有機(jī)肥和無(wú)機(jī)肥對(duì)馬鈴薯生長(zhǎng)發(fā)育及塊莖產(chǎn)量的影響①

張 亮，孫 磊*，蘇 航，于洪濤，符 強(qiáng)，范書(shū)華，程 瑤

(1 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，哈爾濱 150030；2 黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院綏化分院，黑龍江綏化 152000；3 黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院牡丹江分院，黑龍江牡丹江 150041)

馬鈴薯富含碳水化合物、蛋白質(zhì)、維生素和礦物質(zhì)[1]，是重要的食品和工業(yè)原料。黑龍江省是我國(guó)馬鈴薯的重要產(chǎn)地，總產(chǎn)量約占全國(guó)馬鈴薯產(chǎn)量的10%[2]。但由于長(zhǎng)期的過(guò)度種植及土壤侵蝕，黑土厚度已由開(kāi)墾初期的70 ～ 100 cm 下降至16 ～ 70 cm，有機(jī)質(zhì)含量由60 ～ 150 g/kg 降為19.8 g/kg，黑土厚度的減少導(dǎo)致土壤肥力明顯下降[3-4]。為了維持土壤生產(chǎn)力，保證糧食產(chǎn)量，化肥的施用量逐年增加，而化肥不合理施用帶來(lái)的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題也受到越來(lái)越多的關(guān)注[5]。

隨著近年來(lái)對(duì)合理施肥宣傳和培訓(xùn)力度的增加，黑龍江省馬鈴薯生產(chǎn)中氮肥施用逐漸趨于合理，但是隨之而來(lái)的是磷鉀肥過(guò)量施用的現(xiàn)象逐漸突出，特別是磷肥過(guò)量施用現(xiàn)象較為明顯。通過(guò)對(duì)黑龍江省馬鈴薯種植戶的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，雨養(yǎng)條件下，2/3 的種植戶磷(以P2O5計(jì))的用量超過(guò)150 kg/hm2，部分種植戶磷的用量甚至達(dá)到300 ～ 400 kg/hm2(數(shù)據(jù)待發(fā)表)。過(guò)量施用磷肥導(dǎo)致土壤磷大量富集的現(xiàn)象已在我國(guó)多地出現(xiàn)[6-8]。磷肥過(guò)量施用不僅增加了種植成本，降低肥料利用率，同時(shí)還會(huì)造成環(huán)境污染，誘導(dǎo)微量元素缺乏等問(wèn)題[9]。

在保障糧食產(chǎn)量的同時(shí)維持和提高土壤肥力，是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的保障[10]。有機(jī)肥對(duì)改良土壤、培肥地力具有不可替代的重要作用[11]。長(zhǎng)期施用無(wú)機(jī)肥會(huì)大幅度降低土壤有機(jī)碳含量，而補(bǔ)充有機(jī)肥有助于維持土壤中原有的有機(jī)質(zhì)狀態(tài)[12-13]，提高土壤微生物功能多樣性[14]。有機(jī)肥和無(wú)機(jī)肥配合施用還能提高土壤養(yǎng)分的有效性，從而提高馬鈴薯產(chǎn)量[15]。然而Kumar 等[16]研究表明，配施有機(jī)肥雖然提高了馬鈴薯莖葉的鮮重和干重以及植株總生物量，但并不能有效地提高馬鈴薯產(chǎn)量。由此可見(jiàn)，有機(jī)肥替代無(wú)機(jī)肥是否能提高馬鈴薯的產(chǎn)量因受多種因素的影響，結(jié)果并不一致[17-19]。

因此，針對(duì)研究區(qū)域磷肥過(guò)量施用以及土壤質(zhì)量下降問(wèn)題，本試驗(yàn)通過(guò)研究無(wú)機(jī)磷肥用量及部分有機(jī)替代對(duì)馬鈴薯生長(zhǎng)發(fā)育及塊莖產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響，以確定該地區(qū)馬鈴薯生產(chǎn)中無(wú)機(jī)磷肥的適宜用量及有機(jī)肥替代無(wú)機(jī)肥的可行性和替代效果。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2017 年在黑龍江省綏化市北林區(qū)郎家寨進(jìn)行，試驗(yàn)田土壤類(lèi)型為黑土，前茬為大豆，0 ～ 30 cm土壤基礎(chǔ)肥力測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 土壤基礎(chǔ)肥力

供試馬鈴薯品種為‘尤金’和‘克新23 號(hào)’，均屬早熟品種，生育期65 ～ 70 d；供試肥料為尿素(含N 464 g/kg)、磷酸二銨(含N 180 g/kg，P2O5460 g/kg)、硫酸鉀(含K2O 500 g/kg)、生物有機(jī)肥(含有機(jī)質(zhì)403 g/kg，N 15.5 g/kg，P2O59.3 g/kg，K2O 6.0 g/kg)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置5 個(gè)處理，3 次重復(fù)，采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，不同處理無(wú)機(jī)養(yǎng)分及有機(jī)肥施用量見(jiàn)表2，其中有機(jī)肥施用量為常規(guī)有機(jī)肥用量[20]，P2 處理為推薦磷用量，OP1 處理的總養(yǎng)分施用量與P2 處理相近。有機(jī)肥及磷、鉀肥作為基肥一次性施用，50% 的氮在播種時(shí)施入，剩余50% 的氮在塊莖形成期追施在壟側(cè)，施肥后覆土。每個(gè)小區(qū)7 壟，壟長(zhǎng)12 m，壟寬0.8 m，株距為0.2 m，小區(qū)面積67.2 m2。各小區(qū)之間留有1 m 過(guò)道，每個(gè)小區(qū)的第1、4 和7 壟和每壟兩端1 m 不取樣，第2、3 壟用于生育期取樣，第5、6 壟用于測(cè)產(chǎn)。

表2 試驗(yàn)各處理無(wú)機(jī)養(yǎng)分及有機(jī)肥施用量

1.3 樣品的采集與測(cè)定

分別在出苗后13 d(塊莖形成期)、30 d(塊莖膨大初期)、46 d(塊莖膨大末期)、60 d(成熟收獲期)進(jìn)行取樣，每小區(qū)取3 株完整植株，帶回室內(nèi)進(jìn)行清洗，分解各器官、稱(chēng)重。葉面積用LI-3100 型葉面積儀測(cè)定；SPAD 值用SPAD-502Plus 便攜式葉綠素儀對(duì)馬鈴薯倒四葉的頂葉進(jìn)行測(cè)定[21]；干物質(zhì)積累量用烘干稱(chēng)重法測(cè)定(105℃殺青30 min，75℃下烘至恒重)。

馬鈴薯在收獲時(shí)每小區(qū)在第5壟和第6壟分別連續(xù)取6 m(共12 m)全部的塊莖，每小區(qū)單獨(dú)進(jìn)行分級(jí)、計(jì)數(shù)、稱(chēng)重，并計(jì)算總產(chǎn)量和商品薯(≥100 g)產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

葉面積指數(shù)=總?cè)~面積/土地面積；比葉重(g/m2)=葉片干重(g)/葉面積(m2)；根冠比=根干重/地上莖葉干重。

使用Microsoft Excel 2007 和SPSS 22.0 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 有機(jī)肥和無(wú)機(jī)肥對(duì)馬鈴薯株高和莖粗的影響

如表3 所示，塊莖膨大初期兩個(gè)品種施有機(jī)肥處理(O、OP1)的株高均大于單施無(wú)機(jī)肥處理(P1、P2、P3)，但僅與P1 處理的差異達(dá)顯著水平(P＜0.05)?！冉稹瘑问o(wú)機(jī)肥處理的株高隨著施磷量的增加先增加后稍有減小，其中P2 處理最高，較P1 處理增加5.66%(P＜0.05)；而‘克新23 號(hào)’的株高則隨著無(wú)機(jī)磷肥施用量的增加持續(xù)增加，其中P3 處理最高，較P1 處理增加10.22%(P＜0.05)。

‘尤金’單施有機(jī)肥處理(O)的莖粗僅顯著高于P1 處理，而‘克新23 號(hào)’單施有機(jī)肥處理(O)的莖粗均顯著高于單施無(wú)機(jī)肥處理(P＜0.05)?！冉稹瘑问o(wú)機(jī)肥處理的莖粗在P2 處理達(dá)到最高，較P1 處理增加20.67%(P＜0.05)；而‘克新23 號(hào)’的莖粗隨著無(wú)機(jī)磷用量的增加無(wú)顯著變化。

表3 有機(jī)肥和無(wú)機(jī)肥對(duì)馬鈴薯株高和莖粗的影響

2.2 有機(jī)肥和無(wú)機(jī)肥對(duì)馬鈴薯葉面積指數(shù)、比葉重及SPAD 值的影響

表4 數(shù)據(jù)顯示，塊莖膨大初期，兩品種配施有機(jī)肥處理的葉面積指數(shù)普遍高于單施無(wú)機(jī)肥處理，其中單施有機(jī)肥處理(O)的葉面積指數(shù)均顯著高于磷用量相近的P1 處理，‘尤金’和‘克新23 號(hào)’分別提高50.78% 和32.70%(P＜0.05)。兩個(gè)品種單施無(wú)機(jī)肥處理的葉面積指數(shù)則隨著施磷量的增加而增加。而比葉重變化規(guī)律與葉面積指數(shù)相反，兩個(gè)品種有機(jī)肥處理的比葉重均較低，而單施無(wú)機(jī)肥處理的比葉重隨著施磷量的增加而下降。由此可見(jiàn)，施用有機(jī)肥或增施無(wú)機(jī)磷肥雖然提高了馬鈴薯葉面積指數(shù)，但卻導(dǎo)致比葉重下降。

‘尤金’施有機(jī)肥處理(O、OP1)的葉片SPAD值顯著高于單施無(wú)機(jī)肥處理(P1、P2、P3)(P＜0.05)，單施無(wú)機(jī)肥處理的葉片SPAD 值之間差異均不顯著。‘克新23 號(hào)’施用有機(jī)肥處理的葉片SPAD 值雖然也高于僅施用無(wú)機(jī)肥的處理，但差異不顯著。

2.3 有機(jī)肥和無(wú)機(jī)肥對(duì)馬鈴薯根系發(fā)育的影響

如圖1A 所示，塊莖形成期‘尤金’單施或配施無(wú)機(jī)磷肥處理的根長(zhǎng)均高于單施有機(jī)肥處理(O)，但僅P2 處理與O 處理差異顯著(P＜0.05)?！冉稹瘑问o(wú)機(jī)肥處理的根長(zhǎng)則隨著施磷量的增加先增加后減小，其中P2 處理的根長(zhǎng)較P1 處理增加9.24%；而‘克新23 號(hào)’單施無(wú)機(jī)肥處理的根長(zhǎng)隨著施磷量的增加持續(xù)增加，其中P3 處理較P1 處理的根長(zhǎng)增加17.66%(P＜0.05)。

表4 有機(jī)肥和無(wú)機(jī)肥對(duì)馬鈴薯葉面積指數(shù)、比葉重及SPAD 值的影響

從圖1B 可以看到，兩個(gè)品種單施無(wú)機(jī)肥處理(P1、P2、P3)的根冠比均高于單施有機(jī)肥處理(O)，且隨著施磷量的增加根冠比均先增加后降低，其中‘尤金’P2 處理的根冠比顯著高于施用有機(jī)肥的O和OP1 處理(P＜0.05)，而‘克新23 號(hào)’所有處理的根冠比差異均不顯著。

2.4 有機(jī)肥和無(wú)機(jī)肥對(duì)馬鈴薯干物質(zhì)積累的影響

干物質(zhì)積累量是評(píng)估植株生長(zhǎng)發(fā)育狀況的重要指標(biāo)。如圖2A 所示，‘尤金’單施無(wú)機(jī)肥處理(P1、P2、P3)的全株干物質(zhì)積累量曲線呈“S”型變化，而施有機(jī)肥處理(O、OP1)的全株干物質(zhì)積累量曲線呈指數(shù)變化。而圖2D 顯示，‘克新23 號(hào)’所有處理中OP1 和P3 處理全株干物質(zhì)積累量曲線明顯呈“S”型變化，而其他處理的全株干物質(zhì)積累量曲線呈線性變化。

從圖2B、2C 可見(jiàn)，‘尤金’單施無(wú)機(jī)肥處理(P1、P2、P3)的地上莖葉干物質(zhì)積累量隨出苗后天數(shù)的增加先增后減，在苗后46 d 達(dá)到峰值，塊莖干物質(zhì)積累量在苗后46 d 之前增加較快，之后增長(zhǎng)速率則開(kāi)始降低；施有機(jī)肥處理(O、OP1)的地上莖葉干物質(zhì)積累量隨出苗后天數(shù)的增加持續(xù)增加，塊莖干物質(zhì)積累量在苗后30 d 至收獲期始終維持穩(wěn)定的增長(zhǎng)速率，可能是施用有機(jī)肥延長(zhǎng)了‘尤金’地上莖葉的功能期，推遲了塊莖膨大期塊莖干物質(zhì)的積累，但促進(jìn)了淀粉積累期塊莖的干物質(zhì)積累。從圖2E、2F 可見(jiàn)，‘克新23 號(hào)’P3 處理的地上莖葉干物質(zhì)積累量在各時(shí)期雖然不是最高，但其塊莖干物質(zhì)積累量在各時(shí)期均最高，而施用有機(jī)肥的兩個(gè)處理與單獨(dú)施用無(wú)機(jī)肥的P1 和P2 處理間沒(méi)有顯著差異。

圖1 有機(jī)肥和無(wú)機(jī)肥對(duì)馬鈴薯根長(zhǎng)及根冠比的影響

圖2 有機(jī)肥和無(wú)機(jī)肥對(duì)馬鈴薯干物質(zhì)積累的影響

2.5 有機(jī)肥和無(wú)機(jī)肥對(duì)馬鈴薯塊莖產(chǎn)量的影響

如表5 所示，‘尤金’單施無(wú)機(jī)肥處理的單株結(jié)薯數(shù)均高于施有機(jī)肥處理，但施有機(jī)肥處理的平均薯重更大。P2 處理的平均薯重處于較高水平，且單株結(jié)薯數(shù)最多，產(chǎn)量顯著高于其他處理(P＜0.05)。養(yǎng)分用量相近的OP1 和P2 處理，雖然平均薯重相近，但前者單株結(jié)薯數(shù)顯著減少，導(dǎo)致產(chǎn)量OP1 較P2 處理降低11.35%(P＜0.05)；單施有機(jī)肥處理(O)的單株結(jié)薯數(shù)雖然較少，但其平均薯重最高，因而也獲得了較高的產(chǎn)量。

與‘尤金’不同，‘克新23 號(hào)’除P3 處理外，其他處理的單株結(jié)薯數(shù)和平均薯重均差異不顯著。P3處理的平均薯重雖然與其他處理相近，但是因單株結(jié)薯數(shù)顯著高于其他處理(P＜0.05)，最終獲得最高產(chǎn)量。養(yǎng)分用量相近的OP1 和P2 處理，前者單株結(jié)薯數(shù)和平均薯重均低于后者，導(dǎo)致OP1 產(chǎn)量也低于P2處理，但差異不顯著。

兩個(gè)品種P1 處理的總產(chǎn)量及商品薯產(chǎn)量均為最低，最高產(chǎn)量均為單施無(wú)機(jī)肥處理，‘尤金’在施用P2O590 kg/hm2時(shí)達(dá)到最高產(chǎn)量，而‘克新23 號(hào)’是在施用P2O5135 kg/hm2時(shí)達(dá)到最高產(chǎn)量。

表5 有機(jī)肥和無(wú)機(jī)肥對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響

3 結(jié)論

1)施有機(jī)肥和無(wú)機(jī)(磷)肥均能促進(jìn)兩個(gè)品種地上部莖葉的生長(zhǎng)發(fā)育，有機(jī)肥還延長(zhǎng)了‘尤金’莖葉的功能期而顯著提高‘尤金’的平均薯重(P＜0.05)。而施無(wú)機(jī)(磷)肥能促進(jìn)‘尤金’和‘克新23 號(hào)’根系生長(zhǎng)和塊莖干物質(zhì)積累，增加單株結(jié)薯數(shù)。

2)兩個(gè)品種最高產(chǎn)量均為單施無(wú)機(jī)肥處理，但因?yàn)閮蓚€(gè)品種對(duì)磷的需求量不同，‘尤金’最高產(chǎn)量出現(xiàn)在P2O5用量90 kg/hm2，‘克新23 號(hào)’最高產(chǎn)量則出現(xiàn)在P2O5用量135 kg/hm2。在本試驗(yàn)條件下，兩品種全部和部分有機(jī)替代的產(chǎn)量均處于中等水平。