有机肥替代化肥对马铃薯产量、氮肥利用和土壤养分的影响

黄艳岚，张超凡，张道微，董 芳，张 亚，王 飞，魏云霞

（1. 湖南省农业科学院作物研究所，湖南 长沙 410125；2. 郴州市苏仙区农业农村局，湖南 郴州 423000；3. 醴陵市农业农村局，湖南 醴陵 412200）

施肥是粮食作物增产的重要途径。化肥能大大提高作物单产[1]，然而过度施用化肥会造成土壤酸化、板结[2]及生态环境污染[3]等一系列问题。据统计，2018 年湖南省化肥施用总量较2014 年减少了2.0%，化肥施用强度较2014 年增加了5.8%[4]。有机肥具有改良土壤理化性状、提高作物品质等[5]作用，其全部替代或部分替代化肥施用，均能起到增产提质功效，同时还可有效改善农业生态环境质量，促进农业可持续发展[6-7]。

马铃薯有机肥替代化肥的研究报道很多。例如：赵健宇等[8]的研究表明，在单施化肥的基础上，增施煤基生物有机肥可显著增加马铃薯植株和块茎的干物质积累量，进而提高块茎总产量；胡岗等[9]的研究表明，秸秆钾与化学钾肥配施处理的马铃薯产量最高，同时该处理可促进作物的养分吸收，提高马铃薯的品质；钱彩霞等[10]的研究表明，施用有机肥可显著提高马铃薯的可溶性糖、维生素C 和游离氨基酸含量，降低淀粉和硝酸盐含量，提高大春马铃薯的产量、结薯数和商品薯率[10]；李雅洁[11]的研究表明，利用商品有机肥替代部分化肥，能显著提高马铃薯的株高和茎粗，增加单株结薯重量和单薯重量，达到增产的目的。

有机肥替代部分化肥需要确定合适的替代比例，而且这一合适比例因作物种类与品种、土壤类型和肥料种类的差异而不同[12]。湖南省是马铃薯中南主产区，前期开展了“三分地养活一个人”粮食高产绿色优质科技创新工程，发现在合理选择品种及科学田间管理的条件下，湖南地区“超级杂交中稻＋马铃薯模式”可取得较好的经济效益[13]。同时，湖南省又是我国重要的畜禽养殖大省，畜禽源有机肥资源十分丰富，因此利用本地的有机肥资源种植马铃薯既能合理利用畜禽粪便，减少环境污染，促进养殖业健康发展，又能减少种植业化肥投入，提高土壤有机质，增加种植效益，促进种植业可持续发展。目前，关于湖南地区马铃薯有机肥替代化肥的相关研究报道较少见。因此，笔者根据长沙地区马铃薯推荐施肥量设置不同的施肥方式，探讨有机肥替代部分化肥对马铃薯产量、氮肥利用率及土壤肥力的影响，以期明确湖南长沙地区马铃薯种植过程中最佳的有机肥替代比例。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2019 年12 月—2020 年5 月在湖南省农业科学院作物研究所实验基地进行。试验地年均气温17.2℃，全年无霜区约275 d，年均降水量约1 361.6 mm，属亚热带季风气候。供试土壤为第四纪红色粘土发育的红壤，土壤基础理化性质如下：pH 值7.33，有机质27.15 g/kg，碱解氮105.38 mg/kg，速效磷97.28 mg/kg，速效钾280.90 mg/kg，全磷1.16 g/kg。

1.2 试验材料

供试马铃薯为早熟品种费乌瑞它脱毒种薯，购自贵州省农业科学院马铃薯研究所。供试肥料有：复合肥（N-P2O5-K2O=16-16-16，天源农化国际有限公司）、有机肥（总养分6.21%，有机质含量为53.40%，总氮、磷、钾分别为1.4%、0.76%和4.05%，湖南华田盛德生物科技有限公司）。

1.3 试验方法

1.3.1 试验设计试验设6 个处理：不施肥（T1）、单施100%复合肥（T2）、25%有机肥+75%复合肥（T3）、50%有机肥+50%复合肥（T4）、75%有机肥+25%复合肥（T5）、单施100%有机肥（T6）。100%复合肥用量为750 kg/hm2，100%有机肥用量为3 000 kg/hm2。每个处理3 次重复，完全随机区组排列，小区面积32.4 m2；种植4 排，行长9 m，株距22.2 cm，行距60 cm，种植密度75 000 株/hm2。

1.3.2 种植管理整地后以90 cm（包沟）起垄，垄距30 cm，播种前将各处理的施肥量混匀后一次性穴施。2019 年12 月下旬播种，种薯处理及管理参照黄艳岚等[14]的方法。2020 年5 月上旬收获，分小区单独测产。

1.3.3 取样及指标测定土壤采样：在种植前按“S”形采集大田土壤，收获前分小区在垄上随机选取5 点采样。植株采样：收获前各小区选取5 株马铃薯植株，测定株高、茎粗、单株结薯数，单株结薯量，茎叶和薯块分别切碎、拌匀作为样品。土壤和植株样品均按四分法留样测定水分和养分。土壤pH 值按电位法测定，有机质按重铬酸钾容量法测定，碱解氮按碱解扩散法测定，有效磷按碳酸氢钠浸提-钼锑抗分光光度法测定，速效钾、缓效钾按原子吸收分光光度计法测定。植株、薯块全氮按半微量凯氏定氮法测定。

1.4 数据统计分析

用Excel 2019 软件进行数据处理，用SPSS 19.0软件进行方差和相关性分析，采用Duncan’s 新复极差法进行多重比较。各指标计算公式如下。

氮素积累量=非收获物干质量×非收获物氮质量分数+收获物干质量×收获物氮质量分数

氮收获指数（%）=（块茎吸氮量/作物吸氮量）×100

氮素吸收效率（kg/kg N）=作物吸氮量/施氮量

氮肥利用率（%）=（施氮处理吸氮量-不施肥处理吸氮量）×100/施氮量

氮肥偏生产力（kg/kg）=施氮区作物产量/施氮量

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对马铃薯产量及构成因素的影响

由表1 可以得出，T3（75%复合肥+25%有机肥）处理产量最高，比T1 处理（不施肥）提高38.82%，比T6 处理（100%有机肥）提高10.57%，比T2 处理（100%复合肥）提高3.59%；T4 处理（50%复合肥+50%有机肥）产量较T1 处理增加31.79%，较T2 处理减少1.66%；T5 处理（25%复合肥+75%有机肥）产量较T1 处理增加20.46%，较T2 处理减少10.12%；T6 处理产量较T1 处理增加25.55%，较T2处理减少6.32%。各处理中，T3 处理的茎粗、株高、单株茎叶重、单株薯块重和单株薯块数均高于其他处理；T2 处理的分枝数和商品薯率最高。有机肥替代处理中，产量和构成因素指标值随着有机肥的增加而降低。整体来看，有机肥替代部分化肥有利于马铃薯的生长。

表1 不同施肥处理马铃薯的产量及构成因素

2.2 不同施肥处理对马铃薯氮素积累的影响

由表2 可知，不同施肥处理马铃薯各部位氮累积量差异显著（P＜0.05），T3 处理的马铃薯茎叶和薯块氮素积累量均显著高于T1、T2 和T6 处理（P＜0.05），说明有机肥部分替代化肥可以显著增加马铃薯植株茎叶和薯块氮累积量。T3 处理茎叶氮积累量和薯块氮积累量最高，分别比T1 处理增加76.05%和65.16%，分别比T2 处理增加78.60%和29.37%，分别比T6 处理增加68.69%和30.89%；其次是T4 处理，其茎叶氮积累量和薯块氮积累量分别比T1 处理增加32.11%和40.57%，分别比T2 处理增加34.02%和10.11%，分别比T6 处理增加26.59%和11.40%；T5处理的茎叶氮积累量排第三，但其薯块氮积累量低于T6 处理；各处理中，以T2 处理的茎叶氮积累量、T1处理的薯块氮积累量分别为最低值。

表2 不同施肥处理马铃薯各部位的氮累积量 （kg/hm2）

2.3 不同施肥处理对马铃薯氮肥效率的影响

由表3 可知，不同施肥处理氮收获指数差异显著性不大（P＞0.05），而氮素吸收效率、氮肥利用率和氮肥偏生产力均存在显著差异（P＜0.05）；T6 处理的氮素吸收效率和氮肥偏生产力最高，而且这2 个指标值均随着有机肥施用量的增加而增加；而氮肥利用率也表现出随着有机肥施用量增加而增加的趋势。这说明施用有机肥可提高氮素吸收效率、氮肥利用率和氮肥偏生产力。

表3 不同施肥处理马铃薯的氮肥利用效率

2.4 不同施肥处理对马铃薯土壤养分含量的影响

由表4 可知，不同施肥处理的土壤pH 值、含水量、有机质、有效磷、碱解氮、缓效钾含量没有显著性差异；T5、T4、T3 处理的有机质、有效磷和碱解氮呈逐渐增加趋势；T2 处理有效磷、碱解氮含量最高。

表4 不同施肥处理的土壤养分含量

3 讨 论

施肥是作物高产的主要途径，有机肥与化肥配施不仅能增加产量，还能有效提高干物质积累量。研究表明，马铃薯增施有机肥处理产量均高于单施化肥处理产量[8,10]。在研究中，只有75%复合肥+25%有机肥处理产量较100%复合肥处理产量增加3.59%，而50%复合肥+50%有机肥处理和25%复合肥+75%有机肥处理产量则低于100%复合肥处理产量。这与有机肥缓慢释放营养元素，而化肥能够在马铃薯生育期快速释放营养元素有关。因此，对于生育期比较短的作物，要保证产量，有机肥替代比例应控制在一定的范围内。在复合肥低于75%（562.5 kg/hm2）时马铃薯较难获得高产，因此在种植生产过程中适量减施复合肥、结合施用有机肥利于增加马铃薯产量。

作物的干物质累积量是衡量作物生长发育状况的重要生理生化指标，合理的氮运筹能提高作物氮累积量及其分配系数，使营养物质向生殖器官转移分配，才能实现作物的优质高产[15]。研究表明，马铃薯各器官的氮吸收累积量与单株产量呈正相关，即增施氮肥可调控植株干物质的积累与分配，进而影响马铃薯块茎的产量[16]。因此，提高薯块养分分配是增加马铃薯产量的有效途径。试验结果表明，茎叶和薯块氮积累量与产量呈正相关，75%复合肥+25%有机肥处理的茎叶和薯块氮积累量最高，随着有机肥替代量的增加，马铃薯茎叶和薯块的氮积累量逐渐降低。

不同马铃薯品种氮收获指数差异较大，根据氮收获指数马铃薯可分为双高效型、低氮高效型、高氮高效型和双低效型[17]。试验中各处理的氮收获指数差异不显著，这与试验材料为同一品种相关，还需进一步研究确定该品种的氮收获指数类型。有机肥替代化肥有利于提高氮肥效率[12,18]，这与试验结果相同，试验中有机肥部分替代化肥处理的氮素吸收效率、氮肥利用率和氮肥偏生产力均高于复合肥处理，而且随着有机肥替代量的增加，其值呈增加趋势。长期施用有机肥能改变土壤养分含量特别是有机质的含量[19]，研究发现有机肥替代施肥处理与复合肥处理土壤养分含量没有显著性差异，这与有机肥的施用量以及处理年限有一定的关系[20]，马铃薯的种植周期较短，有机肥的投入总量较少。

4 结 论

马铃薯有机肥替代化肥以75%复合肥+25%有机肥处理的产量以及茎叶、薯块的氮积累量最高，茎粗、株高、单株茎叶重、单株薯块重和单株薯块数等产量构成因素指标也均高于其他处理。有机肥替代化肥处理的氮素吸收效率、氮肥利用率和氮肥偏生产力均高于复合肥处理。各处理间土壤养分没有显著性差异。