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红壤旱地早熟型马铃薯产量与氮素效率最优施氮量研究

胡志华 徐小林 李大明 胡丹丹 宋慧洁 胡惠文 余喜初

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红壤旱地早熟型马铃薯产量与氮素效率最优施氮量研究

    作者简介: 胡志华 E-mail:hzh218314@yeah.net;
    通讯作者: 余喜初, E-mail:yxchu@126.com
  • 基金项目: 国家重点研发计划项目 (2016YFD0200101)

Optimum N applcation rate for high yield and nitrogen use efficiency of early maturing potato cultivar in red soil

    Corresponding author: YU Xi-chu, E-mail:yxchu@126.com
  • 摘要:   【目的】  研究不同施氮量下马铃薯的干物质积累、产量、氮肥吸收利用,结合土壤中无机氮在不同土层含量的变化,以确定马铃薯产量和氮效率最优、环境风险最低的氮肥施用水平。  【方法】  试验于2018—2019年在南方典型红壤区旱地进行,供试品种荷兰15号为特早熟型马铃薯。氮肥处理包括N 0、60、120、150、180、210、240 kg/hm2共7个水平。于成熟期调查块茎产量和总干物积累量测定氮素含量,同时取0—20、20—40、40—60 cm土层土样,分析铵态氮与硝态氮含量。  【结果】  施氮量显著影响红壤旱地马铃薯产量、干物质积累与氮肥吸收利用。马铃薯块茎产量随施氮量增加先增加后降低,均以N180 kg/hm2处理最高,达26250 kg/hm2 (2018年) 和27915 kg/hm2 (2019年);秸秆氮素积累量随施氮量的增加显著增加,而块茎氮素积累量随施氮量增加先增加后降低,以N 180 kg/hm2处理最高,为97.65 kg/hm2 (2018年) 和101.09 kg/hm2 (2019年)。氮素收获指数以N150 kg/hm2最高,而氮肥农学利用率和氮素回收率均均以N180 kg/hm2达到最高,氮肥偏生产力则随施氮量的增加而显著降低。施氮虽然显著提高土壤中的无机氮含量,不同施氮量对无机氮的含量和分布影响不同。N 150 kg/hm2和N 180 kg/hm2处理增加的铵态氮主要分布在0—20 cm土层,且N 180 kg/hm2处理的铵态氮含量显著高于N 150 kg/hm2,N 150 kg/hm2处理又显著高于其他处理;而N210 kg/hm2和N240 kg/hm2处理增加的铵态氮主要分布在20—60 cm 土层,其铵态氮含量显著高于其他处理,其他处理间没有显著差异;在施N 0—180 kg/hm2范围内没有增加土层中的硝态氮含量,N 210 kg/hm2和N 240 kg/hm2处理显著增加了20—60 cm土层硝态氮含量。从无机氮总量看,N 180 kg/hm2处理可显著增加0—20 cm土层的无机氮总量,而N 210 kg/hm2处理,特别是N 240 kg/hm2处理则显著提高了20—60 cm土层的无机氮含量。  【结论】  极早熟型马铃薯适宜的氮肥用量范围较窄,过低或者过高都会显著降低其经济产量、氮素收获指数和农学效率。在红壤条件下,施用N 180 kg/hm2可以显著增加0—20 cm土层中的铵态氮和无机氮含量,而不会增加20 cm以下土层的无机氮含量,超过此用量,则会显著增加土壤无机氮的向下迁移。因此,红壤旱地极早熟型马铃薯品种的适宜施氮水平为N 180 kg/hm2
  • 图 1  施氮量对红壤旱地马铃薯产量的关系

    Figure 1.  Relationship between N rate and potato uber yield in 2018 and 2019

    图 2  施氮量对红壤旱地马铃薯干物质积累的影响

    Figure 2.  Effect of nitrogen application rate on potato dry bioamss in red soil

    图 3  不同施氮量下红壤0—60 cm土层的无机氮含量

    Figure 3.  Mineral nitrogen content in 0-60 cm layer of red soil affected by N application rate

    表 1  不同施氮量下马铃薯氮素含量 (%) 积累量 (kg/hm2)

    Table 1.  The N content (%) and accumulation amount (kg/hm2) of potato under different nitrogen application rates

    年份
    Year
    氮水平
    N rate
    (N kg/hm2)
    秸秆 Staw块茎 Tuber总氮积累
    Total N accumulation amount
    (kg/hm2)
    氮素含量 (%)
    N content
    氮素积累量 (kg/hm2)
    N accumulation amount
    氮素含量 (%)
    N content
    氮素积累量 (kg/hm2)
    N accumulation amount
    201801.64 ± 0.08 d25.40 ± 2.05 bc0.80 ± 0.08 e33.59 ± 3.47 e58.98 ± 5.40 e
    601.97 ± 0.19 c30.10 ± 4.32 b1.01 ± 0.04 d48.51 ± 3.66 d78.62 ± 6.70 d
    1202.21 ± 0.17 c23.03 ± 4.04 c1.15 ± 0.11 d66.83 ± 3.73 c89.86 ± 7.74 cd
    1502.29 ± 0.12 c15.56 ± 0.49 c1.28 ± 0.08 cd86.75 ± 5.87 b102.31 ± 6.36 c
    1802.78 ± 0.25 b25.29 ± 1.90 bc1.36 ± 0.04 bc97.65 ± 1.12 a122.94 ± 2.94 b
    2103.32 ± 0.28 ab39.96 ± 2.85 a1.39 ± 0.05 ab90.98 ± 3.86 ab130.95 ± 5.98 b
    2403.49 ± 0.19 a46.75 ± 3.77 a1.52 ± 0.08 a90.72 ± 8.21 ab137.46 ± 6.14 a
    201901.57 ± 0.06 f22.71 ± 0.63 d0.85 ± 0.06 e38.56 ± 3.61 d61.28 ± 3.11 e
    601.80 ± 0.16 e25.36 ± 3.05 d0.90 ± 0.07 de48.05 ± 5.09 d73.41 ± 2.95 d
    1202.01 ± 0.23 de24.10 ± 4.68 d1.01 ± 0.10 cd64.23 ± 9.35 c88.33 ± 10.04 c
    1502.16 ± 0.11 cd21.25 ± 3.11 d1.10 ± 0.06 c80.30 ± 5.26 b101.55 ± 7.96 b
    1802.46 ± 0.19 c31.24 ± 2.77 c1.29 ± 0.03 b101.09 ± 4.51 a132.33 ± 7.23 a
    2102.77 ± 0.07 b42.67 ± 1.47 b1.40 ± 0.08 ab93.85 ± 5.78 ab136.52 ± 11.98 a
    2403.17 ± 0.18 a49.76 ± 4.92 a1.46 ± 0.12 a90.66 ± 5.53 ab140.42 ± 14.41 a
    注(Note):同列数据后不同小写字母表示在同一年份处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different small letters indicate significant differencec among treatments in the same year (P < 0.05).
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    表 2  不同施氮量处理下马铃薯氮肥利用率

    Table 2.  Nitrogen useefficiency of potato under different N application rates

    年份 Year氮水平 N rate (N kg/hm2)氮素收获指数 NHI氮肥偏生产力 PFP-N (kg/kg)氮肥农学效率 AEN (kg/kg)氮素回收率 REN (%)
    201800.569 ± 0.011 e
    600.618 ± 0.030 de323.9 ± 30.6 a49.31 ± 1.77 b22.72 ± 2.94 d
    1200.745 ± 0.024 b188.3 ± 12.0 b50.56 ± 2.33 ab25.73 ± 2.32 cd
    1500.848 ± 0.005 a159.6 ± 5.2 c53.23 ± 1.08 ab28.88 ± 2.31 bc
    1800.794 ± 0.011 ab145.8 ± 7.4 d57.97 ± 3.14 a35.53 ± 4.61 a
    2100.695 ± 0.012 cd120.3 ± 5.5 e41.55 ± 3.32 c34.27 ± 1.49 a
    2400.659 ± 0.036 d90.8 ± 8.0 f22.90 ± 2.78 d32.70 ± 3.11 ab
    201900.628 ± 0.027 e
    600.654 ± 0.048 de339.9 ± 27.0 a50.35 ± 1.28 b20.23 ± 4.25 d
    1200.727 ± 0.049 bc189.8 ± 8.5 b52.36 ± 1.76 b22.54 ± 1.89 d
    1500.791 ± 0.017 a168.9 ± 5.9 b55.47 ± 2.67 ab26.85 ± 4.39 cd
    1800.764 ± 0.009 ab155.1 ± 5.3 b59.21 ± 3.83 a39.57 ± 2.08 a
    2100.686 ± 0.019 cd119.4 ± 7.7 c39.55 ± 4.17 c35.83 ± 2.04 ab
    2400.646 ± 0.004 e103.7 ± 3.8 d32.84 ± 2.29 d32.98 ± 1.82 bc
    注(Note):NHI—Nitrogen harvest index; PFP-N—Nitrogen partial factor productivity; AEN—Agronomic nitrogen efficiency; REN—Ntrogen recovery efficiency. 同列数据后不同小写字母表示在同一年份处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different small letters indicate significant differencec among treatments in the same year (P < 0.05).
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  • 收稿日期:  2020-08-07

红壤旱地早熟型马铃薯产量与氮素效率最优施氮量研究

    作者简介:胡志华 E-mail:hzh218314@yeah.net
    通讯作者: 余喜初, yxchu@126.com
  • 江西省红壤研究所/江西省红壤耕地保育重点实验室南昌 331717
  • 基金项目: 国家重点研发计划项目 (2016YFD0200101)
  • 摘要:   【目的】  研究不同施氮量下马铃薯的干物质积累、产量、氮肥吸收利用,结合土壤中无机氮在不同土层含量的变化,以确定马铃薯产量和氮效率最优、环境风险最低的氮肥施用水平。  【方法】  试验于2018—2019年在南方典型红壤区旱地进行,供试品种荷兰15号为特早熟型马铃薯。氮肥处理包括N 0、60、120、150、180、210、240 kg/hm2共7个水平。于成熟期调查块茎产量和总干物积累量测定氮素含量,同时取0—20、20—40、40—60 cm土层土样,分析铵态氮与硝态氮含量。  【结果】  施氮量显著影响红壤旱地马铃薯产量、干物质积累与氮肥吸收利用。马铃薯块茎产量随施氮量增加先增加后降低,均以N180 kg/hm2处理最高,达26250 kg/hm2 (2018年) 和27915 kg/hm2 (2019年);秸秆氮素积累量随施氮量的增加显著增加,而块茎氮素积累量随施氮量增加先增加后降低,以N 180 kg/hm2处理最高,为97.65 kg/hm2 (2018年) 和101.09 kg/hm2 (2019年)。氮素收获指数以N150 kg/hm2最高,而氮肥农学利用率和氮素回收率均均以N180 kg/hm2达到最高,氮肥偏生产力则随施氮量的增加而显著降低。施氮虽然显著提高土壤中的无机氮含量,不同施氮量对无机氮的含量和分布影响不同。N 150 kg/hm2和N 180 kg/hm2处理增加的铵态氮主要分布在0—20 cm土层,且N 180 kg/hm2处理的铵态氮含量显著高于N 150 kg/hm2,N 150 kg/hm2处理又显著高于其他处理;而N210 kg/hm2和N240 kg/hm2处理增加的铵态氮主要分布在20—60 cm 土层,其铵态氮含量显著高于其他处理,其他处理间没有显著差异;在施N 0—180 kg/hm2范围内没有增加土层中的硝态氮含量,N 210 kg/hm2和N 240 kg/hm2处理显著增加了20—60 cm土层硝态氮含量。从无机氮总量看,N 180 kg/hm2处理可显著增加0—20 cm土层的无机氮总量,而N 210 kg/hm2处理,特别是N 240 kg/hm2处理则显著提高了20—60 cm土层的无机氮含量。  【结论】  极早熟型马铃薯适宜的氮肥用量范围较窄,过低或者过高都会显著降低其经济产量、氮素收获指数和农学效率。在红壤条件下,施用N 180 kg/hm2可以显著增加0—20 cm土层中的铵态氮和无机氮含量,而不会增加20 cm以下土层的无机氮含量,超过此用量,则会显著增加土壤无机氮的向下迁移。因此,红壤旱地极早熟型马铃薯品种的适宜施氮水平为N 180 kg/hm2

    English Abstract

    • 马铃薯 (Solanum tuberosum L.) 由于其易于种植、产量高、营养价值丰富等优点,与水稻、小麦、玉米并称为四大粮食作物。南方红壤旱地面积广阔,约占我国国土面积的21%,该区光热资源充沛,水资源丰富,具有巨大的生产潜力,是我国重要的农林牧生产基地[1-2],对在我国社会经济发展与粮食安全等方面发挥着十分重要的作用。然而,冬季红壤旱地多以撂荒为主,一定程度上造成了土地资源的浪费。因此,红壤旱地冬春季种植马铃薯不仅可显著提高红壤旱地复种指数,提高土地利用,还对农民增产增收,保障粮食安全具有重要意义。

      氮肥是保障作物生长最重要的营养元素之一,氮肥对作物产量形成贡献为40%~50%[3-4]。然而,自改革开放以来我国氮肥用量长期处于过量施用状态,氮肥当季利用率仅为30%左右,大量的氮肥通过挥发、淋溶、径流、脱氮作用等途径流失[5-8]。氮肥不合理利用不仅造成资源的浪费,还对生态环境产生巨大风险。因此,开展马铃薯合理施肥与限量研究对于保障马铃薯高产与养分高效利用以及降低环境风险等方面具有重要意义。前人在马铃薯合理施肥等方面开展了大量的研究,深入剖析了马铃薯生长、养分吸收利用对施肥响应特征[9-12]。然而,诸多研究报道主要关注于西北、西南等马铃薯主产区养分高效利用,而关于南方红壤区马铃薯合理施肥与限量研究较少。而南方红壤旱地与西北、西南等马铃薯主产区气候特征与土壤特性等方面存在显著差异。鉴此,本研究以红壤旱地马铃薯为研究对象,通过开展施氮梯度试验,探究红壤旱地马铃薯生长、产量和养分吸收利用对施氮量的响应机制,以期为红壤旱地马铃薯合理施肥与限量提供必要的理论支撑。

      • 试验于2018—2019年在江西省南昌市进贤县江西省红壤研究所试验基地 (28°34′,116°11′) 进行。试验点属中亚热带季风气候,年均降雨量1727 mm,年蒸发量1100 mm。年均气温17.7℃ ~18.5℃,最冷月 (1月) 平均气温为4.6℃,最热月 (7月) 平均气温为28.0℃~29.8℃。海拔高度25~30 m,为典型的低丘陵红壤地区。

      • 试验地土壤有机质含量19.46 g/kg、全氮0.95 g/kg、全磷0.66 g/kg、全钾10.33 g/kg,碱解氮110 mg/kg、有效磷51.4 mg/kg、速效钾65 mg/kg、pH 4.92。供试马铃薯品种为荷兰15号,属于极早熟品种,生育期在60天左右,具有株型直立繁茂,分枝少,生长势强,块茎膨大速度快,休眠期短,耐贮藏等优点,在国内各地均可种植。2018年试验于2月20日播种、5月5日收获,2019年于3月22日播种、5月18日收获,采用垄作栽培,种植行株距为50 cm × 30 cm。

      • 试验设7个施氮水平为:N 0、60、120、150、180、210、240 kg/hm2,分别表示为N0、N60、N120、N150、N180、N210、N240,每个处理重复3次,随机区组排列,小区面积20 m2。供试氮肥为尿素 (N 46%),分别于播种期、苗期、块茎形成期,按重量比6∶2∶2分配氮肥用量施基施和追施。供试磷肥为钙镁磷肥 (P2O5 12%),施用量为P2O5 65 kg/hm2,全作基施;供试钾肥为硫酸钾 (K2O 60%),施用量为K2O 116 kg/hm2,一半基施一半于苗期追施。其他各项田间管理一致。

      • 于成熟期各小区取代表性植株12株,挖取马铃薯块茎称重计算产量。

      • 于成熟期各小区取代表性植株3株,按块茎与地上部分开取样,置于105℃下杀青30 min,85℃下烘干,测干物重。

      • 将烘干植株和块茎样品粉碎过0.2 mm筛,用H2SO4-H2O2法420℃消化2 h,用半微量凯氏定氮法测含氮量[13]

      • 于成熟期每小区随机选取5个样点取0—20 cm、20—40 cm和40—60 cm土样,分别采用环刀法测定土壤容重,苯酚-次氯酸盐比色法和紫外分光光度法测定氨态氮与硝态氮含量[13]

      • 1) 氮素收获指数=块茎氮素积累量/总氮积累量;

        2) 氮素农学利用率 (kg/kg) = (施氮区产量 − 不施氮区产量) /施氮量;

        3) 氮肥回收率 = (施氮区氮累积量 - 不施氮区氮累积量) /施氮量 × 100%;

        4) 氮肥偏生产力 (kg/kg) = 施氮区产量/施氮量。

      • 数据采用SAS9.3软件进行分析,并采用Origin 9.0软件绘图。

      • 施氮量显著影响红壤旱地马铃薯产量 (图1)。红壤旱地马铃薯产量随施氮量的增加先增加后降低,两年均以施氮量N 180 kg/hm2处理表现最佳,分别为26250 kg/hm2 (2018年) 和27915 kg/hm2 (2019年)。通过回归分析发现,马铃薯产量与施氮量呈二次曲线关系,拟合方程计算出理论最佳产量所对应的施氮量为N 178.7 kg/hm2 (2018年) 和205.4 kg/hm2 (2019年)。

        图  1  施氮量对红壤旱地马铃薯产量的关系

        Figure 1.  Relationship between N rate and potato uber yield in 2018 and 2019

      • 施氮量显著影响红壤旱地马铃薯干物质积累 (图2)。在施N 0~180 kg/hm2区间内,马铃薯秸秆干物重随施氮量增加显著降低,当施氮量在N 180~240 kg/hm2区间内则显著增加。块茎干物重和总干物重在施氮量N 0~180 kg/hm2内随施氮量的增加先显著增加,在N 180~240 kg/hm2内随施氮量的增加而降低。马铃薯收获指数随施氮量变化趋势与总干物变化趋势一致,其最高收获指数所对应施氮量为N 150 kg/hm2 (2018年) 和N 180 kg/hm2 (2019年)。

        图  2  施氮量对红壤旱地马铃薯干物质积累的影响

        Figure 2.  Effect of nitrogen application rate on potato dry bioamss in red soil

      • 施氮量显著影响红壤旱地马铃薯氮素吸收 (表1)。秸秆含氮量均随施氮量增加而增加,氮肥每增加10 kg/hm2,秸秆氮含量增加0.063~0.078个百分点;块茎氮素积累随施氮量增加先增加后降低,在施氮量180 kg/hm2时达到峰值,2018年为 97.65 kg/hm2,2019年为101.09 kg/hm2。总氮积累量也随施氮量的增加而显著增加。

        表 1  不同施氮量下马铃薯氮素含量 (%) 积累量 (kg/hm2)

        Table 1.  The N content (%) and accumulation amount (kg/hm2) of potato under different nitrogen application rates

        年份
        Year
        氮水平
        N rate
        (N kg/hm2)
        秸秆 Staw块茎 Tuber总氮积累
        Total N accumulation amount
        (kg/hm2)
        氮素含量 (%)
        N content
        氮素积累量 (kg/hm2)
        N accumulation amount
        氮素含量 (%)
        N content
        氮素积累量 (kg/hm2)
        N accumulation amount
        201801.64 ± 0.08 d25.40 ± 2.05 bc0.80 ± 0.08 e33.59 ± 3.47 e58.98 ± 5.40 e
        601.97 ± 0.19 c30.10 ± 4.32 b1.01 ± 0.04 d48.51 ± 3.66 d78.62 ± 6.70 d
        1202.21 ± 0.17 c23.03 ± 4.04 c1.15 ± 0.11 d66.83 ± 3.73 c89.86 ± 7.74 cd
        1502.29 ± 0.12 c15.56 ± 0.49 c1.28 ± 0.08 cd86.75 ± 5.87 b102.31 ± 6.36 c
        1802.78 ± 0.25 b25.29 ± 1.90 bc1.36 ± 0.04 bc97.65 ± 1.12 a122.94 ± 2.94 b
        2103.32 ± 0.28 ab39.96 ± 2.85 a1.39 ± 0.05 ab90.98 ± 3.86 ab130.95 ± 5.98 b
        2403.49 ± 0.19 a46.75 ± 3.77 a1.52 ± 0.08 a90.72 ± 8.21 ab137.46 ± 6.14 a
        201901.57 ± 0.06 f22.71 ± 0.63 d0.85 ± 0.06 e38.56 ± 3.61 d61.28 ± 3.11 e
        601.80 ± 0.16 e25.36 ± 3.05 d0.90 ± 0.07 de48.05 ± 5.09 d73.41 ± 2.95 d
        1202.01 ± 0.23 de24.10 ± 4.68 d1.01 ± 0.10 cd64.23 ± 9.35 c88.33 ± 10.04 c
        1502.16 ± 0.11 cd21.25 ± 3.11 d1.10 ± 0.06 c80.30 ± 5.26 b101.55 ± 7.96 b
        1802.46 ± 0.19 c31.24 ± 2.77 c1.29 ± 0.03 b101.09 ± 4.51 a132.33 ± 7.23 a
        2102.77 ± 0.07 b42.67 ± 1.47 b1.40 ± 0.08 ab93.85 ± 5.78 ab136.52 ± 11.98 a
        2403.17 ± 0.18 a49.76 ± 4.92 a1.46 ± 0.12 a90.66 ± 5.53 ab140.42 ± 14.41 a
        注(Note):同列数据后不同小写字母表示在同一年份处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different small letters indicate significant differencec among treatments in the same year (P < 0.05).

        施氮量显著影响红壤旱地马铃薯氮素利用 (表2)。氮素收获指数随施氮量增加先增加后降低,其中以施氮N 150 kg/hm2处理最高;氮肥偏生产力随施氮量增加显著降低;氮肥农学利用率和氮素回收率均随施氮量增加先提高后降低,均在施氮N 180 kg/hm2处理达到最高,2018年和2019年最高农学效率分别为57.97 kg/kg和59.21 kg/kg,最大氮素回收率分别为35.53% (2018年)、39.57% (2019年)。

        表 2  不同施氮量处理下马铃薯氮肥利用率

        Table 2.  Nitrogen useefficiency of potato under different N application rates

        年份 Year氮水平 N rate (N kg/hm2)氮素收获指数 NHI氮肥偏生产力 PFP-N (kg/kg)氮肥农学效率 AEN (kg/kg)氮素回收率 REN (%)
        201800.569 ± 0.011 e
        600.618 ± 0.030 de323.9 ± 30.6 a49.31 ± 1.77 b22.72 ± 2.94 d
        1200.745 ± 0.024 b188.3 ± 12.0 b50.56 ± 2.33 ab25.73 ± 2.32 cd
        1500.848 ± 0.005 a159.6 ± 5.2 c53.23 ± 1.08 ab28.88 ± 2.31 bc
        1800.794 ± 0.011 ab145.8 ± 7.4 d57.97 ± 3.14 a35.53 ± 4.61 a
        2100.695 ± 0.012 cd120.3 ± 5.5 e41.55 ± 3.32 c34.27 ± 1.49 a
        2400.659 ± 0.036 d90.8 ± 8.0 f22.90 ± 2.78 d32.70 ± 3.11 ab
        201900.628 ± 0.027 e
        600.654 ± 0.048 de339.9 ± 27.0 a50.35 ± 1.28 b20.23 ± 4.25 d
        1200.727 ± 0.049 bc189.8 ± 8.5 b52.36 ± 1.76 b22.54 ± 1.89 d
        1500.791 ± 0.017 a168.9 ± 5.9 b55.47 ± 2.67 ab26.85 ± 4.39 cd
        1800.764 ± 0.009 ab155.1 ± 5.3 b59.21 ± 3.83 a39.57 ± 2.08 a
        2100.686 ± 0.019 cd119.4 ± 7.7 c39.55 ± 4.17 c35.83 ± 2.04 ab
        2400.646 ± 0.004 e103.7 ± 3.8 d32.84 ± 2.29 d32.98 ± 1.82 bc
        注(Note):NHI—Nitrogen harvest index; PFP-N—Nitrogen partial factor productivity; AEN—Agronomic nitrogen efficiency; REN—Ntrogen recovery efficiency. 同列数据后不同小写字母表示在同一年份处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different small letters indicate significant differencec among treatments in the same year (P < 0.05).
      • 与不施氮相比,施氮显著提高了0—20 cm土层的铵态氮含量。不同氮处理间,以N 180 kg/hm2处理的最高,其次为N 150 kg/hm2,显著高于其它处理。在20—40 cm和40—60 cm土层,铵态氮含量最高的处理依次为N 240 kg/hm2和N 210 kg/hm2,显著高于其他处理,而其他处理间没有显著差异。表明当施氮量在N 180 kg/hm2以下,氮素大多残留在0—20 cm 土层,超过这个用量,铵态氮的下移就十分显著。

      • 施氮量低于N 180 kg/hm2对0—60 cm土层的硝态氮含量没有显著的影响,施N 210 kg/hm2可显著增加20—40 cm土层的硝态氮含量,而施N 240 kg/hm2可显著增加0—60 cm土层的硝态氮含量。

      • 施氮量超过N 150 kg/hm2即可显著增加0—20 cm土层的无机氮含量,且以施N 180 kg/hm2处理的含量最高;施氮量为N 210 kg/hm2和N 240 kg/hm2时才可显著增加20—40 cm和40—60 cm土层的总无机氮含量。因此,施N 180 kg/hm2可以最有效地提高耕层土壤的无机氮含量,而不会导致大量无机氮的进一步向下迁移,环境风险较小 (图3)。

        图  3  不同施氮量下红壤0—60 cm土层的无机氮含量

        Figure 3.  Mineral nitrogen content in 0-60 cm layer of red soil affected by N application rate

      • 氮是生命元素,对作物生长与产量形成具有决定性的作用,也是影响马铃薯产量与品质的重要因素。本研究结果表明,红壤旱地马铃薯产量与施氮量呈二次曲线关系,一定范围内施氮量增加可显著提高红壤旱地马铃薯产量,施氮量过高马铃薯产量降低,这与黄继川等[15-18]研究结果类似。此外,前人在马铃薯氮肥合理施用方面做了许多研究,黑龙江适宜施氮量为N 135 kg/hm2[11],云南省为N 150 kg/hm2[19],本研究最高产量对应的最佳施氮量为N 180 kg/hm2。这可能是由于不同种植区域气候及土壤类型所引起,其具体影响机制尚需进一步深入研究。在干物质积累方面,红壤旱地马铃薯块茎与总干物质重量变化趋势与产量一致,而秸秆干物质随施氮量先降低后增加这可能与马铃薯后期叶片凋零以及合理施肥促进秸秆干物质向块茎转移有关。

      • 我国是马铃薯生产大国,然而我国马铃薯产量与氮肥利用水平均与欧美等发达国家存在明显差距[21],长期过量不合理施肥使得我国马铃薯氮肥利用率下降了近40%[22]。合理施肥不仅是马铃薯高产的保障,还促进了氮肥的高效吸收与利用。本研究结果表明随着施氮量的增加,块茎与秸秆中含氮量均增加,秸秆氮素积累也呈现这一趋势,块茎中氮素积累与产量趋势一致,这与相关的研究[10-11, 20]较为一致。由于秸秆干物质与块茎相差较大,秸秆氮素积累量随施氮量增加而增加,块茎积累量变化趋势与产量保持一致,有关的文献[10-11, 16, 23]也取得了类似的结论,也有研究表明成熟期马铃薯块茎氮素积累量随施氮量增加而增加[14],这差异可能是由于不同产区土壤类型、品种或相关研究设置的施氮梯度区间等因素所引起,其具体机制需进一步研究分析。在氮素利用方面,本研究发现氮素收获指数、氮肥农学利用率和氮素回收率均随施氮量增加先增加后降低,这与蔡明等[23]研究结果基本一致,表明合理施氮可促进红壤旱地马铃薯对氮素的吸收,并促进了秸秆中氮素向块茎转移,提高了氮肥的利用率。同时,本研究还发现随着施氮量的增加马铃薯氮肥偏生产力显著下降,这与有关的文献[18, 20, 21]结果一致,这表明降低施氮量可提升氮肥偏生产力,但不利于获取最佳的经济收益,针对我国当下粮食生产与经济形式,在保障产量的前提先合理施氮才能保障氮肥高效利用。因此,本研究条件下施氮N 150~180 kg/hm2可保障红壤旱地马铃薯高产与氮肥高效利用。

      • 土壤无机氮是作物可直接吸收的氮形态,主要为铵态氮和硝态氮,是评价土壤养分的重要因素,同时土壤硝态氮含量过高又会对环境产生巨大危害[24-25]。土壤无机氮受诸多因素影响,施氮是造成其增加主要原因[26],施用氮肥显著影响土壤氮素矿化,并具有显著的激发效应[27-28]。本研究表明,施氮量大于N150 kg/hm2时土壤无机氮和硝态氮均显著增加,这与化党领等[29]研究类似,同时也验证了Johnson等[30-32]超过土壤-作物缓冲力后施氮会显著促进土壤无机氮的积累。此外,通过分析不同土层无机氮分布情况发现,虽然过量施氮0—60 cm土层硝态氮总量降低,但显著提高了深层土壤 (20—60 cm) 硝态氮含量,这与赵俊晔等[33]研究结果类似。表明过量施用氮肥会引起土壤无机氮尤其是硝态氮的累积,还促进了硝态氮向下淋溶的过程。

      • 极早熟型马铃薯适宜的氮肥用量范围较窄,过低或者过高都会显著降低其经济产量、氮素收获指数和农学效率。在供试红壤条件下,施用N 180 kg/hm2可以显著增加0—20 cm土层中的铵态氮和无机氮含量,而20 cm以下土层的无机氮含量,超过此用量,则会显著增加土壤无机氮的向下迁移。因此,红壤旱地极早熟型马铃薯品种的适宜施氮水平为N 180 kg/hm2

    参考文献 (33)
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