孫得翔，石銘福，王勇，陳喜鵬，劉玉匯，張俊蓮，，秦舒浩

（1. 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；2. 甘肅省作物遺傳改良與種質(zhì)創(chuàng)新重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730070）

馬鈴薯（Solanum tuberosumL.）廣泛種植于世界各地，是第四大糧食作物［1］。生產(chǎn)與消費(fèi)僅次于小麥、水稻和玉米［2］。隴中半干旱區(qū)是馬鈴薯主要產(chǎn)區(qū)之一，總產(chǎn)量位居全國(guó)第二［3］。該區(qū)氣候冷涼，晝夜溫差大，雨熱分布特征與馬鈴薯塊莖膨大期吻合，具有良好的生態(tài)適宜性［4］。馬鈴薯種植為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的收入提供了重要渠道，尤其全膜覆蓋壟溝種植技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，更加提高了水資源的利用率，但在養(yǎng)分管理方面依舊存在許多問題，如大量施肥但產(chǎn)量不高、不施或有機(jī)肥施用不足、肥料投入與效益收入呈負(fù)相關(guān)等［5］。

化肥是糧食生產(chǎn)的基礎(chǔ)，施用化肥可以促進(jìn)作物生長(zhǎng)、維持高產(chǎn)［6-7］。但是，在農(nóng)作物生產(chǎn)中為了獲得高產(chǎn)，化肥用量逐年增加，不合理施用化肥現(xiàn)象普遍存在導(dǎo)致土壤肥力下降，土壤質(zhì)量變差，進(jìn)而影響作物生長(zhǎng)［8］。在棉花種植中發(fā)現(xiàn)，過量施肥會(huì)對(duì)棉花生長(zhǎng)造成不利影響，如根系發(fā)育緩慢，棉花品質(zhì)下降等［9］。另有研究表明，高量施肥雖然可以提高馬鈴薯莖葉干物質(zhì)質(zhì)量，但不能提高塊莖質(zhì)量，過量施氮使馬鈴薯產(chǎn)量下降［10］。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年用于馬鈴薯種植的化肥至少65.5萬(wàn)t，且肥料利用率不高［11-12］。不合理施肥會(huì)導(dǎo)致馬鈴薯產(chǎn)量降低、品質(zhì)變差，影響經(jīng)濟(jì)效益［13］。因此，合理控制化肥用量，優(yōu)化施肥模式，已成為馬鈴薯生產(chǎn)中亟待解決的問題。在實(shí)際生產(chǎn)中，采用科學(xué)的方法合理減施化肥并配施有機(jī)肥，是實(shí)現(xiàn)作物增產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的重要手段［14-15］。在水稻研究中發(fā)現(xiàn)，化肥減施并配施有機(jī)肥會(huì)使土壤有機(jī)質(zhì)含量升高，促進(jìn)植株生長(zhǎng)，有利于產(chǎn)量增加［16］。而當(dāng)前關(guān)于有機(jī)肥部分替代化肥技術(shù)在隴中半干旱區(qū)馬鈴薯生產(chǎn)中的應(yīng)用研究還較少，尤其是在探究化肥減施與有機(jī)肥配施對(duì)馬鈴薯農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量及品質(zhì)等方面的研究較少。本研究通過化肥減施與不同有機(jī)肥配施，分析各施肥處理對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量形成及薯塊品質(zhì)的影響，明確化肥減量配施有機(jī)肥在馬鈴薯上的應(yīng)用效果，以期為隴中半干旱區(qū)馬鈴薯制定科學(xué)合理的施肥方案，實(shí)現(xiàn)其優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

本試驗(yàn)于2019年4～10月份在甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)定西綜合試驗(yàn)站（N 35°32′，E 104°37′）進(jìn)行。該區(qū)為典型的半干旱雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)，海拔高度1 920 m，年均輻射592.9 kJ/cm2，年均氣溫6.4 ℃，年均降水量415.2 mm，年蒸發(fā)量1 531 mm，干燥度2.53；土壤類型為黃綿土，土壤肥力均勻，具有良好的貯水性能。0～20 cm 土層pH、速效氮、磷、鉀和有機(jī)質(zhì)分別為8.04、13.8 mg/kg、12.7 mg/kg、180.2 mg/kg 和17.8 g/kg。

1.2 供試材料

本試驗(yàn)馬鈴薯品種選用定薯4號(hào)，由定西市農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供。以尿素（含N 46%），過磷酸鈣（含P2O516%），硫酸鉀（含K2O 52%）為供試化肥。微肥：硼肥和錳肥，硼肥為硼砂（含硼11.3%），錳肥為硫酸錳（含錳23%），購(gòu)于鹽城市早發(fā)農(nóng)業(yè)技術(shù)開發(fā)有限公司。固體有機(jī)肥：有機(jī)肥料（N+P2O5+K2O≥5%，有機(jī)質(zhì)≥45%），由永靖縣寶禾肥業(yè)有限公司生產(chǎn)。液體有機(jī)肥：布蘭特-GH 有機(jī)螯合液體肥料（N≥56 g/L，Mg≥18 g/L，F(xiàn)e+Mn+B+Zn≥38 g/L），由美國(guó)布蘭特股份有限公司生產(chǎn)。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

試驗(yàn)為田間栽培試驗(yàn)，共設(shè)7 個(gè)處理，分別為：CK：不施 肥；T1：?jiǎn)问┗剩?25 kg/hm2尿素+375 kg/hm2過 磷 酸 鈣+600 kg/hm2硫 酸 鉀）；T2：80%化肥（420 kg/hm2尿素+300 kg/hm2過磷酸鈣+480 kg/hm2硫 酸 鉀）；T3：80% 化 肥+3 000 kg/hm2固體有機(jī)肥+12 kg/hm2有機(jī)螯合液體肥；T4：80%化肥+3 000 kg/hm2固體有機(jī)肥+微肥（15 kg/hm2硼 肥+15 kg/hm2錳 肥）；T5：80% 化肥+3 000 kg/hm2固體有機(jī)肥+微肥（15 kg/hm2硼肥+15 kg/hm2錳肥）+12 kg/hm2有機(jī)螯合液體肥；T6：80%化肥+3 000 kg/hm2固體有機(jī)肥。每個(gè)處理設(shè)3次重復(fù)，共21個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積34.7 m2，周邊設(shè)置60 cm 保護(hù)行。株距和行距分別為33 cm 和40 cm。各處理化肥和固體有機(jī)肥在起壟覆膜時(shí)一次性基施（表1）。微肥和液體有機(jī)肥分別于馬鈴薯苗期（6月12日）、塊莖形成期（7月10日）、塊莖膨大期（7 月30 日）噴施，噴施時(shí)間選擇在晴朗無(wú)風(fēng)的早晨，以葉片正反兩面全部濕潤(rùn)無(wú)下滴為標(biāo)準(zhǔn)。4月20日播種，10 月1 日收獲，田間其它管理與當(dāng)?shù)卮筇镆恢隆?/p>

表1 試驗(yàn)施肥方案Table 1 Experimental fertilization scheme

1.4 測(cè)定指標(biāo)與方法

1.4.1 樣品采集 土壤樣品的采集與處理：馬鈴薯播種前（4月18日）利用5點(diǎn)采樣法采集0～20 cm 的土樣。去掉石子、植物殘?bào)w等雜物后混勻土樣，裝入密封袋帶回實(shí)驗(yàn)室。自然風(fēng)干后過100目篩備用。

植株樣品采集與處理：在馬鈴薯生育期內(nèi)，分別于苗期（6月12日）、塊莖形成期（7月10日）、塊莖膨大期（7月30日）、淀粉積累期（8月25日）和成熟期（9月28 日）分5 次采集植株樣品。每次選取地上部生長(zhǎng)一致的完整植株5 株，整株挖出，分根系、地上部（莖+葉）和塊莖3 部分，于105 ℃殺青30 min 后在85 ℃烘至恒質(zhì)量稱量，測(cè)定干物質(zhì)。

1.4.2 測(cè)定指標(biāo) 生長(zhǎng)指標(biāo)：于馬鈴薯苗期統(tǒng)計(jì)出苗率、主莖數(shù)和分枝數(shù)。用卷尺測(cè)量地上部分基部至頂端的垂直高度為馬鈴薯的株高；莖粗選擇植株主莖最粗的部分，用游標(biāo)卡尺測(cè)量其橫截面直徑。

抗氧化酶活性：于塊莖膨大期，選擇植株主莖上長(zhǎng)勢(shì)良好的葉片迅速摘取并密封保存待用。過氧化物酶（POD）活性采用愈創(chuàng)木酚法測(cè)定；過氧化氫酶（CAT）活性采用紫外吸收法測(cè)定；脯氨酸（Pro）含量采用酸性茚三酮法測(cè)定；超氧化物歧化酶（SOD）活性采用NBT光化還原法測(cè)定［17］。

產(chǎn)量及產(chǎn)量性狀：馬鈴薯收獲時(shí)，各處理選取10株考種，測(cè)量單株結(jié)薯數(shù)（個(gè)），分大中小薯進(jìn)行產(chǎn)量結(jié)構(gòu)分析（大薯250 g以上，中薯50～250 g，小薯50 g以下），并按小區(qū)單收計(jì)產(chǎn)。

品質(zhì)：馬鈴薯塊莖收獲后利用近紅外品質(zhì)分析儀（丹麥FOSS，NIRS DS 2500）測(cè)定塊莖中淀粉、還原糖、VC和可溶性蛋白含量［18］。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2010 進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，通過SPSS 25.0軟件用Duncan's 新復(fù)極差法對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，利用Origin 2018 和SketchUp 2016進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 有機(jī)肥部分替代化肥對(duì)馬鈴薯農(nóng)藝性狀的影響

由圖1 可知，施肥處理均可提高馬鈴薯的株高和莖粗。隨生育期的推移，株高呈“S”型生長(zhǎng)趨勢(shì)。苗期，T5處理的株高均高于其他處理，分別比CK和T1處理提高165%和80%，且與CK 和T1差異顯著；在塊莖形成期，T5處理的株高顯著高于其他施肥處理，較T1提高19.07%，而莖粗在T3處理的增長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)最明顯，相較T1處理提高了4.76%。塊莖膨大期，T5處理株高與其他處理間差異顯著。淀粉積累期，株高相較前面3 個(gè)時(shí)期表現(xiàn)出下降的趨勢(shì)，T5處理的株高比塊莖膨大期降低了11.00%。莖粗增長(zhǎng)速度變緩，表現(xiàn)為：T5>T4>T3>T6>T1>T2>CK。

圖1 有機(jī)肥部分替代化肥對(duì)馬鈴薯株高莖粗的影響Figure 1 Effect of partial replacement of chemical fertilizers with organic fertilizers on potato plant height and stem diameter

如表2 所示，與CK 相比，施肥處理均可提高馬鈴薯的出苗率、分枝數(shù)、塊莖數(shù)和主莖數(shù)。各施肥處理間以T5處理最佳，較T1處理，出苗率、分枝數(shù)、塊莖數(shù)和主莖數(shù)分別提高了10.01%、26.38%、108%和99.73%。

表2 有機(jī)肥部分替代化肥對(duì)馬鈴薯分枝數(shù)和塊莖數(shù)的影響Table 2 Effect of partial replacement of chemical fertilizer with organic fertilizer on the number of branches and tubers of potatoes

2.2 有機(jī)肥部分替代化肥對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量的影響

根據(jù)圖2可知，施肥處理的馬鈴薯產(chǎn)量均顯著高于CK。T3、T4、T5和T6處理產(chǎn)量較T1處理分別提高了11.72%、3.17%、19.64%和2.97%；其中T5處理產(chǎn)量最高，為47 729.7 kg/hm2。T3次之，為44 568.6 kg/hm2。表明80%化肥+3 000 kg/hm2固體有機(jī)肥+微肥（15 kg/hm2硼肥+15 kg/hm2錳肥）+ 12 kg/hm2有機(jī)螯合液體肥（T5）和80%化肥+ 3 000 kg/hm2固體有機(jī)肥+12 kg/hm2有機(jī)螯合液體肥（T3）兩種處理對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量影響最明顯。

圖2 有機(jī)肥部分替代化肥對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量的影響Figure 2 Effect of partial replacement of chemical fertilizers with organic fertilizers on potato yield

由表3 可以看出，較CK 相比，施肥處理下馬鈴薯單株結(jié)薯數(shù)和單株薯重均有所增加。其中，各施肥處理間，T5處理對(duì)大、中、小薯結(jié)薯個(gè)數(shù)的影響最大。與T1相比，T5處理的大薯結(jié)薯個(gè)數(shù)百分率增加了42.88%，中薯和小薯結(jié)薯個(gè)數(shù)百分率分別降低了17.75%和44.38%。T1～T6處理中，T1處理的綠薯率和T6的爛薯率在數(shù)值上均高于其他處理。

表3 有機(jī)肥部分替代化肥對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量組成的影響Table 3 Effects of partial replacement of chemical fertilizers with organic fertilizers on potato yield composition

2.3 有機(jī)肥部分替代化肥對(duì)馬鈴薯抗氧化酶活性及滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響

由圖3，馬鈴薯葉片中SOD，POD 和CAT 活性較CK 均有提高。T3～T6處理下SOD 活性相較T1提升了1.59%～11.04%。T5處理的POD活性達(dá)到最高，且與T1處理的差異性顯著，較T1處理提高了31.63%；CAT活性在T5處理下最高，與其他處理均差異性顯著，相較T1處理升高了95.72%；脯氨酸（Pro）含量的大小順序?yàn)椋篢3>T5>T4>T6>T1>T2>CK，T3～T6處理下Pro 含量較T1處理分提高了24.28%、2.53%、20.26%和1.05%。

圖3 有機(jī)肥部分替代化肥對(duì)馬鈴薯抗氧化酶活性及滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響Figure 3 Effects of partial replacement of chemical fertilizers with organic fertilizers on potato antioxidant enzyme activities and osmotic adjustment substances

2.4 有機(jī)肥部分替代化肥對(duì)馬鈴薯干物質(zhì)的影響

由圖4可知，施肥處理的馬鈴薯單株干物質(zhì)質(zhì)量均高于CK。苗期，T5處理的莖葉和根的干物質(zhì)質(zhì)量與T1處理差異顯著，分別提高156%和210%。塊莖形成期，各施肥處理與T1處理均有顯著差異性。T5處理的根部干物質(zhì)和塊莖干物質(zhì)較T1處理分別提高了73.22%和33.32%。塊莖膨大期，T5處理的莖葉干物質(zhì)最高，相較T1處理提高了49.68%。T5處理時(shí)根部干物質(zhì)質(zhì)量與CK、T1、T2和T4處理差異性顯著，分別提高160%、71.28%、101%和51.33%。塊莖干物質(zhì)質(zhì)量在T5處理時(shí)顯著高于T1處理。淀粉積累期馬鈴薯植株的干物質(zhì)量均快速增長(zhǎng)，這一時(shí)期，各處理的莖葉干物質(zhì)均達(dá)到最高值，其中T5處理最高，達(dá)到183.30 g，且與T1處理差異顯著。T5處理下根部與塊莖的干物質(zhì)質(zhì)量較T1處理分別提高64.82%和5.05%。成熟期，各處理的塊莖干物質(zhì)質(zhì)量達(dá)到最高，其中T5處理顯著高于T1處理。莖葉干物質(zhì)在這一時(shí)期呈下降趨勢(shì)。T5處理的根部干物質(zhì)重量與T1處理差異性顯著，提高了68.22%，而與T3和T6差異不顯著。

圖4 有機(jī)肥部分替代化肥對(duì)馬鈴薯不同生育時(shí)期各器官干物質(zhì)積累的影響Figure 4 Effect of partial replacement of chemical fertilizers with organic fertilizers on dry matter accumulation in various organs of potato at different growth stages

2.5 有機(jī)肥部分替代化肥對(duì)馬鈴薯品質(zhì)的影響

由圖5 可知，T3、T4、T5和T6處理馬鈴薯塊莖中可溶性蛋白含量相較T1處理分別增加了9.29%、0.71%、7.62%和2.14%。還原糖含量最高的為T5和T3處理，均達(dá)到0.19%。T5與T3處理淀粉含量均顯著高于T1處理，分別增加了19.14% 和17.96%。VC 含量最高的是T5和T3處理，相較T1處理分別提高了12.42%和10.86%。綜上，施肥可以提高馬鈴薯品質(zhì)，T5處理對(duì)馬鈴薯塊莖品質(zhì)的影響最大，T3處理次之。

圖5 有機(jī)肥部分替代化肥對(duì)馬鈴薯品質(zhì)的影響Figure 5 Effect of partial replacement of chemical fertilizers with organic fertilizers on potato quality

3 討論

3.1 有機(jī)肥部分替代化肥對(duì)馬鈴薯農(nóng)藝性狀的影響

杜常亮等［19］研究指出，化肥與有機(jī)肥交互施用有利于馬鈴薯的株高、莖粗、分枝數(shù)、產(chǎn)量和品質(zhì)的增長(zhǎng)。本研究發(fā)現(xiàn)，施肥處理下馬鈴薯的株高和莖粗均高于CK，其中T5處理下農(nóng)藝性狀的各項(xiàng)指標(biāo)均為最高，這與前人［9，20］研究結(jié)果一致，化肥減施與有機(jī)肥混合施用可以顯著增加作物的株高和莖粗等。

3.2 有機(jī)肥部分替代化肥對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量的影響

施肥可以保證馬鈴薯獲得高產(chǎn)，但過量施肥會(huì)影響產(chǎn)量，降低薯塊重量和大、中薯個(gè)數(shù)，導(dǎo)致馬鈴薯減產(chǎn)［10］。化肥配施有機(jī)肥可使蘋果增產(chǎn)42.5%［21］。此外也有研究指出，減施25%的化肥并配施有機(jī)肥可維持番茄高產(chǎn)［22］。本試驗(yàn)中，T1～T6處理相較CK 均顯著增加馬鈴薯產(chǎn)量，分別提高22.32%～72.48%。這與前人試驗(yàn)的研究結(jié)果相似，說明化肥減施與有機(jī)肥配施能促進(jìn)作物生長(zhǎng)，進(jìn)而提高作物產(chǎn)量［5，23］。

3.3 有機(jī)肥部分替代化肥對(duì)馬鈴薯抗氧化酶活性及滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響

SOD具有清除超氧陰離子自由基的功能，CAT可降解植物體內(nèi)的H2O2，提高植物生理代謝水平［24］。齊玉鑫等對(duì)大豆的研究結(jié)果表明，在一定范圍內(nèi)提高施肥量，大豆植株葉片抗氧化酶活性均有所增加［25］。本試驗(yàn)中，隨著施肥量的增加，馬鈴薯植株葉片內(nèi)SOD、POD與CAT活性逐漸增強(qiáng)，當(dāng)施肥處理為80%常規(guī)施肥+固體有機(jī)肥+微肥+有機(jī)螯合液體肥（T5）時(shí)，植株體內(nèi)抗氧化酶活性顯著高于CK。這與前人［26-27］的研究一致。此外，研究發(fā)現(xiàn)，化肥與有機(jī)肥合理配比施用對(duì)紫葉地錦游離脯氨酸、可溶性蛋白和可溶性糖含量均有顯著提高，進(jìn)而提高了紫葉地錦的抗逆性和適應(yīng)性［28］。也有研究表明，施用不同類型的肥料能顯著提高枸杞葉片脯氨酸的含量，使細(xì)胞滲透濃度增加，更利于細(xì)胞的正常代謝［29］。本研究結(jié)果表明，施肥處理的脯氨酸含量均高于CK，且化肥減施與有機(jī)肥混合施用可大幅度提高植株體內(nèi)脯氨酸的含量。這與王小華等［28］和趙棟等［29］的研究結(jié)果相似。

3.4 有機(jī)肥部分替代化肥對(duì)馬鈴薯干物質(zhì)的影響

植物干物質(zhì)的累積及分配會(huì)因施肥的不同而不同，隨著生育期延長(zhǎng)干物質(zhì)量會(huì)增加，積累量和積累強(qiáng)度呈“慢-快-慢”的變化規(guī)律［30］。本研究中，馬鈴薯葉、根部和塊莖干物質(zhì)含量符合這種變化規(guī)律。此外，本研究發(fā)現(xiàn)，不同施肥處理對(duì)馬鈴薯干物質(zhì)的積累影響不同。各器官干物質(zhì)的積累從苗期到淀粉積累期為增長(zhǎng)狀態(tài)，此后莖葉干物質(zhì)含量逐漸下降，而根與塊莖干物質(zhì)含量不斷增長(zhǎng)，其中T5處理的葉、根部和塊莖干物質(zhì)含量均高于其他6種處理。這與彭正萍等［31］和余慧［32］研究中結(jié)論相似，適當(dāng)?shù)挠袡C(jī)替代化肥有利于植物的干物質(zhì)積累。

3.5 有機(jī)肥部分替代化肥對(duì)馬鈴薯品質(zhì)的影響

馬鈴薯塊莖中富含的淀粉、蛋白質(zhì)、維生素和其他營(yíng)養(yǎng)成分，是衡量塊莖品質(zhì)的重要依據(jù)［33］。司若彤等［34］研究發(fā)現(xiàn)不同有機(jī)肥部分替代化肥處理下芒果還原糖含量、VC含量均有所增加。本研究結(jié)果表明，施肥處理均可提高馬鈴薯塊莖可溶性蛋白、還原糖、淀粉、VC含量，其中T5處理對(duì)馬鈴薯塊莖品質(zhì)的影響最大，顯著高于CK。前人的研究同樣發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化施肥處理，增加有機(jī)肥施用量顯著增加油麥菜、丹參、小白菜中VC、可溶性蛋白和可溶性糖含量［35-37］。

4 結(jié)論

T5處理可以促進(jìn)馬鈴薯地上部分生長(zhǎng)，提高馬鈴薯植株干物質(zhì)積累量和葉片的抗氧化酶活性，增加產(chǎn)量，并改善塊莖營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。因此，80%化肥+3 000 kg/hm2固體有機(jī)肥+微肥（15 kg/hm2硼肥+15 kg/hm2錳肥）+12 kg/hm2有機(jī)螯合液體肥（T5）可作為隴中半干旱地區(qū)馬鈴薯種植中科學(xué)合理的施肥方式之一。