• ISSN 1008-505X
  • CN 11-3996/S

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我国马铃薯产量和化肥利用率区域特征研究

徐亚新 何萍 仇少君 徐新朋 马进川 丁文成 赵士诚 高强 周卫

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我国马铃薯产量和化肥利用率区域特征研究

    作者简介: 徐亚新 E-mail: xuyaxin92@163.com;
    通讯作者: 何萍, E-mail:heping02@caas.cn

Regional variation of yield and fertilizer use efficiency of potato in China

    Corresponding author: HE Ping, E-mail:heping02@caas.cn ;
  • 摘要: 【目的】 本研究汇总马铃薯 (Solanum tuberosum L.) 田间试验数据,分析中国马铃薯产区施用氮、磷和钾肥的马铃薯产量 (可获得产量、产量反应和相对产量) 及肥料利用率特征,以期为优化马铃薯养分管理奠定理论基础。 【方法】 本试验数据来源于:1) 国际植物营养研究所 (International Plant Nutrition Institute, IPNI)1992—2012年间在我国马铃薯主产区开展的117个田间试验;2) 采用字段或字段组合 (马铃薯,马铃薯+产量,马铃薯+利用率,等) 在中国知网数据库 (China National Knowledge Infrastructure, CNKI) 检索的2000—2016年间407篇马铃薯田间试验中文文献。将我国马铃薯种植区分为东北 (NE)、西北 (NW)、华北 (NC)、长江中下游 (MLYR)、东南 (SE) 和西南 (SW) 产区。试验处理包括氮磷钾肥优化处理 (OPT)、不施氮 (OPT-N) 处理、不施磷 (OPT-P) 处理和不施钾 (OPT-K) 处理,研究我国马铃薯不同种植区优化施肥下马铃薯可获得产量,氮、磷和钾肥产量反应,相对产量,农学效率,偏生产力和养分回收率特征。 【结果】 我国马铃薯施用氮、磷和钾产量反应平均分别为8.6、5.9和6.6 t/hm2,氮素是马铃薯产量的首要限制因子,东北地区产量及施氮产量反应平均值显著高于其他地区 (P < 0.05) 。马铃薯施氮、磷、钾相对产量平均值分别为71.0%、79.4%、77.2%,其中,华北地区施氮相对产量平均值最高,东南地区施磷相对产量平均值最高,西北地区施钾相对产量平均值最高。马铃薯氮、磷和钾肥用量平均分别为N 164.2 kg/hm 2、P2O5 100.3 kg/hm2和K2O 188.0 kg/hm2,东南地区氮和钾肥用量平均值显著高于其他地区(P < 0.05),东北地区施氮量和施钾量较低,东北、西南和西北施磷量高于其他地区,长江中下游施磷量最低。马铃薯氮、磷和钾素农学效率平均值分别为52.2 kg/kg N、58.5 kg/kg P 2O5 和42.3 kg/kg K2O,东北地区氮和钾素农学效率平均值显著高于其他地区(P < 0.05)。马铃薯氮、磷和钾素偏生产力平均值分别为205.7 kg/kg N、339.0 kg/kg P 2O5和209.2 kg/kg K2O,东北地区氮和钾素偏生产力平均值分别显著 (P < 0.05) 高于其他地区。马铃薯氮、磷和钾素养分回收率平均值分别为36.4%、18.5%和27.6%,东南地区磷素回收率平均值显著高于其它地区 ( P < 0.05)。 【结论】 我国马铃薯不同产区产量、施肥量和肥料利用率差异较大,氮素是马铃薯产量的第一限制因子,华北地区氮素、东南地区磷素和西北地区钾素土壤基础养分供应能力相对较高,不同地区马铃薯需要因地制宜,制定有针对性的马铃薯优化施肥方案。
  • 图 1  马铃薯试验点分布示意图

    Figure 1.  Distribution of experiment sites in different potato-producing regions of China

    图 2  马铃薯产区优化施肥处理 (OPT) 可获得产量比较

    Figure 2.  Comparison of attainable yield in the optimal treatment (OPT) in different potato-producing regions of China

    图 3  马铃薯产区OPT处理施氮、磷、钾产量反应

    Figure 3.  Yield response to applied N, P2O5 and K2O in the OPT in different potato-producing regions of China

    图 4  马铃薯产区OPT处理氮肥施用量分布

    Figure 4.  Frequency distribution of N application rates in the OPT for potato in different potato-producing regions of China

    图 5  马铃薯产区OPT处理磷肥施用量分布

    Figure 5.  Frequency distribution of P2O5 application rates in the OPT for potato in different potato-producing regions of China

    图 6  马铃薯产区OPT处理钾肥施用量分布

    Figure 6.  Frequency distribution of K2O application rates in the OPT for potato in different potato-producing regions of China

    图 7  马铃薯产区OPT处理氮、磷、钾素农学效率

    Figure 7.  Agronomic efficiency of applied N, P2O5 and K2O in the OPT in different potato-producing regions of China

    图 8  马铃薯产区OPT处理氮、磷、钾素偏生产力

    Figure 8.  Partial factor productivity of applied N, P2O5 and K2O in the OPT in different potato-producing regions of China

    图 9  马铃薯产区OPT处理氮、磷、钾素养分回收率

    Figure 9.  Recovery efficiency of applied N, P2O5 and K2O in the OPT in different potato-producing regions of China

    表 1  马铃薯产区试验点气候和土壤特征

    Table 1.  Climate characters and soil properties of experimental sites in different potato-producing regions of China

    区域
    Region
    省份
    Province
    气候
    Climate
    土壤类型
    Main soil type
    pH 有机质 (%)
    Organic matter
    碱解氮 (mg/kg)
    Alkali-hydr. N
    有效磷 (mg/kg)
    Available P
    速效钾 (mg/kg)
    Available K
    东北 Northeast 黑龙江、吉林、辽宁
    Heilongjiang, Jilin, Liaoning
    寒温带
    Cool temperate
    黑土、草甸土
    Black soil, meadow soil
    4.9~8.3 0.2~7.6 60.9~314.0 9.8~123.0 58.0~287.0
    西北
    Northwest
    甘肃、内蒙、宁夏、青海、陕西、新疆
    Gansu, Inner Mongolia, Ningxia, Qinghai, Shaanxi, Xinjiang
    温带
    Temperate
    黄绵土、潮土、黑垆土、灰钙土、粟钙土、
    灌淤土、褐土
    Loessal soil, fluvo aquic soil, dark loessial soil, gray calcareous soil, chestnut soil, irrigation silting soil, cinnamon soil
    6.0~8.9 0.2~5.1 19.2~211.0 4.3~168.0 14.0~338.2
    华北
    Northcentral
    河北、山东、山西、河南
    Hebei, Shandong, Shanxi, Henan
    温带
    Temperate
    潮土、草甸土、褐土、黄绵土、栗钙土
    Fluvo aquic soil, meadow soil, cinnamon soil, loessal soil, chestnut soil
    4.8~8.6 0.8~3.9 21.0~145.0 4.5~172.0 33.1~171.4
    长江中下游
    MLYR
    安徽、浙江、湖北、湖南、江西、江苏
    Anhui, Zhejiang, Hubei, Hunan, Jiangxi, Jiangsu
    亚热带
    Temperate
    sub-tropical
    黄棕壤、黄壤
    Yellow brown soil, yellow soil
    4.5~7.8 1.0~3.0 103.0~300.0 5.3~84.5 33.1~196.0
    东南
    Southeast
    福建、广东、广西
    Fujian, Guangdong, Guangxi
    热带
    Tropical
    潮土、水稻土
    Fluvo aquic soil, paddy soil
    4.7~7.1 0.3~3.9 40.0~166.3 6.2~188.0 18.0~248.4
    西南
    Southwest
    云南、贵州、四川、重庆、西藏
    Yunnan, Guizhou, Sichuan, Chongqing, Tibet
    亚热带
    Temperate
    sub-tropical
    红壤、黄棕壤、紫色土、水稻土
    Red soil, yellow brown soil, purple soil, paddy soil
    4.5~8.2 0.4~6.1 47.5~330.0 3.8~112.1 25.0~950.0
    注(Note):MLYR—长江中下游 Middle and lower reaches of Yangtze River. 各地区主要参考文献,东北[3839]、西北[11, 40]、华北[4142]、长江中下游[4344]、东南[4546]、西南[4748] Main references of potato-producing regions used here were, Northeast[3839], Northwest[11, 40], Northcentral[4142], MLYR[4344], Southeast[4546]and Southwest[4748].
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    表 2  试验数据来源及样本分布

    Table 2.  The experimental data source and sample distribution

    数据来源
    Data source
    样本分布 Sample distribution 样本数(n)
    No. of samples
    东北
    Northeast
    西北
    Northwest
    华北
    Northcentral
    长江中下游
    MLYR
    东南
    Southeast
    西南
    Southwest
    CNKI文献
    Literature
    黑龙江 Heilongjiang (24)、吉林Jilin (8)、
    辽宁Liaoning (9)
    甘肃Gansu (42)、
    内蒙古Inner Mongolia (33)、
    宁夏Ningxia (31)、
    青海Qinghai (21)、
    陕西Shaanxi (18)、
    新疆Xinjiang (13)
    河北Hebei (11)、
    山东Shandong (11)、
    山西Shanxi (10)、
    河南Henan (4)
    安徽Anhui (3)、
    浙江Zhejiang (11)、
    湖北Hubei (9)、
    湖南Hunan (4)、
    江西Jiangxi (1)、
    江苏Jiangsu (4)
    福建Fujian (21)、
    广东Guangdong (10)、
    广西Guangxi (12)
    云南Yunnan (14)、
    贵州Guizhou (69)、
    四川Sichuan (10)、
    重庆Chongqing (1)、
    西藏Tibet (3)
    407
    IPNI试验
    Experiment
    黑龙江Heilongjiang (2) 甘肃Gansu (12)、
    内蒙古Inner Mongolia (25)、
    宁夏Ningxia (14)、
    青海Qinghai (26)、
    陕西Shaanxi (1)
    山西Shanxi (7) 湖北Hubei (2) 福建Fujian (5) 云南Yunnan (7)、
    贵州Guizhou (3)、
    四川Sichuan (5)、
    重庆Chongqing (4)
    113
    样本数(n)
    No. of samples
    43 236 43 34 48 116 520
    注(Note):MLYR—长江中下游 top and lower reaches of Yangtze River; CNKI—中国知网数据库 China National Knowledge Infrastructure; IPNI—国际植物营养研究所 International Plant Nutrition Institute; 括号中数字为试验样本数 Figures in parenthesis are the total number of samples.
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    表 3  马铃薯产区施氮,磷,钾相对产量 (%) 描述统计

    Table 3.  Descriptive statistics of the relative yield (%) to N, P2O5 and K2O application in differentpotato-producing regions of China

    相对产量
    Relative yield
    地区
    Region
    样本数
    No. of smaples
    最小值
    Min.
    最大值
    Max.
    平均值
    Mean
    标准差
    SD
    25%数
    25Q
    50%数
    50Q
    75%数
    75Q
    施氮相对产量Relative yield to N application NE 23 35.6 84.3 64.3 b 14.1 56.2 67.3 73.4
    NW 230 15.4 99.1 76.4 a 12.7 68.1 78.4 85.4
    NC 17 43.4 93.2 77.6 a 14.7 75.1 81.7 85.1
    MLYR 6 43.2 90.8 72.4 ab 17.8 65.9 73.2 86.4
    SE 43 32.7 94.2 68.0 ab 15.6 61.0 68.3 79.3
    SW 93 33.1 98.7 67.4 ab 17.3 55.8 68.9 78.5
    施磷相对产量Relative yield to P application NE 9 59.7 91.9 80.8 ab 10.4 77.4 84.3 89.2
    NW 196 36.7 99.4 82.1 ab 12.0 75.0 85.0 91.2
    NC 15 41.0 95.4 78.2 ab 14.1 76.7 82.8 86.0
    MLYR 4 54.2 93.0 79.0 ab 17.0 76.5 84.5 86.9
    SE 27 55.0 99.6 84.8 a 11.3 75.4 87.4 93.1
    SW 88 33.1 97.7 71.4 b 17.2 61.7 77.3 85.0
    施钾相对产量Relative yield to K application NE 16 50.8 86.4 77.1 ab 8.8 73.4 79.7 82.4
    NW 250 29.9 99.9 82.3 a 12.5 75.3 85.1 91.6
    NC 37 47.8 96.4 73.5 b 12.3 65.6 74.0 83.1
    MLYR 26 55.2 94.5 76.6 ab 10.1 71.1 73.9 86.5
    SE 38 52.9 99.2 80.0 ab 10.7 69.9 82.7 88.9
    SW 125 33.1 99.5 73.9 b 17.8 63.6 78.5 87.5
    注(Note):NE—东北 Northeast; NW—西北 Northwest; NC—华北 Northcentral; MLYR—长江中下游 Middle and lower reaches of Yangtze River; SE—东南 Southeast; SW—西南 Southwest. 数值后不同字母表示同一施肥相对产量不同处理间差异达 5% 显著水平 Values followed by different letters in the same relative yield to application mean significant at 5% level among treatments.
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-01-09
  • 刊出日期:  2019-01-01

我国马铃薯产量和化肥利用率区域特征研究

    作者简介:徐亚新 E-mail: xuyaxin92@163.com
    通讯作者: 何萍, heping02@caas.cn
  • 1. 吉林农业大学资源与环境学院/吉林省商品粮基地土壤资源可持续利用重点实验室,吉林长春 130118
  • 2. 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所,北京 100081

摘要:  目的 本研究汇总马铃薯 (Solanum tuberosum L.) 田间试验数据,分析中国马铃薯产区施用氮、磷和钾肥的马铃薯产量 (可获得产量、产量反应和相对产量) 及肥料利用率特征,以期为优化马铃薯养分管理奠定理论基础。 方法 本试验数据来源于:1) 国际植物营养研究所 (International Plant Nutrition Institute, IPNI)1992—2012年间在我国马铃薯主产区开展的117个田间试验;2) 采用字段或字段组合 (马铃薯,马铃薯+产量,马铃薯+利用率,等) 在中国知网数据库 (China National Knowledge Infrastructure, CNKI) 检索的2000—2016年间407篇马铃薯田间试验中文文献。将我国马铃薯种植区分为东北 (NE)、西北 (NW)、华北 (NC)、长江中下游 (MLYR)、东南 (SE) 和西南 (SW) 产区。试验处理包括氮磷钾肥优化处理 (OPT)、不施氮 (OPT-N) 处理、不施磷 (OPT-P) 处理和不施钾 (OPT-K) 处理,研究我国马铃薯不同种植区优化施肥下马铃薯可获得产量,氮、磷和钾肥产量反应,相对产量,农学效率,偏生产力和养分回收率特征。 结果 我国马铃薯施用氮、磷和钾产量反应平均分别为8.6、5.9和6.6 t/hm2,氮素是马铃薯产量的首要限制因子,东北地区产量及施氮产量反应平均值显著高于其他地区 (P < 0.05) 。马铃薯施氮、磷、钾相对产量平均值分别为71.0%、79.4%、77.2%,其中,华北地区施氮相对产量平均值最高,东南地区施磷相对产量平均值最高,西北地区施钾相对产量平均值最高。马铃薯氮、磷和钾肥用量平均分别为N 164.2 kg/hm 2、P2O5 100.3 kg/hm2和K2O 188.0 kg/hm2,东南地区氮和钾肥用量平均值显著高于其他地区(P < 0.05),东北地区施氮量和施钾量较低,东北、西南和西北施磷量高于其他地区,长江中下游施磷量最低。马铃薯氮、磷和钾素农学效率平均值分别为52.2 kg/kg N、58.5 kg/kg P 2O5 和42.3 kg/kg K2O,东北地区氮和钾素农学效率平均值显著高于其他地区(P < 0.05)。马铃薯氮、磷和钾素偏生产力平均值分别为205.7 kg/kg N、339.0 kg/kg P 2O5和209.2 kg/kg K2O,东北地区氮和钾素偏生产力平均值分别显著 (P < 0.05) 高于其他地区。马铃薯氮、磷和钾素养分回收率平均值分别为36.4%、18.5%和27.6%,东南地区磷素回收率平均值显著高于其它地区 ( P < 0.05)。 结论 我国马铃薯不同产区产量、施肥量和肥料利用率差异较大,氮素是马铃薯产量的第一限制因子,华北地区氮素、东南地区磷素和西北地区钾素土壤基础养分供应能力相对较高,不同地区马铃薯需要因地制宜,制定有针对性的马铃薯优化施肥方案。

English Abstract

  • 我国是世界上最大的马铃薯 (Solanum tuberosum L.) 生产国[1],种植面积和总产量长期处于世界首位,但我国马铃薯单位面积产量和西方发达国家还有一定差距[23],改良马铃薯品种[45]和提高养分管理水平是增加马铃薯单位面积产量的有效途径[67]。当前我国马铃薯种植区氮、磷化肥过量和不平衡施用问题严重,钾肥普遍存在投入不足问题,有的地方甚至不施钾肥[89]。调查表明,内蒙古马铃薯氮肥过量较为普遍,尤其是灌区氮素过量严重,有43.5%的农户施氮量大于N 300 kg/hm2,磷、钾肥普遍存在施用不足问题[8];云南马铃薯合理施用氮、磷和钾的农户只占调查农户的21.6%、30.7%和10.8%,氮肥过量施用严重,有52.9%的农户氮肥用量超过N 250 kg/hm2[10]。肥料不合理施用不仅影响马铃薯产量的进一步提高,还导致肥料利用率低下和环境污染等问题[11]。因此,合理的养分管理对于进一步提高马铃薯产量和肥料利用率至关重要[12]

    研究作物产量和养分利用率特征是开展养分管理和推荐施肥的关键[13]。可获得产量、产量反应和相对产量是建立养分管理与推荐施肥方法的重要参数。可获得产量通常为某一地块田间试验中应用已知的技术和先进的养分管理措施降低产量限制因素 (如养分胁迫、病虫害等) 所获得的最高产量[1314];某种养分的产量反应为养分供应充足小区与不施用该养分小区产量的差值,反映氮、磷和钾肥施用增产情况[1516],以及氮、磷和钾养分对产量的限制作用[1718],不同地区作物产量反应的差异主要与气候、土壤等自然因素和施肥、种植等人为因素有关[1920]。相对产量和产量反应呈负相关关系,相对产量越高,产量反应则越低,因此相对产量常用来表征土壤养分供应能力[2122],相对产量较高的地区有着较高的土壤养分供给能力,可适当降低肥料投入以减少肥料过量施用对环境的污染[2324],不同地区自然气候[25]、土壤养分状况[2627]以及施肥量[2829]等因素影响其相对产量。目前对以上参数研究主要集中在玉米、小麦、水稻,而对马铃薯有关产量和养分状况参数研究极少。养分利用率不仅是评价养分吸收的重要指标也是预测养分需求的重要参考[28],与产量、肥料用量[30]、土壤养分供应[26]和养分管理水平[31]等密切相关,衡量肥料利用率的常用指标有养分回收率、养分农学效率和养分偏生产力[32]。明确我国当前肥料养分利用率现状能够为进一步指导施肥,优化马铃薯肥料用量提供参考。

    当前,我国马铃薯主产区已开展了许多马铃薯产量[18, 33]和肥料利用率特征[34]田间试验,缺乏对不同马铃薯种植区域产量和肥料利用率特征参数的综合研究[33, 35]。因此,本研究汇总分析国际植物营养研究所 (International Plant Nutrition Institute, IPNI)1992—2012年间在我国马铃薯主产区开展的117个田间试验和中国知网数据库 (China National Knowledge Infrastructure, CNKI) 检索的2000—2016年期间公开发表的407篇中文文献,研究揭示我国马铃薯种植区施肥的产量和肥料利用率特征,以期为优化马铃薯养分管理和到2020年我国化肥零增长目标奠定理论基础。

    • 参考马铃薯种植特点[36],以及我国行政区划[37],将我国马铃薯种植区划分为:1) 东北地区 (黑龙江、吉林和辽宁);2) 西北地区 (甘肃、内蒙古、宁夏、青海、陕西和新疆);3) 华北地区 (河北、山东、山西和河南);4) 长江中下游地区 (安徽、浙江、湖北、湖南、江西和江苏);5) 东南地区 (福建、广东和广西);6) 西南地区 (云南、贵州、四川、重庆和西藏)。

      我国各地区马铃薯种植时间分别是:东北和西北地区马铃薯生育期主要为3月底至10月初,为一年一季种植类型;华北和长江中下游马铃薯生育期主要为2月下旬到6月中旬,和8月到11月初两个时段,为一年两季种植类型;东南地区马铃薯生长期主要为10月到1月初和1月到4月上中旬,为一年两季种植类型;西南地区受海拔差异影响,高海拔地区马铃薯种植多呈一年一季种植类型,而低海拔地区为一年两季种植类型[36]。各地区气候和土壤养分等特征及主要参考文献情况见表1

      区域
      Region
      省份
      Province
      气候
      Climate
      土壤类型
      Main soil type
      pH 有机质 (%)
      Organic matter
      碱解氮 (mg/kg)
      Alkali-hydr. N
      有效磷 (mg/kg)
      Available P
      速效钾 (mg/kg)
      Available K
      东北 Northeast 黑龙江、吉林、辽宁
      Heilongjiang, Jilin, Liaoning
      寒温带
      Cool temperate
      黑土、草甸土
      Black soil, meadow soil
      4.9~8.3 0.2~7.6 60.9~314.0 9.8~123.0 58.0~287.0
      西北
      Northwest
      甘肃、内蒙、宁夏、青海、陕西、新疆
      Gansu, Inner Mongolia, Ningxia, Qinghai, Shaanxi, Xinjiang
      温带
      Temperate
      黄绵土、潮土、黑垆土、灰钙土、粟钙土、
      灌淤土、褐土
      Loessal soil, fluvo aquic soil, dark loessial soil, gray calcareous soil, chestnut soil, irrigation silting soil, cinnamon soil
      6.0~8.9 0.2~5.1 19.2~211.0 4.3~168.0 14.0~338.2
      华北
      Northcentral
      河北、山东、山西、河南
      Hebei, Shandong, Shanxi, Henan
      温带
      Temperate
      潮土、草甸土、褐土、黄绵土、栗钙土
      Fluvo aquic soil, meadow soil, cinnamon soil, loessal soil, chestnut soil
      4.8~8.6 0.8~3.9 21.0~145.0 4.5~172.0 33.1~171.4
      长江中下游
      MLYR
      安徽、浙江、湖北、湖南、江西、江苏
      Anhui, Zhejiang, Hubei, Hunan, Jiangxi, Jiangsu
      亚热带
      Temperate
      sub-tropical
      黄棕壤、黄壤
      Yellow brown soil, yellow soil
      4.5~7.8 1.0~3.0 103.0~300.0 5.3~84.5 33.1~196.0
      东南
      Southeast
      福建、广东、广西
      Fujian, Guangdong, Guangxi
      热带
      Tropical
      潮土、水稻土
      Fluvo aquic soil, paddy soil
      4.7~7.1 0.3~3.9 40.0~166.3 6.2~188.0 18.0~248.4
      西南
      Southwest
      云南、贵州、四川、重庆、西藏
      Yunnan, Guizhou, Sichuan, Chongqing, Tibet
      亚热带
      Temperate
      sub-tropical
      红壤、黄棕壤、紫色土、水稻土
      Red soil, yellow brown soil, purple soil, paddy soil
      4.5~8.2 0.4~6.1 47.5~330.0 3.8~112.1 25.0~950.0
      注(Note):MLYR—长江中下游 Middle and lower reaches of Yangtze River. 各地区主要参考文献,东北[3839]、西北[11, 40]、华北[4142]、长江中下游[4344]、东南[4546]、西南[4748] Main references of potato-producing regions used here were, Northeast[3839], Northwest[11, 40], Northcentral[4142], MLYR[4344], Southeast[4546]and Southwest[4748].

      表 1  马铃薯产区试验点气候和土壤特征

      Table 1.  Climate characters and soil properties of experimental sites in different potato-producing regions of China

    • 本文试验数据来源于国际植物营养研究所 (IPNI)1992—2012年间在我国马铃薯种植区开展的117个田间试验,以及采用字段或字段组合 (马铃薯,马铃薯+产量,马铃薯+利用率,等) 在中国知网数据库 (CNKI) 检索的2000—2016年间的407篇中文文献,所有数据均来源于田间试验,且有明确的施肥量和对应的产量结果。IPNI和CNKI来源试验数据样本情况见表2,试验数据点分布如图1所示。

      图  1  马铃薯试验点分布示意图

      Figure 1.  Distribution of experiment sites in different potato-producing regions of China

      数据来源
      Data source
      样本分布 Sample distribution 样本数(n)
      No. of samples
      东北
      Northeast
      西北
      Northwest
      华北
      Northcentral
      长江中下游
      MLYR
      东南
      Southeast
      西南
      Southwest
      CNKI文献
      Literature
      黑龙江 Heilongjiang (24)、吉林Jilin (8)、
      辽宁Liaoning (9)
      甘肃Gansu (42)、
      内蒙古Inner Mongolia (33)、
      宁夏Ningxia (31)、
      青海Qinghai (21)、
      陕西Shaanxi (18)、
      新疆Xinjiang (13)
      河北Hebei (11)、
      山东Shandong (11)、
      山西Shanxi (10)、
      河南Henan (4)
      安徽Anhui (3)、
      浙江Zhejiang (11)、
      湖北Hubei (9)、
      湖南Hunan (4)、
      江西Jiangxi (1)、
      江苏Jiangsu (4)
      福建Fujian (21)、
      广东Guangdong (10)、
      广西Guangxi (12)
      云南Yunnan (14)、
      贵州Guizhou (69)、
      四川Sichuan (10)、
      重庆Chongqing (1)、
      西藏Tibet (3)
      407
      IPNI试验
      Experiment
      黑龙江Heilongjiang (2) 甘肃Gansu (12)、
      内蒙古Inner Mongolia (25)、
      宁夏Ningxia (14)、
      青海Qinghai (26)、
      陕西Shaanxi (1)
      山西Shanxi (7) 湖北Hubei (2) 福建Fujian (5) 云南Yunnan (7)、
      贵州Guizhou (3)、
      四川Sichuan (5)、
      重庆Chongqing (4)
      113
      样本数(n)
      No. of samples
      43 236 43 34 48 116 520
      注(Note):MLYR—长江中下游 top and lower reaches of Yangtze River; CNKI—中国知网数据库 China National Knowledge Infrastructure; IPNI—国际植物营养研究所 International Plant Nutrition Institute; 括号中数字为试验样本数 Figures in parenthesis are the total number of samples.

      表 2  试验数据来源及样本分布

      Table 2.  The experimental data source and sample distribution

      试验处理包括优化施肥处理 (OPT) 以及在OPT处理基础上的不施氮、不施磷和不施钾处理,分别以OPT-N、OPT-P和OPT-K处理表示。OPT处理是基于土壤测试和目标产量 (IPNI来源数据) 或采用其他优化施肥措施处理 (文献来源数据) 下获得最高产量的施肥处理[18],该处理不受任何土壤养分缺乏的限制。

      产量反应为OPT处理产量与缺素处理产量之差,表明施肥的增产效应。施氮、施磷、施钾的产量反应为OPT处理产量分别减去 OPT-N、OPT-P和OPT-K处理产量。

      相对产量由OPT-N、OPT-P和OPT-K处理产量与OPT处理产量比值求得,表明土壤养分供给能力。

      本文肥料利用率分别以养分农学效率、养分回收率和养分偏生产力来表示。养分农学效率是指施入单位养分的作物增产量,由施入某种养分小区与不施入该养分小区的产量差与养分施入量的比值计算所得;养分偏生产力是肥料利用率最简单的表达方法,指施用单位养分的作物产量,主要由施肥区的作物产量与养分施入量的比值求得;养分回收率主要指施入土壤中的肥料养分被当季作物吸收利用的比例,一般定义为施用某种养分与不施用该养分作物养分吸收量之差与养分施用量的比值。

    • 采用Excel进行数据计算和图表绘制,箱形图采用SigmaPlot 10.0软件绘制,试验点分布图采用ArcGIS 10.1绘制,用SPSS 19.0进行方差分析,LSD法检验,处理间不同字母的差异显著性为P < 0.05。

    • 汇总OPT处理可获得产量情况 (图2),我国马铃薯平均产量为29.4 t/hm2 (5.1~70.6 t/hm2),但是变化范围比较大。进一步分析马铃薯不同产区产量结果表明,东北、西北、华北、长江中下游、东南、西南地区马铃薯平均产量分别为37.7 t/hm2 (19.9~52.8 t/hm2)、30.0 t/hm2 (5.1~70.6 t/hm2)、29.8 t/hm2(6.4~54.9 t/hm2)、22.3 t/hm2 (9.7~27.7 t/hm2)、30.5 t/hm2 (16.3~56.8 t/hm2) 和25.9 t/hm2 (7.2~58.4 t/hm2),东北马铃薯产量最高,长江中下游马铃薯产量最低。

      图  2  马铃薯产区优化施肥处理 (OPT) 可获得产量比较

      Figure 2.  Comparison of attainable yield in the optimal treatment (OPT) in different potato-producing regions of China

      产量反应结果显示,马铃薯施用氮、磷和钾肥的产量反应分别为8.6 t/hm2 (0.1~31.3 t/hm2)、5.9 t/hm2 (0.1~29.6 t/hm2) 和6.6 t/hm2 (0~34.6 t/hm2) (图3)。进一步分析马铃薯不同产区施肥效应,东北、西北、华北、长江中下游、东南和西南地区氮肥产量反应 (图3 a)分别为14.7 t/hm2 (4.1~31.1 t/hm2)、6.8 t/hm2 (0.3~31.3 t/hm2)、6.1 t/hm2 (2.1~15.4 t/hm2)、6.0 t/hm2 (2.0~8.8 t/hm2)、9.1 t/hm2(1.8~17.6 t/hm2) 和8.9 t/hm2 (0.1~29.6 t/hm2),相应的磷肥产量反应 (图3 b) 分别为9.0 t/hm2 (3.3~18.8 t/hm2)、4.8 t/hm2 (0.1~27.0 t/hm2)、6.3 t/hm2 (2.0~13.9 t/hm2)、4.0 t/hm2 (1.5~7.1 t/hm2)、4.3 t/hm2 (0.1~14.4 t/hm2) 和7.3 t/hm2 (0.4~29.6 t/hm2),钾肥产量反应分别为 (图3c) 8.6 t/hm2 (4.1~17.7 t/hm2)、5.6 t/hm2 (0~34.6 t/hm2)、7.6 t/hm2 (0.6~18.4 t/hm2)、5.2 t/hm2 (1.0~8.1 t/hm2)、6.1 t/hm2 (0.2~15.1 t/hm2) 和6.7 t/hm2 (0.1~29.6 t/hm2)。以上结果表明,东北施用氮、磷、钾的产量效应最大,华北的施氮产量反应、长江中下游和东南的施磷产量反应和西北的施钾产量反应较低。

      图  3  马铃薯产区OPT处理施氮、磷、钾产量反应

      Figure 3.  Yield response to applied N, P2O5 and K2O in the OPT in different potato-producing regions of China

      表3表明,我国马铃薯产区施氮、磷和钾的相对产量分别为71.0% (15.4%~99.1%)、79.4%(33.1%~99.6%) 和77.2% (29.9%~99.9%) 。进一步分析各区域相对产量结果表明,施氮相对产量平均值以华北最高 (77.6%),其第25%和第75%的相对产量分别为75.1%和85.1%,东北最低 (64.3%),其第25%和第75%的相对产量分别为56.2%和73.4%,西北、长江中下游、东南和西南介于二者之间;施磷相对产量平均值以东南最高 (84.8%),其第25%和第75%的相对产量分别为75.4%和93.1%,西南最低 (71.4%),其第25%和第75%的相对产量分别为61.7%和85.0%,东北、西北、长江中下游和华北介于二者之间;施钾相对产量平均值以西北最高 (82.3%),其第25%和第75%的相对产量分别为75.3%和91.6%,其次为东南、东北、长江中下游,西南,华北最低。以上结果再次证实,相对产量越高,产量反应越低。

      相对产量
      Relative yield
      地区
      Region
      样本数
      No. of smaples
      最小值
      Min.
      最大值
      Max.
      平均值
      Mean
      标准差
      SD
      25%数
      25Q
      50%数
      50Q
      75%数
      75Q
      施氮相对产量Relative yield to N application NE 23 35.6 84.3 64.3 b 14.1 56.2 67.3 73.4
      NW 230 15.4 99.1 76.4 a 12.7 68.1 78.4 85.4
      NC 17 43.4 93.2 77.6 a 14.7 75.1 81.7 85.1
      MLYR 6 43.2 90.8 72.4 ab 17.8 65.9 73.2 86.4
      SE 43 32.7 94.2 68.0 ab 15.6 61.0 68.3 79.3
      SW 93 33.1 98.7 67.4 ab 17.3 55.8 68.9 78.5
      施磷相对产量Relative yield to P application NE 9 59.7 91.9 80.8 ab 10.4 77.4 84.3 89.2
      NW 196 36.7 99.4 82.1 ab 12.0 75.0 85.0 91.2
      NC 15 41.0 95.4 78.2 ab 14.1 76.7 82.8 86.0
      MLYR 4 54.2 93.0 79.0 ab 17.0 76.5 84.5 86.9
      SE 27 55.0 99.6 84.8 a 11.3 75.4 87.4 93.1
      SW 88 33.1 97.7 71.4 b 17.2 61.7 77.3 85.0
      施钾相对产量Relative yield to K application NE 16 50.8 86.4 77.1 ab 8.8 73.4 79.7 82.4
      NW 250 29.9 99.9 82.3 a 12.5 75.3 85.1 91.6
      NC 37 47.8 96.4 73.5 b 12.3 65.6 74.0 83.1
      MLYR 26 55.2 94.5 76.6 ab 10.1 71.1 73.9 86.5
      SE 38 52.9 99.2 80.0 ab 10.7 69.9 82.7 88.9
      SW 125 33.1 99.5 73.9 b 17.8 63.6 78.5 87.5
      注(Note):NE—东北 Northeast; NW—西北 Northwest; NC—华北 Northcentral; MLYR—长江中下游 Middle and lower reaches of Yangtze River; SE—东南 Southeast; SW—西南 Southwest. 数值后不同字母表示同一施肥相对产量不同处理间差异达 5% 显著水平 Values followed by different letters in the same relative yield to application mean significant at 5% level among treatments.

      表 3  马铃薯产区施氮,磷,钾相对产量 (%) 描述统计

      Table 3.  Descriptive statistics of the relative yield (%) to N, P2O5 and K2O application in differentpotato-producing regions of China

    • 汇总得出马铃薯各产区OPT处理氮、磷和钾肥用量分布情况 (图4图6)。总体来讲,我国马铃薯氮、磷和钾肥用量分别为N 164.2 kg/hm2 (27.0~427.5 kg/hm2)、P2O5 100.3 kg/hm2 (18.0~335.8 kg/hm2) 和K2O 188.0 kg/hm2 (22.5~405.0 kg/hm2)。分区结果表明,氮肥用量 (图4) 平均值以东南地区显著高于其他地区 (P < 0.05),其次为华北、西北、西南、东北,长江中下游最低;磷肥用量以东北地区最高 ( 图5),其次为西南和西北,然后是华北和东南,长江中下游最低;钾肥用量平均值以东南地区显著 (P < 0.05) 高于其他地区 ( 图6),其次为西南、华北,然后为长江中下游、东北,西北最低。

      图  4  马铃薯产区OPT处理氮肥施用量分布

      Figure 4.  Frequency distribution of N application rates in the OPT for potato in different potato-producing regions of China

      图  5  马铃薯产区OPT处理磷肥施用量分布

      Figure 5.  Frequency distribution of P2O5 application rates in the OPT for potato in different potato-producing regions of China

      图  6  马铃薯产区OPT处理钾肥施用量分布

      Figure 6.  Frequency distribution of K2O application rates in the OPT for potato in different potato-producing regions of China

    • 分析OPT处理的农学效率情况 (图7),得出我国马铃薯氮(N)、磷(P2O5)和钾素(K2O)农学效率分别为52.2 kg/kg(1.2~207.5 kg/kg)、58.5 kg/kg (0.7~205.3 kg/kg) 和42.3 kg/kg (0.2~232.5 kg/kg)。氮素农学效率以东北最高 (101.6 kg/kg),华北地区最低 (29.2 kg/kg),其他区域处于二者之间 (图7a)。磷素农学效率平均值西南最高 (68.5 kg/kg),其次为东北 (65.9 kg/kg) 、华北 (63.1 kg/kg),再者为长江中下游 (53.6 kg/kg)、西北 (53.4 kg/kg) 、东南 (46.7 kg/kg)(图7b)。钾素农学效率东北最高 (75.8 kg/kg),其次为西北 (48.3 kg/kg),然后是华北 (43.3 kg/kg)、西南 (37.4 kg/kg)、长江中下游 (27.5 kg/kg),东南最低 (21.3 kg/kg)(图7c)。

      图  7  马铃薯产区OPT处理氮、磷、钾素农学效率

      Figure 7.  Agronomic efficiency of applied N, P2O5 and K2O in the OPT in different potato-producing regions of China

      OPT处理养分偏生产力结果表明 (图8),我国马铃薯产区氮(N)、磷(P2O5)和钾素(K2O)偏生产力分别为205.7 kg/kg (25.5~876.7 kg/kg)、339.0 kg/kg (45.7~1360.3 kg/kg) 和209.2 kg/kg (27.2~1038.7 kg/kg)。氮素偏生产力以东北最高 (304.0 kg/kg),然后是长江中下游 (224.7 kg/kg)、西北 (204.9 kg/kg)、西南 (182.4 kg/kg)、华北 (170.8 kg/kg),东南最低 (147.3 kg/kg)(图8a);磷素偏生产力东南最高 (386.6 kg/kg),其次为长江中下游 (370.5 kg/kg),然后是东北 (359.1 kg/kg)、华北 (325.6 kg/kg)、西北 (314.5 kg/kg),最后是西南 (277.8 kg/kg)(图8b);钾素偏生产力其大小顺序分别为东北、西北、华北、西南、长江中下游和东南,其对应的值分别为361.5、281.6、185.8、159.1、149.4和118.0 kg/kg(图8c)。

      图  8  马铃薯产区OPT处理氮、磷、钾素偏生产力

      Figure 8.  Partial factor productivity of applied N, P2O5 and K2O in the OPT in different potato-producing regions of China

      OPT处理养分回收率结果显示 (图9),我国马铃薯产区氮、磷和钾养分回收率分别为36.4% (6.1%~85.6%)、18.5% (0.7%~56.9%) 和27.4% (2.8%~71.1%),氮素养分回收率大小顺序分别为华北、东北、西北、西南、长江中下游和东南,其对应的氮素回收率分别为46.2%、44.6%、35.7%、33.4%、29.4%和29.2% (图9a);磷素养分回收率大小顺序为东南、长江中下游、西南、华北、西北和东北,其对应的磷素养分回收率平均值分别为33.8%、18.9%、15.8%、15.8%、14.6%和10.1% (图9b),华北因缺少数据,无法进行统计分析;钾素养分回收率大小顺序为西北、东南、西南、华北、长江中下游和东北,其对应的钾素养分回收率分别为38.5%、37.9%、34.5%、28.7%、20.2%和4.8%(图9c),东北地区因缺少数据,也没有进行显著性分析。

      图  9  马铃薯产区OPT处理氮、磷、钾素养分回收率

      Figure 9.  Recovery efficiency of applied N, P2O5 and K2O in the OPT in different potato-producing regions of China

    • 作物产量潜力主要受不同水热条件影响,不同区域土壤类型、作物品种和不同养分管理等措施也影响产量潜力的发挥[7, 4950]。本研究表明,我国马铃薯OPT处理可获得产量平均为29.4 t/hm2,高于FAO(2000—2014) 统计的我国马铃薯平均单产15.2 t/hm2[51],主要原因在于本研究产量数据均来自于田间试验优化施肥处理。可见,通过采用优化的养分管理措施能够在农民习惯措施基础上进一步提高马铃薯产量[31, 52]。我国不同马铃薯种植区可获得产量也存在一定差异,如东北马铃薯平均产量显著高于其他地区,长江中下游地区产量最低,这与前人研究结果一致[53]。东北马铃薯产量高的原因主要在于较高的昼夜温差和较长的生育期有利于马铃薯干物质形成,还有较高的机械化生产水平有利于新技术的采用[12, 54],而长江中下游则可能与昼夜温差小、生长周期短有关,此外不同栽培品种和采用的种植技术和轮作体系也影响马铃薯产量潜力的发挥[7, 53, 5556]

      产量反应的高低反映施肥增产效应和养分对产量的限制作用[1718],不同地区作物施肥增产的差异与气候条件、土壤类型、土壤质地、施肥水平和栽培管理措施等因素有关[1920, 5758]。我国马铃薯产量反应平均值大小顺序为氮>磷>钾,表明氮素是马铃薯产量的首要限制因子,这与已有的研究结果一致[18, 59]。研究表明,产量反应与相对产量呈现负线性相关关系[2122]。本研究东北地区施用氮、磷、钾的产量反应最大,华北的施氮产量反应、东南的施磷产量反应和西北的施钾产量反应较低,这与较低的东北氮素相对产量、较高的华北氮素相对产量、较高的东南磷素相对产量和西北钾素相对产量是一致的。产量反应或者相对产量也与施肥量、土壤母质和养分状况关系密切,如东北的氮素产量反应大于东南,与东北的施氮量低于东南地区有关,而西北较低的施钾产量反应和较高的钾素相对产量与土壤含有较高的含钾矿物有关[26]。地区的经济水平[6061]和马铃薯种植模式[57, 62]也影响马铃薯施肥量和施肥产量反应,如东南地区马铃薯经济效益较高[58],为追求马铃薯更大的经济效益,农户通常增加施肥量,因此该区施氮、磷、钾的产量反应总体较低。

    • 农学效率、偏生产力和养分回收率是表达肥料利用率的常用指标,其与产量、施肥量和土壤肥力水平关系最为密切[32, 63]。本文研究结果表明,较高的东北地区氮素农学效率、偏生产力和养分回收率与东北较低的施氮量和较低的相对产量 (代表较低的土壤肥力) 有关,而东南地区较低的氮素农学效率、偏生产力和养分回收率与其较高的施氮量和较高的相对产量有关。此外,肥料利用率还与该地区土壤条件、水分条件、轮作体系和栽培措施等影响产量潜力和养分吸收的因素有关[3, 7, 6465]

    • 我国马铃薯氮、磷和钾产量反应平均分别为8.6、5.9和6.6 t/hm2,氮素是我国马铃薯产量的首要限制因子,东北地区产量和施氮产量反应显著高于其它地区。马铃薯施氮相对产量以华北地区最高,施磷相对产量以东南地区最高,施钾相对产量以西北地区最高。OPT处理下马铃薯氮、磷和钾施用量平均分别为N 164.2 kg/hm2、P2O5 100.3 kg/hm2和K2O 188.0 kg/hm2,东南地区氮和钾施肥量显著高于其他地区,东北地区施氮量和施钾量较低,东北、西南和西北施磷量高于其他地区,长江中下游施磷量最低。马铃薯氮、磷、钾素养分利用率与产量和施肥量关系密切,东北地区因其较低的氮、钾施肥量和较高的产量以及较高的产量反应获得了较高的氮、钾农学效率和偏生产力。东南地区因其较高的氮、钾用量而导致其较低的氮素农学效率和偏生产力以及较低的钾素农学效率和偏生产力。钾素养分回收率规律不明显,可能与养分吸收数据量较小有关。基于马铃薯种植区的产量、施肥量和肥料利用率特征参数,可以有针对性地开展马铃薯分区养分管理。

参考文献 (65)

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