巴基斯坦 agro-ecological 条件下优化施肥策略提高马铃薯产量的研究——合成肥料分次施用与植物促生根际细菌(Plant Growth-Promoting Bacteria, PGPB)包被生物肥料的比较

《International Journal of Agronomy》：Evaluating Fertilization Strategies in Potato Crop for Improved Productivity Under Agro-Ecological Conditions of Pakistan

　　

摘要：马铃薯是巴基斯坦旁遮普省中部种植者的主要收入来源。尽管马铃薯是重要的经济作物，但由于碱性砂壤土中肥料管理效率低下导致块茎产量仍低于潜力产量，亟需能提升块茎产量的施肥策略。本研究为一项为期2年的田间试验，旨在通过优化肥料施用策略提高马铃薯产量，比较常规合成磷(P)和氮(N)施用与植物促生根际细菌(Plant Growth-Promoting Bacteria, PGPB)包被生物肥料的效果。供试马铃薯品种为'Sante'，设置3个处理：合成P:N（185:250 kg ha?1，对照）分4次施用、合成P:N（185:250 kg ha?1）分6次施用、PGPB包被P:N（185:250 kg ha?1）生物肥料分6次施用。结果表明，增加分次施用次数可改善所有生长性状。PGPB包被生物肥料处理表现最优，与对照相比，胞间CO2浓度(Ci)提高91.6%，净光合速率(PN)提高8.9%，水分利用效率(Water Use Efficiency, WUE)提高37.4%，而气孔导度(gs)和蒸腾速率(E)分别降低15.5%和20.6%。虽然净光合速率与总产量相关性弱，但与商品薯级(rashan-grade)产量呈中度相关。总体而言，分6次施用的PGPB包被P:N（185:250 kg ha?1）生物肥料显著提高了总产量和商品薯级产量，同时减少了降级薯比例。研究结果支持将PGPB包被生物肥料作为一种环境友好且高效的策略用于提升马铃薯生产力。

论文解读：巴基斯坦 agro-ecological 条件下 PGPB 包被生物肥料分次施用对马铃薯产量及生理特性的影响

研究背景与目的

马铃薯是全球第三大消费、第四大生产的粮食作物，在巴基斯坦种植面积约0.34百万公顷，年产量约8.31百万吨，平均产量仅约24.4 t ha^?1，远低于其潜在产量。在巴基斯坦旁遮普省的Okara地区，土壤为碱性砂壤土（Typic Torripsamment，pH 8.4–8.9，有机质含量低），养分易淋失，传统生产中多将大量合成氮肥(N)和磷肥(P)作基肥一次性或仅分少量次施用，导致养分供应与马铃薯各生育期需求不同步，肥料利用率低且造成环境污染，是限制当地马铃薯产量提升的主要原因。单纯增施合成化肥不仅破坏资源且无法持续提高产量。植物促生根际细菌(Plant Growth-Promoting Bacteria, PGPB)可通过固氮、溶磷、产生植物激素等方式提高养分有效性并促进植物生长，将其包被于化肥颗粒表面制成生物肥料是潜在的高效施肥策略。因此，研究人员开展本项为期2年（2018–2020）的田间试验，旨在评价增加N、P肥分次施用次数及采用PGPB包被生物肥料对'Sante'马铃薯生长、光合特性、块茎产量及品质的影响，探索适宜当地生态条件的优化施肥方案。该论文发表于《International Journal of Agronomy》。

主要关键技术方法

研究人员于巴基斯坦Okara地区（30°40′N, 73°38′E）选取典型碱性砂壤土田块，采用随机完全区组设计(Randomized Complete Block Design, RCBD)，设4次重复，小区面积505 m2。供试品种为'Sante'，按行距75 cm、株距15 cm于10月中旬播种。设置3个施肥处理：(T1)对照—合成磷肥(过磷酸钙/DAP)和氮肥(尿素)P:N总量185:250 kg ha^?1分4次（常规农户做法）施用；(T2)合成P:N同量分6次施用；(T3)PGPB包被P:N同量（商品名Nutraful?, PGPB ≥103 g^?1）分6次施用。分别于播后70天测定植株高度、单株茎数、分枝数、叶面积指数(Leaf Area Index, LAI)、叶绿素含量(SPAD)；用红外气体分析仪(Infra-Red Gas Analyzer, IRGA, LCi-SD)测定净光合速率(P_N)、胞间CO₂浓度(C_i)、气孔导度(g_s)、蒸腾速率(E)，计算水分利用效率(Water Use Efficiency, WUE = P_N/E)；成熟期按商品薯级(>90 g, rashan-grade)、种薯级(50–90 g)、小薯(<50 g, goli)及降级薯分级称重，换算为t ha^?1，测定块茎直径与比重(Specific Gravity)。两年数据合并（年份效应不显著），采用ANOVA及LSD检验(p≤0.05)比较处理差异，R语言进行回归分析。

研究结果

3.1. The Growth and Photosynthesis in Potato cv. Sante

研究人员测定播后70天的营养生长与光合参数发现：与对照（4次分施合成肥）相比，6次分施合成肥已显著提高株高、单株茎数与分枝数、LAI及SPAD值；而PGPB包被生物肥料6次分施效果最佳——株高较对照增加13.8%，较6次合成肥增加1.6%；单株分枝数和茎数分别较对照增加55.9%和43.7%，较6次合成肥增加36.4%和21.0%；LAI较对照增加36.4%，较6次合成肥增加6%；SPAD值较对照增加13.0%，较6次合成肥增加7.9%。光合指标方面，PGPB包被处理C_i较对照升高91.7%、较6次合成肥升高23.6%；P_N较对照升高8.9%、较6次合成肥升高23.5%；WUE达2.94，显著高于对照(2.14)和6次合成肥处理(1.65)；E和g_s在PGPB包被处理中最低，分别较对照降低20.6%、15.5%。回归分析显示P_N与总产量弱相关(r≈0.4)，与rashan-grade产量呈中度相关(r≈0.6)。

3.2. The Tuber Yield and Quality of the Potato cv. Sante

产量结果显示：PGPB包被6次分施处理总产量最高（折合约36.8 t ha^?1，以156袋×118 kg/505 m2换算），较6次合成肥处理增产21.7%，较对照增产55.5%；其中rashan-grade（>90 g）占比达76.9%（120/156袋），高于6次合成肥的62.5%和对照的58.4%；小薯(goli)和降级薯比例在PGPB包被处理中最低（分别为3袋和3袋）。平均单薯重PGPB包被处理为292.1 g，对照仅119.8 g；块茎直径PGPB包被处理最大(64.5 mm)，对照最小(48.7 mm)。随分次次数增加及PGPB包被，块茎比重(Specific Gravity)呈下降趋势，PGPB包被处理最低，表明烹饪品质有所改善。总产和rashan-grade比例与分次次数呈正线性回归，降级薯比例呈负线性回归。

讨论与结论总结

讨论部分指出，传统4次分施中约50%肥料作基肥，在砂壤土雨季易淋失，导致苗期供氮磷不足而影响茎数形成；增至6次分施使养分更匹配马铃薯各阶段需求，促进碳水化合物合成与LAI扩展，进而提高光合产物积累与块茎膨大。PGPB包被肥进一步通过促生根际细菌的溶磷、产激素及可能诱导植物系统性抗性等作用，提高了根际养分有效性，协同分次施用实现更优的生长促进与水分利用效率提升，减少无效蒸腾。研究中PGPB制剂为商业配方未公开菌株组成，是本研究局限。作者认为PGPB包被生物肥料结合合理分次施用可作为碱性砂壤土区提升马铃薯产量与品质、减少环境负荷的可持续策略。

结论(Conclusion)翻译：本田间试验表明，在碱性砂壤土条件下，将磷185 kg ha^?1和氮250 kg ha^?1通过植物促生根际细菌(PGPB)包被生物肥料分6次施用，可显著促进马铃薯品种'Sante'的营养生长、提高光合性能与水分利用效率，并显著提升块茎总产量及商品薯(rashan-grade)比例，同时降低降级薯率。这些发现表明，生物强化的施肥策略可作为改善养分受限环境下马铃薯生产力的可持续途径。