有机肥氮替代化肥氮对马铃薯干物质积累与分配的影响

何万春，李鹏程，张娟宁，杨荣洲，王景才，潘晓春，令 鹏

马铃薯是全世界主要的粮菜兼用型作物，是全价食品[1-3]，尤其是在定西市，马铃薯是重要战略性产业。但是，马铃薯集约化连续种植，导致马铃薯块茎产量和品质降低，由于追求马铃薯块茎产量的提高，大量使用化肥成为增产的关键，化肥的大量使用在增加马铃薯产量的同时，造成了非常严重的土壤和环境问题，因此，为实现定西马铃薯产业的健康可持续发展，合理使用化肥已成为当务之急。有关马铃薯干物质积累与分配的研究较多[4-6]，但有机肥氮替代化肥氮对马铃薯干物质积累与分配的研究在定西鲜见报道。

为此，我们在定西市安定区香泉镇进行了有机肥氮替代化肥氮的试验，来研究有机肥氮替代化肥氮对马铃薯干物质积累和分配的影响以及有机肥氮替代化肥氮的适宜比例，以期为定西马铃薯产业的健康绿色可持续发展做出贡献。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2019年4-10月在定西市农科院良种繁育基地进行，试验地海拔2 109 m，年均辐射量596.85 kJ/cm2，年均气温6.3℃，≥10℃，积温2 241.1℃，年均降水量415.2 mm，年蒸发量1 531 mm，试验地为黄绵土，肥力均匀，供试土壤理化性状见表1。

表1 供试土壤理化性状

1.2 供试品种

试验品种为“陇薯10号”，由甘肃省定西市农业科学研究院提供。

1.3 试验设计

试验共设6个处理：

T1：不施肥料（CK）；

T2：单施化肥氮，施氮量为纯氮180Kg/hm；

T3：10%有机肥氮替代10%化肥氮；

T4：20%有机肥氮替代20%化肥氮；

T5：30%有机肥氮替代30%化肥氮；

T6：40%有机肥氮替代40%化肥氮。

氮磷钾配比为N∶P2O5∶K2O=4∶3∶3。供试有机肥为生物有机肥，N + K2O + P2O5≥5%，有机质≥45%，有效活菌数≥0.2亿/g，经检测，N含量为2.05%，P2O5含量为1.45%，K2O含量为1.48%，由甘肃大行农业科技开发有限公司生产，化肥分别用尿素（N≥46%）、过磷酸钙（P2O5≥12%）和氯化钾（K2O≥24%）。各施肥处理分别扣除有机肥N、P2O5和K2O含量后用尿素、过磷酸钙和氯化钾补充。有机肥和氮、磷、钾肥作基肥一次性施入。各处理重复3次，随机区组排列，4 000株/667m2，株距31cm，行距70cm。小区面积5.5*10=55m2，田间管理同大田一致。

1.4 样品采集与处理

在马铃薯苗期、块茎形成期、块茎膨大期、淀粉积累期和块茎成熟期取样5次，每次5株，分根、茎、叶和块茎分别称鲜重，然后烘干称干重。

1.5 数据处理

试验数据使用Excel 2010进行统计汇总，并使用SPSS.19对各处理数据进行方差分析和最小显著性检验（LSR法）。

2 结果与分析

2.1 不同处理对马铃薯根+茎+叶和块茎干物质动态积累过程的影响

图1是不同处理对马铃薯根+茎+叶和块茎干物质积累过程的影响，两条线的交点是马铃薯干重平衡期，由图可以看出不施肥处理根+茎+叶和块茎干重平衡期为50d，纯施化肥处理及10%、20%、30%和40%有机肥氮替代化肥氮处理干重平衡期显著迟于不施肥处理，10%、20%、30%和40%有机肥氮替代化肥氮处理干重平衡期也迟于纯施化肥处理，但差异不显著，说明有机肥氮替代化肥氮能够延长马铃薯干重平衡期，从而能够为马铃薯块茎产量的形成提供良好的物质基础。

图1 不同处理对马铃薯根+茎+叶和块茎干物质动态积累过程的影响

在干重平衡期之后，块茎干物质积累速率要大于根+茎+叶，这就形成了干物质积累的“剪刀差”，而它反映块茎产量的高低，由图1可以看出，10%、20%、30%和40%有机肥氮替代化肥氮处理“剪刀差”显著大于不施肥处理和纯施化肥处理，且随着有机肥用量的增加而增加，在30%有机肥氮替代化肥氮处理时“剪刀差”最大，说明适宜的有机肥用量可以有效地提高马铃薯块茎产量，这可能是适宜的有机肥改变了土壤理化性状，使土壤疏松多孔，有利于土壤中水分和养分的运移，同时也改善了土壤生物性状，增加了土壤微生物和酶的活性，从而有利于马铃薯的生长发育。

2.2 不同处理对马铃薯全株干物质积累的影响

图2是不同处理对马铃薯全株干物质动态积累的影响，由图2可以看出，马铃薯全株干物质动态积累过程呈现明显“慢-快-慢”的状态。表2是不同氮水平处理下马铃薯全株干物质积累拟合的Logistic方程及其参数，由表可以看出，与不施肥相比，10%、20%、30%和40%有机肥氮替代化肥氮处理马铃薯干物质快速积累期持续时间Δt分别增加5、5、7和5d，马铃薯生育期内干物质最大增长速率vmax分别增加37.01%、46.46%、51.18%和35.43%，马铃薯干物质快速积累期的干物质平均增长速度vmean分别增加51.09%、64.23%、77.37%和72.26%；与纯施化肥相比，10%、20%、30%和40%有机肥氮替代化肥氮处理马铃薯干物质快速积累期持续时间Δt分别增加3、3、5和3d，马铃薯生育期内干物质最大增长速率vmax分别增加27.94%、36.76%、41.18%和26.47%，马铃薯干物质快速积累期的干物质平均增长速度vmean分别增加16.29%、26.40%、36.52%和32.58%。表2也表明，在本试验中决定马铃薯块茎产量高低的两个重要参数Δt和vmean都随着有机肥用量的增加呈单封趋势变化，都以30%有机肥氮替代化肥氮处理最大。

表2 不同氮水平处理下马铃薯全株干物质积累拟合的Logistic 方程及其参数

2.3 不同处理对马铃薯干物质分配的影响

由表可以看出，在苗期，10%、20%、30%和40%有机肥氮替代化肥氮处理块茎所占干物质比例逐渐减小，而叶片所占干物质比例逐渐增加，但无显著差异。从块茎膨大期到成熟期，马铃薯茎叶所占干物质比例逐渐减小，而块茎所占干物质比例逐渐增加，但在同一生育期内，随着有机肥用量的增加，茎所占干物质比例逐渐减小，而叶片所占干物质比例逐渐增加；在成熟期，与不施肥相比，10%、20%、30%和40%有机肥氮替代化肥氮处理块茎所占比例增加1.25%、3.24%、3.39%和1.3%，与纯施化肥相比，10%、20%、30%和40%有机肥氮替代化肥氮处理块茎所占比例增加1.3%、3.29%、3.44%和1.35%，其原因可能是增施有机肥改变了土壤理化性状，使土壤疏松多孔，有利于土壤中水分和养分的运移，同时也改善了土壤生物性状，增加了土壤微生物和酶的活性，从而有利于马铃薯的生长发育，但施用过多有机肥马铃薯块茎产量反而降低，可能是由于有机肥养分释放缓慢，后期养分供应不足所致。

表3 不同氮水平对马铃薯干物质分配比例的影响

3 讨论

3.1 不同处理对马铃薯生育进程的影响

在马铃薯的生长发育过程中，存在鲜重平衡期和干重平衡期，反映了马铃薯“源-库”间相互平衡和相互制约的关系[7-8]，在干重平衡期前，马铃薯的生长主要以扩大“源”为目的，为以后马铃薯“库”的扩大做准备[9-11]。在本试验中，10%、20%、30%和40%有机肥氮替代化肥氮处理干重平衡期显著大于不施肥处理和纯施化肥处理，但施用过多有机肥马铃薯干重平衡期并不随之增加，说明合理施用有机肥能够显著增加马铃薯“源”的生长时间。

3.2 不同处理对马铃薯干物质积累和分配的影响

在马铃薯的生长发育过程中，马铃薯整株干物质的积累呈现“慢-快-慢”的特征[12]，10%、20%、30%和40%有机肥氮替代化肥氮处理马铃薯干物质快速积累期持续时间Δt显著增加，30%有机肥氮替代化肥氮处理增加最多，而且在马铃薯生育期内其干物质最大增长速率vmax和马铃薯干物质快速积累期的干物质平均增长速度vmean随着有机肥用量的增加呈现淡粉趋势变化，由此可见，合理的施用有机肥能有效地扩大马铃薯“源”的生长。在块茎形成期以前，马铃薯干物质的分配主要以扩大“源”为目的，块茎形成期是马铃薯干物质分配的转折点，在此之后，干物质的分配主要以扩大“库”为目的，随着有机肥用量的增加，“库”所占干物质比例呈单封趋势变化，说明只有合理的施用有机肥才能协调“源-库”之间的关系，才能使块茎产量最大化。

4 结论

在干旱半干旱地区定西市，施氮量为纯氮180kg/hm2，氮磷钾配比为N∶P2O5∶K2O=4∶3∶3，有机肥氮替代化肥氮的比例为30%可以有效推迟马铃薯生育期，从而能够积累更多的干物质，促进干物质由“源”向“库”的转移，提高马铃薯块茎产量，因此，30%有机肥氮替代化肥氮是合适的有机-无机配合比例。