氮肥施用量對馬鈴薯養(yǎng)分吸收、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

范向斌，白小東，杜培兵，王宏庭

(1.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院高寒區(qū)作物研究所，山西 大同 037008；2.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與資源研究所，太原 030006)

山西省地處黃土高原，日照充足，氣候冷涼，是我國重要的馬鈴薯產(chǎn)區(qū)。馬鈴薯作為山西主要的經(jīng)濟(jì)作物[1]，近年來出現(xiàn)產(chǎn)量低而不穩(wěn)的局面，產(chǎn)量低于全國平均產(chǎn)量。除了品種自身原因和管理粗放等因素外，化肥施用不科學(xué)也是影響馬鈴薯和品質(zhì)產(chǎn)量的重要因素。氮肥施用是否合理，直接影響馬鈴薯的產(chǎn)量、品質(zhì)。如果氮肥用量不足，馬鈴薯植株?duì)I養(yǎng)不足，生長緩慢，產(chǎn)量降低; 如果氮肥施用過多，則地上部莖葉徒長，地下部結(jié)薯延遲甚至不結(jié)薯，造成馬鈴薯產(chǎn)量降低，品質(zhì)變差，過量的化肥還會破壞土壤結(jié)構(gòu)，污染環(huán)境[2-4]。由于產(chǎn)區(qū)農(nóng)民缺乏合理配方的肥料和科學(xué)的施肥指導(dǎo)，憑經(jīng)驗(yàn)施肥，馬鈴薯生產(chǎn)中經(jīng)常發(fā)生施肥不合理現(xiàn)象[5]。山西馬鈴薯生產(chǎn)中關(guān)于合理使用氮肥的相關(guān)研究較少，開展基于本地區(qū)生產(chǎn)狀況的馬鈴薯氮肥養(yǎng)分推薦標(biāo)準(zhǔn)與施肥合理范圍研究，非常必要。本試驗(yàn)通過開展馬鈴薯氮肥施用對養(yǎng)分吸收、產(chǎn)量、品質(zhì)等方面的研究，提出氮肥的合理施用范圍標(biāo)準(zhǔn)，對指導(dǎo)馬鈴薯生產(chǎn)科學(xué)施肥具有重要意義[6]。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗(yàn)于2017—2018年在山西省朔州市懷仁毛皂試驗(yàn)基地進(jìn)行，試驗(yàn)田肥力均勻一致。地理位置為 北緯39.82°，東經(jīng)113.1°，海拔1 085.7 m。試驗(yàn)區(qū)地勢平坦，土壤類型為栗鈣土，質(zhì)地為壤土。土壤pH值及養(yǎng)分含量如表1。

表1 土壤養(yǎng)分含量

供試作物為馬鈴薯品種大同里外黃和同薯29號一級種。

1.2 試驗(yàn)方法

研究采用田間肥料定位小區(qū)試驗(yàn)，裂區(qū)設(shè)計(jì)。主區(qū)設(shè)計(jì)為馬鈴薯品種(大同里外黃、同薯29號)，副區(qū)為氮肥(純N)不同用量，試驗(yàn)在施用磷肥P2O590 kg/hm2、鉀肥K2O 90 kg/hm2的基礎(chǔ)上進(jìn)行，設(shè)0、90、135、180、225、270 kg/hm2共6個水平，處理隨機(jī)排列，重復(fù)3次，小區(qū)面積為10 m×3 m=30 m2，種植行距為50 cm，株距為45 cm。氮肥品種選用尿素(N 46%)、磷肥品種選用粒狀過磷酸鈣(P2O512%)、鉀肥選用氯化鉀(K2O 60%)。氮肥底施60%、追施40%，磷、鉀肥全部底施。

分別于苗期和成熟期每小區(qū)隨機(jī)取樣品3株(穴)，測莖葉重(盡量收集全葉片)、塊莖鮮重；莖葉和塊莖切碎，105 ℃ 殺青 30 min 后，70 ℃烘至恒重，測定莖葉和塊莖干重，并測定氮磷鉀養(yǎng)分含量。收獲時(shí)測產(chǎn)，按實(shí)收計(jì)產(chǎn)。

植物樣品粉碎后，采用H2SO4-H2O2消煮，全N含量采用凱氏法測定，全P含量采用釩鉬黃比色法，全K含量采用火焰光度計(jì)法測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥量對植株養(yǎng)分的影響

2年的試驗(yàn)結(jié)果(表2)表明，同薯29號植株N的含量隨著施肥量的增加而增加。高氮處理植株N含量明顯高于低氮處理，N 225、N 270處理與N 0處理相比，差異達(dá)到顯著水平(N 225處理和N 270處理之間2017年差異顯著，2018年沒有達(dá)到顯著)。植株P(guān)含量2年結(jié)果都是先增后減，以N 135處理水平最高，N 180處理次之，2017年N 135、N 180處理和N 0差異顯著，N 135和N 180處理之間差異不顯著，2018年處理間差異都不顯著，2年增長趨勢一致；植株K含量2017年在1.827%～1.913%之間，2018年在1.228%～1.414%之間，隨施氮量的增加而增加，2017年處理間差異都不顯著，2018年施氮處理(N 90、N 135、N 180、N 225和N 270)顯著高于不施氮處理(N 0處理)。對同薯29號植株N含量進(jìn)行回歸分析，得出施氮量與植株N含量的回歸方程為：y=0.036 5x+1.263，決定系數(shù)R2=0.977 5;施氮量與植株含P量的回歸方程為：y=-0.002 9x2+0.022 7x+0.219 8，由方程得出，施氮量176 kg/hm2, P含量理論值最高，為0.264%，R2=0.863 9；施氮量與植株K含量的回歸方程為y=0.025x+1.520 1，R2=0.942 2(圖1)。

表2 同薯29號植株N、P、K含量 (單位：%)

大同里外黃和同薯29號植株N、P、K含量變化趨勢相同(表3)。植株含N量隨著施N肥量的增加而增加，2017年N 180以上處理和N 135以下處理差異達(dá)到顯著水平，2018年N 135以上處理和N 90以下處理差異達(dá)到顯著水平；植株P(guān)含量以N 135處理含量最高、N 180處理次之，2017年P(guān)含量各處理差異不顯著，2018年N 135處理和其他處理差異都達(dá)到顯著水平；K含量都是隨施N量的增加而增加，2017年在2.129%～2.363%之間，N 270處理和其他處理差異顯著，2018年在1.204%～1.690%之間，N 180以上處理和N 90以下處理差異顯著。對大同里外黃植株N含量進(jìn)行回歸分析，得出植株N含量與施氮量的回歸方程為：y=0.081 5x+1.163 4，決定系數(shù)R2=0.941 8;植株含P量與施氮量的回歸方程為：y=-0.006x2+0.044 3x+0.212 9，由方程得出，施氮量166 kg/hm2, 含P量理論值最高，為0.295%，R2=0.700 7；植株K含量與施氮量的回歸方程為:y=0.067 2x+1.648 7，R2=0.935 9(圖2)。

表3 大同里外黃植株N、P、K含量 (單位：%)

2.2 不同施肥量對產(chǎn)量的影響

2年的試驗(yàn)結(jié)果表明，同薯29號和大同里外黃產(chǎn)量都先隨著施N量的增加而增加，之后又隨施N量增加產(chǎn)量降低(表4)。2017年同薯29號N 180產(chǎn)量最高，N 180與N 225、N 270差異達(dá)到顯著水平，N 0、N 90、N 135和N 180差異不顯著；大同里外黃產(chǎn)量也以N 180處理最高，各處理間差異不顯著。2018年同薯29號產(chǎn)量變化趨勢與2017相同，N 180處理最高，但差異不顯著。大同里外黃同樣以N 180處理最高，和N 0、N 90、N 225、N 270處理差異都達(dá)到顯著水平。對馬鈴薯產(chǎn)量進(jìn)行回歸分析，得出同薯29號產(chǎn)量與施氮量的回歸方程為：y=-465.53x2+3 172.5x+16 609，由方程得出，施氮量198 kg/hm2,同薯29號產(chǎn)量理論值最高，為22 014 kg/hm2，決定系數(shù)R2=0.754 9;大同里外黃產(chǎn)量產(chǎn)量與施氮量的回歸方程為：y=-458.68x2+3 472.8x+15 170，施氮量為215 kg/hm2,同薯29號產(chǎn)量理論值最高，為21 743 kg/hm2，R2=0.812 2(圖3)。

表4 產(chǎn)量表現(xiàn) (單位：kg)

2.3 不同施肥量對干物質(zhì)的影響

馬鈴薯的品質(zhì)主要以干物質(zhì)為主，從2年干物質(zhì)含量結(jié)果看(表5)，同薯29號和大同里外黃干物質(zhì)含量都是隨著施N量的增加而增加，N 180處理干物質(zhì)含量最高，之后又隨施N量增加逐漸降低。2017年同薯29號和大同里外黃干物質(zhì)含量變化趨勢一致，都是N 180處理和N 0、N 90、N 135、N 270差異顯著，與N 225差異不顯著；2018年同薯29號N 180處理和N 0、N 90、N 135差異顯著，與N 225、N 270差異不顯著，大同里外黃N 180處理和N 0、N 90、N 135、N 270處理差異顯著，與N 225差異不顯著。對馬鈴薯干物質(zhì)含量進(jìn)行回歸分析，得出施氮量與同薯29號干物質(zhì)含量的回歸方程為y=-0.362 0x2+2.944 5x+17.12，由方程得出，施氮量為183 kg/hm2時(shí),同薯29號干物質(zhì)含量理論值最高，為23.11%，R2=0.821 3;施氮量與大同里外黃干物質(zhì)含量的回歸方程為y=-0.284 6x2+2.617 8x+14.944，由方程得出，施氮量為207 kg/hm2時(shí),大同里外黃干物質(zhì)含量理論值最高，為20.96%，R2=0.806 4(圖4)。

表5 干物質(zhì)含量 (單位：%)

2.4 經(jīng)濟(jì)效益分析

同薯29號經(jīng)濟(jì)效益分析：N 90、N 135、N 180、N 225和N 270處理分別比不施氮(N 0處理)增施尿素196 kg、293 kg、391 kg、489 kg和587 kg，尿素2.6元/kg，投入分別比對照高508元/hm2、763元/hm2、1 017元/hm2、1 271元/hm2和1 526元/hm2，產(chǎn)量分別比N 0處理增產(chǎn)791 kg/hm2、2 576 kg/hm2、3 204 kg/hm2、221 kg/hm2、-387 kg/hm2，鮮薯按1.5元/kg計(jì)算，分別比N 0處理實(shí)際增收679元、3 101元、3 789元、-940元和-2 107元，可以看出，隨施氮量增加效益增加，N 180經(jīng)濟(jì)效益最高，N 225處理效益開始大幅下降。大同里外黃經(jīng)濟(jì)效益分析：投入和同薯29號相同，產(chǎn)量分別比N 0處理增產(chǎn)1 361 kg/hm2、3 262 kg/hm2、4 180 kg/hm2、1 724 kg/hm2、1 433kg/hm2，鮮薯按1.5元/kg計(jì)算，分別比N 0處理實(shí)際增收1 534元、4 130元、5 253元、1 315元和624元，同樣先增后減，以N 180處理效益最高(表6)。

表6 經(jīng)濟(jì)效益分析

3 結(jié) 論

氮是影響馬鈴薯塊莖形成的重要可控條件之一[7]，塊莖形成與氮素的施用量、施用時(shí)期及肥料形態(tài)等密切相關(guān)[8]。綜合2年的試驗(yàn)結(jié)果，氮能促進(jìn)馬鈴薯養(yǎng)分的吸收，提高馬鈴薯產(chǎn)量和品質(zhì)。植株養(yǎng)分(氮磷鉀)含量隨施氮量的增加而增長，施氮量達(dá)到180 kg/hm2時(shí)，植株對磷的吸收下降；產(chǎn)量和干物質(zhì)含量也隨施氮量的增加而增加，本試驗(yàn)在施氮量180 kg/hm2時(shí)產(chǎn)量和干物質(zhì)含量都最高，施氮量達(dá)到225 kg/hm2時(shí)，產(chǎn)量和干物質(zhì)含量開始下降。經(jīng)濟(jì)效益也是N 180處理效益最高。因此，在本地區(qū)，合理的施氮量應(yīng)該在180～225 kg/hm2之間為宜，實(shí)踐中可以作為山西北部地區(qū)馬鈴薯高產(chǎn)高效的推薦施肥方法。

馬鈴薯是山西的第四大糧食作物和重要的經(jīng)濟(jì)作物[9]，實(shí)際生產(chǎn)中，由于缺乏合理配方的肥料和科學(xué)的施肥指導(dǎo)，肥料用量粗放且養(yǎng)分投入不平衡，引起馬鈴薯生產(chǎn)成本増加、品質(zhì)下降、肥料養(yǎng)分利用率低、環(huán)境污染等問題[10]。因此，明確馬鈴薯養(yǎng)分吸收規(guī)律，對于發(fā)揮馬鈴薯的增產(chǎn)增效優(yōu)勢，具有積極的指導(dǎo)意義[11-12]。

本試驗(yàn)只考慮了氮肥的施用，由于磷肥、鉀肥及其他中微量元素對馬鈴薯產(chǎn)量品質(zhì)都會產(chǎn)生影響[13]，氮肥的吸收還與土壤含水量、酸堿度等有關(guān)，所以氮肥用量對馬鈴薯產(chǎn)量和品質(zhì)的影響還需要進(jìn)一步綜合驗(yàn)證研究。