馬鈴薯氮素管理策略

秦永林 樊明壽

（內蒙古農業(yè)大學農學院，內蒙古呼和浩特 010019）

馬鈴薯（Solanum tuberosumL.）在我國農業(yè)生產以及糧食安全中占有重要戰(zhàn)略地位，其生產目標是高產、優(yōu)質、高效和環(huán)境友好。其中高效包括經濟效益高、資源利用效率高兩個方面。因此，合理的馬鈴薯養(yǎng)分管理策略應是滿足不同生長發(fā)育階段的營養(yǎng)需求與資源環(huán)境的和諧統一。歐美等發(fā)達國家提出并實行的最佳養(yǎng)分資源管理（BMPs）策略（王方浩 等，2008），以保護環(huán)境為主要目標，著力降低環(huán)境污染，避免不必要的資源浪費，以實現高產高效，與我國馬鈴薯生產目標一致。因此，有必要認真分析我國馬鈴薯生產中養(yǎng)分管理存在的問題，借鑒發(fā)達國家的經驗，有針對性地開展馬鈴薯養(yǎng)分管理的研究和應用。氮素是眾多養(yǎng)分中最為活躍的因子，馬鈴薯對氮素的需求量也較大，為此，本文結合近幾年氮素管理的研究進展以及馬鈴薯生產的特點，分析討論了馬鈴薯氮素管理的策略。

1 馬鈴薯氮肥利用現狀

肥料利用率是衡量肥料施用是否合理的一項重要指標。朱兆良和文啟孝（1992）總結了782個田間試驗得出，我國小麥、水稻和玉米對氮肥的利用率在28%～41%之間。張福鎖等（2008）總結了近年來在全國糧食主產區(qū)進行的 1 333個田間試驗結果表明，水稻、小麥和玉米的氮肥利用率分別為28.3%、28.2%和26.1%。筆者總結近幾年國內發(fā)表的關于馬鈴薯當季氮肥利用率的數據結果表明，多數田間試驗由于受土壤、水分、氣候等多種因素的影響，馬鈴薯的氮肥利用率在4.45%～55.59%之間，平均值為32.16%，略高于水稻、小麥和玉米，但與發(fā)達國家50%～60%的氮肥利用率相比，相差甚遠（張維理 等，1998）。同時也可以看出挖掘我國馬鈴薯氮肥利用率的潛力，提高馬鈴薯的氮肥利用率還有很多工作要做。

2 馬鈴薯氮素管理思路

2.1 了解馬鈴薯氮素需求規(guī)律

了解馬鈴薯的氮素需求規(guī)律是做好氮肥管理的基本前提。一般而言，馬鈴薯全生育過程分為6個時期（門福義和劉夢蕓，1995）：芽條生長期、幼苗期、塊莖形成期、塊莖膨大期、淀粉積累期、成熟期。馬鈴薯一生中均需氮素的不斷供應，每個生育時期因馬鈴薯的生長特征而表現出對氮素需求量和強度的不同，馬鈴薯對氮素的吸收速率在整個生育期間呈單峰曲線變化（劉克禮 等，2003）。出苗階段的營養(yǎng)供應主要來自于塊莖貯存的營養(yǎng)，該時期馬鈴薯對氮素的需求量較低；塊莖形成期和塊莖膨大期是對水肥最為敏感的時期，同時也是氮素養(yǎng)分吸收數量最大和速率最快的關鍵時期；淀粉積累期莖葉開始衰老，同化產物不斷運轉到塊莖，該時期馬鈴薯對氮素的吸收量降低；成熟期馬鈴薯對氮素的吸收量降到了更低的水平。由于品種和種植模式的多樣性、自然條件和氣候類型的復雜性，馬鈴薯生長發(fā)育速度和養(yǎng)分需求量不可能一成不變，整個生育期以及某一具體生育階段的氮素需求量很難用一個數字準確描述。因此，盡管馬鈴薯養(yǎng)分吸收規(guī)律基本被認識，但在特定生態(tài)條件以及特定栽培模式下，其具體的氮素營養(yǎng)規(guī)律仍然需要細致研究。如，近年來膜下滴灌馬鈴薯栽培技術在我國北方一作區(qū)開始推廣，然而氮肥管理卻與之不相配套，原因之一就是對膜下滴灌馬鈴薯的氮素營養(yǎng)規(guī)律缺乏新的認識。

2.2 明確馬鈴薯農田氮素走向

同其他作物生產體系相同，馬鈴薯田速效氮的輸入有幾種形式：施肥和灌溉水的帶入、農田土壤礦化、大氣的干濕沉降、固氮細菌的直接固氮，其中氮肥的施入是氮素的主要輸入部分。施入土壤中的氮肥主要有3種去向：被當季作物吸收利用、在土壤中以固定或無機形態(tài)殘留、通過各種途徑損失到大氣或水體中（朱兆良，2000）。提高作物的氮吸收比例，意味著減少了氮肥在土壤中的殘留量和通過各種途徑的損失量。明確馬鈴薯農田氮素的走向是做好氮肥用量推薦的關鍵，然而，目前還缺乏不同地區(qū)以及不同種植模式下氮素各種損失的比例等一些基礎數據，同時對我國馬鈴薯的氮肥當季利用率也缺乏詳細的了解，這使得氮肥管理存在一定的盲目性。

對環(huán)境養(yǎng)分中氮素的監(jiān)測可以評價氮素對環(huán)境的影響程度以及量化氮素在環(huán)境中循環(huán)的流向。從技術層面看，對氮素檢測的手段和方法較為豐富，包括大氣氮素干濕沉降、反硝化、土壤硝態(tài)氮的淋洗、氨揮發(fā)測定等。其中，大氣氮素干濕沉降測定技術有普通雨量器收集法、推算法、濕沉降自動收集儀法、生物檢測法、土壤無肥區(qū)估計法等；反硝化測定技術有N15法、乙炔抑制法等；氮素的淋洗測定技術有質量平衡法、滲漏計測定法、土壤溶液提取器結合張力計法等；氨揮發(fā)測定技術有箱法、微氣象法、標準參比法等（張福鎖 等，2010）。但是目前還未見關于馬鈴薯田氮素監(jiān)測的報道。

2.3 選擇適宜栽培措施

不同的土壤類型其保水與保肥能力差異較大，不同的降水、溫度等氣候特點對土壤硝酸鹽淋洗、氨揮發(fā)、硝化、反硝化等氮素轉化和運移過程影響明顯不同，因此，要提高馬鈴薯的氮肥利用效率，必須因地制宜地選擇適合當地氣候特點以及土壤類型的栽培模式。長期以來，各地均形成了特有的種植模式，如降雨量較大的地區(qū)，種植馬鈴薯多采用高壟栽培，不僅可以保證排水通暢、根際通氣良好，進而保證塊莖的生長發(fā)育，而且顯著減少反硝化引起的氮素損失。另外，由于各地自然條件、生活習慣的差異，種植制度不盡相同。間套作、輪作技術不但可以提高耕地的復種指數，通過增加農田生物多樣性，作物的合理搭配，充分利用光照、熱量、水分、空氣、土地資源，減少病蟲害，大幅度增加作物產量，而且可以提高肥料利用率，減輕環(huán)境壓力。曹國璠等（2003）報道，馬鈴薯套玉米間作胡蘿卜、套玉米間作秋大白菜等都有較高的產投比。然而，針對不同生態(tài)條件所進行的種植模式與種植制度的研究還不夠。例如，馬鈴薯是典型的淺根系作物，如何通過水肥調控挖掘淺根系的縱向生長，擴大根系吸收水分、養(yǎng)分的面積，以及與深根系作物合理間套作以提高整個種植體系的氮肥利用率都值得研究。

3 合理的馬鈴薯氮素管理策略

3.1 把握氮肥總量控制與分期調控

張福鎖等（2010）針對當前我國大部分地區(qū)作物生產氮肥施用過量的情況，提出的氮肥總量控制與分期調控技術，可將區(qū)域主要作物的氮肥用量控制在合理的范圍，保證作物產量，保護環(huán)境，提高氮肥利用效率。氮肥的總量控制是使氮肥施用總量控制到與馬鈴薯吸收帶走的氮素相當，土壤和環(huán)境氮素供應達到動態(tài)平衡。在一定土壤條件、氣候條件和空間范圍內，由于土壤有機氮礦化，農田土壤潛在氮素供應水平在較長時間段內相對穩(wěn)定。對于前茬土壤氮素殘留較少的區(qū)域，可以利用現有的田間試驗并通過肥料效應函數求得最佳產量的施氮量，也可以將多年多點的最佳產量施氮量平均，獲得一定區(qū)域的馬鈴薯平均施氮量。

氮肥的分期調控是把握不同生育期的氮肥用量，根據氣候條件、當地農事操作習慣、馬鈴薯長勢和土壤、植株測試結果對氮肥基施、追施用量進行調整，達到土壤養(yǎng)分供應與馬鈴薯吸收利用在數量上匹配、時間上一致、空間上耦合。馬鈴薯氮肥分期調控的具體實現需要對不同生育時期的氮素狀況診斷監(jiān)測，通過研究建立臨界值或臨界函數，從而對氮肥施用量進行微調。

3.2 實施關鍵生育期氮素精確診斷監(jiān)測

3.2.1 根層土壤氮素監(jiān)測 土壤氮素供應在整個作物養(yǎng)分吸收中起重要的作用，在作物旺盛生長期前和旺盛生長期內，取一定土層深度的土壤樣品測定無機氮（Nmin），從而給出合理的氮肥推薦施用量。目前，歐美等國家廣泛采用土壤剖面無機氮作為推薦施肥的診斷指標（Greenwood，1986）。但該技術僅考慮土壤的養(yǎng)分供應狀況，而沒有考慮作物自身的營養(yǎng)狀況，在應用中受不同田塊產量水平差異和有機質在作物生長期間礦化差異的影響；另一方面，該分析技術繁瑣，時效性較差。由于我國農民種植馬鈴薯多有施用有機肥的習慣，因此采用測定土壤Nmin來指導施肥具有較大的誤差。一般而言，該方法的適用條件是田間土壤變異不大，有較少的土壤氮素淋溶損失，適用于深根系作物。但是對于淺根系作物馬鈴薯而言，維持根層土壤氮素供應在一個合適的水平至關重要，過高的氮素供應會明顯增加環(huán)境風險損失，而過低則會導致減產，因此在馬鈴薯的氮素實時管理中土壤無機氮含量同樣也是一個非常重要的參考指標。

3.2.2 植株氮素監(jiān)測 作物體內的養(yǎng)分狀況可以直接反映作物的營養(yǎng)狀況，因此常作為推薦施肥的指標。植物組織分析診斷法通常包括植株全氮含量、組織汁液含量、葉片葉綠素含量測試、植株硝酸鹽快速診斷（包括二苯胺法和反射儀法）。這些方法需要樣品采集、處理、分析測試、數據處理等一系列過程，耗費大量人力、物力，相對時效性差。隨著測定與相關技術的發(fā)展，在作物氮素診斷上發(fā)展了一些無損氮素診斷技術方法，如基于氮素狀況與葉色的相關性提出了肥料窗口法、葉色卡診斷法、葉綠素儀（SPAD）法、遙感技術等。其中遙感技術包括可見光遙感的數碼相機應用，多光譜遙感的SpectroSense2、GreenSeeker等儀器的發(fā)明與應用。各種診斷技術以及相關氮素監(jiān)測儀器的發(fā)展都將作物氮素的實時實地氮肥管理一步步推向精確化。基于不同診斷方法和儀器的優(yōu)缺點，結合我國馬鈴薯生產的特點，無損傷的 SPAD葉綠素測定和葉柄硝酸鹽反射儀測定在馬鈴薯氮素營養(yǎng)診斷中具有較大的推廣可能性或潛力（陳楊 等，2009）。馬鈴薯氮素診斷的最終目的就是要確定葉片 SPAD值或葉柄硝酸鹽濃度的臨界值，再通過施肥模型確定實時的追施氮肥數量。該技術在玉米和小麥等作物上的研究較為細致和成熟（李志宏等，1997；陳新平 等，1999）。但在馬鈴薯上的研究和應用較少，特別是缺乏系統的建立適合我國不同馬鈴薯優(yōu)勢產區(qū)的氮素營養(yǎng)診斷指標體系。

3.2.3 區(qū)域農田精準養(yǎng)分監(jiān)測 20世紀 90年代，現代空間信息技術與農藝技術相結合而產生了精準農業(yè)。根據每一操作單元的具體情況，精細準確地確定田間物資投入量并進行田間管理，將傳統的高耗、低效型的生產結構方式轉變?yōu)榈秃?、高效的生產結構方式，節(jié)約了大量的物質資源，同時保護了生態(tài)環(huán)境（扈立家和李天來，2005）。精準農業(yè)技術按實施過程可劃分為4個部分：農田信息獲取、農田信息管理、決策分析、決策的田間實施（Zhao & Xue，2005）。農田信息一般通過傳統采樣法、GPS（全球定位系統）采樣和通過遙感方式獲取。GPS采樣的精度目前可達亞米級和厘米級，亞米級可用于采樣，厘米級適于播種、施肥，但厘米級精度GPS價格較為昂貴。通過遙感的方式獲取農田信息較前兩種方式更為快速，且獲取的數據是連續(xù)性數據，而不是點數據，具有更大的優(yōu)勢，逐漸成為精準農業(yè)獲取信息的主要手段。GIS（地理信息系統）主要是對獲取的土壤和作物等信息進行加工、分析和整理，建立農田管理信息系統，在此基礎上采取分區(qū)平衡施肥（黃紹文 等，2002，2003；李玉影 等，2005）。

由于馬鈴薯在部分地區(qū)采取集約化種植，為馬鈴薯生產的養(yǎng)分管理智能化提供了廣泛的空間。應用信息技術和網絡技術，集成馬鈴薯高產、高效、優(yōu)質和環(huán)保的養(yǎng)分資源管理技術體系（包括區(qū)域馬鈴薯精準氮素監(jiān)測信息獲?。?，應成為重要的研究方向。

3.3 采用合理的施肥方式

由于銨態(tài)氮易揮發(fā)，所以氮肥深施成為提高作物氮肥利用率技術中效果較好且較穩(wěn)定的一種措施，尤其對旱作農業(yè)更為重要。有試驗結果表明，深施碳銨或尿素增產效果比表施高2.7%～11.6%，提高氮肥利用率 7.2%～12.8%（高鳳菊和呂金嶺，2006；黃慶裕和蒲才潮，2006）。氮肥的深施技術在小麥、玉米、水稻上研究的已經有很多，但在馬鈴薯上幾乎沒有報道，開展馬鈴薯的氮肥深施技術研究對于我國西北旱作馬鈴薯生產具有重要意義。

眾所周知，過量灌溉不僅造成水資源的浪費，而且極易引起硝態(tài)氮的淋洗，污染地下水，同時也使氮肥利用率顯著降低，因此各種節(jié)水技術正在廣泛應用。如在內蒙古等北方地區(qū)，滴灌馬鈴薯栽培技術已開始推廣，節(jié)水效果突顯，但節(jié)肥潛力還沒有充分挖掘，馬鈴薯滴灌模式下的水肥一體化技術值得深入研究。

3.4 研發(fā)適合馬鈴薯的新型氮素緩/控釋肥料

緩/控釋肥料是采用各種機制對常規(guī)肥料水溶性進行控制，通過對肥料本身進行改性，有效地延緩或控制肥料養(yǎng)分的釋放，使肥料養(yǎng)分釋放時間和強度與作物養(yǎng)分吸收規(guī)律相吻合（何緒生 等，1998）。它在一定程度上實現了養(yǎng)分供應和植物吸收的平衡和協調，降低了施肥量，減少了化肥損失，減輕了施肥對環(huán)境的污染，同時可以降低多次施用速效肥帶來的勞力成本。因此，針對馬鈴薯氮素吸收規(guī)律，研制養(yǎng)分釋放時間、強度與需求相吻合的馬鈴薯緩/控釋氮肥并應用已勢在必行，這將會給馬鈴薯養(yǎng)分管理帶來極大的便利，氮肥利用效率也必將大幅提高。

4 小結

馬鈴薯的氮素管理應從養(yǎng)分管理和施肥技術入手，真正要做到科學合理利用氮素肥料，實現馬鈴薯生產的高產、優(yōu)質、高效和環(huán)境友好，還需要進一步的努力。隨著馬鈴薯產業(yè)的發(fā)展、氮素營養(yǎng)生理的深入理解與測試技術的進步，未來馬鈴薯氮素的綜合管理呈現新的趨勢。① 適合馬鈴薯生產的新型氮素肥料的研制。研制高性能、低成本包膜材料和高效緩/控釋馬鈴薯專用肥料，突破有機和有機、無機復合肥生產關鍵技術問題；加緊新型液體肥料生產關鍵技術的研究；制定新型氮素肥料的質量標準和環(huán)境評價標準。② 全國馬鈴薯養(yǎng)分資源高效利用信息化管理系統和監(jiān)測平臺的搭建和完善。將集成和提升的馬鈴薯高產、高效、優(yōu)質和環(huán)保的養(yǎng)分資源管理技術體系應用信息技術和網絡技術廣泛推廣并應用；構建不同區(qū)域馬鈴薯科學施肥決策管理系統和環(huán)境評估預警監(jiān)測平臺，實現全國和區(qū)域范圍內肥料資源在馬鈴薯生產中合理的配置與高效利用。③ 馬鈴薯氮肥管理的智能化。我國馬鈴薯優(yōu)勢產區(qū)播種面積的集中化，促進了馬鈴薯生產進一步規(guī)?；?、機械化和集約化，這就為馬鈴薯生產的氮素實時監(jiān)控結合現代計算機的智能管理應用提供了廣泛空間。

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