氮鉀運籌對高寒地區馬鈴薯產量、養分吸收及利用的影響

李 飛，魏全全，尹 旺，張 萌，童安畢，羅小波，曹貞菊，陳明俊，芶久蘭*

（1．貴州省農業科學院馬鈴薯研究所，貴州 貴陽 550006；2．貴州省農業科學院土壤肥料研究所/農業農村部貴州耕地保育與農業環境科學觀測實驗站，貴州 貴陽 550006）

馬鈴薯是我國重要的糧食作物，我國是世界上最大的馬鈴薯生產國［1］，發展馬鈴薯產業對維持我國糧食產業的可持續發展有重要意義。施肥能提高馬鈴薯產量，而不平衡施肥是限制馬鈴薯產量提高的重要因素之一。提高養分管理水平是提高馬鈴薯單位面積產量和養分利用率的重要策略［2-4］，明確馬鈴薯對養分的吸收規律，可以抓住施肥關鍵時期，是提高養分管理水平的有效途徑［5］。平衡施肥是包括馬鈴薯在內的多種作物關鍵栽培技術，尤其在氮鉀運籌方面，由于試驗地區土壤有效磷含量相對較高，因此本試驗探討不同氮鉀運籌下馬鈴薯產量、養分累積及養分利用效應。合理施用氮磷鉀肥料可明顯提高作物的產量、品質及生態環境。武際等［6］在弱筋小麥的研究表明，合理的氮肥鉀肥配施促進弱筋小麥植株的氮鉀含量，顯著提高弱筋小麥的產量；蔣佰文等［7］的研究表明，氮、鉀肥施用量分別為150和100 kg/hm2有利于寒地玉米的干物質積累、產量及其品質的提高；李銀水等［8］通過4年6季田間定位試驗表明，合理的氮鉀配施能提高油菜和花生產量及周年經濟效益；康利允等［9］的研究表明，土壤中等肥力水平及連棟棚加地膜覆蓋高產栽培條件下，氮、鉀施肥量分別以200、300 kg/hm2較為適宜，有利于甜瓜獲得高產。當前，優質、高產、高效的馬鈴薯生產栽培技術主要集中在優良品種的篩選［10-11］或氮素［12-13］、鉀素［14］單因素作用，科學合理的氮鉀運籌少之又少。采用田間試驗的方法，在貴州西北高寒馬鈴薯種植區進行不同氮鉀運籌試驗，探討氮鉀運籌對高寒馬鈴薯產量、養分吸收動態及利用的影響，為貴州高寒馬鈴薯高產的科學推薦施肥提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與材料

本試驗于2018年3～8月在貴州省畢節市威寧縣雙龍鎮（26°52′E，104°17′N，海拔 2 237 m，平均氣溫11℃左右，日照時間2 000 h左右，年平均降水量為926 mm）進行，供試土壤為灰泡土。試驗地0～20 cm基本理化性質為pH 5.5（水∶土=2.5∶1），有機質45.8 g/kg，全氮2.73 g/kg，堿解氮153.6 mg/kg，有效磷22.9 mg/kg，速效鉀121.0 mg/kg。

供試肥料為尿素（N 46%）、過磷酸鈣（P2O512%）、硫酸鉀（K2O 50%）；供試馬鈴薯品種為抗晚疫病新品種“黔芋8號”。

1.2 試驗設計

試驗共設置10個處理，分別為：T1（N0P0K0，不施肥處理）、T2（N1P2K3）、T3（N0P2K2）、T4（N1P2K2）、T5（N2P2K1）、T6（N2P2K2）、T7（N2P2K3）、T8（N3P2K2）、T9（N2P2K0）、T10（N4P2K2），具體施肥情況見表1。試驗小區面積為26.4 m2（1.1 m/壟× 4壟× 6 m），3次重復，隨機區組排列。

表1 不同處理的肥料品種及施用量

馬鈴薯于2018年3月29日種植，小區面積為26.4 m2（1.1 m/行×4行×6 m），種植密度為72 727株/hm2（24株/行× 2行/壟× 4壟，192株/26.4 m2）；50%氮肥、全部磷和鉀肥做基肥一次性施用，另外50%氮肥作為追肥施用（2018年5月10日）；2018年8月15日統一收獲測產。

除施肥不同外，試驗的其他田間生產管理均采用當地農業技術推廣部門的推薦技術。

1.3 測定項目

1.3.1 土壤樣品的采集與測定

土壤樣品在作物種植前采集，在整個試驗田按照“S”型土壤取樣法設置15個采樣點，采集0～20 cm土層土樣，風干磨細過篩后分別測定土壤pH、有機質、全氮、堿解氮、有效磷和速效鉀［15］。

1.3.2 馬鈴薯生物量的測定

于馬鈴薯苗期（5月10日）、塊莖形成期（6月1日）、盛花期（6月15日）、薯塊膨大期（7月5日）、淀粉積累期（7月24日）和收獲期（8月5日），各小區選取有代表性植株4株，分地上部和薯塊，105℃下殺青30 min，60℃烘箱中烘至恒重，記錄干重，依次折算地上部和薯塊生物量。

1.3.3 馬鈴薯養分的測定

于上述馬鈴薯關鍵生育期，各小區分別選取有代表性植株4株，105℃下殺青30 min，60℃烘箱中烘至恒重，磨碎混勻，地上部和薯塊分別測定N和K［15］。

1.3.4 馬鈴薯產量的測定

馬鈴薯收獲期，各處理實打實收，分別計產。

1.4 相關參數計算方法

氮素偏生產力PEP（kg/kg）=施氮區產量/施氮量

氮素農學效率AE（kg/kg）=（施氮區產量-對照區產量）/施氮量

鉀素偏生產力PEP（kg/kg）=施鉀區產量/施鉀量

鉀素農學效率AE（kg/kg）=（施鉀區產量-對照區產量）/施鉀量

1.5 數據處理與分析

數據處理與分析采用Excel 2007及SPSS 17.0軟件，采用DPS數據處理軟件進行數據統計分析，采用Origin 8.0軟件進行作圖，LSD法檢驗P＜0.05水平上的差異顯著性。

2 結果與分析

2.1 不同氮鉀運籌下馬鈴薯的產量、產值及經濟效益

由表2可知，不同施肥處理的馬鈴薯產量不同。T1處理產量為17 178 kg/hm2，顯著低于其他處理2 916～12 967 kg/hm2，其中T8處理馬鈴薯產量最高，高于其他處理4.5%～75.5%。從施氮效果看，相同磷鉀水平下，馬鈴薯產量隨施氮量的增加呈現先升高后降低的趨勢，以T8處理產量達到最大，高于其他施氮處理1 553～10 051 kg/hm2，當施氮量高于T8處理氮素水平時，馬鈴薯產量降低，說明施氮能提高馬鈴薯產量，但施氮量過高會降低馬鈴薯產量；從施鉀效果看，相同氮磷水平下，馬鈴薯產量隨鉀量的增加而增加，T7處理馬鈴薯產量最高，分別顯著高于T5和T6處理25.9%和19.5%。

表2 不同氮鉀運籌下馬鈴薯的產量、產值及經濟效益

產值方面，以市價1.10元/kg算，T8處理馬鈴薯產值最高，達到33 159.5元/hm2，顯著高于其他處理1 423～14 263.2元/hm2，其中T1處理馬鈴薯產值最低。

經濟效益方面，除去肥料成本（種薯和勞動力均為農戶自家提供，不計入成本），T8處理經濟效益為29 823.5元/hm2，高于其他處理2 068.3～10 927.2元/hm2，其中T1處理馬鈴薯經濟效益最低，僅為18 896.3元/hm2。

2.2 馬鈴薯生物量分析

從圖1A可以看出，各處理馬鈴薯地上部生物量隨著生育時期呈現先升高后降低的趨勢，所有處理均在盛花期達到最大值。營養生長前期，各處理馬鈴薯地上部生物量快速增加，且以T10處理為最大，達到1 373 kg/hm2，高于其他處理176～583 kg/hm2，其中T1處理為790 kg/hm2，低于其他處理；營養生長后期，由于馬鈴薯主要生長發育由地上部轉為地下部，各處理生物量呈現緩慢下降的趨勢，至淀粉積累期，T10處理馬鈴薯地上部生物量為1 223 kg/hm2，高于其他處理188～591 kg/hm2，其中T1處理為632 kg/hm2，低于其他處理。

圖1 馬鈴薯生物量變化

圖2 不同處理的馬鈴薯氮素及鉀素含量變化

薯塊方面，不同處理馬鈴薯薯塊生物量均隨著生育期的延長呈現持續增加的趨勢（圖1B）。營養生長前期，馬鈴薯薯塊生物量增長速率較快，至薯塊膨大期（7月5日），T8處理馬鈴薯薯塊生物量為4 162 kg/hm2，高于其他處理9～1 402 kg/hm2，其中T1處理為2 760 kg/hm2，低于其他處理，此生長期為快速膨大期；營養生長后期，馬鈴薯薯塊生物量增速減慢，到收獲期，T8處理馬鈴薯薯塊生物量為5 969 kg/hm2，高于其他處理228～2 533 kg/hm2，其中T1處理為3 436 kg/hm2，顯著低于其他處理，此生長期為緩慢膨大期。

總生物量方面（圖1C），與地上部生物量相似，呈現先增加后降低的趨勢，在淀粉積累期達到最大值，其中T8處理總生物量為6 619 kg/hm2，高于其他處理275～2 912 kg/hm2，其中以T1處理總生物量最小，為3 707 kg/hm2。

馬鈴薯生長后期，地上部生物量下降較快的原因可能是生長中后期，試驗地貴州省威寧縣較往年降雨量偏多，雨災嚴重，而馬鈴薯對水分條件非常敏感，植株受雨水浸濕后，生物量分解相對較快，腐蝕嚴重，導致馬鈴薯生物量下降較快；同時和供試馬鈴薯品種為早熟品種也有很大的關系，早熟且植株萎蔫較快，易腐爛。

2.3 不同氮鉀運籌下馬鈴薯養分含量及累積量

從圖2可以看出，在不同施肥處理下馬鈴薯地上部氮鉀養分含量和薯塊氮素含量隨生育期的延長呈現降低的趨勢，薯塊鉀素含量呈現先降低后穩定的趨勢。氮素方面，各處理地上部氮素含量和薯塊氮素含量均顯著高于不施肥處理，不同部位高施氮量處理的氮素含量高于低施氮量處理；與氮肥效果趨勢相似，各處理地上部鉀素含量和薯塊鉀素含量均顯著高于不施肥處理，不同部位高施鉀量處理的鉀素含量高于低施鉀量處理。在馬鈴薯整個生育期，各處理地上部氮素和鉀素含量均高于薯塊氮素和鉀素含量。

以T6處理為例，在整個生育期，地上部氮素含量在苗期出現最大值，為4.92%，塊莖在形成期出現最大值，為1.68%；地上部鉀素含量在苗期出現最大值，為5.92%，薯塊在塊莖形成期出現最大值，為2.30%。

由圖3可知，相同處理不同部位馬鈴薯養分累積量變化不同，相同部位不同處理的馬鈴薯養分累積量變化相似，相同部位的馬鈴薯氮素和鉀素累積量變化趨勢相似，其中地上部氮素和鉀素累積量呈現先升高后緩慢降低趨勢，薯塊氮素和鉀素累積量呈現持續上升的趨勢，馬鈴薯氮素和鉀素累積總量與地上部養分累積量相似，呈現先升高后緩慢降低趨勢。

圖3 不同處理的馬鈴薯氮素及鉀素累積量

氮素方面（圖3 ACE），地上部氮素累積量隨生育期的延長呈先快速上升后緩慢下降的趨勢，均在盛花期達到最大值，T10處理氮素累積量為59.11 kg/hm2，高于其他處理3.41～31.55 kg/hm2，此時養分累積開始由營養器官轉移至生殖器官；薯塊氮素累積量呈現持續上升的趨勢，至收獲期，T8處理氮素累積量為92.67 kg/hm2，高于其他處理7.08～45.18 kg/hm2；馬鈴薯氮素總累積量呈現先升高后降低的趨勢，至淀粉積累期達到最大值，T10處理氮素累積總量為132.38 kg/hm2，高于其他處理0.04～67.25 kg/hm2；不同施氮相同施鉀水平下，N4水平的馬鈴薯生物量高于其他施氮水平，說明增施氮肥能促進生長，增加馬鈴薯地上部生物量且施肥越高馬鈴薯生物量越高，而N3水平的馬鈴薯薯塊產量高于N4水平，說明施氮量越高，馬鈴薯地上部貪青晚熟，氮素營養未完全轉移至薯塊，影響薯塊的形成和膨大。

鉀素方面（圖3 BDF），地上部鉀素累積量隨生育期的延長呈先上升后下降的趨勢，均在盛花期達到最大值，T10處理鉀素累積量為60.53 kg/hm2，高于其他處理1.17～24.78 kg/hm2，此時養分累積開始由營養器官轉移至生殖器官；薯塊鉀素累積量呈現持續上升的趨勢，至收獲期，T8處理鉀素累積量為125.23 kg/hm2，高于其他處理1.37～59.26 kg/hm2；馬鈴薯鉀素總累積量呈現先升高后降低的趨勢，至淀粉積累期達到最大值，T8處理鉀素累積總量為160.89 kg/hm2，高于其他處理2.36～80.26 kg/hm2，其中T1處理最小，為80.63 kg/hm2；不同施鉀相同施氮水平下，施鉀量越高，馬鈴薯生物量越高，K3水平地上部生物量和薯塊生物量均最高，由于本試驗設置的鉀肥最高水平為K3，并未出現產量降低的現象，考慮在以后的研究中增加高鉀肥梯度。

本研究表明，合理的氮鉀配施，能提高地上部和薯塊對氮素和鉀素的吸收，不同部位氮鉀累積量的變化趨勢相似。

2.4 不同氮鉀運籌下肥料利用率比較

肥料偏生產力（PEP）指單位投入的肥料所能生產作物的產量，是反映土壤基礎養分水平和化肥施用量綜合效應的指標，在一定程度上反映了生產一定產品需要付出的化肥代價，對施肥的宏觀決策有一定的指導意義；農學利用率（AE）指單位施肥量所增加的作物籽粒產量，是評價肥料增產效應較為準確的指標，也是農業生產中最關心的經濟指標之一。由表3可知，T4處理氮素偏生產力為252.05 kg/kg，顯著高于其他處理172.63～117.96 kg/kg，其中T10處理最小，為79.42 kg/kg；氮肥農學效率以T8處理最大，為37.23 kg/kg，顯著高于其他處理8.45～14.77 kg/kg，其中T6處理最小，為22.46 kg/kg。鉀素方面，T5處理鉀素偏生產力為191.02 kg/kg，顯著高于其他處理90.45～110.88 kg/kg，其中T7處理最小，為80.14 kg/kg；鉀肥農學效率以T7處理最大，為22.86 kg/kg，分別高于T5和T6處理3.68和8.21 kg/kg，其中T6處理最小，為14.65 kg/kg。

表3 不同氮鉀運籌的養分利用率 （kg/kg）

3 討論

3.1 高寒地區馬鈴薯氮鉀運籌的養分效應

馬鈴薯是貴州高寒地區的主要農作物，該地區海拔較高，氣候冷涼，晝夜溫差大，特別適合馬鈴薯生長，且馬鈴薯種植面積不斷擴大。施肥是高寒地區馬鈴薯高產栽培的重要環節，由于高寒地區馬鈴薯生育期相對較長，且本試驗地點位于有效磷含量較高的威寧地區，因此探討合理的氮鉀肥配施十分必要。氮素和鉀素是作物必需的兩種營養元素，科學合理的氮鉀運籌能顯著改善作物的生長，提高作物產量［16-17］，進而提高經濟效益，既能維持地力，不會使土壤養分庫消耗太多導致土壤貧瘠，也不會因養分攜出量較少而導致土壤養分累積過高［18］，減少環境影響［19］。而過量的施肥會抑制作物產量及經濟效益的增加。本試驗條件下，N3P2K2處理馬鈴薯產量為30 145 kg/hm2，高于其他氮鉀運籌處理1 294～12 967 kg/hm2，說明合理的氮鉀運籌能增加馬鈴薯產量。施氮顯著增加馬鈴薯產量，且在N3水平時馬鈴薯產量達到最大值30 145 kg/hm2，繼續增大氮肥施用量達到N4水平，馬鈴薯貪青晚熟，產量反而呈現下降的趨勢，和前人在本作物和其他作物的研究結果一致［20-21］；施鉀顯著增加馬鈴薯產量，且在K3水平時馬鈴薯產量達到最大值28 851 kg/hm2，由于本試驗鉀肥處理的最大值為K3水平，故并未出現產量降低的情況，因此需在以后的研究中增加高鉀處理，以明確馬鈴薯產量最高時的施鉀量。

3.2 干物質及養分轉移分配

作物的干物質累積量是衡量作物生長發育狀況及其內部養分代謝強弱的重要生理生化指標，提高營養物質向生殖器官轉移分配才能實現作物的優質高產［22］，因此，通過采取一定的措施提高薯塊分配轉移率是提高馬鈴薯產量的重要途徑。本研究結果表明，盛花期前馬鈴薯以營養生長為主，合理的氮鉀運籌適宜馬鈴薯地上部生長，過量或過少施用氮肥、鉀肥就不利于地上部分生長；而生長后期，過量的施肥導致馬鈴薯貪青晚熟，降低了光合產物向生殖器官的分配轉移率，影響薯塊的形成和膨大，造成N4水平處理的地上部生物量高于N3水平，但薯塊產量和生物量均低于N3水平，不利于高產，與前人研究結果一致［20］。

氮、磷、鉀是作物生長發育所需的三大營養元素，是作物細胞結構的主要組成物質，作物產量的形成基于氮磷鉀的累積；合理的氮鉀運籌能提高作物氮鉀累積量及其分配系數。本試驗研究結果顯示，馬鈴薯氮鉀累積量變化趨勢相似，均表現為先升高后降低的趨勢，均在淀粉積累期達到最大值；不同氮鉀施肥量只改變不同生育時期的氮鉀累積量，并不改變其累積趨勢。生長后期，N3K2P2處理的馬鈴薯氮鉀養分累積量始終高于其他氮鉀處理，說明合理的氮鉀運籌能促進馬鈴薯生長，吸收養分，提高營養物質向生長器官的轉移分配率，有利于高產。

3.3 合理的氮鉀運籌提高養分效率

農學效率和偏生產力是表達肥料利用率的常用指標，其與產量、施肥量和土壤肥力水平關系最為密切［23-24］。農學效率是表征肥料增加產量的參數，可以很好地反映肥料的利用效率，最大限度的利用肥料農學效率是實現肥料高效利用的一個重要部分，現代作物生產系統的氮肥農學效率可以達到20～35 kg/kg［25］，本研究條件下，氮肥的農學效率22.46～37.23 kg/kg，處于相對較高水平；N3水平的氮肥農學效率顯著高于其他處理，說明在N3水平下單位施氮量產量增加能力高于其他處理；鉀肥農學效率在14.65～22.86 kg/hm2，N2P2K3處理的鉀肥農學效率顯著高于其他處理，說明在K3水平下單位施鉀量產量增加能力高于其他處理。偏生產力表征單位肥料所能產生的經濟產量，反映了土壤基礎養分水平和化肥施用量的綜合效應，本研究結果表明，氮肥和鉀肥偏生產力分別在N1和K1水平下最高，分別高于其他處理172.63～ 117.96 kg/kg和90.45～ 110.88 kg/kg。氮素和鉀素的養分利用率略低［26］，可能是由于試驗地海拔較高，夏季溫度不高，蒸發量低，下滲水較為豐富，養分的淋溶強烈導致，而且試驗期間雨水過多，試驗地漬水抑制馬鈴薯生長，同時本試驗地的氮素基礎養分略高也是氮素養分效率過低的重要原因。

2015年農業部發布的《到2020年化肥使用零增長行動方案》［27］提出化肥‘零增長’下的養分高效利用的發展目標，減少化肥施用量，提高肥料利用率，因此在以后的研究中應重視肥料減施方面的研究，在國家‘兩減’的背景下，如何做到減肥高效成為現代農業的發展目標，單純的施用單質肥料很難提高肥料利用率，在施用化肥的情況下，應增施如秸稈［28］、生物炭［29］等物料以提高肥料利用率，在以后的研究中應重視本方面的研究，同時注重合理的耕作管理制度。

4 結論

本試驗利用田間試驗探討氮鉀配施對高寒馬鈴薯產量、養分吸收動態及利用的影響，為貴州高寒馬鈴薯的科學推薦施肥提供理論基礎。具體結果如下：

（1）不同養分處理馬鈴薯產量不同，T8（N3P2K2，N∶P2O5∶K2O=270∶150∶240 kg/hm2）處理馬鈴薯產量、產值和經濟效益分別為30 145 kg/hm2、33 159.5元/hm2和29 823.5 元/hm2，高于其他處理1 294～12 967 kg/hm2、1 423.3～14 263.2 元 /hm2和 2 068.3～10 927.2 元 /hm2。

（2）不同處理馬鈴薯薯塊生物呈持續增加的趨勢，T8處理為最大，總生物量與地上部生物量相似，呈現先增加后降低的趨勢，在淀粉積累期達到最大值，T8處理總生物量為6 619 kg/hm2，高于其他處理。

（3）相同處理不同部位馬鈴薯養分累積量變化不同，相同部位不同處理的馬鈴薯養分累積量變化相似，相同部位的馬鈴薯氮素和鉀素累積量變化趨勢相似，其中地上部氮素和鉀素累積量呈現先升高后緩慢降低趨勢，薯塊氮素和鉀素累積量呈現持續上升的趨勢，馬鈴薯氮素和鉀素累積總量與地上部養分累積量相似，呈現先升高后緩慢降低趨勢。

（4）不同處理的氮鉀養分利用效率不同，氮肥偏生產力和農學效率以T4和T8處理最大，鉀肥偏生產力和農學效率以T5和T7處理最大。

綜合產量、經濟效益及養分吸收，T8處理（N3P2K2，N∶P2O5∶K2O=270∶150∶240 kg/hm2）可作為基于本試驗條件下較適宜的氮鉀運籌，在實際生產中應注重氮鉀合理運籌，促進高寒馬鈴薯產業的可持續發展。