有機肥替代化肥對南方冬作馬鈴薯產量和品質的影響

官利蘭，李水源，譚衛娜，陳健章，張新明

（1.恩平市農業科學技術研究所，廣東 恩平 529400；華南農業大學資源環境學院，廣東 廣州 510642）

【研究意義】種植業中的化肥投入，尤其是氮肥的過量投入引起了中國農業面源污染，成為中國水體污染和富營養化的主要原因之一。減少化肥投入、科學推進化肥減量任務成為控制面源污染、促進農業可持續發展的關鍵所在。2017、2018年中央一號文件明確要求深入推進化肥零增長行動，增強農業可持續發展能力。有機肥的肥料來源廣泛，為作物提供生長所需的養分，有利于土壤微生物活動，從而促進作物生長發育。有機肥料在土壤溶液中離解出氫離子，具有很強的陽離子交換能力，施用有機肥料可增強土壤的保肥性能。通過配施有機肥，不僅能夠改善土壤養分平衡和有效性、土壤物理性狀、增加土壤有機質含量、降低土壤容重、增加土壤孔隙度和降低化肥損失率，對培肥和提高生態系統生產力起著關鍵作用，而且在提高作物產量和改善作物品質方面也有重要作用[1-4]，增施有機肥、減少化學肥料的施用是減少環境污染和可持續生產的重要途徑[5]。

【前人研究進展】施肥是農業生產中為實現作物增產高產而采取的一個重要管理措施，對維持農田土壤生產力和農田生態系統健康至關重要[6]。施用化肥可以通過增加土壤養分來增加作物產量，有機肥養分全面，富含微生物和酶，能全面、穩定地供給作物生長所需的各種養分[7-9]。當前我國馬鈴薯種植區氮、磷化肥過量和不平衡施用問題嚴重，化肥減量、配施有機肥是實現化肥減量增效的重要舉措之一[10-11]。隨著我國集約化農業的發展，在馬鈴薯生產過程中存在化肥過量使用、有機肥使用比例過低等現象[12]。在恩平市調查的結果也顯示，冬作馬鈴薯生產中存在化肥氮、磷施用量偏高，有機肥施用水平偏低的現象[13]。

【本研究切入點】恩平市位于廣東省西南部，珠江三角洲西南端，北靠大陸丘陵，南臨南海[14]，是廣東省馬鈴薯種植的主要區域，年種植面積 2 333.3～2 666.7 hm2[15-16]。馬鈴薯南方冬作區主要采用稻-稻-薯一年三熟種植模式，農田利用強度高，土壤生態系統日趨脆弱。采用化學肥料減量施用的有機肥和無機肥配合施用技術，既符合化肥減施的背景，又能滿足當前馬鈴薯南方冬作區農田生態系統的迫切需求。【擬解決的關鍵問題】在恩平市開展有機肥料與化學肥料配施技術，探討有機肥養分對化肥養分的替代比例，為廣東冬作馬鈴薯的商品有機肥部分替代化肥實現化肥減施提供科學依據，同時優化稻-稻-薯種植模式生態系統。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試馬鈴薯品種為費烏瑞它（Favorita），種薯為一級脫毒種薯。供試肥料包括商品有機肥1（N 5.3 g/kg；P2O542.4 g/kg；K2O 21.5 g/kg）、商品有機肥2（N 12.8 g/kg；P2O531.9 g/kg；K2O 8.2 g/kg）、商品有機肥3（N 4.4 g/kg；P2O56.8 g/kg；K2O 3.8 g/kg）、花生麩（N 89.1 g/kg；P2O522.3 g/kg；K2O 9.5 g/kg）、茶籽粕（N 11.4 g/kg；P2O53.2 g/kg；K2O 6.0 g/kg）、常規尿素（N 46%）、常規過磷酸鈣（P2O512%）、常規硫酸鉀（K2O 50%）。

1.2 試驗地概況

試驗在廣東省恩平市恩城街道北郊恩平市農業科學技術研究所試驗基地（112°20′37′′E，22°13′3′′N）進行，氣候類型為南亞熱帶季風氣候，前作為水稻。土壤質地為中壤土，含堿解氮92.60 mg/kg、有效磷73.09 mg/kg、速效鉀130.35 mg/kg，pH為6.01，呈弱酸性。

1.3 試驗方法

根據等量施肥原則，試驗設置7個處理，其中有機肥處理3個，分別為商品有機肥1（OM1）、商品有機肥2（OM2）、商品有機肥3（OM3），養分由有機肥提供。3種商品有機肥施用量均為600 kg/667m2，每個有機肥處理同時施用花生麩25 kg/667m2和茶籽粕25 kg/667m2。同時設分別與3種商品有機肥處理總施肥量相等的化肥處理3個，分別為化肥1（CF1）、化肥2（CF2）、化肥3（CF3），養分由常規化肥提供。3個化肥處理分別施用尿素12.4、22.2、11.2 kg/667m2，過磷酸鈣217.3、164.8、39.3 kg/667m2，硫酸鉀25.6、10.2、5.1 kg/667m2。以不施肥為對照（CK）。每個處理3次重復。所有處理均采用黑膜覆蓋下一次性施肥。

高壟雙行種植，每個小區設3壟，小區面積為39.6 m2（1.2 m×11 m×3），每壟100株。結合滴灌進行水分管理，按照已集成的“廣東冬種馬鈴薯高產優質高效栽培關鍵技術”進行病蟲害防治。于2018年11月24日播種，生長期間水分供給采用滴灌。

1.4 測定項目及方法

在成熟收獲期馬鈴薯收獲后，于測產壟進行商品薯（≥75 g的無病爛、畸形塊莖）、次品薯（包括＜75 g的小薯和畸形薯等）的分類稱重測產，測產后在每小區測產壟采5 kg左右商品薯作為收獲分析樣品。

土壤分析：pH用酸度計法，堿解氮用擴散法，速效磷用鉬銻抗比色法，速效鉀用火焰光度法測定。植株分析：全氮用H2SO4-H2O2消煮蒸餾定氮法，全磷用H2SO4-H2O2消煮鉬銻抗比色法，全鉀用H2SO4-H2O2消煮火焰光度計法，Vc含量采用2,6-二氯酚靛酚滴定法，淀粉含量采用乙醇提取葡萄糖測定法，粗蛋白含量采用半微量凱氏定氮法測定。

試驗數據采用Excel 2010和DPS14.10軟件[17]進行LSD統計分析。

2 結果與分析

2.1 有機肥替代化肥對馬鈴薯總產及商品薯、商品薯率的影響

由表1可知，等施肥量的有機肥處理和化肥處理總產量差異不顯著，其中CF1處理和CF2處理顯著高于對照。CF2增產量最高，為1 130.82 kg/667m2，增產率達144.74%；等施肥量的有機肥OM2處理增產量為746.52 kg/667m2。有機肥處理與等施肥量的化肥處理商品薯產量差異不顯著，商品薯產量較對照高，各處理商品薯率為80.96%～91.92%，各處理間差異不顯著。施用有機肥的增產效果為化肥增產效果的76.76%～82.38%。有機肥處理中OM2處理總產量和商品薯產量均高于OM1和OM3處理。

表1 有機肥替代化肥對馬鈴薯總產及商品薯、商品薯率的影響Table 1 Effect of different treatments on potato total yield, marketable yield and marketable rate

2.2 有機肥替代化肥對馬鈴薯塊莖品質的影響

表2顯示，各處理馬鈴薯塊莖干物質含量、Vc含量和淀粉含量差異不顯著，分別在 20.31%～22.19%、272.30～286.23 mg/kg、14.37%～16.19%之間；CF2處理粗蛋白含量較OM2處理高0.34%，差異顯著；CF3處理粗蛋白含量較OM3處理高0.48%，差異顯著；除粗蛋白含量外，施用有機肥和化肥馬鈴薯塊莖的品質影響不大。

2.3 有機肥替代化肥肥料表觀利用率和有機肥同效當量

試驗結果顯示，有機肥處理肥料表觀利用率低于化肥處理，有機肥處理中，OM2處理肥料表觀利用率為10.17%，分別比OM1和OM3處理高1.96、3.52個百分點，且與OM3處理差異顯著。化肥處理CF1、CF2、CF3肥料表觀利用率分別為9.27%、15.35%、28.00%，3個處理間差異顯著。

某種有機肥料所含的養分相當于幾個單位的化肥所含養分的肥效，這個系數稱為“同效當量”。同效當量＝（有機肥處理的產量－無肥處理的產量）/（化肥處理的產量－無肥處理的產量）。由表3可知，3種有機肥同效當量表現為：OM1＞OM2＞OM3。試驗中有機肥同效當量在46.05%～68.76%之間，其中產量和經濟效益占優勢的OM2處理有機肥同效當量為66.02%。

表2 有機肥替代化肥對馬鈴薯塊莖品質的影響Table 2 Effect of different treatments on quality of potato tuber

表3 有機肥同效當量Table 3 Organic manure equivalence of different organic fertilizer treatments

2.4 有機肥替代化肥對馬鈴薯經濟效益的影響

由表4和表5可知，由于有機肥的使用量較大，因此施用商品有機肥處理的肥料成本高于化肥處理。3種有機肥處理中OM2處理肥料成本低于另外兩種有機肥處理，而總產值高于OM1和OM3處理。從經濟效益考慮，OM2處理具有一定的優勢。

3 討論

本研究中施用有機肥的增產效果為化肥增產效果的76.76%～82.38%。使用有機肥增產效果沒有化肥肥效增產快[18]，增施有機肥對作物的增產效應隨施肥年限的延長而逐漸增強[19]。化肥是一種速效肥料，長期大量施用會使土壤板結、結構變差、肥力下降、理化性狀變劣，不利于土壤生態系統的可持續發展。而施用有機肥不僅能為農作物提供全面營養，而且肥效長，可增加和更新土壤有機質，培肥地力，促進土壤養分的釋放，促進微生物繁殖，改善土壤的理化性質和生物活性，提高農產品質量[20-21]。本研究施用有機肥對馬鈴薯品質的影響未表現出來，可能是由于所選用商品有機肥的肥效表現時間還不夠。技術特征和經濟效益是作物化肥減施增效技術評價體系的主要指標[22-23]。本研究中有機肥處理成本偏高的原因是商品有機肥的價格偏高，造成總成本偏高。3種商品有機肥處理成本差異的主要因素是價格的差異。化肥和有機肥的配施則可以形成互補或協同作用，從而達到提高作物產量[24-25]。化肥和有機肥配施能夠在碳氮資源的生物有效性上形成互補關系，能夠同時促進土壤生物和作物生長，從而滿足土壤生態系統服務功能持續發揮的需要[26]。有機肥無機肥配合施用在改善土壤物理性能、創造良好團粒結構、增加土壤微生物活力、為作物提供較完全的養分等方面具有特別的優勢[27]。有機肥無機肥配施可改善土壤肥力，較單施無機肥或有機肥更高效[28-30]。

表4 肥料成本核算（元/667m2）Table 4 Fertilizer cost calculation (yuan/667m2)

表5 經濟效益核算（元/667m2）Table 5 Accounting of economic benefit（yuan/667m2）

本研究中，商品有機肥2對產量和經濟效益的影響較另外兩種有機肥占有優勢，其同效當量以總產量和商品薯產量計算分別為66.02%和60.18%。為更好地保證馬鈴薯產量和品質，建議根據馬鈴薯需肥規律有機肥與化肥配合施用，選用價格適中的有機肥2與化肥按比例配合施用。

4 結論

施肥量相同時，3種商品有機肥對廣東省恩平市冬作馬鈴薯均有增產效果，有機肥可以部分替代化肥，實現化學肥料減量施用，進而減少因化肥過量施用帶來的土壤生態系統失衡和農業面源污染等問題。試驗所用3種商品有機肥中，從經濟效益考慮價格適中的商品有機肥2較適合在生產中推薦使用，以總產量計算同效當量為66.02%。有機肥的種類、安全性、生產成本等因素是選擇替代化學肥料的主要考慮方面，肥效高、安全、施用方便、成本合適是首選。綜合冬作馬鈴薯產量、品種、肥料利用率、經濟效益等方面考慮，有機肥對化肥的最佳替代比例有待進一步研究。而不同馬鈴薯品種、不同土壤、不同地域有機肥部分替代化肥，增施有機肥，化肥減施量也是下一步研究的重要方向。