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作者简介:

李瑞(1983-),女,内蒙古鄂尔多斯市人,高级农艺师,博士,主要从事土壤与肥料方面的研究工作。E-mail:lirui01@163.com。

通讯作者:

郑海春,E-mail:haichunzheng@126.com。

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目录contents

    摘要

    明确内蒙古阴山地区马铃薯施肥现状,为实现内蒙古马铃薯的稳产增产和养分高效利用提供理论依据。 对内蒙古阴山地区连续 5 年的调查数据进行分析,基于马铃薯产量确定合理施肥量,对农户实际施肥量进行评价, 分析农户施肥存在的问题。旱地马铃薯平均产量 16.6 t/hm2 ,水浇地马铃薯平均产量 35.9 t/hm2 ,水浇地马铃薯产量明显高于旱地马铃薯。旱地马铃薯施氮量介于 0 ~ 363 kg/hm2 ,平均 103.6 kg/hm2 ;施磷量介于 0 ~ 354 kg/hm2 , 平均 75.9 kg/hm2 ;施钾量介于 0 ~ 330 kg/hm2 ,平均 46.0 kg/hm2 。水浇地马铃薯施氮量介于 45 ~ 471 kg/hm2 ,平均 224.5 kg/hm2 ;施磷量介于 0 ~ 393 kg/hm2 ,平均 172.4 kg/hm2 ;施钾量介于 0 ~ 414 kg/hm2 ,平均 167.7 kg/hm2 。 马铃薯的产量和施肥量变异均很大,且氮、磷和钾用量与马铃薯产量不同步。不管是旱地马铃薯,还是水浇地马铃薯,当产量水平由低到高,施氮过量的农户总的趋势是降低的,施氮量适中的农户比例逐渐增加,施氮不足的农户比例逐渐增多;施磷量分布趋势与不同产量水平施氮量分布类似;农户施钾不平衡主要表现为施钾不足。内蒙古阴山地区有 71.6% 的农户不施有机肥,且有机肥施用量很低,平均 7.1 t/hm2 。内蒙古阴山地区马铃薯养分管理存在的主要问题是化肥施用过量和不足并存,有机肥施用量偏低。

    Abstract

    The current situation of potato fertilization in Yinshan region of Inner Mongolia was clarified to provide theoretical basis for realizing stable yield and yield increase of potatoes and efficient utilization of nutrients in Inner Mongolia.Based on the analysis of the survey data of five consecutive years in Yinshan,Inner Mongolia,the recommended fertilization rate was determined based on the potato yield,the fertilizer applied by farmers was evaluated,and the problems of farmers’ fertilizer application were analyzed.The average yield of dryland potatoes was 16.6 t/hm2 ,and the average yield of irrigated potatoes was 35.9 t/hm2 .The yield of irrigated potatoes was significantly higher than that of dryland potatoes.The nitrogen application of dryland potatoes ranged from 0 to 363 kg/hm2 ,with an average of 103.6 kg/hm2 ;Phosphorus application amount ranged from 0 to 354 kg/hm2 ,with an average of 75.9 kg/hm2 ;Potassium application ranged from 0 to 330 kg/hm2 , with an average of 46.0 kg/hm2 .The nitrogen application amount of potatoes in irrigated land was between 45 ~ 471 kg/hm2 , with an average of 224.5 kg/hm2 ;Phosphorus application amount ranged from 0 to 393 kg/hm2 ,with an average of 172.4 kg/hm2 ; Potassium application ranged from 0 to 414 kg/hm2 ,with an average of 167.7 kg/hm2 .The yield and fertilizer application of potatoes varied greatly,and there was no significant correlation between the amount of nitrogen,phosphorus,potassium and the yield of potatoes.Whether the potato in dryland or irrigated land,when the yield level changes from low to high,the general trend of farmers with excessive nitrogen application was decreased,the proportion of farmers with moderate nitrogen application was gradually increased,while the proportion of farmers with insufficient nitrogen application was gradually increased.The distribution trend of phosphorus application was similar to that of nitrogen application at different yield levels. The unreasonable potassium application of farmers was mainly manifested as inadequate potassium application.In the Yinshan region of Inner Mongolia,71.6% of the farmers do not apply organic manure,and the application amount of organic manure is very low,with an average of 7.1 t/hm2 .The main problems of potato nutrient management in Yinshan region of Inner Mongolia are the coexistence of excessive and insufficient application of chemical fertilizer and low application of organic fertilizer.

    关键词

    农户马铃薯产量施肥量

  • 化肥是粮食生产的物质基础,研究表明[1-4], 30%~ 50%的粮食增产要归因于化肥的合理施用,施用的化肥既要满足作物需求,又不能过量而威胁环境可持续发展。据FAO统计[5],2017 年世界马铃薯收获面积达1 930 万hm2,产量为3.88 亿t,我国马铃薯收获面积达577 万hm2,产量为0.99 亿t,我国是世界第一大马铃薯生产国,而内蒙古自治区是我国马铃薯生产主要省份之一,2017 年内蒙古自治区马铃薯播种面积43.2 万hm2[6]。但是,目前内蒙古马铃薯的单产水平仍低于全国平均单产水平[7],施肥不平衡是限制内蒙古马铃薯产量的主要因素之一。农户是马铃薯生产中养分管理的决策者,因此调查农户施肥现状并进行评价对于实现马铃薯养分高效利用有重要意义。据中国统计年鉴显示[8],中国化肥用量从1980 年的1.3× 1010 kg增加到2015 年的6.0×1010 kg, 增加361.5%;粮食产量从1980 年的3.2×1011 kg增加到2015 年的6.6×1011 kg,增加106.2%,可见,化肥增幅远超过粮食增幅,究其原因可能是广大农户在实际生产中主要依赖经验或盲目施肥而没有根据作物养分需求进行施肥[9]。赵营等[10]报道,在宁夏南部山区马铃薯施肥存在的问题是氮肥投入过量而磷肥和钾肥用量不足,产量与施肥量分布不同步。 青海省半干旱区马铃薯氮肥施用过量的农户占总调查户数的67.7%,磷肥投入过量的农户占81%,钾肥投入不足的农户占83.5%[11]。陕西省马铃薯施肥调查情况表明,全省马铃薯施肥不平衡,化肥氮、 磷、钾投入量分别为155、78 和13 kg/hm2,氮肥、 磷肥投入过量和不足并存,钾肥和有机肥投入不足[12]。陈杨等[13]2008 ~ 2009 年对内蒙古阴山地区的调查结果表明,旱地马铃薯化肥氮、磷、钾平均投入量分别为101.8、57.2、5.9 kg/hm2,水浇地马铃薯氮、磷、钾平均投入量分别为195.7、79.4、 6.9 kg/hm2;水浇地马铃薯氮肥投入量偏高,旱地马铃薯氮肥投入量低;无论是旱地还是水浇地,磷肥投入偏低,基本不施钾肥,钾肥投入严重不足。可见,我国不同地区普遍存在马铃薯养分管理不合理现象。以往评价马铃薯施肥情况所用的合理施肥量标准通常来自区域平均产量对应的养分需求量,而没有考虑实际生产中因地点、田块、栽培条件等不同引起的产量及养分需求差异,从而出现了不平衡施肥,如低产田施肥过量、高产田施肥不足。本文利用内蒙古阴山地区马铃薯农户调查数据,基于农户马铃薯实际产量对内蒙古阴山地区马铃薯施肥现状进行分析评价,明确农户养分管理存在的问题, 为实现马铃薯高产、高效生产提供理论支撑。

  • 1 材料与方法

  • 1.1 调查区概况

  • 阴山地区位于内蒙古自治区中部,东起锡林郭勒盟多伦县,西至巴彦淖尔市乌拉特前旗,南与山西接壤,根据地理位置不同分为阴山北麓(后山)、阴山南麓(前山),主要包括锡林郭勒盟、 乌兰察布市、呼和浩特市、包头市部分地区以及鄂尔多斯市的部分地区。内蒙古阴山丘陵地区耕地面积173.6 万hm2,属干旱、半干旱温带大陆性气候, 水资源缺乏,春季多风少雨,夏季冷凉,年平均气温1.3 ~ 3.1℃,无霜期为90 ~ 110 d,降水量为250 ~ 350 mm,主要土壤类型为栗钙土、栗褐土、 风沙土等,土壤有机质平均为17.7 g/kg,全氮平均为1.0 g/kg,有效磷平均为11.9 mg/kg,速效钾平均为141 mg/kg[14]。主要作物以马铃薯、裸燕麦和春小麦为主,马铃薯的播种面积占内蒙古自治区马铃薯总播种面积的70%,是内蒙古自治区马铃薯主产区。

  • 1.2 调查方法与内容

  • 与内蒙古自治区测土配方施肥项目相结合,在2011 ~ 2015 年间,对内蒙古马铃薯阴山地区5 个盟市31 个旗县12 914 户农户马铃薯施肥状况进行了调查,其中水浇地10 024 户,旱地2 890 户。具体调查方式为:在阴山沿麓区通过室内设置地块、样点寻农户的方式进行抽样调查,调查内容主要包括:农户的基本情况、种植条件、马铃薯产量、施肥情况等。

  • 1.3 合理施肥量计算方法

  • 合理施肥量(Rec)的计算参照曹寒冰等[15]的计算方法。

  • Rec=Y×Q/1000×a

  • Rec表示合理施肥量(kg/hm2),Y表示农户调查中的马铃薯实际产量(kg/hm2),Q表示每生产1 000 kg马铃薯块茎的植株养分需求量(kg),a为根据研究区域土壤养分供应能力确定的调整施肥量高低的参数。

  • 我国不同栽培模式下每生产1 000 kg马铃薯块茎需要吸收4.5 ~ 6 kg氮(N)、1.5 ~ 2 kg磷(P2O5)、8 ~ 10 kg钾(K2O)[16],本文采取的生产1 000 kg马铃薯需氮(N)5 kg、需磷(P2O5)2 kg、 需钾(K2O)9 kg[1317]

  • 计算合理施氮量的调整系数为1.0,因阴山地区马铃薯生产中普遍存在氮素投入过量[13],且过多的氮素易以氨挥发、硝化-反硝化、淋洗、径流等形式损失[18],因此认为施用氮肥只需补足马铃薯带走的氮素即可;计算合理施磷量的调整系数为1.5,因农田土壤有效磷易被固定,因此施用磷肥量设为马铃薯吸磷量的1.5 倍;计算合理施钾量的调整系数为1.0,西北农田土壤速效钾含量普遍高于农田土壤速效钾临界含量[19],内蒙古阴山地区土壤速效钾含量集中在81 ~ 192 mg/kg范围内[20],因此认为施用钾肥只需补足马铃薯带走的钾素即可。

  • 2 结果与分析

  • 2.1 马铃薯产量分布

  • 调查结果表明,内蒙古阴山地区马铃薯产量年份间变动较大,旱地和水浇地产量差距较大。旱地马铃薯产量介于7.5 ~ 45 t/hm2,平均产量为16.6 t/hm2。产量分级参照曹寒冰等[15]的方法,以马铃薯产量的第95%分位数(27 t/hm2) 和5%分位数(9 t/hm2)为最高和最低限求极差(18 t/hm2),然后以等产量间距(3.6 t/hm2)分成5 个范围。旱地马铃薯产量等级为:≤ 12.6 t/hm2(很低)、 12.6 ~ 16.2 t/hm2(偏低)、16.2 ~ 19.8 t/hm2(适中)、 19.8 ~ 23.4 t/hm2( 偏高)、>23.4 t/hm2( 很高), 各产量等级分布的农户数如图1。从图中可以看出,5 个产量等级的农户分布比例由低到高分别是29.83%、22.18%、22.21%、17.06%、8.72%,高产农户比例较低。

  • 水浇地马铃薯产量介于11.3 ~ 61.5 t/hm2, 平均35.9 t/hm2,用同样的方法将水浇地马铃薯产量分为5 级,分别是:≤ 27.5 t/hm2(很低)、 27.5 ~ 33.8 t/hm2(偏低)、33.8 ~ 40.1 t/hm2(适中)、40.1 ~ 46.4 t/hm2(偏高)、>46.4 t/hm2(很高),其产量分级及农户分布如图1。水浇地马铃薯各产量等级的农户分布比例由低到高分别是22.33%、20.69%、25.97%、16.05%、14.96%,同样是高产农户比例最低。

  • 图1 不同马铃薯产量范围的农户分布比例

  • 注:柱子上方的数值代表该产量范围的平均产量。

  • 2.2 马铃薯产量和施肥量的关系

  • 旱地马铃薯施氮量介于0 ~ 363 kg/hm2,平均103.6 kg/hm2;施磷量介于0 ~ 354 kg/hm2,平均75.9 kg/hm2;施钾量介于0 ~ 330 kg/hm2,平均46.0 kg/hm2。农户的施氮量、施磷量、施钾量均变异很大,变异系数依次为59.5%、67.4%、117.8%。 从图2 中可以看出,产量和农户氮、磷、钾肥施用量之间均无相关性。

  • 水浇地马铃薯施氮量介于45 ~ 471 kg/hm2,平均224.5 kg/hm2;施磷量介于0 ~ 393 kg/hm2,平均172.4 kg/hm2;施钾量介于0 ~ 414 kg/hm2,平均167.7 kg/hm2。水浇地马铃薯施肥量明显高于旱地马铃薯。与旱地马铃薯类似,农户的氮、磷、钾肥施用量变异很大,变异系数依次为39.9%、51.6%、 62.0%,产量和农户氮、磷、钾施肥量之间均不存在相关性(图3)。

  • 2.3 农户化肥投入分布

  • 2.3.1 旱地农户施肥评价

  • 按照1.3 合理施肥量计算方法计算各农户实际产量对应的氮、磷、钾肥的合理施肥量(Rec), 然后以合理施肥量的40%为变幅,分为5 级对农户的实际氮、磷、钾肥用量进行评价,评价等级为:0 ~ 40%Rec(很低)、40%~ 80%Rec(偏低)、80%~ 120%Rec(适中)、120%~ 160%Rec(偏高)、> 160%Rec(很高)。

  • 图2 旱地农户马铃薯产量与施肥量的关系

  • 注:图中横虚线代表平均产量,竖虚线代表平均施肥量。图3 同。

  • 图3 水浇地农户产量与施肥量的关系

  • 根据合理施氮量对不同产量水平下农户的施氮量进行评价(图4),结果显示,在旱地所有农户中,施氮量很高的农户比例最高,达33.8%;偏高的农户占15.9%;偏低的农户占23.6%;很低的农户占10%;适中的农户占16.7%;旱地马铃薯农户氮肥施用不合理主要表现在氮肥施用过量(很高和偏高的比例达50%)。产量水平由低到高,施氮量的变化为:过量(偏高 + 很高)的农户总体趋势是降低的,从75.1%降到36.5%;不足(偏低 + 很低)的比例总体趋势是增加的,由14.2%增加到48.8%;适中的农户比例由10%升高到25.5%。可以看出,内蒙古阴山地区旱地马铃薯氮肥管理存在的问题主要是高产水平的农户氮肥施用不足和中低产量水平的农户氮肥施用过量。

  • 图4 旱地马铃薯氮、磷、钾肥施用量在不同产量水平的分布

  • 注:All指所有旱地马铃薯的产量。

  • 在所有农户中,磷肥施用量很低、偏低、适中、 偏高、 很高的比例依次为11.5%、7.5%、 19.2%、14.3%、47.5%, 同氮肥一样, 磷肥施用不合理同样表现为施磷过量,且过量用户高达61.8%。与不同产量水平施氮量分布类似,随着产量水平的提高,施磷过量的农户比例逐渐降低,从77.3%降到37.5%,施磷适中的农户比例逐渐升高, 从8.6%升到36.9%,施磷不足的农户比例逐渐增加,由14.3%增加到25.7%。

  • 根据合理施钾量对不同产量水平下农户的施钾量进行评价(图4),所有农户中,施钾量很低的农户达62.8%,偏低的占27.8%,合理的仅占7.1%,偏高和很高的分别为1.9%和0.3%,与氮、磷肥不同,钾肥施用不合理的表现为施钾不足,不足的比例高达90.6%。不同产量水平的农户施钾量分布表明,施钾量随着产量水平的变化趋势与氮、磷类似,但是在各产量水平钾肥施用不足的农户比例均在80%以上。可见,旱地马铃薯钾肥管理的要点是在氮磷肥施用合理的前提下增施钾肥。

  • 2.3.2 水浇地农户施肥评价

  • 评价方法同旱地农户施肥评价,评价结果如图5。在所有农户中,施氮很低、偏低、适中、偏高、 很高的比例依次为5.1%、11.3%、28.8%、30.3%、 24.5%,施氮不合理的情况仍是过量施氮,过量比例达54.8%。不同产量水平下农户施氮量的分布(图5)显示,产量水平很高的农户施氮量适中的比例高达73.7%,不足和过量的比例分别为8.7%和17.6%;从很低到偏高产量水平的农户施氮过量的比例逐渐降低,施氮不足和适中的比例逐渐增多。可见,内蒙古阴山地区水浇地马铃薯氮肥施用存在的问题是中低产田施肥过量的问题。

  • 图5 水浇地马铃薯氮、磷、钾肥施用量在不同产量水平的分布

  • 注:All指所有水浇地马铃薯的产量。

  • 不同产量水平下农户施磷量的评价结果(图5) 显示,在所有农户中,施磷量很低、偏低、适中、 偏高、 很高的比例依次为4.5%、9.2%、18.5%、 21.9%、45.8%,磷肥施用过量的农户高达67.7%。 无论是哪一产量水平都是施磷过量的农户比例最高,均在60%以上,可见磷肥投入过量。

  • 不同产量水平下农户施钾量的评价结果(图5) 显示,所有农户中,施钾很低、偏低、适中、偏高和很高的比例依次为42.1%、41.9%、13.9%、2.0%和0.1%,与氮、磷肥主要表现为过量不同,钾肥施用不合理主要表现为施钾不足,不足的比例高达84%。不同产量水平的农户施钾量均较低,高产水平施钾不足的比例在90%以上。同旱地马铃薯一样, 水浇地马铃薯钾肥管理的要点仍是钾肥施用不足。

  • 2.4 农户有机肥投入

  • 内蒙古阴山地区马铃薯有机肥施用情况如图6, 整个调查区域有71.6%的农户不施有机肥,且施用有机肥的农户其施用量很低,平均7.1 t/hm2。旱地马铃薯40.5%的农户不施有机肥,有机肥平均施用量14.5 t/hm2;水浇地农户不施有机肥的比例高达80.5%,平均施用量仅为5 t/hm2。可见,内蒙古阴山地区马铃薯有机肥施用水平较低。

  • 图6 施用不同水平有机肥的农户分布

  • 注:All指旱地和水浇地有机肥施用量之和。

  • 3 讨论

  • 5 年的调查结果表明,内蒙古阴山地区旱地马铃薯平均产量16.6 t/hm2,水浇地马铃薯35.9 t/hm2, 较之前产量水平(约为14.4 t/hm2)显著提高[21]。 和全国马铃薯平均产量17 t/hm2 相比较[7],旱地马铃薯比全国低,水浇地马铃薯比全国高。阴山地区年际间降水量变化是造成旱地马铃薯产量低而不稳的主要原因,贾立国等[22]通过模型计算得出内蒙古阴山北麓地区马铃薯的光合生产潜力为82.5 t/hm2,光温生产潜力为65.6 t/hm2,平均降水生产潜力为47.9 t/hm2,调查区域的马铃薯产量即便是水浇地马铃薯产量也远远低于测算出的产量潜力, 因此内蒙古马铃薯还有巨大的增产空间。

  • 除了水分,施肥是作物增产和土壤肥力提升的关键措施,如果不考虑环境养分带入量如秸秆还田、生物固氮等或养分损失量,或带入量与损失量基本平衡,因此为了维持土壤肥力和使作物高产,施肥量至少应等于作物携出量[23-24]。本研究分析旱地和水浇地农户施肥量和产量的关系时发现(图2、3),产量和氮、磷、钾用量均不相关,同一施肥量水平下,马铃薯的产量可能很高也可能很低, 这可能与灌溉有无、土壤类型或基础地力等有关。 本研究调查结果显示,同一施肥量水平下水浇地和旱地的产量不同。近年来,内蒙古农业生产中偏重氮、磷化肥的投入,忽视有机肥和钾肥的投入,造成了内蒙古地区农田土壤氮素残留量明显增加,土壤有效磷水平明显提升,有效钾含量下降[25]。杨海波等[26]对阴山北麓灌溉马铃薯田的研究表明,氮肥的投入量远远超过了马铃薯对氮素的需求量,氮素处于大量盈余状态,平均盈余量为249.5 kg/hm2。 因此,施肥量不足的农户产量仍很高,这是由于长期过量施肥造成土壤养分残留过多,即使施肥量很低也可使马铃薯获得较高的产量;而施肥量偏高或很高的农户产量水平却很低,这是土壤养分残留过多的情况下,继续过量施肥则因马铃薯生育期延长、匍匐茎过度生长等而使马铃薯减产。另外,养分投入比例不符合马铃薯需求,也会导致马铃薯产量不高。

  • 根据本调查的结果,内蒙古阴山地区农户旱地马铃薯平均施氮103.6 kg/hm2、施磷75.9 kg/hm2、施钾46 kg/hm2,施氮过量的农户占49.7%,施磷过量的农户占61.8%,施钾不足的农户占90.6%。水浇地马铃薯平均施氮224.5 kg/hm2、施磷172.4 kg/hm2、施钾167.7 kg/hm2;施氮过量的农户占54.8%,施磷过量的农户占67.7%,施钾不足的农户占84.0%。本调查结果与陈杨等[13]报道的结果相比,旱地马铃薯化肥氮和磷投入量有所增加,增加幅度不大,钾的施用量大幅增加,本调查结果钾的平均投入量是陈杨等[13] 报道结果的7.8 倍;水浇地马铃薯化肥氮、磷、钾的投入量大幅增加,尤其是磷和钾的施用量,本调查结果磷的平均投入量是陈杨等[13]报道结果的2 倍, 钾是其的24 倍。磷、钾肥的施用量大幅增加可能是由于近年来测土配方施肥技术的大力推广应用,化肥经销商对磷钾肥在马铃薯生产中重要性的宣传, 农户观念的转变,越来越多的农户重视磷钾肥的施用,造成了化肥投入量尤其是磷钾肥的大幅增加。

  • 巨晓棠[24]通过对大量田间试验的总结得出产量水平不同则合理施氮量也不同,氮肥的合理施用量应根据产量而定。马铃薯实际生产中农户之间生产条件、农艺措施以及土壤肥力等存在差异,即使同处一个地区其实际产量也会有较大差异,如果用统一的施肥量标准来评价不同产量水平的农户施肥状况,低产农户施肥过量和高产农户施肥不足的情况则容易被忽视,因此应根据实际产量来确定合理施肥量。本研究根据农户马铃薯实际产量确定合理施肥量对内蒙古阴山地区农户施肥现状进行评价, 旱地马铃薯氮肥和磷肥在低产量水平下表现为施用过量,而在高产量水平下却表现为施肥不足,钾肥在各产量水平均表现为施肥不足;水浇地马铃薯氮肥同样表现为低产水平的施肥过量和高产水平的施肥不足,磷肥在各产量水平均表现为施肥过量,钾肥在各产量水平均表现为不足。因此对于内蒙古阴山地区马铃薯产量水平很低和偏低的农户来说,养分管理的重点是过量施肥农户的减肥;对于中高产量水平的农户来说,重点是过量施肥农户的减肥和不施肥、施肥不足农户的增肥。下一步还需对农户在各产量水平减肥或增肥的量进行研究,指导农户根据自己地块的产量合理调整施肥量。

  • 4 结论

  • 内蒙古阴山地区马铃薯产量低且变异大,水浇地马铃薯平均产量35.9 t/hm2,旱地马铃薯平均产量仅为16.6 t/hm2,农户的氮、磷、钾肥施用量与产量相关不显著。马铃薯养分管理存在的主要问题是化肥施用过量和不足并存,有机肥施用量偏低。 今后马铃薯养分管理的重点是:对中低产田的农户,要重视过量施肥农户的减肥;对高产田的农户, 重点是过量施肥农户的减肥和施肥不足农户的科学配肥,在合理施用氮磷钾肥的前提下增施有机肥。

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