基于养分专家系统推荐施肥的北方马铃薯适宜氮肥用量研究

沈若川，丁文成，高 强，何 萍*，仇少君

（1 吉林农业大学资源与环境学院，吉林长春 130118；2 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所/农业农村部植物营养与肥料重点实验室，北京 100081）

马铃薯具有耐干旱、耐贫瘠、高营养和高产量等特点，在我国种植面积不断增加并成为我国继玉米、水稻和小麦后第四大主粮作物，2020年种植面积和产量分别达491.5万hm2和9188.1万t[1]。我国马铃薯种植区域根据种植制度的不同可以分为北方一作区、中原二作区、西南混作区和南方冬作区，其中北方一作区播种面积和产量分别占全国的1/3左右[2]。北方一作区主要包括甘肃、宁夏、内蒙古、河北、吉林和黑龙江等省，具有纬度高、气温低、全年无霜期短和雨热同期等特点，马铃薯每年播种一季，四月末至五月初播种，九月末至十月初收获，其在我国马铃薯生产和消费中占有重要地位[3]。

氮素是限制马铃薯产量的关键营养元素[4]，由于马铃薯块茎产量通常表现为随施氮量的增加先增加后降低的变化趋势，氮肥投入不足会显著降低马铃薯块茎产量，同时会消耗土壤基础肥力导致产量持续下降[5]；而氮肥施用过量则导致马铃薯徒长，非但不能继续提高产量，反而导致肥料利用率和块茎品质降低，造成了资源和经济效益损失[6]。然而，在马铃薯生产中往往存在过量施氮的情况[7]，有研究表明我国北方一作区的东北、华北和西北地区马铃薯生产中平均施氮量分别达到了228、471和432 kg/hm2[8]。尤其是马铃薯与玉米、小麦等作物相比，根系在土壤中分布浅且密度较低，不易吸收深层土壤中的养分，导致其对土壤氮素的吸收利用效率较低[9]，据报道我国马铃薯的氮素利用率只有约30%[10]。大量的氮素通过淋溶、反硝化作用和氨挥发等途径流失到环境中，造成了水体和大气污染[11-13]。因此，确定适宜的施氮量是保障马铃薯高产、提高经济效益和减少环境污染的关键。

采用科学的推荐施肥方法可以获得合适的施氮量，对提高作物产量和肥料利用率具有重要意义[14]。目前在生产和研究中常用的推荐施肥方法主要有基于土壤测试以及基于作物的推荐施肥方法。“3414”田间试验和测土配方施肥可以根据土壤的养分状况和作物生长所需的养分进行推荐[15-16]。基于土壤测试的推荐方法直观感强，可以同时推荐氮磷钾三种肥料养分用量。肥料效应函数法、叶柄硝酸盐含量法、冠层反射仪法和叶片SPAD值法等[17-20]，通过建立肥料用量和产量间的关系式或获取作物的营养状况进而评判施用肥料量的高低，从而确定最佳肥料用量。基于作物的推荐施肥方法具有精度高、反馈性好、无需破坏性取样等优点，这些推荐施肥方法在增加产量和提高养分利用率上发挥了积极作用。然而在实际生产中，上述方法往往要求实地土壤或植株样品数据，对取样和样品测定精度要求较高、实效性较差或难以同时推荐氮磷钾肥料用量，需要较完备的农技服务支撑，因此在小农户种植模式中推广应用存在困难。近年来一些学者不断探索先进轻简的推荐施肥方法，其中基于产量反应和农学效率的推荐施肥方法被报道已广泛应用在水稻、小麦、玉米、萝卜等作物上[21-24]，促进了产量、氮素吸收、氮肥利用率的提高[25]。该方法是在汇总大量田间试验数据基础上结合 QUEFTS 模型分析，通过考虑作物产量反应和农学效率的关系，即施氮量=产量反应/农学效率，并利用计算机技术构建起来的推荐施肥系统(Nutrient Expert Decision Support System, 简称NE系统)[26]。它仅需要用户提供当前产量水平、养分投入情况、秸秆还田方式以及土壤有机质含量及土壤质地等信息，同时结合4R养分管理原则(即选用合适的肥料种类、制定合适的施肥量、在合适的时间施用在合适的位置)即可提供针对不同地块的个性化施肥方案。然而，关于NE系统推荐施肥是否能够实现马铃薯高产高效的报道较少。因此本研究以北方一作区马铃薯较为典型的甘肃、黑龙江和内蒙古3个试验点为基础，通过4年定位试验研究测定不同施氮量下马铃薯块茎产量、氮素吸收、土壤无机氮含量、肥料利用率和氮素表观平衡等指标，旨在明确不同种植区域马铃薯适宜施氮量，以及验证NE养分专家系统推荐施氮量是否能够实现马铃薯高产高效。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

于2017年4月至2020年9月，分别在甘肃省定西市、黑龙江省克山县和内蒙古武川县3个试验点开展马铃薯氮肥量级田间试验，3地分别属于中温带大陆性气候、寒温带大陆性季风气候和中温带大陆性季风气候，试验点经纬度、土壤基础理化性质(0—20 cm土层)及气候特征见表1。

表1 各试验点地理位置和土壤基础理化性质Table 1 Geographical location and basic physico-chemical properties of the soil in each experimental site

1.2 试验设计

3个试验点均为田间试验，各个试验点以NE系统推荐施氮量为基准，设置不同施氮量处理：甘肃设-N、-40%N、NE、+40%N 4个处理；黑龙江设置-N、-50%N、-25%N、NE、+25%N、+50%N 6个处理；内蒙古设-N、-50%N、-25%N、NE、+50%N 5个处理，每个处理具体氮肥用量见表2。NE推荐施肥是根据农户当前产量水平、养分投入历史、秸秆还田方式，以及土壤质地性状、气候和灌溉条件等信息结合4R养分管理原则，给出供试地块的个性化推荐施肥方案。试验均采用单因素完全随机区组设计，重复3次，小区面积为30 m2。

表2 各试验点不同年份基于养分专家系统(NE)推荐量的各处理氮肥用量(kg/hm2)Table 2 N rate (kg/hm2) based on that recommended by Nutrient Expert system (NE) in each experimental site from 2017-2020

NE系统推荐施肥以作物目标产量法为基础，用不施肥小区的养分吸收或产量水平来表征土壤基础肥力，地块施肥后作物产量反应越大，土壤基础肥力则越低，肥料推荐量越高[27]。NE系统氮肥推荐主要是依据氮素产量反应(施氮与不施氮小区的产量差)和氮素农学效率(施入单位养分的作物增产量)确定[28]。甘肃、黑龙江和内蒙古3个试验点氮肥均选用尿素(含N 46%)，基追比分别为100∶0、50∶50和30∶70，播种时和苗期培土时垄上施肥覆土，播种时覆土10 cm，培土覆土5 cm；3个试验点磷肥分别选用过磷酸钙(含P2O518%)、重过磷酸钙(含P2O545%)和过磷酸钙(含P2O518%)，4年试验施磷量甘肃分别为P2O590、129、50、50 kg/hm2，黑龙江分别为P2O575、75、75、75 kg/hm2，内蒙古分别为P2O5150、180、91、84 kg/hm2，全部作为基肥施入；钾肥均选用氯化钾(含K2O 60%)，4年试验施钾量甘肃分别为K2O 90、157、122、122 kg/hm2，黑龙江分别为K2O 150、150、150、150 kg/hm2和内蒙古分别为K2O 234、270、238、134 kg/hm2，3个试验点基追比分别为100∶0、50∶50和100∶0。

甘肃、黑龙江和内蒙古3个试验点分别于每年4月末、5月初和5月中旬播种，并于10月末、9月中旬和9月末收获，已连续种植4季；种植品种分别为陇薯10号、延薯四号和华颂7号；行距分别为60/40 (大垄双行)、80和50 cm；株距分别为38、25和40 cm；种植密度分别为5.2、6.0和5.0万株/hm2；内蒙古试验点根据降水情况进行滴灌，甘肃和黑龙江为雨养。试验地四周均设置保护行。

1.3 测定项目和分析方法

1.3.1 产量 于收获期在各小区中间两垄分别取连续10株马铃薯，将挖取马铃薯块茎合并称重测产，并将小区产量折算为单位面积产量。

1.3.2 植株干物质量 于收获期各小区取代表性植株5株，将地上部与地下部分装称重后于105℃杀青30 min，65℃烘干至恒重，测定植株干物质含量。

1.3.3 植株氮含量 将烘干的植株样品和块茎样品粉碎过筛后，用H2SO4-H2O2法消化2 h，采用凯氏定氮法测定样品全氮含量。

1.3.4 土壤样品测定 试验开始前采集0—20 cm土壤测定基础理化性质。土壤pH以2.5∶1水土比测定；土壤有机质含量采用重铬酸钾容量法—外加热法测定；土壤全氮含量采用凯式定氮法测定；有效磷含量采用 0.5 mol/L NaHCO3浸提后钼锑抗比色法测定；速效钾含量采用1 mol/L CH3COONH4浸提后原子吸收光谱仪测定。收获期采集0—20 cm土壤测定铵态氮和硝态氮含量及脲酶活性。铵态氮和硝态氮含量采用2 mol/L KCl浸提后用流动分析仪测定；脲酶活性采用土壤脲酶试剂盒(Solarbio，中国)测定。

1.4 计算方法

1.5 数据处理和统计分析

采用Excel 2019软件对数据进行处理，并使用SPSS 17.0统计软件LSD法在0.05显著水平进行平均值的差异显著性分析。使用SAS 9.3软件对产量数据进行模型拟合。

2 结果与分析

2.1 施氮量对马铃薯产量和氮素吸收的影响

4年田间定位试验结果表明，施氮对马铃薯块茎产量和氮素吸收量影响显著(P<0.05)，块茎产量和氮素吸收量均随施氮量的增加呈先升高后降低趋势(表3)。甘肃、黑龙江和内蒙古3个试验点，马铃薯产量均以NE处理最高，其4年平均产量分别为32.5、37.9和35.5 t/hm2，与-N处理相比，分别显著提高了48.4%、71.5%和63.6%。施氮处理显著提高了马铃薯氮素吸收量，除甘肃2019年和黑龙江2020年外，各试验点均以NE处理氮素吸收量最大，4年平均分别为168.9、174.9和199.5 kg/hm2，较-N处理分别显著提高了73.8%、130.7%和116.6%。施氮量超过NE处理施氮量后，马铃薯氮素吸收量有小幅下降，但与NE处理差异不显著。3个试验点马铃薯收获指数均随施氮量增加而显著降低(表4)。以上结果表明，过高的施氮量不仅不会促进马铃薯氮素的吸收累积，而且抑制了马铃薯茎叶中的氮素向块茎中转移，造成了氮肥的浪费，而NE推荐施氮量较为准确地匹配了马铃薯高产和高氮素吸收的需求。

表3 不同施氮量下马铃薯块茎产量(t/hm2)和氮素吸收量(kg/hm2)Table 3 Potato tuber yield(t/hm2) andnitrogenuptake (kg/hm2) under different nitrogen applicationrates

表4 不同施氮量下马铃薯块茎氮素收获指数(%)Table 4 Potato tuber nitrogen harvest index (%) under different nitrogen application rates

2.2 施氮量对0—20 cm土层土壤无机氮含量和脲酶活性的影响

经过连续4年施肥后，从不同氮肥用量对土壤无机氮含量(积累量，包括铵态氮和硝态氮)的影响(图1)可以看出，甘肃、黑龙江和内蒙古3个试验点马铃薯土壤无机氮含量均随施氮量增加而显著提高，相比于土壤初始无机氮含量，甘肃NE处理、黑龙江NE处理和内蒙古-25%N处理以及施氮量更高的处理均有不同程度的提高。其中，甘肃试验点氮肥施用对土壤无机氮含量提升幅度最高，相比于-N处理，+40%N处理提高了土壤无机氮含量48.0 kg/hm2，内蒙古和黑龙江试验点次之，+50%N处理比-N处理分别提高了16.3和11.3 kg/hm2。对于NE处理，甘肃、黑龙江和内蒙古3个试验点的土壤无机氮含量分别为70.8、24.8和39.7 kg/hm2。

图1 施氮水平对0—20 cm土层土壤无机氮累积的影响Fig. 1 Effects of nitrogen application rate on soil inorganic nitrogen accumulation in 0-20 cm soil profile

不同试验点之间土壤脲酶活性存在显著差异(P<0.05)，黑龙江马铃薯土壤脲酶活性最高，为326.1～433.5 μg/(g·d)，明显高于甘肃和内蒙古试验点。而施氮量对土壤脲酶活性也存在显著影响，3个试验点土壤脲酶活性均随施氮量增加呈先增加后下降趋势(图2)。甘肃、黑龙江和内蒙古试验点土壤脲酶活性分别以-40%N、NE和-50%N 3个处理为最高，相比于-N处理分别提高了53.0%、32.9%和36.4%。说明合理的施氮量对土壤脲酶活性具有显著的促进效应，而过低或过高的施氮量则会抑制土壤脲酶活性。

图2 不同施氮水平下土壤脲酶活性Fig. 2 Urease activity in soil under different N application rates

2.3 施氮量对马铃薯氮肥利用率和氮素表观平衡的影响

分别以氮肥累积回收率、累积农学效率和累积生理利用率为氮肥利用率的评价指标进行计算，发现施氮量显著影响马铃薯氮肥利用率。氮肥累积回收率随试验年份增加有增加趋势，但随施氮量增加有显著下降趋势(表5)，甘肃、黑龙江和内蒙古3个试验点NE处理4年氮肥累积回收率分别为39.2%、55.1%和53.1%，相比于最高施氮量处理分别提高了12.5、21.8和21.3个百分点。同样，氮肥累积农学效率也随施氮量增加而降低(表6)。3个试验的NE处理4年累积农学效率分别为57.9、87.6和68.3 kg/kg，相比于最高施氮量处理提高了27.0、37.2和30.4 kg/kg。氮肥累积生理利用率随施氮量的增加而下降(表7)，但是除了甘肃2017、2019和2020年外差异并不显著。黑龙江马铃薯氮肥生理利用率较高，NE处理4年累积生理利用率可达159.4 kg/kg。相比于NE减氮或增氮处理，NE推荐施氮量更好地实现了马铃薯产量和氮素利用率的协同提高。

表5 不同施氮量下马铃薯的氮肥累积回收率(%)Table 5 Cumulative nitrogen recovery efficiency in potato under different N application rates

表6 不同施氮量下马铃薯的氮肥累积农学效率(kg/kg)Table 6 Cumulative agronomic efficiency of nitrogen in potato under different N application rates

表7 不同施氮量下马铃薯的氮肥累积生理利用率(kg/kg)Table 7 Cumulative physiological efficiency of nitrogen in potato under different N application rates

同时，计算了3个试验点马铃薯4年的土壤氮素表观平衡(图3)。结果表明，随施氮量增加，氮素表观平衡逐渐由亏缺转到盈余状态。3个试验点在不施氮的情况下，土壤氮素的亏缺值分别达到388.8、303.0和368.4 kg/hm2，影响了氮素的可持续供应能力；而在氮肥过度投入的情况下，则有361.4、417.5和459.2 kg/hm2的氮素盈余，加剧了活性氮损失的风险。值得注意的是，甘肃、黑龙江和内蒙古试验点NE处理的氮素表观盈亏平衡值分别为56.5、20.4和10.9 kg/hm2，表明其4年累积的氮素投入与支出趋近平衡。

图3 不同施氮处理下土壤氮素表观平衡Fig. 3 Apparent balance of soil nitrogen under different nitrogen application treatment

2.4 马铃薯最高产量和经济最佳施氮量

利用经典的一元二次曲线模型，分别对3个试验点施氮量和马铃薯产量进行回归分析。结果表明，模型拟合结果极显著，相关系数R2达0.787～0.873(图4)。通过计算发现，甘肃、黑龙江和内蒙古试验点最高产量施氮量分别为186、199和231 kg/hm2，略高于NE处理的施氮量(180～186、180和178～240 kg/hm2)。进一步结合马铃薯平均的薯块价格和氮肥价格，计算了不同试验点马铃薯经济最佳施氮量，甘肃、黑龙江和内蒙古分别为165、188和214 kg/hm2，在此施氮量下可获得最大经济收益。从图4中可以看出，NE推荐施氮量与经济效益最佳施氮量较为接近，表明其兼顾了实现马铃薯高产和高收入的要求，既避免了过度施肥造成的肥料浪费，也促进农民的增产增收。

图4 施氮水平与马铃薯产量的关系Fig. 4 Relationship between nitrogen application rate and potato yield

3 讨论

马铃薯生长过程中对氮素的需求量较大，氮素在构成蛋白质、叶绿素、酶和维生素等物质结构和维持作物生命活动、促进生长等过程中起重要作用，因此氮素是限制马铃薯产量的重要营养元素[29]。不同马铃薯种植区域由于气候条件、土壤肥力、种植品种和田间管理等均存在差异，因此适宜的施氮量也各不相同。本研究在我国北方马铃薯3个典型种植省区(甘肃、黑龙江和内蒙古)开展适宜施氮量研究，根据不同试验点的施氮产量反应特征，利用养分专家系统推荐了不同的施氮量，甘肃、黑龙江和内蒙古分别为180～186、180和180～240 kg/hm2，与3个省份调查的农民习惯施氮量(250、204和280 kg/hm2)相比，分别降低了70、24、60 kg/hm2。根据在甘肃省、黑龙江省和内蒙古自治区开展的其它相关研究报道，3个省份的适宜施氮量分别为183、180和225 kg/hm2[30-32]，与本研究养分专家系统推荐结果相近。为进一步优化推荐施氮量，本研究以NE推荐量为基础，研究减施或增施氮肥对产量及氮素利用率的影响。以往大量的研究表明，作物产量与施氮量之间的关系可以用一元二次线性加平台模型拟合[25]，即产量随着施氮量的增加而提高，但是超过一定的阈值后产量不再提高乃至显著下降。本研究也证明了马铃薯产量随施氮量增加呈先增加后减少的趋势，其相关关系可以用二次曲线显著拟合，并确定甘肃、黑龙江和内蒙古3个试验点分别在施氮量186、199和231 kg/hm2时获得最高产量，这是氮肥允许投入量的上限，几乎所有NE推荐量都低于此上限(由于过高估计了内蒙古试验点2017年的产量反应，造成了2018年推荐施氮量超出了最高产量施氮量)。

然而，施氮量的持续增加导致产量提高，但收益低于肥料成本的提高，因此在最高产量施氮量下并不能获得最高的经济收益[33]。为了消除年际间气候和土壤肥力差异，我们采用了4年的产量和施氮量数据，根据边际收益等于边际成本时经济收益最大的原则，计算甘肃、黑龙江和内蒙古3个试验点的经济最佳施氮量分别为165、188和214 kg/hm2，经济最佳施氮量比最高产量施氮量分别降低了21、11和17 kg/hm2，而与NE处理的施氮量接近，说明养分专家系统推荐的施氮量在不显著降低产量的前提下，有效的降低了施氮量并且获得了较高的经济效益。

施氮量对马铃薯氮素吸收同样起重要作用。本研究中在不施氮的情况下，由于土壤氮库的持续耗竭，各试验点马铃薯氮素吸收量均随试验年份的增加而不断降低，表明了外源氮素投入对维持土壤氮素供应的重要性。施氮量较低时，马铃薯氮素吸收量随着施氮量的增加而快速增加，当施氮量较高时马铃薯氮素吸收量增加速度降低[34]，例如石晓华等[35]研究指出马铃薯施氮量超过150 kg/hm2后氮素吸收量即出现下降趋势。本研究中马铃薯氮素吸收量随施氮量的增加呈现出先升高后降低的趋势，3个试验点均在NE处理施氮量下取得最大氮素吸收量。结合产量/氮素吸收量和施氮量的关系可以看出，当施氮量超过NE推荐量后马铃薯产量和氮素需求均降低，因此氮素不再是限制产量的主要因素，继续提高产量需从水分管理和栽培措施等方面进一步优化。

不同试验点马铃薯气候、土壤肥力和种植品种等的差异，导致施氮的产量反应也存在较大不同。3个试验点中黑龙江施用氮肥后的增产率最高，为71.5%，而甘肃最低，仅为48.4%，同时黑龙江施氮处理的氮素吸收比不施氮处理增加了130.7%，为3个试验点最高。这主要是由于不同地区土壤基础氮素供应能力和作物吸收利用效率的差异导致。尿素施入土壤后需要经过水解和硝化作用分别转变为铵态氮和硝态氮，土壤无机氮(铵态氮和硝态氮的总和)是作物吸收氮素的直接来源[36]。黑龙江试验点土壤基础无机氮含量最低而脲酶活性最高，因此对施入的氮肥最为敏感，可以最大程度利用外源氮素实现增产的目的。另外，甘肃和内蒙古试验点蒸发量远高于降水量，尤其在生育前期降水量较低时，水分不足导致肥料释放速率缓慢，生育后期降水量集中导致氮素流失途径的增加进一步降低了肥料的有效性，导致增产潜力下降。过量施氮后超过作物需求的氮素会残留在土壤中，而残留的无机氮可能通过硝化-反硝化作用、氨挥发、径流和淋溶等方式损失，从而造成氮素的环境污染[37]。本研究中施用氮肥可以显著增加收获期土壤无机氮含量，其中甘肃土壤无机氮累积量最高，且增氮处理相较于不施氮处理土壤无机氮提高了48.0 kg/hm2，施用氮肥后黑龙江和内蒙古的土壤无机氮含量增加幅度较小，分别为11.3和16.3 kg/hm2。过量施氮加剧了氮素损失的风险，因此氮肥施用量的确定更应慎重以避免施肥过量。

为保证粮食持续增产，从20世纪80年代以来我国化肥用量不断提高，导致肥料利用率始终处于较低水平，如何在保障作物高产的同时提升肥料利用率一直是学术界关注的热点问题[38]。提高肥料利用率对于减小环境压力、维持土壤氮素循环和保护公众健康等方面有重大意义[39]。马铃薯相较于禾本科作物根系较浅且分布密度低，这使得施用的氮肥在被吸收时需要运输较长距离[40]，施氮量较大时容易造成氮素过度盈余，导致氮素利用率大幅下降。有研究表明马铃薯过量施肥导致氮肥偏生产力、氮素回收利用率和农学效率均有不同程度的降低[25,41]，而适当降低施氮量可以提高氮肥利用率且不会显著降低产量[42]。本研究中随着施氮量的不断提高，氮肥累积回收率和累积农学效率显著降低，相比于NE处理，甘肃、黑龙江和内蒙古3个试验点增施氮肥处理的氮肥累积回收率分别降低了12.5、21.8和21.3个百分点，累积农学效率分别降低了27.0、37.2和30.4 kg/kg。这是由于施氮量适宜时，投入的氮素可以充分用于产量的形成，而施氮过量时块茎产量和氮素吸收并不能无限制的随施氮量的提高而提高，最终造成了氮肥利用率的下降。黑龙江试验点氮肥累积回收率和农学效率均为3个试验点最高，这与黑龙江马铃薯较高的产量反应结果一致。氮肥生理利用率可以表征植物体内的氮素利用效率[38]，本研究中氮肥生理利用率表现为随施氮量的增加而降低，或有小幅上升后下降，这与秦永林[43]的研究结果类似，这说明较低的施氮量可以促进马铃薯吸收的氮素更有效的转变为块茎产量。由于减氮处理马铃薯氮素吸收量大于氮肥投入量，造成了土壤肥力的消耗，收获期土壤无机氮含量低于土壤基础无机氮含量。而当施氮量较高时，施氮量明显高于马铃薯氮素吸收量，使得土壤无机氮残留而高于土壤基础无机氮含量，造成了无机氮在土壤中积累。本研究4年氮素表观平衡盈亏值与施氮量呈显著正相关关系，这与刘瑞等[44]的研究结果相似，NE处理维持了一个较低氮素盈余水平(10.9～56.5 kg/hm2)，而继续增施氮肥，土壤氮素表观盈余量显著提高，说明大量氮素残留在土壤中[45]，这必然加剧氮素的损失[46-47]。

评价施氮量是否合理应综合考虑施氮的增产效应和氮肥利用效率[48]。当施氮量较低时，土壤不能为植物提供足够的氮素，影响植物正常的生长发育，从而最终造成低产；而过量施氮增加的氮素吸收已经超过了形成产量所需的氮素，导致地上部徒长贪青并延后了生殖生长的时期，同时过量吸收的氮素主要在地上部积累，不能及时有效的向块茎中转移，较低的氮素收获指数造成了肥料的浪费。在养分专家系统推荐施氮量下，3个试验点的氮肥利用率相比减氮处理并没有显著降低且同时获得较高的块茎产量，而相比增氮处理显著提高了氮肥利用率，同时，NE推荐施氮量下土壤脲酶活性较高，有助于土壤中氮素转化和维持健康的土壤氮素循环系统[49]，并在4年种植期间基本维持了土壤氮素输入和输出的平衡，这些结果表明NE推荐施肥可以协同实现马铃薯氮肥施用的高产和高效。从对比最高产量施氮量和经济最佳施氮量结果来看，NE推荐施氮量在甘肃处于经济最佳施氮量和最高产量施氮量之间，黑龙江推荐施氮量略低于经济最佳施氮量，这两个试验点推荐量较为合适。但在内蒙古试验点，2017和2020年氮肥推荐量较低，而2018年推荐量较高，这可能是由于不同年际间水热条件的差异造成产量反应的变异，导致NE推荐量发生较大变异，说明养分专家推荐施肥系统仍需进一步优化评估产量反应的方法，未来研究需要在这一方面加强。

4 结论

通过4年定位试验证明，养分专家系统推荐施氮量下马铃薯块茎产量、氮素吸收量最大，同时可以维持较高的氮肥利用率和经济收益。超过养分专家系统推荐施氮量，块茎产量、氮素吸收、氮素收获指数和氮肥利用率均下降。土壤脲酶活性随施氮量的增加呈先增加后下降趋势，养分专家系统推荐施氮量可以维持较高脲酶活性，土壤无机氮含量和氮素表观平衡均与施氮量呈显著正相关，而养分专家系统推荐施氮量能够在维持合理的土壤无机氮含量同时不会造成土壤氮素的过度盈余。因此，养分专家系统适用于我国北方一作区马铃薯推荐施肥，在协同产量和氮肥利用率的同时，可以避免过量施肥进而降低因养分损失造成的环境压力。