整合生物肥料与减量化肥对马铃薯生长、产量及经济效益的影响

《Advances in Agriculture》：Evaluating the Impact of Row Planting Technology on Teff Productivity in Kembata Zone, Central Ethiopia

　　

磷和钾在农业土壤中逐渐耗竭，且大部分施入的养分被固定在土壤中，成为限制作物产量的因素。植物促生微生物能够增强必需养分的有效性和吸收，从而减少化学肥料的施用。基于这些事实，研究人员在尼泊尔奇特旺的兰普尔开展了一项田间试验，旨在评估整合生物肥料、化学肥料和农家肥（FYM）对马铃薯（cv. Janak Dev）的影响，假设生物肥料可以在不显著降低产量的情况下替代一部分化学肥料。试验采用裂区设计，以FYM施用（施与不施）为主区因子，化学肥料与生物肥料的组合为副区因子，设置三次重复。结果表明，FYM对各测定变量的单独效应不显著。在推荐剂量的化学肥料（RDFs）与生物肥料结合75%低量RDF的处理之间，株高和叶面积指数（LAI）无显著差异。同样，RDF与减量RDF结合解磷菌（PSB）或丛枝菌根真菌（AMF）的处理之间，块茎产量和经济指标在统计学上也无显著差异。相比之下，解钾菌（KSB）结合减量RDF处理的产量显著低于单独RDF处理。基于裂区方差分析（ANOVA），FYM单独施用对马铃薯生长、产量或土壤化学性质无显著影响，然而，一项探索性配对t检验比较了相应的施与不施FYM的观测值，结果显示产量存在显著差异（平均差 = 1.48 t ha?1；p = 0.037）。同样，与未施FYM的小区相比，施用FYM的小区的土壤有机质含量、全氮和速效钾分别数值上提高了15.31%、16%和8.25%。此外，在施用FYM的情况下，PSB和KSB在减量RDF条件下对提高作物产量的响应更为积极。总体而言，生物肥料与减量化肥剂量的联合施用所获得的生长和产量与全量化肥剂量相当。此外，在减量RDF下将FYM与PSB整合可提高经济收益。

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1. 研究背景与目的

马铃薯是全球第三大重要粮食作物，对粮食安全和农民收入至关重要。然而，在尼泊尔等地区，其平均产量远低于全球平均水平，主要受限于生物、农艺和社会经济等多重因素。其中，磷和钾的缺乏是关键的营养限制因素。尽管农民普遍重视氮肥施用，但对磷钾肥的管理往往不足且不平衡。磷在土壤中易被固定，利用率通常低于30%；而钾则易在轻质土壤中淋溶损失。这导致马铃薯生产高度依赖大量化学磷钾肥，不仅成本高昂，还引发资源短缺和环境富营养化等问题。

为解决这一难题，植物促生微生物（如解磷菌PSB、解钾菌KSB和丛枝菌根真菌AMF）作为一种可持续的生物策略受到关注。这些微生物能够将土壤中难溶态的磷和钾转化为植物可吸收形态，从而提高养分利用效率。本研究假设，将生物肥料与减量化学肥料及农家肥（FYM）整合施用，可以在不显著降低马铃薯产量的前提下，减少化学肥料的投入，实现增产增效与土壤健康维护的双重目标。

2. 研究方法与技术路线

本研究于2024年10月至2025年1月在尼泊尔农业与林业大学（AFU）的园艺农场进行。试验采用裂区设计，主区因子为FYM施用（0 t ha^?1 与 20 t ha^?1），副区因子为7种化学肥料与生物肥料的组合处理，包括对照、推荐施肥量（RDF，100:100:60 kg N:P₂O₅:K₂O ha^?1）、减量磷（75% P₂O₅）+ PSB、减量钾（75% K₂O）+ KSB、减量磷 + AMF、三种生物肥料联用（PSB+KSB+AMF）以及RDF与三种生物肥料联用。研究测定了生长参数（株高、LAI）、产量及其构成要素（单株块茎数、单个块茎重、总产量、商品薯产量）、干物质积累、经济效益（净收益、产投比）以及土壤化学性质变化。数据分析采用裂区方差分析（ANOVA）和邓肯多重极差检验（DMRT），并辅以配对t检验、相关性分析和多元线性回归。

3. 主要研究结果

3.1 对马铃薯生长的影响

FYM施用对株高和叶面积指数（LAI）无显著影响，但化学与生物肥料的整合施用影响显著。RDF处理获得最高株高（69.48 cm），但与减量磷+PSB、减量钾+KSB、减量磷+AMF等处理无显著差异。LAI方面，减量磷+PSB处理最高（1.76），与RDF、减量磷+AMF及RDF+三种生物肥料处理相当，均显著高于对照。

3.2 对产量及其构成要素的影响

FYM对植株密度、单株块茎数、单个块茎重及总产量均无显著主效应，但探索性配对t检验显示FYM显著提升了产量（平均增加1.48 t ha^?1，p=0.037）。化学与生物肥料的整合对总产量和商品薯产量影响极显著。RDF处理获得最高总产量（18.70 t ha^?1）和商品薯产量（18.26 t ha^?1），但与减量磷+PSB（17.20 t ha^?1）、减量磷+AMF（16.82 t ha^?1）及RDF+三种生物肥料（17.14 t ha^?1）处理无显著差异。减量钾+KSB处理产量（16.32 t ha^?1）显著低于RDF但高于对照。FYM与肥料整合存在交互作用：在减量磷+PSB和减量钾+KSB处理中，施用FYM显著提高了产量。

3.3 对干物质积累与收获指数

FYM处理下地上部干重和块茎干重均高于未施FYM处理。在肥料整合处理中，RDF+三种生物肥料处理获得了最高的块茎干重（3822.28 kg ha^?1）和收获指数（89.84%）。

3.4 对经济效益的影响

FYM施用增加了生产成本但未显著影响净收益和产投比。肥料整合处理对经济指标影响显著。RDF处理获得最高净收益（USD 3389.94 ha^?1）和产投比（2.32），但与减量磷+PSB（净收益USD 2928.53 ha^?1，产投比2.11）、减量磷+AMF及RDF+三种生物肥料处理无显著差异。减量钾+KSB处理的经济效益显著低于RDF但优于对照。

3.5 对土壤化学性质的影响

FYM施用后，土壤有机质、全氮和速效磷含量较初始土壤分别提升6.79%、6.35%和7.90%，但统计上不显著；速效钾含量则显著下降。对比分析显示，AMF处理小区的速效钾含量显著高于非AMF处理小区（p=0.043），其他生物肥料对比组间土壤性质无显著差异。

4. 讨论与结论

研究表明，将解磷菌（PSB）或丛枝菌根真菌（AMF）与减量25%的磷肥配合施用，能够在维持马铃薯产量和经济效益上与全量化肥处理持平，验证了研究假设。这归因于PSB和AMF通过分泌有机酸、磷酸酶或扩展菌丝网络等方式，有效活化了土壤中被固定的磷素，弥补了减量磷肥带来的供应缺口。相比之下，解钾菌（KSB）在减量25%钾肥的条件下未能完全补偿产量损失，可能与本试验土壤初始钾含量较高，或KSB在短期内的释钾效果有限有关。FYM的施用虽然单独效应不显著，但在与PSB或KSB配合时表现出协同增产效应，同时有助于维持土壤有机质和氮素水平。经济分析进一步证实，PSB和AMF介导的化肥减量方案具有良好的可行性。综上，研究人员得出结论：整合施用生物肥料（特别是PSB和AMF）与减量化肥，是一种可持续的马铃薯养分管理策略，能够在保障产量和经济效益的同时，减少化学肥料投入，促进农业绿色发展。