馬鈴薯生產(chǎn)的氮肥管理策略

孫磊，王弘，李明月，畢詩婷，田靜儇

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，黑龍江哈爾濱150030）

綜述

馬鈴薯生產(chǎn)的氮肥管理策略

孫磊*，王弘，李明月，畢詩婷，田靜儇

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，黑龍江哈爾濱150030）

氮是影響馬鈴薯產(chǎn)量和品質(zhì)的重要因素，多年來中國馬鈴薯生產(chǎn)過程中氮肥管理始終缺乏科學(xué)的指導(dǎo)，導(dǎo)致許多優(yōu)質(zhì)馬鈴薯品種的產(chǎn)量優(yōu)勢和品質(zhì)優(yōu)勢難以得到充分的發(fā)揮。通過合理施用氮肥，協(xié)調(diào)馬鈴薯莖葉生長與塊莖生長，促進塊莖的形成和膨大，減少氮肥損失，提高氮肥利用率，是馬鈴薯氮肥管策略的重要內(nèi)容，同時也是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要保障。針對氮肥施用量和施用時期對馬鈴薯生長與塊莖產(chǎn)量的影響及馬鈴薯氮素營養(yǎng)診斷措施，綜述國內(nèi)外馬鈴薯氮肥管理的研究結(jié)果，以期為中國馬鈴薯養(yǎng)分管理提供研究思路，同時也為馬鈴薯生產(chǎn)的氮肥施用策略提供參考。

馬鈴薯；氮肥管理；氮素診斷

馬鈴薯是世界上最重要的非谷類糧食作物，也是有重要價值的工業(yè)原料作物和飼料作物。發(fā)展馬鈴薯產(chǎn)業(yè)對充分發(fā)揮區(qū)域比較優(yōu)勢，緩解中國糧食壓力，實現(xiàn)食物多樣化，克服單一，保障糧食安全具有重要作用。中國馬鈴薯種植面積和總產(chǎn)量均居世界第一位，但是單產(chǎn)卻排在第82位[1]，嚴(yán)重限制了中國馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

全球2/3糧食增產(chǎn)要靠提高單產(chǎn)來實現(xiàn)，中國三大主要糧食作物的平均單產(chǎn)均高于世界平均水平，進一步增產(chǎn)的空間較小。世界發(fā)達的馬鈴薯主產(chǎn)國馬鈴薯平均單產(chǎn)為45 t/hm2，最高可達65 t/hm2，而中國僅為14 t/hm2，因此具有很大的增產(chǎn)空間[2]。

1 氮對馬鈴薯生長的作用

馬鈴薯塊莖90%以上的干物質(zhì)來自光合產(chǎn)物，塊莖產(chǎn)量形成與光合作用有著非常密切的關(guān)系。氮可促進莖葉生長，保證植株有一定量的光合器官，合理的氮素營養(yǎng)供給，可協(xié)調(diào)馬鈴薯莖葉生長和塊莖生長，維持光合器官和儲存器官的適宜比例，增加結(jié)薯數(shù)和大中薯比例。氮肥不足則導(dǎo)致馬鈴薯植株生長矮小，長勢弱，產(chǎn)量低。但過量施用氮肥，會導(dǎo)致植株前期徒長，后期貪青，生長中心不能適時轉(zhuǎn)移，消耗大量的碳水化合物，影響塊莖干物質(zhì)含量，從而降低馬鈴薯總產(chǎn)量。

馬鈴薯成苗時間約為15～25 d，而糧棉作物則需要60～70 d，馬鈴薯的這種速熟特性有利于在單位面積上制造比他其糧食作物更多的有機物質(zhì)，但同時也使得馬鈴薯的莖葉生長與收獲器官生長并進的時間較長（35~50 d）。馬鈴薯收獲器官是變態(tài)莖，而非真正意義上的生殖器官，因此，馬鈴薯源庫間的物質(zhì)分配有別于其他糧食作物。如何通過氮肥施用合理控制莖葉生長，促進塊莖中光合產(chǎn)物的積累，是提高馬鈴薯產(chǎn)量的有效措施。

2 氮肥施用措施對馬鈴薯產(chǎn)量的影響

氮肥用量不足，不但造成減產(chǎn)，而且影響其他養(yǎng)分的吸收[3]；而過量施用氮肥，則抑制馬鈴薯塊莖的生長，且增加塊莖中的茄堿[4]及硝酸鹽[5,6]的含量，促進馬鈴薯加工過程中丙烯酰胺的生成[5,7]，降低鮮食及加工馬鈴薯的品質(zhì)。

2.1 馬鈴薯氮肥管理理論的發(fā)展

作物單產(chǎn)的提高有50%歸功于合理施肥。氮肥是馬鈴薯生產(chǎn)中施用量最多的肥料，氮素供應(yīng)是否合理不僅影響馬鈴薯的產(chǎn)量和品質(zhì)，同時影響資源的高效利用和環(huán)境污染。近年來，農(nóng)作物過量施用氮肥造成的環(huán)境污染越來越受到關(guān)注，為解決這一問題，人們通過培育氮高效品種[8]，改良田間耕作措施[9]，或通過實時監(jiān)控精準(zhǔn)確定氮肥施用量[10,11]等手段提高氮肥利用率，減少氮肥向環(huán)境中的排放。20世紀(jì)90年代FAO提出了植物養(yǎng)分綜合管理（Integrated plant nutrient management，IPNM）的概念，該理論倡導(dǎo)通過綜合考慮環(huán)境供養(yǎng)量、作物養(yǎng)分需求特性和影響?zhàn)B分有效性的環(huán)境因素，合理確定肥料用量和施用方法，在提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)的前提下，提高肥料利用率，減少肥料損失和環(huán)境風(fēng)險。1995年中國開始對養(yǎng)分資源管理的理論和技術(shù)進行了系統(tǒng)的研究，并將其研究結(jié)果應(yīng)用在水稻、玉米和小麥等作物的推薦施肥體系中，在提高作物產(chǎn)量和肥料利用率上取得了令人振奮的效果[12]。2007年Zebarth等[8]建議將最佳養(yǎng)分管理（Nutrient best management practices,BMP）理念引入馬鈴薯生產(chǎn)，目的就是要通過合理的氮肥管理措施實現(xiàn)提高馬鈴薯塊莖產(chǎn)量和氮肥利用率的目的。中國馬鈴薯生產(chǎn)中氮肥管理措施比較粗放，缺乏系統(tǒng)的研究和理論指導(dǎo)，這是導(dǎo)致馬鈴薯產(chǎn)量低，氮肥利用率不高的重要原因之一。肥料施用不合理，作物品種的產(chǎn)量優(yōu)勢就不能得以充分發(fā)揮[13]。而合理施肥，特別是合理施用對馬鈴薯產(chǎn)量影響最大的氮肥，是提高馬鈴薯產(chǎn)量和品質(zhì)的重要措施。

2.2 氮肥施用量對馬鈴薯產(chǎn)量的影響

Alva[14]的研究表明，過量施用氮肥，雖能使地上部莖葉生長的更加旺盛，但是由于生長中心不能適時轉(zhuǎn)移，所以并不能有效促進塊莖的生長。D arwish等[15]在有機質(zhì)含量為1.2%的壤土上種植馬鈴薯，隨著施氮量由125 kg N/hm2增加到500 kg N/hm2，地上部莖葉干物重隨著施氮量的增加而增加，但塊莖產(chǎn)量、塊莖中的干物質(zhì)含量和氮肥利用率均隨施氮量的增加而降低（表1）。Ferreira和Goncalves[16]在有灌溉的壤土上種植馬鈴薯，結(jié)果表明，施氮量由160 kg/hm2增加到240 kg/hm2時，馬鈴薯塊莖產(chǎn)量反而降低。Evert等[17]的研究結(jié)果也表明，當(dāng)施氮量達到200 kg/hm2后，隨著氮肥用量的增加，塊莖產(chǎn)量開始降低（表2）。Lia等[18]通過計算機模擬發(fā)現(xiàn)，馬鈴薯根區(qū)氮供應(yīng)量為90～120 kg/hm2時，最利于植株對氮的吸收。Janowiak等[19]在砂壤土上進行的長期定位試驗表明，在施用30 t/hm2有機肥做基肥的基礎(chǔ)上，施用180 kg N/hm2可得到最高的塊莖產(chǎn)量。Alva[20]指出在有灌溉的條件下，沙土上的施氮量最多不能超過336kg/hm2，否則馬鈴薯塊莖的產(chǎn)量和品質(zhì)都將下降。

依據(jù)植物養(yǎng)分綜合管理理論，施肥量的確定應(yīng)根據(jù)作物對養(yǎng)分的需求量、土壤養(yǎng)分供應(yīng)量以及養(yǎng)分利用效率來確定。孫磊等[21]研究表明，馬鈴薯每形成1 000 kg的塊莖大約需要5～6 kg的N，在中國現(xiàn)有栽培水平條件下，在肥力中等的壤土上種植中晚熟品種‘克新13號’，在30～37 t/hm2的產(chǎn)量條件下，每公頃植株大約吸收160～170 kg的N，因此，綜合考慮土壤養(yǎng)分供應(yīng)水平及土壤質(zhì)地，建議氮肥推薦用量在150～180 kg N/hm2。但是隨著相關(guān)配套技術(shù)及機械設(shè)備水平的提高，中國馬鈴薯產(chǎn)量水平將會進一步提高，因此，氮肥施用量也將有所增加，但是氮肥施用量與塊莖產(chǎn)量間并不是正相關(guān)關(guān)系。通過合理施用氮肥，可使單位塊莖產(chǎn)量的氮肥需求量有所降低。由表3可見[21]，在氮肥用量相同的前提下，通過調(diào)整氮肥施用時期和不同時期的施用比例，不但可提高商品薯產(chǎn)量和氮肥利用率，同時還降低了形成1 000 kg塊莖的需氮量，提高了氮肥的偏生產(chǎn)力。

表1 不同施氮量對成熟期灌溉馬鈴薯的吸氮量，肥料氮占全氮的百分率及氮肥利用率的影響Table 1 Effect of N application rate on N absorption,percentage of fertilizer－N to total N in plant and N use efficiency(NUE)of irrigated potato at maturity

表2 不同氮肥用量對瓦赫寧根馬鈴薯塊莖產(chǎn)量的影響Table 2 Effect of N application rate on potato yield in Wageningen

圖1 馬鈴薯莖葉及塊莖干物質(zhì)積累曲線Figure 1 Dry matter accumulation curve of potato vine and tuber

表3 氮肥施用時期和比例對馬鈴薯產(chǎn)量及氮肥利用率的影響Table 3 Effects of N fertilizer application time and ratio on potato tuber yield and NUE

Darwish等[15]指出，馬鈴薯經(jīng)濟適宜用氮量在200～260 kg N/hm2，世界最發(fā)達的馬鈴薯生產(chǎn)國荷蘭，平均氮肥用量為260 kg N/hm2。通過對已發(fā)表文獻的總結(jié)和對中國部分馬鈴薯主產(chǎn)區(qū)的施肥狀況的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，中國馬鈴薯氮肥用量介于50~400 kg N/ hm2之間，且基本是以“高氮高產(chǎn)”或“馬鈴薯是耐貧瘠作物”作為氮肥施用量的依據(jù)。

2.3 施肥時期對馬鈴薯產(chǎn)量的影響

谷瀏漣[22]對中晚熟馬鈴薯‘克新13號’的研究表明，適當(dāng)控制馬鈴薯前期氮肥投入，可防止?fàn)I養(yǎng)體生長過旺，有利于馬鈴薯植株生長中心的適時轉(zhuǎn)移，在塊莖增長初期適量追施氮肥可滿足塊莖增長期植株對氮素的大量需求，促進塊莖膨大，適當(dāng)延長植株莖葉持綠時期，有利于塊莖中養(yǎng)分和干物質(zhì)的積累及產(chǎn)量的形成。而將氮肥做為基肥一次施入，雖然在營養(yǎng)生長期植株氮素供應(yīng)充足，并在塊莖形成期形成較多的塊莖，但由于營養(yǎng)體生長過旺，消耗大量養(yǎng)分，導(dǎo)致塊莖增長期氮素供應(yīng)不足，塊莖增長受到抑制，導(dǎo)致形成大量的小薯，降低商品薯率。目前在中國馬鈴薯生產(chǎn)中，通常在現(xiàn)蕾期就將全部氮肥施用完畢，由圖1[23]可見，此時還遠未達到馬鈴薯生長高峰，因此，此時施入全部氮肥，由于NO3-淋洗和NH4+的揮發(fā)將導(dǎo)致部分氮素損失，到塊莖膨大期時，由于土壤不能提供足夠的氮素營養(yǎng)，影響塊莖膨大，導(dǎo)致塊莖產(chǎn)量和氮肥利用率降低。

Vos[24]發(fā)現(xiàn)，馬鈴薯播種后28～42 d以及播種90 d以后，幾乎不從土壤中吸收氮素，因此氮素的供應(yīng)應(yīng)該主要集中在播種后42~90 d之間。Alva[14]研究也表明，在塊莖增長期保證土壤中有足夠的有效氮是提高馬鈴薯產(chǎn)量的重要因素。馬鈴薯在生長發(fā)育過程中對氮素的需求存在持續(xù)性和階段性，氮是一種極易損失的元素，因此一次性施肥無疑是不合理的做法，分次施用在理論上可明顯提高肥料的利用率。與馬鈴薯需氮規(guī)律不符的施肥方法，會造成某一時期的氮肥過多或不足，降低塊莖產(chǎn)量或塊莖中的干物質(zhì)含量[25,26]。同樣是140 kg N/hm2的施氮量，Shillito等[27]將全部氮肥在出苗時一次施用，得到了30 t/hm2的產(chǎn)量，在施肥量相同的條件下，Z elalem等[28]將一半氮肥在播種時施入，另一半氮肥在播種后45 d施入，得到了46.5 t/hm2的產(chǎn)量。Alva[20]在完全依靠灌溉的干旱地區(qū)的研究表明，在相同的啟動氮（56 kg N/hm2）和追肥氮（224 kgN/hm2）條件下，追肥頻率對塊莖產(chǎn)量和質(zhì)量沒有顯著影響，這說明，只要保證關(guān)鍵時期氮肥的供應(yīng)，就可以滿足塊莖生長的需求。Evert等[17]通過4年的研究表明，適時追施氮肥，可在產(chǎn)量不降低的條件下節(jié)約8～88 kg N/hm2。

Shillito等[27]在表土有機質(zhì)含量為0.9～1.3 g/kg的砂壤土上種植馬鈴薯，150 kg N/hm2全部在苗期一次性施入，得到了30 t/hm2的產(chǎn)量。Rosen和Bierman[29]在表土有機質(zhì)含量為15～23 g/kg的砂壤土中種植‘赤褐布爾班克’，基肥施入38 kg/hm2的啟動氮，在苗期和中耕時分兩次共追施235 kg/hm2的氮，獲得了62 t/hm2的產(chǎn)量。Greenwood等[30]的研究表明，馬鈴薯在營養(yǎng)生長期吸收的氮占全生育期氮量的1/2，在塊莖增長后期仍有氮的吸收。Iritani等[31]也建議應(yīng)將總氮量的1/3或1/2在播種時施用，余下的氮素在生長發(fā)育過程中分次施用。但Joern和Vitosh[32]對‘赤褐布爾班克’的試驗表明，塊莖產(chǎn)量隨底肥氮施入量的增加而增加，生育期追肥并沒有明顯的增產(chǎn)作用。這說明土壤和氣候等環(huán)境條件對氮肥的增產(chǎn)作用影響是很大的。因此，如果能夠根據(jù)作物的生長狀況和土壤氮素的供應(yīng)狀況確定氮肥供應(yīng)量將會更好的解決氮肥合理施用的問題。

3 馬鈴薯氮素營養(yǎng)診斷技術(shù)的發(fā)展

傳統(tǒng)的氮素診斷方法是通過測試土壤樣品氮供應(yīng)量或植物樣品含氮量確定氮肥供應(yīng)量或植株氮素營養(yǎng)狀況，但是近年來，應(yīng)以土壤堿解氮還是無機氮或是有機氮含量作為土壤氮素供應(yīng)指標(biāo)的爭議不斷。在作物生長過程中，土壤有機氮會不斷通過礦化作用釋放出無機氮供作物吸收利用，因此礦化氮一直被認(rèn)為是一個相對準(zhǔn)確的指標(biāo)，但是由于礦化氮量的測定過程耗時且繁瑣，因此并沒有得到普及。而化學(xué)方法測定植物含氮量由于破壞性強，缺乏時效性，因此在推薦施肥上的應(yīng)用價值并不高。隨著科技的發(fā)展，以測定葉柄硝酸鹽含量作為判斷植株氮素營養(yǎng)狀況的時域反射儀法[33]，通過測定植株葉片葉綠素含量評價植株氮素營養(yǎng)狀況的SPAD法（葉綠素儀法），利用葉色卡進行葉片顏色對比的葉色診斷法，通過光譜掃描確定馬鈴薯氮素營養(yǎng)狀況的光譜掃描法以及遙感技術(shù)等方法的應(yīng)用，使作物氮素營養(yǎng)狀況的實時監(jiān)測成為可能。但是針對不同方法測定馬鈴薯氮素營養(yǎng)狀況的閾值還需要通過系統(tǒng)的研究予以確定。只有根據(jù)土壤和植株氮素營養(yǎng)狀況的實時監(jiān)測結(jié)果準(zhǔn)確指導(dǎo)馬鈴薯氮肥施用，才能實現(xiàn)真正意義上的精準(zhǔn)施肥。

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Nitrogen Management Strategies for Potato Production

SUN Lei＊,WANG Hong,LI Mingyue,BI Shiting,TIAN Jingxuan
(Northeast Agricultural University,Harbin,Heilongjiang 150030,China)

Nitrogen(N)is a key factorforthe quality and quantity of potato production.Many potato varieties do not realize theiryield and quality potentialin China forthe absence ofintroduction of nitrogen managementin potato.How to coordinate the development of vine and tuber,promote the formation and bulking of tuberas well as improve the nitrogen use efficiency(NUE) are the main tasks of N management of potato,which could guarantee the agriculture sustainable development in China.Some research results of N application rate and application time on potato both at home and abroad were summarized in the hope of providing some references forscientific research on Nmanagementofpotato and some guidances forpotato production in China.

potato;nitrogen management;nitrogen diagnosis

S532

B

1672－3635（2013）05-0314-05

2013-09-10

國家科技支撐項目（2012BAD06B00）；973前期課題（2012CB126307）；公益性行業(yè)科研專項（201103003)。

孫磊（1974-），女，副教授，主要從事馬鈴薯養(yǎng)分管理研究。

孫磊，E-mail:sunleilee@163.com。