氮磷鉀肥配施對全膜覆蓋馬鈴薯肥料利用率及產量的影響

郭 恒， 賈 豪， 王 艦

(青海省農林科學院，青海西寧 810016)

馬鈴薯是我國第四大糧食作物，僅次于水稻、小麥、玉米[1]。據聯合國糧農組織統計結果表明，我國是馬鈴薯生產第一大國，栽培歷史悠久，種植面積和產量均居世界第一位，但我國不是馬鈴薯生產強國，單產只有世界平均水平的83%[2-4]。青海省的馬鈴薯主要種植于東部農業區，馬鈴薯作為當地糧菜兼用型作物，又是抗災避災作物，種植面積為 9萬hm2，馬鈴薯現已成為農業區農民增收和發展農村經濟作物的特色產業[5-6]。就提高產量而言，青海省馬鈴薯產量在全國馬鈴薯生產省份不是最高。所以不論是全國還是青海省，提高單產是馬鈴薯生產中的主攻方向和值得研究的關鍵問題。

施肥是提高馬鈴薯產量的最有效途徑之一[7-8]。然而要做到合理施肥，就必須掌握馬鈴薯養分吸收累積規律。相關資料顯示，我國在馬鈴薯氮、磷、鉀養分吸收、運轉、體內分布規律等方面的研究還十分滯后，有些施肥參數還沿用上世紀70年代的數據資料，缺乏系統性研究[9-11]。一是馬鈴薯品種不同、生產區域的土壤地力不同，研究者所得到的結果不同，二是每形成1 t馬鈴薯塊莖所需的氮磷鉀比例不一致，不同研究者的結果差異比較大，特別是磷鉀素的差異[12-15]。青海省現在缺乏這方面的研究資料，影響當地農民施肥，造成盲目施肥現象嚴重。例如農戶偏好施用氮肥，磷肥施肥量過低，鉀肥幾乎不施用，造成施肥極不平衡而降低肥料利用率[16-19]。目前，國內外從農學角度，應用肥料表觀利用率(也稱肥料養分回收利用率、肥料吸收利用率)、肥料偏生產力、肥料農學利用率及肥料生理利用率等重要參數分析和評價了在不同作物上的肥料利用效率，目前國內應用以上指標進行評價的主要有小麥、玉米、冬油菜、水稻，而馬鈴薯注重不同栽培模式及新品種的選育，在馬鈴薯肥料利用率方面報道很少[20]，這些肥料利用效率定量評價指標對于準確分析不同作物對肥料的響應程度和指導施肥具有重要意義[21-22]。所以針對青海省灌溉農業區湟中縣主栽品種青薯2號，開展馬鈴薯氮、磷、鉀養分吸收積累的研究，對于確定馬鈴薯合理施肥技術，提高單產和肥料養分利用效率等方面具有十分重要的理論意義和實際應用價值。

1 材料與方法

1.1 試驗地基本情況

試驗于2016年4—9月在青海省湟中縣李家山鎮下坪村進行，該地區屬灌溉農業區，海拔2 300 m，年平均溫度 5.8 ℃，年降水量400～500 mm，主產作物為馬鈴薯、油菜及蠶豆等。

試驗地前茬種植作物為小麥，全膜覆蓋馬鈴薯于2016年4月29日播種，9月23日收獲，供試馬鈴薯品種為青薯2號，播種前土壤養分測定結果見表1。

試驗地土壤有機質、堿解氮及速效磷含量較高，綜合分析該農田養分屬中等肥力，能夠代表當地農田養分狀況和生產力水平。

表1 試驗地土壤基礎養分

1.2 試驗設計

試驗設計采用完全隨機區組設計，共設5個處理，4次重復，小區面積4.4 m×5 m，每小區種4壟，每壟種2行，按照“品”字形種植，密度為4.5萬株/hm2。供試肥料普通尿素(含N 46%，寧夏銀川市化肥廠生產)；過磷酸鈣(含P2O512%，云南省安寧華亞磷肥廠生產)；硫酸鉀(含K2O 40%，青海鉀肥公司生產)；供試馬鈴薯品種為“青薯2號”，由青海省農林科學院選育。試驗處理及肥料用量見表2。種植方法按照全膜覆蓋馬鈴薯栽培技術規范進行。肥料按照試驗要求混合均勻后一次性基施，按照小區用量施入肥料，人工起壟播種。

表2 試驗處理及施肥量

1.3 樣品采集及測定

馬鈴薯收獲期按照小區進行測產，測產后，每小區取長勢均一的植株10株，4個重復，每個處理共計40株，分植株的根莖、葉、塊莖進行樣品制備。

植株氮、磷、鉀含量的測定經70 ℃烘干的植株樣品，用磨樣機粉碎，全部通過1 mm篩，分別測定地下根系、莖稈、葉片和塊莖的氮、磷、鉀含量，樣品經H2SO4-H2O2消煮后，半微量凱氏定氮法測定全氮含量，釩鉬黃比色法測定全磷含量，火焰光度計法測定全鉀含量，植株養分累積吸收量的計算：氮、磷、鉀累積量=干物質質量×相應的氮磷鉀含量(%)。

1.4 計算公式及統計方法

有關肥料養分利用效率及相關參數計算公式分別為：

肥料偏生產力(kg/kg)=施肥區塊莖產量/肥料施用量；

肥料表觀利用率=(收獲期施肥區地總吸收量-收獲期不施肥區總吸收量)/肥料施用量×100%；

肥料農學利用率(kg/kg)=(施肥區塊莖產量-不施肥區塊莖產量)/肥料施用量；

生理利用率(kg/kg)=(施肥區塊莖產量-不施肥區塊莖產量)/(收獲期施肥區總吸收量-收獲期不施肥區總吸收量)；

收獲指數(kg/kg)=塊莖產量/地上部總生物量；

養分收獲指數，以氮為例，氮收獲指數(NHI，kg/kg)=塊莖吸氮量/總吸氮量，同理計算磷、鉀收獲指數(PHI、KHI)；

肥料增產率=(施肥區產量-不施肥區產量)/不施肥區產量×100%；

試驗數據采用Excel 2003進行數據整理，用DPS軟件進行統計分析，結果均用SSR法檢驗α=0.05水平上的差異顯著性。

2 結果與分析

2.1 氮磷鉀肥施用對馬鈴薯產量的影響

馬鈴薯于9月23日收獲，產量結果統計分析見表3。由表3可以看出，合理配施氮磷鉀肥料，可以顯著提高馬鈴薯產量及干物質量。與不施用肥料相比，各施肥處理產量均有顯著提高，其增產率為6.5%～64.7%，平均增產率為29%，平均增產14 617 kg/hm2，空白對照處理(CK)產量最低，僅為 50 396 kg/hm2，而氮磷鉀合理配施(處理NPK)產量高達 82 996 kg/hm2，在本試驗中施用氮肥增產率達到64.7%，增產32 600 kg/hm2，施用磷肥增產率達到36.0%，增產 21 983 kg/hm2，施用鉀肥增產率僅為24.1%，增產 16 109 kg/hm2，平衡施肥處理NPK和其他處理間產量差異顯著，處理NP和處理NK間差異不顯著，但是處理NP、NK和處理PK間差異顯著，說明合理配施N、P、K肥料可以顯著提高塊莖產量。

表3 試驗處理對馬鈴薯產量的影響

注：同列數據后不同小寫字母表示在0.05水平上差異顯著。表4至表6同。

同時由表3可以看出，施肥可以顯著提高馬鈴薯干物質量，各處理與空白對照相比，其干物質增產率為39.3%～76.2%，處理NPK總干物質量顯著高于處理PK和CK，處理PK和處理CK差異也非常顯著，而處理NPK和處理NK、NP差異不顯著，但是總干物質量較處理NP、NK分別增產 15.1% 和17.6%，說明施肥有利于促進馬鈴薯生長發育，N對馬鈴薯的生長發育起到關鍵性作用。N、P、K是馬鈴薯生長發育不可缺少的3種重要元素，對馬鈴薯塊莖影響有著不同的作用，由增產率可以得出馬鈴薯產量限制因子順序依次為N>P>K，說明本試驗條件下對馬鈴薯產量影響最大的是氮肥，其余依次為磷肥和鉀肥。

2.2 氮磷鉀肥施用對馬鈴薯養分積累的影響

表4結果表明，氮、磷、鉀肥的施用顯著增加了馬鈴薯成熟期不同部位的N素積累量。塊莖當中，處理NPK氮素積累量和處理NP、PK間差異顯著，而處理NP、NK、NP間差異不顯著；在莖當中，處理NPK氮素積累量顯著高于其他處理，與處理NP、NK及PK相比，氮素積累量分別提高了67.2%，30.5%、23.1%。但是處理NK、PK間氮素積累量差異不顯著。各處理葉片氮素積累量中，處理NPK較其他處理(CK、NP、NK、PK)分別提高了88.5%、6.2%、100%、115%，但是施肥處理NPK氮素積累量和處理NP間差異不顯著，處理NK和處理PK、CK氮素積累量間差異不顯著。根系中平衡施肥處理NPK氮素積累量顯著高于其他缺素處理和不施肥處理。植株中總的氮素積累量以平衡施肥處理NPK最高，與不施用氮肥處理(PK)、不施用磷肥處理(NK)及不施用鉀肥處理(NP)間無顯著性差異，但是與不施肥處理(CK)間差異顯著，增加氮、磷、鉀后可以使得氮素累積量分別提高47.8%、30.2%、31.7%。在馬鈴薯收獲期，平衡施肥條件下，塊莖氮素量占氮素總積累量的64.3%，根、莖、葉分別占總量的1.3%、18.6%、15.9%。

表4 試驗處理對馬鈴薯N素積累和分配比例影響

氮、磷、鉀肥的施用顯著促進了馬鈴薯成熟期不同部位的磷素積累量，結果見表5。與不施肥處理(CK)相比，施肥后馬鈴薯不同器官的氮素積累量有所提高，各處理當中，塊莖磷素積累量顯著高于其他缺素處理和不施肥處理，與處理NP、NK、PK處理及CK相比，磷素積累量分別提高了41.3%，42.8%、71.4%、96.5%。說明施用鉀肥、磷肥和氮肥可以顯著提高塊莖的磷素積累量。在馬鈴薯成熟期，施肥條件下，根、莖、葉及塊莖的磷素積累量分別占總積累量的2.9%、26.2%、6.8%、64.0%。由以上數據可以得出，塊莖中的磷素占植株磷素積累量的絕大部分，同時由施肥處理(NP、NK、PK)可看出，施用NP肥料及NK肥料較施用PK肥料分別提高塊莖磷素積累量21.3%和20.0%，說明施用氮肥和磷肥可以顯著提高磷肥吸收積累，鉀肥對于磷素吸收積累影響沒有氮肥和磷肥強。

由表6可以得出，氮磷鉀肥合理配施可以明顯提高馬鈴薯成熟期不同部位的鉀素積累量，與不施肥處理相比，施肥后馬鈴薯植株中的鉀素積累量提高了95.8%，說明平衡施肥可以顯著提高馬鈴薯植株的鉀素積累，塊莖中的鉀素積累量中，處理NPK的鉀素積累量達到最高，各處理當中，鉀素積累總量顯著高于其他缺素處理和不施肥處理，與處理NP、NK、PK及處理CK相比，鉀素累積總量分別提高了17.2%，18.3%、25.3%、107.9%。說明施用鉀肥、磷肥和氮肥可以顯著提高植株總的鉀素積累量。在馬鈴薯成熟期，平衡施肥條件下，根、莖、葉及塊莖的鉀素積累量分別占總積累量的2.8%、30.1%、11.3%、55.8%。由以上數據可以得出，塊莖中的鉀素占植株鉀素積累量的絕大部分，同時由施肥處理(NP、NK、PK)可看出，施用NP肥料及NK肥料較施用PK肥料分別提高塊莖鉀素積累量6.9%和5.9%，說明施用氮肥和磷肥可以顯著提高鉀素吸收積累。

表5 試驗處理對馬鈴薯P素積累和分配比例影響

表6 試驗處理對馬鈴薯K素積累和分配比例影響

2.3 氮磷鉀肥施用對馬鈴薯肥料利用率及單位塊莖需肥量的影響

由表7可得出，在馬鈴薯栽培過程中，肥料種類不同其肥料利用率也有不同的變化趨勢，在本試驗中，氮磷鉀的農學效率分別為362 kg/kg N、244 kg/kg P2O5及134 kg/kg K2O，施用1 kg氮素和磷素具有較高的塊莖增產量，鉀素較低，氮磷的農學效率高于鉀素農學效率。在此試驗中，氮素的偏生產力顯著高于磷素和鉀素，同時鉀素高于磷素，說明對于馬鈴薯塊莖產量的影響為N>K>P。由表7可知各肥料表觀利用率分別為36.5%、31.2%、48.7%，各元素的生理利用率鉀素最高，其次為氮素，磷素最小。

表7 試驗處理對馬鈴薯K素積累和分配比例影響

由表8可看出，在不施肥條件下1 000 kg塊莖吸收N量處于較低水平，各施肥處理均高于對照，其中處理NK、PK最高，達到3.11 kg，各處理間差異不大，比較各處理間的1 000 kg 塊莖所需要的磷量，處理NPK最高，同時各處理間差異不顯著，與N、P指標不同，處理PK及處理NK的 1 000 kg 塊莖所需要的K最高，分別達到4.71、4.47 kg，NPK處理的N ∶P ∶K比例為1 ∶0.39 ∶1.26，而不施肥的對照為 1 ∶0.42 ∶1.37。

表8 1 000 kg塊莖所需要的氮素、磷素、鉀素量

3 結論與討論

研究表明，肥料充足，氮磷鉀養分配比合理，有利于塊莖產量和品質的提高。合理配施氮磷鉀肥料，可以顯著提高馬鈴薯產量及干物質量。與不施用肥料相比，各處理產量均有顯著提高，其增產率為6.5%～64.7%，平均增產率為29%，平均增產14 617 kg/hm2，各處理中平衡施肥處理(NPK)產量最高，可達到82 996 kg/hm2，說明在青海省湟中縣馬鈴薯栽培過程中，氮磷鉀平衡施用對于馬鈴薯產量具有增產效應，可采用此模式指導馬鈴薯施肥。施用N、P、K肥都可以提高馬鈴薯產量，在本試驗中施用氮肥增產率達到64.7%，增產為32 600 kg/hm2，施用磷肥增產率達到36.0%，增產為 21 983 kg/hm2，施用鉀肥增產率僅為24.1%，增產為 16 109 kg/hm2，說明本試驗條件下馬鈴薯產量限制因子依次為N>P>K。有人研究過青海省互助縣馬鈴薯下寨65平衡施肥增產效應，其NPK配施增產率僅為27.6%，增產僅 7 360 kg/hm2[23]，這主要是由于不同品種及土壤地力造成的。另一方面，就肥料利用率而言，農學利用率主要反映單位施肥量增加作物產量的能力，是衡量肥料利用效率的一個重要指標，而偏生產力主要反映當地土壤基礎養分水平和化肥施用量的綜合效應。在本試驗中，氮磷鉀的農學效率分別為 362 kg/kg N、244 kg/kg P2O5及 134 kg/kg K2O，施用1 kg氮素和磷素具有較高的塊莖增產量，鉀素較低，氮磷的農學效率高于鉀素的農學效率。氮素的偏生產力顯著高于磷素和鉀素，同時鉀素高于磷素，各肥料N、P、K表觀利用率分別為36.5%、31.2%和48.7%，說明在青海馬鈴薯栽培過程中，K素利用率較高，N、P、K的生理利用率磷素最高，其次為氮素，最小為鉀素。因此在馬鈴薯生產過程中注意平衡施肥以及注意培肥地力，才能達到馬鈴薯高產效果。