有機(jī)肥替代化肥對馬鈴薯產(chǎn)量、氮肥利用和土壤養(yǎng)分的影響

黃艷嵐，張超凡，張道微，董 芳，張 亞，王 飛，魏云霞

（1. 湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所，湖南 長沙 410125；2. 郴州市蘇仙區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，湖南 郴州 423000；3. 醴陵市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，湖南 醴陵 412200）

施肥是糧食作物增產(chǎn)的重要途徑。化肥能大大提高作物單產(chǎn)[1]，然而過度施用化肥會造成土壤酸化、板結(jié)[2]及生態(tài)環(huán)境污染[3]等一系列問題。據(jù)統(tǒng)計，2018 年湖南省化肥施用總量較2014 年減少了2.0%，化肥施用強(qiáng)度較2014 年增加了5.8%[4]。有機(jī)肥具有改良土壤理化性狀、提高作物品質(zhì)等[5]作用，其全部替代或部分替代化肥施用，均能起到增產(chǎn)提質(zhì)功效，同時還可有效改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[6-7]。

馬鈴薯有機(jī)肥替代化肥的研究報道很多。例如：趙健宇等[8]的研究表明，在單施化肥的基礎(chǔ)上，增施煤基生物有機(jī)肥可顯著增加馬鈴薯植株和塊莖的干物質(zhì)積累量，進(jìn)而提高塊莖總產(chǎn)量；胡崗等[9]的研究表明，秸稈鉀與化學(xué)鉀肥配施處理的馬鈴薯產(chǎn)量最高，同時該處理可促進(jìn)作物的養(yǎng)分吸收，提高馬鈴薯的品質(zhì)；錢彩霞等[10]的研究表明，施用有機(jī)肥可顯著提高馬鈴薯的可溶性糖、維生素C 和游離氨基酸含量，降低淀粉和硝酸鹽含量，提高大春馬鈴薯的產(chǎn)量、結(jié)薯數(shù)和商品薯率[10]；李雅潔[11]的研究表明，利用商品有機(jī)肥替代部分化肥，能顯著提高馬鈴薯的株高和莖粗，增加單株結(jié)薯重量和單薯重量，達(dá)到增產(chǎn)的目的。

有機(jī)肥替代部分化肥需要確定合適的替代比例，而且這一合適比例因作物種類與品種、土壤類型和肥料種類的差異而不同[12]。湖南省是馬鈴薯中南主產(chǎn)區(qū)，前期開展了“三分地養(yǎng)活一個人”糧食高產(chǎn)綠色優(yōu)質(zhì)科技創(chuàng)新工程，發(fā)現(xiàn)在合理選擇品種及科學(xué)田間管理的條件下，湖南地區(qū)“超級雜交中稻＋馬鈴薯模式”可取得較好的經(jīng)濟(jì)效益[13]。同時，湖南省又是我國重要的畜禽養(yǎng)殖大省，畜禽源有機(jī)肥資源十分豐富，因此利用本地的有機(jī)肥資源種植馬鈴薯既能合理利用畜禽糞便，減少環(huán)境污染，促進(jìn)養(yǎng)殖業(yè)健康發(fā)展，又能減少種植業(yè)化肥投入，提高土壤有機(jī)質(zhì)，增加種植效益，促進(jìn)種植業(yè)可持續(xù)發(fā)展。目前，關(guān)于湖南地區(qū)馬鈴薯有機(jī)肥替代化肥的相關(guān)研究報道較少見。因此，筆者根據(jù)長沙地區(qū)馬鈴薯推薦施肥量設(shè)置不同的施肥方式，探討有機(jī)肥替代部分化肥對馬鈴薯產(chǎn)量、氮肥利用率及土壤肥力的影響，以期明確湖南長沙地區(qū)馬鈴薯種植過程中最佳的有機(jī)肥替代比例。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2019 年12 月—2020 年5 月在湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所實(shí)驗(yàn)基地進(jìn)行。試驗(yàn)地年均氣溫17.2℃，全年無霜區(qū)約275 d，年均降水量約1 361.6 mm，屬亞熱帶季風(fēng)氣候。供試土壤為第四紀(jì)紅色粘土發(fā)育的紅壤，土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)如下：pH 值7.33，有機(jī)質(zhì)27.15 g/kg，堿解氮105.38 mg/kg，速效磷97.28 mg/kg，速效鉀280.90 mg/kg，全磷1.16 g/kg。

1.2 試驗(yàn)材料

供試馬鈴薯為早熟品種費(fèi)烏瑞它脫毒種薯，購自貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院馬鈴薯研究所。供試肥料有：復(fù)合肥（N-P2O5-K2O=16-16-16，天源農(nóng)化國際有限公司）、有機(jī)肥（總養(yǎng)分6.21%，有機(jī)質(zhì)含量為53.40%，總氮、磷、鉀分別為1.4%、0.76%和4.05%，湖南華田盛德生物科技有限公司）。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 試驗(yàn)設(shè)計試驗(yàn)設(shè)6 個處理：不施肥（T1）、單施100%復(fù)合肥（T2）、25%有機(jī)肥+75%復(fù)合肥（T3）、50%有機(jī)肥+50%復(fù)合肥（T4）、75%有機(jī)肥+25%復(fù)合肥（T5）、單施100%有機(jī)肥（T6）。100%復(fù)合肥用量為750 kg/hm2，100%有機(jī)肥用量為3 000 kg/hm2。每個處理3 次重復(fù)，完全隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)面積32.4 m2；種植4 排，行長9 m，株距22.2 cm，行距60 cm，種植密度75 000 株/hm2。

1.3.2 種植管理整地后以90 cm（包溝）起壟，壟距30 cm，播種前將各處理的施肥量混勻后一次性穴施。2019 年12 月下旬播種，種薯處理及管理參照黃艷嵐等[14]的方法。2020 年5 月上旬收獲，分小區(qū)單獨(dú)測產(chǎn)。

1.3.3 取樣及指標(biāo)測定土壤采樣：在種植前按“S”形采集大田土壤，收獲前分小區(qū)在壟上隨機(jī)選取5 點(diǎn)采樣。植株采樣：收獲前各小區(qū)選取5 株馬鈴薯植株，測定株高、莖粗、單株結(jié)薯數(shù)，單株結(jié)薯量，莖葉和薯塊分別切碎、拌勻作為樣品。土壤和植株樣品均按四分法留樣測定水分和養(yǎng)分。土壤pH 值按電位法測定，有機(jī)質(zhì)按重鉻酸鉀容量法測定，堿解氮按堿解擴(kuò)散法測定，有效磷按碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗分光光度法測定，速效鉀、緩效鉀按原子吸收分光光度計法測定。植株、薯塊全氮按半微量凱氏定氮法測定。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

用Excel 2019 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，用SPSS 19.0軟件進(jìn)行方差和相關(guān)性分析，采用Duncan’s 新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較。各指標(biāo)計算公式如下。

氮素積累量=非收獲物干質(zhì)量×非收獲物氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)+收獲物干質(zhì)量×收獲物氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)

氮收獲指數(shù)（%）=（塊莖吸氮量/作物吸氮量）×100

氮素吸收效率（kg/kg N）=作物吸氮量/施氮量

氮肥利用率（%）=（施氮處理吸氮量-不施肥處理吸氮量）×100/施氮量

氮肥偏生產(chǎn)力（kg/kg）=施氮區(qū)作物產(chǎn)量/施氮量

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對馬鈴薯產(chǎn)量及構(gòu)成因素的影響

由表1 可以得出，T3（75%復(fù)合肥+25%有機(jī)肥）處理產(chǎn)量最高，比T1 處理（不施肥）提高38.82%，比T6 處理（100%有機(jī)肥）提高10.57%，比T2 處理（100%復(fù)合肥）提高3.59%；T4 處理（50%復(fù)合肥+50%有機(jī)肥）產(chǎn)量較T1 處理增加31.79%，較T2 處理減少1.66%；T5 處理（25%復(fù)合肥+75%有機(jī)肥）產(chǎn)量較T1 處理增加20.46%，較T2 處理減少10.12%；T6 處理產(chǎn)量較T1 處理增加25.55%，較T2處理減少6.32%。各處理中，T3 處理的莖粗、株高、單株莖葉重、單株薯塊重和單株薯塊數(shù)均高于其他處理；T2 處理的分枝數(shù)和商品薯率最高。有機(jī)肥替代處理中，產(chǎn)量和構(gòu)成因素指標(biāo)值隨著有機(jī)肥的增加而降低。整體來看，有機(jī)肥替代部分化肥有利于馬鈴薯的生長。

表1 不同施肥處理馬鈴薯的產(chǎn)量及構(gòu)成因素

2.2 不同施肥處理對馬鈴薯氮素積累的影響

由表2 可知，不同施肥處理馬鈴薯各部位氮累積量差異顯著（P＜0.05），T3 處理的馬鈴薯莖葉和薯塊氮素積累量均顯著高于T1、T2 和T6 處理（P＜0.05），說明有機(jī)肥部分替代化肥可以顯著增加馬鈴薯植株莖葉和薯塊氮累積量。T3 處理莖葉氮積累量和薯塊氮積累量最高，分別比T1 處理增加76.05%和65.16%，分別比T2 處理增加78.60%和29.37%，分別比T6 處理增加68.69%和30.89%；其次是T4 處理，其莖葉氮積累量和薯塊氮積累量分別比T1 處理增加32.11%和40.57%，分別比T2 處理增加34.02%和10.11%，分別比T6 處理增加26.59%和11.40%；T5處理的莖葉氮積累量排第三，但其薯塊氮積累量低于T6 處理；各處理中，以T2 處理的莖葉氮積累量、T1處理的薯塊氮積累量分別為最低值。

表2 不同施肥處理馬鈴薯各部位的氮累積量 （kg/hm2）

2.3 不同施肥處理對馬鈴薯氮肥效率的影響

由表3 可知，不同施肥處理氮收獲指數(shù)差異顯著性不大（P＞0.05），而氮素吸收效率、氮肥利用率和氮肥偏生產(chǎn)力均存在顯著差異（P＜0.05）；T6 處理的氮素吸收效率和氮肥偏生產(chǎn)力最高，而且這2 個指標(biāo)值均隨著有機(jī)肥施用量的增加而增加；而氮肥利用率也表現(xiàn)出隨著有機(jī)肥施用量增加而增加的趨勢。這說明施用有機(jī)肥可提高氮素吸收效率、氮肥利用率和氮肥偏生產(chǎn)力。

表3 不同施肥處理馬鈴薯的氮肥利用效率

2.4 不同施肥處理對馬鈴薯土壤養(yǎng)分含量的影響

由表4 可知，不同施肥處理的土壤pH 值、含水量、有機(jī)質(zhì)、有效磷、堿解氮、緩效鉀含量沒有顯著性差異；T5、T4、T3 處理的有機(jī)質(zhì)、有效磷和堿解氮呈逐漸增加趨勢；T2 處理有效磷、堿解氮含量最高。

表4 不同施肥處理的土壤養(yǎng)分含量

3 討 論

施肥是作物高產(chǎn)的主要途徑，有機(jī)肥與化肥配施不僅能增加產(chǎn)量，還能有效提高干物質(zhì)積累量。研究表明，馬鈴薯增施有機(jī)肥處理產(chǎn)量均高于單施化肥處理產(chǎn)量[8,10]。在研究中，只有75%復(fù)合肥+25%有機(jī)肥處理產(chǎn)量較100%復(fù)合肥處理產(chǎn)量增加3.59%，而50%復(fù)合肥+50%有機(jī)肥處理和25%復(fù)合肥+75%有機(jī)肥處理產(chǎn)量則低于100%復(fù)合肥處理產(chǎn)量。這與有機(jī)肥緩慢釋放營養(yǎng)元素，而化肥能夠在馬鈴薯生育期快速釋放營養(yǎng)元素有關(guān)。因此，對于生育期比較短的作物，要保證產(chǎn)量，有機(jī)肥替代比例應(yīng)控制在一定的范圍內(nèi)。在復(fù)合肥低于75%（562.5 kg/hm2）時馬鈴薯較難獲得高產(chǎn)，因此在種植生產(chǎn)過程中適量減施復(fù)合肥、結(jié)合施用有機(jī)肥利于增加馬鈴薯產(chǎn)量。

作物的干物質(zhì)累積量是衡量作物生長發(fā)育狀況的重要生理生化指標(biāo)，合理的氮運(yùn)籌能提高作物氮累積量及其分配系數(shù)，使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)向生殖器官轉(zhuǎn)移分配，才能實(shí)現(xiàn)作物的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)[15]。研究表明，馬鈴薯各器官的氮吸收累積量與單株產(chǎn)量呈正相關(guān)，即增施氮肥可調(diào)控植株干物質(zhì)的積累與分配，進(jìn)而影響馬鈴薯塊莖的產(chǎn)量[16]。因此，提高薯塊養(yǎng)分分配是增加馬鈴薯產(chǎn)量的有效途徑。試驗(yàn)結(jié)果表明，莖葉和薯塊氮積累量與產(chǎn)量呈正相關(guān)，75%復(fù)合肥+25%有機(jī)肥處理的莖葉和薯塊氮積累量最高，隨著有機(jī)肥替代量的增加，馬鈴薯莖葉和薯塊的氮積累量逐漸降低。

不同馬鈴薯品種氮收獲指數(shù)差異較大，根據(jù)氮收獲指數(shù)馬鈴薯可分為雙高效型、低氮高效型、高氮高效型和雙低效型[17]。試驗(yàn)中各處理的氮收獲指數(shù)差異不顯著，這與試驗(yàn)材料為同一品種相關(guān)，還需進(jìn)一步研究確定該品種的氮收獲指數(shù)類型。有機(jī)肥替代化肥有利于提高氮肥效率[12,18]，這與試驗(yàn)結(jié)果相同，試驗(yàn)中有機(jī)肥部分替代化肥處理的氮素吸收效率、氮肥利用率和氮肥偏生產(chǎn)力均高于復(fù)合肥處理，而且隨著有機(jī)肥替代量的增加，其值呈增加趨勢。長期施用有機(jī)肥能改變土壤養(yǎng)分含量特別是有機(jī)質(zhì)的含量[19]，研究發(fā)現(xiàn)有機(jī)肥替代施肥處理與復(fù)合肥處理土壤養(yǎng)分含量沒有顯著性差異，這與有機(jī)肥的施用量以及處理年限有一定的關(guān)系[20]，馬鈴薯的種植周期較短，有機(jī)肥的投入總量較少。

4 結(jié) 論

馬鈴薯有機(jī)肥替代化肥以75%復(fù)合肥+25%有機(jī)肥處理的產(chǎn)量以及莖葉、薯塊的氮積累量最高，莖粗、株高、單株莖葉重、單株薯塊重和單株薯塊數(shù)等產(chǎn)量構(gòu)成因素指標(biāo)也均高于其他處理。有機(jī)肥替代化肥處理的氮素吸收效率、氮肥利用率和氮肥偏生產(chǎn)力均高于復(fù)合肥處理。各處理間土壤養(yǎng)分沒有顯著性差異。