缓释复混肥料对马铃薯产量、土壤硝态氮含量及氮肥利用率的影响

张 洋，盛海彦，张 荣，胥婷婷，年广兰，田 丰，王春雨，李松龄

(1.青海大学农林科学院，青海 西宁 810016；2.青海大学农牧学院，青海 西宁 810013；3.湟中县农业技术推广中心，青海 西宁 810019)

青海省地处青藏高原，气候温凉，日照充足，昼夜温差大，雨热同季，土壤疏松、透气性良好，非常适合高产、高效种植马铃薯作物，是当地农民赖以生存的传统农作物[1]。该地区马铃薯品质高于国内其它区域，平均产量高出全国7.5 t·hm-2，是全国马铃薯高产地区之一。

该地区马铃薯种植采用全膜覆盖垄作栽培技术，年种植面积达到86.7万hm2。马铃薯春覆膜前肥料一次性施用，春季地膜覆盖后土壤温度上升，降雨使土壤水分含量较高，为土壤微生物生存创造了条件[2-5]。种植马铃薯后，在马铃薯生长中氮素供应不足，且覆膜后无法追肥常造成马铃薯生长中后期脱肥早衰，直接影响马铃薯的生长而造成减产等问题[6-7]。为了获得高产，农民只能通过提高肥料用量来达到这一目标，肥料用量远远超过了世界先进国家水平，但是肥料利用率却很低[8]。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试作物马铃薯，品种为“青薯9号”，由青海省农林科学院生物中心提供。

1.2 试验地基本情况

试验地点位于青海省湟中县李家山镇大路村，土壤类型为沙壤土，海拔2 674 m,全年日照时数长达2 400～2 500 h，无霜期130～140 d。从2016年4月25日至10月25日，试验基地累计蒸发量和累计降雨量分别为810 mm和420 mm。0～100 cm不同土层土壤容重分别为1.30 g·cm-3(0～20 cm)、1.32 g·cm-3(20～40 cm)、1.33 g·cm-3(40～60 cm)、1.35 g·cm-3(60～80 cm)和1.34 g·cm-3(80～100 cm)。试验地基本理化性状见表1。

1.3 试验方法

试验共设8个处理，分别为(1)农民习惯施肥(NXG)；(2)马铃薯专用肥(MZY)；(3)缓释复混肥(HN50)；(4)缓释复混肥(HN70)；(5)缓释复混肥(RZ30)；(6)缓释复混肥(RZ50)；(7)缓释复混肥(HN70)；(8)空白对照(CK)。施肥方案见表2。

表1 试验地基本理化性状

全部肥料作为底肥，一次性铺膜基施。试验采用随机区组排列，每处理重复四次，共32个小区。

肥料品种：尿素(N 46%)；磷酸二铵(N 18%，P2O546%)；硫酸钾(K2O 50%)。马铃薯专用肥(MZY)(16-14-10)，由青海省海宁肥料厂提供；缓释复混肥HN50和HN70(16-14-10，其中脲甲醛缓释N量为4.2)，控释尿素的释放期为90 d，由青海省湟中县海宁合资化肥厂提供；缓释复混肥RZ30、RZ50和RZ70(16-14-10，其中脲甲醛缓释N量为2.9)，控释尿素的释放期为60 d，由青海荣泽肥料厂提供。

小区面积5×5=25(m2)，膜宽1.0 m，垄高25 cm，垄宽80 cm，株距40 cm，播种深度8～10 cm。保苗密度为49 500株·hm-2。2016年4月20日人工种植,10月30日收获。

1.4 测定项目及方法

收获后小区单收。利用常规分析方法[21]测定土壤pH 值、有机质、碱解氮、速效磷、速效钾、全氮、全磷、全钾和土壤容重。土壤硝态氮含量的测定:分别在播期(4月20日)、苗期(5月28日)、团棵期(6月22日)、开花期(7月27日)、结薯期(9月5日)和成熟期(10月25日)，取土壤0～20，20～40，40～60，60～80，80～100 cm土壤，用2 mol·L-1KCl 浸提，流动注射分析仪测定土壤硝态氮含量。土壤硝态氮积累量(kg·hm-2)=土层厚度(cm)×土壤容重(g·cm-3)×土壤硝态氮含量(mg·kg-1)/10；氮素吸收利用率(NUE)=(施氮区作物吸氮量-对照区作物吸氮量)/施氮量×100%。

数据用EXCEL和SPSS 16.0软件进行统计分析。

表2 不同处理施肥方案

2 结果与分析

2.1 不同处理对马铃薯产量的影响

由图1中可以看出，RZ70处理下马铃薯产量均高于其它处理。RZ70处理下，马铃薯产量达到最高，为47 240 kg·hm-2； CK处理下，马铃薯产量最低，为35 025 kg·hm-2。RZ70处理下，马铃薯产量较NXG处理增产2 175 kg·hm-2，增产率为4.83%；较MZY处理增产5 085 kg·hm-2，增产率为12.06%；较CK处理增产12 215 kg·hm-2，增产率为34.88%。比较缓释肥的效果，除了RZ30处理外，RZ50和RZ70马铃薯的产量高于HN50和HN70。

2.2 不同处理下马铃薯生育期土壤硝态氮含量的动态变化

图2为不同处理下马铃薯整个生育期0～100 cm土层硝态氮含量变化。从图中可以看出，0～20 cm、20～40 cm和40～60 cm土层，马铃薯从苗期到收获期硝态氮含量不断降低。说明，随着马铃薯的发育吸收，土壤中硝态氮处于不断消耗的过程。而60～80 cm和80～100 cm土层马铃薯从苗期到收获期硝态氮含量不断升高，这主要是因为马铃薯的根系主要集中在0～60 cm土层，马铃薯根系无法吸收60～80 cm和80～100 cm土壤中的硝态氮，在加上降雨促使土壤硝态氮的淋溶，促使土壤硝态氮向土壤深层累积。

图1 不同处理对马铃薯产量的影响Fig.1 Effects of different fertilization treatmentson potato yield

由图2分析还可以知道，不同处理下0～20，20～40，40～60，60～80，80～100 cm土层硝态氮含量的变化规律可以看出，不同处理下各土层土壤硝态氮含量在马铃薯不同生育时期的变化趋势不同。总的来说，不同处理下0～20，20～40，40～60，60～80 cm和80～100 cm土层马铃薯整个生育期硝态氮含量的大小顺序为：NXG、MZY>HN50、HN70>RZ50、RZ30>RZ70>CK。各处理在0-100 cm土层土壤硝态氮含量均高于空白对照(CK)处理，说明施肥增加了硝态氮在各土层中的累积，增加了向下层土壤污染的风险。除了空白对照(CK)处理以外，NXG和MZY显著提高了硝态氮在各土层中的累积，说明不合理的施肥增加了环境污染的风险。缓释复混肥处理均能降低硝态氮在各土层中的累积，从而降低环境污染的风险。就不同缓释复混肥而言，HN50和HN70缓释复混肥处理各土层土壤硝态氮含量大于RZ50、RZ30、RZ70缓释复混肥处理。在所有缓释复混肥中，各土层均以RZ70缓释复混肥土壤硝态氮的含量最低。

图2 马铃薯不同生育期0～100 cm土层硝态氮含量 content in 0～100 cm soil layers under different growth stage of potato

2.3 同一处理下马铃薯生育期土壤硝态氮含量的动态变化

硝态氮在土壤剖面中的含量及其空间分布特征是表征硝态氮淋失风险的重要指标。因此，为分析硝态氮在土壤剖面中的动态运移规律，研究了同一处理条件下马铃薯不同生育期(苗期、团棵期、开花期、结薯期和成熟期)0～100 cm各土层硝态氮含量的变化。由图3中可以看出，空白对照(CK)处理下，马铃薯整个生育期0～100 cm各土层硝态氮含量均低于其它处理。

图3 马铃薯同一处理0～100 cm土层硝态氮含量 content in 0～100 cm soil layers under same treatment of potato

除了空白对照(CK)处理和HN70处理，马铃薯整个生育期0～100 cm各土层硝态氮含量呈先增加后降低的趋势，硝态氮含量在团棵期出现了一个峰值，且主要集中在20～40 cm土层。比较NXG、MZY和其它缓释复混肥处理，可以发现在苗期和团棵期，NXG和MZY处理下的土壤硝态氮含量明显高于缓释复混肥处理，同样集中在20～40 cm土层。

分析同一处理下0～100 cm各土层的硝态氮变化可知，0～20，20～40，40～60，60～80 cm和80～100 cm土层RZ70缓释复混肥处理下土壤硝态氮含量均低于其它处理，说明RZ70缓释复混肥处理降低了淋溶进入地下水造成硝酸盐污染的风险。进一步分析，随着土层深度的增加，土壤硝态氮含量呈下降趋势。随着马铃薯的生长发育，0～100 cm各土层硝态氮含量差异逐渐减小，至成熟期趋于稳定并降至最低。同样说明，随着马铃薯的生长发育对土壤中硝态氮的吸收，土壤中硝态氮处于不断消耗的过程。

2.4 不同处理对马铃薯不同生育期 0～100 cm 土层硝态氮累积量的影响

由表3可以看出，不同处理下0～100 cm土层马铃薯整个生育期硝态氮累积量均显著高于空白对照处理(CK)。空白对照处理下，马铃薯整个生育期0～100 cm土层硝态氮累积量呈现波浪式增加的趋势，由苗期的363.02 kg·hm-2增加到379.68 kg·hm-2，总体变化差异不大。农民习惯施肥(NXG)处理下，马铃薯整个生育期0～100 cm土层硝态氮累积量呈现降低的趋势，分析原因可能是因为氮肥施用量过高，土壤在苗期硝态氮累积量过高所致。除了习惯施肥(NXG)，马铃薯由出苗期到团棵期0～100 cm土层硝态氮累积量均呈增加的趋势，由团棵期到开花期、结薯期和成熟期0～100 cm土层硝态氮累积量呈逐渐降低的趋势，且在团棵期0～100 cm土层土壤硝态氮出现一个明显的累积峰值，与0～100 cm土层硝态氮含量变化一致，主要是因为团棵期是马铃薯生长的关键生育期，硝态氮在团棵期大量累积是为马铃薯后期的生长提供条件。由表3还可以看出，除了空白对照处理(CK)，RZ70处理下同一生育期0～100 cm土层硝态氮累积量均低于其它处理。分析原因可能是RZ70缓释肥与马铃薯生育期需肥量相匹配，马铃薯对氮肥的吸收量提高，减少了硝态氮在不同土层的积累。

2.5 不同处理对氮肥利用率的影响

由表4中可以看出，不同处理情况下氮肥利用率差异较大。NXG处理下，氮肥利用率最低，为12.85%；RZ70处理下，氮肥利用率最高，达到了53.70%。较农民习惯施肥，MZY施肥处理和施用缓释复混肥均可以提高肥料的氮素利用率，增幅为3.38%～40.85%；较MZY施肥处理，除了农民习惯施肥(NXG)和HN70施肥处理，施用缓释复混肥均可以提高肥料的氮素利用率，增幅为5.01%～33.25%。结合肥料利用率与土壤0～100 cm硝态氮累积量，可以看出RZ70处理提高了马铃薯对氮肥的利用率，降低了土壤0～100 cm硝态氮的累积量。

3 结论与讨论

缓释复混肥具有养分释放慢、肥效期长、稳定、能不断地供给作物整个生育期对养分的需求，达到提高产量，降低氮素的挥发和淋失等优点。周瑞荣等[19]研究发现，施可丰缓释氮肥对马铃薯有明显的增产作用，在缓释氮肥减量20%的情况下仍有5.6%的增产作用。董亮等[22]通过田间试验研究施用缓释氮肥对马铃薯产量影响，结果表明缓释氮肥与习惯施用普通氮肥处理相比，产量增加8.0%～25.6%，并可以提高马铃薯的一级商品率。张佩等[23]研究发现，施用与常规施肥等养分量的骅农牌马铃薯缓释肥料，产量比常规施肥区增加581 kg·hm-2，增产率为30.36%。

表3 马铃薯不同生育期 0～100 cm土层硝态氮的累积量/(kg·hm-2)

注：同一列数值后的不同小写字母表示处理间在P<0.05水平差异显著。

Note: Values followed by different small letters within each column are significant between different treatments atP<0.05 level.

表4 不同处理对马铃薯氮肥利用率的影响

赵颖等[24]研究发现，滴灌+缓释肥处理的块茎质量分别比常规灌溉施肥处理平均提高28.68%。本研究也证明了这一点。本研究发现，RZ70处理下马铃薯产量均高于其它处理，为47 240 kg·hm-2；较NXG处理增产2 175 kg·hm-2，增产率为4.83%；较MZY处理增产5 085 kg·hm-2，增产率为12.06%。说明，合理的施用缓释复混肥，对马铃薯的高产、稳产起到了极大的促进作用。

李燕婷等[18]在大田条件下，研究了4种缓释复混肥料对玉米产量的影响，结果表明缓释复混肥在降低土壤硝态氮积累、减轻施肥对地下水污染等具有较大作用。与普通尿素相比，缓释复混肥能够协调养分的释放时间、强度，使其与作物需求吻合，因而使氮素利用率得以大幅度提高。本研究发现，空白对照(CK)处理下，马铃薯整个生育期0～100 cm各土层硝态氮含量均低于其它处理。除了空白对照(CK)处理和HN70处理，马铃薯整个生育期0～100 cm各土层硝态氮含量呈先增加后降低的趋势，硝态氮含量在团棵期出现了一个峰值，且主要集中在20～40 cm土层。说明，对马铃薯而言，一方面团棵期是马铃薯生长的关键时期，团棵期之后马铃薯生长迅速，要求有充足的氮素供应；另一方面降雨较多，导致硝态氮的大量淋洗。因此，必须同时考虑实际供氮能力和马铃薯对氮素的需求，合理施用肥料。进一步说明，缓释复混肥的施用降低了氨挥发损失，减少了土壤溶液中的硝态氮浓度，没有造成下层土壤(40 cm以下)的硝态氮累积，提高了氮肥利用率。董亮等[22]对马铃薯上应用控释尿素进行了研究，结果表明在土壤0～80 cm各土层施用控释尿素的处理硝态氮含量均低于普通尿素处理。赵杰等[25]在研究控释氮肥对土壤硝态氮含量影响时指出，控释肥处理较普通尿素处理可以降低玉米耕层土壤硝态氮含量。本研究也证明了这一点。本研究发现，不同处理下0～20，20～40，40～60，60～80 cm和80～100 cm土层马铃薯整个生育期硝态氮含量的大小顺序为：NXG、MZY>HN50、HN70>RZ50、RZ30>RZ70>CK。说明，缓释复混肥处理与速效尿素、习惯施肥(NXG)和MZY)处理相比，减少了马铃薯种植地土壤硝酸盐在土体中的累积，降低了因施肥而造成的地下水环境污染，尤其是RZ70处理，降低效果尤为明显。因此，土壤中残留的硝态氮水平较常规施肥低。前人研究结果表明，硝态氮在土壤剖面的不同分布与施肥量和肥料种类有很大的关系。本研究发现，马铃薯整个生育期土壤硝态氮的累积量呈现先增后降的趋势，在团棵期出现一个累积峰值，说明硝态氮在团棵期大量累积是与马铃薯的需肥规律相匹配的，此时硝态氮的大量累积可以为马铃薯后期的生长提供足够的营养。本研究还发现，RZ70处理下同一生育期硝态氮累积量均低于其它处理,说明合理的肥料用量与肥料品种，可以提高马铃薯对氮肥的吸收利用，减少了硝态氮在土壤的累积。据中科院南京土壤所对全国782个田间试验点调查，我国氮利用率为28%～41% ,平均为33.7%。赵杰等[25]通过田间试验研究方法, 研究不同控氮比掺混肥对氮素利用率的影响，结果表明控氮比52.5%掺混肥提高氮素利用率最高能达到65.38%。刘飞等[26]通过田间小区试验，研究了不同控释肥处理对马铃薯氮素利用率的影响，结果表明减量控释肥(80%常规量)处理的氮素利用率达到65.02%，与农民常规施肥相比提高了39.91%。本研究发现，NXG处理下氮肥利用率最低，为12.85%；RZ70处理下氮肥利用率最高，达到了53.70%。较农民习惯施肥，增幅为3.38%～40.85%；较MZY施肥处理，增幅为5.01%～33.25%。说明，缓控释尿素能有效控制养分缓慢释放以满足作物不同阶段对养分的需求，降低了氨挥发和氮素向土壤深层淋溶，确保了养分的高效利用，提高了氮肥利用率。

综上所述，施用缓释复混肥料RZ70，一方面提高了产量，另一方面减少土壤硝态氮向深层土壤的淋洗，提高了肥料利用率，降低了由于不合理施肥而导致的地下水的污染风险，对于普通化肥来讲，缓释复混肥料是环境友好型肥料，应大力推广。本文仅为一年的试验结果，有待在不同肥力基础的土壤上进一步验证。

致谢：感谢青海省湟中县海宁合资化肥厂、青海荣泽农业生物科技有限责任公司和湟中县农业技术推广中心对本研究实施过程中的大力支持。