冬作马铃薯商品有机肥适宜用量研究

代啟贵，张 帆，徐鹏举，曹先维，张新明

（1.华南农业大学资源环境学院，广东 广州 510642；2.惠东县农业技术推广中心，广东 惠东 516300；3.华南农业大学园艺学院，广东 广州 510642）

【研究意义】 马铃薯（Solanum tuberosum L.）是仅次于玉米、小麦、水稻之后的世界第四大粮食作物，在粮食安全方面发挥着重要作用。全球大约有160个国家或地区种植马铃薯，种植面积为 1.87×107～1.92×107hm2，总产量为 3.2亿～3.4亿t[1]。据报道，我国马铃薯种植面积与产量已居全球第1位[2]，而且在南方稻区和干旱、半干旱地区，种植面积仍有增加的潜力，具有广阔的发展空间，特别是南方冬作马铃薯，其产量效益更高，在南方冬季农业中越来越重要[3]。广东地处热带、南亚热带地区，冬季气候资源优越，光温水条件好，自然灾害较少，发展冬种马铃薯生产潜力大，市场前景好，产业效益高。广东省是全国最大的南亚热带气侯区，南亚热带区域约占全省面积的72%，冬作生产资源丰富。特别适合冬作马铃薯生产，是全国冬种马铃薯优势产区[4]。商品有机肥是以畜禽粪便、动植物残体等富含有机质的副产品资源为主要原料，经发酵腐熟后制成，作为商品进入流通的肥料[5]。商品有机肥料含有植物所需的各种大量营养元素、微量元素和有机质，有机质中的氨基酸、酰胺和核酸可以直接被植物吸收，糖类和脂肪是土壤微生物生命活动的能源。此外，有机质在矿质化过程中，生成的有机酸可以使土壤中的无效养分有效化，从而培肥土壤；有机肥可改良土壤的物理、化学和生物特性，有利于土壤熟化、提高土壤的生产能力[6]。有机肥对提高土壤养分含量、提高作物产量、改善作物品质、减轻环境污染、实现废弃资源再利用等方面具有一定作用[7]。研究马铃薯商品有机肥的适宜用量，对指导马铃薯生产环节有机肥的施用、提高马铃薯品质以及改善土壤性质，具有非常重要的意义。近年来，冬作马铃薯施肥相关的研究较多[8-11]，但是在广东冬作马铃薯田商品有机肥适宜施用量方面的研究少见报道。商品有机肥的应用是实现“一控两减三基本”农业面源污染治理目标的重要举措[12]，在冬作马铃薯种植中的施用会愈来愈广泛，因此商品有机肥在冬作马铃薯田施用适用量的研究非常必要。

【前人研究进展】 李晓宏等开展了对城固县马铃薯有机肥施用量试验，在合理施用化肥的基础上，以施有机肥30～60 t/hm2为宜，低于30 t/hm2增产效果不明显，高于60 t/hm2边际收益下降[13]。张学让筛选了生物有机肥最佳效益用量，从产量结果看，施用4.05 t/hm2商品有机肥的马铃薯比施用3 t/hm2的产量高11.0%，增产幅度较大；施用5.1 t/hm2有机肥的马铃薯比施用4.05 t/hm2的产量增幅为4.0%，增产幅度不大，而多施用有机肥1.05 t/hm2，投入成本增加，而产量增加不多，因此在马铃薯上有机肥合适施用量为4.05 t/hm2[14]。李刚等开展了马铃薯有机肥投入的阀值研究，结果表明在较低施肥量情况下，土壤中硝酸盐无累积，当施肥量高于71 280 kg/hm2时，不同层次土壤中硝酸盐的含量均显著增加。在一定范围内适当提高有机肥用量可以降低马铃薯黑胫病的发病率，但较高有机肥用量和常规施肥处理条件下，马铃薯发病率有一定的上升。在马铃薯有机农业生产过程中，有机肥的过量施用不但会降低马铃薯的品质（降低淀粉、粗蛋白、维生素C、还原糖含量，增加硝酸盐含量），而且会导致硝酸盐和速效磷在土壤中残留，造成环境污染[15]。

【本研究切入点】 通过不同施肥处理的田间试验，以有机肥对马铃薯作用方式的研究为切入点，在试验过程中探究不同处理对马铃薯植株生长状况的影响，分析马铃薯物质及各营养元素的浓度和积累状况。【拟解决的关键问题】 重点探讨商品有机肥用量对冬作马铃薯产量、品质和经济效益的影响，同时分析马铃薯生长过程中对氮、磷、钾、镁、硅5种元素的吸收、积累、分配变化规律，以期为商品有机肥在冬作马铃薯生产中的合理施用提供理论依据和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2016—2017年在惠东县平海镇径口村国家马铃薯产业技术体系广州综合试验站试验基地进行。供试土壤为轻壤质水稻土，基础土壤样品碱解氮为 91.6 mg/kg、有效磷89.2 mg/kg、速效钾102.4 mg/kg，前茬为水稻；供试肥料包括马铃薯专用肥（15-8-22）和商品有机肥（N 11.94 g/kg、17.65 g/kg、K2O 9.20 g/kg）。供试马铃薯品种为当地主栽品种费乌瑞它，一级脱毒种薯。

1.2 试验设计

试验设不施肥（CK）、不施有机肥（CF）以及5个有机肥用量处理，3次重复，随机区组排列，小区面积19.8 m2（3.3 m×6 m），每个小区3垄，1垄作为采样区，另外2垄作为测产区，每个小区间设置0.7 m隔离垄，防止肥料随雨水渗透到相邻小区而影响试验结果。除不施肥对照外，各处理马铃薯专用肥（化肥）用量相同，均为15 00 kg/hm2。处理1～处理5商品有机肥用量分别为15 000、12 000、9 000、6 000、3 000 kg/hm2。马铃薯田NPK化肥养分施用量折算为：N 225 kg/hm2、P2O5120 kg/hm2和K2O 330 kg/hm2，35%控释氮+65%速效氮，磷和钾均为速效养分。

试验在2016年11月10日布置，大田管理主要参考历年的操作，不同之处在于一次性施用基肥，无追肥，采取稻草覆盖种植模式。

1.3 田间管理

试验实行稻草覆盖高垄双行栽培，具体方法如下：（1）2016年11月12日整地、施肥：垄高20 cm左右，垄宽85 cm，垄间沟宽20 cm，清理干净垄沟并且平整垄面。从垄中开约10 cm深的沟，将有机肥和基肥分小区均匀撒入沟中，覆土，平整垄面；（2）2016年11月13日播种：垄两侧播种，播种方法为“品”字型错株穴播，每垄均匀播种50株，密度为75 758 株/hm2，播种后垄面覆盖稻草，盖土压住，防止稻草被吹走；（3）2016年12月26日覆土：采用覆土机作业，覆土厚度7～9 cm；（4）2017年3月26日收获：分各个小区进行测产分级，统计各小区测产垄商品薯、小薯、病薯、烂薯，商品薯的标准为：单个薯≥75 g，无畸形、无病、无虫蛀、无裂口等；次品薯的标准为：单个薯＜75 g、烂薯、裂薯和畸形薯。其他管理同大田。

1.4 样品采集、处理与分析方法

1.4.1 样品采集与处理方法 植株样品采集与处理：分别于齐苗（出苗率80%）后3、15、27、39、51、63 d采样，采样时在每个小区的取样垄选取有代表性的3株作为取样植株；取回室内进行清洗、晾干，然后将每个小区3株植株的块茎、叶和茎分离，然后按部位汇总称重，并且均匀取样（≤300 g），分器官装在信封并置于烘箱105℃下杀青30 min，之后调烘箱温度至75℃烘至恒重，称量各样品干重，粉碎，放于塑料封口袋中做好标记，按处理类别保存供分析测定。收获时选取有代表性块茎作为收获样品，测定氮、磷、钾、镁、硅等元素全量及品质指标。

土壤样品采集与处理：整地前采用“S”型采样方法采集0～20 cm土层的基础混合土壤样品，经风干，过孔径2 mm和0.149 mm筛，保存于密封袋中，供分析。

1.4.2 测定指标及方法 土壤样品：土壤质地、碱解氮、有效磷和速效钾；植物样品：全氮、全磷、全钾、全硅、全镁；块茎品质参数：干物质、淀粉、粗蛋白质、维生素C。分析方法参照《土壤农化分析》[16]和《马铃薯试验研究方法》[17]。统计各器官干物质积累量（kg/hm2），单株氮（磷、钾、镁、硅）素积累量（mg）、商品薯率（%），总产值（元/hm2），经济效益（元/hm2），每100 kg商品有机肥增产量（kg），鲜薯氮（磷、钾、镁、硅）需求量。

试验数据采用DPS 14.0 和Excel 2007统计软件[18]进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 商品有机肥施用量对冬作马铃薯产量的影响

如表1所示，有机肥处理1～5和CF产量相对于空白对照存在显著差异，但各有机肥处理之间差异不显著。处理3的总产较处理4和处理5分别提高 2 095.96 kg/hm2（5.58%）和3 143.94 kg/hm2（8.61%）。

施用有机肥均能达到增产的效果。处理1～5每100 kg商品有机肥分别增产36.53、41.46、47.56、36.41、37.88 kg，各处理间差异不显著。各处理每100 kg商品有机肥增产从大到小的次序为：处理3＞处理2＞处理5＞处理1＞处理4，处理3每100 kg商品有机肥增产量最高，因此有机肥施用量为9 000 kg/hm2时，单位质量的有机肥增产效果最佳。

2.2 商品有机肥施用量对冬作马铃薯商品薯产量及商品率的影响

试验结果（表1）表明，不同用量有机肥处理商品薯产量差异不显著，但与空白对照差异显著，产量提高19 200 kg/hm2以上。随着有机肥用量的提高，产量有增加的趋势，以处理3较好，其产量比处理5、处理4分别增加3 585.75 kg/hm2（相对提高10.78%）和1 699.5 kg/hm2（相对提高4.83%），与处理2和处理1总产之间相差3.5%以内。不同用量有机肥处理商品薯率差异不显著，但与空白对照差异显著。每100 kg商品有机肥增产量各施加有机肥处理之间虽无显著差异，但处理3增产量最高，达到47.56 kg。

表1 商品有机肥用量对冬作马铃薯商品薯产量及商品率的影响Table 1 Effects of commercial organic fertilizer amount on the marketable tuber yields and marketable tuber rate of winter-copping potato

2.3 商品有机肥施用量对冬作马铃薯块茎品质的影响

表2结果显示，各处理之间在块茎干物质率、Vc含量、淀粉含量方面均没有显著差异。

2.4 商品有机肥施用量对经济效益的影响

如表3所示，不同用量有机肥处理商品薯产量之间没有显著差异，但与空白对照差异显著，增收52 500元/hm2以上。但随着有机肥用量的提高，纯收入出现先升高再降低的趋势，处理3纯收入最高，比其他处理增收1 500元/hm2以上。

表2 商品有机肥用量对冬作马铃薯品质的影响Table 2 Effects of commercial organic fertilizer amount on the quality of winter-cropping potato

对经济效益（Y, 元/hm2）与商品有机肥用量（X，t/hm2）采用一元二次方程拟合，得到如下方程：

对方程进行计算可知，经济效益最大时商品有机肥施用量为x=9.078 t/hm2，即9 078 kg/hm2，经济效益为74 872元/hm2。

表3 各处理成本投入与经济效益统计结果Table 3 Statistical results of input and economic benefits of different treatments

2.5 鲜薯对各营养元素（氮、磷、钾、镁、硅）的需求量

在处理3施肥条件下，根据每株各营养元素积累的最大值和种植密度计算得出，每生产1 t鲜薯需要氮、磷、钾、镁、硅营养元素的质量分别为 4.71、1.46、6.77、0.41、0.17 kg（表4）。

表4 鲜薯对各营养元素（氮、磷、钾、镁、硅）的需求量Table 4 Requirement amount of different nutrients (N, P, K, Mg, Si) of fresh potato tuber

3 讨论

在本试验中，马铃薯产量随着有机肥施用量的增加而呈递增的趋势，与芶久兰等[19]的研究结果一致，马铃薯专用肥1 500 kg/hm2+商品有机肥15 000 kg/hm2处理产量最高、达40 871.25 kg/hm2。各处理干物质率的范围为18.63%～20.05%。根据纯收入核算，各处理中马铃薯专用肥1 500 kg/hm2+商品有机肥9 000 kg/hm2处理的综合经济效益最高，达到75 318.7元/hm2，经济效益可观。建议该商品有机肥的推荐量为9 000 kg/hm2，产量较不施有机肥处理高6 553.05 kg/hm2（相对增产19.79%），与付兴发[20]研究的马铃薯粗蛋白质含量随着施有机肥量的增加而增加的结果一致。若进一步提高有机肥用量，虽然产量会继续升高，但同时会增加肥料成本，综合效应特别是经济效益会下降。在品质方面，不同处理块茎的干物质率、鲜薯Vc含量和淀粉含量之间没有显著差异，干物质率、鲜薯Vc含量与元新娣等[21]的研究结果一致，淀粉含量与其研究结果不一致，不同处理之间与淀粉含量呈极显著负相关，可能的原因是各处理之间的养分差异还不足让淀粉含量表现为差异显著。所以在供试条件下，在施用马铃薯专用肥（22-8-15）1 500 kg/hm2的基础上，再施用商品有机肥9 000 kg/hm2，是适宜的施肥方案。与李晓宏等[8]在城固县进行的不同有机肥施用量对马铃薯产量的影响研究相似，研究结果表明施用有机肥以30～60 t/hm2为宜，低于30 t/hm2增产效果不明显，高于60 t/hm2边际收益下降，适宜有机肥施用量不同，可能是本试验采用的是商品有机肥，而李晓宏等[8]施用的有机肥为猪粪。对商品有机肥一元二次肥料效应函数的配置与施肥参数的计算求得：经济效益最大时商品有机肥施用量为9 078 kg/hm2，此时经济效益为74 872.31元/hm2，方程拟合与实际生产情况相吻合。经计算每100 kg商品有机肥增产量也是马铃薯专用肥1 500 kg/hm2+商品有机肥9 000 kg/hm2处理最高，达到47.56 kg，与丁文等[22]“每100 kg污泥有机肥分别增产46.61、40.68 kg”的研究结果相符。

4 结论

在本试验条件下，适宜于冬作马铃薯高产高效的“1基0追”施肥模式为施用马铃薯专用肥（22-8-15）1 500 kg/hm2+商品有机肥9 000 kg/hm2。