追氮时期及次数对马铃薯氮素吸收和土壤硝态氮残留的影响

王祥植，张 胜，李星星，高 翔，苑志强，张志军，董 璞

（1.内蒙古农业大学 农学院，内蒙古 呼和浩特 010019；2.包头市种子管理站，内蒙古 包头 014010；3.达尔罕茂明安联合旗农业技术推广站，内蒙古 百灵庙 014500）

内蒙古自治区是我国马铃薯的优势种植区，种植面积和总产均位于前列，马铃薯在全区粮食生产中的地位愈加重要[1]。氮肥对粮食增产的贡献率达30%～50%，但不合理的氮肥运筹导致氮肥对作物的增产效果降低，对环境的污染加剧[2]。据估算，世界氮肥的平均利用率为40%～60%，而我国仅为30%～35%[3]。我国马铃薯氮素利用率主要在35%～50%，部分地区仅20%左右[4-5]。在马铃薯生产中，种植户“高投入高产出”的施肥观念根深蒂固，并且习惯“一炮轰”将氮肥全部基施，这种做法不仅会增加种植成本，还导致土壤中硝态氮残留，且损失的氮肥中大约有85%以硝态氮形式淋洗到地下水中[6-7]。

分期施氮可满足作物不同生育时期对氮素的需求，提高产量[8-10]。霍晓兰等[11]将2/3 氮肥基施，剩余1/3 氮肥于马铃薯现蕾期追施使块茎产量提高。范香全等[12]研究表明，在基施氮肥基础上，现蕾期和盛花期追氮能增加马铃薯的氮素吸收积累量及氮肥利用效率。井涛等[13]将氮肥分3 次施入，在不降低块茎产量的前提下，减少了收获后土壤硝态氮的积累量和向下运移程度。分期施氮既能够提高作物产量和氮肥利用率，又可以减少硝态氮淋失，防控农田面源污染。

前人对于玉米、小麦等粮食作物追氮时期和次数的研究报道较多[14-16]，但关于马铃薯在膜下滴灌条件下氮肥追施时期及次数的研究报道较少。为了配合近年来在内蒙古地区推广的膜下滴灌节水灌水技术，确定马铃薯追氮的适宜时期，本研究在相同施氮量条件下，通过设置不同追氮时期及次数，探究不同追氮时期对马铃薯产量和马铃薯-土壤系统氮素分布规律的影响，进而确定有利于提高氮肥利用率及减少农田面源污染的最佳追氮时期，旨在为膜下滴灌马铃薯高产优质的氮肥管理策略提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验地基本情况

试验于2018年5—9月在内蒙古达茂旗乌克忽洞镇元房子村进行，试验地气候属温带干旱半干旱类型，平均年降水量256 mm，蒸发量2 752 mm，无霜期105 d，10 ℃的有效积温2 205 ℃。试验地土壤为沙壤土，上一年休闲，基础地力pH 值为8.12，有机质11.1 g/kg、全氮0.9 g/kg、有效磷6.6 mg/kg、速效钾140.0 mg/kg、碱解氮115.0 mg/kg，0～20，20～40，40～60，60～80 cm 土壤容重分别为1.44，1.25，1.42，1.54 g/cm3，硝态氮含量分别为15.95，9.84，5.46，3.34 mg/kg。

1.2 试验材料

供试马铃薯品种为冀张薯12 脱毒原种；供试肥料为磷酸二铵（N：18%，P2O5：46%），重过磷酸钙（P2O5：46%），普通尿素（N：46%），液体尿素（N：28%），硫酸钾（K2O：50%）；供试地膜为厚度0.008 mm，幅宽90 cm 的黑色聚乙烯吹塑地膜；滴灌施肥设备为文丘里施肥器；滴灌带为内镶贴片式滴灌带，管径16 mm，头流量为2.7 L/h，滴头间距为0.3 m。

1.3 试验设计

试验在总灌水量1 725 m3/hm2，氮、磷、钾肥用量分别为N 315 kg/hm2、P2O5195 kg/hm2、K2O 375 kg/hm2，将43%的氮肥、60%的钾肥及全部磷肥随播种1 次施入，其余40%钾肥于块茎形成期至块茎膨大期分3 次随灌水追施，57%的氮肥按表1用量于马铃薯出苗后15 d（苗期）、27 d（块茎形成初期）、36 d（块茎形成末期）、45 d（块茎膨大初期）、56 d（块茎膨大中期）分1、2、3 次追施，以不施肥为对照（CK），共13 个处理，除CK 不施氮肥外，各处理的总施肥量、灌水量及灌水次数均完全一致。氮肥采用水肥一体化方式追施，前1/4 时段灌清水，中间1/2 时段施氮，后1/4 时段灌清水[17]。试验处理及追氮方案见表1。

试验采用大区试验，高垄覆膜双行种植，垄底宽120 cm，垄高40 cm，每垄种植2 行，行距25 cm，株距30 cm，密度5.56×104株/hm2，大区面积480 m2，每个大区种植6 垄。留中间4 垄取样和测产，各处理均按3 次重复进行取样测定。5月17日播种，6月10日出苗，9月19日收获。

1.4 测定内容与方法

植株样：分别于马铃薯出苗后50 d（块茎膨大初期）、69 d（块茎膨大末期）、78 d（淀粉积累期）和101 d（收获期）取植株样测量形态指标与含氮量。选择长势均一的9 株植株，剪掉根，植株洗净用吸水纸吸干表面水分后，按叶片、地上茎、块茎分别称鲜重，各器官切碎混匀后，留100 g 鲜样置于烘箱内，105 ℃杀青30 min，后70 ℃烘干至恒重，称干重后，粉碎过0.5 mm 筛，装袋备用。

土样：播前用土钻以棋盘式取0～20 cm 的土样15 份，每份土样由3 个样点混合而成，pH 值、有机质、全氮、有效磷、速效钾、碱解氮等土壤基础养分按鲍士旦[18]编著的《土壤农化分析》中的方法进行测定，土壤容重用环刀法测定，硝态氮含量按比色法测定。收获后在各大区于植株之间的滴头正下方用土钻取0～80 cm 土层，每20 cm 分1 层，同层充分混匀迅速装入塑封袋，新鲜土样在24 h 内测定硝态氮含量。

氮含量测定：凯氏定氮法，海能K1100 全自动定氮仪测定。

测产：在各大区未取样的两垄中各选定连续的6 m 长度出苗较为齐全的区段，记载马铃薯总株数后，人工翻挖测产，各处理重复3 次。将全部块茎按照重量75 g 以下为小薯，75～150 g 为中薯，150 g 以上为大薯的标准，统计大、中、小薯数量及重量，以收获面积实际产量换算总产量。

硝态氮含量测定：称取过2 mm 筛后相当于5 g烘干土的新鲜土样，加2 mol/L KCl 溶液浸提，振荡30 min 过滤后用比色法测定浸提液中硝态氮含量。

有关公式计算：

土壤硝态氮积累量、氮素平衡等按井涛等[13]的方法计算。

1.5 数据处理

使用Origin 2018 软件作图，Excel 2016、SPSS 25.0 软件进行数据统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同追氮时期及次数对马铃薯氮素吸收利用的影响

2.1.1 不同追氮时期及次数对马铃薯氮素吸收积累量的影响 由表2可以看出，块茎膨大初期各处理地上部氮素吸收积累量达最大值，表现为C1＞A2＞B1＞B2＞C2＞A3＞B3＞A1＞B4＞C3＞C4＞A4＞CK。块茎膨大末期，地上部氮素吸收积累量除A4 外均出现下降趋势，直到收获期降至最低，1、2、3 次4 个不同追氮时期组合处理为55.12～83.41，72.99～82.34，65.38～76.95 kg/hm2，平均比CK 高1.59 倍，2.04 倍，1.84 倍，差异达显著水平（P＜0.05），A3 处理的值最大，为83.41 kg/hm2，整体表现为A3＞B2＞B3＞C1＞B1＞C2＞B4＞C3＞C4＞A2＞A4＞A1＞CK。

施氮区块茎膨大初期至收获期块茎吸收积累的氮素达到整个生育期的72.1%～88.0%。块茎膨大末期，各处理块茎氮素吸收积累量整体表现B3＞A1＞C3＞C2＞C1＞A3＞C4＞A2＞B2＞B1＞B4＞CK＞A4。淀粉积累期，A1、A2、CK 的块茎氮素吸收积累量小于其他处理，说明追氮过早肥效不能满足植株后期生长对氮素的需求。收获期时，1、2、3 次追氮处理块茎氮吸收积累量为121.47～146.67，131.30～161.23，145.79～160.92 kg/hm2，平均比CK 高1.61 倍，1.91 倍，1.98 倍，2、3 次追氮处理较1 次追氮处理平均提高18.53%和22.82%，B3 处理的值最高，为161.23 kg/hm2，表现为B3＞C3＞B2＞C1＞C2＞B1＞A3＞C4＞A4＞B4＞A2＞A1＞CK。

表2 不同追氮时期及次数对马铃薯氮素吸收积累量的影响kg/hm2

2.1.2 不同追氮时期及次数对马铃薯产量及氮肥利用率的影响 由表3可知，追氮时期及次数明显影响了马铃薯块茎产量，表现为B3＞C3＞B2＞B1＞C2＞C1＞C4＞B4＞A3＞A4＞A2＞A1＞CK，1、2、3 次追氮平均产量分别为35.59，42.98，41.93 t/hm2，较CK 增产率分别为55.70%，87.99%，83.40%，2、3 次追氮处理产量显著优于1 次追氮处理，较之提高了20.75%，17.80%。其中，A3、B3、C3 在相同追氮次数处理中产量表现最优，分别为38.50，46.98，44.55 t/hm2。同样是在块茎形成期至膨大中期分次追氮，但C3 产量低于B3，其原因可能是块茎形成期C3 追氮比例低，未能使植株的光合形态及时建成，且后期比例大，造成了植株的贪青晚熟，导致产量表现低于B3 处理。

1、2、3 次追氮处理氮肥回收利用率平均为38.96%，47.49%，47.01%，表现为B2＞B3＞C3＞C1＞A3＞C2＞B1＞C4＞B4＞A4＞A2＞A1；氮肥偏生产力平均为112.99，136.43，133.10 kg/kg，表现为B3＞C3＞B2＞B1＞C2＞C1＞C4＞B4＞A3＞A4＞A2＞A1。氮肥农学效率平均为40.42，63.86，60.53 kg/kg，表现为B3＞C3＞B2＞B1＞C2＞C1＞C4＞B4＞A3＞A4＞A2＞A1。2、3 次追氮处理的NRE、NPFP、NAE 分别比1 次追氮处理高21.89%，20.74%，57.98%和20.66%，17.80%，49.75%。各处理的NRE、NPFP、NAE 均以B3 最高，分别为51.32%、149.14 kg/kg 和76.57 kg/kg。

表3 不同追氮时期及次数对马铃薯产量和氮肥利用率的影响

2.2 不同追氮时期及次数对土壤硝态氮时空分布的影响

2.2.1 不同追氮时期及次数对0～80 cm 土层硝态氮积累量的影响 由图1可知，收获后各土层硝态氮积累量均以CK 最低，1、2、3 次追氮处理的0～80 cm土层硝态氮积累量较CK 平均增加了211.36%，197.03%，135.11%，差异达显著水平（P＜0.05）。中晚熟马铃薯的根系一般分布于0～60 cm[19]，因此，对60 cm 以下土层中的硝态氮鲜有吸收。A1 在60～80 cm土层硝态氮有明显富集，占总积累量31.22%。总体上看，硝态氮积累深度随施入氮肥时期的推迟而增加，3 次追氮处理的60～80 cm 土层硝态氮积累量显著低于1、2 次追氮处理，可见适时分次追氮可以一定程度上控制硝态氮下移，降低农田面源污染的风险。

2.2.2 不同追氮时期及次数对马铃薯-土壤氮素平衡的影响 在土壤氮素平衡计算过程中，土壤残留无机氮以硝态氮含量作为计算依据，不考虑降水输入氮素以及氮肥的激发效应。从马铃薯收获期氮素平衡结果（表4）可以看出，在氮输入量相同的情况下，氮输出项中的马铃薯作物携出量、硝态氮残留量、氮素表观损失量有差异。硝态氮土壤剖面损失量随着追氮时期的后移而减小，其中，CK 的硝态氮土壤剖面损失量最大，A3、A4 土壤剖面氮素出现盈余，表明单次追氮时期过晚不利于氮肥的有效利用，增加了硝态氮污染风险。分3 次追氮处理在马铃薯生育中后期持续、有效的供氮延缓了植株的衰老，增加了植株对土壤氮素的吸收，使得施入的氮素能够被植株及时利用，土壤中硝态氮残留较少，因此土壤氮素剖面损失量较大。

3 讨论与结论

3.1 讨论

3.1.1 不同追氮时期及次数对马铃薯产量及氮肥利用率的影响 本试验表明，在43%氮肥基施的基础上，于块茎形成期和膨大中期分2 次追氮处理块茎产量最高，在块茎形成期至膨大中期之间分次追氮能够提高马铃薯的氮肥回收利用率、偏生产力、农学利用效率，与焦婉如[20]的研究结果相近，与王弘[21]、孙磊等[22]的研究结论有一定出入，可能是因为本试验追氮时期较晚，且东北试验地土壤肥力较高，即使后期不追氮土壤仍能保持相当的供氮水平维持植株生长，加之基追比例及前茬作物的差异，导致最终得出不同的结论。分期追氮既能满足光合形态建成的需求，也能促进源库协调，平衡茎叶与块茎之间对养分的竞争，在保持一定源强的基础上保证库的充实，进而提高产量。

图1 不同追氮时期及次数对土壤硝态氮积累量的影响

表4 不同处理0～80 cm 土壤氮素平衡kg/hm2

3.1.2 追氮时期对土壤硝态氮残留量的影响 氮素需要分解才能使植株吸收利用，肥效发挥存在一定的滞后性，分次追氮减少了硝态氮在土壤深层的残留量，这与李哲[23]和井涛[24]的研究结果相近。硝态氮是北方半干旱地区碱性土壤中作物主要吸收的氮素形式，土壤中积累的氮素容易淋失到深层，加大地下水污染风险。填闲作物能够通过根系网络的横向拦截作用与植株吸氮的纵向提升作用，减少硝态氮下移[25]。但由于内蒙古自然条件的限制，能够通过复种减少硝态氮淋失的地域有限，因此，通过减量分期追氮来调控土壤中硝态氮的分布是可行性最高的措施[26]。在本试验中，3 次追氮处理在0～60 cm 土层积累量处于低位，60～80 cm 土层的积累量与CK 相近，可能是因为前期供氮较少，控制了地上部的长势，促进了根系下扎，起到了控上促下的作用，且后期供氮均匀，延长了源器官工作时间，提高了植株对各土层硝态氮的吸收利用。

3.2 结论

氮肥适时、分次追施是获得高产的关键。1、2、3 次追氮平均产量分别为35.59，42.98，41.93 t/hm2，2、3 次追氮处理产量较1 次追氮处理提高了20.75%和17.80%，B3（块茎形成期+膨大中期2 次追施）处理产量表现最优。本试验表明，在基施43%氮肥的基础上，剩余氮肥的22.8%和34.2%于块茎形成期和膨大中期分2 次追施效果最佳。块茎膨大初期至收获期的块茎氮素积累量占整个生育期的72.1%～88.0%。收获时，2、3 追氮处理的块茎氮素吸收积累量较1 次追氮提高18.53%和22.82%。分次追氮的氮肥利用效率显著高于单次追氮，氮肥回收利用率、氮肥偏生产力、氮肥农学效率均以B3 处理最高，分别为51.32%、149.14 kg/kg 和76.57 kg/kg。分3 次追氮处理的60～80 cm 土层硝态氮积累量显著低于1、2 次分期追氮处理。