氮肥和钾肥减施对沙地马铃薯生长及产量的影响.pdf

收稿日期:2023-08-01作者简介:王 雯(1982),女,甘肃酒泉人,教授,博士,主要从事作物绿色高产栽培理论与技术研究。基金项目:国家自然科学基金项目(41763011);陕西省自然科学基础研究计划项目(2024JC-YBMS-205)氮肥和钾肥减施对沙地马铃薯生长及产量的影响王 雯1,刘春虎1,田 力1,方玉川2(1.榆林学院 生命科学学院,陕西 榆林 719000;2.榆林市农业科学研究院,陕西 榆林 719000)摘 要:利用田间试验探讨氮肥和钾肥减施对马铃薯生长和产量的影响,为榆林北部风沙区马铃薯绿色高效栽培的科学施肥提供理论基础。本试验设置 N95K100(N95%、K100%)、N90K100(N90%、K100%)、N100K95(N100%、K95%)、N100K90(N100%、K90%)、N100K100(N100%、K100%)五个处理。结果表明:在马铃薯整个生育期,N100K100处理的株高、叶片 SPAD 值、叶片净光合速率(Pn)、胞间 CO2浓度(Ci)和气孔导度(Gs)均为最高。在苗期-块茎形成期,两种减氮处理(N95K100和 N90K100)的株高、叶片 SPAD 值、叶片 Pn 值和 Ci 值低于两种减钾处理(N100K90和 N100K90);在块茎膨大期-成熟期,两种减氮处理的茎粗、叶片 SPAD 值、叶片 Pn 值、Ci 值和 Gs 值均高于两种减钾处理,且 N90K100处理的上述指标显著高于两种减钾处理(P 0.05)。N90K100处理的马铃薯产量略低于 N100K100处理,但显著高于其他处理 8.01%18.53%(P 0.05),且 N90K100处理的马铃薯的商品薯率显著高于其他处理 5.99%17.58%(P 0.05)。因此,N90K100处理可减少氮肥投入,有助于马铃薯产量稳定和商品薯率提高。关键词:氮肥;钾肥;光合特性;产量;马铃薯中图分类号:S532 文献标志码:A 文章编号:1008-3871(2024)02-0046-05DOI:10.16752/ki.jylu.2024.02.010 榆林北部风沙区土质疏松、土地平坦,气候冷凉,光照充足,是我国马铃薯的优生区,马铃薯种植面积约 10.6 万公顷,鲜薯产量约 194 万吨,占到全市马铃薯总面积和总产量的 2/31。大量研究表明,氮肥和钾肥对促进马铃薯植株生长发育,提高植株光合效率,增加马铃薯产量和改善品质等方面有重要作用2-4。在马铃薯生产中,为追求高产,种植户往往大量施用氮肥和钾肥,长期过量施用化肥不仅造成马铃薯贪青晚熟、病害增加、产量降低、品质下降、生产成本增加5-6,还会导致土壤养分结构失调、土壤板结、肥力下降7,并且过量施用氮肥还会使氮肥随降水或灌溉水淋溶到地下水及河流中,威胁居民健康8,严重制约区域马铃薯产业的可持续发展。2022 年农业农村部印发到 2025 年化肥减量化行动方案,提出进一步减少化肥施用总量,建立科学施肥技术体系。因此,研究氮肥和钾肥等化肥减施对马铃薯生长及产量的影响对于加快区域马铃薯产业绿色转型具有重要意义。研究显示,土壤速效氮和速效钾含量分别为 50140 mg/kg 和 30190 mg/kg 时,纯 N 和 K2O 的合理施用范围为 190 300 kg/hm2和 130 400 kg/hm2 9。董文等研究发现,马铃薯产量、单株薯数量、单株薯重量均与施氮量呈显著正相关,与施钾量的相关性不显著3。刘可心等研究表明,施钾量对马铃薯产量和商品薯率有显著影响10。不同地区、不同土壤质地的适宜氮肥7,11和钾肥施入量存在较大差异12-13,并且,氮肥和钾肥减施对榆林北部风沙区马铃薯生长及产量影响的研究少见报道。鉴于此,本研究以榆林北部风沙区典型马铃薯农田为研究对象,系统分析氮肥和钾肥减施下马铃薯农艺性状和光合指标的变化,研究不同处理对马铃薯产量和商品薯率的影响,研究结果可为构建马铃薯绿色高产高效栽培技术体系提供数据支持,对于促进区域马铃薯绿色高质量发展具有重要意义。1 材料与方法1.1 试验地概况试验地位于陕西省榆林市榆林学院现代农牧科2024 年 3 月第 34 卷 第 2 期榆 林 学 院 学 报JOURNAL OF YULIN UNIVERSITYMar.2024Vol.34 No.2教基地。距榆林城区约 10 公里,属半干旱大陆性气候,年平均气温 8,年平均降水量为 400 mm 左右,主要集中在79 月,年日照时数2 6002 900 h,无霜期约 150 d。试验地点地势平坦,排灌方便,土壤为风沙土,pH 值为 8.1,速效氮含量为 29.6 mg/kg,速效磷含量为 34.7 mg/kg,速效钾含量为 145.3 mg/kg。1.2 供试材料本试验以马铃薯品种“V7”为试验材料,于2022 年 5 月 20 日播种,9 月 26 日前后收获,全生育期约为 129 d。基肥采用的氮肥为尿素(N,46%)、钾肥为硫酸钾(K,50%)、磷肥为重过磷酸钙(P2O5,40%),追肥采用的氮肥和钾肥分别为可溶性尿素(N,46%)和硫酸钾(K,50%)。1.3 试验设计在田间试验中采用随机区组设计,设置 5 种氮肥和钾肥减施处理:N95K100(N95%、K100%)、N90K100(N90%、K100%)、N100K95(N100%、K95%)、N100K90(N100%、K90%)、N100K100(N100%、K100%)。小区面积 5.4 m10 m,重复 3 次。每小区种植 10 垄,单垄栽培,垄高 30 cm,行距 90 cm,株距 2021 cm,播种深度 1012 cm。先起垄,然后播种,在垄上作物旁铺设滴灌带。60%的氮肥、钾肥以及全部磷肥在马铃薯播种前施入土壤,剩余 40%的氮肥和钾肥在马铃薯关键生育期期作为追肥随水滴施。各处理的化肥施用量见表 1。表 1 不同处理的每亩化肥施用量处理N/kgP2O5/kgK2O/kgN95K10019.08.026.0N90K10018.08.026.0 N100K9520.08.024.7N100K9020.08.023.4N100K10020.08.026.0注:N、P2O5、K2O 的施入量按照每生产 1 000 kg 马铃薯需要N、P2O5、K2O 为 5 kg、2 kg、6.5 kg 计算,本研究中的目标产量为 4 000 kg/亩。1.4 观测项目及方法在马铃薯各生育期每小区选定 6 株代表性植株测定株高、用游标卡尺测定茎粗。采用 LI-6400 光合测定仪,于晴天上午 9:0010:00,选取代表性植株完全展开叶的顶叶测定马铃薯叶片的蒸腾速率、光合速率、胞间 CO2浓度、气孔导度。在测定叶片光合指标的同时采用 SPAD 叶绿素仪测定代表性植株的顶叶叶绿素含量。马铃薯收获时,在每小区选取中间两行测产,将两行马铃薯块茎分拣称重并记录,然后将小区产量折算为每公顷产量。在各处理中选择长势均匀的10 株马铃薯整株挖取分装在三个袋中,带回实验室后分别测量块茎数量及重量,选取标准为商品薯150 g,小薯50 g,商品薯率的计算公式如下:商品薯率=商品薯质量/马铃薯总质量100%1.5 数据处理与分析运用 SPSS20.0 软件进行数据处理与分析。不同处理间观测数据的显著性差异采用单因素方差分析,平均数间的多重比较采用 Duncan 法(P N100K95N100K90N95K100N90K100,两种减氮处理(N95K100和 N90K100)的株高显著低于 N100K100处理 17.74%19.67%(P 0.05);在块茎形成期,各处理的株高差异性不显著;在块茎膨大 期,N100K100处理的株高显著高于 N90K100处理 8.68%(P 0.05);在淀粉积累期,N100K95处理与 N100K100处理的株高显著高于其他处理 10.64%30.08%(P 0.05);在成熟期,N90K100处理的株高低于N100K100处理 3.41%,显著高于减钾处理 N100K90 23.94%(P 0.05)。图 1 不同处理对马铃薯各生育时期株高和茎粗的影响注:图中数据为平均值标准差,不同小写字母表示在 0.05 水平上差异显著(P 0.05),下同。由图 1 可见,在苗期,三种全氮处理(N100K100、N100K95和 N100K90)的马铃薯茎粗高于两种减氮处理(N95K100与 N90K100),N100K95与 N100K100处理的茎粗显著高于 N90K100处理9.82%13.35%(P 0.05);在块茎形成期,各处理茎粗表现差异均不显著;在块茎膨大期-成熟期,N100K95和 N100K90处理的茎粗均74王 雯,刘春虎,田 力,方玉川:氮肥和钾肥减施对沙地马铃薯生长及产量的影响显著低于其他处理 11.70%22.62%(P 0.05)。在块茎膨大期,N90K100处理的茎粗略低于 N100K100处理 2.20%,差异不显著;在淀粉积累期-成熟期,N90K100处理马铃薯茎粗最高,且显著高于 N100K95和 N100K90处理 9.14%16.73%(P 0.05)。叶片 SPAD 值反应作物叶片内叶绿素的含量的相对指标。在整个生育期,N100K100处理 SPAD 值均为最高。在苗期和淀粉积累期,N100K100处理的叶片SPAD 值显著高于其他处理 7.19%16.25%(P N90K100 N95K100 N100K95N100K90,两种减钾处理(N100K90和 N100K90)的 SPAD值低于其他处理,且显著低于 N100K100和 N90K100处理 6.68%13.97%(P 0.05)。N90K100处理在块茎膨大期、淀粉积累期和成熟期略低于 N100K100处理,且差异不显著。图 2 不同处理对对马铃薯各生育时期叶片 SPAD 值的影响2.2 氮肥和钾肥减施对马铃薯叶片光合特性的影响叶片光合作用是作物产量的重要影响因素,滴灌条件下不同化肥减施对马铃薯光合作用的影响见图 3。在整个生育期 N100K100处理的叶片净光合速率(Pn)、胞间 CO2浓度(Ci)和气孔导度(Gs)均为最高。在苗期-块茎形成期,两种减钾处理(N100K95和 N100K90)的叶片 Pn、Ci 和 Gs 值低于 N100K100处理但分别较 N90K100处理高 1.51%12.70%、1.24%5.78%和 3.15%25.11%。在块茎膨大-成熟期,N100K100处理的叶片 Pn 值显著高于两种减钾处理(N100K95和 N100K90)7.38%18.12%(P 0.05),N90K100处理的叶片 Pn 值略低于 N100K100处理,但显著高于两种减钾处理 6.70%15.23%(P 0.05);N100K100处理的叶片 Ci 值显著高于其他处理 5.79%19.89%(P 0.05),N90K100处理的叶片 Ci 值显著低于 N100K100处理 3.90%9.53%,但高于两种减钾处理;N100K100处理的叶片 Gs 值显著高于其他处理 28.21%77.42%(P 0.05),N90K100处理的叶片 Gs 值略低于 N100K100处理,但显著高于两种减钾处理 25.53%73.72%(P 0.05)。叶片蒸腾速率(Tr)的变化趋势和其他光合指标不同。在苗期,N100K100处理的叶片蒸腾速率(Tr)最高,在块茎形成期-成熟期,两种减钾处理的叶片 Tr 值高于其他处理。N90K100处理的叶片 Tr 值在整个生育期均为最低,且在苗期-淀粉积累期显著低于两种减钾处理 13.85%41.47%(P N90K100N95K100 N100K95N100K90,N90K100处理与 N100K100处理间的马铃薯产量无显著差异,但显著高于其他处理 8.00%23.17%(P 0.05)。N100K100处理的马铃薯的单株结薯个数显著高于其他处理 10.60%32.70%(P 0.05),N95K100和N100K90处理马铃薯的单株结薯个数差异不显著,N90K100与 N100K95处理的马铃薯的单株结薯个数差异不显著。马铃薯各处理的单株块茎重的变化趋势与产量相同。N90K100处理与 N100K100处理的大薯重量显著高于其他处理 10.80%45.54%(P 0.05)。N90K100处理的马铃薯的商品薯率最高,且显著高于其他处理 5.99%17.58%(P 0.05)。表 2 不同处理对对马铃薯产量指标的影响处 理产量/kg/亩单株薯数量/个单株薯重量/g大薯重量/g商品薯率/%N95K1004 238.02239.10b9.140.38b1 384.4355.80b938.5141.81b67.791.44b84榆林学院学报 2024 年第 2 期(总第 172 期)续表N90K1004 577.35138.35a8.290.32c1 426.2993.14b1 039.9131.03a72.910.93aN100K953 984.76217.59bc7.860.15c1 341.8649.55b897.8427.20c66.911.02bN100K903 861.70171.48c9.430.63b1 297.4349.68b804.5439.99d62.011.67cN100K1004 756.6186.45a10.430.60a1 702.14114.00a1 170.9049.41a68.791.51b注:表中数据为平均值标准差,同一列的不同小写字母表示在 0.05 水平上差异显著(P 0.05)。3 讨论与结论陕北沙区是我国马铃薯优生区,马铃薯产量高、品质好,近年来在马铃薯种植过程中氮肥和钾肥的大量施用,造成土壤质量下降,威胁食品安全。因此,本试验着重研究氮肥和钾肥减施对马铃薯生长发育及产量的影响。结果显示,在马铃薯整个生育期,N100K100处理的株高、叶片 SPAD 值、净光合速率、胞间 CO2浓度以及气孔导度均为最高,马铃薯产量最高。合理施肥是保证马铃薯高产、稳产的一种有效措施9,氮肥和钾肥的充足供应有助于马铃薯生长发育并达到本试验的目标产量(4 000kg/亩)。本研究发现,在苗期-块茎形成期,两种减氮处理(N95K100与 N90K100)的株高、茎粗、叶片 SPAD值、叶片净光合速率和胞间 CO2浓度均低于两种减钾处理(N100K95与 N100K90),但在块茎膨大期-成熟期,两种减氮处理的茎粗、叶片 SPAD 值、叶片净光合速率和胞间 CO2浓度高于两种减钾处理。在马铃薯生育前期全量氮肥处理有利于马铃薯植株伸长和茎叶生长,到马铃薯生长发育中后期,植株对钾素的需求量增大,两种减钾处理马铃薯叶片蒸腾速率最高,而叶片净光合速率最低,表明生育中后期减钾处理不利于光合产物的合成与累积。因此,两种减钾处理的马铃薯产量均低于全量钾肥处理,且显著低于 N100K100和 N90K100处理(P 0.05)。陈杨等16和贾立国等17在内蒙古滴灌条件下氮肥和钾肥减施对马铃薯生长及产量影响的研究中也得出相似的结论。本研究中,不同的氮肥减施量对马铃薯生长及产量的影响存在差异。在马铃薯生育中后期,减氮10%处理的马铃薯茎粗、叶片 SPAD 值、净光合速率、胞间 CO2浓度和气孔导度均高于减氮 5%处理。表明在马铃薯生长发育中后期,氮素已不是马铃薯生长发育的限制因素,在钾肥充足供应的前提下,减氮 10%处理可促进马铃薯茎秆坚实,提高植株光合能力,因而,减氮 10%处理的马铃薯产量较减氮 5%处理显著高8.01%(P 0.05)。杜二小等7和吴愉萍等18的研究也发现减量施氮 10%20%时马铃薯农艺性状、生理指标和表现最优。并且,减氮10%处理的马铃薯产量略低 N100K100处理,但显著高于其他处理(P 0.05)。在马铃薯生育中后期,减量施氮足量施钾有助于马铃薯块茎生长和淀粉累积3,11,促进提高马铃薯产量和商品薯率提高18。本研究表明,与氮肥钾肥全量施入相比,减量施氮10%配合全量施钾既可减少氮肥用量,降低生产成本,也可促进马铃薯生长,稳定马铃薯产量,提高商品薯率。参考文献:1王美霞,方玉川,汪奎,等.榆林北部马铃薯产业优势条件、问题及对策J.农业科技通讯,2020(9):51-52+71.2李飞,魏全全,尹旺,等.氮钾运筹对高寒地区马铃薯产量、养分吸收及利用的影响J.中国土壤与肥料,2020(1):58-66.3董文,范祺祺,叶亦心,等.施氮和施钾水平对冬播马铃薯生长及产量的影响J.湖南农业大学学报(自然科学版),2021(4):3-5.4狄彩霞,李秀萍,栗艳芳,等.不同氮钾配比对马铃薯根系生长及产量的影响J.北方农业学报,2021(4):5-9.5许国春,纪荣昌,邱永祥,等.我国马铃薯产量对施氮的响应及其影响因素分析J.植物营养与肥料学报,2020(26):27-37.6王小英,陈占飞,方玉川,等.不同氮磷钾配比对马铃薯农艺性状、产量和品质的影响J.中国农学通报,2020(36):44-49.7杜二小,李焕春,任永峰,等.氮肥减施对马铃薯产量及水分利用效率的影响J.北方农业学报,2021,49(4):45-51.8刘兆辉,薄录吉,李彦,等.氮肥减量施用技术及其对作物产量和生态环境的影响综述J.中国土壤与肥94王 雯,刘春虎,田 力,方玉川:氮肥和钾肥减施对沙地马铃薯生长及产量的影响料,2016(4):1-8.9姜巍,刘文志.马铃薯测土配方施肥技术研究现状J.现代化农业,2013(3):11-13.10刘可心,王克秀,唐铭霞,等.施钾量对马铃薯生长发育及氮磷钾积累分配的影响J.中国农学通报,2023,39(2):51-56.11李成晨,索海翠,罗焕明,等.化肥减施和施肥方式对马铃薯产量和块茎氮素积累的影响J.中国农业科技导报,2021,23(9):173-183.12华玉晨,范书华,董清山,等.水肥一体化条件下马铃薯钾肥的合理施用J.中国马铃薯,2021,35(6):554-561.13韩羽,杨亚亚,吴娜,等.施钾量对宁夏旱区马铃薯干物质积累及养分利用特性的影响J.江苏农业科学,2023,51(9):119-124.14贾立国,秦永林,于静,等.马铃薯养分高效利用理论与技术 内蒙古农业大学马铃薯高产高效创新团队研究进展J.内蒙古农业大学学报(自然科学版),2022,43(5):31-36.15 颉炜清,郭华春,方彦杰,等.天水旱作区马铃薯氮磷钾效应模型构建及其施肥指标研究J.核农学报,2023,37(8):1668-1680.16陈杨,秦永林,于静,等.内蒙古灌溉马铃薯氮肥减施依据及措施J.作物杂志,2019(6):90-93.17贾立国,康文钦,苏亚拉其其格,等.滴灌条件下高产马铃薯植株:土壤系统钾素平衡的研究J.中国马铃薯,2018,32(1):35-40.18吴愉萍,孙辉,孙鑫,等.基于绿色食品生产的氮肥减量施用技术对马铃薯产量和品质的影响J.宁波大学学报,2018,31(6):32-37.(责任编辑:邵治亮)Effects of Nitrogen and Potassium Fertilizer Reduction on Potato Growth and Yield in Sandy Area WANG Wen1,LIU Chun-hu1,TIAN Li,FANG Yu-chuan2(1.School of Life Sciences,Yulin University,Yulin 719000,China;2.Yulin Academy of Agricultural Sciences,Yulin 719000,China)Abstract:Using field experiments,the study explores the effects of reduced application of nitrogen and potassium fertilizers on potato growth and yield,in order to provide a theoretical basis for scientific fertilization in green and ef-ficient cultivation of potato in northern sandy areas of Yulin.It investigates the effects of reduced application of N and K fertilizers on potato growth and yield.Five treatments including N95K100(N95%,K100%),N90K100(N90%,K100%),N100K95(N100%,K95%),N100K90(N100%,K90%),and N100K100(N100%,K100%)were conduc-ted.The results showed that the plant height,leaf SPAD value,leaf net photosynthetic rate(Pn),intercellular CO2 concentration(Ci)and stomatal conductance(Gs)of N100K100 were the highest during the whole growth period of potato.During the seedling stage to tuber formation phase,the plant height,leaf SPAD value,Pn and Ci value of the two nitrogen-reducing treatments(N95K100 and N90K100)were lower than those of the two potassium-reducing treatments(N100K90 and N100K90).During the tuber expansion to maturity period,the stem diameter,leaf SPAD value,Pn,Ci and Gs value of the two treatments were higher than those of the two treatments,and the above inde-xes of N90K100 treatment were significantly higher than those of the two treatments(P 0.05).The potato yield of N90K100 was slightly lower than that of N100K100,but was 8.01%18.53%significantly higher than that of other treatments(P 0.05).The commercial potato rate of N90k100 was 5.99%17.58%significantly higher than that of other treatments(P 0.05).Therefore,N90K100 treatment can reduce the input of nitrogen fertilizer,and help to stabilize the yield of potato and improve the commercial potato rate.Key words:nitrogen fertilizer;potassium fertilizer;photosynthetic characteristics;yield;potato05榆林学院学报 2024 年第 2 期(总第 172 期)