氮磷钾肥配施对全膜覆盖马铃薯肥料利用率及产量的影响

郭 恒， 贾 豪， 王 舰

(青海省农林科学院，青海西宁 810016)

马铃薯是我国第四大粮食作物，仅次于水稻、小麦、玉米[1]。据联合国粮农组织统计结果表明，我国是马铃薯生产第一大国，栽培历史悠久，种植面积和产量均居世界第一位，但我国不是马铃薯生产强国，单产只有世界平均水平的83%[2-4]。青海省的马铃薯主要种植于东部农业区，马铃薯作为当地粮菜兼用型作物，又是抗灾避灾作物，种植面积为 9万hm2，马铃薯现已成为农业区农民增收和发展农村经济作物的特色产业[5-6]。就提高产量而言，青海省马铃薯产量在全国马铃薯生产省份不是最高。所以不论是全国还是青海省，提高单产是马铃薯生产中的主攻方向和值得研究的关键问题。

施肥是提高马铃薯产量的最有效途径之一[7-8]。然而要做到合理施肥，就必须掌握马铃薯养分吸收累积规律。相关资料显示，我国在马铃薯氮、磷、钾养分吸收、运转、体内分布规律等方面的研究还十分滞后，有些施肥参数还沿用上世纪70年代的数据资料，缺乏系统性研究[9-11]。一是马铃薯品种不同、生产区域的土壤地力不同，研究者所得到的结果不同，二是每形成1 t马铃薯块茎所需的氮磷钾比例不一致，不同研究者的结果差异比较大，特别是磷钾素的差异[12-15]。青海省现在缺乏这方面的研究资料，影响当地农民施肥，造成盲目施肥现象严重。例如农户偏好施用氮肥，磷肥施肥量过低，钾肥几乎不施用，造成施肥极不平衡而降低肥料利用率[16-19]。目前，国内外从农学角度，应用肥料表观利用率(也称肥料养分回收利用率、肥料吸收利用率)、肥料偏生产力、肥料农学利用率及肥料生理利用率等重要参数分析和评价了在不同作物上的肥料利用效率，目前国内应用以上指标进行评价的主要有小麦、玉米、冬油菜、水稻，而马铃薯注重不同栽培模式及新品种的选育，在马铃薯肥料利用率方面报道很少[20]，这些肥料利用效率定量评价指标对于准确分析不同作物对肥料的响应程度和指导施肥具有重要意义[21-22]。所以针对青海省灌溉农业区湟中县主栽品种青薯2号，开展马铃薯氮、磷、钾养分吸收积累的研究，对于确定马铃薯合理施肥技术，提高单产和肥料养分利用效率等方面具有十分重要的理论意义和实际应用价值。

1 材料与方法

1.1 试验地基本情况

试验于2016年4—9月在青海省湟中县李家山镇下坪村进行，该地区属灌溉农业区，海拔2 300 m，年平均温度 5.8 ℃，年降水量400～500 mm，主产作物为马铃薯、油菜及蚕豆等。

试验地前茬种植作物为小麦，全膜覆盖马铃薯于2016年4月29日播种，9月23日收获，供试马铃薯品种为青薯2号，播种前土壤养分测定结果见表1。

试验地土壤有机质、碱解氮及速效磷含量较高，综合分析该农田养分属中等肥力，能够代表当地农田养分状况和生产力水平。

表1 试验地土壤基础养分

1.2 试验设计

试验设计采用完全随机区组设计，共设5个处理，4次重复，小区面积4.4 m×5 m，每小区种4垄，每垄种2行，按照“品”字形种植，密度为4.5万株/hm2。供试肥料普通尿素(含N 46%，宁夏银川市化肥厂生产)；过磷酸钙(含P2O512%，云南省安宁华亚磷肥厂生产)；硫酸钾(含K2O 40%，青海钾肥公司生产)；供试马铃薯品种为“青薯2号”，由青海省农林科学院选育。试验处理及肥料用量见表2。种植方法按照全膜覆盖马铃薯栽培技术规范进行。肥料按照试验要求混合均匀后一次性基施，按照小区用量施入肥料，人工起垄播种。

表2 试验处理及施肥量

1.3 样品采集及测定

马铃薯收获期按照小区进行测产，测产后，每小区取长势均一的植株10株，4个重复，每个处理共计40株，分植株的根茎、叶、块茎进行样品制备。

植株氮、磷、钾含量的测定经70 ℃烘干的植株样品，用磨样机粉碎，全部通过1 mm筛，分别测定地下根系、茎秆、叶片和块茎的氮、磷、钾含量，样品经H2SO4-H2O2消煮后，半微量凯氏定氮法测定全氮含量，钒钼黄比色法测定全磷含量，火焰光度计法测定全钾含量，植株养分累积吸收量的计算：氮、磷、钾累积量=干物质质量×相应的氮磷钾含量(%)。

1.4 计算公式及统计方法

有关肥料养分利用效率及相关参数计算公式分别为：

肥料偏生产力(kg/kg)=施肥区块茎产量/肥料施用量；

肥料表观利用率=(收获期施肥区地总吸收量-收获期不施肥区总吸收量)/肥料施用量×100%；

肥料农学利用率(kg/kg)=(施肥区块茎产量-不施肥区块茎产量)/肥料施用量；

生理利用率(kg/kg)=(施肥区块茎产量-不施肥区块茎产量)/(收获期施肥区总吸收量-收获期不施肥区总吸收量)；

收获指数(kg/kg)=块茎产量/地上部总生物量；

养分收获指数，以氮为例，氮收获指数(NHI，kg/kg)=块茎吸氮量/总吸氮量，同理计算磷、钾收获指数(PHI、KHI)；

肥料增产率=(施肥区产量-不施肥区产量)/不施肥区产量×100%；

试验数据采用Excel 2003进行数据整理，用DPS软件进行统计分析，结果均用SSR法检验α=0.05水平上的差异显著性。

2 结果与分析

2.1 氮磷钾肥施用对马铃薯产量的影响

马铃薯于9月23日收获，产量结果统计分析见表3。由表3可以看出，合理配施氮磷钾肥料，可以显著提高马铃薯产量及干物质量。与不施用肥料相比，各施肥处理产量均有显著提高，其增产率为6.5%～64.7%，平均增产率为29%，平均增产14 617 kg/hm2，空白对照处理(CK)产量最低，仅为 50 396 kg/hm2，而氮磷钾合理配施(处理NPK)产量高达 82 996 kg/hm2，在本试验中施用氮肥增产率达到64.7%，增产32 600 kg/hm2，施用磷肥增产率达到36.0%，增产 21 983 kg/hm2，施用钾肥增产率仅为24.1%，增产 16 109 kg/hm2，平衡施肥处理NPK和其他处理间产量差异显著，处理NP和处理NK间差异不显著，但是处理NP、NK和处理PK间差异显著，说明合理配施N、P、K肥料可以显著提高块茎产量。

表3 试验处理对马铃薯产量的影响

注：同列数据后不同小写字母表示在0.05水平上差异显著。表4至表6同。

同时由表3可以看出，施肥可以显著提高马铃薯干物质量，各处理与空白对照相比，其干物质增产率为39.3%～76.2%，处理NPK总干物质量显著高于处理PK和CK，处理PK和处理CK差异也非常显著，而处理NPK和处理NK、NP差异不显著，但是总干物质量较处理NP、NK分别增产 15.1% 和17.6%，说明施肥有利于促进马铃薯生长发育，N对马铃薯的生长发育起到关键性作用。N、P、K是马铃薯生长发育不可缺少的3种重要元素，对马铃薯块茎影响有着不同的作用，由增产率可以得出马铃薯产量限制因子顺序依次为N>P>K，说明本试验条件下对马铃薯产量影响最大的是氮肥，其余依次为磷肥和钾肥。

2.2 氮磷钾肥施用对马铃薯养分积累的影响

表4结果表明，氮、磷、钾肥的施用显著增加了马铃薯成熟期不同部位的N素积累量。块茎当中，处理NPK氮素积累量和处理NP、PK间差异显著，而处理NP、NK、NP间差异不显著；在茎当中，处理NPK氮素积累量显著高于其他处理，与处理NP、NK及PK相比，氮素积累量分别提高了67.2%，30.5%、23.1%。但是处理NK、PK间氮素积累量差异不显著。各处理叶片氮素积累量中，处理NPK较其他处理(CK、NP、NK、PK)分别提高了88.5%、6.2%、100%、115%，但是施肥处理NPK氮素积累量和处理NP间差异不显著，处理NK和处理PK、CK氮素积累量间差异不显著。根系中平衡施肥处理NPK氮素积累量显著高于其他缺素处理和不施肥处理。植株中总的氮素积累量以平衡施肥处理NPK最高，与不施用氮肥处理(PK)、不施用磷肥处理(NK)及不施用钾肥处理(NP)间无显著性差异，但是与不施肥处理(CK)间差异显著，增加氮、磷、钾后可以使得氮素累积量分别提高47.8%、30.2%、31.7%。在马铃薯收获期，平衡施肥条件下，块茎氮素量占氮素总积累量的64.3%，根、茎、叶分别占总量的1.3%、18.6%、15.9%。

表4 试验处理对马铃薯N素积累和分配比例影响

氮、磷、钾肥的施用显著促进了马铃薯成熟期不同部位的磷素积累量，结果见表5。与不施肥处理(CK)相比，施肥后马铃薯不同器官的氮素积累量有所提高，各处理当中，块茎磷素积累量显著高于其他缺素处理和不施肥处理，与处理NP、NK、PK处理及CK相比，磷素积累量分别提高了41.3%，42.8%、71.4%、96.5%。说明施用钾肥、磷肥和氮肥可以显著提高块茎的磷素积累量。在马铃薯成熟期，施肥条件下，根、茎、叶及块茎的磷素积累量分别占总积累量的2.9%、26.2%、6.8%、64.0%。由以上数据可以得出，块茎中的磷素占植株磷素积累量的绝大部分，同时由施肥处理(NP、NK、PK)可看出，施用NP肥料及NK肥料较施用PK肥料分别提高块茎磷素积累量21.3%和20.0%，说明施用氮肥和磷肥可以显著提高磷肥吸收积累，钾肥对于磷素吸收积累影响没有氮肥和磷肥强。

由表6可以得出，氮磷钾肥合理配施可以明显提高马铃薯成熟期不同部位的钾素积累量，与不施肥处理相比，施肥后马铃薯植株中的钾素积累量提高了95.8%，说明平衡施肥可以显著提高马铃薯植株的钾素积累，块茎中的钾素积累量中，处理NPK的钾素积累量达到最高，各处理当中，钾素积累总量显著高于其他缺素处理和不施肥处理，与处理NP、NK、PK及处理CK相比，钾素累积总量分别提高了17.2%，18.3%、25.3%、107.9%。说明施用钾肥、磷肥和氮肥可以显著提高植株总的钾素积累量。在马铃薯成熟期，平衡施肥条件下，根、茎、叶及块茎的钾素积累量分别占总积累量的2.8%、30.1%、11.3%、55.8%。由以上数据可以得出，块茎中的钾素占植株钾素积累量的绝大部分，同时由施肥处理(NP、NK、PK)可看出，施用NP肥料及NK肥料较施用PK肥料分别提高块茎钾素积累量6.9%和5.9%，说明施用氮肥和磷肥可以显著提高钾素吸收积累。

表5 试验处理对马铃薯P素积累和分配比例影响

表6 试验处理对马铃薯K素积累和分配比例影响

2.3 氮磷钾肥施用对马铃薯肥料利用率及单位块茎需肥量的影响

由表7可得出，在马铃薯栽培过程中，肥料种类不同其肥料利用率也有不同的变化趋势，在本试验中，氮磷钾的农学效率分别为362 kg/kg N、244 kg/kg P2O5及134 kg/kg K2O，施用1 kg氮素和磷素具有较高的块茎增产量，钾素较低，氮磷的农学效率高于钾素农学效率。在此试验中，氮素的偏生产力显著高于磷素和钾素，同时钾素高于磷素，说明对于马铃薯块茎产量的影响为N>K>P。由表7可知各肥料表观利用率分别为36.5%、31.2%、48.7%，各元素的生理利用率钾素最高，其次为氮素，磷素最小。

表7 试验处理对马铃薯K素积累和分配比例影响

由表8可看出，在不施肥条件下1 000 kg块茎吸收N量处于较低水平，各施肥处理均高于对照，其中处理NK、PK最高，达到3.11 kg，各处理间差异不大，比较各处理间的1 000 kg 块茎所需要的磷量，处理NPK最高，同时各处理间差异不显著，与N、P指标不同，处理PK及处理NK的 1 000 kg 块茎所需要的K最高，分别达到4.71、4.47 kg，NPK处理的N ∶P ∶K比例为1 ∶0.39 ∶1.26，而不施肥的对照为 1 ∶0.42 ∶1.37。

表8 1 000 kg块茎所需要的氮素、磷素、钾素量

3 结论与讨论

研究表明，肥料充足，氮磷钾养分配比合理，有利于块茎产量和品质的提高。合理配施氮磷钾肥料，可以显著提高马铃薯产量及干物质量。与不施用肥料相比，各处理产量均有显著提高，其增产率为6.5%～64.7%，平均增产率为29%，平均增产14 617 kg/hm2，各处理中平衡施肥处理(NPK)产量最高，可达到82 996 kg/hm2，说明在青海省湟中县马铃薯栽培过程中，氮磷钾平衡施用对于马铃薯产量具有增产效应，可采用此模式指导马铃薯施肥。施用N、P、K肥都可以提高马铃薯产量，在本试验中施用氮肥增产率达到64.7%，增产为32 600 kg/hm2，施用磷肥增产率达到36.0%，增产为 21 983 kg/hm2，施用钾肥增产率仅为24.1%，增产为 16 109 kg/hm2，说明本试验条件下马铃薯产量限制因子依次为N>P>K。有人研究过青海省互助县马铃薯下寨65平衡施肥增产效应，其NPK配施增产率仅为27.6%，增产仅 7 360 kg/hm2[23]，这主要是由于不同品种及土壤地力造成的。另一方面，就肥料利用率而言，农学利用率主要反映单位施肥量增加作物产量的能力，是衡量肥料利用效率的一个重要指标，而偏生产力主要反映当地土壤基础养分水平和化肥施用量的综合效应。在本试验中，氮磷钾的农学效率分别为 362 kg/kg N、244 kg/kg P2O5及 134 kg/kg K2O，施用1 kg氮素和磷素具有较高的块茎增产量，钾素较低，氮磷的农学效率高于钾素的农学效率。氮素的偏生产力显著高于磷素和钾素，同时钾素高于磷素，各肥料N、P、K表观利用率分别为36.5%、31.2%和48.7%，说明在青海马铃薯栽培过程中，K素利用率较高，N、P、K的生理利用率磷素最高，其次为氮素，最小为钾素。因此在马铃薯生产过程中注意平衡施肥以及注意培肥地力，才能达到马铃薯高产效果。