不同施肥配比對(duì)秦嶺北麓馬鈴薯產(chǎn)量、養(yǎng)分及肥料利用率的影響

王永朝， 宋民斗， 孟 延， 馬歡歡

(1.渭南市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，陜西渭南 714000； 2.陜西省大荔縣果業(yè)發(fā)展中心，陜西大荔 715100；3.陜西省渭南市農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全檢驗(yàn)檢測(cè)中心，陜西渭南 714000)

馬鈴薯是世界第四大糧食作物、陜西省第三大糧食作物，僅次于小麥和玉米，主要分布在陜北黃土高原的榆林市、延安市及陜南秦巴山區(qū)的漢中市、安康市、商洛市，關(guān)中地區(qū)渭南、寶雞也有部分種植。截至2019年全省種植面積穩(wěn)定在 38萬(wàn)hm左右，其中陜北地區(qū)的種植面積達(dá)23.4萬(wàn)hm，陜南 13.5萬(wàn)hm，關(guān)中地區(qū)1.2萬(wàn)hm。

自國(guó)家實(shí)施馬鈴薯主糧化戰(zhàn)略以來(lái)，陜西省馬鈴薯品種結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化，傳統(tǒng)種植品種克新1號(hào)、費(fèi)烏瑞它、夏波蒂的種植面積有所下降，冀張薯12、秦芋32等新品種逐漸增加。早大白雖然作為20世紀(jì)末遼寧本溪馬鈴薯研究所選育的國(guó)審品種，但由于其產(chǎn)量較高，極早熟，對(duì)病毒病耐性較強(qiáng)，在陜西省的種植面積依然比較穩(wěn)定。以渭南市華州區(qū)為例，整區(qū)位于秦嶺北麓，氣候適宜，水分充足，使得早大白馬鈴薯在當(dāng)?shù)貜V泛種植，并以“地膜洋芋”的稱(chēng)號(hào)被評(píng)為省級(jí)“一村一品”示范區(qū)。

我國(guó)在使用有機(jī)肥方面有著悠久的歷史，但傳統(tǒng)的農(nóng)家肥速效養(yǎng)分含量低，腐熟過(guò)程長(zhǎng)，加之容易攜帶病原菌和蟲(chóng)卵，改革開(kāi)放后逐漸被工業(yè)化肥所取代。隨著化肥的大量使用，在如今增產(chǎn)效益越來(lái)越不明顯的情況下，更多的是造成土壤板結(jié)、肥力下降、氮磷盈余風(fēng)險(xiǎn)以及農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全等多方問(wèn)題。因此本研究以商品有機(jī)肥和不同氮磷鉀化肥配施為對(duì)象，探索有機(jī)無(wú)機(jī)配施對(duì)當(dāng)?shù)伛R鈴薯生長(zhǎng)及養(yǎng)分利用的影響，為當(dāng)?shù)伛R鈴薯的合理施肥提供參考借鑒。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2017年2—6月在陜西省渭南市華州區(qū)赤水鎮(zhèn)遇仙村(110°02′45″E、34°12′24″N)進(jìn)行。該地區(qū)屬渭河流域，四季分明，日照充足，年平均氣溫17.2 ℃，無(wú)霜期210～230 d，年降水量593.1 mm，土壤類(lèi)型為新積土。試驗(yàn)開(kāi)始前，測(cè)定了耕層0～20 cm土壤的基本指標(biāo)：有機(jī)質(zhì)含量18.33 g/kg，全氮含量1.57 g/kg，速效磷含量25.02 mg/kg，速效鉀含量117.27 mg/kg，pH值7.89。

根據(jù)中國(guó)馬鈴薯田塊養(yǎng)分分級(jí)指標(biāo)，試驗(yàn)地的土壤有機(jī)質(zhì)比較缺乏，全氮、速效磷、速效鉀含量中等。由于馬鈴薯適宜生長(zhǎng)的土壤pH值通常為5.5～6.5，試驗(yàn)地土壤偏堿性，因此試驗(yàn)使用磷酸二銨、硫酸鉀等生理酸性肥料進(jìn)行改良。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 供試品種 選用早大白馬鈴薯作為供試作物，該品種由遼寧省本溪市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所選育而成，屬早熟品種，品質(zhì)較好，用于鮮薯食用，在我國(guó)廣泛種植。

1.2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 按照每生產(chǎn)1 000 kg薯塊，植株需吸收氮3.5～5.0 kg，PO2.0 kg，KCl 10.6～12.0 kg，以當(dāng)?shù)伛R鈴薯平均產(chǎn)量45 000～52 500 kg/hm為參考，結(jié)合土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分測(cè)定情況，設(shè)置以下7個(gè)不同處理：(1)單施有機(jī)肥；(2)有機(jī)肥+當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶常規(guī)化肥用量；(3)有機(jī)肥+配方施肥1；(4)有機(jī)肥+配方施肥2；(5)有機(jī)肥+配方施肥3；(6)有機(jī)肥+配方施肥4；(7)對(duì)照(不施肥)。有機(jī)肥選用湖北綠旺生物科技有限公司生產(chǎn)的商品有機(jī)肥(有機(jī)質(zhì)含量>45%，N+PO+KO≥5%)，氮、磷選用二元復(fù)合肥磷酸二銨(N、PO含量分別為18%、46%)，用尿素(N≥46%)補(bǔ)充剩余的氮素，鉀肥用硫酸鉀(KO≥51%)，每種處理具體用量見(jiàn)表1。

表1 馬鈴薯不同施肥配比養(yǎng)分用量

采用隨機(jī)區(qū)組排列，每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)，由北向南共3個(gè)區(qū)組，每個(gè)小區(qū)面積12 m×1.9 m=22.8 m。每小區(qū)2壟，每壟壟上種植2行，采用寬窄行種植，寬行距60 cm，窄行距35 cm。播種時(shí)株距26 cm，每行種薯量46個(gè)，每小區(qū)184個(gè)。2017年2月16日施肥，所有肥料作為底肥一次性施入，2月19日播種，6月16日收獲。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目

1.3.1 產(chǎn)量構(gòu)成因素的計(jì)算 馬鈴薯成熟后按照每小區(qū)全收折算產(chǎn)量，同時(shí)每小區(qū)選擇具有代表性的植株8株，分別計(jì)算以下指標(biāo)：

單株結(jié)薯數(shù)=樣株結(jié)薯總數(shù)/樣株個(gè)數(shù)；

單株薯質(zhì)量=樣株總薯質(zhì)量/樣株個(gè)數(shù)；

大中小薯統(tǒng)計(jì)：按照小薯<75 g、75 g≤中薯≤150 g、大薯>150 g統(tǒng)計(jì)。

1.3.2 養(yǎng)分含量的測(cè)定 樣品帶回室內(nèi)后，按照根、莖稈、塊莖、葉進(jìn)行分離，測(cè)定全氮、全磷、全鉀含量。植株樣品放入烘箱于105 ℃ 條件下殺青 30 min，再經(jīng)70 ℃ 烘干至恒質(zhì)量，粉碎過(guò)篩后采用HSO-HO消煮法進(jìn)行前處理，半微量凱氏法-全自動(dòng)定氮儀測(cè)定全氮含量，鉬銻抗顯色-紫外分光光度計(jì)測(cè)定全磷含量，火焰光度計(jì)測(cè)定全鉀含量。

1.3.3 肥料利用率的計(jì)算 肥料農(nóng)學(xué)效率表示單位施肥量與不施肥相比對(duì)農(nóng)作物產(chǎn)量增加的反映，也是評(píng)價(jià)化肥增產(chǎn)效益較為適宜的指標(biāo)，計(jì)算公式：肥料農(nóng)學(xué)效率(kg/kg)=(施肥區(qū)作物產(chǎn)量-對(duì)照區(qū)作物產(chǎn)量)/施肥量。

肥料偏生產(chǎn)力則反映單位投入的肥料量對(duì)作物產(chǎn)量的貢獻(xiàn)值，計(jì)算公式：肥料偏生產(chǎn)力(kg/kg)=施肥區(qū)作物產(chǎn)量/施肥量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010 和 SAS 8.0分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 馬鈴薯產(chǎn)量因素結(jié)果

2.1.1 不同施肥處理對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量的影響 成熟期將每小區(qū)馬鈴薯收獲后計(jì)算產(chǎn)量，結(jié)果顯示產(chǎn)量最高的為MF處理(圖1)，達(dá)到58 464.85 kg/hm；產(chǎn)量最低的為CK處理，為44 524.22 kg/hm，二者相差13 940.63 kg/hm，差異達(dá)到顯著水平(<0.05)。所有施肥處理產(chǎn)量均高于對(duì)照，相比對(duì)照增幅分別為1.7%、21.6%、31.3%、5.0%、10.8%、5.4%，平均增幅12.6%。與單施有機(jī)肥(M)相比，所有有機(jī)肥+化肥處理的產(chǎn)量均高于單施有機(jī)肥(M)，平均增幅12.9%，MF處理與M處理差異也達(dá)到顯著水平。

2.1.2 不同施肥處理對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響 由表2可以看出，通過(guò)對(duì)采樣植株的調(diào)查，結(jié)薯總數(shù)及大、中、小薯數(shù)不同處理間均沒(méi)有表現(xiàn)出顯著差異，但CK處理的結(jié)薯總數(shù)低于其他處理。MF處理的結(jié)薯總數(shù)僅次于MC處理，并且大、中薯數(shù)的值最高。從大、中薯率來(lái)看，MF處理最高，其次是CK處理，比MF處理低4.15百分點(diǎn)，這與CK結(jié)薯總數(shù)和小薯數(shù)較低有關(guān)。從單株薯數(shù)和單株薯質(zhì)量2個(gè)構(gòu)成因素來(lái)看，仍表現(xiàn)為CK處理最低，單株薯質(zhì)量最高的MF處理比CK高0.203 kg，所有施肥處理比CK平均高0.082 kg。與單施有機(jī)肥(M)相比，有機(jī)肥+化肥處理的單株薯質(zhì)量均高于M，平均高0.085 kg，并且MF處理與M、CK處理均達(dá)到顯著差異，這與馬鈴薯產(chǎn)量的結(jié)果相一致。

表2 不同施肥處理對(duì)馬鈴薯樣株產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

2.2 馬鈴薯養(yǎng)分含量結(jié)果

由圖2可知，全氮除葉片外，其余器官不同處理的含氮量均沒(méi)有顯著差異，莖稈、塊莖、根的含氮量總體接近，范圍在3.66～5.88 g/kg。葉片的含氮量整體高于其他器官，不同施肥處理的葉片含氮量范圍在8.13～11.73 g/kg，平均9.61 g/kg，是對(duì)照(4.40 g/kg)的2.18倍。除MF處理外，其余處理葉片的含氮量均顯著高于CK。從全磷結(jié)果來(lái)看，除莖稈外其余器官不同處理間均沒(méi)有顯著差異，葉片、莖稈、塊莖、根的平均含磷量分別為0.86、0.70、0.60、0.79 g/kg。葉片和根的含磷量表現(xiàn)為M(單施有機(jī)肥)處理最高，但不同器官的含磷量沒(méi)有表現(xiàn)出明顯規(guī)律。全鉀的結(jié)果表現(xiàn)為莖稈含量最高，平均為49.08 g/kg，葉片略低于莖稈。塊莖和根的全鉀量明顯低于葉片和莖稈，平均值分別為15.01、6.67 g/kg，葉片和根的全鉀量均為CK最低。

2.3 馬鈴薯肥料利用率結(jié)果

單施有機(jī)肥處理(M)由于N+PO+KO總量?jī)H有5%，故不計(jì)算肥料農(nóng)學(xué)效率。由表3可知，其他不同施肥處理肥料農(nóng)學(xué)效率各有差異，總體表現(xiàn)為MC處理(有機(jī)肥+當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)化肥用量)的農(nóng)學(xué)效率較高，其次為MF處理，2種處理明顯高于其他配方施肥。氮肥的農(nóng)學(xué)效率MF處理最高，磷和鉀MC處理最高。肥料偏生產(chǎn)力表現(xiàn)為氮肥中MF處理最高，其次為MC、MF、MF、MF；磷、鉀肥的偏生產(chǎn)力仍表現(xiàn)為MC處理最高。無(wú)論是肥料農(nóng)學(xué)效率還是偏生產(chǎn)力，MF的結(jié)果都相對(duì)偏低。

表3 不同施肥處理馬鈴薯的肥料農(nóng)學(xué)效率和偏生產(chǎn)力

3 討論與結(jié)論

本研究表明，與不施肥相比，所有施肥處理的馬鈴薯產(chǎn)量均高于不施肥，最大增幅31.3%，平均增幅12.6%，說(shuō)明施肥對(duì)馬鈴薯的產(chǎn)量起到了促進(jìn)作用；與單施有機(jī)肥相比，所有有機(jī)肥+化肥處理的產(chǎn)量也均高于單施有機(jī)肥，平均增幅12.9%，說(shuō)明僅僅依靠有機(jī)肥提供的養(yǎng)分還是難以滿足馬鈴薯的生長(zhǎng)需要，應(yīng)更加注重有機(jī)無(wú)機(jī)配施的方式。馬鈴薯的產(chǎn)量構(gòu)成因素中，單株薯質(zhì)量的差異性結(jié)果與產(chǎn)量相一致，結(jié)薯總數(shù)雖然沒(méi)有顯著差異性，但也表現(xiàn)為對(duì)照最低。

從馬鈴薯不同器官的氮磷鉀總量來(lái)看，不同施肥處理葉片全氮含量顯著高于對(duì)照。有研究表明，與磷鉀或其他中微量元素相比，氮的供應(yīng)對(duì)作物生長(zhǎng)的限制更強(qiáng)，葉片中50%以上的氮素會(huì)分配到葉綠體中參與光合作用，用以光合作用的氮素越多，后期作物積累的有機(jī)物也越多，產(chǎn)量因此也更高，這也是本試驗(yàn)不同處理馬鈴薯產(chǎn)量變化與葉片含氮量結(jié)果相似的原因。作為喜鉀作物，不同學(xué)者關(guān)于馬鈴薯各器官含鉀量的研究有一定差異，梁玲玲等對(duì)比不同施肥量對(duì)馬鈴薯的影響后發(fā)現(xiàn)，馬鈴薯不同器官含鉀量從高到低依次為塊莖>葉片>莖稈>根；張鐘等研究發(fā)現(xiàn)，馬鈴薯塊莖的吸鉀量是根莖葉總和的2.15倍；任珂等對(duì)比了有機(jī)肥和無(wú)機(jī)肥對(duì)馬鈴薯養(yǎng)分吸收的影響后發(fā)現(xiàn)，葉片和莖稈的全鉀量整體高于塊莖，含量在25～38 g/kg，塊莖含量在15～22 g/kg，這與本試驗(yàn)的結(jié)果相近；王小英等在西北農(nóng)林科技大學(xué)測(cè)試中心測(cè)定的10組不同施肥量的馬鈴薯塊莖含鉀量范圍在11.1～20.5 g/kg，莖稈和葉在25.6～36.2 g/kg(未發(fā)表)。不同的結(jié)果可能與試驗(yàn)地本身的土壤養(yǎng)分含量以及馬鈴薯的品種特性有關(guān)。

20世紀(jì)七八十年代，由于我國(guó)化肥資源緊缺，加上土壤肥力普遍低下，所以化肥的增產(chǎn)效應(yīng)比較顯著，用肥料養(yǎng)分利用率能直觀地反映作物對(duì)養(yǎng)分的吸收狀況。而當(dāng)前無(wú)論是化肥產(chǎn)量還是土壤肥力都發(fā)生了很大的變化，很多學(xué)者已經(jīng)不單用肥料養(yǎng)分利用率來(lái)說(shuō)明問(wèn)題。一方面，養(yǎng)分利用率并不能證明施肥后作物所吸收的養(yǎng)分完全來(lái)源于肥料，除非采用同位素法才能精確判斷，因此養(yǎng)分利用率在理論上可能存在數(shù)值偏高的問(wèn)題；另一方面，養(yǎng)分利用率低也可能是土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分含量高所致的，所以不能僅憑利用率的高低來(lái)衡量試驗(yàn)的好壞。國(guó)際上目前常用的是肥料偏生產(chǎn)力，不需要測(cè)定對(duì)照區(qū)產(chǎn)量和養(yǎng)分吸收量，計(jì)算簡(jiǎn)單。張福鎖等研究認(rèn)為，肥料偏生產(chǎn)力是當(dāng)下比較適合評(píng)價(jià)我國(guó)肥料效應(yīng)的指標(biāo)。本試驗(yàn)結(jié)果中，MF處理的氮磷鉀肥料偏生產(chǎn)力整體較低，但養(yǎng)分投入量在各處理中最高，這也符合肥料報(bào)酬遞減律的規(guī)律。綜合各項(xiàng)結(jié)果來(lái)看，MF處理，即600 kg/hm有機(jī)肥 +300 kg/hmN+300 kg/hmPO+450 kg/hmKO的施肥配比較為理想，可以在當(dāng)?shù)赝茝V。