有機肥和無機肥對馬鈴薯生長發育及塊莖產量的影響①

張 亮，孫 磊*，蘇 航，于洪濤，符 強，范書華，程 瑤

(1 東北農業大學資源與環境學院，哈爾濱 150030；2 黑龍江省農業科學院綏化分院，黑龍江綏化 152000；3 黑龍江省農業科學院牡丹江分院，黑龍江牡丹江 150041)

馬鈴薯富含碳水化合物、蛋白質、維生素和礦物質[1]，是重要的食品和工業原料。黑龍江省是我國馬鈴薯的重要產地，總產量約占全國馬鈴薯產量的10%[2]。但由于長期的過度種植及土壤侵蝕，黑土厚度已由開墾初期的70 ～ 100 cm 下降至16 ～ 70 cm，有機質含量由60 ～ 150 g/kg 降為19.8 g/kg，黑土厚度的減少導致土壤肥力明顯下降[3-4]。為了維持土壤生產力，保證糧食產量，化肥的施用量逐年增加，而化肥不合理施用帶來的生態環境問題也受到越來越多的關注[5]。

隨著近年來對合理施肥宣傳和培訓力度的增加，黑龍江省馬鈴薯生產中氮肥施用逐漸趨于合理，但是隨之而來的是磷鉀肥過量施用的現象逐漸突出，特別是磷肥過量施用現象較為明顯。通過對黑龍江省馬鈴薯種植戶的調查發現，雨養條件下，2/3 的種植戶磷(以P2O5計)的用量超過150 kg/hm2，部分種植戶磷的用量甚至達到300 ～ 400 kg/hm2(數據待發表)。過量施用磷肥導致土壤磷大量富集的現象已在我國多地出現[6-8]。磷肥過量施用不僅增加了種植成本，降低肥料利用率，同時還會造成環境污染，誘導微量元素缺乏等問題[9]。

在保障糧食產量的同時維持和提高土壤肥力，是農業可持續發展的保障[10]。有機肥對改良土壤、培肥地力具有不可替代的重要作用[11]。長期施用無機肥會大幅度降低土壤有機碳含量，而補充有機肥有助于維持土壤中原有的有機質狀態[12-13]，提高土壤微生物功能多樣性[14]。有機肥和無機肥配合施用還能提高土壤養分的有效性，從而提高馬鈴薯產量[15]。然而Kumar 等[16]研究表明，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產量。由此可見，有機肥替代無機肥是否能提高馬鈴薯的產量因受多種因素的影響，結果并不一致[17-19]。

因此，針對研究區域磷肥過量施用以及土壤質量下降問題，本試驗通過研究無機磷肥用量及部分有機替代對馬鈴薯生長發育及塊莖產量構成因子的影響，以確定該地區馬鈴薯生產中無機磷肥的適宜用量及有機肥替代無機肥的可行性和替代效果。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2017 年在黑龍江省綏化市北林區郎家寨進行，試驗田土壤類型為黑土，前茬為大豆，0 ～ 30 cm土壤基礎肥力測定結果見表1。

表1 土壤基礎肥力

供試馬鈴薯品種為‘尤金’和‘克新23 號’，均屬早熟品種，生育期65 ～ 70 d；供試肥料為尿素(含N 464 g/kg)、磷酸二銨(含N 180 g/kg，P2O5460 g/kg)、硫酸鉀(含K2O 500 g/kg)、生物有機肥(含有機質403 g/kg，N 15.5 g/kg，P2O59.3 g/kg，K2O 6.0 g/kg)。

1.2 試驗設計

試驗設置5 個處理，3 次重復，采用隨機區組設計，不同處理無機養分及有機肥施用量見表2，其中有機肥施用量為常規有機肥用量[20]，P2 處理為推薦磷用量，OP1 處理的總養分施用量與P2 處理相近。有機肥及磷、鉀肥作為基肥一次性施用，50% 的氮在播種時施入，剩余50% 的氮在塊莖形成期追施在壟側，施肥后覆土。每個小區7 壟，壟長12 m，壟寬0.8 m，株距為0.2 m，小區面積67.2 m2。各小區之間留有1 m 過道，每個小區的第1、4 和7 壟和每壟兩端1 m 不取樣，第2、3 壟用于生育期取樣，第5、6 壟用于測產。

表2 試驗各處理無機養分及有機肥施用量

1.3 樣品的采集與測定

分別在出苗后13 d(塊莖形成期)、30 d(塊莖膨大初期)、46 d(塊莖膨大末期)、60 d(成熟收獲期)進行取樣，每小區取3 株完整植株，帶回室內進行清洗，分解各器官、稱重。葉面積用LI-3100 型葉面積儀測定；SPAD 值用SPAD-502Plus 便攜式葉綠素儀對馬鈴薯倒四葉的頂葉進行測定[21]；干物質積累量用烘干稱重法測定(105℃殺青30 min，75℃下烘至恒重)。

馬鈴薯在收獲時每小區在第5壟和第6壟分別連續取6 m(共12 m)全部的塊莖，每小區單獨進行分級、計數、稱重，并計算總產量和商品薯(≥100 g)產量。

1.4 數據處理與分析

葉面積指數=總葉面積/土地面積；比葉重(g/m2)=葉片干重(g)/葉面積(m2)；根冠比=根干重/地上莖葉干重。

使用Microsoft Excel 2007 和SPSS 22.0 進行數據處理與分析。

2 結果與分析

2.1 有機肥和無機肥對馬鈴薯株高和莖粗的影響

如表3 所示，塊莖膨大初期兩個品種施有機肥處理(O、OP1)的株高均大于單施無機肥處理(P1、P2、P3)，但僅與P1 處理的差異達顯著水平(P＜0.05)。‘尤金’單施無機肥處理的株高隨著施磷量的增加先增加后稍有減小，其中P2 處理最高，較P1 處理增加5.66%(P＜0.05)；而‘克新23 號’的株高則隨著無機磷肥施用量的增加持續增加，其中P3 處理最高，較P1 處理增加10.22%(P＜0.05)。

‘尤金’單施有機肥處理(O)的莖粗僅顯著高于P1 處理，而‘克新23 號’單施有機肥處理(O)的莖粗均顯著高于單施無機肥處理(P＜0.05)。‘尤金’單施無機肥處理的莖粗在P2 處理達到最高，較P1 處理增加20.67%(P＜0.05)；而‘克新23 號’的莖粗隨著無機磷用量的增加無顯著變化。

表3 有機肥和無機肥對馬鈴薯株高和莖粗的影響

2.2 有機肥和無機肥對馬鈴薯葉面積指數、比葉重及SPAD 值的影響

表4 數據顯示，塊莖膨大初期，兩品種配施有機肥處理的葉面積指數普遍高于單施無機肥處理，其中單施有機肥處理(O)的葉面積指數均顯著高于磷用量相近的P1 處理，‘尤金’和‘克新23 號’分別提高50.78% 和32.70%(P＜0.05)。兩個品種單施無機肥處理的葉面積指數則隨著施磷量的增加而增加。而比葉重變化規律與葉面積指數相反，兩個品種有機肥處理的比葉重均較低，而單施無機肥處理的比葉重隨著施磷量的增加而下降。由此可見，施用有機肥或增施無機磷肥雖然提高了馬鈴薯葉面積指數，但卻導致比葉重下降。

‘尤金’施有機肥處理(O、OP1)的葉片SPAD值顯著高于單施無機肥處理(P1、P2、P3)(P＜0.05)，單施無機肥處理的葉片SPAD 值之間差異均不顯著。‘克新23 號’施用有機肥處理的葉片SPAD 值雖然也高于僅施用無機肥的處理，但差異不顯著。

2.3 有機肥和無機肥對馬鈴薯根系發育的影響

如圖1A 所示，塊莖形成期‘尤金’單施或配施無機磷肥處理的根長均高于單施有機肥處理(O)，但僅P2 處理與O 處理差異顯著(P＜0.05)。‘尤金’單施無機肥處理的根長則隨著施磷量的增加先增加后減小，其中P2 處理的根長較P1 處理增加9.24%；而‘克新23 號’單施無機肥處理的根長隨著施磷量的增加持續增加，其中P3 處理較P1 處理的根長增加17.66%(P＜0.05)。

表4 有機肥和無機肥對馬鈴薯葉面積指數、比葉重及SPAD 值的影響

從圖1B 可以看到，兩個品種單施無機肥處理(P1、P2、P3)的根冠比均高于單施有機肥處理(O)，且隨著施磷量的增加根冠比均先增加后降低，其中‘尤金’P2 處理的根冠比顯著高于施用有機肥的O和OP1 處理(P＜0.05)，而‘克新23 號’所有處理的根冠比差異均不顯著。

2.4 有機肥和無機肥對馬鈴薯干物質積累的影響

干物質積累量是評估植株生長發育狀況的重要指標。如圖2A 所示，‘尤金’單施無機肥處理(P1、P2、P3)的全株干物質積累量曲線呈“S”型變化，而施有機肥處理(O、OP1)的全株干物質積累量曲線呈指數變化。而圖2D 顯示，‘克新23 號’所有處理中OP1 和P3 處理全株干物質積累量曲線明顯呈“S”型變化，而其他處理的全株干物質積累量曲線呈線性變化。

從圖2B、2C 可見，‘尤金’單施無機肥處理(P1、P2、P3)的地上莖葉干物質積累量隨出苗后天數的增加先增后減，在苗后46 d 達到峰值，塊莖干物質積累量在苗后46 d 之前增加較快，之后增長速率則開始降低；施有機肥處理(O、OP1)的地上莖葉干物質積累量隨出苗后天數的增加持續增加，塊莖干物質積累量在苗后30 d 至收獲期始終維持穩定的增長速率，可能是施用有機肥延長了‘尤金’地上莖葉的功能期，推遲了塊莖膨大期塊莖干物質的積累，但促進了淀粉積累期塊莖的干物質積累。從圖2E、2F 可見，‘克新23 號’P3 處理的地上莖葉干物質積累量在各時期雖然不是最高，但其塊莖干物質積累量在各時期均最高，而施用有機肥的兩個處理與單獨施用無機肥的P1 和P2 處理間沒有顯著差異。

圖1 有機肥和無機肥對馬鈴薯根長及根冠比的影響

圖2 有機肥和無機肥對馬鈴薯干物質積累的影響

2.5 有機肥和無機肥對馬鈴薯塊莖產量的影響

如表5 所示，‘尤金’單施無機肥處理的單株結薯數均高于施有機肥處理，但施有機肥處理的平均薯重更大。P2 處理的平均薯重處于較高水平，且單株結薯數最多，產量顯著高于其他處理(P＜0.05)。養分用量相近的OP1 和P2 處理，雖然平均薯重相近，但前者單株結薯數顯著減少，導致產量OP1 較P2 處理降低11.35%(P＜0.05)；單施有機肥處理(O)的單株結薯數雖然較少，但其平均薯重最高，因而也獲得了較高的產量。

與‘尤金’不同，‘克新23 號’除P3 處理外，其他處理的單株結薯數和平均薯重均差異不顯著。P3處理的平均薯重雖然與其他處理相近，但是因單株結薯數顯著高于其他處理(P＜0.05)，最終獲得最高產量。養分用量相近的OP1 和P2 處理，前者單株結薯數和平均薯重均低于后者，導致OP1 產量也低于P2處理，但差異不顯著。

兩個品種P1 處理的總產量及商品薯產量均為最低，最高產量均為單施無機肥處理，‘尤金’在施用P2O590 kg/hm2時達到最高產量，而‘克新23 號’是在施用P2O5135 kg/hm2時達到最高產量。

表5 有機肥和無機肥對馬鈴薯產量構成因子的影響

3 結論

1)施有機肥和無機(磷)肥均能促進兩個品種地上部莖葉的生長發育，有機肥還延長了‘尤金’莖葉的功能期而顯著提高‘尤金’的平均薯重(P＜0.05)。而施無機(磷)肥能促進‘尤金’和‘克新23 號’根系生長和塊莖干物質積累，增加單株結薯數。

2)兩個品種最高產量均為單施無機肥處理，但因為兩個品種對磷的需求量不同，‘尤金’最高產量出現在P2O5用量90 kg/hm2，‘克新23 號’最高產量則出現在P2O5用量135 kg/hm2。在本試驗條件下，兩品種全部和部分有機替代的產量均處于中等水平。