氮肥减施与替代土壤特性对马铃薯产量和品质的影响分析

2023-11-19杨云霞

种子科技 2023年18期

杨云霞

摘要：本研究在通渭县设置了3个不同氮肥减施量、3个不同有机肥替代量、2个不同氮肥用量的施肥试验。结果表明，施用等量有机肥替代部分氮肥，马铃薯产量有所提高，但增幅不大；当氮肥减施30％～50％时，马铃薯产量最高；当氮肥减施50％～70％时，马铃薯产量有所下降；在施用等量有机肥替代部分氮肥的施肥模式中，马铃薯淀粉含量最低。本研究旨在探索适宜通渭县马铃薯种植的最佳施肥模式，以期为当地马铃薯生产提供理论依据。

关键词：氮肥减施；马铃薯；产量；品质

文章编号：1005-2690（2023）18-0018-03 中国图书分类号：S532 文献标志码：B

近年来，我国马铃薯产量及品质不断提升，成为我国第二大作物，其种植面积和总产量均居世界首位。马铃薯在甘肃省通渭县种植面积近10万hm2，占其耕地总面积的45％左右。现阶段，当地马铃薯产业发展正处于从传统产业模式向现代产业模式转变的关键时期。随着我国化肥施用量逐年增加，氮肥污染问题逐渐受到关注。在“双替代”政策下，马铃薯生产对有机肥的需求量增加，有机肥可替代部分氮肥，减少氮素淋溶损失，从而减少对环境的污染。

1 试验概况

1.1 試验地概况

本试验在通渭县农技中心推广试验田进行，土壤质地为黄壤，有机质含量为5.24％，碱解氮含量为48.54 mg/kg，速效磷含量为57.7 mg/kg。试验地为丘陵梯田，地块宽约50 m，长约50 m。

1.2 试验过程

试验设4个处理，即氮肥减量20％、30％、50％，不减施氮肥，有机肥替代部分氮肥（N∶C∶P2O5=6∶3∶4），不施用任何肥料。马铃薯品种为陇薯3号。试验采用完全随机区组设计，每个处理重复3次。共6个处理、12个小区，面积40 m×40 m（长×宽），重复间距80 cm。随机区组排列并编号。

试验人员分别于马铃薯播种时（4月25日）、收获时（6月14日）和马铃薯生长过程中（7月14日）采集植株样品和土壤样品，按以下步骤测定样品。称取10 g土样加入烧杯中，将烧杯中的溶液滴入装有20 mL去离子水的量筒中（使用移液管进行操作）。加入2 mL去离子水后充分混匀，静置3 min使悬浮液分层。向量筒中加入2 mL去离子水，不断振荡后静置3 min让其充分混匀。用移液管吸取20 mL混合液在100 ℃的条件下加热5 min，使其完全溶解并冷却至室温后用移液管吸取2 mL去离子水，注入100 ℃的恒温培养箱中进行培养。分别用移液管吸取10、40 mL去离子水注入100 ℃的恒温培养箱中进行培养。待马铃薯生长成熟后取不同部位样品进行分析测定。

每个处理重复3次，采用GB/T 7719—2009《食品安全国家标准淀粉制品》测定马铃薯淀粉含量，取60 g左右样品置于具塞量筒中，用去离子水定容至100 mL左右，采用紫外可见分光光度计（SPAD-502）测定其淀粉含量。试验设计如表1所示。

2 试验内容与数据分析

2.1 马铃薯生育期记录

4月25日开始发芽，15～25 d长出真叶，6月14日株高达到最高值，叶面积达到最大值，茎粗最粗。7月14日现蕾，开始开花、结薯。9月12日植株开始长叶并进入迅速生长阶段，叶面积值快速增加。11月6日株高达到峰值，茎粗最大，叶片数达到最多。1月17日、1月20日、1月30日、1月31日、2月17日、3月30日植株高度和茎粗没有明显变化。5月18日植株开始开花并进入盛花期，这是花芽分化和开花期的转折期，此时植株冠层中的有效花增多，植株光合产物增多，光合速率和蒸腾速率提高，植株生长速度加快，茎粗增加，但植株仍以营养生长为主，生殖生长缓慢。6月17日进入旺长期，叶片数增多，茎粗增长，分枝形成，茎粗和叶面积快速增加。6月30日为生育后期，出现块茎膨大期标志。7月7日进入盛果期后植株生长缓慢，此时是产量形成关键时期，植株叶片数减少且叶片变薄，茎和叶的光合速率和蒸腾速率降低，块茎形成期在盛果期前后开始，块茎进入膨大期后在整个生育期的不同阶段都有不同的特征变化。9月15日为成熟期，植株生长缓慢，茎粗和叶宽没有明显变化，块茎进入快速膨大期并迅速形成，植株冠层中有效花减少，叶片数增加，光合作用增强，茎粗和叶面积没有明显变化。

2.2 马铃薯生长指标和产量测定

本试验采用烘干法测定叶绿素含量，采用SPAD—4分光光度计测定叶绿素a含量，采用高效液相色谱（HPLC）法测定叶片中叶绿素含量，用扫描电子显微镜（SEM）观察马铃薯表皮的结构，用分光光度计测定马铃薯叶绿体色素含量。

于2021年7月14日收获，每个处理3次重复测定。收获时，随机选取每个处理1 kg马铃薯进行室内考种，测量其单株主茎数，取平均值，再将单株地上部分鲜重换算成鲜产量。测出鲜重后称其各处理的干物重，计算出纯氮、磷、钾的吸收量，再计算产量，公式如下。

产量=（单株地上部分鲜重×植株干重）/单株鲜重×100 （1）

产量=纯氮吸收量×1 011 g/kg×100％（2）

本试验采用PloyGrid 4.0进行田间数据采集与处理，以SPAD值和叶绿素含量为主要指标，采用SPAD-502数据分析软件进行数据分析。同时，对马铃薯叶片组织含水量、淀粉含量进行测定[1]。

2.3 数据分析

2.3.1 试验数据的整理与统计分析

试验数据采用Excel 2003和SPSS软件进行分析处理。

2.3.2 相关性分析

相关性分析是研究2个以上变量之间是否存在相互影响的统计方法，也是一种常用的经济统计方法。其基本原理是寻找变量之间的相关性，以探索变量之间的变化规律，从而指导人们进行科学决策或预测。

试验数据用SPSS软件进行相关性分析，采用Spearman等级相关系数（R）和单因素方差分析（one-way ANOVA）相结合的方法，以P＜0.05为显著性差异水平进行多重比较。

2.3.3 对马铃薯产量和品质进行评价

利用DPS软件进行数据统计分析，在每个处理中选取100个随机数字（不重复），对其产量进行计算。根據相关性分析结果对马铃薯产量进行排序，选择产量最高的处理作为最佳施肥处理。

2.3.4 对马铃薯淀粉含量和淀粉酶活的测定结果进行数据统计与分析

GB/T 7719—2009《食品安全国家标准淀粉制品》对样品中淀粉含量的测定方法进行了详细介绍。利用SPSS软件对马铃薯淀粉含量测定结果进行相关性分析，P＜0.05为差异显著，P＜0.01为差异非常显著；不同处理间马铃薯淀粉含量变化趋势基本一致且呈正态分布。使用SPSS软件对马铃薯产量和品质进行数据统计与分析。

3 结论

减施氮肥后块茎淀粉含量有所提高，增幅为0.41％～0.59％。氮肥减施量超过30％时，淀粉含量增幅不大，主要是由于马铃薯收获时植株已经全部干枯死亡，养分损失较少。不减施氮肥施肥模式下马铃薯植株已经完全枯萎死亡，养分损失较大。随着氮肥减施比重增大，马铃薯块茎中淀粉含量下降，原因是在通渭县的施肥条件下，随着氮肥增加，土壤肥力不断提高，氮元素被土壤固定而减少。当氮肥减施比重大于50％时，虽然土壤肥力较高，但是随着氮肥减施比重的增加，土壤肥力不再增加[2]，说明在当地施肥条件下，氮肥减施比重为30％～50％时最好。当氮肥减施比重大于70％时，马铃薯淀粉含量随着氮肥减施比重的增加而降低，因为当氮肥减施比重超过70％后氮肥不再为马铃薯提供养分，影响土壤对养分的吸收和利用。

在当地施肥条件下，随着施氮量的增加，马铃薯块茎中淀粉含量逐渐减少，这是因为施氮量过大导致土壤氮素被消耗过多，不利于马铃薯对氮素的吸收利用。

4 讨论

通渭县以种植马铃薯为主，同时种植少量的谷子、糜子等。受地形地貌、土壤类型、气候等因素影响，马铃薯一般种植在地势平坦的耕地上。为提高土壤肥力，当地农民习惯施用一定数量的农家肥，成本较高。为了降低成本，很多农民选择适当减少化肥用量、增加有机肥。

研究表明，有机肥替代法能提高马铃薯产量，但是当氮肥减施比重过大时，马铃薯淀粉含量会降低，这可能与当地土壤特性有关，也与土壤氮含量、碱解氮含量及微生物菌量等有关。今后需要对不同地区的氮肥施用模式进行深入研究，进一步探索适合当地的最佳施肥模式[3]。

4.1 氮肥减施与替代研究现状

我国是世界上最大的粮食生产和消费国，作物生产需要大量化肥，但过量施用化肥会对环境造成严重污染。

研究表明，减少氮肥施用量对改善土壤环境和减少环境污染具有重要作用。研究发现，氮肥减量20％～30％可降低化肥用量20％～50％；氮肥减量20％对小麦产量、品质和经济效益均有促进作用；氮肥减量20％对玉米产量影响较小。因此，通过调整化肥施用总量或氮素投入结构减少化肥用量和降低成本是未来农业发展的重要趋势[4-5]。在氮肥减施与替代模式下，马铃薯产量、品质和经济效益均显著提高[6-7]。

4.2 氮肥减施与替代的适宜施肥量

结果表明，氮肥减施和替代能够显著提高马铃薯产量和品质。在通渭县，当土壤中氮含量较低时，可以适当减少氮肥施用量和有机肥施用量。当土壤碱解氮含量低于20 mg/kg时，通过有机肥替代化肥的方式可提高马铃薯产量，改善品质效果显著。但是，当土壤中碱解氮含量超过40 mg/kg时，继续增加化肥用量和有机肥施用量对马铃薯产量和品质的提升作用不明显。在今后的工作中，可以通过模拟田间试验验证氮肥减施与替代的适宜施肥量[8-9]。

4.3 氮肥减施和替代的注意事项

通渭县农民习惯于采用大肥效应的施肥模式，即施入的肥料越多，产量越高。在这种模式下，施入的肥料量是指当季作物产量与上一季作物产量之和，包括化肥和有机肥，但可能导致肥料利用率低、施肥量大等问题，增加农民的经济负担。此外，传统施肥模式中大量施用氮肥使土壤环境受到严重污染[10]。

研究发现，当尿素用量降低20％时，土壤碱解氮含量提高0.33 g/kg；当尿素用量减少50％时，土壤碱解氮含量提高0.34 g/kg。因此，相关人员需综合考虑各种因素进行氮肥减施和替代，控制肥料中的氮含量，保证马铃薯品质。在当地马铃薯生产中减少化肥用量、增加有机肥用量，提高产量和质量。

参考文献：

[1]孙得翔，石铭福，王勇，等.有机肥部分替代化肥对马铃薯农艺性状、产量和品质的影响[J].甘肃农业大学学报，2022，57（6）：43-51.

[2]马秋叶.谈不同肥料对马铃薯产量和品质的影响[J].当代农机，2022（11）：55，57.

[3]卢茗.钾肥施用量对马铃薯产量和品质的影响[J].中国农业文摘-农业工程，2022，34（5）：44-47.

[4]张志成，林团荣，王丹，等.不同施肥处理对马铃薯产量和品质的影响[J].北方农业学报，2022，50（2）：47-52.

[5]董亮，张玉凤，刘苹，等.控释肥减量施用对马铃薯产量、品质及土壤硝态氮含量的影响[J].江西农业学报，2012，24（6）：86-89.

[6]穆俊祥，曹兴明，刘拴成.保水剂和氮肥配施对马铃薯生长和水肥利用的影响[J].河南农业科学，2016，45（9）：35-40.

[7]陈敏.不同肥料对马铃薯产量和生物性状的影响[J].种子科技，2022，40（14）：23-26.

[8]杨琴.不同氮磷钾配比复合肥及施用量对马铃薯产量和肥料利用效率的影响[D].雅安：四川农业大学，2022.