马铃薯是中国四大粮食作物之一，是重要的商品粮和战略储备粮，发展马铃薯生产对保障国家粮食安全，促进国民经济发展和提高人民生活水平具有重要意义^[1]。肥料是马铃薯的“粮食”，在马铃薯生产中发挥着不可代替的作用^[2]。然而，目前马铃薯生产中也存在施肥过量、肥料配比及基追比不合理等现象，造成马铃薯生产成本增加，限制了马铃薯增产和增收^[3-4]。因此，在马铃薯稳产的前提下，如何科学合理施肥，提高马铃薯肥料利用效率，实现高产、优质和高效是目前马铃薯养分管理研究的重要内容。前人对马铃薯的养分管理做了大量研究，主要以马铃薯养分需求及分配规律、马铃薯养分诊断为主^[5-7]，而我国马铃薯生产以小农户生产为主^[8]，上述技术对于生产的直接指导作用无法在短时间内体现，因此现阶段我国马铃薯生产急需一种操作性和实用型较强的养分管理指导技术，养分专家系统推荐施肥是利用QUEFTS模型系统根据土壤质地性状、作物产量水平、养分管理措施及气候条件等信息，利用数据库已有的数据生成基于不同农户个性信息的目标产量、施肥最佳用量、施用时间和次数等^[9-10]，适合以小农户经营为主要经营模式的我国现有的生产方式，而且其应用简单，操作界面直观易懂，可帮助农民实现增产增收的目标。为此，本研究通过两年多点的大田试验，在3 个不同产量区间上验证养分专家系统推荐施肥方法在马铃薯主产区内蒙古武川县的应用效果，明确不同目标产量区间推荐施肥方法的适用性，为马铃薯科学的养分管理技术应用提供参考和依据。

1 材料与方法

1.1 试验地基本概况

本研究于2017 ～ 2018 年两年在马铃薯主产区内蒙古武川县进行，2017 年生育期降水量为150.6 mm，降水量较少，是干旱年份；2018 年生育期降水量为275.5 mm，为丰水年份。

2017 和2018 年分别在30 户进行相关试验，2 年共60 户农户。根据土壤肥力状况和农户水肥管理情况划分出高、中、低3 个产量区间，目标产量分别为52、40 和25 t/hm²，每年每个产量区间选择施肥及灌溉习惯相近的10 户农户为试验对象。试验土壤均为栗钙土。各产量区间土壤基本理化性状如表1 所示。

1.2 试验设计

2017 ～ 2018 年在武川县按照农民习惯施肥划分出的高、中、低产量区间各20 个点，共60 个点，低产田为旱作雨养模式，中产田和高产田均为高垄滴灌种植模式。每块试验地设置5 个处理：（1）FP处理，为农民习惯施肥；（2）NE处理，马铃薯养分专家系统推荐施肥；（3）NE-N处理，在NE基础上不施氮肥；（4）NE-P处理，在NE基础上不施磷肥；（5）NE-K处理，在NE基础上不施钾肥。其中FP处理施肥量由农户习惯施肥情况确定，NE处理施肥量是通过农户田块采集的土壤、 作物和施肥信息，利用马铃薯养分专家系统软件计算获得。各地区FP处理和NE处理的马铃薯氮、 磷、钾肥具体用量见表2。

肥料选用尿素（N 46%）， 三料磷肥（P₂O₅ 46%），磷酸二铵（N 18%，P₂O₅ 46%）和氯化钾（K₂O 60%）。磷肥作基肥一次性施入，30%氮肥与50%钾肥在播种时作基肥施入，其余氮肥和钾肥在马铃薯开花期追施，NE和FP施肥方法和时间一致。 其余田间管理措施保持一致。

所有试验小区的面积均为60 m²，试验马铃薯品种为康尼贝克。试验播种时间为5 月8 ～ 15 日， 收获时间为9 月15 ～ 25 日。

1.3 样品采集与分析

在马铃薯播种前采集0 ～ 20 cm土壤样品，磨细过筛，分析测定土壤养分含量。收获期每个试验点每个处理进行测产，记录测产面积，测产株数， 测定大薯数、大薯重、小薯数和小薯重。各处理取植株样品3 株（分茎叶和块茎），测茎叶干重，薯块鲜重，切碎风干后，在70℃下烘干至恒重测薯块干重，粉碎过0.2 mm筛测定茎叶和块茎的氮磷钾含量。其中全氮采用凯氏法，全磷采用钒钼黄比色法，全钾采用火焰光度法。

肥料农学效率（t/hm²）=（施肥处理产量-不施肥处理产量）/施肥量

肥料回收率（%）=（施肥处理植物样和块茎养分积累量总和-不施肥处理植物样和块茎养分积累量总和）/施肥量 ×100

表观养分平衡（t/hm²）=养分投入量-植物样和块茎养分积累量总和

1.4 数据分析

采用Excel 2016 进行数据计算和图表绘制，用SPSS 25.0 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。

2 结果与分析

2.1 不同肥力水平养分专家推荐施肥对马铃薯产量的影响

综合2017 ～ 2018 年两年田间试验高、中、低3 个产量区间共60 户农户试验结果显示，不同产量区间NE处理较FP处理均有所增产，其中，中、 高产量区间的NE处理较FP处理增产幅度达到显著水平，低产田FP处理马铃薯的平均产量（19.7 t/hm²）与NE的平均产量（20.9 t//hm²）差异不显著。低、中、高产量区间NE-N处理的产量分别为16.1、29.8 和27.3 t//hm²，均显著低于NE处理、FP处理以及NE-P、NE-K处理，这说明该地区马铃薯生产中，氮肥投入对马铃薯产量的影响大于磷肥和钾肥投入。NE-P和NE-K处理二者没有显著差异，但二者从低产没有差异、中产有一点差异到高产时差异达到2.3 t/hm²，说明随着马铃薯产量水平的提高钾肥肥效增大。

注：数据为平均值 ± 标准差；同列不同小写字母表示各处理间差异显著（P< 0.05）。下同。

2.2 养分专家推荐施肥对不同肥力田块马铃薯产量性状的的影响

由表4 可以看出，马铃薯养分专家施肥NE处理在低、中、高产量区间均可提高马铃薯单株结薯

数、单株薯重和商品率。从单株结薯数来看，不论是低产、中产还是高产区间，养分专家推荐施肥NE处理均高于其他4 个处理，且达到显著水平。 其中NE处理在中产田单株结薯数最高，每株4.0 个块茎。从单株薯重来看，低产区间NE处理单株薯较FP处理提高不显著；在中产和高产区间，均是在NE处理下达到最高，且与其他处理达到显著差异水平。从商品薯率来看，各产量区间均是在NE处理下达到最高，且中产区间NE处理下商品薯率为最高，达到74.2%。

2.3 养分专家推荐施肥对不同肥力田块养分吸收量的影响

从表5 可以看出，施肥可显著提高马铃薯养分吸收量。低产区间中，氮素吸收量表现为：NE处理高于FP处理，NE与NE-N、NE-P和NE-K之间差异达到了显著水平。磷素积累量表现为：NE处理高于其他4 个处理，NE处理与FP处理之间没有显著差异，而NE处理与NE-N、NE-P和NE-K处理之间达到了显著水平。钾素吸收量表现为： NE处理高于FP处理，NE处理与NE-N、NE-P和NE-K处理之间达到了显著差异水平。NE处理氮、 磷、钾吸收量相比FP处理增加了5.34%、3.07%和20.56%。

中产区间中，氮、磷、钾吸收量均是在NE处理下达到最高，NE处理与NE-N、NE-P和NE-K处理之间达到了显著水平。NE处理与FP处理相比， 氮、磷、钾吸收量分别增加2.5%、5.4%和7.2%。

高产区间中，NE处理氮磷钾吸收量为最高，NE处理与NE-N、NE-P和NE-K处理之间达到了显著水平，NE处理较FP处理相比，氮、磷、钾吸收量分别增加4.6%、15.4%和9.0%。由上可见，马铃薯养分专家推荐施肥可有效提高马铃薯的养分吸收量。

2.4 不同肥力水平下养分专家推荐施肥对肥料利用率的影响

以农学效率和肥料回收率表征不同处理马铃薯的肥料利用效率，由表6 可知，从60 组不同产量区间试验的平均值来看，低产区间NE处理的氮、 磷、钾肥的农学效率（32.9、37.0 和28.8 kg/kg）均高于FP处理（21.8、16.2 和22.2 kg/kg），NE处理氮肥和磷肥的农学效率显著高于FP处理。中产区间NE处理的氮、磷、钾肥农学效率（42.0、43.2 和33.3 kg/kg）均高于FP处理的氮、磷、钾肥农学效率（26.8、26.1 和28.4 kg/kg），NE处理的氮肥和磷肥农学效率与FP处理差异显著。高产区间NE处理的氮磷钾肥农学效率（45.8、27.4 和34.0 kg/kg）也高于FP处理的氮、磷、钾肥农学效率（29.2、26.1 和24.3 kg/kg），但仅有氮肥农学效率达到显著水平。平均NE处理较FP处理的氮、磷、 钾肥的农学效率分别提高14.3、13.1 和7.1 kg/kg。

马铃薯的氮、磷、钾肥的平均回收率在低产区间FP处理（27.0%、13.1%和40.1%） 低于NE处理（33.3%、16.5%和48.3%）， 且NE处理与FP处理的磷、钾肥养分回收率均达到显著差异水平。中产区间中，FP处理的氮、磷、钾肥的平均回收率（29.2%、12.8%和45.3%） 低于NE处理（36.0%、16.7%和51.9%），磷肥和钾肥的养分平均回收率NE处理均显著高于FP处理。高产区间中，氮、磷、钾肥养分平均回收利用率均表现为NE处理高于FP处理，且氮磷钾肥养分平均回收率均显著高于FP处理。从平均值来看，NE处理较FP处理的氮、磷、钾肥的回收率分别提高6.8%、 3.4%和6.9%。

养分表观平衡在一定程度上可以体现农田养分盈亏状况，通过对马铃薯农田养分表观平衡进行分析，对维持和提高马铃薯生产力，提高养分资源利用效率具有重要意义。由表6 可知，NE处理的氮、磷、钾肥的表观平衡平均为16.3、64.8 和-57.5 kg/hm²，FP处理的氮、磷、钾肥的平均表观平衡为44.0、57.7 和-70.6 kg/hm²，NE处理较FP处理更为平衡，特别是氮素。

2.5 养分专家推荐施肥对不同肥力田块经济效益的影响

由表7 可知，合理施肥可显著提高马铃薯收益和纯收益，在3 种不同区间的地块上FP和NE处理的马铃薯收益和纯收益因土壤肥力不同而变化规律也不同。在低产田中，NE处理较FP处理增收1171.8 元/hm²。在中产田中，NE处理较FP处理增收1822.1 元/hm²。在高产田中，NE处理较FP处理增收2417.6 元/hm²。3 种不同产量区间上的马铃薯收益以及纯收益均在NE处理下高于FP处理， 可见，养分专家推荐施肥较农民习惯施肥有良好的增产效果。

在低、中、高肥力土壤上，增施氮肥分别增收4085.5、6473.9 和8293.6 元/hm²，表现为随着肥力的提高施氮收益增加；增施磷肥增收2352.3、4482.1 和3845.5 元/hm²，中肥力土壤上收益更高； 增施钾肥增收2243.9、4589.7 和5947.3 元/hm²， 随着肥力增高施钾效益也增加。

注：2017 ～ 2018 年马铃薯平均收购价格1.00 元/kg，N 4.35 元/kg， P₂O₅ 4.82 元/kg，K₂O 5.00 元/kg。

3 讨论与结论

科学合理的养分管理技术是实现马铃薯高产和养分高效利用的关键。目前，我国主要研究和应用的推荐施肥技术有测土配方和养分专家系统两大类，其中养分专家系统推荐施肥在国内的研究和应用起步虽然相对较晚，但近年来发展迅速并不断完善，已在很多地区和作物上取得了很好的应用效果^[11-14]，马铃薯上的相关研究结果也显示出较好的适用性^[15]。

本研究通过2 年多点试验比较了两种推荐施肥方法在内蒙古马铃薯生产上的应用效果，结果显示，相比FP处理，NE在多数试验中均实现减少肥料的投入，尤其是氮肥的投入，而马铃薯的产量和养分吸收量仍保持较高水平的目标，最终降低马铃薯农田氮盈余，减少了养分损失。

2年多点试验结果显示，NE处理养分专家系统在不同马铃薯产量区间中均表现出减少肥料用量，特别是氮肥用量，依然获得了与农民习惯施肥更高的产量，并且可显著提高肥料利用率，降低氮素的盈余。总体而言，马铃薯养分专家推荐施肥方法在内蒙古马铃薯主产区的适用性较好，起到了减肥增产的良好效果，特别是在中产和高产区间，这可能是由于中产和高产区间地块有灌溉条件，使得NE养分专家系统的推荐施肥效果更佳，但在对中、 高产田进行比较时发现，高产田较中产田投入更多肥料的同时未能达到更高的预期产量，究其原因可能与灌溉制度、自然气候条件等因素有关。因此， NE养分专家系统推荐施肥在内蒙古马铃薯主产区的中产和高产区间田块适用性相对更好，但仍存在改进的空间，如能将灌溉制度、降水量、积温等因素考虑在内，可能更有利于提高施肥精准性和肥料利用效率。

参考文献