摘要
合理施肥对提高马铃薯产量和改善品质至关重要。参照文献资料综述了马铃薯对养分尤其氮、磷、钾的需求量和移走量以及推荐施肥量；阐述了如何实现马铃薯上最佳肥料管理措施，即选择正确的肥料品种、用正确的用量、在正确的时期、施在正确的位置的 4 个正确（4Rs），即 4Rs 养分管理策略，重点阐述马铃薯生产中如何利用 4Rs 养分管理指导科学施肥，旨在为马铃薯合理施肥提供参考。
Abstract
Rational fertilizer application is crucial for increasing potato yield and improving quality. This article reviewed the demand and removal of nutrients，especially nitrogen，phosphorus，and potassium，as well as recommended rates of fertilizers for potato based on literatures. It also demonstrated how to achieve the best management practices for fertilizers in potato production，including selecting the right fertilizer product，using the right rate at the right time in the right place，i.e. 4 rights（4Rs）nutrient stewardship. The focus was on how to use 4Rs nutrient stewardship to guide scientific fertilization in potato production，aiming to provide references for rational fertilization for potato.
Keywords
马铃薯（Solanum tuberosum L.）是重要的粮食兼蔬菜作物，2015 年国家开始实施马铃薯主粮化战略，马铃薯成为中国继水稻、小麦和玉米后“第四大主粮”[1]。马铃薯还是重要的经济作物，对保证我国粮食安全和农民增收起着重要作用。全球 1/3 的马铃薯来自发展中国家，我国是世界上最大的马铃薯生产国，据统计，2022 年全国马铃薯种植面积为 453.5 万 hm2，产量为 8941.5 万 t [2]。我国马铃薯种植面积占世界马铃薯种植面积的 27.8%，总产量占世界总产的 26.2%，总产明显高于美国、英国、德国、荷兰和俄罗斯等国家[3]，然而马铃薯单产水平仍低于欧美国家和世界平均水平[4]。造成单产差距较大的原因众多，其中合理的化肥施用是关键因素之一。
东北、华北、长江中下游、东南、西南和西北地区马铃薯播种面积分别占全国马铃薯播种总面积的 2.44%、6.82%、8.22%、3.24%、51.71% 和 27.58%，产量分别占 3.15%、8.40%、7.64%、3.09%、 49.89% 和 27.85%[2]，因此，西南和西北两个区域的马铃薯面积和产量分别占全国的 79.29% 和 77.74%，是我国马铃薯主要产区。马铃薯主产区土壤贫瘠、养分含量低、养分投入不平衡是限制马铃薯产量和品质的重要因素，尤其不合理施肥是限制马铃薯产量的主要因素。马铃薯施肥不合理普遍存在，肥料养分总用量普遍较高且施用比例不合理，有机肥养分所占比例偏低[5]。内蒙古水浇地马铃薯生产中氮肥投入过高，磷、钾肥投入过量与不足并存[6]，乌兰察布水浇地马铃薯过量施肥现象突出，而旱地马铃薯钾肥施用量低，旱地马铃薯有 77.2% 的农户施用有机肥，而水浇地马铃薯只有 20.3% 的农户施用有机肥[7]。云南马铃薯氮、磷、钾施用比例不协调，钾肥施用明显不足，基肥比例较大[8]。青海省半干旱区马铃薯养分投入中存在的主要问题是氮肥和磷肥施用过量，钾肥重视不足，化肥偏多、有机肥偏少，基肥偏多、追肥偏少[9]。其他马铃薯种植区也存在施肥不合理问题，如黑龙江省马铃薯上偏施磷、钾肥，肥料品种单一[10]，山东省马铃薯主产区施肥过量，肥料利用率低，而且导致土壤和水资源富营养化[11]，广东省马铃薯施肥方法不科学，化肥用量大，尤其是氮肥和磷肥投入过多[12]。当前，马铃薯实际产量与潜在产量的产量差很大，达到 75% 潜在产量时的氮、磷、钾养分需求量与当前养分投入差异也很大[13]，因此，充足、均衡、合理的养分投入是缩小产量差的最重要因素。为马铃薯生产提供所需养分需要关注 4 个主要的施肥因素，即 4Rs 养分管理措施。4Rs 养分管理的核心概念就是把植物养分的正确品种、用正确用量、在正确的时期、施在正确的位置的 4 个正确（right）管理措施，因此称为 4Rs 养分管理措施。（1）选择正确的肥料品种（根据土壤、气候、灌溉等条件选择什么肥料品种合适），（2）确定正确的养分用量（根据土壤养分状况、作物对养分的需求、目标产量等确定应该用多少养分），（3）选正确的时期（根据作物吸收养分规律、水分管理等确定什么时间施用肥料）， （4）施在正确的位置（根据作物根系形态和分布，结合耕作和管理措施，把肥料施在合适的位置，有利于根系吸收）[14]。4Rs 养分管理将为作物生产提供充足的营养，最大限度地提高养分利用率，同时最大限度地减少养分流失到环境中的风险，提高产量和收益。本研究将详细介绍马铃薯的养分需求和养分管理，重点阐述马铃薯养分管理中如何利用 4Rs 养分管理措施指导科学施肥。
1 正确的肥料品种
马铃薯与其他作物一样需要大、中和微量元素，确定合适的肥料品种要考虑土壤养分状况、气候条件、水分管理措施、当地可供肥料品种等因素。选择正确的肥料品种不仅能提高马铃薯产量和品质，还能减少养分损失，提高养分利用效率。
1.1 氮肥
最常用的可溶性氮肥有尿素、硫酸铵、尿素硝铵，还有缓（控）释氮肥。缓（控）释氮肥有的添加硝化抑制剂（如双氰胺）或脲酶抑制剂（如正丁基硫代磷酰三胺），有些用无机材料（如硫磺）或有机聚合物（树脂、聚乙烯等）包膜。尿素应用最广，最常见的使用方法是施入土中或土表，也可通过灌溉施入和叶面喷施。硫酸铵同时含有氮和硫，能同时满足马铃薯对氮、硫的需求，尤其适合施用在土壤硫含量低的土壤上。尿素硝铵是一种液体肥料，含氮 28%～32%，可与磷、钾和其他营养元素的溶液混合使用，尿素硝铵可直接施用在土壤表面或通过滴灌或喷灌施用，还可叶面喷施[15]。研究表明，滴灌马铃薯上施用尿素硝铵溶液与普通尿素相比可提高氮素利用率和减少施氮量[16]。
缓（控）释氮肥可以随着时间调节氮素的释放，通过实现养分释放与作物吸收的同步，更能满足马铃薯在不同生长时期对氮素的需求，尤其满足马铃薯块茎形成期对氮素快速吸收的要求，提高氮肥利用率，同时减少氮肥用量和施肥次数，节约劳动力成本。缓（控）释氮肥非常适合水浇地马铃薯，通过土壤水分调节氮素释放，提高产量和氮肥利用率。试验表明，在养分用量相同条件下，控释尿素比普通尿素显著提高块茎产量和氮肥表观利用率[17]。膜下滴灌技术配合缓释肥与常规施肥相比可提高马铃薯块茎产量和肥料利用率[18]。内蒙古水浇地马铃薯上的试验表明，在相同氮素用量下，施用控释尿素比普通尿素获得更高的产量和氮素利用率，75% 推荐氮素用量下的控释尿素与 100% 推荐氮用量下的普通尿素相比，产量相当，氮素利用率提高，说明施用控释尿素可以减少氮素用量 25%[19]。即使在旱地马铃薯上控释尿素与普通尿素配合施用可使氮素利用率提高 4.4～4.8 个百分点，同时促进了磷、钾肥的养分利用率[20]。
1.2 磷肥
马铃薯上常用的磷肥有磷酸二氢铵（MAP）、磷酸氢二铵（DAP）、过磷酸钙（SSP）、重过磷酸钙（TSP）、钙镁磷肥等。DAP 和 MAP 对马铃薯而言是两种很好的磷源和氮源，溶解度都很高，施入土壤后很快在土壤中溶解释放出有效磷和氮。MAP 施入壤后其颗粒周围溶液呈弱酸性 （pH 4.0～4.5），因此，中性、石灰性土壤和较高 pH 的碱性土壤适合施用 MAP，以减少氨挥发损失[21]。颗粒 MAP 一般在土表下根系附近集中条施，也常常撒施后通过翻耕与表土混合。高纯度的 MAP 可用于叶面喷施或加到灌溉水中施用，但不能与钙镁肥混合施用。DAP 施入土壤后其颗粒周围呈碱性（pH 7.5～8.0），随着 DAP 颗粒中铵的溶解释放，挥发的氨可能对直接接触的种子或根系产生毒害，应避免将高浓度的 DAP 施用在种薯附近。TSP 是最早应用的高浓度磷肥，其中超过 90% 的磷是水溶性磷，可快速有效地被作物吸收，TSP 中也含有钙，特别适用于南方缺钙土壤。SSP 是 3 种植物营养元素的极好肥源，同时含有磷、硫、钙成分，特别是对缺硫土壤优势明显。SSP 溶液呈酸性（pH<2.0），适合于石灰性土壤和碱性土壤。钙镁磷肥也含有磷、钙、镁 3 种营养元素，呈碱性，适用于酸性土壤和土壤有效钙、镁含量低的土壤。SSP 和钙镁磷肥磷素含量相对较低，运输和施用成本高于 DAP、MAP 和 TSP。虽然不同磷肥品种各有优缺点，但磷素营养方面不同种类的磷肥间一般无明显差异。然而，近年来，越来越多的三元复合肥（N-P2O5-K2O）如 15-15-15、17-17-17、19-19-19 广泛用于马铃薯种植中，但这些复合肥氮、磷、钾三元素比例不合理，不符合马铃薯对养分的需求特征，因而仅施用这些肥料容易造成营养不协调，应该配合单质肥料施用。
1.3 钾肥
钾肥品种很多，主要包括氯化钾、硫酸钾和硝酸钾 3 种钾肥品种。氯化钾价格相对低，施用经济实惠。硫酸钾虽价格高，但其施用安全还可以提供硫素营养，尤其对缺硫土壤还可解决缺硫问题，所以经常在马铃薯生产上推荐施用。硝酸钾价格相对高，而且由于安全问题不易购买到。充足的土壤钾素供应是提高马铃薯块茎产量和品质不可缺少的，而且钾肥品种的选择也很重要。国内外许多研究比较 3 种钾肥品种和用量对马铃薯块茎产量的影响，如施用硝酸钾比施用氯化钾的马铃薯块茎产量高[22]，施用硫酸钾比施用氯化钾块茎产量高[23-25]。多数研究表明马铃薯施用氯化钾比施用硫酸钾效果好，如宁夏西吉马铃薯上钾用量不超过 K2O 90 kg/hm2，硫酸钾与氯化钾分别增产 7.1% 和 12.0%[26]。山西朔州马铃薯施用氯化钾增产 52.4%、商品率增加 25.7%，施用硫酸钾增产 28.6%、商品率增加 14.3%[27]。陕西榆林灌溉条件下 5 个马铃薯品种施用氯化钾处理的产量均高于硫酸钾处理，且产量提高 5.28%～24.79%[28]。辽宁本溪马铃薯上氯化钾和硫酸钾比较试验表明，当 K2O 用量小于 270 kg/hm2，产量相当，达 315 kg/hm2 时，硫酸钾优于氯化钾[29]。甘肃中部马铃薯主产区马铃薯生产过程中施用硫酸钾优于氯化钾，在施 N 120 kg/hm2 和 P2O5 60 kg/hm2 情况下，K2O 施用量 105 kg/hm2 时可有效提高马铃薯产量，且纯收益最高[30]。陕北滴灌马铃薯硝酸钾处理块茎产量、商品薯率和净收益显著高于氯化钾和硫酸钾，硫酸钾和氯化钾处理之间无明显差异[31]。
钾肥品种对马铃薯品质指标也有一定影响。在四川彭州马铃薯上 K2O 用量 150～270 kg/hm2 时，硫酸钾商品薯率高，高钾量时氯化钾的品质效果优于硫酸钾[32]。在陕西榆林 5 个马铃薯品种上施用氯化钾后块茎还原糖含量均低于施用硫酸钾[28]，还有研究表明，K2O 用量小于 225 kg/hm2 时，氯化钾在降低还原糖上优于硫酸钾，施肥量高，则相反[29]。还有研究表明硫酸钾在降低加工薯还原糖方面优于氯化钾[25]。然而有研究指出，施用氯化钾和硫酸钾提高还原糖含量[33]或马铃薯块茎还原糖含量与钾肥品种和用量没有显著相关性[34]。这些不同研究结果也许与钾肥品种外的其他因素有关，马铃薯品种和收获前后的许多因素，如成熟度、生长过程中的温度、矿质营养和灌溉、机械收获和储存条件，也影响块茎的质量比如含糖量[35]。马铃薯块茎还原糖含量对马铃薯加工企业很重要，因为马铃薯片炸制过程中会变褐，还原糖含量越低加工薯片品质越好[36]。
由此可见，马铃薯生产上如何选择合适的钾肥品种需要综合考虑气候条件、水分管理、土壤养分状况、钾肥用量、马铃薯品种和品质要求等。
1.4 中、微量元素肥料
马铃薯和其他作物一样，除需要大量营养元素氮、磷、钾外，也需要中量和微量营养元素。研究表明，马铃薯平均每生产 1000 kg 块茎需吸收钙 1.44 kg、镁 3.56 kg、硫 0.26 kg、硼 5.80 g、锌 5.30～12.90 g、铁 78.20 g、锰 7.40 g、铜 3.83 g、钼 0.51 g [1]。因此，补充一定量的中、微量营养元素对马铃薯高产优质很重要。尤其是南方酸性红壤上钙、镁普遍缺乏，需要施用大量的钙和镁，以满足马铃薯的需求，肥料品种一般为石灰、石膏、硫酸镁、氯化镁和白云石。增施钙、镁肥均可显著提高马铃薯干物质含量，增加单株薯重和块茎产量，同时有效降低疮痂病的发病率，增强马铃薯皮的抗机械损伤能力[37]。
尽管马铃薯对中、微量元素的需求量很少，但其在提高产量和品质方面却发挥着重要作用。早在 1990 年就报道了微量元素锌对马铃薯产量和品质的影响，种薯拌种和叶面喷施锌肥均可明显提高干物质，改善品质，提高块茎中的淀粉和维生素 C 含量，降低单宁含量[38]。大、中、微量元素（氮、磷、钾、铁、锰、铜、锌、镁、硫）配施能够增加马铃薯块茎的干物质、粗淀粉积累、维生素 C 和粗蛋白质含量，实现马铃薯的稳产优质[39]。施用硼、锌不仅可以明显提高马铃薯株高、单株结薯数、大中薯数、单株产量和总产量，还能提高马铃薯块茎中淀粉和蛋白质含量[40]。马铃薯施用锌肥能够增加各器官锌浓度，提高块茎产量和主要营养品质，降低块茎中还原糖含量[41]。干拌 + 叶面喷 3 次微肥 + 滴灌钙镁肥 2 次能够显著提高产量，并在一定程度上增加马铃薯块茎薯皮厚度，降低马铃薯在窖藏过程中的薯块损失率[42]。基施锌肥在强化块茎锌营养及改善块茎品质方面有着显著效果[43]，喷施一定浓度的锌肥也有利于提高马铃薯产量和品质[44]。增施铁肥可提高马铃薯块茎中的淀粉、还原糖、维生素 C 和蛋白质含量[45]。喷施铁、锌促进了马铃薯的生长，提升了品质，提高了单株产量和商品薯率[46]。
施用中、微量元素还有利于提高马铃薯对养分的吸收，提高肥料利用率。研究表明，增施镁肥马铃薯对氮素的吸收较常规施肥增加 8%，磷的吸收增加 8.3%，增施硼肥和锌肥马铃薯对氮、磷、钾的吸收略有增加，马铃薯产量提高[47]。无论是基施还是追施硼肥，都能提高植株对氮肥和钾肥的吸收[48]。由此可见，中、微量元素肥料均不同程度地促进了马铃薯对氮、磷、钾养分的吸收，有利于提高肥料的利用效率。马铃薯专用肥减施 15% 的同时配施中、微量元素肥能达到稳产效果，块茎的养分累积量提高，肥料利用率提高[49]。叶面喷施铁、锌、锰微肥不仅增加植株的株高、单株块茎重和商品薯率，还增加了块茎中的淀粉、还原糖、维生素 C 含量以及铁、锌、锰微量元素的积累量[50]。
1.5 有机肥
有机肥如畜禽粪肥或堆肥都是马铃薯生产中有效的养分资源，长期施用有机肥和有机无机配施比单施化肥显著促进马铃薯生长发育，增加干物质及产量，增加各器官氮、磷、钾含量和累积量，提高各土层有机质含量和有效氮、磷含量[51]。然而有机肥与化肥配施的效果往往优于其单独施用，能提高商品薯率、单株结薯数及单薯重，增加块茎淀粉含量、可溶性蛋白质含量及维生素 C 含量，降低亚硝酸盐的含量，提高氮、磷、钾利用效率[52-54]。有机无机肥料配施可以改善根际土壤微生物区系，提高土壤酶活性，达到改良土壤、提高土壤肥力、提高作物产量的目的[55]。生物炭与化肥配合施用能降低块茎的还原糖含量，增加粗蛋白质和维生素 C 含量，提高产量和商品薯率[56]。
近年来，在化肥零增长的背景下，有机肥替代部分化肥是实现化肥减施增效和土地可持续利用的主要途径。普通有机肥或生物有机肥替代部分化肥比单施化肥增加马铃薯块茎产量，提高氮肥、磷肥和钾肥的利用率[49，57-59]。有机肥等氮替代 25%～50% 的化肥提高了马铃薯植株的氮素吸收量及块茎产量[60]。钾肥也是如此，在施用充足氮、磷肥的基础上，秸秆钾与化学钾肥配施显著增加马铃薯产量、品质和养分吸收的同时，有利于钾素的收支平衡，维持土壤钾素肥力，具有稳产作用[61]。因此，配施有机肥可使养分供应更能满足马铃薯生长对养分的需求，对提高马铃薯块茎产量和肥料利用率具有促进作用。
2 正确的肥料用量
李比希的最小养分律阐明，作物产量受土壤中相对含量最小的养分限制。一种养分的缺失不能用其他养分的过量来弥补，因此，植物必需营养元素必须在数量上充分满足作物生长的需求。确定养分合理用量需要：1）评价马铃薯对养分的需求； 2）评价土壤养分供应，方法包括土壤测试和植物分析、肥料效应试验、缺素试验等；3）预测肥料利用效率；4）考虑土壤肥力状况等。推荐施肥量的确定有多种方法，常用的有测土施肥法、养分平衡法、养分专家系统（基于产量反应与农学效率的养分推荐方法）[62]等。
2.1 马铃薯对养分的需求
马铃薯对养分的需求是制定最佳养分管理的基础，马铃薯整个生育期对氮、钾的需求量较大，其次是磷、钙和镁[63]。马铃薯作为一种典型的喜钾作物，充足的钾素供应不仅能维持马铃薯的正常生长，还有利于减免马铃薯病害的发生，提高植株的抗逆能力[17]。在美国和加拿大，每生产 1000 kg 马铃薯平均需要吸收 4.19 kg N、1.26 kg P2O5 和 7.20 kg K2O[64]。表1总结了我国马铃薯主产区每生产 1000 kg 马铃薯需要吸收的氮（N）、磷（P2O5）、钾（K2O） 量和比例，平均需要 4.52 kg N、1.69 kg P2O5 和 7.38 kg K2O，N∶P2O5∶K2O 为 1∶0.39∶ 1.72，表明马铃薯对钾的需求高于氮和磷，对磷的需求相对较低。如果磷肥过量，马铃薯成熟期会提前，产量和品质也会随之降低[65]。然而，马铃薯对养分的需求受土壤养分状况、品种和水分管理的影响很大，同一地区不同品种间存在差异，同一品种在不同地区对养分的需求也差异很大。多数情况下水浇地马铃薯比旱地雨养马铃薯产量潜力大，因此需要更多的养分和较高的施肥量。
2.2 测土施肥法
测土施肥方法是依据土壤养分测定确定施肥量的方法，有目标产量法和丰缺指标法等。目标产量法是常用的方法，首先确定目标产量，一般根据近年平均产量，再加上一定比例的增产量来确定，然后再根据土壤有效养分供应量和养分利用率计算施肥量：养分推荐量（kg/hm2）=[目标产量所需养分量（kg/hm2）-土壤养分供应量（kg/hm2）]/ 肥料当季回收率，其中目标产量所需养分量（kg/hm2）= 目标产量（t/hm2）× 单位产量养分吸收量（kg/t）。
表1每生产 1 t 马铃薯块茎需要吸收氮磷钾养分的数量和比例
注：文献[81]未给出具体品称名称。
马铃薯单位产量养分吸收量和氮、磷、钾肥当季回收率分别参考表1和表2，每生产 1 t 马铃薯块茎平均需要吸收 4.52 kg N、1.69 kg P2O5 和 7.38 kg K2O，氮、磷、钾肥当季回收率平均分别为 34.0%、 21.8% 和 43.3%。范吉梅等[91]详细阐述了马铃薯测土配方施肥量的计算方法，首先根据地块前 3 年马铃薯的平均产量，再提高 10%～15% 作为马铃薯的目标产量。土壤养分供应量通过土壤有效养分校正系数确定：土壤养分供应量（kg/hm2）= 每公顷 0～20 cm 土层土壤质量 × 土壤有效养分 × 校正系数。
养分丰缺指标法是测土配方施肥最常用的方法，根据田间试验数据确定土壤养分测定值与相对产量（不施某种养分的产量 / 施用某种养分的产量）的相关关系，从而计算一定范围的相对产量对应的土壤养分高、中、低含量范围，即养分丰缺指标。这样就可以根据试验区域内的多年试验结果，建立马铃薯施肥量与土壤养分测定值的函数关系式，将土壤养分丰缺指标带入函数式中，求出各级丰缺指标下的经济合理施肥量，这样以后就可以根据土壤测定值找到对应的丰缺指标下的合理施肥量。自 2005 年我国进行测土配方施肥行动以来，在马铃薯主产区进行了大量的田间试验[73，77，92-94]，取得了大量数据资料，为马铃薯测土配方施肥作出了巨大贡献。例如，张子义等[95]通过 198 个田间试验，不仅掌握了内蒙古阴山北麓生态区在 0～20 cm 土层中全氮、有效磷及速效钾土壤测定值的范围，而且建立了阴山北麓生态区旱地马铃薯土壤养分丰缺指标，并根据丰缺指标等值建立了该区域的旱地马铃薯的经济合理施肥量。
表2马铃薯养分的农学效率和养分的回收率
注：5th、25th、50th、75th、95th 分别表示 5%、25%、50%、75%、95% 分位数。表4 同。
根据土壤测试进行肥料推荐还可以建立在土壤测试值与相对产量关系的基础上，根据农学效率进行推荐施肥[96]。首先确定土壤有效养分与相对产量（%）的关系模型，然后根据以上模型求出某一土壤养分水平下的相对产量，再根据目标产量（kg/hm2）和养分的农学效率（kg/kg）（单位养分的增产量）进行推荐：养分用量（kg/hm2）= （1-相对产量）× 目标产量 / 农学效率。马铃薯上氮、磷、钾养分的农学效率平均分别为 45.9 kg/kg N、47.4 kg/kg P2O5 和 35.0 kg/kg K2O（表2）。只是这种推荐施肥方法要建立在大量前期田间试验数据的基础上。
2.3 养分平衡法
在大量数据基础上，也可根据养分吸收与产量的关系进行推荐施肥[96]。根据这一关系可以得出某一目标产量下需要吸收的养分量和土壤基础供应量（不施某种养分时的吸收量），二者之差即为需要从肥料中吸收的养分，因此，养分推荐量 =（目标产量下养分吸收量-土壤基础供应量）/ 当季肥料利用率。然而，磷、钾用量的确定不仅要考虑投入、产出平衡，还要考虑土壤养分水平，如果需要保持土壤磷（或钾）水平，磷（或钾）的用量应与马铃薯吸收量（即移走量）一致；如果土壤磷（或钾）水平高，施磷（或钾）量就可以少于移走量，即施用量为移走量减去土壤基础供应量（不施磷或钾时的吸钾量），从而消耗土壤中的磷（或钾）； 如果土壤磷（或钾）供应不足，磷（或钾）肥推荐量就要高于目标产量下马铃薯移走量，以便提高土壤磷（或钾）素肥力。考虑到马铃薯收获后茎叶基本还田，因此，马铃薯的养分移走量实际上就是块茎移走养分的数量。表3总结了马铃薯的 N、P2O5、 K2O 移走量，平均分别为 116.4、53.6 和 198.5 kg/hm2，与生产地点、马铃薯品种和产量水平有关。
表3马铃薯养分移走量
续表
2.4 养分专家系统推荐施肥法
利用多年多点的肥料效应田间试验获得的数据，建立养分吸收和作物产量数据库，利用 QUE-FTS 模型对作物可获得产量、产量反应、养分的农学效率、土壤基础养分供应等进行分析，获得作物养分需求特征参数，建立基于产量反应和农学效率的养分推荐模型。产量反应指施用某种养分的增产量，农学效率指施用单位养分的增产量。采用计算机软件和取得的相关模型和参数，建立基于作物产量反应和农学效率的推荐施肥方法，即养分专家系统（Nutrient Expert，简称 NE）[62]。这种方法中，对于氮素养分推荐施肥主要依据产量反应和农学效率，即施氮量 = 施氮的产量反应 / 氮素农学效率，施氮的产量反应由施氮和不施氮处理的产量差求得。而对于磷、钾肥推荐，除考虑肥效外，还要考虑土壤养分平衡，主要基于产量反应和一定目标产量下作物的移走量给出推荐施肥量（施磷或钾量 = 作物产量反应施磷或施钾量 + 目标产量收获物移走量）。NE 系统已在我国多种粮食作物和经济作物上开展研究和应用[84，104-107]。在马铃薯上利用 NE 推荐施肥与农民习惯施肥相比，优化了氮、磷、钾施用量和比例以及施用方法，获得增产、增收，提高了肥料利用效率[68，84]，可作为马铃薯推荐施肥的新方法。
2.5 正确的肥料用量—推荐施肥效果
2.5.1 推荐施肥量
依据文献资料总结了马铃薯推荐施肥量和相对应的块茎产量数据分布状况（表4）。由于涉及不同地点、不同品种、不同水分管理等，因此推荐施肥量与块茎产量的变异较大。推荐施氮量范围为 N 75～363 kg/hm2，中值 N 180 kg/hm2，平均 N 178 kg/hm2，变异系数 28.8%。推荐施磷量范围为P2O5 45～245 kg/hm2，中值 P2O5 90 kg/hm2，平均 P2O5 103 kg/hm2，变异系数 34.5%。推荐施钾量范围为 K2O 30～750 kg /hm2，中值 K2O 156 kg/hm2，平均 K2O 172 kg/hm2，变异系数 63.0%。氮磷钾施用总量 195～1050 kg/hm2，中值 443 kg/hm2，平均 453 kg/hm2，变异系数 33.8%。推荐施肥下马铃薯块茎产量 10.2～83.3 t/hm2，中值为 33.0 t/hm2，平均 34.4 kg/hm2，变异系数 34.7%。
表4马铃薯氮磷钾推荐施肥量和推荐施肥量下的块茎产量
频数分布状况表明（图1），推荐施肥施氮量主要在 N 100～200 kg/hm2，占总样本的 67.5%，N 200～250 kg/hm2 的样本占 17.5%，大于 N 250 kg/hm2 的样本占 8.7%，小于等于 N 100 kg/hm2 占 6.3%。推荐施磷量 54.8% 以上的样本在 P2O5 50～100 kg/hm2， 35.7% 的样本在 P2O5 100～150 kg/hm2，因此，90.5% 的样本施磷量集中在 P2O5 50～150 kg/hm2，小于等于 P2O5 50 kg/hm2 和大于 P2O5 150 kg/hm2 的样本分别只有 2.4% 和 7.1%。推荐施钾量分布相对分散，88.1% 的样本在 K2O 50～300 kg/hm2 范围，K2O 50～100 kg/hm2 占 26.%，K2O 100～150 kg/hm2 占 19%， K2O 150～200 kg/hm2 占 11.9%，K2O 200～250 kg/hm2 占 16.7%，K2O 250～300 kg/hm2 占 14.3%，大于 K2O 300 kg/hm2 的样本只有 7.1%，小于等于 K2O 50 kg/hm2 占 4.8%。氮、磷、钾推荐总量主要在 400～500 kg/hm2，占 29.4%，其次为 300～400 kg/hm2，占 20.6%，施用量 500～600 kg/hm2 占 18.3%，200～300 kg/hm2 占 16.7%。马铃薯块茎产量主要集中在 20～30 和 30～40 t/hm2，分别占样本总量的 31.0% 和 34.9%，40～50 t/hm2 占 15.1%，小于等于 20 t/hm2 占 7.9%，大于 50 t/hm2 占 11.1%，大于 60t/hm2 只有 2.4%。
图1马铃薯推荐施肥量和相应产量的频数分布状况
2.5.2 推荐施肥与农民习惯施肥比较
采用成对比较法分析推荐施肥与农民习惯施肥差异。推荐施肥的氮、磷施用量低于农民习惯施肥的样本数分别占总样本数的 64.3%、53.6%，差异显著（P<0.05），推荐施肥施钾量高于农民习惯施肥的样本数占 64.3%，但差异不显著，说明农民习惯施肥多数情况下氮、磷过量，而钾用量略不足。产量上，推荐施肥大于农民习惯施肥的样本数占 82.1%，差异显著（P<0.001）。推荐施肥比农民习惯施肥显著提高了氮（P<0.001）、磷（P<0.05）、钾（P<0.01）的回收率。因此，推荐施肥优化了氮、磷、钾用量和比例，提高了产量和养分利用效率（表5、表6）。
表5马铃薯推荐施肥与农民习惯施肥施肥量、产量和养分利用率比较
表6马铃薯推荐施肥与农民习惯施肥比较
注：Pr 指检验统计概率，t 表示配时 T 检验的统计量值。
3 正确的施肥时期
在一定的环境条件下，确定正确的施肥时期需要考虑：1）肥料品种、用量和施肥位置，2）确定马铃薯吸收养分的时期，3）确定土壤养分供应， 4）了解土壤养分损失，5）田间管理措施等。
了解马铃薯整个生育期对养分的吸收特征可为确定正确的施肥时期提供依据。表7总结了马铃薯不同生育期吸收的氮、磷、钾养分占整个生育期吸收的氮、磷、钾养分的比例。马铃薯苗期吸收的氮、磷、钾量较少，分别占整个生育期氮、磷、钾总积累量的 7%～14%、3%～11%、5%～15%。块茎形成期是营养生长与生殖生长并进时期，对养分需求明显增多，这一时期吸收的氮、磷、钾量分别占全生育期吸收总量的 23%～36%、15%～26%、 15%～31%。块茎膨大期是养分吸收最多的时期，这一时期吸收的氮、磷、钾量分别占全生育期吸收总量的 34%～49%、39%～51%、41%～55%。淀粉积累期植株吸收的氮、磷、钾量分别占全生育期吸收总量的 7%～25%、19%～36%、6%～28%。可见，块茎形成期和块茎膨大期养分吸收量多，两个时期氮、磷、钾吸收量分别占全生育期吸收总量的 62%～85%、54%～77%、60%～79%。可见，氮、磷、钾吸收最多的时期均为块茎膨大期，而块茎形成期氮、钾吸收相对较多，淀粉形成期磷吸收相对较多。由于马铃薯苗期至花期吸收氮、磷占整个生育期吸收总量的 70% 左右，吸收的钾占整个生育期吸收总量的 95% 左右[91]，因此，花期是马铃薯营养生长和生殖生长并存时期，是薯块膨大的重要时期，追肥应该主要集中在开花期（初花、盛花和落花期）施入[115-116]。
表7马铃薯各生育期养分吸收占整个生育期养分吸收的比例
针对马铃薯氮、磷、钾养分吸收累积的特点就可以确定正确的施肥时期。在块茎形成初期过量施用氮肥会使营养生长延长而限制块茎的发育，降低产量。而后期过量施氮会延迟成熟，降低产量和品质。氮肥的分次施用可以满足马铃薯生育期对氮肥的需求，提高氮肥利用率，并可根据生长时期和气候变化灵活掌握施肥时期。在灌溉或降水量高的地区，氮肥可以分 3～4 次施用，以提高产量和氮肥利用率，在有灌溉的砂质土壤上，氮肥分次施用可有效减少氮素淋失，减低环境风险[117]。研究表明，增加氮肥的追施比例可获得较高的块茎产量和商品薯率[85，118-120]，如 2/3 氮肥基施，1/3 氮肥在块茎膨大末期追施处理，有利于了马铃薯前期营养生长和后期块茎光合产物的积累[121]，等氮量下氮肥分期施用能增加块茎干物质的积累量和分配比例[122]，氮肥播前和块茎膨大期按 6∶4 施入时比氮肥全部基施时增产效果明显[123]，块茎形成末期追施氮肥，可满足块茎快速膨大期对氮素的大量需求，有利于提高块茎的产量、收获指数、商品薯率和块茎品质[85]，滴灌马铃薯幼苗期、块茎形成期、块茎增长期和淀粉积累期施氮肥比例 10%、30%、 40%、20%，并在幼苗期、块茎形成期和块茎增长期结合补水，有利于马铃薯生长，提高产量和品质以及水分利用效率和氮素利用效率[124]。
马铃薯从出苗到成熟始终保持对磷的吸收，苗期、块茎膨大期、淀粉积累期磷素吸收量分别占全生育期吸收总量的 17.5%、48.5%、34%[125]。滴灌条件下马铃薯各阶段所吸收的磷素比例为苗期 8%，块茎形成期 26%，块茎膨大期 42%，淀粉积累期 24%[126]。这些数据与表7中马铃薯不同时期对磷吸收积累的比例基本一致。磷肥在土壤中移动性差，通常在种植前施用并与土壤混合，有利于根系吸收。但磷肥施用到土壤中后只有施肥点附近磷可溶性浓度较高，大多数磷被土壤中铁、铝或钙固定[127]，有效性下降，尤其在石灰性土壤和酸性铁铝土壤中，因此磷肥的分次施用也有利于提高磷的有效性和利用效率。此外，分期施氮磷钾（基肥 + 苗肥 + 结薯肥）较常规施肥提高产量 1.4%~19.7%[115]。
马铃薯是喜钾作物，马铃薯一生中对钾的需要量都很大，但马铃薯各器官中钾的积累在块茎膨大期之前，成熟期 60%～70% 的钾素都贮藏在块茎中[39，128-130]。因此，马铃薯前期充足的钾肥供应对马铃薯生长发育和产量形成至关重要。胡娟等[131] 利用基肥追肥试验设计，得出钾肥基肥占 60%，齐苗肥和现蕾肥各占 20% 时马铃薯产量最高。段玉等[132]研究表明，施肥时期对产量的影响是基施 >基追各半 >追施，但三者差异甚微，基施钾肥的利用率最高，其次是基追各半，追肥效果较差。张彬彬等[133]在甘薯上研究指出钾肥基施利于甘薯产量的形成。这些研究结果与许世豪[134]研究结果类似，基肥施用氯化钾更利于提高马铃薯对钾肥的利用率。
微量元素肥料如铁、锰、锌肥在种植前施用会被氧化或固定为作物不能吸收利用形态，尤其在石灰性土壤或 pH 高的土壤上更明显，因此应该生长期喷施。硫磺应该在种植前施用，以便使其氧化为植物可以吸收利用的硫酸盐，尤其在冷凉地区和氧化能力低的土壤上更应该早施。
4 正确的施肥位置
正确的施肥位置是指将养分施用在合适的位置上，使作物易于吸收利用，实现其潜在产量。作物种类、土壤条件、施肥技术、耕作措施、株行距、水分管理、气候条件等都会影响施肥位置。除易被转化为无效态的养分如锰、锌、铁等不宜提前施用在耕层，大多数养分都可以在种植前施用到耕层。种植后施肥一般在封垄前进行，侧施通常距种薯几厘米的侧面施入土壤中。
马铃薯属于典型的浅根系作物，多数根系分布在 30～40 cm 的土层中[136-138]，单位体积土壤内马铃薯的根系长度不及小麦的 1/4。由于根系截获是植物吸收土壤中养分的主要途径，因此马铃薯的养分吸收能力较弱，养分利用率远低于小麦、玉米等作物[139]。马铃薯根系的这一特点决定了肥料养分要施在其根系范围内。肥料条施可以提高氮肥和磷肥的利用率，在马铃薯垄上条施可以减少硝酸盐被淋失的风险，因为水分大都在垄沟中[140]。由于马铃薯是浅根系，因此对磷素吸收能力弱[141-142]，对磷肥的利用率低，而且在缺磷的土壤上又缺乏吸收磷的能力，因此磷肥应该条施以增加马铃薯根层磷的浓度。
灌溉施肥是针对易在土壤中移动的养分如硝态氮而进行的施肥方式。当养分在灌溉施肥不会引起养分淋出根系层外时，其效果优于种植前基施[143]。当养分易被土壤固定（如磷在石灰性或酸性红壤上施用）时，不宜采用灌溉施肥。在北方，每年只有一季作物，每户都有 100 hm2 以上的马铃薯，而且具有喷灌设备，这样氮肥和钾肥可以考虑随水喷施。
近年来，滴灌技术在马铃薯生产中大力推广，因为可直接将肥料滴施于作物根部，增加了根系直接接触肥料的机会，可有效提高肥料的利用效率，有望使马铃薯的养分需求与供应实现时空匹配。研究表明，滴灌施肥比传统灌溉施肥（基施 + 撒施） 增产 47.4%[144]。在陕北榆林风沙土上，滴灌施肥不仅获得最高产量和干物质量，而且水分利用率高，还能获得较大的经济效益[145]。
5 结论
马铃薯的养分管理不但取决于马铃薯对养分的需求量和吸收特征，还决定于肥料品种和施肥方法、水分管理和土壤条件。最佳的养分管理措施是选择正确的肥料品种、用正确的用量、在正确的时期、施在正确的位置（4Rs），以提高产量和养分利用效率。但确定 4Rs 养分管理也需要因地制宜。