有機肥替代化肥對立式深旋松耕馬鈴薯產(chǎn)量及水肥利用效率的影響

摘 要 旨在研究立式深旋松耕作條件下有機肥替代部分化肥對馬鈴薯水肥利用和產(chǎn)量的影響，為實現(xiàn)水肥資源高效利用和綠色生產(chǎn)提供依據(jù)。設置全膜覆蓋立式深旋松耕不施肥（VP），全膜覆蓋立式深旋松耕施化肥（VPF），全膜覆蓋立式深旋松耕有機肥替代60%化肥（VPO）3個處理。測定土壤含水量、葉綠素相對含量（SPAD）、葉面積指數(shù)（LAI））、塊莖產(chǎn)量，計算貯水量、階段耗水量和水肥利用效率等。結果表明：與VP相比，VPO和VPF均提高了馬鈴薯群體葉面積指數(shù)（LAI）和葉片SPAD值，二者均減慢了馬鈴薯塊莖膨大期后的LAI和葉片SPAD值降低幅度，延長了光合期。2018-2020年，VPO和VPF均降低了土壤貯水量，尤其是收獲期較VP降低了6.45%～18.33%；VPO降低了花前耗水量和水分利用效率，同時增加了花后耗水量，花后耗水量較VPF 和VP增加了20.61～92.74 mm。VPO降低了肥料貢獻率，提高了肥料的農(nóng)學效率和偏生產(chǎn)力，較VPF分別提高了37.66%～201.22%和117.94%～165.29%；VPO和VPF都增加了馬鈴薯的塊莖產(chǎn)量和商品率，塊莖產(chǎn)量較VP增加了10.66%～68.39%和19.35%～93.16%。因此，立式深旋松條件下有機肥替代部分化肥可延長葉片光合功能期，改變了馬鈴薯的耗水進程，沒有降低塊莖產(chǎn)量，同時還提高了商品率和肥料的農(nóng)學效率，是資源高效和作物增產(chǎn)的養(yǎng)分管理模式。

關鍵詞 馬鈴薯；有機肥替代；階段耗水量；化肥偏生產(chǎn)力；水肥利用效率；產(chǎn)量

有機肥替代部分化肥，不但能夠改善耕地質(zhì)量[1-2]，而且能夠提高單位面積的作物產(chǎn)量[2]，可以協(xié)同實現(xiàn)產(chǎn)量提高和產(chǎn)地保育的目的。西北黃土高原半干旱區(qū)是典型的雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)，水資源缺乏，水土流失嚴重[2]，降雨期與農(nóng)作物需水期錯位，造成作物的產(chǎn)量低而不穩(wěn)[3]。馬鈴薯是該區(qū)主要栽培作物之一，近年來全膜覆蓋壟溝種植技術的應用，使馬鈴薯塊莖產(chǎn)量增加57.4%，水分利用效率提高70.3%[2]。但目前在養(yǎng)分管理方面存在較多問題，如過量施肥和養(yǎng)分不足的問題并存，有機肥施用不足等[4]，肥料投入表現(xiàn)出報酬遞減趨勢，以及養(yǎng)分投入失衡等問題[5]。張緒成等[2]研究表明有機肥替代化肥不但顯著降低了氮肥用量，而且顯著提高了馬鈴薯產(chǎn)量、水分利用效率（WUE）、化肥偏生產(chǎn)力和化肥氮素的偏生產(chǎn)力。在玉米上的研究也取得了相似的結果，研究認為有機肥替代部分化肥可促進玉米對氮素的吸收利用[1]。徐明崗等[6]研究結果化肥有機肥配施有利于水稻的穩(wěn)產(chǎn)和高產(chǎn)，有利于水稻生長中后期的養(yǎng)分吸收，并且能培肥土壤，提高肥料利用率?；视袡C肥合理施用是維持和提高地力，培肥土壤，提高肥料利用率的重要途徑[7-9]。

合理耕作是影響作物產(chǎn)量又一重要因素[10-11]。自20世紀末起，旋耕技術逐漸成為中國農(nóng)田耕作的主要方式，但其耕作深度一般在 18 cm以內(nèi)，長期旋耕造成耕作層變淺、犁底層加厚和土壤僵化，不僅影響了土壤的物理和化學性狀，而且使作物產(chǎn)量和水肥效率下降[12-13]。立式深旋松耕技術是一項新型的耕作技術，耕作深度達到40 cm以上，能有效打破犁底層（15～35 cm），并能顯著降低土壤體積質(zhì)量，提高土壤水肥供應能力，研究表明，立式深旋耕作使土壤有效貯水量增加34.3%～136.9%，馬鈴薯產(chǎn)量增加 24.8%～156.8%，水分利用效率增加了18.9%～ [JP] 92.3%，干旱年份這一效果尤為明顯[14-15]。在立式深旋耕作改善土壤水分狀況的條件下，進一步優(yōu)化養(yǎng)分供給，即通過有機肥LjBqQ3ZfAS4WYXd+MfHq5w==替代部分化肥能否實現(xiàn)水肥協(xié)同以提高作物產(chǎn)量，目前對此缺乏試驗證據(jù)，而這對探索旱地作物水肥高效的技術途徑具有重要啟示作用。本試驗在立式深旋松耕的耕作條件下，設不同覆膜方式和施肥處理，通過測定馬鈴薯不同生育時期的土壤貯水量、葉綠素相對含量（SPAD）值、群體葉面積指數(shù)（LAI）、產(chǎn)量，計算階段耗水量、水肥利用效率，明確立式深旋松耕條件下，有機肥替代部分化肥對馬鈴薯水肥利用效率及產(chǎn)量的影響，為探索半干旱區(qū)馬鈴薯水肥高效利用和綠色生產(chǎn)的技術提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2018—2020年在甘肅省農(nóng)業(yè)科學院定西綜合試驗站（104°36′ E，35°35′ N）進行，該試驗區(qū)海拔1 970 m，年均氣溫6.2 ℃，年均降水量415 mm，為典型旱地雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)。試驗地土質(zhì)為黃綿土， 0～30 cm土層平均體積質(zhì)量1.25 g·cm-3，田間持水量為21.18%，凋萎系數(shù)為 7.2%，土壤有機質(zhì)、全N、全P、全K分別為 11.99 g·kg-1、1.16 g·kg-1、25.3 mg·kg-1、172.8 mg·kg-1。

1.2 試驗設計

試驗采用立式深旋松耕作（由定西坤豐農(nóng)業(yè)科技開發(fā)有限公司和甘肅省農(nóng)業(yè)科學院旱地農(nóng)業(yè)研究所共同研制的立式深旋松耕作施肥覆膜一體機，早春耕作，耕深40 cm左右），設置覆膜立式深旋松耕不施肥（VP）、覆膜立式深旋松耕施化肥（VPF，純氮150 kg·hm-2；P2O5 120 kg·hm-2；K2O 90 kg·hm-2），覆膜立式深旋松耕有機肥替代60%化肥（VPO，有機肥15 000 kg·hm-2；純氮60 kg·hm-2；P2O5 48 kg·hm-2；K2O 36 kg·hm-2），采用完全隨機區(qū)組排列，試驗小區(qū)面積63 m2（7 m×9 m），3次 重復。

試驗采用壟上微溝種植馬鈴薯（圖1），種植帶寬100 cm，大壟寬60 cm，高20 cm，大溝寬 40 cm；大壟面正中間開小溝，小溝寬20 cm，深 10 cm，小溝內(nèi)每隔50 cm扎眼以便水分入滲。有機肥為風干的羊糞（堿解氮、P2O5和K2O含量分別為 5 g·kg-1、3.5 g·kg-1和4 g·kg-1），一次性基施，旋地入土。將馬鈴薯種植在大壟的壟側，播種深度10 cm，供試馬鈴薯品種為‘隴薯10號’。2018-04-19播種，10月2日收獲；2019-04-19播種，9月27日收獲；2020-04-21播種，10月15日收獲。各處理全生育期均不灌溉，除拔草外不進行其他管理。

試驗區(qū)2018、2019和2020年都屬于豐水年份（圖2）。2018年全年降水量533.3 mm，馬鈴薯生育期降水量441.1 mm，占全年降水量的 82.71%；2019年全年降水量509 mm，馬鈴薯生育期降水量426.5 mm，占全年降水量的 83.79%。2020年全年降水量515.5 mm，馬鈴薯生育期降水量452.9 mm，占全年降水量的 87.85%。馬鈴薯生育期的降水量都高于多年平均降水量，且分配較均勻。2018年馬鈴薯生育期最低溫度為 -25.1 ℃，最高溫度為29.8 ℃，平均溫度為16.0 ℃；2019年馬鈴薯生育期最低溫度為-20.5 ℃，最高溫度為31.5 ℃，平均溫度為15.4 ℃；2020年馬鈴薯生育期最低溫度為 -18.5 ℃，最高溫度為30 ℃，平均溫度為14.7 ℃。

1.4 測定項目與方法

1.4.1 SPAD和LAI 在馬鈴薯現(xiàn)蕾期、花期、塊莖膨大期、淀粉積累期，用SPAD-502 PLUS葉綠素儀測定葉片SPAD值，選擇主莖倒數(shù)第4片完全展開葉的頂小葉進行測量，每個小區(qū)測量5片葉片，每個葉片測量5次，每個處理測量3個小區(qū)，取平均值。在馬鈴薯現(xiàn)蕾期、花期、塊莖膨大期、淀粉積累期，用CI-110植物冠層分析儀（CID，美國）測定葉面積指數(shù)（Leaf area index， LAI），每小區(qū)重復測定5次，每個處理測量3個小區(qū)，取平均值。

1.4.2 土壤水分 在馬鈴薯播前、苗期、花期、塊莖膨大期、淀粉積累期、收獲期用烘干法測定0～200 cm土層土壤含水量每20 cm為1個層次，平均每10～15 d每小區(qū)測定1次，每小區(qū)在壟上馬鈴薯株間測定1個位點。

SWS（mm）= WS×γ×d /100，式中，WS為土壤重量含水量（g·kg-1）；γ為土壤體積質(zhì)量 （g·cm-3）； d為土壤深度（cm）。

階段耗水量（ET） ET= SWSi－SWSi+1＋P，式中，SWSi為某個生育時期初始時的土壤貯水量 （mm）；SWSi+1為該生育時期結束時的土壤貯水量 （mm）；P為生育期降水量 （mm）。

1.4.3 產(chǎn)量 馬鈴薯成熟期收獲后每小區(qū)按實際塊莖鮮質(zhì)量計算產(chǎn)量。

1.4.4 養(yǎng)分利用參數(shù)計算 肥料貢獻率（fertilizer contribution rate，F(xiàn)CR， %）：指施肥所增加的作物產(chǎn)量占施肥區(qū)產(chǎn)量的百分比，即FCR （%）=（施肥區(qū)產(chǎn)量－不施肥區(qū)產(chǎn)量）/施肥區(qū)產(chǎn)量×100%

肥料農(nóng)學效率（agronomic efficiency of applied. AE， kg·kg-1）： 指單位施肥量所增加的作物籽粒產(chǎn)量，即AE（kg·kg-1）=（施肥區(qū)產(chǎn)量－不施肥區(qū)產(chǎn)量）/施肥量。

肥料偏生產(chǎn)力（partial factor productivity from fertilizers. PFP， kg·kg-1）：指投入的單位肥料所能產(chǎn)生的作物籽粒產(chǎn)量，PFP（kg·kg-1）=施肥區(qū)產(chǎn)量/施肥量（氮、磷、鉀的純養(yǎng)分量）。

1.4.5 水分利用效率（WUE） WUE=Yd/ET，式中，Yd為馬鈴薯單位面積產(chǎn)量（kg·hm-2）；ET= SWSBF －SWSHA＋P，式中，SWSBF為播種前土壤貯水量，SWSHA為收獲后土壤貯水量，P為馬鈴薯全生育期降水量。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用DPS數(shù)據(jù)處理軟件對數(shù)據(jù)進行ANOVA方差分析，并用LSD法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 有機肥替代化肥對立式深旋松耕馬鈴薯葉片SPAD值和LAI的影響

由表1可知，2018年，花期—淀粉積累期馬鈴薯葉片的SPAD值均表現(xiàn)為VPF最高，VPO次之，較VP分別增加了7.66%、9.28%、 13.44%和5.29%、2.64%、8.99%，差異顯著 （P<0.05）；現(xiàn)蕾期、塊莖膨大期和淀粉積累期VPF較VPO增加了 3.33%、6.48%、4.08%，差異顯著（P<0.05）。2019年，花期—淀粉積累期馬鈴薯葉片的SPAD值均表現(xiàn)為VPF最高，較VP分別增加了6.07%、5.12%、4.20%，差異顯著（P< 0.05）；VPO較VP分別增加了3.55%、1.91%（差異不顯著）、2.85%。VPF和VPO在現(xiàn)蕾期和塊莖膨大期差異顯著，VPF較VPO增加了 4.46%、 3.15%。2020年，現(xiàn)蕾期—淀粉積累期馬鈴薯葉片的SPAD值均表現(xiàn)為VPF最高，較VP分別增加了8.21%、5.98%、7.24%、3.37%，差異顯著（P<0.05）；VPO較VP分別增加了 2.59%（差異不顯著）、3.90%、3.49%、 2.58%（差異不顯著）。VPF和VPO在現(xiàn)蕾期和塊莖膨大期差異顯著，VPF較VPO增加了 5.48%、 3.62%，差異顯著（P<0.05）。與塊莖膨大期相比，淀粉積累期VP的SPAD值在2018—2020年分別降低了23.55%、10.78%、 12.05%；VPF的SPAD值分別降低了20.64%、11.56%、 15.22%；VPO的SPAD值分別降低了18.82%、9.95%、12.82%。VPO處理的SPAD值在馬鈴薯生育期沒有表現(xiàn)出明顯的增加趨勢，但在馬鈴薯的生育后期SPAD值降低的幅度較VPF和VP都小。由此可見，有機肥替代部分化肥可延長葉片光合功能期，為塊莖膨大期提供較充足的光合同化物。

2018年，現(xiàn)蕾期—淀粉積累期，LAI均表現(xiàn)為VPO最高，較VP分別增加了102.27%、 58.68%、39.37%、53.05%，差異顯著（P< 0.05）；VPO和VPF在花期和塊莖膨大期沒有顯著差異，只有在現(xiàn)蕾期和淀粉積累期差異顯著，VPO較VPF增加了14.22%、12.80%。2019年，現(xiàn)蕾期—淀粉積累期，馬鈴薯的LAI均表現(xiàn)為VPO最高，較VP分別增加了90.91%、 49.59%、46.60%、67.90%，差異顯著（P< 0.05）；VPO較VPF分別增加了4.20%、 6.67%、5.10%、7.94%。2020年，花期—淀粉積累期，馬鈴薯的LAI均表現(xiàn)為VPO最高，較VP分別增加了55.60%、33.89%、46.37%，差異顯著（P<0.05）；VPO和VPF處理間差異不顯著。與塊莖膨大期相比，淀粉積累期VP的LAI在2018—2020年分別降低了16.14%、21.36%、 19.05%；VPF處理分別降低了10.53%、 12.30%、 17.06%；VPO處理分別降低了 7.91%、9.93%、11.51%。結果表明，VPO處理雖然沒有顯著增加馬鈴薯群體LAI，但在生育后期VPO處理馬鈴薯的群體LAI降低幅度較小，能夠延長葉面的光合功能期，延緩葉片衰老時間。

2.2 有機肥替代化肥對立式深旋松耕馬鈴薯 0～200 cm土壤貯水量的影響

2018年，馬鈴薯花期土壤貯水量最高，淀粉積累期最低（圖3）。苗期—花期，VPO較VP和VPF分別增加了22.23%、26.40%和15.91%、21.29%，差異顯著（P<0.05）；塊莖膨大期—淀粉積累期，VPO較VPF降低了4.02%（差異顯著）和1.30%（差異不顯著），較VP增加了 3.96%（差異不顯著）和12.43%，差異顯著（P< 0.05）；收獲期，VPO和VPF都有所降低，分別較VP降低了6.73%、6.45%，差異顯著（P< 0.05）。2019年，苗期土壤貯水量最高，淀粉積累期最低。苗期—收獲期，VPO和VPF的土壤貯水量較VP分別降低了4.24%和10.48%、 11.30%和12.55%、19.33%和15.27%、30.09%和 32.98%、18.33%和14.92%，差異顯著（P< 0.05）。2020年，VPO和VPF土壤貯水量也低于VP，尤其在淀粉積累期和收獲期最為顯著，較VP分別降低了8.82%和10.83%、13.58%和 8.70%，差異顯著（P<0.05），VPO和VPF處理差異不顯著。分析表明，VPF和VPO處理的土壤貯水量降低，消耗了更多的土壤水分，從而提高了馬鈴薯塊莖產(chǎn)量。

2.3 有機肥替代化肥對立式深旋松耕馬鈴薯階段耗水量的影響

有機肥替代部分化肥顯著調(diào)節(jié)了馬鈴薯的耗水進程（圖4），VPO的花后耗水量顯著高于VPF和VP。2018年，VPO的花前耗水量較VP和VPF分別降低了42.72%（64.25 mm）和 48.81%（82.17 mm），花后耗水量提高了 58.71%（92.74 mm）和49.79%（83.34 mm），差異顯著（P<0.05）。2019年，VPO、VPF的花前耗水量較VP分別增加了26.88% （44.87 mm）和 24.19% （40.38 mm），差異顯著（P<0.05）；VPO的花后耗水量較VP和VPF分別增加了12.89%（29.14 mm）和8.79%（20.61 mm），差異顯著（P<0.05）。2020年，花前耗水量各處理間差異不顯著；花后耗水量VPO和VPF較VP分別增加了19.96%（38.54 mm）和24.26% （46.84 mm），差異顯著（P<0.05）。由此可見，有機肥替代部分化肥沒有顯著降低花前耗水，但增加了花后耗水量，并且總耗水量也顯著高于其他處理。

2.4 有機肥替代化肥對立式深旋松耕馬鈴薯養(yǎng)分利用率的影響

由表2可知，VPO顯著降低了肥料貢獻率，2018和2020年分別較VPF降低了46.00%、 15.62%。但3年的試驗結果表明VPO提高了馬鈴薯的肥料農(nóng)學效率和肥料偏生產(chǎn)力，較VPF分別增加了 37.66%、201.22%、83.53%和 131.78%、 165.29%、117.94%。證明有機肥替代部分化肥促進肥料偏生產(chǎn)力的提高，提高馬鈴薯對肥料的利用效率。

2.5 有機肥替代化肥對立式深旋松耕馬鈴薯產(chǎn)量和水分利用效率的影響

VPO和VPF顯著提高馬鈴薯塊莖產(chǎn)量（表3）。在2018—2020年VPO的塊莖產(chǎn)量較VP增加了 10.66%、51.27%、68.39%；VPF較VP增加了19.35%、42.55%、93.16%，差異顯著（P<0.05）。2018和2020年，VPO的塊莖產(chǎn)量較VPF分別降低了7.29%（2 598.4 kg·hm-2）（差異不顯著）和12.82%（5 331.7 kg·hm-2），差異顯著（P<0.05）。2019年VPO較VPF增加了6.12%（2 798.4 kg·hm-2），差異顯著（P< 0.05）。2019-2020年，VPO顯著提高了大薯數(shù)和大薯產(chǎn)量，較VPF分別增加12.80%、6.60%和9.14%、8.81%，差異顯著（P<0.05）。2018—2019年，VPO顯著提高了中薯產(chǎn)量，較VPF分別增加13.92%和14.10%，差異顯著（P< 0.05）。3 a結果表明，VPO顯著降低了馬鈴薯的小薯產(chǎn)量，較VPF分別降低了24.09%、 13.56%、67.81%，差異顯著（P<0.05）。VPO處理的商品率也有所提高，尤其在2020年較VPF增加了5.53%，差異顯著（P<0.05）。3 a總的結果來看，化肥減量、部分有機肥替代化肥，馬鈴薯產(chǎn)量沒有明顯增加，相反在2019年還表現(xiàn)出顯著增加的趨勢，并且大薯和中薯的產(chǎn)量都有所增加，馬鈴薯的商品率有所提高。

由表4可知，立式深旋耕作能夠改善土壤水分狀況，有機肥替代部分化肥增加了作物總耗水量，2019和2020年，VPO較VPF和VP分別增加了5.68%、18.83%和5.41%、9.38%，差異顯著（P<0.05）；同時降低了水分利用效率，3年均表現(xiàn)出VPF最高、VPO次之、VP最低，VPO較VPF降低了7.88%、10.26%、17.33%，差異顯著（P<0.05）。

3 討 論

3.1 立式深旋耕有機肥替代化肥對馬鈴薯功能葉的生長和產(chǎn)量的影響

施用有機肥可以增加土壤有效氮含量，提高了馬鈴薯葉片的SPAD值和群體LAI[16]；能夠保持葉片綠色，可延緩葉片衰老和延長葉片的光合作用時間，進而提高作物產(chǎn)量[17]。本研究結果表明，與單施化肥相比，有機肥替代化肥對馬鈴薯葉片的SPAD值影響差異不顯著，但顯著高于不施肥處理；尤其在花期和淀粉積累期，3年分別較不施肥增加3.55%～5.29%、2.58%～8.99%。與塊莖膨大期相比，淀粉積累期有機肥替代化肥的降低幅度較其他處理減小。2018年和2019年，有機肥替代化肥還增加了馬鈴薯生育后期的群體LAI，尤其在淀粉積累期較單施化肥、不施肥分別增加了7.94%～67.90%。3年研究結果表明，有機肥替代化肥沒有明顯增加馬鈴薯產(chǎn)量，只有在2019年較單施化肥增加了2 798.4 kg·hm-2；但卻顯著提高了大薯數(shù)和大薯產(chǎn)量，2019-2020年較單施化肥分別提高了6.60%～12.80%和 8.81%～9.14%，同時提高了馬鈴薯商品率。這與Kumar等[18]研究結果一致，配施有機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塊莖產(chǎn)量。因此，有機肥替代化肥能夠提高作物光合能力，促進土壤環(huán)境的改善、養(yǎng)分的增加，進而提高了馬鈴薯養(yǎng)分與水分的吸收能力，促進植物生長發(fā)育。雖然沒能顯著提高馬鈴薯塊莖產(chǎn)量，但卻顯著提高了馬鈴薯的商品率，實現(xiàn)了資源高效利用。

3.2 立式深旋耕有機肥替代化肥對水肥利用率的影響

有機肥與化肥合理配施可以增產(chǎn)，具有提高作物養(yǎng)分積累，提高肥料的產(chǎn)量貢獻率、表觀利用率等作用[2]。在玉米[1]、水稻[6]、小麥[19]等作物研究發(fā)現(xiàn)，有機肥替代化肥可以促進提高作物產(chǎn)量和肥料利用率，提高氮素積累量，減少環(huán)境污染，培肥土壤。高洪軍等[20]還研究表明，有機肥替代化肥能夠提高玉米的氮素積累量，并提高玉米的偏生產(chǎn)力和氮收獲指數(shù)。合理的施肥可改良耕層土壤環(huán)境，提高土壤貯水量，增加耗水量，提高產(chǎn)量和水分利用效率[21]。本研究結果表明，有機肥替代化肥能夠提高馬鈴薯肥料的農(nóng)學效率和肥料偏生產(chǎn)力，較單施化肥分別增加了 37.66%～201.22%和117.94%～165.29%。還有研究結果表明，合理施肥使作物健壯生長，擴大根系吸收利用水分的空間，使土壤剖面水分發(fā)生了顯著變化[22]，可使耗水量提高1.5%～ 5.1%，進而顯著提高作物產(chǎn)量和水分利用效率[23]。本研究結果與前人有所不同，有機肥替代化肥增加了馬鈴薯生育期總耗水量和花后耗水量，尤其是花后耗水量較單施化肥和不施肥分別增加了 12.89%～58.71%（29.14～92.74 mm）和 8.79%～49.79%（20.61～83.34 mm）；同時降低了水分利用效率，較單施化肥降低了 7.88%～17.33%。這可能與不同降水年型，不同作物的耗水規(guī)律、耗水量及降水量有關。因此，建立發(fā)展高產(chǎn)、高效、優(yōu)質(zhì)的生產(chǎn)體系是西北半干旱區(qū)馬鈴薯生產(chǎn)的主要目標，而這一生產(chǎn)體系的建立離不開馬鈴薯水分和養(yǎng)分資源管理的研究和 應用。

4 結 論

全膜覆蓋立式深旋松耕施化肥提高了馬鈴薯花期—淀粉積累期SPAD值，有利于馬鈴薯的物質(zhì)同化和促進塊莖形成。有機肥替代化肥能夠降低花前耗水量，增加花后耗水量，雖然沒有顯著提高馬鈴薯產(chǎn)量和水分利用效率，但馬鈴薯商品率顯著提高。同時有機肥替代部分化肥提高作物氮素吸收量和氮素利用效率。因此，在立式深旋松耕條件下，有機肥替代部分氮肥，是西北半干旱區(qū)馬鈴薯高效種植的養(yǎng)分管理模式。

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Effects of Substituting Chemical Fertilizer with Organic Fertilizer on Yield，Water-Fertilizer Use Efficiency of Potato under Deep Rotary Tillage

YU Xianfeng1，[FK（]ZHANG Xucheng1[FK）]，HUANG Wei2， LEI Kangning1，

MIAO Pinggui3， FANG Yanjie1，MA Yifan1， WANG Hongli1， HOU Huizhi1 and ZHANG Guoping1

（1.Key Laboratory of High Water Utilization on Dryland of Gansu Province， Institute of Dryland Farming，Gansu Academyof Agricultural Sciences，Lanzhou 730070，China; 2.Potato Research Institute of Gansu Academy of Agricultural Sciences，Lanshou 730070，China; 3.Gansu Academy of Agri-engineering Technology，Wuwei Gansu 733006，China）

Abstract Deep rotary tillage can enhance soil hydrothermal conditions in semi-arid areas. Research on effect of partially substituting chemical fertilizer with organic fertilizer on potato yield， water and fertilizer use efficiency under deep rotary tillage can provide a foundation for the efficient utilization of water and fertilizer resources and green agricultural production. A field experiment was conducted with three treatments： 1） Deep rotary tillage with full film covering and no fertilization （VP）， 2） Deep rotary tillage with full film covering and chemical fertilizer （VPF）， and 3） Deep rotary tillage with full film covering and 60% of the chemical fertilizer replaced by organic fertilizer （VPO）. Soil water content， relative chlorophyll content （SPAD）， population leaf area index （LAI） and tuber yield of potato were measured， Soil water storage， stage water consumption， water and fertilizer use efficiency were calculated. The results showed that compared with VP， both VPO and VPF increased the LAI and leaf SPAD values， and slowed down the decrease of LAI and leaf SPAD values after the expansion period of potato tubers，prolonged the photosynthetic period. During 2018 to 2020， both VPO and VPF reduced soil water storage， especially during the harvest period， which were 6.45%- 18.33% lower compared to VP. VPO reduced pre-flower water consumption and water use efficiency， while increasing post-flower water consumption by 20.61 mm-92.74 mm compared to VPF and VP. VPO reduced the contribution rate of fertilizer and improved the agronomic efficiency and partial factor productivity of fertilizer， 37.66% to 201.22% and 117.94% to 165.29% higher than VPF， respectively. Both VPO and VPF increased the tuber yield and commodity rate of potatoes， and the tuber yield increased by 10.66% to 68.39% and 19.35% to 93.16%， respectively， compared to VP. Therefore， substituting organic fertilizer for a portion of chemical fertilizer can prolong the photosynthetic function period of leaves， change the water consumption process of potatoes， enhance the commodity rate and agronomic efficiency of fertilizers without reducing tuber yield under deep rotary tillage.This represents a nutrient management model for resource efficiency and increased crop yield.

Key words Potato; Organic fertilizer substitution; Stage water consumption; Partial factor productivity of fertilizer; Water and nutrition use eficiency; Yield

Received 2023-04-06 Returned 2023-06-25

Foundation item Science and Technology Innovation Program of Gansu Academy of Agricultural Sciences（No.2023GAAS20， No.2023GAAS05）；Key Project of Nature Science Foundation of Gansu Province（No.23JRRA1340， No.22JR5RA763）; National Key R&D Program of China（No.2021YFD1900700）.

First author YU Xianfeng， female， master， associate research fellow.Research area：crop cultivation and physiological and ecological research. E-mail： jackey_xf@126.com

Corresponding author HUANG Wei， male， bachelor， assistant research fellow. Research arer： potato germplasm resources innovation and cultivation. E-mail：87921692@qq.com

（責任編輯：成 敏 Responsible editor：CHENG Min）

基金項目：甘肅省農(nóng)業(yè)科學院科技創(chuàng)新專項（2023GAAS20、2023GAAS05）；甘肅省科技計劃項目（23JRRA1340、22JR5RA763）；國家重點研發(fā)計劃（2021YFD1900700）。

第一作者：于顯楓，女，碩士，副研究員，主要從事作物栽培與生理生態(tài)研究。E-mail：jackey_xf@126.com

通信作者：黃 偉，男，學士，助理研究員，研究方向為馬鈴薯種質(zhì)資源創(chuàng)新與栽培。E-mail：87921692@qq.com