不同施肥措施對南方冬種馬鈴薯產(chǎn)量和肥料利用率的影響

宋惠潔，李大明，柳開樓，胡丹丹，胡志華，葉會財，胡惠文，余喜初

（江西省紅壤研究所，江西省紅壤耕地保育重點(diǎn)實驗室，國家紅壤改良工程技術(shù)研究中心，江西 南昌 331717）

馬鈴薯（Solanum tuberosumL.）是我國除小麥、水稻、玉米外的第四大主糧作物，種植面積大、高產(chǎn)、抗旱、耐寒力強(qiáng)，且營養(yǎng)豐富、食用方法多樣，深受人們的喜愛[1-2]。我國南方冬季水稻田閑置較多，這為馬鈴薯發(fā)展提供了很大空間[3]，調(diào)查顯示，21 世紀(jì)以來，南方馬鈴薯種植面積和產(chǎn)量呈迅速上升趨勢。同時，種植馬鈴薯可以避免冬季土地空閑造成的光、熱、土等自然資源的浪費(fèi)，且新鮮馬鈴薯上市可以彌補(bǔ)冬季蔬菜市場空缺，獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益[4]。但在我國馬鈴薯生產(chǎn)中，為了獲得高產(chǎn)，不合理施用化肥甚至濫用化肥[5-6]的現(xiàn)象普遍存在。據(jù)統(tǒng)計，我國每年至少消耗65.5 萬t 化肥用于馬鈴薯的種植，氮肥平均用量為164.2 kg/hm2、磷肥平均用量為100.3 kg/hm2、鉀肥平均用量為188.0 kg/hm2，施肥多以一次性基施為主，肥料利用率低[7-8]。馬鈴薯根系不發(fā)達(dá)，其對養(yǎng)分需求量較大且對養(yǎng)分的供應(yīng)比較敏感[9-10]，不合理施肥會嚴(yán)重影響馬鈴薯產(chǎn)量潛力的發(fā)揮和肥料利用率的提高，進(jìn)而降低馬鈴薯生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。因此，在實際生產(chǎn)中，要充分考慮土壤養(yǎng)分狀況與馬鈴薯對養(yǎng)分的需求特點(diǎn)，采用科學(xué)的方法進(jìn)行養(yǎng)分管理。

較為成熟的馬鈴薯推薦施肥方法是測土配方施肥法[11-13]，但是該方法要采集土壤樣品、測試分析后才能給出推薦施肥量，有一定的滯后性，且檢測要花費(fèi)大量的人力物力，很難在每一個生產(chǎn)主體上應(yīng)用[14-15]。另外，還有主要針對作物氮素營養(yǎng)供給的硝酸鹽測試推薦法[16-17]、葉綠素診斷推薦法[18]、冠層氮肥營養(yǎng)診斷法[19]等。近年來，一種新型的施肥措施--養(yǎng)分專家系統(tǒng)（Nutrient Expert，以下簡稱 NE）推薦施肥開始應(yīng)用于農(nóng)田養(yǎng)分管理中，它是基于作物產(chǎn)量反應(yīng)和農(nóng)學(xué)效率，借助計算機(jī)技術(shù)，形成智能化的、易操作的推薦施肥系統(tǒng)[20]。NE 根據(jù)給定地塊的土壤性狀、過去3～5 a 的產(chǎn)量水平和養(yǎng)分管理措施，就能給出合理的施肥建議，涵蓋氮、磷、鉀等大量元素及其他中微量元素的全面平衡。目前，該方法已在小麥[21]、玉米[22]、水稻[23]、大豆[24]等作物上開展了大量研究，均能夠有效增加作物產(chǎn)量。NE 在馬鈴薯上的應(yīng)用研究也有報道，但都集中在內(nèi)蒙古、吉林等北方地區(qū)[25-27]，在南方地區(qū)的相關(guān)報道較少。因此，筆者研究了不同施肥措施下南方冬種馬鈴薯產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)效益、養(yǎng)分吸收利用的變化特征，以明確其增產(chǎn)增收效果，為建立南方馬鈴薯高產(chǎn)、高效、科學(xué)的施肥技術(shù)體系提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況與供試品種

試驗在江西省進(jìn)賢縣張公鎮(zhèn)進(jìn)行。該地區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候區(qū)，年均溫度16～17℃；年降雨量1 300～1 600 mm，且40%以上雨量集中在第二季度；年無霜期239～266 d。土壤類型為第四紀(jì)紅黏土母質(zhì)發(fā)育而來的紅壤土，供試土壤pH 值4.92，有機(jī)質(zhì)19.46 g/kg，堿解氮110.25 mg/kg，速效磷51.45 mg/kg，速效鉀65 mg/kg。

供試馬鈴薯品種為荷蘭15 號。

1.2 試驗設(shè)計

試驗設(shè)當(dāng)?shù)剞r(nóng)民習(xí)慣施肥（FP），基于養(yǎng)分專家系統(tǒng)的施肥（NE），基于NE 的不施氮（NE-N）、不施磷（NE-P）、不施鉀（NE-K）和不施肥（CK）等6 個處理，不同處理的肥料用量詳見表1。氮肥（尿素）以3 ∶1 ∶1 的比例分別在播種期、苗期和花期作為基肥或追肥施入，磷肥（鈣鎂磷肥）全部作基肥一次性施入，鉀肥（氯化鉀）以1 ∶1 的比例分別在播種期和苗期做基肥和追肥施入。采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，設(shè)重復(fù)3 次。小區(qū)面積為20 m2，種植株行距為30 cm×50 cm。

表1 各處理的施肥量 （kg/hm2）

1.3 測定項目與方法

收獲時稱取各小區(qū)馬鈴薯塊莖重量，記錄小區(qū)產(chǎn)量。同時，每小區(qū)選3 穴有代表性的植株樣品，分莖葉、塊莖烘干，測定莖葉和塊莖干重；然后研磨過2 mm 篩，用H2SO4-H2O2消解后，分別用凱氏定氮法、鉬銻抗比色法和火焰風(fēng)光光度計法[28]測定氮、磷、鉀含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理和分析方法

根據(jù)塊莖和莖葉的干重按公式（1）計算氮磷鉀養(yǎng)分積累量，然后按公式（2）～（6）分別計算肥料偏生產(chǎn)力、肥料農(nóng)學(xué)效率、肥料回收利用率、施肥收益和產(chǎn)投比。

采用Excel 2007 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，采用SPSS 17 軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對馬鈴薯產(chǎn)量的影響

各施肥處理的馬鈴薯產(chǎn)量顯著增加，年均產(chǎn)量較不施肥處理（CK）增加29.28%～80.18%，產(chǎn)量從高到低依次表現(xiàn)為NE ＞FP ＞NE-P ＞NE-K ＞NE-N ＞CK。其中，與FP 處理相比，NE 年均產(chǎn)量增加8.25%，達(dá)到顯著水平；與NE 處理相比，年均產(chǎn)量NE-N 處理降低28.25%，NE-P 處理降低17.06%，NE-K 處理降低22.15%；基于養(yǎng)分專家系統(tǒng)的施肥（NE），施氮年平均增產(chǎn)39.36%、施磷年平均增產(chǎn)20.58%、施鉀年平均增產(chǎn)28.45%（圖1）。

圖1 各處理馬鈴薯的產(chǎn)量

2.2 不同處理對馬鈴薯經(jīng)濟(jì)效益的影響

經(jīng)濟(jì)效益以NE 處理最高，F(xiàn)P 處理次之，NE 處理較FP 處理的年均收益增加20.66%，且達(dá)到顯著水平?；陴B(yǎng)分專家系統(tǒng)的施肥（NE），年平均收益施氮增加7 611 元/hm2、施磷增加4 598 元/hm2、施鉀增加5 968 元/hm2；年平均產(chǎn)投比以NE、NE-P、FP較高，分別為9.03、8.26 和7.43，且NE 除與NE-P沒有顯著性差異外，均顯著高于其他處理。可見，在馬鈴薯種植過程中，氮磷鉀肥平衡施用的經(jīng)濟(jì)效益較好、產(chǎn)投比較高，基于養(yǎng)分專家系統(tǒng)的施肥（NE）較當(dāng)?shù)剞r(nóng)民習(xí)慣施肥（FP）的平均產(chǎn)投比顯著增加（見表2）。

表2 各處理馬鈴薯的經(jīng)濟(jì)效益

2.3 不同處理對馬鈴薯氮、磷、鉀養(yǎng)分積累量的影響

施肥能顯著提高馬鈴薯的養(yǎng)分積累量，其中氮素積累量較不施肥處理（CK）增加27.19%～113.44%（見圖2），磷素積累量較不施肥處理（CK）增加43.33%～114.91%（見圖3），鉀素積累量較不施肥處理（CK）增加53.79%～145.67%（見圖4）。氮、磷、鉀肥平衡施用時，更有利于養(yǎng)分的積累，NE 處理的氮、磷、鉀養(yǎng)分積累量均表現(xiàn)為最高，其次是FP 處理，NE 處理與FP 處理相比，氮、磷、鉀素積累量分別提高11.51%、2.25%和8.47%，其中氮、鉀素積累量的差異達(dá)到顯著水平。

圖2 各處理馬鈴薯的氮素積累量

圖3 各處理馬鈴薯的磷素積累量

圖4 各處理馬鈴薯的鉀素積累量

2.4 不同處理對馬鈴薯肥料利用效率的影響

磷肥偏生產(chǎn)力以NE 處理最高，顯著高于其他處理，NE 處理較NE-N、NE-K 處理分別高39.37%和28.45%，較FP 處理高63.21%；氮肥和鉀肥偏生產(chǎn)力以FP 處理最高，NE 次之，F(xiàn)P 處理較NE 處理分別高27.12%和10.47%，這與該地區(qū)FP 處理的磷肥施用量較NE 處理平均高50.77%，氮肥和鉀肥施用量較NE 處理平均低27.33%和16.38%有關(guān)。NE 處理的磷肥、鉀肥農(nóng)學(xué)效率和回收利用率均顯著高于FP處理，氮肥農(nóng)學(xué)效率和回收利用率較FP 處理沒有顯著差異（見表3）。因此，基于養(yǎng)分專家系統(tǒng)的施肥 （NE）較當(dāng)?shù)剞r(nóng)民習(xí)慣施肥（FR）能明顯提高肥料利用效率。其中，NE 處理的磷肥偏生產(chǎn)力較FP 處理顯著提高160.56 kg/kg；磷、鉀肥農(nóng)學(xué)效率較FP 處理分別提高44.78 和11.09 kg/kg，磷、鉀肥回收利用率較FP 處理分別提高9.35 和4.15 個百分點(diǎn)，均達(dá)顯著水平；而氮、鉀肥偏生產(chǎn)力較FP 處理分別降低48.73 和24.33 kg/kg，這與NE 處理的氮、鉀肥施用量增加有關(guān)。

3 討論與結(jié)論

科學(xué)施肥不僅是實現(xiàn)作物高產(chǎn)的關(guān)鍵，而且還能降低生產(chǎn)成本、提高肥料利用率、緩解當(dāng)前因農(nóng)業(yè)生產(chǎn)導(dǎo)致的環(huán)境污染問題[29-31]。梁俊梅等[25]研究發(fā)現(xiàn)，在內(nèi)蒙古馬鈴薯主產(chǎn)區(qū)，采用養(yǎng)分專家系統(tǒng)推薦施肥較農(nóng)民習(xí)慣施肥增產(chǎn)4.22%～11.98%。這與筆者采用基于養(yǎng)分專家系統(tǒng)的施肥（NE）較當(dāng)?shù)剞r(nóng)民習(xí)慣施肥（FP）增產(chǎn)8.25%的結(jié)果一致。筆者的研究結(jié)果還表明，增施氮肥的增產(chǎn)幅度最大（年平均增產(chǎn)39.36%），說明氮肥是馬鈴薯增產(chǎn)的主要限制因子；氮、磷、鉀肥平衡施用增產(chǎn)效果較好，這與李璐等[4]和宋蝶等[23]的研究結(jié)果一致。徐亞新等[6]研究了我國馬鈴薯不同種植區(qū)優(yōu)化施肥的農(nóng)學(xué)效率、偏生產(chǎn)力和養(yǎng)分回收率特征，結(jié)果表明長江中下游地區(qū)馬鈴薯的氮、磷、鉀肥的農(nóng)學(xué)效率平均分別為40.0、53.6 和27.5 kg/kg，氮、磷、鉀肥的偏生產(chǎn)力平均分別為224.7、370.5 和149.4 kg/kg，氮、磷、鉀肥的回收利用率平均分別為29.4%、18.9%和20.2%。筆者研究中氮、磷、鉀肥的回收利用率與上述結(jié)果相比偏低，可能是因為試驗區(qū)雨水多，而砂質(zhì)土壤的保水保肥力差，容易造成肥料揮發(fā)或淋溶；且磷肥施用量低，易于與土壤中的鐵離子和鋁離子結(jié)合形成沉淀固定在土壤中[32]。但與當(dāng)?shù)剞r(nóng)民習(xí)慣施肥（FP）相比，基于養(yǎng)分專家系統(tǒng)的施肥（NE）可明顯提高肥料利用率。

與當(dāng)?shù)剞r(nóng)民習(xí)慣施肥（FP）相比，基于養(yǎng)分專家系統(tǒng)的施肥（NE）對南方冬種馬鈴薯具有顯著增產(chǎn)增收效果，年均增產(chǎn)為8.25%，年均增收為20.66%；氮、磷、鉀養(yǎng)分積累量分別提高11.51%、2.25%、8.47%，其中氮、鉀素積累量的差異達(dá)到顯著水平；氮、磷、鉀偏生產(chǎn)力分別為179.65、414.57 和232.30 kg/kg，氮、磷、鉀農(nóng)學(xué)效率分別為50.74、70.75 和51.45 kg/kg，其中磷肥偏生產(chǎn)力提高63.21%，達(dá)顯著水平；氮、磷、鉀回收利用率分別為15.15%、10.19%和9.37%。因此，基于養(yǎng)分專家系統(tǒng)的施肥（NE）既保證了馬鈴薯產(chǎn)量和效益的增加，又促進(jìn)了作物對養(yǎng)分的吸收利用、提高了肥料利用率，在南方冬作區(qū)有良好的應(yīng)用效果，可以推廣應(yīng)用。