河北二季作春播马铃薯养分吸收规律及肥料适宜用量

杨云马 杨军芳 贾良良 邢素丽 樊建英封志明 张淑青 相丛超 黄少辉 刘学彤

（1河北省农林科学院农业资源环境研究所/河北省肥料技术创新中心，050051，河北石家庄；2石家庄市农林科学研究院，050021，河北石家庄）

马铃薯耐旱，耐瘠薄，适应性广，营养全面，是世界上继水稻、小麦、玉米之后的第四大粮食作物[1-2]。我国于2015年推进马铃薯主粮化战略[3]，2016年我国马铃薯种植面积562.6万hm2[4]；河北省种植面积18.1万hm2，在全国居第10位，主要分布在张家口和承德坝上地区，种植模式为一年一熟[5]。近年来，河北省中南部二季作马铃薯种植面积呈持续上升趋势，2017年已有1.7万hm2的种植规模，主要分布在保定、石家庄、邯郸、邢台等太行山山前平原区，这些地区土壤类型以褐土为主[5]。二季作区种植马铃薯的收获时间可以从4月底持续到6月底，是我国北方9月主要收获季节的重要补充。张淑青等[6-7]和付勇等[8]对二季作区马铃薯栽培模式进行了深入研究，研发出拱棚覆盖、地膜覆盖、双模覆盖和三膜覆盖等技术模式。目前，针对本区域春播马铃薯的养分管理技术研究较少，现常用施肥措施主要参照一季作区技术模式。由于二季作马铃薯经济效益可观，农民为追求高产，过量施肥情况严重，一般底施复合肥1 000～1 500kg/hm2，追施2～3次高氮、高钾肥料900～1 200kg/hm2，养分用量大大超出了马铃薯需求量，造成了资源的浪费及经济效益的下降。

目前，在宁夏[9-11]、内蒙古[12-13]和甘肃[14]等地关于马铃薯需肥特性均有研究报道，不同研究结果差异较大。每1 000kg马铃薯所需N、P2O5、K2O的主要区间分别是3.0～4.0、1.00～1.50和4.0～6.0kg[15]。而关于河北二季作区马铃薯需肥规律的报道较少。刘中良等[16]研究表明，在山东泰安马铃薯N、P2O5和K2O最佳用量分别为360～390、60和510～677kg/hm2，产量可达39 110kg/hm2。本文研究了河北二季作马铃薯的养分吸收规律，并通过线性加平台模型模拟得到马铃薯N、P2O5和K2O适宜用量，为河北二季作马铃薯养分管理提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 试验处理

试验设在河北省石家庄市元氏县杨家寨村（114°18′04″ E，37°46′35″ N），土壤为石灰性褐土，土壤基础理化性状见表1。

设置氮磷钾3414试验，养分用量见表2。氮肥选用尿素（N 46%），磷肥选用过磷酸钙（P2O516%），钾肥选用硫酸钾（K2O 50%）。磷钾肥作为底肥一次性施入，氮肥底肥和追肥各50%。农民习惯施肥为底施复合肥（15-5-25）1 200kg/hm2，追施尿素300kg/hm2，以不施肥为对照。小区规格4m×8m。随机区组设计，重复3次。种植模式为大小行种植，大行间距80cm、小行间距40cm，株距31cm，密度52 500株/hm2。马铃薯品种为费乌瑞它。2018年3月16日施肥整地播种，4月10日出苗，5月10日追施尿素，6月25日收获考种。

表1 试验地土壤基本理化性状Table 1 The basic characteristics of the experimental soil

表2 “ 氮磷钾3414试验”养分用量Table 2 Rate of nutrient of 'NPK 3414 Test' kg/hm2

1.2 取样及测试

分别在马铃薯苗期（4月26日）、开花期（5月16日）、收获期（6月25日）采集地上部（茎叶）及地下部（块茎）样品，于105℃杀青30min，然后温度降至65℃烘干至恒重。样品经H2SO4-H2O2消煮后，采用凯氏定氮法测氮含量、钒钼黄比色法测磷含量以及火焰光度计法测钾含量[17]。

块茎总产为收获时马铃薯全部块茎的产量；商品薯产量为收获时单个块茎大于150g的产量；商品薯率=（商品薯产量/块茎总产）×100%。

1.3 数据分析

试验数据用Microsoft Excel 2003进行处理和作图，用DPS软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对马铃薯产量的影响

不同施肥处理块茎产量见表3。不同养分配比对马铃薯产量有显著影响，块茎总产和商品薯产量均以N2P2K3处理最高，分别为38 995和26 194kg/hm2；以不施肥处理最低，分别为18 168和7 804kg/hm2，最高产量分别是最低产量的2.1和3.4倍；除N0P2K2处理外，其余施肥处理块茎总产均显著高于不施肥对照，所有施肥处理商品薯产量均显著高于不施肥对照。与FP相比，优化施肥处理N2P2K2块茎总产和商品薯产量分别提高了7.1%和16.0%，总养分投入减少了33.6%，减少228kg/hm2。商品薯率以N2P3K2处理最高，达74.9%，不施肥处理最低（43.1%）；除N2P2K0、N2P2K1和N1P2K1外，其余施肥处理商品薯率均显著高于对照。

表3 不同施肥处理马铃薯产量Table 3 Yield of potato under different fertilization treatments

由以上分析可得，施肥能够显著提高马铃薯产量，不同氮磷钾养分配比对马铃薯产量有显著影响，合理施肥能够显著提高商品薯率。

2.2 氮磷钾养分适宜用量分析

对试验结果进行3414分析，未得到最佳氮磷钾养分用量。分别将氮、磷、钾养分梯度与商品薯产量进行单因素分析，利用线性加平台模拟得到氮磷钾养分适宜用量（图1）。商品薯产量与氮用量的相关方程：y=14925+53.3x（0＜x＜186）；y=24855（x＞186）。当施氮量在186kg/hm2时，商品薯平台产量为24 855kg/hm2；商品薯产量与P2O5用量的相关方程：y=19962+63.4x（0＜x＜86）；y=25408（x＞86）。当P2O5用量为86kg/hm2，时商品薯平台产量为25 408kg/hm2；商品薯产量与K2O用量的相关方程：y=18133+36.3x（0＜x＜212）；y=25821（x＞212）。当K2O用量为212kg/hm2时，商品薯平台产量为25 821kg/hm2。

图1 氮、磷、钾用量与商品薯产量相关关系Fig.1 Relationships between N, P2O5, K2O rate and commercial potato yield

2.3 马铃薯养分吸收规律

分别在马铃薯苗期（4月26日）、开花期（5月16日）和收获期（6月25日）采集不施肥处理N0P0K0及N2P2K2处理的茎叶及块茎，监测马铃薯不同生育期N、P、K养分吸收量（图2）。收获时N0P0K0处理马铃薯N、P、K养分吸收量分别为76.5、8.6、61.7kg/hm2，N2P2K2处理分别为 179.1、18.0、167.2kg/hm2，施肥处理分别是N0P0K0处理的2.3、2.1和2.7倍。不施肥情况下每生产1 000kg马铃薯需要吸收的N、P、K量分别为4.16、0.47、3.35kg，施肥情况下分别为4.78、0.47、4.64kg。

图2 马铃薯不同生育期养分吸收量Fig.2 Nutrient absorption of potato at different growth stages

苗期前马铃薯对氮磷钾养分的需求量不大，不施肥情况下N、P、K吸收速率分别为306.3、24.4、306.3g/(hm2·d)，施肥显著增加了养分吸收速率，分别为 583.0、43.7、500.4g/(hm2·d)，施肥处理养分吸收速率分别是N0P0K0处理的1.9、1.8和1.6倍。马铃薯苗期以前N、P、K吸收速率比例为1∶0.08∶0.86。

马铃薯苗期至开花期在不施肥情况下N、P、K 吸收速率分别为 325.5、63.8、480.1g/(hm2·d)，分别是苗期前的1.1、2.6和1.6倍。施肥处理N、P、K 吸收速率分别为 686.6、116.2、1 105.8g/(hm2·d)，分别是苗期前的1.2、2.7和2.2倍。马铃薯此时期N、P、K吸收速率比例为1∶0.18∶1.54。

马铃薯开花期至收获期是养分吸收速率最大时期，不施肥情况下N、P、K吸收速率分别为1 628.1、172.5、1 179.8g/(hm2·d)，分别是苗期至开花期的5.0、2.7和2.5倍。施肥处理N、P、K吸收速率分别为 3 900.2、373.9、3 426.4g/(hm2·d)，是苗期至开花期的5.7、3.2和3.1倍。施肥处理养分吸收速率分别是N0P0K0处理的2.4、2.2和2.9倍。马铃薯此时期N、P、K吸收速率比例为1∶0.10∶0.80。

通过以上分析可得，施肥与否对马铃薯养分吸收有显著影响，施肥处理马铃薯养分吸收量是N0P0K0处理的2倍以上。马铃薯N吸收量最高，并且最大吸收速率时期是在开花以后；K吸收量次之，但对K的吸收高峰期要早于N，在苗期以后就会有较高的吸收速率；对P的吸收量在3种元素中最小，其吸收速率在马铃薯整个生育期中呈现稳定增长的趋势。

3 讨论

本文研究了河北省中南部二季作区春播马铃薯的养分吸收规律及适宜用量，在石灰性褐土上的研究结果表明，不施肥情况下每生产1 000kg马铃薯吸收N、P、K量分别为4.16、0.47（P2O51.08kg）和3.35kg（K2O 4.02kg），优化施肥情况下相应数值分别为 4.78、0.47（P2O51.08kg）和 4.64kg（K2O 5.57kg）。本研究结果低于段玉等[2]在内蒙古的研究结果：生产1 000kg马铃薯吸收N、P2O5、K2O量分别为6.15、1.36和6.17kg；低于曹哲等[11]在宁夏的研究结果：吸收N、P2O5、K2O量分别为6.32～9.19、2.93～4.72和11.61～17.66kg；磷钾吸收量低于陈建国等[10]的研究结果：P2O51.40～1.55、K2O 6.89～10.83kg。高媛等[15]研究表明生产1 000kg马铃薯需N、P2O5、K2O的区间分别为3.0～4.0、1.00～1.50和4.0～6.0kg，本研究中，除氮稍高外，磷钾吸收量均在此范围内。综合来看，河北二季作春播马铃薯单位产量养分吸收量低于内蒙古和宁夏等一季作区。可能与马铃薯生育期长短有关，宁夏等一季作区马铃薯生育期可达110～130d[9]，而本研究马铃薯生育期只有76d，生育期短导致养分吸收积累量小。施肥对马铃薯钾素吸收量影响最大，其次为氮素，磷素最小。

本研究表明，马铃薯在不同生育期对养分的吸收速率不同，马铃薯对氮磷钾养分的需求量随着生育期的推进而增加。很多研究[9-10，13，18-20]表明，马铃薯干物质积累和养分吸收符合Logistic曲线，即前期慢，中期快，后期慢。本研究只在马铃薯苗期、开花期和收获期等关键生育期取样，取样密度相对较小，养分吸收未得到“S”型曲线。但综合来看，开花期（出苗后50d）后是马铃薯养分吸收积累的关键期，这一结果是相同的。

本研究N适宜用量为186kg/hm2，与宁南地区推荐量174～189.7kg/hm2相似[21]，低于山东泰安二季作N推荐量360～390kg/hm2[16]和张北地区N推荐量为210kg/hm2[22]，高于内蒙古推荐用量114～150 kg/hm2[23]。不同区域马铃薯N推荐量有较大差异，范围为114～390kg/hm2，大部分推荐用量为170～210kg/hm2，本研究N推荐用量180kg/hm2在此推荐范围内。

本研究P2O5推荐用量86kg/hm2，低于张北地区推荐量106kg/hm2[22]和宁南地区推荐量92.2～94.6 kg/hm2[21]，高于泰安二季作推荐量60kg/hm2[16]和内蒙古推荐用量63.75～75kg/hm2[23]。P2O5推荐量在60～106kg/hm2区间，本研究马铃薯P2O5推荐量86kg/hm2处于中等偏低水平。

本研究K2O推荐用量为212kg/hm2，低于泰安二季作推荐量510～677kg/hm2[16]和内蒙古推荐用量220～270kg/hm2[23]，与张北地区推荐量214kg/hm2[22]结果相近，高于宁南地区推荐量113～113.7kg/hm2[21]。K2O推荐用量在113～677kg/hm2范围。本研究K2O推荐量212kg/hm2处于中等偏低水平。

与当地农民习惯用肥相比，本研究产量增加15.6%，而养分综合用量减少28.6%。其中，氮肥和钾肥用量分别减少132和88kg/hm2，减少幅度分别为41.5%和29.3%，磷肥用量增加26kg/hm2，增加幅度为43.3%。

本试验种植模式是一年两作，马铃薯收获后种植短季蔬菜。由于下茬作物生育期短，再加上农民施肥量较大，导致大量养分残留于土壤中，使马铃薯养分推荐用量处于偏低水平。本研究结果对试验地块有很好的指导作用，对相邻地块也有很好的借鉴意义，对河北二季作区马铃薯肥料用量及养分管理有一定的参考价值。

4 结论

本试验条件下，马铃薯N、P2O5、K2O推荐用量分别为186、86、212kg/hm2。优化施肥情况下，马铃薯商品产量可达24 855kg/hm2，N、P、K养分吸收量分别为179.1、18.0、167.2kg/hm2，生产1 000kg马铃薯吸收N、P、K量分别为4.78、0.47、4.64kg。马铃薯开花后是养分吸收的关键期，优化施肥情况下N、P和K吸收速率分别为3 900.2、373.9和3 426.4g/(hm2·d)，其次为苗期至开花期，N、P和K吸收速率分别为 686.6、116.2 和 1 105.8g/(hm2·d)。