氮磷钾配施对马铃薯产量及耐贮性的影响



土壤肥料

氮磷钾配施对马铃薯产量及耐贮性的影响

许爱霞1*，巩明明2，逄蕾3

（1.定西市农产品质量安全监督管理站，甘肃定西743000；2.定西市农业生态环境保护管理站，甘肃定西743000；3.甘肃农业大学农学院，甘肃兰州730070 )

摘要：采用二次回归三因子五水平饱和D-最优设计方法，研究了氮肥（N x1）、磷肥（P2O5x2）、钾肥（K2O x3）对马铃薯品种‘大西洋’产量及耐贮性的影响。氮、磷、钾肥与产量和耐贮性的回归模型方程分别为Y产量= 5 120.36 + 2167.19x1+ 478.94x2+ 1213.65x3+ 716.24x1x2+ 1450.95x1x3- 237.30x2x3- 2840.03+ 1013.08- 1363.52(-1≤xj≤1)，Y耐贮性= 102.95 + 35.27x1+ 12.11x2+ 12.69x3+ 17.34x1x2+ 17.93x1x3- 5.24x2x3- 65.18- 1.01- 6.72(-1≤xj≤1)；从产量效益来看，最高产量的施肥量为：N = 204.07 kg/hm2，P2O5= 90.58 kg/hm2，K2O = 211.28 kg/ hm2，三种肥料的养分配比为N : P2O5: K2O = 1ϑ0.44ϑ1.04，最佳施用量为：N = 110.40 kg/hm2，P2O5= 90.58 kg/ hm2，K2O = 105.64 kg/hm2，最优产量将出现在7 040.45～8 893.21 kg/hm2范围内；从耐贮性效益来看，最高耐贮性的施肥量为：N =198.00 kg/hm2，P2O5= 157.93 kg/hm2，K2O = 151.95 kg/hm2，三种肥料的养分配比为N : P2O5: K2O = 1 : 0.80：0.77，最佳施肥量为：N = 127.57 kg/hm2，P2O5= 78.97 kg/hm2，K2O = 75.97 kg/hm2。提高马铃薯的耐贮性，就应适当降低氮肥和钾肥的比例。

关键词：马铃薯；氮肥；磷肥；钾肥；产量；耐贮性

马铃薯是新世纪中国最有发展前景的高产经济作物之一，同时也是十大热门营养健康食品之一。中国是马铃薯生产大国，常年种植面积达到500万hm2，年总产量近8 000万t，居世界第一位。近年来，随着农田基本建设条件的改善、政府的大力扶持以及高产栽培技术的推广应用，马铃薯产量和品质有了很大的提高。但施肥不科学，施肥量偏高，氮、磷、钾配比失调，仍然是制约马铃薯产量、品质、耐贮性提升以及效益提高的重要因素。

氮、磷、钾是植株生长过程中必需的营养物质，施用氮、磷、钾肥对马铃薯生长发育、产量和品质形成具有重要的作用[1]，但氮、磷、钾肥施用量并不是越多越好，适合的施肥量既能节省成本又可增产增效[2]，过量施肥不仅造成植株对养分的奢侈吸收，降低生产效益，还会造成环境污染[3]，另外，肥料施用量过多（尤其是氮肥）会使马铃薯的腐烂率增加，耐贮性降低[4]。鉴此，本研究设置了氮肥、磷肥、钾肥配施对马铃薯产量和耐贮性影响的试验，探索影响马铃薯产量和耐贮性与肥料三个因子之间的内在联系，找出最佳的施肥方案，为获得高产优质耐贮藏的马铃薯提供理论和技术依据。

1　材料与方法

1.1试区概况

试验所选马铃薯栽培地及窖藏地均设在被称为“中国马铃薯之乡”的定西市安定区李家堡镇，该镇位于甘肃省中部偏南，属中温带半干旱区，有种植马铃薯的良好条件。该区海拔2 000 m左右，平均太阳辐射141.6 kcal/cm2，日照时数2 476.6 h，平均气温6.4℃，≥0℃的积温为2 239.1℃，≥10℃积温为2 239.1℃，无霜期为140 d。多年平均降水量415.2 mm，年蒸发量1 531 mm，干燥度2.53，80%保证率的降水量为365 mm。

1.2试验材料

供试马铃薯选用脱毒原种‘大西洋’，以减少肥料效应和窖藏效应的影响。该品种为当地主栽品种，是美国以Wauseon×B5141-6杂交后代中选育的，块茎圆形，大中薯率高且整齐，薯皮浅黄，有麻点网纹，薯肉白色，芽眼较浅，结薯集中[5]。氮肥选用硝酸铵（含纯N 34%）；磷肥选用普通过磷酸钙（含P2O513%）；钾肥选用以色列钾宝（含K2O 93.07%）。

1.3试验设计

试验采用二次回归三因子五水平饱和D-最优设计，在影响马铃薯贮藏的诸因素中，选择与马铃薯生长关系密切的氮肥（N x1）、磷肥（P2O5x2）、钾肥（K2O x3）三项农艺措施为决策变量进行设计。设计水平编码列于表1。

表1　变量设计水平及编码Table 1 Designed level of variable and code

肥料对产量影响试验共设10个处理，3次重复，共30个小区。每小区3行，每行15株，行距60 cm，株距33.3 cm，小区面积9 m2，走道宽80 cm，保护行2行。供试肥料均按设计标准分区称量，一次性集中施于种沟，覆土5 cm左右，田间管理除测定因素外，其它栽培管理措施均与当地生产水平一致，收获时按小区面积全部计产。

窖藏试验按每处理3次重复，待收获后随机取样，装入网袋，放入土窖中。半年后测定该马铃薯的耐贮性、腐烂率及发芽等情况。

2　结果与分析

2.1氮磷钾三因子对马铃薯产量影响及回归模型的确定

试验目标函数的结果见表2。本试验所选择的回归数学模型为：

将获得的产量结果代入上述数学模型，求得氮、磷、钾与产量的三元二次回归方程：

Y = 5120.36 + 2167.19x1+478.94x2+1213.65x3+ 716.24x1x2+ 1450.95x1x3- 237.30x2x3-2840.03+ 1013.08- 1363.52(-1≤xj≤1)

表2　试验编码值、实际值、产量及耐贮性结果Table 2 Coded values, actual values, yield and storability in experiment

2.1.1各因素独立效应分析

分别将x1、x2和x3三个变量因子作为独立因子，将其他两个因子固定在零水平，对上述产量拟合方程进行降维，做独立效应分析。降维后的一元二次方程如下：

从以上三个方程可以看出，x1和x3两个因子所得方程的二次项系数为负值，所以均有极大值。另外，x1、x3两因子取值在设计的上下界限内，当前生产条件下均有最佳值。x2因子的二次项系数为正值，较佳值即为最佳值，为6 612.38 kg。

2.1.2模拟寻优和频次分析

对产量回归模型进行寻优，结果（表3）表明，最优产量将出现在7 040.45~8 893.21 kg/hm2范围内，其把握性在95%左右，与试验的实际值基本相符。另外，主效因子优化水平均在设计的编码水平范围内，与试验设计也相吻合。从因子的优化值还可看出，氮肥在下限水平至0.69水平范围内取值越大或在上限水平至0.69水平范围内取值越小、磷肥在上限水平、钾肥在下限水平至0.73水平范围内取值越大或在上限水平至0.73水平范围内取值越小时，可能出现最优产量。

表3　模拟寻优分析结果Table 3 Analysis of simulation and optimization

对产量回归模型进行频次分析，寻求优化农艺措施，其中选取产量大于2 778 kg/hm2的高产组合75个。各水平出现的次数、频率和农艺措施分析结果（表4）表明：氮肥（x1）在-0.29～0.00水平时，频率达53.33%、磷肥（x2）在-0.29～0.00水平时，频率达36%、钾肥（x3）在-0.29～0.00水平时，频率达46.67%是马铃薯高产增收的关键施肥点。

2.2氮磷钾三因子对马铃薯耐贮性影响及回归模型的确定

将获得的耐贮性结果（表2）代入2.1中的数学模型，求得氮、磷、钾与耐贮性的三元二次回归方程为：

Y = 102.95 + 35.27x1+ 12.11x2+ 12.69x3+ 17.34x1x2+ 17.93x1x3- 5.24x2x3-65.18- 1.01-6.72(-1≤xj≤1)

表4　各主效因子的频次分布Table 4 Frequency distribution of main factors

2.2.1各因素独立效应分析

同2.1.1分析方法一样将上述耐贮性拟合方程降维，进行独立效应分析，降维后的一元二次方程为：

可以看出，三个方程的二次项均为负值，所以均有极大值。x1和x3的取值均在设计的上下界内，是当前生产条件时的最佳值。x2的取值超出设计的上界，在设计范围内只有较佳值，就是试验上界值。

2.2.2模拟寻优和频次分析

对耐贮性回归模型进行寻优，结果（表5）表明：主效因子优化水平均在设计的编码水平范围内，与试验设计相吻合；从因子的优化值可以看出，氮肥在下限水平至0.54水平范围内取值越大或在上限水平至0.54水平范围内取值越小、磷肥在上限水平、钾肥在上限水平时，可能出现最优耐贮性。

对耐贮性回归模型进行频次分析，寻求优化农艺措施，其中选取耐贮性大于76的组合12个。各水平频率、次数和农艺措施分析结果（表6）表明：氮肥（x1）在0.00~1.00水平时，频率达100%；磷肥（x2）在-0.29~0.00水平时，频率达50%、钾肥（x3）在-0.29~0.00水平时，频率达66.67%为马铃薯耐贮性的关键施肥点。

表5　模拟寻优分析结果Table 5 Analysis of simulation and optimization

表6　各主效因子的频次分布Table 6 Frequency distribution of main factors

3　讨论

本试验在对马铃薯高产栽培及耐贮性模型研究中得出：以加工型品种‘大西洋’为指示作物时，氮、磷、钾与产量和耐贮性的回归模型方程分别为：Y产量= 5120.36 + 2167.19x1+ 478.94x2+ 1213.65x3+ 716.24x1x2+ 1450.95x1x3- 237.30x2x3- 2840.03+ 1013.08- 1363.52(-1≤xj≤1)，Y耐贮性= 102.95 +35.27x1+ 12.11x2+ 12.69x3+ 17.34 x1x2+ 17.93x1x3-5.24x2x3- 65.18- 1.01- 6.72(-1≤xj≤1)。可用该模型预测在本试验范围内任何施肥水平的指标值和相应施肥水平的马铃薯产量和耐贮性值。

从产量效益来看，得出的结论与张朝春等[6]研究的结论基本一致，最高产量的施肥量为：N = 204.07 kg/ hm2，P2O5= 90.58 kg/hm2，K2O = 211.28 kg/hm2，三种肥料的养分配比为N : P2O5: K2O = 1ϑ0.44ϑ1.04；用95%相对产量作为推荐肥料的产量指标，得出肥料的最佳施用量为：N = 110.40 kg/hm2，P2O5= 90.58 kg/hm2，K2O = 105.64 kg/hm2，最优产量将出现在7 040.45~8 893.21 kg/hm2范围内；从耐贮性效益来看，最高施肥量为：N =198.00 kg/hm2，P2O5= 157.93 kg/hm2，K2O = 151.95 kg/hm2，三种肥料的养分配比为N : P2O5: K2O = 1 : 0.80：0.77；用95%相对耐贮性作为推荐肥料的耐贮性指标，得出肥料的最佳施用量为：N = 127.57 kg/hm2，P2O5= 78.97 kg/hm2，K2O = 75.97 kg/hm2；提高马铃薯的耐贮性，应适当降低氮肥和钾肥的比例。

应用计算机模拟求得的数学模型比较真实的反映了定西市马铃薯栽培及窖藏中几个主要因素的内在关系，为马铃薯施肥技术提供了非常重要的科学依据，并在同类地区具有借鉴作用，但该试验结果仅是在特定区域试验得出的，还应进一步在生产中进行示范和推广。

[参考文献]

[1] Chaudhary R A, Akram M, Gill K H, et al. Zinc requirement of potato crop in the Punjab. Journal of Soil Science [J]. 2001, 19 (1-2): 81-83.

[2]王秋红,龚静,陈应芳,等.不同施用量对稻田免耕稻草全程覆盖种植马铃薯产量的影响[J].贵州农业科学, 2005, 33(1): 79.

[3]张西露,汤小明,刘明月,等. NPK对马铃薯生长发育、产量和品质的影响及营养动态[J].安徽农业科学, 2010, 38(18): 9466-9469.

[4]霍学显.提高马铃薯产量和耐贮性的农艺措施及环境控制技术[J].贮藏加工, 2014(6): 88-89.

[5]刘树凤.优质马铃薯大西洋高产栽培技术[J].现代农业科技, 2009(13) : 111-112.

[6]张朝春,江荣风,张福锁,等.马铃薯氮、磷、钾肥料效应的研究[J].中国马铃薯, 2004, 18(6): 326-329.

病虫防治

Effects of Nitrogenous, Phosphorus and Kalium Fertilizers on Potato Yield and Storability

XU Aixia1*, GONG Mingming2，PANG Lei3

( 1.Dingxi Agricultural Products Quality and Safety Supervision Management Station, Dingxi, Gansu 743000, China; 2. Dingxi Agricultural Ecological Environment Protection Management Station, Dingxi, Gansu 743000, China; 3. Department of Agronomy, Gansu Agricultural University, Lanzhou, Gansu 730070, China )

Abstract:Influence of various NPK combinations on yield and storability of the potato variety 'Atlantic' was studied using quadratic regression of three factors and five levels of saturated D-optimal design. The regression model was created between the fertilizer application and yield and storability as following:Yyield=5120.36 + 2167.19x1+ 478.94 x2+ 1213.65 x3+ 716.24 x1x2+1450.95x1x3-237.30x2x3-2840.03+1013.08-1363.52(-1≤xj≤1)，Ystorability=102.95+35.27x1+12.11x2+ 12.69x3+ 17.34x1x2+ 17.93x1x3- 5.24x2x3- 65.18- 1.01- 6.72(-1≤xj≤1). As for the yield benefit, the fertilizer application of high yield was N =204.07kg/ha，P2O5=90.58kg/ha，andK2O=211.28kg/ha,whoseratiowasN:P2O5:K2O=1ϑ 0.44ϑ1.04;theoptimumfertilizerratewasN=110.40kg/ha，P2O5=90.58kg/ha，andK2O=105.64kg/ha;theoptimumoutput wouldvarybetween 7 040.45- 8 893.21 kg/ha.As for the storability benefit, the fertilizer application of high storability was N = 198.00 kg/ha，P2O5= 157.93 kg/ha，and K2O = 151.95 kg/ha, whose ratio was N: P2O5: K2O = 1 : 0.80 : 0.77; the optimum fertilizer rate was N = 127.57 kg/ha, and P2O5= 78.97 kg/ha, K2O = 75.97 kg/ha. Improvement of potato storability could be realized by decreasing the ratio of nitrogen and phosphorus.

Key Words:: potato; nitrogenous fertilizer; phosphorus fertilizer; kalium fertilizer; yield; storability

*通信作者（Corresponding author）：许爱霞，E-mail: 38059673@qq.com。

作者简介：许爱霞（1981-），女，农艺师，硕士，主要从事马铃薯品质及农产品质量安全检验检测工作。

基金项目：国家科技支撑计划“黄土高原丘陵沟壑区保护性耕作技术集成研究与示范”（2006BAD15B06）。

收稿日期：2014-10-17

文章编号：1672－3635（2015）01-0023-05

文献标识码：B

中图分类号：S532