冬作馬鈴薯商品有機肥適宜用量研究

代啟貴，張 帆，徐鵬舉，曹先維，張新明

（1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，廣東 廣州 510642；2.惠東縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，廣東 惠東 516300；3.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，廣東 廣州 510642）

【研究意義】 馬鈴薯（Solanum tuberosum L.）是僅次于玉米、小麥、水稻之后的世界第四大糧食作物，在糧食安全方面發(fā)揮著重要作用。全球大約有160個國家或地區(qū)種植馬鈴薯，種植面積為 1.87×107～1.92×107hm2，總產(chǎn)量為 3.2億～3.4億t[1]。據(jù)報道，我國馬鈴薯種植面積與產(chǎn)量已居全球第1位[2]，而且在南方稻區(qū)和干旱、半干旱地區(qū)，種植面積仍有增加的潛力，具有廣闊的發(fā)展空間，特別是南方冬作馬鈴薯，其產(chǎn)量效益更高，在南方冬季農(nóng)業(yè)中越來越重要[3]。廣東地處熱帶、南亞熱帶地區(qū)，冬季氣候資源優(yōu)越，光溫水條件好，自然災(zāi)害較少，發(fā)展冬種馬鈴薯生產(chǎn)潛力大，市場前景好，產(chǎn)業(yè)效益高。廣東省是全國最大的南亞熱帶氣侯區(qū)，南亞熱帶區(qū)域約占全省面積的72%，冬作生產(chǎn)資源豐富。特別適合冬作馬鈴薯生產(chǎn)，是全國冬種馬鈴薯優(yōu)勢產(chǎn)區(qū)[4]。商品有機肥是以畜禽糞便、動植物殘體等富含有機質(zhì)的副產(chǎn)品資源為主要原料，經(jīng)發(fā)酵腐熟后制成，作為商品進入流通的肥料[5]。商品有機肥料含有植物所需的各種大量營養(yǎng)元素、微量元素和有機質(zhì)，有機質(zhì)中的氨基酸、酰胺和核酸可以直接被植物吸收，糖類和脂肪是土壤微生物生命活動的能源。此外，有機質(zhì)在礦質(zhì)化過程中，生成的有機酸可以使土壤中的無效養(yǎng)分有效化，從而培肥土壤；有機肥可改良土壤的物理、化學(xué)和生物特性，有利于土壤熟化、提高土壤的生產(chǎn)能力[6]。有機肥對提高土壤養(yǎng)分含量、提高作物產(chǎn)量、改善作物品質(zhì)、減輕環(huán)境污染、實現(xiàn)廢棄資源再利用等方面具有一定作用[7]。研究馬鈴薯商品有機肥的適宜用量，對指導(dǎo)馬鈴薯生產(chǎn)環(huán)節(jié)有機肥的施用、提高馬鈴薯品質(zhì)以及改善土壤性質(zhì)，具有非常重要的意義。近年來，冬作馬鈴薯施肥相關(guān)的研究較多[8-11]，但是在廣東冬作馬鈴薯田商品有機肥適宜施用量方面的研究少見報道。商品有機肥的應(yīng)用是實現(xiàn)“一控兩減三基本”農(nóng)業(yè)面源污染治理目標的重要舉措[12]，在冬作馬鈴薯種植中的施用會愈來愈廣泛，因此商品有機肥在冬作馬鈴薯田施用適用量的研究非常必要。

【前人研究進展】 李曉宏等開展了對城固縣馬鈴薯有機肥施用量試驗，在合理施用化肥的基礎(chǔ)上，以施有機肥30～60 t/hm2為宜，低于30 t/hm2增產(chǎn)效果不明顯，高于60 t/hm2邊際收益下降[13]。張學(xué)讓篩選了生物有機肥最佳效益用量，從產(chǎn)量結(jié)果看，施用4.05 t/hm2商品有機肥的馬鈴薯比施用3 t/hm2的產(chǎn)量高11.0%，增產(chǎn)幅度較大；施用5.1 t/hm2有機肥的馬鈴薯比施用4.05 t/hm2的產(chǎn)量增幅為4.0%，增產(chǎn)幅度不大，而多施用有機肥1.05 t/hm2，投入成本增加，而產(chǎn)量增加不多，因此在馬鈴薯上有機肥合適施用量為4.05 t/hm2[14]。李剛等開展了馬鈴薯有機肥投入的閥值研究，結(jié)果表明在較低施肥量情況下，土壤中硝酸鹽無累積，當施肥量高于71 280 kg/hm2時，不同層次土壤中硝酸鹽的含量均顯著增加。在一定范圍內(nèi)適當提高有機肥用量可以降低馬鈴薯黑脛病的發(fā)病率，但較高有機肥用量和常規(guī)施肥處理條件下，馬鈴薯發(fā)病率有一定的上升。在馬鈴薯有機農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，有機肥的過量施用不但會降低馬鈴薯的品質(zhì)（降低淀粉、粗蛋白、維生素C、還原糖含量，增加硝酸鹽含量），而且會導(dǎo)致硝酸鹽和速效磷在土壤中殘留，造成環(huán)境污染[15]。

【本研究切入點】 通過不同施肥處理的田間試驗，以有機肥對馬鈴薯作用方式的研究為切入點，在試驗過程中探究不同處理對馬鈴薯植株生長狀況的影響，分析馬鈴薯物質(zhì)及各營養(yǎng)元素的濃度和積累狀況。【擬解決的關(guān)鍵問題】 重點探討商品有機肥用量對冬作馬鈴薯產(chǎn)量、品質(zhì)和經(jīng)濟效益的影響，同時分析馬鈴薯生長過程中對氮、磷、鉀、鎂、硅5種元素的吸收、積累、分配變化規(guī)律，以期為商品有機肥在冬作馬鈴薯生產(chǎn)中的合理施用提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2016—2017年在惠東縣平海鎮(zhèn)徑口村國家馬鈴薯產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系廣州綜合試驗站試驗基地進行。供試土壤為輕壤質(zhì)水稻土，基礎(chǔ)土壤樣品堿解氮為 91.6 mg/kg、有效磷89.2 mg/kg、速效鉀102.4 mg/kg，前茬為水稻；供試肥料包括馬鈴薯專用肥（15-8-22）和商品有機肥（N 11.94 g/kg、17.65 g/kg、K2O 9.20 g/kg）。供試馬鈴薯品種為當?shù)刂髟云贩N費烏瑞它，一級脫毒種薯。

1.2 試驗設(shè)計

試驗設(shè)不施肥（CK）、不施有機肥（CF）以及5個有機肥用量處理，3次重復(fù)，隨機區(qū)組排列，小區(qū)面積19.8 m2（3.3 m×6 m），每個小區(qū)3壟，1壟作為采樣區(qū)，另外2壟作為測產(chǎn)區(qū)，每個小區(qū)間設(shè)置0.7 m隔離壟，防止肥料隨雨水滲透到相鄰小區(qū)而影響試驗結(jié)果。除不施肥對照外，各處理馬鈴薯專用肥（化肥）用量相同，均為15 00 kg/hm2。處理1～處理5商品有機肥用量分別為15 000、12 000、9 000、6 000、3 000 kg/hm2。馬鈴薯田NPK化肥養(yǎng)分施用量折算為：N 225 kg/hm2、P2O5120 kg/hm2和K2O 330 kg/hm2，35%控釋氮+65%速效氮，磷和鉀均為速效養(yǎng)分。

試驗在2016年11月10日布置，大田管理主要參考歷年的操作，不同之處在于一次性施用基肥，無追肥，采取稻草覆蓋種植模式。

1.3 田間管理

試驗實行稻草覆蓋高壟雙行栽培，具體方法如下：（1）2016年11月12日整地、施肥：壟高20 cm左右，壟寬85 cm，壟間溝寬20 cm，清理干凈壟溝并且平整壟面。從壟中開約10 cm深的溝，將有機肥和基肥分小區(qū)均勻撒入溝中，覆土，平整壟面；（2）2016年11月13日播種：壟兩側(cè)播種，播種方法為“品”字型錯株穴播，每壟均勻播種50株，密度為75 758 株/hm2，播種后壟面覆蓋稻草，蓋土壓住，防止稻草被吹走；（3）2016年12月26日覆土：采用覆土機作業(yè)，覆土厚度7～9 cm；（4）2017年3月26日收獲：分各個小區(qū)進行測產(chǎn)分級，統(tǒng)計各小區(qū)測產(chǎn)壟商品薯、小薯、病薯、爛薯，商品薯的標準為：單個薯≥75 g，無畸形、無病、無蟲蛀、無裂口等；次品薯的標準為：單個薯＜75 g、爛薯、裂薯和畸形薯。其他管理同大田。

1.4 樣品采集、處理與分析方法

1.4.1 樣品采集與處理方法 植株樣品采集與處理：分別于齊苗（出苗率80%）后3、15、27、39、51、63 d采樣，采樣時在每個小區(qū)的取樣壟選取有代表性的3株作為取樣植株；取回室內(nèi)進行清洗、晾干，然后將每個小區(qū)3株植株的塊莖、葉和莖分離，然后按部位匯總稱重，并且均勻取樣（≤300 g），分器官裝在信封并置于烘箱105℃下殺青30 min，之后調(diào)烘箱溫度至75℃烘至恒重，稱量各樣品干重，粉碎，放于塑料封口袋中做好標記，按處理類別保存供分析測定。收獲時選取有代表性塊莖作為收獲樣品，測定氮、磷、鉀、鎂、硅等元素全量及品質(zhì)指標。

土壤樣品采集與處理：整地前采用“S”型采樣方法采集0～20 cm土層的基礎(chǔ)混合土壤樣品，經(jīng)風(fēng)干，過孔徑2 mm和0.149 mm篩，保存于密封袋中，供分析。

1.4.2 測定指標及方法 土壤樣品：土壤質(zhì)地、堿解氮、有效磷和速效鉀；植物樣品：全氮、全磷、全鉀、全硅、全鎂；塊莖品質(zhì)參數(shù)：干物質(zhì)、淀粉、粗蛋白質(zhì)、維生素C。分析方法參照《土壤農(nóng)化分析》[16]和《馬鈴薯試驗研究方法》[17]。統(tǒng)計各器官干物質(zhì)積累量（kg/hm2），單株氮（磷、鉀、鎂、硅）素積累量（mg）、商品薯率（%），總產(chǎn)值（元/hm2），經(jīng)濟效益（元/hm2），每100 kg商品有機肥增產(chǎn)量（kg），鮮薯氮（磷、鉀、鎂、硅）需求量。

試驗數(shù)據(jù)采用DPS 14.0 和Excel 2007統(tǒng)計軟件[18]進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 商品有機肥施用量對冬作馬鈴薯產(chǎn)量的影響

如表1所示，有機肥處理1～5和CF產(chǎn)量相對于空白對照存在顯著差異，但各有機肥處理之間差異不顯著。處理3的總產(chǎn)較處理4和處理5分別提高 2 095.96 kg/hm2（5.58%）和3 143.94 kg/hm2（8.61%）。

施用有機肥均能達到增產(chǎn)的效果。處理1～5每100 kg商品有機肥分別增產(chǎn)36.53、41.46、47.56、36.41、37.88 kg，各處理間差異不顯著。各處理每100 kg商品有機肥增產(chǎn)從大到小的次序為：處理3＞處理2＞處理5＞處理1＞處理4，處理3每100 kg商品有機肥增產(chǎn)量最高，因此有機肥施用量為9 000 kg/hm2時，單位質(zhì)量的有機肥增產(chǎn)效果最佳。

2.2 商品有機肥施用量對冬作馬鈴薯商品薯產(chǎn)量及商品率的影響

試驗結(jié)果（表1）表明，不同用量有機肥處理商品薯產(chǎn)量差異不顯著，但與空白對照差異顯著，產(chǎn)量提高19 200 kg/hm2以上。隨著有機肥用量的提高，產(chǎn)量有增加的趨勢，以處理3較好，其產(chǎn)量比處理5、處理4分別增加3 585.75 kg/hm2（相對提高10.78%）和1 699.5 kg/hm2（相對提高4.83%），與處理2和處理1總產(chǎn)之間相差3.5%以內(nèi)。不同用量有機肥處理商品薯率差異不顯著，但與空白對照差異顯著。每100 kg商品有機肥增產(chǎn)量各施加有機肥處理之間雖無顯著差異，但處理3增產(chǎn)量最高，達到47.56 kg。

表1 商品有機肥用量對冬作馬鈴薯商品薯產(chǎn)量及商品率的影響Table 1 Effects of commercial organic fertilizer amount on the marketable tuber yields and marketable tuber rate of winter-copping potato

2.3 商品有機肥施用量對冬作馬鈴薯塊莖品質(zhì)的影響

表2結(jié)果顯示，各處理之間在塊莖干物質(zhì)率、Vc含量、淀粉含量方面均沒有顯著差異。

2.4 商品有機肥施用量對經(jīng)濟效益的影響

如表3所示，不同用量有機肥處理商品薯產(chǎn)量之間沒有顯著差異，但與空白對照差異顯著，增收52 500元/hm2以上。但隨著有機肥用量的提高，純收入出現(xiàn)先升高再降低的趨勢，處理3純收入最高，比其他處理增收1 500元/hm2以上。

表2 商品有機肥用量對冬作馬鈴薯品質(zhì)的影響Table 2 Effects of commercial organic fertilizer amount on the quality of winter-cropping potato

對經(jīng)濟效益（Y, 元/hm2）與商品有機肥用量（X，t/hm2）采用一元二次方程擬合，得到如下方程：

對方程進行計算可知，經(jīng)濟效益最大時商品有機肥施用量為x=9.078 t/hm2，即9 078 kg/hm2，經(jīng)濟效益為74 872元/hm2。

表3 各處理成本投入與經(jīng)濟效益統(tǒng)計結(jié)果Table 3 Statistical results of input and economic benefits of different treatments

2.5 鮮薯對各營養(yǎng)元素（氮、磷、鉀、鎂、硅）的需求量

在處理3施肥條件下，根據(jù)每株各營養(yǎng)元素積累的最大值和種植密度計算得出，每生產(chǎn)1 t鮮薯需要氮、磷、鉀、鎂、硅營養(yǎng)元素的質(zhì)量分別為 4.71、1.46、6.77、0.41、0.17 kg（表4）。

表4 鮮薯對各營養(yǎng)元素（氮、磷、鉀、鎂、硅）的需求量Table 4 Requirement amount of different nutrients (N, P, K, Mg, Si) of fresh potato tuber

3 討論

在本試驗中，馬鈴薯產(chǎn)量隨著有機肥施用量的增加而呈遞增的趨勢，與芶久蘭等[19]的研究結(jié)果一致，馬鈴薯專用肥1 500 kg/hm2+商品有機肥15 000 kg/hm2處理產(chǎn)量最高、達40 871.25 kg/hm2。各處理干物質(zhì)率的范圍為18.63%～20.05%。根據(jù)純收入核算，各處理中馬鈴薯專用肥1 500 kg/hm2+商品有機肥9 000 kg/hm2處理的綜合經(jīng)濟效益最高，達到75 318.7元/hm2，經(jīng)濟效益可觀。建議該商品有機肥的推薦量為9 000 kg/hm2，產(chǎn)量較不施有機肥處理高6 553.05 kg/hm2（相對增產(chǎn)19.79%），與付興發(fā)[20]研究的馬鈴薯粗蛋白質(zhì)含量隨著施有機肥量的增加而增加的結(jié)果一致。若進一步提高有機肥用量，雖然產(chǎn)量會繼續(xù)升高，但同時會增加肥料成本，綜合效應(yīng)特別是經(jīng)濟效益會下降。在品質(zhì)方面，不同處理塊莖的干物質(zhì)率、鮮薯Vc含量和淀粉含量之間沒有顯著差異，干物質(zhì)率、鮮薯Vc含量與元新娣等[21]的研究結(jié)果一致，淀粉含量與其研究結(jié)果不一致，不同處理之間與淀粉含量呈極顯著負相關(guān)，可能的原因是各處理之間的養(yǎng)分差異還不足讓淀粉含量表現(xiàn)為差異顯著。所以在供試條件下，在施用馬鈴薯專用肥（22-8-15）1 500 kg/hm2的基礎(chǔ)上，再施用商品有機肥9 000 kg/hm2，是適宜的施肥方案。與李曉宏等[8]在城固縣進行的不同有機肥施用量對馬鈴薯產(chǎn)量的影響研究相似，研究結(jié)果表明施用有機肥以30～60 t/hm2為宜，低于30 t/hm2增產(chǎn)效果不明顯，高于60 t/hm2邊際收益下降，適宜有機肥施用量不同，可能是本試驗采用的是商品有機肥，而李曉宏等[8]施用的有機肥為豬糞。對商品有機肥一元二次肥料效應(yīng)函數(shù)的配置與施肥參數(shù)的計算求得：經(jīng)濟效益最大時商品有機肥施用量為9 078 kg/hm2，此時經(jīng)濟效益為74 872.31元/hm2，方程擬合與實際生產(chǎn)情況相吻合。經(jīng)計算每100 kg商品有機肥增產(chǎn)量也是馬鈴薯專用肥1 500 kg/hm2+商品有機肥9 000 kg/hm2處理最高，達到47.56 kg，與丁文等[22]“每100 kg污泥有機肥分別增產(chǎn)46.61、40.68 kg”的研究結(jié)果相符。

4 結(jié)論

在本試驗條件下，適宜于冬作馬鈴薯高產(chǎn)高效的“1基0追”施肥模式為施用馬鈴薯專用肥（22-8-15）1 500 kg/hm2+商品有機肥9 000 kg/hm2。