有机肥替代化肥对南方冬作马铃薯产量和品质的影响

官利兰，李水源，谭卫娜，陈健章，张新明

（1.恩平市农业科学技术研究所，广东 恩平 529400；华南农业大学资源环境学院，广东 广州 510642）

【研究意义】种植业中的化肥投入，尤其是氮肥的过量投入引起了中国农业面源污染，成为中国水体污染和富营养化的主要原因之一。减少化肥投入、科学推进化肥减量任务成为控制面源污染、促进农业可持续发展的关键所在。2017、2018年中央一号文件明确要求深入推进化肥零增长行动，增强农业可持续发展能力。有机肥的肥料来源广泛，为作物提供生长所需的养分，有利于土壤微生物活动，从而促进作物生长发育。有机肥料在土壤溶液中离解出氢离子，具有很强的阳离子交换能力，施用有机肥料可增强土壤的保肥性能。通过配施有机肥，不仅能够改善土壤养分平衡和有效性、土壤物理性状、增加土壤有机质含量、降低土壤容重、增加土壤孔隙度和降低化肥损失率，对培肥和提高生态系统生产力起着关键作用，而且在提高作物产量和改善作物品质方面也有重要作用[1-4]，增施有机肥、减少化学肥料的施用是减少环境污染和可持续生产的重要途径[5]。

【前人研究进展】施肥是农业生产中为实现作物增产高产而采取的一个重要管理措施，对维持农田土壤生产力和农田生态系统健康至关重要[6]。施用化肥可以通过增加土壤养分来增加作物产量，有机肥养分全面，富含微生物和酶，能全面、稳定地供给作物生长所需的各种养分[7-9]。当前我国马铃薯种植区氮、磷化肥过量和不平衡施用问题严重，化肥减量、配施有机肥是实现化肥减量增效的重要举措之一[10-11]。随着我国集约化农业的发展，在马铃薯生产过程中存在化肥过量使用、有机肥使用比例过低等现象[12]。在恩平市调查的结果也显示，冬作马铃薯生产中存在化肥氮、磷施用量偏高，有机肥施用水平偏低的现象[13]。

【本研究切入点】恩平市位于广东省西南部，珠江三角洲西南端，北靠大陆丘陵，南临南海[14]，是广东省马铃薯种植的主要区域，年种植面积 2 333.3～2 666.7 hm2[15-16]。马铃薯南方冬作区主要采用稻-稻-薯一年三熟种植模式，农田利用强度高，土壤生态系统日趋脆弱。采用化学肥料减量施用的有机肥和无机肥配合施用技术，既符合化肥减施的背景，又能满足当前马铃薯南方冬作区农田生态系统的迫切需求。【拟解决的关键问题】在恩平市开展有机肥料与化学肥料配施技术，探讨有机肥养分对化肥养分的替代比例，为广东冬作马铃薯的商品有机肥部分替代化肥实现化肥减施提供科学依据，同时优化稻-稻-薯种植模式生态系统。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试马铃薯品种为费乌瑞它（Favorita），种薯为一级脱毒种薯。供试肥料包括商品有机肥1（N 5.3 g/kg；P2O542.4 g/kg；K2O 21.5 g/kg）、商品有机肥2（N 12.8 g/kg；P2O531.9 g/kg；K2O 8.2 g/kg）、商品有机肥3（N 4.4 g/kg；P2O56.8 g/kg；K2O 3.8 g/kg）、花生麸（N 89.1 g/kg；P2O522.3 g/kg；K2O 9.5 g/kg）、茶籽粕（N 11.4 g/kg；P2O53.2 g/kg；K2O 6.0 g/kg）、常规尿素（N 46%）、常规过磷酸钙（P2O512%）、常规硫酸钾（K2O 50%）。

1.2 试验地概况

试验在广东省恩平市恩城街道北郊恩平市农业科学技术研究所试验基地（112°20′37′′E，22°13′3′′N）进行，气候类型为南亚热带季风气候，前作为水稻。土壤质地为中壤土，含碱解氮92.60 mg/kg、有效磷73.09 mg/kg、速效钾130.35 mg/kg，pH为6.01，呈弱酸性。

1.3 试验方法

根据等量施肥原则，试验设置7个处理，其中有机肥处理3个，分别为商品有机肥1（OM1）、商品有机肥2（OM2）、商品有机肥3（OM3），养分由有机肥提供。3种商品有机肥施用量均为600 kg/667m2，每个有机肥处理同时施用花生麸25 kg/667m2和茶籽粕25 kg/667m2。同时设分别与3种商品有机肥处理总施肥量相等的化肥处理3个，分别为化肥1（CF1）、化肥2（CF2）、化肥3（CF3），养分由常规化肥提供。3个化肥处理分别施用尿素12.4、22.2、11.2 kg/667m2，过磷酸钙217.3、164.8、39.3 kg/667m2，硫酸钾25.6、10.2、5.1 kg/667m2。以不施肥为对照（CK）。每个处理3次重复。所有处理均采用黑膜覆盖下一次性施肥。

高垄双行种植，每个小区设3垄，小区面积为39.6 m2（1.2 m×11 m×3），每垄100株。结合滴灌进行水分管理，按照已集成的“广东冬种马铃薯高产优质高效栽培关键技术”进行病虫害防治。于2018年11月24日播种，生长期间水分供给采用滴灌。

1.4 测定项目及方法

在成熟收获期马铃薯收获后，于测产垄进行商品薯（≥75 g的无病烂、畸形块茎）、次品薯（包括＜75 g的小薯和畸形薯等）的分类称重测产，测产后在每小区测产垄采5 kg左右商品薯作为收获分析样品。

土壤分析：pH用酸度计法，碱解氮用扩散法，速效磷用钼锑抗比色法，速效钾用火焰光度法测定。植株分析：全氮用H2SO4-H2O2消煮蒸馏定氮法，全磷用H2SO4-H2O2消煮钼锑抗比色法，全钾用H2SO4-H2O2消煮火焰光度计法，Vc含量采用2,6-二氯酚靛酚滴定法，淀粉含量采用乙醇提取葡萄糖测定法，粗蛋白含量采用半微量凯氏定氮法测定。

试验数据采用Excel 2010和DPS14.10软件[17]进行LSD统计分析。

2 结果与分析

2.1 有机肥替代化肥对马铃薯总产及商品薯、商品薯率的影响

由表1可知，等施肥量的有机肥处理和化肥处理总产量差异不显著，其中CF1处理和CF2处理显著高于对照。CF2增产量最高，为1 130.82 kg/667m2，增产率达144.74%；等施肥量的有机肥OM2处理增产量为746.52 kg/667m2。有机肥处理与等施肥量的化肥处理商品薯产量差异不显著，商品薯产量较对照高，各处理商品薯率为80.96%～91.92%，各处理间差异不显著。施用有机肥的增产效果为化肥增产效果的76.76%～82.38%。有机肥处理中OM2处理总产量和商品薯产量均高于OM1和OM3处理。

表1 有机肥替代化肥对马铃薯总产及商品薯、商品薯率的影响Table 1 Effect of different treatments on potato total yield, marketable yield and marketable rate

2.2 有机肥替代化肥对马铃薯块茎品质的影响

表2显示，各处理马铃薯块茎干物质含量、Vc含量和淀粉含量差异不显著，分别在 20.31%～22.19%、272.30～286.23 mg/kg、14.37%～16.19%之间；CF2处理粗蛋白含量较OM2处理高0.34%，差异显著；CF3处理粗蛋白含量较OM3处理高0.48%，差异显著；除粗蛋白含量外，施用有机肥和化肥马铃薯块茎的品质影响不大。

2.3 有机肥替代化肥肥料表观利用率和有机肥同效当量

试验结果显示，有机肥处理肥料表观利用率低于化肥处理，有机肥处理中，OM2处理肥料表观利用率为10.17%，分别比OM1和OM3处理高1.96、3.52个百分点，且与OM3处理差异显著。化肥处理CF1、CF2、CF3肥料表观利用率分别为9.27%、15.35%、28.00%，3个处理间差异显著。

某种有机肥料所含的养分相当于几个单位的化肥所含养分的肥效，这个系数称为“同效当量”。同效当量＝（有机肥处理的产量－无肥处理的产量）/（化肥处理的产量－无肥处理的产量）。由表3可知，3种有机肥同效当量表现为：OM1＞OM2＞OM3。试验中有机肥同效当量在46.05%～68.76%之间，其中产量和经济效益占优势的OM2处理有机肥同效当量为66.02%。

表2 有机肥替代化肥对马铃薯块茎品质的影响Table 2 Effect of different treatments on quality of potato tuber

表3 有机肥同效当量Table 3 Organic manure equivalence of different organic fertilizer treatments

2.4 有机肥替代化肥对马铃薯经济效益的影响

由表4和表5可知，由于有机肥的使用量较大，因此施用商品有机肥处理的肥料成本高于化肥处理。3种有机肥处理中OM2处理肥料成本低于另外两种有机肥处理，而总产值高于OM1和OM3处理。从经济效益考虑，OM2处理具有一定的优势。

3 讨论

本研究中施用有机肥的增产效果为化肥增产效果的76.76%～82.38%。使用有机肥增产效果没有化肥肥效增产快[18]，增施有机肥对作物的增产效应随施肥年限的延长而逐渐增强[19]。化肥是一种速效肥料，长期大量施用会使土壤板结、结构变差、肥力下降、理化性状变劣，不利于土壤生态系统的可持续发展。而施用有机肥不仅能为农作物提供全面营养，而且肥效长，可增加和更新土壤有机质，培肥地力，促进土壤养分的释放，促进微生物繁殖，改善土壤的理化性质和生物活性，提高农产品质量[20-21]。本研究施用有机肥对马铃薯品质的影响未表现出来，可能是由于所选用商品有机肥的肥效表现时间还不够。技术特征和经济效益是作物化肥减施增效技术评价体系的主要指标[22-23]。本研究中有机肥处理成本偏高的原因是商品有机肥的价格偏高，造成总成本偏高。3种商品有机肥处理成本差异的主要因素是价格的差异。化肥和有机肥的配施则可以形成互补或协同作用，从而达到提高作物产量[24-25]。化肥和有机肥配施能够在碳氮资源的生物有效性上形成互补关系，能够同时促进土壤生物和作物生长，从而满足土壤生态系统服务功能持续发挥的需要[26]。有机肥无机肥配合施用在改善土壤物理性能、创造良好团粒结构、增加土壤微生物活力、为作物提供较完全的养分等方面具有特别的优势[27]。有机肥无机肥配施可改善土壤肥力，较单施无机肥或有机肥更高效[28-30]。

表4 肥料成本核算（元/667m2）Table 4 Fertilizer cost calculation (yuan/667m2)

表5 经济效益核算（元/667m2）Table 5 Accounting of economic benefit（yuan/667m2）

本研究中，商品有机肥2对产量和经济效益的影响较另外两种有机肥占有优势，其同效当量以总产量和商品薯产量计算分别为66.02%和60.18%。为更好地保证马铃薯产量和品质，建议根据马铃薯需肥规律有机肥与化肥配合施用，选用价格适中的有机肥2与化肥按比例配合施用。

4 结论

施肥量相同时，3种商品有机肥对广东省恩平市冬作马铃薯均有增产效果，有机肥可以部分替代化肥，实现化学肥料减量施用，进而减少因化肥过量施用带来的土壤生态系统失衡和农业面源污染等问题。试验所用3种商品有机肥中，从经济效益考虑价格适中的商品有机肥2较适合在生产中推荐使用，以总产量计算同效当量为66.02%。有机肥的种类、安全性、生产成本等因素是选择替代化学肥料的主要考虑方面，肥效高、安全、施用方便、成本合适是首选。综合冬作马铃薯产量、品种、肥料利用率、经济效益等方面考虑，有机肥对化肥的最佳替代比例有待进一步研究。而不同马铃薯品种、不同土壤、不同地域有机肥部分替代化肥，增施有机肥，化肥减施量也是下一步研究的重要方向。