摘要
为响应国家农业“双减”政策和青海省化肥农药减量增效行动工作要求，针对青海东部农业区化肥施用不合理带来的肥料利用率低、土壤肥力下降、农业面源污染加重等问题，于2022年4月~9月在青海省东部马铃薯种植区（互助县台子乡新城村）开展有机肥替代化肥大田试验，以不施肥（化肥和有机肥均不施，CK）和当地常规施化肥（尿素 300 kg/hm2+磷酸二铵 225 kg/hm2， CF）为对照，以减施10%化肥+增施有机肥3000 kg/hm2（T1）、减施20%化肥+增施有机肥 3000 kg/hm2（T2）、减施 30%化肥+增施有机肥 3000 kg/hm2（T3）、减施 40%化肥+增施有机肥 3000 kg/hm2（T4）4种不同处理为减氮替代模式，以减施 10%化肥+有机肥替代892.5 kg/hm2（N1）、减施20%化肥+有机肥替代 1785 kg/hm2（N2）、减施30%化肥+有机肥替代2677.5 kg/hm2（N3） 3种不同处理为等氮替代模式，探究有机肥替代化肥对土壤肥力特征、马铃薯农艺性状、植株养分吸收和利用、产量、品质和经济效益等方面的影响，以期为青海省东部农业区马铃薯高产优质栽培和化肥减量技术模式的应用和推广提供理论支撑。主要研究结果如下： 1. 有机肥替代化肥能够显著影响马铃薯全生育期 0~40 cm层土壤碱解氮、速效磷、有机质和成熟期全氮、全磷含量。两种有机肥替代化肥模式中，马铃薯生育前期（苗期~现蕾期）0~40 cm层土壤碱解氮含量提高效果分别以T4和N3处理最佳，中后期（盛花期~成熟期）以T3、T2和N2处理最佳；全生育期0~40 cm层土壤速效磷含量提高效果分别以T2和N2处理最佳，土壤有机质含量提高效果分别以 T3 和 N3 处理最佳；成熟期 0~40 cm 层土壤全氮和全钾含量提高效果以T3和N2处理最佳，全磷含量以T2、T4和N3处理最佳。因此，减施20~30%化肥+增施有机肥 3000 kg/hm2和减施20~30%化肥+有机肥替代1785~2677.5 kg/hm2对提高0~40 cm层土壤养分含量效果较优。 2. 有机肥替代化肥对 0~40 cm层土壤脲酶、磷酸酶和过氧化氢酶的影响较为显著。两种替代模式中，T2 和N3处理对成熟期 0~40 cm层土壤脲酶活性的提高效果最佳，T4 和N3处理对0~40 cm层土壤磷酸酶、过氧化氢酶活性的提高效果最佳，且与CF处理间差异显著；T2和N2处理对0~40 cm层土壤蔗糖酶活性提高效果最佳，但与CF处理间差异不显著。 3. 有机肥替代化肥可增加马铃薯全生育期各处理株高和茎粗，提高植株各器官干物质积累量。全生育期以T2和N2处理对株高、茎粗以及叶、地上茎、地下茎、块茎和全株干物质积累量的提高效果最佳，且显著高于CK、CF处理，而有机肥替代化肥对根干物质积累量的影响不显著。 4. 不同器官全氮含量表现为：叶＞地上茎＞根＞地下茎＞块茎，其在植株全氮含量中占比分别为35.66%、20.57%、16.44%、15.43%、11.91%；而各器官氮素积累量则表现为块茎＞叶＞地上茎＞地下茎＞根，在植株氮素积累量含中占比分别为 62.63%、28.61%、7.06%、1.00%、0.70%。有机肥替代化肥有利于马铃薯成熟期叶、地上茎、地下茎和根全氮含量的提高，而对块茎全氮含量的影响不显著，其中T2和N2处理最有利于植株各器官全氮含量以及氮素积累量的提高。有机肥替代化肥可提高氮肥农学利用率、氮肥偏生产力和氮肥利用率，但氮素收获指数和氮肥生理利用率均低于常规施化肥处理。两种替代模式中，T2和N2处理能显著提高氮肥农学利用率、氮肥利用率，其中氮肥偏生产力以T4、N2处理较高，氮素收获指数以T3、N2处理较高，氮肥生理利用率以T4、N1处理较高。 5. 有机肥替代化肥有利于提高马铃薯产量、品质及经济效益。两种替代模式中，T2和N2 处理对提高马铃薯单薯重、产量、商品薯率、块茎可溶性糖含量、可溶性淀粉含量和纤维素含量的效果最显著；蛋白质含量以T2、N3处理表现最佳；经济效益以N2处理最高，T2处理次之，分别较CF增收46.59%、33.41%。通过对马铃薯产量与土壤养分、酶活性、农艺性状、植株氮素积累量及块茎品质进行主成分分析可知，T2和N2处理对马铃薯生长和品质的影响高于CF处理，且以T2处理作用最大。 综上，有机肥替代化肥能够提高马铃薯生育期0~40 cm层土壤养分含量和酶活性，促进马铃薯的生长，提高植株氮素含量、氮素积累量和氮素利用率，从而显著增加马铃薯块茎产量、品质和经济效益。以减施 20%化肥+增施有机肥替代 3000 kg/hm2 和减施 20%化肥+有机肥替代 1785 kg/hm2模式在提高土壤肥力、改善农艺性状、增加植株干物质积累量和氮素含量、提高马铃薯产量、氮肥利用率、品质等方面表现较优。
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