旱區(qū)馬鈴薯化肥減量/綠色替代模式研究

柳永強(qiáng)，胡新元

（1甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院馬鈴薯研究所，蘭州 730070；2甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，蘭州 730070）

0 引言

馬鈴薯是一種糧菜飼兼用作物和重要的工業(yè)原料，具有抗寒、耐春旱和耐瘠薄特性，在中國中西部和北方旱作區(qū)的甘肅、內(nèi)蒙古、河北、青海、新疆、寧夏和陜西大面積種植[1-2]。隨著馬鈴薯主糧化戰(zhàn)略定位和新時代人們對食品安全的高度重視，綠色優(yōu)質(zhì)馬鈴薯成為市場需求和科學(xué)研究的基本導(dǎo)向[3]。目前，馬鈴薯施肥管理存在化肥過量施用、微量養(yǎng)分不足、有機(jī)肥施用不足，肥料投入報酬遞減、養(yǎng)分投入失衡、營養(yǎng)運籌不科學(xué)的問題并存[4-5]，導(dǎo)致馬鈴薯肥料利用效率低下[6]、生長緩慢、產(chǎn)量降低[5]、干物質(zhì)合成受阻、品質(zhì)下降[7-8]、食用性和加工性能下降，生產(chǎn)成本增加，經(jīng)濟(jì)效益降低[9-10]。并且，化肥過量造成嚴(yán)重的資源浪費、土壤生態(tài)惡化、重金屬積累等問題[9]。因此，通過氮肥減量、有機(jī)肥替代化肥、微量元素投入及作物秸稈補(bǔ)償?shù)染C合措施，根據(jù)馬鈴薯需肥規(guī)律來高效管理養(yǎng)分資源，是實現(xiàn)馬鈴薯高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)、水肥高效利用和農(nóng)田環(huán)境保護(hù)的根本出路[10-11]，優(yōu)化旱區(qū)馬鈴薯養(yǎng)分管理模式，是實現(xiàn)馬鈴薯高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)和環(huán)境友好的目標(biāo)和亟需解決的問題。張緒成等[12]和于顯楓等[13]研究表明,25%氮肥減量+有機(jī)肥施用能顯著調(diào)節(jié)馬鈴薯花前花后耗水量，增加生物量和提高生長速率，使馬鈴薯產(chǎn)量和養(yǎng)分利用效率增加，是西北黃土高原半干旱區(qū)增產(chǎn)增效的養(yǎng)分管理模式。李成晨等[14]研究表明，化肥減量20%處理使塊莖中氮含量減少，地上部氮含量顯著增加，產(chǎn)量增加，說明適度減氮有利于氮素循環(huán)利用，促進(jìn)增產(chǎn)，且化肥減量后，馬鈴薯生物量、干物質(zhì)含量、氮肥偏生產(chǎn)力顯著增加，說明化肥減量更符合馬鈴薯的需肥規(guī)律。劉志都等[15]研究表明，化肥減施結(jié)合有機(jī)肥施用，能提高馬鈴薯的肥料利用效率，減少肥料表觀損失，改善土壤生態(tài)，提高馬鈴薯品質(zhì)和產(chǎn)量。梁俊梅等[16]研究表明，有機(jī)肥能有效改善土壤生態(tài)，提高馬鈴薯品質(zhì)和產(chǎn)量。目前，很多研究集中在化肥減量或有機(jī)肥替代對旱區(qū)馬鈴薯產(chǎn)量和生產(chǎn)力提升方面，對馬鈴薯施肥管理中所存在化肥過量、微量養(yǎng)分和有機(jī)肥施用不足，養(yǎng)分投入失衡等共性問題的綜合研究很少，對旱區(qū)馬鈴薯綠色優(yōu)質(zhì)施肥模式創(chuàng)建的支撐不夠。本研究結(jié)合化肥減量/有機(jī)肥替代、微量元素投入和秸稈補(bǔ)償，綜合構(gòu)建旱區(qū)綠色施肥模式，通過馬鈴薯生長發(fā)育參數(shù)、經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量構(gòu)成、經(jīng)濟(jì)效益和增效潛力的分析，探索旱區(qū)馬鈴薯綠色高效施肥模式，為旱區(qū)馬鈴薯綠色栽培和養(yǎng)分科學(xué)管理提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于甘肅省東部六盤山西麓莊浪縣境內(nèi)，區(qū)域東經(jīng)105°47′—106°25′、北緯35°04′—35°27′之間；海拔約1400～2857.5 m，年平均氣溫8.4℃，無霜期120～160天，年均降雨量380～600 mm。試驗布置于通化鎮(zhèn)韓灣村、朱店鎮(zhèn)三合村和陽川鎮(zhèn)葫陽村，試驗地基本概況如表1。

表1 試驗地概況

1.2 試驗管理

試驗于2018年4月中旬播種，9月下旬收獲，采用黑膜壟作雙行栽培，半機(jī)械作業(yè)，人工起壟覆膜，壟高25 cm，溝寬50 cm，壟面寬70 cm，溝行距70 cm，壟上行距50 cm，株距33.3 cm，播深8～10 cm，人工穴播，播種后膜側(cè)覆土2～3 cm。施肥一次性基施，施肥量為試驗設(shè)計的處理量，不追肥。病蟲防控適度控藥，播種用80%多菌靈粉劑拌種后晾曬種薯2～3天，7月上旬用60%腚蟲咪乳液1000倍液防治蚜蟲，7月中旬用58%甲霜靈錳鋅可濕性粉劑800倍液預(yù)防病害，8月中旬用70%霜脲錳鋅1000倍液+60%氨基寡糖素800倍液預(yù)防病害。

1.3 試驗設(shè)計

試驗材料為‘隴薯10號’原種，為西北旱區(qū)主要栽培馬鈴薯品種。設(shè)計施肥處理3個：對照為傳統(tǒng)施肥模式(Ck)；處理1(T1)為化肥減量/有機(jī)肥替代化肥模式(FRS)，化肥減量30%（NPK比例不變），有機(jī)肥替代部分化肥（替代量為氮肥減少量的10%）；處理2(T1)為綠色替代/系統(tǒng)施肥模式(GFA)，T1+微量元素+秸稈。施肥模式見表2。

表2 施肥模式

1.4 指標(biāo)測定

株高和SPAD值[2]：按不同處理隨機(jī)選擇測試區(qū)域，在該區(qū)域連續(xù)測量5株數(shù)據(jù)，取平均值為1個記錄值。株高用直尺直接測出土面到株頂?shù)木嚯x，SPAD值用SPAD儀測定，記錄馬鈴薯下數(shù)第4復(fù)葉的頂葉值。

經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量[2]：單位面積馬鈴薯塊莖重量（除去病爛馬鈴薯塊莖）；商品薯產(chǎn)量為單薯塊莖重量≥75 g，且薯塊形狀基本標(biāo)準(zhǔn)的馬鈴薯重量；小型薯畸形薯產(chǎn)量為單薯塊小于75 g和形狀畸形或裂口的薯塊重量。產(chǎn)量的計算見公式(1)。產(chǎn)值的計算見公式(2)。

其中商品薯價格1.6元/kg，小型薯畸形薯價格0.7元/kg。

成本：區(qū)域試驗管理水平一致，成本差異主要體現(xiàn)在肥料投入方面。成本指的是肥料外所有投入1.35萬元/hm2，傳統(tǒng)施肥模式投入0.27萬元/hm2，減肥/替代施肥投入0.40萬元/hm2，綠色施肥投入0.52萬元/hm2。農(nóng)資包括：地膜、機(jī)械、藥劑、肥料。

2 結(jié)果與分析

2.1 旱區(qū)施肥模式對馬鈴薯生長發(fā)育的影響

表3顯示，旱區(qū)黑膜覆蓋種植條件下，F(xiàn)RS和GFA施肥模式對馬鈴薯株高和SPAD值參數(shù)的影響?？梢钥闯?，F(xiàn)RS模式下馬鈴薯株高較傳統(tǒng)施肥模式有小幅增大，增加幅度不明顯；GFA模式下馬鈴薯株高較傳統(tǒng)施肥模式增大，通化鎮(zhèn)韓灣村和陽川鎮(zhèn)葫陽村增加量較傳統(tǒng)施肥模式在0.05水平顯著，增幅分別達(dá)到12.12%和15.75%，朱店三合村增量不顯著，增幅8.58%。FRS模式下馬鈴薯SPAD較傳統(tǒng)施肥模式變化不明顯；GFA模式下，3個試驗區(qū)域馬鈴薯SPAD較傳統(tǒng)施肥模式增高，增量不顯著，增幅分別為3.07%、6.82%，和4.61%。

表3 不同施肥模式的馬鈴薯生長發(fā)育參數(shù)

2.2 旱區(qū)施肥模式對馬鈴薯產(chǎn)量構(gòu)成的影響

表4顯示，旱區(qū)黑膜覆蓋種植條件下，不同施肥模式對馬鈴薯‘隴薯10號’經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量構(gòu)成的影響。可以看出，F(xiàn)RS模式下馬鈴薯經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量較傳統(tǒng)施肥模式變化不大，但3個試驗區(qū)域的商品薯產(chǎn)量明顯增加，增量不顯著；GF模式下，馬鈴薯經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量較傳統(tǒng)施肥模式增幅較大，通化鎮(zhèn)韓灣村和陽川鎮(zhèn)葫陽村經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量增加量較傳統(tǒng)施肥模式在0.05水平顯著，增幅分別達(dá)到10.80%和11.73%，朱店三合村增量不顯著，增幅4.34%；并且，GF模式下3個試驗區(qū)域商品薯增量較傳統(tǒng)施肥模式在0.05水平均顯著，其增幅分別達(dá)到12.79%、12.08%和14.51%。

表4 不同施肥模式的馬鈴薯產(chǎn)量構(gòu)成

2.3 旱區(qū)施肥模式的經(jīng)濟(jì)效益分析

表5顯示，旱區(qū)黑膜覆蓋種植條件下，不同施肥模式對馬鈴薯‘隴薯10號’產(chǎn)值、經(jīng)濟(jì)效益和增效潛力的影響?？梢钥闯觯現(xiàn)RS模式馬鈴薯產(chǎn)值和經(jīng)濟(jì)效益較傳統(tǒng)施肥模式變化不大，3個試驗區(qū)域經(jīng)濟(jì)效益略降低，增益潛力為負(fù)值。GF模式下，馬鈴薯產(chǎn)值和經(jīng)濟(jì)效益較傳統(tǒng)施肥模式明顯增大，增效潛力為正值，3個試驗區(qū)域產(chǎn)值分別較傳統(tǒng)施肥模式增加11.82%、6.67%和13.17%，經(jīng)濟(jì)效益增加9.47%、0.01%和12.29%。

表5 不同施肥模式的馬鈴薯經(jīng)濟(jì)效益分析

2.4 旱區(qū)施肥模式對馬鈴薯品質(zhì)的影響

表6顯示，旱區(qū)黑膜覆蓋種植條件下，不同施肥模式對馬鈴薯‘隴薯10號’品質(zhì)參數(shù)的影響。可以看出，F(xiàn)RS模式下馬鈴薯塊莖維生素C含量和粗淀粉含量較傳統(tǒng)施肥模式變化在有些區(qū)域升高，有些區(qū)域降低，沒有一定的規(guī)律性，其總的干物質(zhì)含量在3個區(qū)域均增加，韓灣村、三合村和葫陽村增幅分別為1.31%、10.92%和0.72%。GF模式下，馬鈴薯塊莖干物質(zhì)含量、維生素C含量和粗淀粉含量較傳統(tǒng)施肥模式均增加，塊莖干物質(zhì)含量和粗淀粉含量增幅在0.05水平顯著，韓灣村、三合村和葫陽村干物質(zhì)增幅分別達(dá)到10.66%、11.67%和6.00%，粗淀粉增幅分別達(dá)到13.57%、23.17%和13.18%；維生素C含量增量不顯著，韓灣村、三合村和葫陽村增幅分別達(dá)到5.76%、6.25%和6.64%。

表6 不同施肥模式下馬鈴薯品質(zhì)參數(shù)

3 討論與結(jié)論

2015年以來，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部組織開展化肥農(nóng)藥使用量零增長行動，截至2020年底，中國化肥農(nóng)藥減量增效實現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)，化肥農(nóng)藥使用量顯著減少，種植業(yè)高質(zhì)量發(fā)展效果明顯[17-18]，作物養(yǎng)分供給更加適宜土壤和生態(tài)環(huán)境需要。作物養(yǎng)分科學(xué)管理是以較低環(huán)境代價獲得較高糧食產(chǎn)出、保障人類糧食安全和環(huán)境安全，推動農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇[11]。針對馬鈴薯綠色種植和養(yǎng)分科學(xué)管理中存在的問題，首要途徑是減少化肥用量并尋求可循環(huán)利用的替代肥料[19-20]或建立科學(xué)、高效、綠色的施肥模式，實現(xiàn)馬鈴薯綠色高效栽培與土壤、生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)。本試驗結(jié)果表明，F(xiàn)RS模式下，馬鈴薯株高、SPAD值、商品薯產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)效益和品質(zhì)參數(shù)較傳統(tǒng)施肥模式小幅提升。該研究結(jié)果與張緒成等[12]和李成晨等[14]研究結(jié)果基本一致，即氮肥減量+有機(jī)肥施用能增加馬鈴薯生物量，提高產(chǎn)量，促進(jìn)干物質(zhì)積累，提升塊莖品質(zhì)，說明化肥減量/有機(jī)肥替代模式是更加綠色和增產(chǎn)的馬鈴薯養(yǎng)分管理模式。本試驗研究還發(fā)現(xiàn)，化肥減量/有機(jī)肥替代模式與傳統(tǒng)施肥模式相比，具有增產(chǎn)提質(zhì)作用，其增效潛力為負(fù)值，說明在化肥減量/有機(jī)肥替代模式在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中，可能不具備可持續(xù)性。GFA模式下，馬鈴薯株高、SPAD值、商品薯產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)效益和品質(zhì)參數(shù)較傳統(tǒng)施肥和FRS模式明顯提高，較傳統(tǒng)施肥增效潛力為正值，說明GFA模式具備FRS模式的增產(chǎn)和綠色的特點，也能促進(jìn)馬鈴薯品質(zhì)提升，且具有增效潛力，說明GFA模式是新時期更具有開發(fā)應(yīng)用價值的馬鈴薯施肥管理模式。中國旱區(qū)，化肥減量/綠色替代模式的研究仍不夠系統(tǒng)完善，有機(jī)肥肥替代的精準(zhǔn)參數(shù)，微量元素添加水平，秸稈補(bǔ)償?shù)木珳?zhǔn)用量及方式，化肥、有機(jī)質(zhì)、微量元素及秸稈的協(xié)調(diào)性及相互作用仍有待進(jìn)一步深入研究。

與傳統(tǒng)施肥模式相比，化肥減量/有機(jī)肥替代(FRS)模式促進(jìn)馬鈴薯生長，SPAD值提高，經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益小幅增加，馬鈴薯粗淀粉、干物質(zhì)和VC含量小幅提升，韓灣村、三合村和葫陽村3區(qū)域增效潛力分別為-1.03、-0.52和-0.11，均為負(fù)值?；蕼p量/有機(jī)肥替代+微量元素+秸稈模式(GFA)下，韓灣村、三合村和葫陽村3區(qū)域馬鈴薯株高、SPAD值、產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)效益和品質(zhì)顯著提升，3區(qū)域產(chǎn)量分別較傳統(tǒng)施肥模式增產(chǎn)10.80%、4.34%和11.73%，經(jīng)濟(jì)效益提高9.47%、0.01%和12.29%，干物質(zhì)含量增加10.66%、11.67%和6.00%，粗淀粉含量增高13.57%、23.17%和13.18%；維生素C含量增加5.76%、6.25%和6.64%，增效潛力為0.94、0.01和0.97。GFA模式促進(jìn)了馬鈴薯產(chǎn)量增加和品質(zhì)提升，且具有增效潛力，是一種綠色高效的施肥管理方式，對構(gòu)建旱區(qū)馬鈴薯綠色高效施肥模式具有重要的科學(xué)價值。