孙磊，王弘，李明月，毕诗婷，田静儇

（东北农业大学，黑龙江哈尔滨150030）

综述

马铃薯生产的氮肥管理策略

孙磊*，王弘，李明月，毕诗婷，田静儇

（东北农业大学，黑龙江哈尔滨150030）

氮是影响马铃薯产量和品质的重要因素，多年来中国马铃薯生产过程中氮肥管理始终缺乏科学的指导，导致许多优质马铃薯品种的产量优势和品质优势难以得到充分的发挥。通过合理施用氮肥，协调马铃薯茎叶生长与块茎生长，促进块茎的形成和膨大，减少氮肥损失，提高氮肥利用率，是马铃薯氮肥管策略的重要内容，同时也是农业可持续发展的重要保障。针对氮肥施用量和施用时期对马铃薯生长与块茎产量的影响及马铃薯氮素营养诊断措施，综述国内外马铃薯氮肥管理的研究结果，以期为中国马铃薯养分管理提供研究思路，同时也为马铃薯生产的氮肥施用策略提供参考。

马铃薯；氮肥管理；氮素诊断

马铃薯是世界上最重要的非谷类粮食作物，也是有重要价值的工业原料作物和饲料作物。发展马铃薯产业对充分发挥区域比较优势，缓解中国粮食压力，实现食物多样化，克服单一，保障粮食安全具有重要作用。中国马铃薯种植面积和总产量均居世界第一位，但是单产却排在第82位[1]，严重限制了中国马铃薯产业的发展。

全球2/3粮食增产要靠提高单产来实现，中国三大主要粮食作物的平均单产均高于世界平均水平，进一步增产的空间较小。世界发达的马铃薯主产国马铃薯平均单产为45 t/hm2，最高可达65 t/hm2，而中国仅为14 t/hm2，因此具有很大的增产空间[2]。

1 氮对马铃薯生长的作用

马铃薯块茎90%以上的干物质来自光合产物，块茎产量形成与光合作用有着非常密切的关系。氮可促进茎叶生长，保证植株有一定量的光合器官，合理的氮素营养供给，可协调马铃薯茎叶生长和块茎生长，维持光合器官和储存器官的适宜比例，增加结薯数和大中薯比例。氮肥不足则导致马铃薯植株生长矮小，长势弱，产量低。但过量施用氮肥，会导致植株前期徒长，后期贪青，生长中心不能适时转移，消耗大量的碳水化合物，影响块茎干物质含量，从而降低马铃薯总产量。

马铃薯成苗时间约为15～25 d，而粮棉作物则需要60～70 d，马铃薯的这种速熟特性有利于在单位面积上制造比他其粮食作物更多的有机物质，但同时也使得马铃薯的茎叶生长与收获器官生长并进的时间较长（35~50 d）。马铃薯收获器官是变态茎，而非真正意义上的生殖器官，因此，马铃薯源库间的物质分配有别于其他粮食作物。如何通过氮肥施用合理控制茎叶生长，促进块茎中光合产物的积累，是提高马铃薯产量的有效措施。

2 氮肥施用措施对马铃薯产量的影响

氮肥用量不足，不但造成减产，而且影响其他养分的吸收[3]；而过量施用氮肥，则抑制马铃薯块茎的生长，且增加块茎中的茄碱[4]及硝酸盐[5,6]的含量，促进马铃薯加工过程中丙烯酰胺的生成[5,7]，降低鲜食及加工马铃薯的品质。

2.1 马铃薯氮肥管理理论的发展

作物单产的提高有50%归功于合理施肥。氮肥是马铃薯生产中施用量最多的肥料，氮素供应是否合理不仅影响马铃薯的产量和品质，同时影响资源的高效利用和环境污染。近年来，农作物过量施用氮肥造成的环境污染越来越受到关注，为解决这一问题，人们通过培育氮高效品种[8]，改良田间耕作措施[9]，或通过实时监控精准确定氮肥施用量[10,11]等手段提高氮肥利用率，减少氮肥向环境中的排放。20世纪90年代FAO提出了植物养分综合管理（Integrated plant nutrient management，IPNM）的概念，该理论倡导通过综合考虑环境供养量、作物养分需求特性和影响养分有效性的环境因素，合理确定肥料用量和施用方法，在提高作物产量和品质的前提下，提高肥料利用率，减少肥料损失和环境风险。1995年中国开始对养分资源管理的理论和技术进行了系统的研究，并将其研究结果应用在水稻、玉米和小麦等作物的推荐施肥体系中，在提高作物产量和肥料利用率上取得了令人振奋的效果[12]。2007年Zebarth等[8]建议将最佳养分管理（Nutrient best management practices,BMP）理念引入马铃薯生产，目的就是要通过合理的氮肥管理措施实现提高马铃薯块茎产量和氮肥利用率的目的。中国马铃薯生产中氮肥管理措施比较粗放，缺乏系统的研究和理论指导，这是导致马铃薯产量低，氮肥利用率不高的重要原因之一。肥料施用不合理，作物品种的产量优势就不能得以充分发挥[13]。而合理施肥，特别是合理施用对马铃薯产量影响最大的氮肥，是提高马铃薯产量和品质的重要措施。

2.2 氮肥施用量对马铃薯产量的影响

Alva[14]的研究表明，过量施用氮肥，虽能使地上部茎叶生长的更加旺盛，但是由于生长中心不能适时转移，所以并不能有效促进块茎的生长。D arwish等[15]在有机质含量为1.2%的壤土上种植马铃薯，随着施氮量由125 kg N/hm2增加到500 kg N/hm2，地上部茎叶干物重随着施氮量的增加而增加，但块茎产量、块茎中的干物质含量和氮肥利用率均随施氮量的增加而降低（表1）。Ferreira和Goncalves[16]在有灌溉的壤土上种植马铃薯，结果表明，施氮量由160 kg/hm2增加到240 kg/hm2时，马铃薯块茎产量反而降低。Evert等[17]的研究结果也表明，当施氮量达到200 kg/hm2后，随着氮肥用量的增加，块茎产量开始降低（表2）。Lia等[18]通过计算机模拟发现，马铃薯根区氮供应量为90～120 kg/hm2时，最利于植株对氮的吸收。Janowiak等[19]在砂壤土上进行的长期定位试验表明，在施用30 t/hm2有机肥做基肥的基础上，施用180 kg N/hm2可得到最高的块茎产量。Alva[20]指出在有灌溉的条件下，沙土上的施氮量最多不能超过336kg/hm2，否则马铃薯块茎的产量和品质都将下降。

依据植物养分综合管理理论，施肥量的确定应根据作物对养分的需求量、土壤养分供应量以及养分利用效率来确定。孙磊等[21]研究表明，马铃薯每形成1 000 kg的块茎大约需要5～6 kg的N，在中国现有栽培水平条件下，在肥力中等的壤土上种植中晚熟品种‘克新13号’，在30～37 t/hm2的产量条件下，每公顷植株大约吸收160～170 kg的N，因此，综合考虑土壤养分供应水平及土壤质地，建议氮肥推荐用量在150～180 kg N/hm2。但是随着相关配套技术及机械设备水平的提高，中国马铃薯产量水平将会进一步提高，因此，氮肥施用量也将有所增加，但是氮肥施用量与块茎产量间并不是正相关关系。通过合理施用氮肥，可使单位块茎产量的氮肥需求量有所降低。由表3可见[21]，在氮肥用量相同的前提下，通过调整氮肥施用时期和不同时期的施用比例，不但可提高商品薯产量和氮肥利用率，同时还降低了形成1 000 kg块茎的需氮量，提高了氮肥的偏生产力。

表1 不同施氮量对成熟期灌溉马铃薯的吸氮量，肥料氮占全氮的百分率及氮肥利用率的影响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 不同氮肥用量对瓦赫宁根马铃薯块茎产量的影响Table 2 Effect of N application rate on potato yield in Wageningen

图1 马铃薯茎叶及块茎干物质积累曲线Figure 1 Dry matter accumulation curve of potato vine and tuber

表3 氮肥施用时期和比例对马铃薯产量及氮肥利用率的影响Table 3 Effects of N fertilizer application time and ratio on potato tuber yield and NUE

Darwish等[15]指出，马铃薯经济适宜用氮量在200～260 kg N/hm2，世界最发达的马铃薯生产国荷兰，平均氮肥用量为260 kg N/hm2。通过对已发表文献的总结和对中国部分马铃薯主产区的施肥状况的调查发现，中国马铃薯氮肥用量介于50~400 kg N/ hm2之间，且基本是以“高氮高产”或“马铃薯是耐贫瘠作物”作为氮肥施用量的依据。

2.3 施肥时期对马铃薯产量的影响

谷浏涟[22]对中晚熟马铃薯‘克新13号’的研究表明，适当控制马铃薯前期氮肥投入，可防止营养体生长过旺，有利于马铃薯植株生长中心的适时转移，在块茎增长初期适量追施氮肥可满足块茎增长期植株对氮素的大量需求，促进块茎膨大，适当延长植株茎叶持绿时期，有利于块茎中养分和干物质的积累及产量的形成。而将氮肥做为基肥一次施入，虽然在营养生长期植株氮素供应充足，并在块茎形成期形成较多的块茎，但由于营养体生长过旺，消耗大量养分，导致块茎增长期氮素供应不足，块茎增长受到抑制，导致形成大量的小薯，降低商品薯率。目前在中国马铃薯生产中，通常在现蕾期就将全部氮肥施用完毕，由图1[23]可见，此时还远未达到马铃薯生长高峰，因此，此时施入全部氮肥，由于NO3-淋洗和NH4+的挥发将导致部分氮素损失，到块茎膨大期时，由于土壤不能提供足够的氮素营养，影响块茎膨大，导致块茎产量和氮肥利用率降低。

Vos[24]发现，马铃薯播种后28～42 d以及播种90 d以后，几乎不从土壤中吸收氮素，因此氮素的供应应该主要集中在播种后42~90 d之间。Alva[14]研究也表明，在块茎增长期保证土壤中有足够的有效氮是提高马铃薯产量的重要因素。马铃薯在生长发育过程中对氮素的需求存在持续性和阶段性，氮是一种极易损失的元素，因此一次性施肥无疑是不合理的做法，分次施用在理论上可明显提高肥料的利用率。与马铃薯需氮规律不符的施肥方法，会造成某一时期的氮肥过多或不足，降低块茎产量或块茎中的干物质含量[25,26]。同样是140 kg N/hm2的施氮量，Shillito等[27]将全部氮肥在出苗时一次施用，得到了30 t/hm2的产量，在施肥量相同的条件下，Z elalem等[28]将一半氮肥在播种时施入，另一半氮肥在播种后45 d施入，得到了46.5 t/hm2的产量。Alva[20]在完全依靠灌溉的干旱地区的研究表明，在相同的启动氮（56 kg N/hm2）和追肥氮（224 kgN/hm2）条件下，追肥频率对块茎产量和质量没有显著影响，这说明，只要保证关键时期氮肥的供应，就可以满足块茎生长的需求。Evert等[17]通过4年的研究表明，适时追施氮肥，可在产量不降低的条件下节约8～88 kg N/hm2。

Shillito等[27]在表土有机质含量为0.9～1.3 g/kg的砂壤土上种植马铃薯，150 kg N/hm2全部在苗期一次性施入，得到了30 t/hm2的产量。Rosen和Bierman[29]在表土有机质含量为15～23 g/kg的砂壤土中种植‘赤褐布尔班克’，基肥施入38 kg/hm2的启动氮，在苗期和中耕时分两次共追施235 kg/hm2的氮，获得了62 t/hm2的产量。Greenwood等[30]的研究表明，马铃薯在营养生长期吸收的氮占全生育期氮量的1/2，在块茎增长后期仍有氮的吸收。Iritani等[31]也建议应将总氮量的1/3或1/2在播种时施用，余下的氮素在生长发育过程中分次施用。但Joern和Vitosh[32]对‘赤褐布尔班克’的试验表明，块茎产量随底肥氮施入量的增加而增加，生育期追肥并没有明显的增产作用。这说明土壤和气候等环境条件对氮肥的增产作用影响是很大的。因此，如果能够根据作物的生长状况和土壤氮素的供应状况确定氮肥供应量将会更好的解决氮肥合理施用的问题。

3 马铃薯氮素营养诊断技术的发展

传统的氮素诊断方法是通过测试土壤样品氮供应量或植物样品含氮量确定氮肥供应量或植株氮素营养状况，但是近年来，应以土壤碱解氮还是无机氮或是有机氮含量作为土壤氮素供应指标的争议不断。在作物生长过程中，土壤有机氮会不断通过矿化作用释放出无机氮供作物吸收利用，因此矿化氮一直被认为是一个相对准确的指标，但是由于矿化氮量的测定过程耗时且繁琐，因此并没有得到普及。而化学方法测定植物含氮量由于破坏性强，缺乏时效性，因此在推荐施肥上的应用价值并不高。随着科技的发展，以测定叶柄硝酸盐含量作为判断植株氮素营养状况的时域反射仪法[33]，通过测定植株叶片叶绿素含量评价植株氮素营养状况的SPAD法（叶绿素仪法），利用叶色卡进行叶片颜色对比的叶色诊断法，通过光谱扫描确定马铃薯氮素营养状况的光谱扫描法以及遥感技术等方法的应用，使作物氮素营养状况的实时监测成为可能。但是针对不同方法测定马铃薯氮素营养状况的阈值还需要通过系统的研究予以确定。只有根据土壤和植株氮素营养状况的实时监测结果准确指导马铃薯氮肥施用，才能实现真正意义上的精准施肥。

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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

国家科技支撑项目（2012BAD06B00）；973前期课题（2012CB126307）；公益性行业科研专项（201103003)。

孙磊（1974-），女，副教授，主要从事马铃薯养分管理研究。

孙磊，E-mail:sunleilee@163.com。