宋惠洁，李大明，柳开楼，胡丹丹，胡志华，叶会财，胡惠文，余喜初

（江西省红壤研究所，江西省红壤耕地保育重点实验室，国家红壤改良工程技术研究中心，江西 南昌 331717）

马铃薯（Solanum tuberosumL.）是我国除小麦、水稻、玉米外的第四大主粮作物，种植面积大、高产、抗旱、耐寒力强，且营养丰富、食用方法多样，深受人们的喜爱[1-2]。我国南方冬季水稻田闲置较多，这为马铃薯发展提供了很大空间[3]，调查显示，21 世纪以来，南方马铃薯种植面积和产量呈迅速上升趋势。同时，种植马铃薯可以避免冬季土地空闲造成的光、热、土等自然资源的浪费，且新鲜马铃薯上市可以弥补冬季蔬菜市场空缺，获得较高的经济效益[4]。但在我国马铃薯生产中，为了获得高产，不合理施用化肥甚至滥用化肥[5-6]的现象普遍存在。据统计，我国每年至少消耗65.5 万t 化肥用于马铃薯的种植，氮肥平均用量为164.2 kg/hm2、磷肥平均用量为100.3 kg/hm2、钾肥平均用量为188.0 kg/hm2，施肥多以一次性基施为主，肥料利用率低[7-8]。马铃薯根系不发达，其对养分需求量较大且对养分的供应比较敏感[9-10]，不合理施肥会严重影响马铃薯产量潜力的发挥和肥料利用率的提高，进而降低马铃薯生产的经济效益。因此，在实际生产中，要充分考虑土壤养分状况与马铃薯对养分的需求特点，采用科学的方法进行养分管理。

较为成熟的马铃薯推荐施肥方法是测土配方施肥法[11-13]，但是该方法要采集土壤样品、测试分析后才能给出推荐施肥量，有一定的滞后性，且检测要花费大量的人力物力，很难在每一个生产主体上应用[14-15]。另外，还有主要针对作物氮素营养供给的硝酸盐测试推荐法[16-17]、叶绿素诊断推荐法[18]、冠层氮肥营养诊断法[19]等。近年来，一种新型的施肥措施--养分专家系统（Nutrient Expert，以下简称 NE）推荐施肥开始应用于农田养分管理中，它是基于作物产量反应和农学效率，借助计算机技术，形成智能化的、易操作的推荐施肥系统[20]。NE 根据给定地块的土壤性状、过去3～5 a 的产量水平和养分管理措施，就能给出合理的施肥建议，涵盖氮、磷、钾等大量元素及其他中微量元素的全面平衡。目前，该方法已在小麦[21]、玉米[22]、水稻[23]、大豆[24]等作物上开展了大量研究，均能够有效增加作物产量。NE 在马铃薯上的应用研究也有报道，但都集中在内蒙古、吉林等北方地区[25-27]，在南方地区的相关报道较少。因此，笔者研究了不同施肥措施下南方冬种马铃薯产量、经济效益、养分吸收利用的变化特征，以明确其增产增收效果，为建立南方马铃薯高产、高效、科学的施肥技术体系提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况与供试品种

试验在江西省进贤县张公镇进行。该地区属于亚热带季风湿润气候区，年均温度16～17℃；年降雨量1 300～1 600 mm，且40%以上雨量集中在第二季度；年无霜期239～266 d。土壤类型为第四纪红黏土母质发育而来的红壤土，供试土壤pH 值4.92，有机质19.46 g/kg，碱解氮110.25 mg/kg，速效磷51.45 mg/kg，速效钾65 mg/kg。

供试马铃薯品种为荷兰15 号。

1.2 试验设计

试验设当地农民习惯施肥（FP），基于养分专家系统的施肥（NE），基于NE 的不施氮（NE-N）、不施磷（NE-P）、不施钾（NE-K）和不施肥（CK）等6 个处理，不同处理的肥料用量详见表1。氮肥（尿素）以3 ∶1 ∶1 的比例分别在播种期、苗期和花期作为基肥或追肥施入，磷肥（钙镁磷肥）全部作基肥一次性施入，钾肥（氯化钾）以1 ∶1 的比例分别在播种期和苗期做基肥和追肥施入。采用随机区组设计，设重复3 次。小区面积为20 m2，种植株行距为30 cm×50 cm。

表1 各处理的施肥量 （kg/hm2）

1.3 测定项目与方法

收获时称取各小区马铃薯块茎重量，记录小区产量。同时，每小区选3 穴有代表性的植株样品，分茎叶、块茎烘干，测定茎叶和块茎干重；然后研磨过2 mm 筛，用H2SO4-H2O2消解后，分别用凯氏定氮法、钼锑抗比色法和火焰风光光度计法[28]测定氮、磷、钾含量。

1.4 数据处理和分析方法

根据块茎和茎叶的干重按公式（1）计算氮磷钾养分积累量，然后按公式（2）～（6）分别计算肥料偏生产力、肥料农学效率、肥料回收利用率、施肥收益和产投比。

采用Excel 2007 软件进行数据整理，采用SPSS 17 软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理对马铃薯产量的影响

各施肥处理的马铃薯产量显著增加，年均产量较不施肥处理（CK）增加29.28%～80.18%，产量从高到低依次表现为NE ＞FP ＞NE-P ＞NE-K ＞NE-N ＞CK。其中，与FP 处理相比，NE 年均产量增加8.25%，达到显著水平；与NE 处理相比，年均产量NE-N 处理降低28.25%，NE-P 处理降低17.06%，NE-K 处理降低22.15%；基于养分专家系统的施肥（NE），施氮年平均增产39.36%、施磷年平均增产20.58%、施钾年平均增产28.45%（图1）。

图1 各处理马铃薯的产量

2.2 不同处理对马铃薯经济效益的影响

经济效益以NE 处理最高，FP 处理次之，NE 处理较FP 处理的年均收益增加20.66%，且达到显著水平。基于养分专家系统的施肥（NE），年平均收益施氮增加7 611 元/hm2、施磷增加4 598 元/hm2、施钾增加5 968 元/hm2；年平均产投比以NE、NE-P、FP较高，分别为9.03、8.26 和7.43，且NE 除与NE-P没有显著性差异外，均显著高于其他处理。可见，在马铃薯种植过程中，氮磷钾肥平衡施用的经济效益较好、产投比较高，基于养分专家系统的施肥（NE）较当地农民习惯施肥（FP）的平均产投比显著增加（见表2）。

表2 各处理马铃薯的经济效益

2.3 不同处理对马铃薯氮、磷、钾养分积累量的影响

施肥能显著提高马铃薯的养分积累量，其中氮素积累量较不施肥处理（CK）增加27.19%～113.44%（见图2），磷素积累量较不施肥处理（CK）增加43.33%～114.91%（见图3），钾素积累量较不施肥处理（CK）增加53.79%～145.67%（见图4）。氮、磷、钾肥平衡施用时，更有利于养分的积累，NE 处理的氮、磷、钾养分积累量均表现为最高，其次是FP 处理，NE 处理与FP 处理相比，氮、磷、钾素积累量分别提高11.51%、2.25%和8.47%，其中氮、钾素积累量的差异达到显著水平。

图2 各处理马铃薯的氮素积累量

图3 各处理马铃薯的磷素积累量

图4 各处理马铃薯的钾素积累量

2.4 不同处理对马铃薯肥料利用效率的影响

磷肥偏生产力以NE 处理最高，显著高于其他处理，NE 处理较NE-N、NE-K 处理分别高39.37%和28.45%，较FP 处理高63.21%；氮肥和钾肥偏生产力以FP 处理最高，NE 次之，FP 处理较NE 处理分别高27.12%和10.47%，这与该地区FP 处理的磷肥施用量较NE 处理平均高50.77%，氮肥和钾肥施用量较NE 处理平均低27.33%和16.38%有关。NE 处理的磷肥、钾肥农学效率和回收利用率均显著高于FP处理，氮肥农学效率和回收利用率较FP 处理没有显著差异（见表3）。因此，基于养分专家系统的施肥 （NE）较当地农民习惯施肥（FR）能明显提高肥料利用效率。其中，NE 处理的磷肥偏生产力较FP 处理显著提高160.56 kg/kg；磷、钾肥农学效率较FP 处理分别提高44.78 和11.09 kg/kg，磷、钾肥回收利用率较FP 处理分别提高9.35 和4.15 个百分点，均达显著水平；而氮、钾肥偏生产力较FP 处理分别降低48.73 和24.33 kg/kg，这与NE 处理的氮、钾肥施用量增加有关。

3 讨论与结论

科学施肥不仅是实现作物高产的关键，而且还能降低生产成本、提高肥料利用率、缓解当前因农业生产导致的环境污染问题[29-31]。梁俊梅等[25]研究发现，在内蒙古马铃薯主产区，采用养分专家系统推荐施肥较农民习惯施肥增产4.22%～11.98%。这与笔者采用基于养分专家系统的施肥（NE）较当地农民习惯施肥（FP）增产8.25%的结果一致。笔者的研究结果还表明，增施氮肥的增产幅度最大（年平均增产39.36%），说明氮肥是马铃薯增产的主要限制因子；氮、磷、钾肥平衡施用增产效果较好，这与李璐等[4]和宋蝶等[23]的研究结果一致。徐亚新等[6]研究了我国马铃薯不同种植区优化施肥的农学效率、偏生产力和养分回收率特征，结果表明长江中下游地区马铃薯的氮、磷、钾肥的农学效率平均分别为40.0、53.6 和27.5 kg/kg，氮、磷、钾肥的偏生产力平均分别为224.7、370.5 和149.4 kg/kg，氮、磷、钾肥的回收利用率平均分别为29.4%、18.9%和20.2%。笔者研究中氮、磷、钾肥的回收利用率与上述结果相比偏低，可能是因为试验区雨水多，而砂质土壤的保水保肥力差，容易造成肥料挥发或淋溶；且磷肥施用量低，易于与土壤中的铁离子和铝离子结合形成沉淀固定在土壤中[32]。但与当地农民习惯施肥（FP）相比，基于养分专家系统的施肥（NE）可明显提高肥料利用率。

与当地农民习惯施肥（FP）相比，基于养分专家系统的施肥（NE）对南方冬种马铃薯具有显著增产增收效果，年均增产为8.25%，年均增收为20.66%；氮、磷、钾养分积累量分别提高11.51%、2.25%、8.47%，其中氮、钾素积累量的差异达到显著水平；氮、磷、钾偏生产力分别为179.65、414.57 和232.30 kg/kg，氮、磷、钾农学效率分别为50.74、70.75 和51.45 kg/kg，其中磷肥偏生产力提高63.21%，达显著水平；氮、磷、钾回收利用率分别为15.15%、10.19%和9.37%。因此，基于养分专家系统的施肥（NE）既保证了马铃薯产量和效益的增加，又促进了作物对养分的吸收利用、提高了肥料利用率，在南方冬作区有良好的应用效果，可以推广应用。