長(zhǎng)和塊莖生長(zhǎng)，維持光合器官和儲(chǔ)存器官的適宜比例，增加結(jié)薯數(shù)和大中薯比例，從而提高塊莖產(chǎn)量[16]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，馬鈴薯生育期隨氮肥用量的增加逐漸延長(zhǎng)，馬鈴薯葉面積指數(shù)、單株結(jié)薯數(shù)、單株薯重和塊莖產(chǎn)量均隨氮肥用量的增加呈先升高后降低的趨勢(shì)，均在345 kg/hm2施氮量時(shí)最高，同時(shí)在該施氮量下馬鈴薯長(zhǎng)勢(shì)好，株高和大薯重高于其他處理，而施氮量達(dá)495 kg/hm2時(shí)馬鈴薯出苗率、塊莖產(chǎn)量顯著下降，這與前人的研究結(jié)果基本一致[5, 17-19]。主要原因可能是，氮肥供應(yīng)不足時(shí)，馬鈴薯植株生長(zhǎng)緩慢，莖葉生長(zhǎng)量不夠，葉面積減小，光合生產(chǎn)“源”不足，生長(zhǎng)中心過(guò)早向塊莖轉(zhuǎn)移，生育進(jìn)程縮短，干物質(zhì)合成量減少，導(dǎo)致塊莖產(chǎn)量降低。然而，過(guò)量施用氮肥，一方面會(huì)抑制馬鈴薯萌發(fā)出苗和塊莖的形成[17, 20]，導(dǎo)致出苗率降低，結(jié)薯數(shù)減少；另一方面在相同灌水量下，過(guò)高的氮肥會(huì)導(dǎo)致馬鈴薯根區(qū)養(yǎng)分濃度較高，不利于根系對(duì)水肥的吸收，抑制了馬鈴薯的生長(zhǎng)[19]，造成葉面積下降，光合效率降低，塊莖干物質(zhì)累積及分配比例下降，從而降低塊莖產(chǎn)量。合理施用氮肥可促進(jìn)馬鈴薯生長(zhǎng)，改善群體光照，提高光合效率，促進(jìn)光合產(chǎn)物適時(shí)向塊莖運(yùn)輸和分配，增加單株結(jié)薯數(shù)[12]和薯重，同時(shí)可避免過(guò)多的氮肥降低出苗率，保證單位面積有效株數(shù)而獲取高產(chǎn)。

馬鈴薯產(chǎn)量對(duì)氮肥用量的反應(yīng)是由產(chǎn)量構(gòu)成因子的差異決定的。何萬(wàn)春等[21]研究認(rèn)為，施氮量對(duì)馬鈴薯單株結(jié)薯重量和平均單薯重有顯著影響，單株結(jié)薯重量和平均單薯重的變化是導(dǎo)致產(chǎn)量降低的直接原因。本試驗(yàn)研究表明，氮肥用量對(duì)馬鈴薯小薯數(shù)、小薯重、單薯重和商品薯率沒(méi)有顯著影響，而對(duì)單株結(jié)薯數(shù)、單株薯重、大中薯數(shù)、大中薯重有顯著或極顯著影響，且隨氮肥用量的增加，馬鈴薯單株結(jié)薯數(shù)、單株薯重和大薯重有著與塊莖產(chǎn)量相同的變化趨勢(shì)，說(shuō)明馬鈴薯塊莖產(chǎn)量的差異主要是由單株結(jié)薯數(shù)、單株薯重和大薯重的差異造成的，單株結(jié)薯數(shù)、單株薯重和大薯重的降低直接導(dǎo)致了產(chǎn)量的降低，這與井濤[9]的研究結(jié)果基本相似。

氮素涉及馬鈴薯植株整個(gè)生育期的調(diào)控，不僅影響塊莖產(chǎn)量的形成，還調(diào)控著地上部分生長(zhǎng)[20]。馬鈴薯生長(zhǎng)對(duì)氮肥用量的反應(yīng)不僅與施氮水平有關(guān)，還受土壤肥力、供試品種、栽培管理等因素的綜合影響。有研究認(rèn)為，馬鈴薯的葉面積指數(shù)、葉片SPAD 值隨著施氮量的增加而增加，馬鈴薯的株高在塊莖成熟期隨施氮量的增加而顯著增加[13, 22-23]。也有研究認(rèn)為，施氮量在一定范圍內(nèi)可顯著促進(jìn)馬鈴薯地上部生長(zhǎng)，當(dāng)施氮量達(dá)到一定的閾值以后，葉片SPAD 值與產(chǎn)量的變化相似，不再隨施氮量的增加而增加[3, 5, 12]。本試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，馬鈴薯株高在整個(gè)生育期呈慢-快-慢的“S”型增長(zhǎng)趨勢(shì)，苗期各處理株高差異不明顯，塊莖形成中期后N345處理的株高明顯高于其他處理；馬鈴薯葉面積指數(shù)隨氮肥用量的增加呈先增加后降低的變化趨勢(shì)，而氮肥用量對(duì)馬鈴薯塊莖膨大期葉片SPAD 值影響較大，且在施氮量0 ~ 270 kg/hm2時(shí)隨氮肥用量的增加而增加，當(dāng)超出此范圍，SPAD 值不會(huì)發(fā)生明顯增加。這與前人的研究不盡相同，其原因一方面可能與本試驗(yàn)土壤氮素養(yǎng)分含量高，植株對(duì)肥料氮的吸收不敏感有關(guān)；另一方面可能與品種、研究方法以及栽培管理不同有關(guān)。井濤[9]研究發(fā)現(xiàn)在土壤水分適宜供應(yīng)的條件下，施用氮肥能有效地提高馬鈴薯的氮素吸收速率，但當(dāng)施氮量超過(guò)時(shí)，再增加氮肥用量實(shí)際上不能繼續(xù)提高馬鈴薯對(duì)氮素的吸收利用。戚迎龍等[24]研究發(fā)現(xiàn)，膜下滴灌下低灌水量不能有效發(fā)揮氮對(duì)玉米產(chǎn)量的貢獻(xiàn)，灌水1 800 ~ 2 100 m3/hm2、施氮250 ~ 280 kg/hm2能獲得比較高的產(chǎn)量和水氮協(xié)同增產(chǎn)效應(yīng)。本研究也發(fā)現(xiàn)，氮肥用量在相同灌水量下對(duì)馬鈴薯的生長(zhǎng)影響較大，說(shuō)明水分管理也是影響馬鈴薯對(duì)氮肥吸收利用的重要因素之一，因此，在以后的研究中還將結(jié)合馬鈴薯生長(zhǎng)時(shí)期對(duì)水分的需求，考慮氮肥用量與之相適應(yīng)的水分管理，進(jìn)一步研究不同氮肥用量下的適宜灌水量，尋求合理的水、氮供應(yīng)方案，達(dá)到以水調(diào)氮的目的，這對(duì)于提高馬鈴薯產(chǎn)量和水、氮利用效率具有重要意義。

經(jīng)濟(jì)效益是科學(xué)施肥管理的最終目標(biāo)，李書(shū)田等[6]研究認(rèn)為，不合理的施肥會(huì)降低馬鈴薯的經(jīng)濟(jì)效益，減小產(chǎn)投比。張曉光等[25]研究表明，增施少量氮肥不能明顯增加白蘿卜的生物產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量、肉質(zhì)根產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值，只有達(dá)到一定量時(shí)才能促進(jìn)各項(xiàng)產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值的增加，同時(shí)過(guò)量施用氮肥并不能促進(jìn)白蘿卜生物產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量、肉質(zhì)根產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值的增加。本試驗(yàn)結(jié)果表明，施氮量在195 ~ 345 kg/hm2時(shí)施氮效應(yīng)、施氮效益、施氮純收入和氮肥產(chǎn)投比均隨氮肥用量的增加而增加，施氮量超過(guò)345 kg/hm2時(shí)均逐漸下降，并且施氮量達(dá)495 kg/hm2時(shí)顯著下降，該結(jié)果與張煒等[3]研究結(jié)果基本一致。氮肥農(nóng)學(xué)利用率是單位施肥量對(duì)作物產(chǎn)量增加的反應(yīng)，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中最關(guān)心的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)之一[26]，井濤[9]研究表明，馬鈴薯的氮素吸收利用率、氮素農(nóng)學(xué)利用率和氮素生理利用率均隨著施氮量的增加呈現(xiàn)顯著降低的趨勢(shì)。黃繼川等[5]研究表明，氮素農(nóng)學(xué)利用效率和氮素生理利用率均在施氮量240 kg/hm2時(shí)上升至最大值。本試驗(yàn)結(jié)果表明，氮肥農(nóng)學(xué)效率隨氮肥用量的增加呈先增后降的趨勢(shì)，在施氮量345 kg/hm2時(shí)達(dá)最大值，而施氮量達(dá)495 kg/hm2時(shí)顯著下降，說(shuō)明施氮量在195 ~ 345 kg/hm2范圍內(nèi)，單位增施氮肥具有較好的增產(chǎn)效果，而施氮量超過(guò)345 kg/hm2時(shí)，單位增施氮肥增產(chǎn)效果下降，造成減產(chǎn)。因此控制適宜的氮肥用量是提高馬鈴薯產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)效益和氮肥利用率的重要農(nóng)藝措施。

目前關(guān)于馬鈴薯的適宜氮肥用量研究報(bào)道較多，然而，不同地區(qū)由于自然條件、土壤類(lèi)型、生長(zhǎng)季節(jié)、栽培管理及品種等差異，適宜的氮肥用量存在較大差異[1]，如廣西南寧[14]、內(nèi)蒙古武川[27]、珠三角地區(qū)[5]、湖北省襄陽(yáng)[3]的適宜施氮量分別為160、185、240、261.7 kg/hm2。而本試驗(yàn)結(jié)果表明，馬鈴薯最高產(chǎn)量施氮量和經(jīng)濟(jì)最佳施氮量分別為341.7、327.1 kg/hm2，施氮量偏高，其原因一方面可能與供試品種、栽培環(huán)境等因素有關(guān)，另一方面可能與本試驗(yàn)土壤pH偏低，影響了馬鈴薯根系對(duì)氮素的吸收，需要更多的氮肥投入有關(guān)。

4 結(jié)論

氮是影響馬鈴薯生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量形成的重要元素，膜下滴灌條件下，適宜的氮肥用量可促進(jìn)馬鈴薯生長(zhǎng)，提高出苗率、葉面積指數(shù)，維持良好的光合勢(shì)，延長(zhǎng)葉片的衰老，有利于增加單株結(jié)薯數(shù)、單株薯重和大薯重，提高塊莖產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益。過(guò)高的氮肥用量會(huì)抑制馬鈴薯生長(zhǎng)，出苗率、葉面積指數(shù)下降，生育進(jìn)程推遲，不利于單株結(jié)薯數(shù)、單株薯重和塊莖產(chǎn)量的提高，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)效益和氮肥農(nóng)學(xué)效率下降。本試驗(yàn)條件下，馬鈴薯產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益均隨氮肥用量的增加先增加后降低，在345 kg/hm2施氮量時(shí)馬鈴薯產(chǎn)量、施氮純收入、氮肥產(chǎn)投比和農(nóng)學(xué)效率最高，但與施氮量為270 kg/hm2和420 kg/hm2的處理無(wú)顯著差異，而施氮量增加到495 kg/hm2時(shí)顯著下降。因此，按照“增產(chǎn)施肥、經(jīng)濟(jì)施肥、環(huán)保施肥”理念，從馬鈴薯的生長(zhǎng)、產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益方面綜合考慮，膜下滴灌冬馬鈴薯適宜的氮肥用量應(yīng)該控制在270 ~ 327.1 kg/hm2，可獲得較高的產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益。

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Effects of Nitrogen Fertilizer Rate on Yield and Economic Benefit of Winter Potato with Drip Irrigation Under Mulch

LI Yanshan1,2, XIAO Shijiang3, WANG Xiaorui4, LIANG Shumin1,2, GAO Sen3, PU Hongmei1,2, ZHANG Lei1,2, WU Qiongfen3, SUI Qijun1,2*

(1 Industrial Crops Reseach Institute, YAAS, Kunming 650205, China; 2 Scientific Observing and Experimental Station of Potato and Rapeseed in Yunnan-Guizhou Plateau, Ministry of Agriculture, Kunming 650205, China; 3 The Center for Agricultural Technology Extension in Luliang County of Yunnan Province, Luliang, Yunnan 655600, China; 4 Hai Yuan School of Kunming Medical College, Kunming 650101, China)

A field experiment was conducted to study the effects of different nitrogen (N) fertilizer rates on growth, yield and economic benefit of winter potato with drip irrigation under mulch and to put forward the appropriate rate of N fertilizer in winter potato production. The results showed that under the condition of drip irrigation under mulch, with the increase of N application rate, the growth period of potato was prolonged while the leaf area index of potato and the number of tubers per plant, potato weight per plant and tuber yield increased first and then decreased, all of which were the highest at N application rate of 345 kg/hm2, and the plant height and large tuber weight were both higher than those of other treatments. The emergence rate of potato changed little when N application rate ranged from 0-420 kg/hm2, while the emergence rate and tuber yield of potato decreased significantly when N application rate reached 495 kg/hm2. Benefit and net income of N application, input-output ratio and agronomic efficiency of N fertilizer increased with the increase of N application rate in the range of 195-345 kg/hm2, but decreased gradually when nitrogen application rate was beyond 345 kg/hm2, and reached the lowest when N application rate was 495 kg/hm2. Quadratic polynomial model showed that the maximum yield of N application rate and economic optimum nitrogen application rate were 341.7 kg/hm2and 327.1 kg/hm2, respectively, and showed no significant difference. Therefore, under the condition of the experiment, the suitable application rate of nitrogen fertilizer for winter potato should be controlled within 270-327.1 kg/hm2for the higher yield and economic benefit.

Winter potato; Drip irrigation under mulch; Nitrogen fertilizer rate; Yield; Economic benefit

S562

A

10.13758/j.cnki.tr.2020.01.004

李燕山, 肖石江, 王曉瑞, 等. 氮肥用量對(duì)膜下滴灌冬馬鈴薯產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益的影響. 土壤, 2020, 52(1): 25–32.

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2018YFD0200800)，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專(zhuān)項(xiàng)資金項(xiàng)目(CARS-10-P07)，云南省應(yīng)用基礎(chǔ)研究青年項(xiàng)目(2017FD016)，云南省馬鈴薯工程技術(shù)研究工程中心項(xiàng)目(2011DH018)和云南省重點(diǎn)新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2013BB05)資助。

李燕山(1983—)，男，云南楚雄人，碩士，副研究員，主要從事馬鈴薯育種與栽培技術(shù)研究。E-mail: 280858009@qq.com