不同種植密度下有機肥替代氮肥對隴中旱作區馬鈴薯的影響

摘要：為了掌握隴中旱作區不同有機肥替代氮肥量和種植密度組合對馬鈴薯農藝性狀及產量的影響，在等養分替代條件下，以隴薯7號為指示品種，研究了3個施肥水平（常規施氮、有機肥替代氮肥20%、有機肥替代氮肥40%）與3種種植密度（5.25萬、6.00萬、6.75萬株/hm2）組合對馬鈴薯生長的影響。結果表明，不同有機肥替代氮肥量和種植密度組合對馬鈴薯農藝性狀、產量及商品薯率有一定的影響；相同替氮量水平下，馬鈴薯產量及商品薯率隨著種植密度的增加均呈先增后減的趨勢；相同種植密度下，有機肥替代氮肥20%不僅改善了馬鈴薯農藝性狀，還提高了馬鈴薯產量構成因素和產量。以有機肥替代氮肥20%（施N 216 kg/hm2、有機肥2 700 kg/hm2）、 種植密度為6.00萬株/hm2組合處理的馬鈴薯折合產量最高，為28 333.3 kg/hm2，較對照常規施氮（施N 270 kg/hm2）， 種植密度為5.25萬株/hm2增產12.79%；商品薯率也最高，為79.8%，較對照增加10.1個百分點。綜合考慮認為，有機肥替代氮肥20%（施N 216 kg/hm2、有機肥2 700 kg/hm2）+種植密度6.00萬株/hm2的組合處理為隴中旱作區馬鈴薯生產的最佳肥密組合。

關鍵詞：有機肥替代氮肥； 種植密度；馬鈴薯；農藝性狀；產量；隴中旱作區

中圖分類號：S532；S147.2 文獻標志碼：A 文章編號：2097-2172（2024）12-1124-06

doi：10.3969/j.issn.2097-2172.2024.12.009

Effects of Organic Fertilizer ReplacingChemical Nitrogen Fertilizer under Different Planting Densities on Potatoes in the Arid

Farming Area of Central Gansu

WANG Yousheng 1， LEI yanhong 2， YONGshanyu 1， LI Xiaowen 1

（Agricultural Technical and Popularization Center in Dingxi City of Gansu，Dingxi，Gansu 743000；

（1. Dingxi Agricultural Technical and Popularization Centre， Dingxi Gansu 743000， China; 2. Anding District Service Centre

for Agricultural Technology Extension， Dingxi， Dingxi Gansu 743000， China）

Abstract： To understand the effect of different combinations of organic fertilizer replacing nitrogen fertilizer and planting densities on the agronomic characters and yield of potatoes in the arid farming area of Central Gansu， a study was conducted using Longshu 7 as the experimental variety. Three fertilization levels （conventional nitrogen fertilization， organic fertilizer replacing 20% of nitrogen fertilizer， and organic fertilizer replacing 40% of nitrogen fertilizer） combined with three planting densities （52，500 plants/ha， 60，000 plants/ha， and 67，500 plants/ha） wereset up in this study to evaluate their effects on potato growth. The results showed that different combinations of organic fertilizer substitution and planting densities had significant impact on agronomic characters， yield， and marketable tuber rate. Under the same nitrogen replacement level， both potato yield and marketable tuber rate increased and then decreased with the increase in planting density. Under the same planting density， replacing 20% of nitrogen fertilizer with organic fertilizer not only improved agronomic characters but also enhanced the yield components and yield. The highest average yield of 28，333.3 kg/ha was obtained from the combination of 20% organic fertilizer substitution（N 216 kg/ha + 2700 kg/ha of organic fertilizer） and a planting density of 60，000 plants/ha， which was 12.79% higher than that in the conventional nitrogen fertilization treatment （N 270 kg/ha） with a density of 52，500 plants/ha. The marketable tuber rate was also the highest at 79.8%， which was 10.1 percentage points higher than that of the conventional nitrogen treatment. Based on the comprehensive analysis， the optimal combination for potato production in the arid farming area of Central Gansu is 20% organic fertilizer substitution （N 216 kg/ha + 2700 kg/ha organic fertilizer） with a planting density of 60，000 plants/ha.

Key words： Organic fertilizer replacing chemical nitrogen fertilizer; Planting density; Potato; Agronomic character; Yield; Arid farming area of central Gansu

馬鈴薯在甘肅省栽培歷史悠久，是甘肅省的地理標志產品，以品質優良享譽國內外［1 ］。定西市馬鈴薯播種面積穩定在20萬hm2左右，總產達500萬t左右，在全市農業生產中占有舉足輕重的地位［2 ］。隨著馬鈴薯主糧化戰略的提出，馬鈴薯產業迎來了前所未有的機遇和挑戰，它將成為推動經濟發展的致富產業。但是馬鈴薯的集約化生產導致馬鈴薯主產區連作現象日趨嚴重［3 ］，加之為了追求高產所導致的無機肥施用過量、土壤養分失衡及養分利用率低、種植成本偏高等問題［4 ］，嚴重制約著定西市馬鈴薯綠色生產及產業可持續發展。

隨著農業供給側結構性改革和綠色發展理念的不斷深入，減少不合理化肥的投入、調整優化施肥方式勢在必行。多數研究表明，有機肥替代部分化肥是實現農業可綠色持續發展的有效途徑之一，通過輪作倒茬、增施有機肥能顯著提高作物對土壤水分及養分的利用率進而提高作物產量［5 - 7 ］。種植密度是實現作物高產的重要栽培因素［8 ］，適宜的種植密度能促進個體與整體協調生長，為群體提供足夠生物量，實現高產。同一地區馬鈴薯生產受施肥量、品種和栽培措施等因素的影響［9 ］，種植密度合理、肥料供應充足，就能促進作物葉片進行光合作用和干物質積累，對馬鈴薯產量形成具有重要作用［10 ］。馬鈴薯塊莖大小、產量和密度呈拋物線變化關系［9 ］，如何平衡施肥量及種植密度之間關系，提高氮、磷、鉀肥及鋅肥的養分利用率及產量，是助推定西馬鈴薯產業高質量發展的重要措施［11 - 12 ］。通過適當增施有機肥并結合適宜的種植密度可實現馬鈴薯增產穩產目標，該方法簡單可行且能提高耕地質量［10 ］。因此，我們結合當前定西馬鈴薯生產實際，在定西旱作區探究了不同種植密度下施用有機肥替代氮肥對馬鈴薯農藝性狀和產量構成及產量的影響，以期為定西旱作區馬鈴薯種植密度與有機肥替代氮肥的合理搭配提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗于2022年在定西市安定區團結鎮唐家堡村的旱作梯田地（東經104° 36′ 38″、北緯35° 32′16″）進行，該區域屬于典型的旱作農業區，平均海拔1 934 m，有效積溫2 300 ℃，無霜期141 d，年均氣溫6.3 ℃，年均降水量420 mm。試驗區當年馬鈴薯生育期降水量為149.7 mm。試驗地為地勢平坦的梯田地，土壤通透性好、肥力中等，土壤類型為黑麻土，耕層（0～20 cm）土壤含有機質12.30 g/kg、全氮0.89 g/kg、有效磷24.8 mg/kg、速效鉀209.00 g/kg，pH 8.2。前茬作物為小麥。前茬作物收獲后結合整地基施農家肥30 000 kg/hm2。

1.2 供試材料

指示馬鈴薯品種為隴薯7號，由定西市綠地馬鈴薯農民專業合作社提供。供試氮肥為尿素（含N 46%，甘肅劉化集團有限責任公司生產），磷肥為普通過磷酸鈣（含P2O5≥16%，云南興昆化工有限公司生產），鉀肥為硫酸鉀（含K2O 52%，國投新疆羅布泊鉀鹽有限責任公司生產），商品有機肥（含N 2.0%、有機質≥45%，甘肅正通有機肥有限公司生產）。鋅肥用硫酸鋅（ZnSO4·7H2O≥99%、含Zn 22.4%，天津市凱信化學工業有限公司生產）。

1.3 試驗方法

試驗采用二因素三水平設計，設種植密度和施肥量2個因素，其中施肥量設3個水平，分別為常規施氮（F1）、有機肥替代氮肥20%（F2）、有機肥替代氮肥40%（F3）；種植密度設3個水平，分別為5.25萬（M1）、6.00萬（M2）、6.75萬株/hm2（M3）。試驗共9個處理，分別為F1M1處理（CK），常規施氮（施N 270 kg/hm2），種植密度為5.25萬株/hm2；F2M1處理，有機肥替代氮肥20%（施N 216 kg/hm2、有機肥2 700 kg/hm2），種植密度為5.25萬株/hm2；F3M1處理，有機肥替代氮肥40%（施N 162 kg/hm2、有機肥5 400 kg/hm2），種植密度為5.25萬株/hm2；F1M2處理，常規施氮（施N 270 kg/hm2）， 種植密度為6.00萬株/hm2；F2M2處理，有機肥替代氮肥20%（施N 216 kg/hm2、有機肥2 700 kg/hm2）， 種植密度為6.00萬株/hm2；F3M2處理，有機肥替代氮肥40%（施N 162 kg/hm2、有機肥5 400 kg/hm2），種植密度為6.00萬株/hm2；F1M3處理，常規施氮（施N 270 kg/hm2），種植密度為6.75萬株/hm2；F2M3處理，有機肥替代氮肥20%（施N 216 kg/hm2、有機肥2 700 kg/hm2）， 種植密度為6.75萬株/hm2；F3M3處理，有機肥替代氮肥40%（施N 162 kg/hm2、有機肥5 400 kg/hm2），種植密度為6.75萬株/hm2。各處理均施普通過磷酸鈣1 500 kg/hm2、硫酸鉀150 kg/hm2，且各處理純養分施用量均相同。試驗隨機區組排列，3次重復，小區面積33.0 m2（3.3 m×10.0 m），小區間距30 cm，試驗區四周設寬50 cm的保護行。試驗采用黑膜壟上微溝種植，壟寬75 cm，壟溝寬45 cm。播前統一施磷、鉀肥后旋耕，覆膜前按試驗設計將氮肥及有機肥開溝施于溝內，開溝深度為15 cm。播種前挑選出無病爛的健康種薯，用1 g/kg的高錳酸鉀溶液將切刀消毒后把種薯切成重約30 g的薯塊，每個薯塊帶1～2個芽眼。薯塊切好后用50%甲霜靈可濕性粉劑按種薯質量的0.3%加少量水噴灑后晾干。試驗于4月26日按試驗設計用馬鈴薯專用點播器在壟兩側人工點播，10月1日收獲。在馬鈴薯現蕾期用濃度為2 g/kg的ZnSO4·7H2O溶液每隔10 d噴施1次，連噴3次。其余田間管理措施同大田。

1.4 測定指標

在馬鈴薯盛花期每小區選取5株測定各處理馬鈴薯株高（地上莖基部到生長點的距離）、主莖數、莖粗（近基部最粗處的直徑）、葉面積（采用長寬法測定，每株葉片的長度和最大寬度后計算出葉面積）、葉面積指數等指標。馬鈴薯成熟后每小區隨機挖取10株，測定單株結薯數、單株薯重。收獲時按小區單收計產，并按薯塊大小進行分級（50 g以下的為小薯，50 g以上的為大中薯）后計算商品薯率。

葉面積=葉長×葉寬×0.75

葉面積指數=單位土地上的總葉面積/單位土地

商品薯率= （大中薯鮮重/薯塊總鮮重）×100%

1.5 數據分析

采用Excel軟件對試驗數據進行統計整理，利用SPSS 19.0軟件進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 不同處理對馬鈴薯農藝性狀的影響

不同有機肥替代氮肥水平對不同密度下馬鈴薯的株高、主莖數、莖粗和葉面積指數等農藝性狀均有一定的影響（表1）。株高以F2M2處理最高，為65.8 cm，較F1M1處理（CK）高3.7 cm；F2M3處理次之，為65.5 cm，較F1M1處理（CK）高3.4 cm；F2M2處理、F2M3處理除與F3M1處理、F3M2處理差異顯著（P ＜ 0.05），與其他處理均差異不顯著（P > 0.05）。主莖數以F2M1處理最高，較F1M1（CK）增加6.54%；F2M2處理較高，較F1M1（CK）增加5.00%，且二者均與F3M3處理差異顯著（P ＜ 0.05），與其他處理差異不顯著（P > 0.05）。莖粗以F2M2處理最高，較處理F1M1（CK）增加8.13%；F2M1處理較高，較處理F1M1（CK）增加3.25%，且二者均與處理F3M3差異顯著（P ＜ 0.05），與其他處理均差異不顯著（P > 0.05）。葉面積指數在施肥量相同的條件下隨著種植密度的增大而增加，處理F3M1葉面積指數最低，為3.40；處理F3M2最高，為4.10；處理F2M2、處理F3M1相對較高，分別為4.03、4.07。在相同種植密度下，以處理F2M2、處理F2M3的葉面積指數最高，分別為4.03、4.10，分別較F1M1（CK）增加9.81%和11.72%，但與同種植密度的其他處理均差異不顯著（P > 0.05）。

2.2 不同處理對馬鈴薯產量構成因素的影響

不同有機肥替代化肥和種植密度組合對馬鈴薯單株結薯數、大中薯個數、薯重、大中薯重等產量構成因素的影響差異較大（表2）。在低中種植密度下，施肥水平為F2時的單株結薯數、大中薯個數、薯重和大中薯重均高于F1水平和F3水平，但各處理間差異均未達到顯著水平；在高種植密度下，施肥水平為F1、F2時的單株結薯數、大中薯個數、薯重、大中薯重均高于F3水平，但各處理間差異也均未達到顯著水平。在施肥水平為F1的條件下，中低種植密度的單株薯重、大中薯重與高種植密度差異顯著；在施肥水平為F2的條件下，低種植密度（M1）的單株結薯數（7.7個）、大中薯個數（4.4個）、薯重（489.7 g）、大中薯重（360.1 g）均與中等種植密度（M2）差異不顯著，與高種植密度（M3）差異顯著，這就說明在試驗區相同肥力下，當種植密度為5.25萬株/hm2和6.00萬株/hm2時能夠有效促進馬鈴薯塊莖形成和膨大，適宜馬鈴薯生長。當有機肥替代40%氮肥時，高中低種植密度下各處理的馬鈴薯產量構成因素較常規施肥和有機肥替代20%氮肥均有所下降，但各種植密度之間差異不顯著。在高種植密度（M3）下，有機肥替代40%氮肥的單株結薯數（6.4個）、大中薯個數（3.8個）、薯重（375.4 g）、大中薯重（213.1 g）均最低。在F1、F2、F3三種肥力水平下，隨種植密度的增大，單株結薯數、單株薯重均呈減少趨勢，單株大中薯個數呈先增后減趨勢。在相同的種植密度下，施肥水平為F1、F2時的單株結薯數、薯重、大中薯個數、大中薯重的指標值也相對較大，但F1施肥水平和F2施肥水平間差異不顯著，整體看來以有機肥替代20%氮肥的施肥水平表現更優。

2.3 不同處理對馬鈴薯產量及商品薯率的影響

從表3可以看出，在相同施肥量下，馬鈴薯的折合產量、商品薯率隨著種植密度的增加均呈先增后減的趨勢，3種施肥水平都呈現出M2 密度時馬鈴薯折合產量最高，分別為27 000.0、28 333.3、26 515.2 kg/hm2，商品薯率也均最高，分別為75.9%、79.8%、68.7%。在相同種植密度下，以F2施肥水平下的馬鈴薯折合產量最高，分別為26 151.5、28 333.3、26 515.2 kg/hm2，在種植密度M1、M2、M3條件下較F1施肥水平分別提高4.10%、4.94%、2.82%；而F3施肥水平的馬鈴薯產量則較F1施肥水平分別減少6.03%、1.80%、9.99%，但各處理間均不存在差異顯著性。各處理以處理F2M2的馬鈴薯折合產量最高，為28 333.3 kg/hm2；商品薯率最高，為79.8%，由此可見，在相同種植密度下，F2施肥水平與F1施肥水平差異不顯著，但與F3施肥水平差異顯著。在F1施肥水平下，種植密度M1、M2、M3的各處理間差異均不顯著；在F2、F3施肥水平下，種植密度M2與種植密度M1、M3均差異顯著。在相同種植密度下，不同施肥水平之間商品薯率差異均不顯著；在F1、F3施肥水平下，種植密度M1、M2均與種植密度M3差異顯著；在F2施肥水平下，種植密度M2與種植密度M1差異不顯著，與種植密度M3差異顯著，種植密度M1與種植密度M3差異不顯著。綜合考慮認為，有機肥替代20%氮肥（施N 216 kg/hm2、有機肥2 700 kg/hm2）+種植密度6.00萬株/hm2的組合處理是隴中旱作區提高馬鈴薯產量的最佳肥密組合。

3 討論與結論

許多研究表明不同有機肥替代部分化肥能增加作物的地上生物量、提高作物產量和品質［13 - 15 ］，是實現農業可綠色持續發展的有效途徑之一。本研究發現，在相同種植密度下，有機肥替代氮肥20%（施N 216 kg/hm2、有機肥2 700 kg/hm2）時，馬鈴薯的株高、主莖數、莖粗、葉面積指數等農藝性狀較常規施氮（施N 270 kg/hm2）、有機肥替代氮肥40%（施N 162 kg/hm2、有機肥5 400 kg/hm2）均有所增加，這與何浩等［16 ］的研究結果相似，說明有機肥替代氮肥20%能夠提供充足的養分以供馬鈴薯生長；當有機肥替代氮肥40%時，馬鈴薯的主莖數和莖粗均較常規施氮（施N 270 kg/hm2）有所下降，這可能與有機肥中的氮肥肥效釋放較慢有關。在有機肥替代氮肥量相同的條件下，馬鈴薯的葉面積指數隨著種植密度增大而增加，但中高密度下有機肥替代氮肥后各處理間的差異均不顯著，說明有機肥替代化肥可以延緩肥效釋放進而延遲葉片衰老、提高植株光合效率［17 ］。

在相同有機肥替代氮肥量下，隨著種植密度的增加，馬鈴薯的單株大中薯個數、單株薯重、單株大中薯重、產量及商品薯率均呈先增后減的趨勢，這與張智芳等［18 ］所得的結論一致。本研究表明，與對照常規施氮（施N 270 kg/hm2）、 種植密度為5.25萬株/hm2相比，以有機肥替代氮肥20%（施N 216 kg/hm2、有機肥2 700 kg/hm2）、 種植密度為6.00萬株/hm2組合處理的馬鈴薯折合產量最高，為28 333.3 kg/hm2，較對照增產12.79%；商品薯率也最高，為79.8%，較對照增加10.1個百分點。在相同種植密度下，有機肥替代氮肥20%（施N 216 kg/hm2、有機肥2 700 kg/hm2）處理不僅改善了馬鈴薯株高、主莖數、莖粗和葉面積指數等農藝性狀，還提高了馬鈴薯產量構成因素和產量，該組合處理的單株結薯數、單株薯重、單株大中薯重、產量和商品薯率均高于有機肥替代氮肥40%（施N 162 kg/hm2、有機肥5 400 kg/hm2），這說明適當比例替氮有利于提高作物產量，與王家寶等［19 ］在小麥的研究結果相似。有研究報道指出在適量施肥量下種植密度較低時，雖然作物通風透光良好可提高單株的農藝性狀，但會由于群體數量偏低而造成減產［20 - 24 ］。因此，針對不同馬鈴薯品種采取有機肥替代氮肥后應確定其最佳種植密度，以充分發揮單株與群體產量作用才能挖掘出馬鈴薯的生產潛力。

綜合考慮認為，在本試驗條件下，有機肥替代氮肥20%（施N 216 kg/hm2、有機肥2 700 kg/hm2）+種植密度6.00萬株/hm2的組合處理為隴中旱作區馬鈴薯生產的最佳肥密組合。但對于更多有機肥替代氮肥與種植密度合理搭配以及與施用常規化肥的效益比較等方面未做進一步探討，需在以后的研究中進行深入研究，以期為化肥減量施用提供技術支撐。

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