马铃薯氮素管理策略

秦永林 樊明寿

（内蒙古农业大学农学院，内蒙古呼和浩特 010019）

马铃薯（Solanum tuberosumL.）在我国农业生产以及粮食安全中占有重要战略地位，其生产目标是高产、优质、高效和环境友好。其中高效包括经济效益高、资源利用效率高两个方面。因此，合理的马铃薯养分管理策略应是满足不同生长发育阶段的营养需求与资源环境的和谐统一。欧美等发达国家提出并实行的最佳养分资源管理（BMPs）策略（王方浩 等，2008），以保护环境为主要目标，着力降低环境污染，避免不必要的资源浪费，以实现高产高效，与我国马铃薯生产目标一致。因此，有必要认真分析我国马铃薯生产中养分管理存在的问题，借鉴发达国家的经验，有针对性地开展马铃薯养分管理的研究和应用。氮素是众多养分中最为活跃的因子，马铃薯对氮素的需求量也较大，为此，本文结合近几年氮素管理的研究进展以及马铃薯生产的特点，分析讨论了马铃薯氮素管理的策略。

1 马铃薯氮肥利用现状

肥料利用率是衡量肥料施用是否合理的一项重要指标。朱兆良和文启孝（1992）总结了782个田间试验得出，我国小麦、水稻和玉米对氮肥的利用率在28%～41%之间。张福锁等（2008）总结了近年来在全国粮食主产区进行的 1 333个田间试验结果表明，水稻、小麦和玉米的氮肥利用率分别为28.3%、28.2%和26.1%。笔者总结近几年国内发表的关于马铃薯当季氮肥利用率的数据结果表明，多数田间试验由于受土壤、水分、气候等多种因素的影响，马铃薯的氮肥利用率在4.45%～55.59%之间，平均值为32.16%，略高于水稻、小麦和玉米，但与发达国家50%～60%的氮肥利用率相比，相差甚远（张维理 等，1998）。同时也可以看出挖掘我国马铃薯氮肥利用率的潜力，提高马铃薯的氮肥利用率还有很多工作要做。

2 马铃薯氮素管理思路

2.1 了解马铃薯氮素需求规律

了解马铃薯的氮素需求规律是做好氮肥管理的基本前提。一般而言，马铃薯全生育过程分为6个时期（门福义和刘梦芸，1995）：芽条生长期、幼苗期、块茎形成期、块茎膨大期、淀粉积累期、成熟期。马铃薯一生中均需氮素的不断供应，每个生育时期因马铃薯的生长特征而表现出对氮素需求量和强度的不同，马铃薯对氮素的吸收速率在整个生育期间呈单峰曲线变化（刘克礼 等，2003）。出苗阶段的营养供应主要来自于块茎贮存的营养，该时期马铃薯对氮素的需求量较低；块茎形成期和块茎膨大期是对水肥最为敏感的时期，同时也是氮素养分吸收数量最大和速率最快的关键时期；淀粉积累期茎叶开始衰老，同化产物不断运转到块茎，该时期马铃薯对氮素的吸收量降低；成熟期马铃薯对氮素的吸收量降到了更低的水平。由于品种和种植模式的多样性、自然条件和气候类型的复杂性，马铃薯生长发育速度和养分需求量不可能一成不变，整个生育期以及某一具体生育阶段的氮素需求量很难用一个数字准确描述。因此，尽管马铃薯养分吸收规律基本被认识，但在特定生态条件以及特定栽培模式下，其具体的氮素营养规律仍然需要细致研究。如，近年来膜下滴灌马铃薯栽培技术在我国北方一作区开始推广，然而氮肥管理却与之不相配套，原因之一就是对膜下滴灌马铃薯的氮素营养规律缺乏新的认识。

2.2 明确马铃薯农田氮素走向

同其他作物生产体系相同，马铃薯田速效氮的输入有几种形式：施肥和灌溉水的带入、农田土壤矿化、大气的干湿沉降、固氮细菌的直接固氮，其中氮肥的施入是氮素的主要输入部分。施入土壤中的氮肥主要有3种去向：被当季作物吸收利用、在土壤中以固定或无机形态残留、通过各种途径损失到大气或水体中（朱兆良，2000）。提高作物的氮吸收比例，意味着减少了氮肥在土壤中的残留量和通过各种途径的损失量。明确马铃薯农田氮素的走向是做好氮肥用量推荐的关键，然而，目前还缺乏不同地区以及不同种植模式下氮素各种损失的比例等一些基础数据，同时对我国马铃薯的氮肥当季利用率也缺乏详细的了解，这使得氮肥管理存在一定的盲目性。

对环境养分中氮素的监测可以评价氮素对环境的影响程度以及量化氮素在环境中循环的流向。从技术层面看，对氮素检测的手段和方法较为丰富，包括大气氮素干湿沉降、反硝化、土壤硝态氮的淋洗、氨挥发测定等。其中，大气氮素干湿沉降测定技术有普通雨量器收集法、推算法、湿沉降自动收集仪法、生物检测法、土壤无肥区估计法等；反硝化测定技术有N15法、乙炔抑制法等；氮素的淋洗测定技术有质量平衡法、渗漏计测定法、土壤溶液提取器结合张力计法等；氨挥发测定技术有箱法、微气象法、标准参比法等（张福锁 等，2010）。但是目前还未见关于马铃薯田氮素监测的报道。

2.3 选择适宜栽培措施

不同的土壤类型其保水与保肥能力差异较大，不同的降水、温度等气候特点对土壤硝酸盐淋洗、氨挥发、硝化、反硝化等氮素转化和运移过程影响明显不同，因此，要提高马铃薯的氮肥利用效率，必须因地制宜地选择适合当地气候特点以及土壤类型的栽培模式。长期以来，各地均形成了特有的种植模式，如降雨量较大的地区，种植马铃薯多采用高垄栽培，不仅可以保证排水通畅、根际通气良好，进而保证块茎的生长发育，而且显著减少反硝化引起的氮素损失。另外，由于各地自然条件、生活习惯的差异，种植制度不尽相同。间套作、轮作技术不但可以提高耕地的复种指数，通过增加农田生物多样性，作物的合理搭配，充分利用光照、热量、水分、空气、土地资源，减少病虫害，大幅度增加作物产量，而且可以提高肥料利用率，减轻环境压力。曹国璠等（2003）报道，马铃薯套玉米间作胡萝卜、套玉米间作秋大白菜等都有较高的产投比。然而，针对不同生态条件所进行的种植模式与种植制度的研究还不够。例如，马铃薯是典型的浅根系作物，如何通过水肥调控挖掘浅根系的纵向生长，扩大根系吸收水分、养分的面积，以及与深根系作物合理间套作以提高整个种植体系的氮肥利用率都值得研究。

3 合理的马铃薯氮素管理策略

3.1 把握氮肥总量控制与分期调控

张福锁等（2010）针对当前我国大部分地区作物生产氮肥施用过量的情况，提出的氮肥总量控制与分期调控技术，可将区域主要作物的氮肥用量控制在合理的范围，保证作物产量，保护环境，提高氮肥利用效率。氮肥的总量控制是使氮肥施用总量控制到与马铃薯吸收带走的氮素相当，土壤和环境氮素供应达到动态平衡。在一定土壤条件、气候条件和空间范围内，由于土壤有机氮矿化，农田土壤潜在氮素供应水平在较长时间段内相对稳定。对于前茬土壤氮素残留较少的区域，可以利用现有的田间试验并通过肥料效应函数求得最佳产量的施氮量，也可以将多年多点的最佳产量施氮量平均，获得一定区域的马铃薯平均施氮量。

氮肥的分期调控是把握不同生育期的氮肥用量，根据气候条件、当地农事操作习惯、马铃薯长势和土壤、植株测试结果对氮肥基施、追施用量进行调整，达到土壤养分供应与马铃薯吸收利用在数量上匹配、时间上一致、空间上耦合。马铃薯氮肥分期调控的具体实现需要对不同生育时期的氮素状况诊断监测，通过研究建立临界值或临界函数，从而对氮肥施用量进行微调。

3.2 实施关键生育期氮素精确诊断监测

3.2.1 根层土壤氮素监测 土壤氮素供应在整个作物养分吸收中起重要的作用，在作物旺盛生长期前和旺盛生长期内，取一定土层深度的土壤样品测定无机氮（Nmin），从而给出合理的氮肥推荐施用量。目前，欧美等国家广泛采用土壤剖面无机氮作为推荐施肥的诊断指标（Greenwood，1986）。但该技术仅考虑土壤的养分供应状况，而没有考虑作物自身的营养状况，在应用中受不同田块产量水平差异和有机质在作物生长期间矿化差异的影响；另一方面，该分析技术繁琐，时效性较差。由于我国农民种植马铃薯多有施用有机肥的习惯，因此采用测定土壤Nmin来指导施肥具有较大的误差。一般而言，该方法的适用条件是田间土壤变异不大，有较少的土壤氮素淋溶损失，适用于深根系作物。但是对于浅根系作物马铃薯而言，维持根层土壤氮素供应在一个合适的水平至关重要，过高的氮素供应会明显增加环境风险损失，而过低则会导致减产，因此在马铃薯的氮素实时管理中土壤无机氮含量同样也是一个非常重要的参考指标。

3.2.2 植株氮素监测 作物体内的养分状况可以直接反映作物的营养状况，因此常作为推荐施肥的指标。植物组织分析诊断法通常包括植株全氮含量、组织汁液含量、叶片叶绿素含量测试、植株硝酸盐快速诊断（包括二苯胺法和反射仪法）。这些方法需要样品采集、处理、分析测试、数据处理等一系列过程，耗费大量人力、物力，相对时效性差。随着测定与相关技术的发展，在作物氮素诊断上发展了一些无损氮素诊断技术方法，如基于氮素状况与叶色的相关性提出了肥料窗口法、叶色卡诊断法、叶绿素仪（SPAD）法、遥感技术等。其中遥感技术包括可见光遥感的数码相机应用，多光谱遥感的SpectroSense2、GreenSeeker等仪器的发明与应用。各种诊断技术以及相关氮素监测仪器的发展都将作物氮素的实时实地氮肥管理一步步推向精确化。基于不同诊断方法和仪器的优缺点，结合我国马铃薯生产的特点，无损伤的 SPAD叶绿素测定和叶柄硝酸盐反射仪测定在马铃薯氮素营养诊断中具有较大的推广可能性或潜力（陈杨 等，2009）。马铃薯氮素诊断的最终目的就是要确定叶片 SPAD值或叶柄硝酸盐浓度的临界值，再通过施肥模型确定实时的追施氮肥数量。该技术在玉米和小麦等作物上的研究较为细致和成熟（李志宏等，1997；陈新平 等，1999）。但在马铃薯上的研究和应用较少，特别是缺乏系统的建立适合我国不同马铃薯优势产区的氮素营养诊断指标体系。

3.2.3 区域农田精准养分监测 20世纪 90年代，现代空间信息技术与农艺技术相结合而产生了精准农业。根据每一操作单元的具体情况，精细准确地确定田间物资投入量并进行田间管理，将传统的高耗、低效型的生产结构方式转变为低耗、高效的生产结构方式，节约了大量的物质资源，同时保护了生态环境（扈立家和李天来，2005）。精准农业技术按实施过程可划分为4个部分：农田信息获取、农田信息管理、决策分析、决策的田间实施（Zhao & Xue，2005）。农田信息一般通过传统采样法、GPS（全球定位系统）采样和通过遥感方式获取。GPS采样的精度目前可达亚米级和厘米级，亚米级可用于采样，厘米级适于播种、施肥，但厘米级精度GPS价格较为昂贵。通过遥感的方式获取农田信息较前两种方式更为快速，且获取的数据是连续性数据，而不是点数据，具有更大的优势，逐渐成为精准农业获取信息的主要手段。GIS（地理信息系统）主要是对获取的土壤和作物等信息进行加工、分析和整理，建立农田管理信息系统，在此基础上采取分区平衡施肥（黄绍文 等，2002，2003；李玉影 等，2005）。

由于马铃薯在部分地区采取集约化种植，为马铃薯生产的养分管理智能化提供了广泛的空间。应用信息技术和网络技术，集成马铃薯高产、高效、优质和环保的养分资源管理技术体系（包括区域马铃薯精准氮素监测信息获取），应成为重要的研究方向。

3.3 采用合理的施肥方式

由于铵态氮易挥发，所以氮肥深施成为提高作物氮肥利用率技术中效果较好且较稳定的一种措施，尤其对旱作农业更为重要。有试验结果表明，深施碳铵或尿素增产效果比表施高2.7%～11.6%，提高氮肥利用率 7.2%～12.8%（高凤菊和吕金岭，2006；黄庆裕和蒲才潮，2006）。氮肥的深施技术在小麦、玉米、水稻上研究的已经有很多，但在马铃薯上几乎没有报道，开展马铃薯的氮肥深施技术研究对于我国西北旱作马铃薯生产具有重要意义。

众所周知，过量灌溉不仅造成水资源的浪费，而且极易引起硝态氮的淋洗，污染地下水，同时也使氮肥利用率显著降低，因此各种节水技术正在广泛应用。如在内蒙古等北方地区，滴灌马铃薯栽培技术已开始推广，节水效果突显，但节肥潜力还没有充分挖掘，马铃薯滴灌模式下的水肥一体化技术值得深入研究。

3.4 研发适合马铃薯的新型氮素缓/控释肥料

缓/控释肥料是采用各种机制对常规肥料水溶性进行控制，通过对肥料本身进行改性，有效地延缓或控制肥料养分的释放，使肥料养分释放时间和强度与作物养分吸收规律相吻合（何绪生 等，1998）。它在一定程度上实现了养分供应和植物吸收的平衡和协调，降低了施肥量，减少了化肥损失，减轻了施肥对环境的污染，同时可以降低多次施用速效肥带来的劳力成本。因此，针对马铃薯氮素吸收规律，研制养分释放时间、强度与需求相吻合的马铃薯缓/控释氮肥并应用已势在必行，这将会给马铃薯养分管理带来极大的便利，氮肥利用效率也必将大幅提高。

4 小结

马铃薯的氮素管理应从养分管理和施肥技术入手，真正要做到科学合理利用氮素肥料，实现马铃薯生产的高产、优质、高效和环境友好，还需要进一步的努力。随着马铃薯产业的发展、氮素营养生理的深入理解与测试技术的进步，未来马铃薯氮素的综合管理呈现新的趋势。① 适合马铃薯生产的新型氮素肥料的研制。研制高性能、低成本包膜材料和高效缓/控释马铃薯专用肥料，突破有机和有机、无机复合肥生产关键技术问题；加紧新型液体肥料生产关键技术的研究；制定新型氮素肥料的质量标准和环境评价标准。② 全国马铃薯养分资源高效利用信息化管理系统和监测平台的搭建和完善。将集成和提升的马铃薯高产、高效、优质和环保的养分资源管理技术体系应用信息技术和网络技术广泛推广并应用；构建不同区域马铃薯科学施肥决策管理系统和环境评估预警监测平台，实现全国和区域范围内肥料资源在马铃薯生产中合理的配置与高效利用。③ 马铃薯氮肥管理的智能化。我国马铃薯优势产区播种面积的集中化，促进了马铃薯生产进一步规模化、机械化和集约化，这就为马铃薯生产的氮素实时监控结合现代计算机的智能管理应用提供了广泛空间。

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