施氮量对山西2 个马铃薯品种产量和收益的影响

李林燕，王宏庭，赵萍萍，白小东，范向斌，杜培兵，于志勇，杨梦棣

（1.山西大学生物工程学院，山西太原030006；2.山西省农业科学院农业环境与资源研究所，山西太原030031；3.山西省农业科学院高寒区作物研究所，山西大同037000）

马铃薯（Solanum tuberosum L.）在世界上广泛种植，2017 年的播种面积达1 930.3 万hm2，是继小麦、玉米、水稻之后排名第4 位的粮食作物[1]。我国是世界马铃薯生产第一大国，2017 年马铃薯总产量占世界总产量的25%左右[1]；山西是我国北方马铃薯主产区之一，2017 年马铃薯的播种面积和产量分别为16.8 万hm2和40.9 万t[2]。氮素作为构成生命物质（如蛋白质、核酸等）的中心元素，对于马铃薯生产极其重要[3-10]，氮素供应不足会导致马铃薯植株生长矮小、长势弱、产量低[11-13]，而氮肥施用过量则会造成马铃薯贪青晚熟，影响块茎干物质含量，降低马铃薯的产量和品质[11-14]，同时使得养分利用率降低、造成环境污染[15]。PORTER 等[12，16]研究指出，马铃薯品种是影响其产量和品质的重要因素，不同马铃薯品种对氮的需求存在差异[12，17]，氮肥利用效率也存在差异[18-19]。MALTAS 等[20]在瑞士的研究发现，马铃薯品种Laura 对氮的吸收速率比品种Bintje要快。BELANGER 等[13]研究结果显示，马铃薯品种Shepody 的产量、块茎氮含量均高于品种Russet Burbank。ATKINSON 等[21]研究发现，施氮259 kg/hm2可使马铃薯品种Alturas 获得最高产量，施氮275 kg/hm2时品种Russet Burbank 可取得最高产量，而品种Ranger Russet 则在施氮290 kg/hm2时产量最高，施氮量和品种均是影响马铃薯块茎产量和品质的重要因子。同薯29 号和大同里外黄是山西省近年来新审定的品种，这2 个品种对施氮量反应如何是一个急需研究的课题。

本研究通过连续2 a 的氮肥用量定位试验，研究了不同施氮量对2 个马铃薯新品种的总干物质量、块茎产量和经济效益的影响，以期为2 个品种的推广应用和氮素养分管理提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验地位于山西省农业科学院高寒区作物研究所毛皂基地（东经113°15′42″，北纬39°55′16″）。该地属于温带大陆性季风气候，多年平均气温5.1～7.5 ℃，多年平均降雨量370～460 mm。供试土壤类型为栗褐土，质地为轻壤，2017 年试验开始前采集土壤样品（0～20 cm）进行了室内分析，土壤理化性质为：pH 值8.5（pH 仪测定）、有机质含量12.35 g/kg（重铬酸钾容量法- 外加热法）、全氮含量0.56 g/kg（凯氏定氮法）、硝态氮含量74.7 mg/kg（流动分析仪法）、铵态氮含量36.5 mg/kg（流动分析仪法）、速效磷含量13.5 mg/kg（0.5 mol/L NaHCO3浸提法）、速效钾125 mg/kg（火焰光度法）。

1.2 试验材料

供试材料马铃薯品种为大同里外黄[22]和同薯29 号[23]，均为中晚熟品种。

1.3 试验设计

试验采用裂区区组设计（主区为马铃薯品种，副区为氮肥不同用量），随机排列，重复3 次，小区面积为3 m×10 m＝30 m2。氮肥设6 个水平，分别为0，90，135，180，225，270 kg/hm2，试验用氮肥品种为尿素（N 46%），磷肥为粒状过磷酸钙（P2O512%）、钾肥选用氯化钾（K2O 60%）。试验播种前普施磷肥（P2O5）90 kg/hm2、钾肥（K2O）90 kg/hm2，各处理60%的氮肥播前施用、40%的氮肥在现蕾期追施。马铃薯采用南北向人工种植，行距50 cm、株距45 cm，播种量为2 250 kg/hm2，种植密度为4.4 万株/hm2。2017，2018 年的播种日期均为5 月7 日，收获日期均为9 月29 日。田间病虫害防治按当地习惯进行。

1.4 测定项目及方法

1.4.1 产量的测定 按小区面积人工收获，分级，称质量并计产。

1.4.2 干物质量的测定 每个小区中间行采集5 穴马铃薯植株样品，现场快速抖尽多余的土，将茎秆和块茎分别装入塑料袋，带回实验室进行冲洗晾干，分别称质量，放入烘箱，105 ℃杀青40 min，然后将温度降至70 ℃烘干至恒质量，称质量。

1.5 数据分析

采用Excel、SPSS 及SAS 9.4 软件处理数据，并进行方差分析。

式中，y 代表马铃薯总干物质量、块茎产量、经济效益，x 代表施氮量，斜率k 代表单位施氮量增加的总干物质量、块茎产量、经济效益的数量，截距b代表不施氮处理的总干物质量、块茎产量、经济效益，A 代表y 达到平台值对应的施氮量，c 代表y 的平台值。

式中，马铃薯单价为2 元/kg、N 单价为5 元/kg、P2O5单价为8.3 元/kg、K2O 单价为4 元/kg。

2 结果与分析

2.1 施氮量对马铃薯总干物质量的影响

马铃薯干物质量是衡量马铃薯有机物积累的一个重要指标。表1 结果显示，氮肥施用影响马铃薯的干物质量，从2017 年的试验结果来看，不施氮处理N0 条件下，2 个品种的总干物质量均表现为最低，同薯29 号和大同里外黄分别为7.3，5.7 t/hm2，而2 个品种施氮处理的总干物质量均高于相应的不施氮处理，表明施氮可以提高马铃薯的总干物质量，且在一定的施氮范围内总干物质量随着施氮量的增加而增加，当施氮量超过一定值（同薯29 号180 kg/hm2、大同里外黄225 kg/hm2）后，总干物质量变化不明显，但2 个品种总干物质量的大小存在差异，同薯29 号高于大同里外黄。方差统计结果显示，同薯29 号不同处理间差异达显著水平（P＜0.05），大同里外黄不同处理间差异也达显著水平（P＜0.05）。多重比较进一步显示，2 个品种除N90处理外其他施氮处理的总干物质量均显著高于N0处理，同薯29 号施氮处理N135、N180、N225、N270相互比较，总干物质量差异未达显著水平；大同里外黄施氮处理N180、N225、N270 相互比较，总干物质量差异也未达显著水平。总干物质量与施氮量之间的关系可用直线加平台模型拟合，其中，同薯29 号的拟合方程为y＝6x＋7 190（x＜180）；y＝8 270（x≥180）（n＝18，R2＝0.58），求得的最高总干物质量的施氮量为180 kg/hm2；大同里外黄的拟合方程为y＝8.551 9x＋5 510.27（x＜225）；y＝7 434（x≥225）（n＝18，R2＝0.90），求得的最高总干物质量的施氮量为225 kg/hm2。

表1 马铃薯总干物质量对施氮量的效应 t/hm2

2018 年的马铃薯试验是在2017 年的基础上继续开展，获得的干物质量数据如表1 所示。受2017 年施肥的影响，地力条件发生了改变，导致2018 年的试验结果不能很好地反映施氮的实际效应，因此，用2 a 累积结果来表征氮肥连续施用的效果。从2 a 累积结果来看，马铃薯干物质量的变化趋势大体上与2017 年的结果一致，2 个品种马铃薯不施氮处理N0 的总干物质量均表现为最低，同薯29 号为11.7 t/hm2，大同里外黄为8.8 t/hm2，而2 个品种施氮处理的总干物质量均显著高于相应的不施氮处理。在一定的施氮量（2 a 累积）范围内，总干物质量同样随着施氮量的增加而增加，当施氮量超过一定值（同薯29 号360 kg/hm2、大同里外黄450 kg/hm2）后，总干物质量变化不明显。施氮处理N180、N225、N270 的累积干物质量相互比较，差异未达显著水平，但这3 个处理显著高于N90、N135 处理。从2 个品种的2 a 累积的总干物质量大小看，仍表现为同薯29 号大于大同里外黄。2 a 累积的干物质量与累计施氮量之间的关系也可用直线加平台模型拟合，同薯29 号的拟合方程为y＝7.028 62x＋11 553.76（x＜360）；y＝14 084（x≥360）（n＝18，R2＝0.81），由此方程求得获得2 a 累积干物质量最高值的施氮量为360 kg/hm2，平均每年为180 kg/hm2；大同里外黄的拟合方程为y＝6.601 27x＋8 574.41（x＜432）；y＝11 425（x≥432）（n＝18，R2＝0.91），求得获得2 a 累积干物质量最高值的施氮量为432 kg/hm2，平均每年为216 kg/hm2。

2.2 施氮量对马铃薯块茎产量的影响

马铃薯干物质积累量是产量形成的物质基础，施氮量影响马铃薯干物质量，也同样影响马铃薯的块茎产量。表2 结果显示，2017 年2 个马铃薯品种不施氮处理（N0）的产量均表现为最低，同薯29 号为19.7 t/hm2，大同里外黄则为16.2 t/hm2，施氮处理的块茎产量均高于不施氮处理，与总干物质量变化趋势一致。在一定的施氮范围内，块茎产量也随着施氮量的增加而增加，当施氮量超过一定值（同薯29 号180 kg/hm2、大同里外黄270 kg/hm2）后，块茎产量变化不明显。同薯29 号的施氮处理较不施氮处理增产6.5%～20.1%，平均增产14.9%，N180 处理获得最高产量23.7 t/hm2；大同里外黄的施氮处理较N0 处理增产2.5%～18.6%，平均增产12.9%，N270 处理取得最高产量19.3 t/hm2。块茎产量与施氮量的关系也可用直线加平台模型拟合，同薯29 号的拟合方程为y＝21x＋19 470（x＜180）；y＝23 250（x≥180）（n＝18，R2＝0.68），由此方程求得同薯29号最高产量施氮量为180 kg/hm2；大同里外黄的拟合方程为y＝13.360 6x＋16 044.04（x＜240）；y＝19 252（x≥240）（n＝18，R2＝0.74），由此方程求得大同里外黄最高产量施氮量为240 kg/hm2。

2018 年获得的2 个马铃薯品种产量数据列于表2，受2017 年试验地力差异的影响，2018 年的试验结果不能真正反映施氮的实际效应。因此，仍用2 a 累积产量结果来表征氮肥连续施用的效果。2 个马铃薯品种不施氮处理（N0）的2 a 累积产量仍均表现为最低，同薯29 号为34.9 t/hm2，大同里外黄则为27.0 t/hm2，施氮处理除N90 外的块茎产量累积也均显著高于不施氮处理。其中，同薯29 号的施氮处理较不施氮处理增产6.0%～20.3%，平均增产15.3%；大同里外黄的施氮处理较N0 处理增产3.1%～17.4%，平均增产12.6%，2 个品种的N270、N225、N180 这3 个处理的块茎累积产量相互比较，差异不显著。块茎产量累积与累计施氮量的关系也可用直线加平台模型拟合，同薯29 号的拟合方程为y＝18.362 3x＋34 389.63（x＜397）；y＝41 686（x≥397）（n＝18，R2＝0.85），由此方程求得获得2 a累积最高块茎产量的施氮量为397 kg/hm2，平均每年为199 kg/hm2。综合2017 年一季及2017—2018 年两季的结果来看，同薯29 号最高产量的推荐施肥量为180～199 kg/hm2；大同里外黄的拟合方程为y＝11.756 8x＋26 633.08（x＜422）；y＝31 595（x≥422）（n＝18，R2＝0.84）, 由此方程求得获得2 a 累积最高块茎产量的施氮量为422 kg/hm2，平均每年为211 kg/hm2。综合2017 年一季及2017—2018 年两季的结果来看，大同里外黄最高产量的推荐施肥量为211～240 kg/hm2。

表2 马铃薯块茎产量对施氮量的效应

从2 个马铃薯品种对氮素的反应来看，不施氮情况下同薯29 号产量高于大同里外黄，说明同薯29 号吸收土壤氮的能力高于大同里外黄；一定施氮范围内，2 个品种的产量均随着施氮量的增加而直线增加，但同薯29 号斜率大于大同里外黄，说明同薯29 号单位施氮量的增产效果高于大同里外黄，同薯29 号马铃薯对施氮的敏感性高于大同里外黄。以2017 年产量结果为例，同薯29 号施氮180 kg/hm2获得理论最高产量，而同氮条件下大同里外黄产量达到其最高产量的96%，2 a 累积同薯29 号达最高产量的施肥条件下大同里外黄产量为其最高产量的99%，所以2 个马铃薯品种相比较，同薯29 号的吸氮能力、氮敏感性和产量均高于大同里外黄。

2.3 施氮量对马铃薯经济效益的影响

经济效益是评价马铃薯生产价值的重要指标，较高经济效益可为种植户带来更多的财富。由表3可知，无论一季还是2 a 的累积均表现为不施氮处理（N0）的经济效益最低，2017 年同薯29 号和大同里外黄的经济效益分别为3.83 万、3.14 万元/hm2，2 a累积的经济效益分别为6.75 万、5.18 万元/hm2，而施氮处理的经济效益均高于相应的不施氮处理，且与总干物质量、块茎产量变化趋势一致，同样表现为在一定的施氮范围内，经济效益随施氮量的增加而增加，当施氮量超过一定值（同薯29 号180 kg/hm2、大同里外黄270 kg/hm2）后，经济效益变化不明显。同薯29 号无论一季还是两季均在N180 处理获得最高净收益，2017 年达4.53 万元/hm2，2 a 累积达7.93 万元/hm2；大同里外黄则均在N270 处理获得最高净收益，2017 年为3.60 万元/hm2，2 a 累积为5.86 万元/hm2。2 个马铃薯品种的经济效益也均呈直线加平台的变化趋势，但2 个品种的表现存在差异。同薯29 号2017 年经济效应方程为y＝34.6762x＋38 013.29（x＜180）；y＝44 249（x≥180）（n＝18，R2＝0.59），最佳经济施氮量为180 kg/hm2，与最高总干物质量、最高块茎产量施氮量均一致；2 a 累积经济效应方程为y＝31.724 4x＋66 564.8（x＜382）；y＝78 682（x≥382）（n＝18，R2＝0.83），最佳经济施氮量为382 kg/hm2，按一年计算，施氮量为191 kg/hm2，综上，同薯29 号最佳经济效益的推荐施肥量为180～191 kg/hm2。大同里外黄2017 年经济效应方程为y＝21.721 3x＋30 980.51（x＜233）；y＝36 046（x≥233）（n＝18，R2＝0.64），最佳经济施氮量为233 kg/hm2；2 a 累积经济效应方程为y＝18.513 1x＋51 051.68（x＜402）；y＝58 500（x≥402）（n＝18，R2＝0.76），最佳经济施氮量为402 kg/hm2，平均一年施氮量为201 kg/hm2，综上，大同里外黄最佳经济效益的推荐施肥量为201～233 kg/hm2。

表3 马铃薯经济效益对施氮量的效应 万元/hm2

从拟合的效应方程来看，一定施氮范围内，2 个品种的经济效益均随施氮量的增加而直线增加，但同薯29 号斜率大于大同里外黄，说明同薯29 号单位施氮量增加的经济效益高于大同里外黄，同薯29 号对氮素的敏感性高于大同里外黄。2 个品种马铃薯相比，同薯29 号净收益较高，2017 年同薯29 号达最高经济效益的N180 处理下，大同里外黄的经济效益为其最高经济效益的97%，2 a 累积同薯29 号经济效益最高的施氮处理下，大同里外黄经济效益为其最高经济效益的99%，同等条件下同薯29 号更易增加收入。

2.4 品种、施氮量两因素方差分析

马铃薯品种、施氮量是影响马铃薯总干物质量、块茎产量和经济效益的重要因素，对两因素进行方差分析，结果列于表4，马铃薯品种、施氮量对马铃薯总干物质量、块茎产量、经济效益均具有极其显著的影响，而品种×施氮量对总干物质量（2017 年除外）、块茎产量、经济效益交互效应均不显著，说明品种、施氮量均是影响马铃薯总干物质量、块茎产量及经济效益的独立因子。

表4 马铃薯两因素方差检验

3 结论与讨论

氮是影响马铃薯产量和品质的重要因素，被国内外学者广泛关注。施氮不足或过量均会影响马铃薯的产量和收益[11-14]，本研究2 个马铃薯品种的试验结果也证明了这一结论。因此，探求不同生产条件下马铃薯的最佳施氮量显得十分重要。众多国内外学者开展了马铃薯最佳施氮量的相关研究[20，24-30]，结果表明，马铃薯最佳施氮量各不相同；董茜等[24]在四川研究得出，150 kg/hm2为马铃薯最佳施氮量；李华宪[25]在宁夏研究得出，马铃薯最佳施氮量为170 kg/hm2；田洵等[26]在东北的研究中得出，马铃薯最佳施氮量为176 kg/hm2，与本试验中同薯29 的最佳经济施氮量180～191 kg/hm2接近。而PORTER等[12]在美国研究得出，马铃薯Shepody 品种的最佳施氮量为211 kg/hm2；ATKINSON 等[21]在英国研究得出，马铃薯Bannock 品种的最佳施氮量为209 kg/hm2；DARWISH 等[27]在黎巴嫩研究得出，马铃薯最佳施氮量为200～260 kg/hm2，与本试验大同里外黄的最佳经济施氮量201～233 kg/hm2接近。可能是由于试验地土壤类型、气候条件的差异造成最佳经济施氮量不同。本试验2 个马铃薯品种的最佳施氮量不同，说明马铃薯品种间存在差异，一些研究也得出了不同马铃薯品种的最佳施氮量不同。PORTER 等[12]对Russet Burbank 和Shepody 这2 个马铃薯品种进行比较得出，最佳施氮量分别为196，211 kg/hm2；ATKINSON 等[21]研究发现，7 个马铃薯品种的最佳施氮量均不同，品种Alturas、Ranger、A8893-1、Bannock、Gem、Russet Burbank、Summit 分别为259，313，270，209，254，275，290 kg/hm2。对于品种和施氮量交互效应的检验，本研究发现，品种×施氮量对本试验2 个品种马铃薯总干物质量及块茎产量影响不显著，这与BELANGER 等[31]在加拿大的研究结果一致，说明品种、施氮量是2 个独立的影响因子。另外，本试验主要研究了品种、施氮量对2 个新品种马铃薯总干物质量、块茎产量及经济效益的影响，而关于施氮时间、施氮位置等对同薯29 号、大同里外黄的影响还有待进一步研究。

本试验对2 个新品种比较得出，同薯29 号块茎产量、经济效益都较高，较大同里外黄更有优势，推荐施氮量同薯29 号为180～191 kg/hm2，大同里外黄为201～233 kg/hm2，该试验结果对2 个新品种马铃薯的推广具有一定的指导意义。