摘 要 為降低馬鈴薯基質(zhì)栽培過程中化學(xué)氮肥的用量，采用盆栽方式，以稻麥秸稈為基質(zhì)，針對化肥中的N素，用羊糞有機肥進行了有機替代，替代比例分別為0%（T0）、25%（T25）、50%（T50）、75%（T75）、100%（T100）。結(jié)果表明：1）隨著替代比例的增加，馬鈴薯產(chǎn)量、莖粗、主莖數(shù)、結(jié)薯數(shù)、氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥農(nóng)學(xué)利用率均呈現(xiàn)先上升后下降的變化趨勢。2）替代比例為25%時，其產(chǎn)量、群體質(zhì)量及氮素利用率表現(xiàn)為最佳，且與常規(guī)化肥不替代處理之間無顯著差異性（p＞0.05）。3）馬鈴薯產(chǎn)量、氮肥農(nóng)學(xué)利用率與N素有機替代比例均呈顯著的線性關(guān)系（y=-0.016 6x2+0.546 2x+232.39，R2=0.995 3；y=-0.015 1x2+0.532 6x+156.2，R2=0.925 2），以此反演可獲得馬鈴薯最高產(chǎn)量和氮肥農(nóng)學(xué)利用率的有機替代比例分別為16.45%和17.63%。4）結(jié)合生產(chǎn)的實用性和經(jīng)濟性，建議在馬鈴薯生產(chǎn)過程中，以稻麥秸稈為基質(zhì)進行無土栽培條件時，化學(xué)氮肥的有機替代比例控制在17%左右為宜。

關(guān)鍵詞 馬鈴薯；氮肥；稻麥秸稈基質(zhì)；有機替代

中圖分類號：S532 文獻標(biāo)志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2024.13.015

馬鈴薯（Solanum tuberosum）為茄科茄屬1年生草本植物，生長周期短、單位面積產(chǎn)量高，富含淀粉、蛋白質(zhì)、維生素和礦物質(zhì)，生長適應(yīng)性廣，是繼玉米、水稻、小麥之后的世界第四大糧食作物，也是蔬菜兼用作物。據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）統(tǒng)計，截至2021年，我國馬鈴薯種植面積及總產(chǎn)量均為世界第一[1]。但馬鈴薯忌連作，長期連作栽培會造成土壤中化感物質(zhì)的積累，如鄰苯二甲酸二異丁酯和順式-14-二十九烯，從而導(dǎo)致微生物群落結(jié)構(gòu)的失衡而引起連作障礙[2]。

近年來，隨著馬鈴薯無土栽培技術(shù)的發(fā)展，土壤連作障礙得到有效緩解，并促進了種薯及其產(chǎn)品的高效生產(chǎn)[3-7]。呂典秋等[8]、趙海紅等[9]研究發(fā)現(xiàn)，采用蛭石與草炭等混合基質(zhì)栽培能有效提高馬鈴薯的成活率、產(chǎn)量及品質(zhì)，但蛭石和草炭等價格相對較高，增加了馬鈴薯的生產(chǎn)成本。為降低馬鈴薯生產(chǎn)成本，許多學(xué)者利用當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的廢棄有機物料開發(fā)了新型馬鈴薯栽培基質(zhì)。例如，蘇麗影等[10]、李嬌[11]研究發(fā)現(xiàn)玉米秸稈替代草炭和蛭石，既滿足馬鈴薯生長發(fā)育，也較好地降低了馬鈴薯生產(chǎn)成本，為馬鈴薯基質(zhì)栽培產(chǎn)業(yè)化的高產(chǎn)高效發(fā)展提供了成功經(jīng)驗與做法。

馬鈴薯生長期短、產(chǎn)量高，需要的外源養(yǎng)分投入量也較大[12]，種植過程中時有過量使用化肥（尤其是化學(xué)氮肥）的情況，由此產(chǎn)生的環(huán)境污染問題越來越引起人們的關(guān)注[13]。為了有效降低環(huán)境風(fēng)險、提高養(yǎng)分利用率，自2015年開始，我國農(nóng)業(yè)農(nóng)村部提出了《到2020年化肥使用量零增長行動方案》，并在果、菜、茶等作物上組織實施了有機肥替代化肥的工作試點，取得了顯著成效。但現(xiàn)有的化肥有機替代技術(shù)主要側(cè)重于傳統(tǒng)的農(nóng)田土壤栽培[14-16]，關(guān)于基質(zhì)栽培結(jié)合化肥減量的技術(shù)探討尚不多見。為此，本試驗研究了以秸稈為基質(zhì)進行無土栽培時，在相同純氮施用量基礎(chǔ)上，化學(xué)氮肥有機替代比例對馬鈴薯生長、產(chǎn)量和氮肥利用效率的影響，以期為降低馬鈴薯無土栽培過程中化學(xué)氮肥用量、提高氮素利用率提供實踐案例與數(shù)據(jù)支撐。

1" 材料與方法

1.1" 試驗點概況

試驗于2023年8—12月在江蘇省蘇州市夢享家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司試驗基地設(shè)施連棟大棚內(nèi)進行，試驗基地以設(shè)施蔬菜生產(chǎn)為主。

1.2" 試驗材料

1）供試有機肥。供試有機肥為羊糞有機肥，N、P2O5、K2O含量分別為2.3%、1.2%、2.8%，含水量為43%，購自湖州紫豐生態(tài)農(nóng)業(yè)有限公司。

2）供試化肥。供試化肥為單質(zhì)肥料，分別為尿素（N含量46%）、過磷酸鈣（P2O5含量12.5%）及硫酸鉀（K2O含量60%），均購自江蘇華昌化工股份有限公司。

3）供試基質(zhì)配方及處理制作方式。供試基質(zhì)由蘇州市農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究中心自主研發(fā)。具體方法：先將稻麥秸稈按1～2 cm長度粉碎及揉絲，再將秸稈粉碎物料與藍(lán)藻按質(zhì)量1∶1.2混合，并調(diào)節(jié)堆肥體含水量至65%左右，進行高溫好氧發(fā)酵40 d左右，其間若堆肥超過65 ℃則翻堆或每隔7～10 d翻堆1次，再進行集中堆制后熟60～90 d，最后粉碎過篩備用。

1.3" 試驗設(shè)計

試驗采用盆栽方式，在相同氮肥投入量條件下（12 kg/667 m2），以不施肥為對照（CK），針對化學(xué)氮肥設(shè)計了5個梯度的有機替代處理：替代0%（T0）、替代25%（T25）、替代50%（T50）、替代75%（T75）、替代100%（T100），每個處理重復(fù)10次。單施化學(xué)氮肥處理，磷肥為過磷酸鈣，施用量為8 kg/667 m2；鉀肥為硫酸鉀，施用量為5 kg/667 m2，有機替代后，磷、鉀肥不足部分均以化學(xué)磷鉀肥補足。馬鈴薯種植采用薯塊移栽，單個盆栽移栽1個薯塊。盆栽容器為直徑30 cm、高度30 cm的立體栽培盆；供試馬鈴薯品種為當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)栽培品種，水肥管理方式同常規(guī)生產(chǎn)。各處理肥料具體用量見表1。

1.4" 測定指標(biāo)與方法

在馬鈴薯成熟期，測定各處理馬鈴薯植株的株高與莖粗，其中馬鈴薯株高采用米尺測量植株莖基部到頂部高度，莖粗采用游標(biāo)卡尺測量莖基部直徑，同時調(diào)查各處理馬鈴薯主莖數(shù)量。在馬鈴薯成熟期，以盆為單位統(tǒng)計各處理馬鈴薯單盆結(jié)薯數(shù)量及產(chǎn)量。具體操作步驟：將基質(zhì)栽培盆中的馬鈴薯全部倒出，先清理掉根系的基質(zhì)，再計算每盆馬鈴薯的數(shù)量，最后進行稱重。按以下公式計算馬鈴薯氮肥偏生產(chǎn)力與氮肥農(nóng)學(xué)利用率，其中：

氮肥偏生產(chǎn)力（kg·kg-1）=施氮處理產(chǎn)量/純氮施用量

氮肥農(nóng)學(xué)利用率（kg·kg-1）=（施氮區(qū)產(chǎn)量?不施氮肥區(qū)產(chǎn)量）/純氮施用量

1.5" 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2021軟件對數(shù)據(jù)進行整理和繪圖，采用SPSS 26.0統(tǒng)計分析軟件進行差異顯著性檢驗（LSD法）、Origin Pro 2021進行線性擬合。

2" 結(jié)果與分析

2.1" 不同氮肥有機替代處理對馬鈴薯產(chǎn)量的影響

稻麥秸稈基質(zhì)栽培條件下，不同施肥處理的馬鈴薯產(chǎn)量測定結(jié)果如圖1所示。

從圖1可知，同等施氮量水平下，有機氮替代化學(xué)氮肥的比例對馬鈴薯產(chǎn)量具有顯著的影響（p＜0.05）。隨著替代比例增加，馬鈴薯產(chǎn)量呈現(xiàn)出先小幅上升后逐漸下降的變化趨勢，其中化學(xué)氮肥替代比例為25%的處理產(chǎn)量最高，但與T0處理相比未出現(xiàn)統(tǒng)計學(xué)差異。以化學(xué)氮肥替代比例為x軸、馬鈴薯產(chǎn)量為y軸，用二次曲線進行擬合，結(jié)果表明同等施氮量下，化學(xué)氮肥替代比例與馬鈴薯產(chǎn)量呈顯著相關(guān)的一元二次線性關(guān)系，方程為y=-0.016 6x2+0.546 2x+232.39（R2=0.995 3，p＜0.05），按此線性關(guān)系反演，得到馬鈴薯最高產(chǎn)量的有機替代比例為16.45%。

2.2" 不同氮肥有機替代處理對馬鈴薯農(nóng)藝性狀的影響

2.2.1" 對馬鈴薯株高及莖粗的影響

馬鈴薯產(chǎn)量的形成與其生長性狀關(guān)系密切，作物生長群體質(zhì)量是產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)。不同有機肥替代處理下的馬鈴薯株高與莖粗均值見圖2。

結(jié)果顯示，隨著化學(xué)氮肥替代比例的增加，馬鈴薯株高均值總體呈現(xiàn)降低的變化趨勢，并且差異達(dá)顯著水平（p＜0.05），多重比較結(jié)果表明，T0與T25的株高均值雖有差異，但差異并不顯著（p＞0.05）；有機肥替代比例對馬鈴薯莖粗均值也存在影響，但總體差異幅度較小，其中替代比例為T0、T25處理莖粗均值最大，但無差異顯著性（p＞0.05）；T100處理的馬鈴薯莖粗均值最小，與不施肥處理之間無差異顯著性（p＞0.05）。

2.2.2" 對馬鈴薯主莖數(shù)及結(jié)薯數(shù)的影響

由圖3可知，有機替代比例為0%、25%、50%、75%時，馬鈴薯主莖數(shù)量均值分別為6.2、6.3、6.4、5.4枝·盆-1，并且無顯著差異性（p＞0.05）；有機替代比例為100%時，處理的主莖數(shù)為4.8枝·盆-1，顯著小于T0～T50（（p＜0.05）），略低于T75（p＞0.05），顯著高于CK（p＜0.05）。此外，有機替代比例亦顯著影響馬鈴薯結(jié)薯數(shù)（p＜0.05），化學(xué)氮肥替代比例為25%處理的結(jié)薯數(shù)最多，較T0處理增加了8.33%，較T50處理增加了5.41%，之后，化學(xué)氮肥替代比例越高，越不利于馬鈴薯結(jié)薯數(shù)的增加。

2.3" 不同氮肥有機替代處理對馬鈴薯氮肥偏生產(chǎn)力及農(nóng)學(xué)利用率的影響

由圖4可知，相同施氮量水平下，不同有機替代處理對馬鈴薯氮肥偏生產(chǎn)力及農(nóng)學(xué)利用率的影響均達(dá)顯著水平（p＜0.05），且隨著替代比例的增加，均呈先上升后下降的變化趨勢。其中T25處理的偏生產(chǎn)力與農(nóng)學(xué)利用率均最大，但與T0處理之間差異不顯著（p＞0.05）。進一步分析化學(xué)氮肥替代比例與氮肥農(nóng)學(xué)利用率間關(guān)系，以化學(xué)氮肥替代比例為x、氮肥農(nóng)學(xué)利用率為y進行曲線擬合估計，結(jié)果表明，替代比例與氮肥農(nóng)學(xué)利用率呈開口向下的拋物線相關(guān)，方程為y=-0.015 1x2+0.532 6x+156.2（R2=0.925 2，p＜0.05），馬鈴薯氮肥農(nóng)學(xué)利用率達(dá)最大值的化學(xué)氮肥替代比例適宜值為17.63%。

3" 小結(jié)與討論

本研究區(qū)別于常規(guī)農(nóng)田土壤生產(chǎn)，通過以稻麥秸稈基質(zhì)對馬鈴薯進行無土栽培，比較了不同比例有機肥替代化學(xué)氮肥對馬鈴薯產(chǎn)量和生物學(xué)性狀的影響。試驗結(jié)果表明，馬鈴薯能在稻麥秸稈基質(zhì)中生長正常，與董飛等[3]在保護地采用菌棒廢棄物代替土壤種植馬鈴薯、張娟寧等[17]利用中藥材基質(zhì)生產(chǎn)馬鈴薯等取得相同的試驗效果，表明本試驗提出的利用秸稈制作基質(zhì)，可替代草炭等價格相對較高的基質(zhì)，這不僅能進一步降低馬鈴薯生產(chǎn)的基質(zhì)成本，又有效實現(xiàn)秸稈廢棄物的資源化利用，具有良好的推廣應(yīng)用前景。另外，氮素是馬鈴薯生長發(fā)育過程中不可缺少的元素之一，適宜施用可顯著提高塊莖產(chǎn)量，但氮素營養(yǎng)水平過高時會導(dǎo)致植株營養(yǎng)器官旺長并抑制塊莖的生長[1，18-21]。本試驗在氮素折純施用量相同條件下，采用有機氮素替代化學(xué)氮素，試驗結(jié)果表明，隨著有機替代比例的增加，馬鈴薯的產(chǎn)量、莖粗、主莖數(shù)、結(jié)薯數(shù)、氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥農(nóng)學(xué)利用率均呈現(xiàn)為先上升后下降的變化趨勢，替代比例為25%時，馬鈴薯產(chǎn)量、群體質(zhì)量及氮素利用率表現(xiàn)為最佳，通過擬合的線性關(guān)系反演，擬合得出，在本試驗條件下馬鈴薯最高產(chǎn)量的有機替代比例為16.45%，獲得氮肥農(nóng)學(xué)利用率最大值的替代比例為17.63%。結(jié)合氮肥農(nóng)學(xué)利用率等經(jīng)濟指標(biāo)和環(huán)境風(fēng)險因素綜合考慮，建議在利用稻麥秸稈制作基質(zhì)進行無土栽培時，化學(xué)氮肥的有機替代比例控制在17%左右為宜。

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（責(zé)任編輯：敬廷桃）

收稿日期：2024-02-26

基金項目：江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院亞夫科技服務(wù)項目“離田稻麥秸稈多元化高效增值利用技術(shù)”培訓(xùn)課件”〔KF（23）3205〕；蘇州市姑蘇鄉(xiāng)土人才培養(yǎng)計劃科研項目“鄉(xiāng)村有機廢棄物無害化處置及功能化利用技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用”（22037）；蘇州市農(nóng)業(yè)科學(xué)院科研基金項目“農(nóng)業(yè)廢棄生物質(zhì)裝備化處置及定制化利用技術(shù)創(chuàng)新”（21012）。

作者簡介：陳雪民（1972—），本科，高級農(nóng)藝師，主要從事肥料與農(nóng)田土壤質(zhì)量管理。E-mail：346353376@qq.com。

*為通信作者，E-mail：wanghaihou@126.com。