旱区马铃薯化肥减量/绿色替代模式研究

柳永强，胡新元

（1甘肃省农业科学院马铃薯研究所，兰州 730070；2甘肃省农业科学院，兰州 730070）

0 引言

马铃薯是一种粮菜饲兼用作物和重要的工业原料，具有抗寒、耐春旱和耐瘠薄特性，在中国中西部和北方旱作区的甘肃、内蒙古、河北、青海、新疆、宁夏和陕西大面积种植[1-2]。随着马铃薯主粮化战略定位和新时代人们对食品安全的高度重视，绿色优质马铃薯成为市场需求和科学研究的基本导向[3]。目前，马铃薯施肥管理存在化肥过量施用、微量养分不足、有机肥施用不足，肥料投入报酬递减、养分投入失衡、营养运筹不科学的问题并存[4-5]，导致马铃薯肥料利用效率低下[6]、生长缓慢、产量降低[5]、干物质合成受阻、品质下降[7-8]、食用性和加工性能下降，生产成本增加，经济效益降低[9-10]。并且，化肥过量造成严重的资源浪费、土壤生态恶化、重金属积累等问题[9]。因此，通过氮肥减量、有机肥替代化肥、微量元素投入及作物秸秆补偿等综合措施，根据马铃薯需肥规律来高效管理养分资源，是实现马铃薯高产优质、水肥高效利用和农田环境保护的根本出路[10-11]，优化旱区马铃薯养分管理模式，是实现马铃薯高产优质和环境友好的目标和亟需解决的问题。张绪成等[12]和于显枫等[13]研究表明,25%氮肥减量+有机肥施用能显著调节马铃薯花前花后耗水量，增加生物量和提高生长速率，使马铃薯产量和养分利用效率增加，是西北黄土高原半干旱区增产增效的养分管理模式。李成晨等[14]研究表明，化肥减量20%处理使块茎中氮含量减少，地上部氮含量显著增加，产量增加，说明适度减氮有利于氮素循环利用，促进增产，且化肥减量后，马铃薯生物量、干物质含量、氮肥偏生产力显著增加，说明化肥减量更符合马铃薯的需肥规律。刘志都等[15]研究表明，化肥减施结合有机肥施用，能提高马铃薯的肥料利用效率，减少肥料表观损失，改善土壤生态，提高马铃薯品质和产量。梁俊梅等[16]研究表明，有机肥能有效改善土壤生态，提高马铃薯品质和产量。目前，很多研究集中在化肥减量或有机肥替代对旱区马铃薯产量和生产力提升方面，对马铃薯施肥管理中所存在化肥过量、微量养分和有机肥施用不足，养分投入失衡等共性问题的综合研究很少，对旱区马铃薯绿色优质施肥模式创建的支撑不够。本研究结合化肥减量/有机肥替代、微量元素投入和秸秆补偿，综合构建旱区绿色施肥模式，通过马铃薯生长发育参数、经济产量构成、经济效益和增效潜力的分析，探索旱区马铃薯绿色高效施肥模式，为旱区马铃薯绿色栽培和养分科学管理提供数据支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于甘肃省东部六盘山西麓庄浪县境内，区域东经105°47′—106°25′、北纬35°04′—35°27′之间；海拔约1400～2857.5 m，年平均气温8.4℃，无霜期120～160天，年均降雨量380～600 mm。试验布置于通化镇韩湾村、朱店镇三合村和阳川镇葫阳村，试验地基本概况如表1。

表1 试验地概况

1.2 试验管理

试验于2018年4月中旬播种，9月下旬收获，采用黑膜垄作双行栽培，半机械作业，人工起垄覆膜，垄高25 cm，沟宽50 cm，垄面宽70 cm，沟行距70 cm，垄上行距50 cm，株距33.3 cm，播深8～10 cm，人工穴播，播种后膜侧覆土2～3 cm。施肥一次性基施，施肥量为试验设计的处理量，不追肥。病虫防控适度控药，播种用80%多菌灵粉剂拌种后晾晒种薯2～3天，7月上旬用60%腚虫咪乳液1000倍液防治蚜虫，7月中旬用58%甲霜灵锰锌可湿性粉剂800倍液预防病害，8月中旬用70%霜脲锰锌1000倍液+60%氨基寡糖素800倍液预防病害。

1.3 试验设计

试验材料为‘陇薯10号’原种，为西北旱区主要栽培马铃薯品种。设计施肥处理3个：对照为传统施肥模式(Ck)；处理1(T1)为化肥减量/有机肥替代化肥模式(FRS)，化肥减量30%（NPK比例不变），有机肥替代部分化肥（替代量为氮肥减少量的10%）；处理2(T1)为绿色替代/系统施肥模式(GFA)，T1+微量元素+秸秆。施肥模式见表2。

表2 施肥模式

1.4 指标测定

株高和SPAD值[2]：按不同处理随机选择测试区域，在该区域连续测量5株数据，取平均值为1个记录值。株高用直尺直接测出土面到株顶的距离，SPAD值用SPAD仪测定，记录马铃薯下数第4复叶的顶叶值。

经济产量[2]：单位面积马铃薯块茎重量（除去病烂马铃薯块茎）；商品薯产量为单薯块茎重量≥75 g，且薯块形状基本标准的马铃薯重量；小型薯畸形薯产量为单薯块小于75 g和形状畸形或裂口的薯块重量。产量的计算见公式(1)。产值的计算见公式(2)。

其中商品薯价格1.6元/kg，小型薯畸形薯价格0.7元/kg。

成本：区域试验管理水平一致，成本差异主要体现在肥料投入方面。成本指的是肥料外所有投入1.35万元/hm2，传统施肥模式投入0.27万元/hm2，减肥/替代施肥投入0.40万元/hm2，绿色施肥投入0.52万元/hm2。农资包括：地膜、机械、药剂、肥料。

2 结果与分析

2.1 旱区施肥模式对马铃薯生长发育的影响

表3显示，旱区黑膜覆盖种植条件下，FRS和GFA施肥模式对马铃薯株高和SPAD值参数的影响。可以看出，FRS模式下马铃薯株高较传统施肥模式有小幅增大，增加幅度不明显；GFA模式下马铃薯株高较传统施肥模式增大，通化镇韩湾村和阳川镇葫阳村增加量较传统施肥模式在0.05水平显著，增幅分别达到12.12%和15.75%，朱店三合村增量不显著，增幅8.58%。FRS模式下马铃薯SPAD较传统施肥模式变化不明显；GFA模式下，3个试验区域马铃薯SPAD较传统施肥模式增高，增量不显著，增幅分别为3.07%、6.82%，和4.61%。

表3 不同施肥模式的马铃薯生长发育参数

2.2 旱区施肥模式对马铃薯产量构成的影响

表4显示，旱区黑膜覆盖种植条件下，不同施肥模式对马铃薯‘陇薯10号’经济产量构成的影响。可以看出，FRS模式下马铃薯经济产量较传统施肥模式变化不大，但3个试验区域的商品薯产量明显增加，增量不显著；GF模式下，马铃薯经济产量较传统施肥模式增幅较大，通化镇韩湾村和阳川镇葫阳村经济产量增加量较传统施肥模式在0.05水平显著，增幅分别达到10.80%和11.73%，朱店三合村增量不显著，增幅4.34%；并且，GF模式下3个试验区域商品薯增量较传统施肥模式在0.05水平均显著，其增幅分别达到12.79%、12.08%和14.51%。

表4 不同施肥模式的马铃薯产量构成

2.3 旱区施肥模式的经济效益分析

表5显示，旱区黑膜覆盖种植条件下，不同施肥模式对马铃薯‘陇薯10号’产值、经济效益和增效潜力的影响。可以看出，FRS模式马铃薯产值和经济效益较传统施肥模式变化不大，3个试验区域经济效益略降低，增益潜力为负值。GF模式下，马铃薯产值和经济效益较传统施肥模式明显增大，增效潜力为正值，3个试验区域产值分别较传统施肥模式增加11.82%、6.67%和13.17%，经济效益增加9.47%、0.01%和12.29%。

表5 不同施肥模式的马铃薯经济效益分析

2.4 旱区施肥模式对马铃薯品质的影响

表6显示，旱区黑膜覆盖种植条件下，不同施肥模式对马铃薯‘陇薯10号’品质参数的影响。可以看出，FRS模式下马铃薯块茎维生素C含量和粗淀粉含量较传统施肥模式变化在有些区域升高，有些区域降低，没有一定的规律性，其总的干物质含量在3个区域均增加，韩湾村、三合村和葫阳村增幅分别为1.31%、10.92%和0.72%。GF模式下，马铃薯块茎干物质含量、维生素C含量和粗淀粉含量较传统施肥模式均增加，块茎干物质含量和粗淀粉含量增幅在0.05水平显著，韩湾村、三合村和葫阳村干物质增幅分别达到10.66%、11.67%和6.00%，粗淀粉增幅分别达到13.57%、23.17%和13.18%；维生素C含量增量不显著，韩湾村、三合村和葫阳村增幅分别达到5.76%、6.25%和6.64%。

表6 不同施肥模式下马铃薯品质参数

3 讨论与结论

2015年以来，农业农村部组织开展化肥农药使用量零增长行动，截至2020年底，中国化肥农药减量增效实现预期目标，化肥农药使用量显著减少，种植业高质量发展效果明显[17-18]，作物养分供给更加适宜土壤和生态环境需要。作物养分科学管理是以较低环境代价获得较高粮食产出、保障人类粮食安全和环境安全，推动农业可持续发展的必然选择[11]。针对马铃薯绿色种植和养分科学管理中存在的问题，首要途径是减少化肥用量并寻求可循环利用的替代肥料[19-20]或建立科学、高效、绿色的施肥模式，实现马铃薯绿色高效栽培与土壤、生态环境的协调。本试验结果表明，FRS模式下，马铃薯株高、SPAD值、商品薯产量、经济产量、经济效益和品质参数较传统施肥模式小幅提升。该研究结果与张绪成等[12]和李成晨等[14]研究结果基本一致，即氮肥减量+有机肥施用能增加马铃薯生物量，提高产量，促进干物质积累，提升块茎品质，说明化肥减量/有机肥替代模式是更加绿色和增产的马铃薯养分管理模式。本试验研究还发现，化肥减量/有机肥替代模式与传统施肥模式相比，具有增产提质作用，其增效潜力为负值，说明在化肥减量/有机肥替代模式在农业生产应用中，可能不具备可持续性。GFA模式下，马铃薯株高、SPAD值、商品薯产量、经济产量、经济效益和品质参数较传统施肥和FRS模式明显提高，较传统施肥增效潜力为正值，说明GFA模式具备FRS模式的增产和绿色的特点，也能促进马铃薯品质提升，且具有增效潜力，说明GFA模式是新时期更具有开发应用价值的马铃薯施肥管理模式。中国旱区，化肥减量/绿色替代模式的研究仍不够系统完善，有机肥肥替代的精准参数，微量元素添加水平，秸秆补偿的精准用量及方式，化肥、有机质、微量元素及秸秆的协调性及相互作用仍有待进一步深入研究。

与传统施肥模式相比，化肥减量/有机肥替代(FRS)模式促进马铃薯生长，SPAD值提高，经济产量和经济效益小幅增加，马铃薯粗淀粉、干物质和VC含量小幅提升，韩湾村、三合村和葫阳村3区域增效潜力分别为-1.03、-0.52和-0.11，均为负值。化肥减量/有机肥替代+微量元素+秸秆模式(GFA)下，韩湾村、三合村和葫阳村3区域马铃薯株高、SPAD值、产量、经济效益和品质显著提升，3区域产量分别较传统施肥模式增产10.80%、4.34%和11.73%，经济效益提高9.47%、0.01%和12.29%，干物质含量增加10.66%、11.67%和6.00%，粗淀粉含量增高13.57%、23.17%和13.18%；维生素C含量增加5.76%、6.25%和6.64%，增效潜力为0.94、0.01和0.97。GFA模式促进了马铃薯产量增加和品质提升，且具有增效潜力，是一种绿色高效的施肥管理方式，对构建旱区马铃薯绿色高效施肥模式具有重要的科学价值。