抗旱性復(fù)混肥對(duì)土壤物理性狀、持水量和馬鈴薯經(jīng)濟(jì)效益的影響

劉玉環(huán)，程紅玉*，陳萬(wàn)紅，秦嘉海，羅 海

（1.河西學(xué)院農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院，甘肅 張掖 734000；2.甘肅省河西走廊特色資源利用省級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 張掖734000；3.甘肅天潤(rùn)薯業(yè)有限責(zé)任公司，甘肅 張掖 734000）

甘肅省張掖市地處河西走廊中段，境內(nèi)氣候冷涼，日照充足，晝夜溫差大，地勢(shì)平坦，灌溉條件便利，是甘肅省馬鈴薯種植的理想地帶和高產(chǎn)區(qū)之一[1]。目前已建成加工型馬鈴薯生產(chǎn)基地3萬(wàn)hm2，年產(chǎn)加工型馬鈴薯112.5萬(wàn)t[2]。在馬鈴薯生產(chǎn)過(guò)程中凸顯的主要問(wèn)題是：河西冷涼灌區(qū)，蒸發(fā)量大，降水量小，水資源匱乏，市場(chǎng)上流通的復(fù)混肥只具備營(yíng)養(yǎng)，不具備保水功能，馬鈴薯4月下旬播種時(shí)土壤自然含水量低，出苗不整齊，造成缺苗斷壟，產(chǎn)量下降，影響了馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[3]；因此，研究和開(kāi)發(fā)抗旱性復(fù)混肥成為馬鈴薯復(fù)混肥研發(fā)的關(guān)鍵所在。近年來(lái)，有關(guān)復(fù)混肥研究受到了廣泛關(guān)注[4]，但馬鈴薯抗旱性復(fù)混肥還鮮有報(bào)道。針對(duì)上述存在的問(wèn)題，以保水劑[5]、馬鈴薯專(zhuān)用肥、農(nóng)業(yè)廢棄物組合肥為原料，合成抗旱性復(fù)混肥，進(jìn)行田間試驗(yàn)以驗(yàn)證其肥效，以便對(duì)抗旱性復(fù)混肥的肥效做出確切評(píng)價(jià)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于張掖市山丹縣位奇鎮(zhèn)孫家營(yíng)村三社（E 101°07′，N 38°37′），海拔2 030 m，年均溫度5.5 ℃，年均降水量250 mm，年均蒸發(fā)量1 800 mm，無(wú)霜期150 d，土壤類(lèi)型是耕種灰鈣土[6]，0～20 cm土層含有機(jī)質(zhì)14.25 g/kg、堿解氮66.43 mg/kg、速效磷8.65 mg/kg、速效鉀155.40 mg/kg，pH值7.50，土壤質(zhì)地為沙質(zhì)土，前茬作物是馬鈴薯。

1.2 試驗(yàn)材料

供試馬鈴薯品種：克星4號(hào)，由甘肅天潤(rùn)薯業(yè)有限責(zé)任公司提供。

供試肥料：尿素，含N 46%；磷酸二銨，含N 18%、P2O546%；硫酸鉀，含K2O 50%；硫酸鋅，含Zn 23%；葡萄酒渣是釀酒后提取多酚酶、蛋白質(zhì)、粗纖維后剩余的皮和種子，含有機(jī)碳40%、P2O52.20%、K2O 6.8%；油菜籽餅，含有機(jī)質(zhì)73.8%、N 5.25%、P2O50.8%、K2O 1.04%；馬鈴薯專(zhuān)用肥，自配，尿素、磷酸二銨、硫酸鉀、硫酸鋅質(zhì)量比按0.41∶0.10∶0.47∶0.02混合，含N 20.66%、P2O54.60%、K2O 23.50%；廢棄物組合肥，自配，將發(fā)酵葡萄酒渣、發(fā)酵油菜籽餅肥風(fēng)干質(zhì)量比按0.60∶0.40混合，含有機(jī)質(zhì)70.90%、N 2.10%、P2O51.64%、K2O 4.49%；保水劑，吸水倍率1 450 g/g；抗旱性復(fù)混肥，自配，用廢棄物組合肥、保水劑、馬鈴薯專(zhuān)用肥按最佳配比混合配制。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3.1 抗旱性復(fù)混肥配方篩選

試驗(yàn)設(shè)計(jì)：試驗(yàn)于2016年4—9月進(jìn)行，以廢棄物組合肥、保水劑、馬鈴薯專(zhuān)用肥為3個(gè)因素，每個(gè)因素設(shè)計(jì)3個(gè)水平，按正交表L9（33）設(shè)計(jì)9種抗旱性復(fù)混肥配方（表1）。稱取各種材料進(jìn)行混合，在馬鈴薯播種前作底肥施入20 cm土層，每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)單獨(dú)收獲，將小區(qū)產(chǎn)量折合成公頃產(chǎn)量，計(jì)算因素間的效應(yīng)（R）和各因素不同水平的T值，篩選出抗旱性復(fù)混肥最佳配方。

種植方法：試驗(yàn)小區(qū)面積為30.80 m2（7.0 m×4.4 m），每個(gè)小區(qū)四周筑埂，埂寬40 cm，埂高30 cm。2016年4月26日播種，種薯采用0.2%的適樂(lè)時(shí)拌種，每個(gè)小區(qū)種植4壟，壟寬110 cm，壟底寬70 cm，壟間距40 cm，壟高35 cm，每壟種植2行，行距30 cm，株距20 cm，種植密度為9.0萬(wàn)株/hm2，播種深度15 cm?？购敌詮?fù)混肥作底肥，在播種時(shí)撒入土表，覆土起壟。分別在馬鈴薯發(fā)棵期、開(kāi)花期和塊莖膨大期各灌水1次，每個(gè)處理灌水量相等，其他田間管理措施與大田相同。

1.3.2 抗旱性復(fù)混肥適宜施肥量試驗(yàn)

試驗(yàn)設(shè)計(jì)：2016年篩選出最佳配方后于2017年4—9月開(kāi)展適宜施肥量試驗(yàn)，設(shè)5個(gè)水平的抗旱性復(fù)混肥施用量，分別為1.32、2.64、3.96、5.28、6.60 t/hm2，以不施肥為對(duì)照，共6個(gè)處理，每個(gè)處理3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列。

種植方法：播種時(shí)間為2017年4月28日，小區(qū)面積、馬鈴薯品種、施肥方法、株行距、灌水方法、灌水量等與1.3.1試驗(yàn)相同。

表1 L9（33）正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.4 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.4.1 土壤物理性狀和持水量的測(cè)定

馬鈴薯收獲（2017年9月20日）后分別在試驗(yàn)小區(qū)內(nèi)按對(duì)角線法，用環(huán)刀采集耕層0～20 cm原狀土測(cè)定土壤容重，孔隙度采用計(jì)算法[7]，土壤含水量采用烘干法測(cè)定，飽和持水量按照公式（面積×總孔隙度×土層深度）求得，毛管持水量按照公式（面積×毛管孔隙度×土層深度），非毛管持水量按照公式（面積×非毛管孔隙度×土層深度）求得[8]。

1.4.2 馬鈴薯塊莖經(jīng)濟(jì)性狀和產(chǎn)量的測(cè)定

馬鈴薯成熟期每小區(qū)隨機(jī)采集10株，分別測(cè)定單株薯塊質(zhì)量和平均薯塊質(zhì)量。收獲時(shí)按小區(qū)測(cè)實(shí)產(chǎn)，取3次重復(fù)的平均值折算每公頃產(chǎn)量。

1.4.3 施肥經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)

施肥成本（元/hm2）＝肥料單價(jià)×每公頃所需量；施肥利潤(rùn)（元/hm2）＝施肥增產(chǎn)值-施肥成本；肥料貢獻(xiàn)率（%）＝（施肥區(qū)產(chǎn)量-無(wú)肥區(qū)產(chǎn)量）/施肥區(qū)產(chǎn)量×100%。

1.5 數(shù)據(jù)處理方法

土壤物理性質(zhì)、馬鈴薯經(jīng)濟(jì)性狀等數(shù)據(jù)采用DPS 10.0統(tǒng)計(jì)軟件分析，差異顯著性采用多重比較，LSR檢驗(yàn)?？购敌詮?fù)混肥施肥量與土壤物理性質(zhì)、持水量、馬鈴薯經(jīng)濟(jì)性狀、產(chǎn)量間的關(guān)系，按回歸方程y＝a＋bx求得[9]；抗旱性復(fù)混肥經(jīng)濟(jì)效益最佳施用量按公式x0＝[（Px/Py）-b]/2c求得[10]，Px為抗旱性復(fù)混肥價(jià)格，Py為番茄平均售價(jià)；依據(jù)肥料效應(yīng)回歸方程y＝a＋bx＋cx2，求得抗旱性復(fù)混肥最佳施用量時(shí)的馬鈴薯理論產(chǎn)量。

2 結(jié)果與分析

2.1 抗旱性復(fù)混肥配方篩選

由表2馬鈴薯收獲后測(cè)定結(jié)果可知，因素間效應(yīng)（R）為C＞A＞B，說(shuō)明影響馬鈴薯產(chǎn)量大小的因素依次是馬鈴薯專(zhuān)用肥＞廢棄物組合肥＞保水劑。比較各因素不同水平的T值可以看出，TA1＞TA3＞TA2，TB1＞TB2＞TB3，說(shuō)明廢棄物組合肥和保水劑適宜用量分別為3 000、37.50 kg/hm2。TC2＞TC3＞TC1，說(shuō)明馬鈴薯產(chǎn)量隨馬鈴薯專(zhuān)用肥施用量的增大而增加，但馬鈴薯專(zhuān)用肥施用量超過(guò)2 230 kg/hm2后，產(chǎn)量又隨專(zhuān)用肥施用量的增大而降低。從各因素的T值可以看出，最佳組合為：A1（廢棄物組合肥3 000 kg/hm2），B1（保水劑37.50 kg/hm2），C2（馬鈴薯專(zhuān)用肥2 230 kg/hm2）。將廢棄物組合肥、保水劑、馬鈴薯專(zhuān)用肥按0.569 5∶0.007 1∶0.423 4質(zhì)量比混合得到抗旱性復(fù)混肥。

表2 L9（33）正交試驗(yàn)結(jié)果分析

2.2 抗旱性復(fù)混肥對(duì)土壤物理性質(zhì)的影響

土壤容重是表征土壤物理性質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)，土壤容重越小，其蓄水能力越強(qiáng)[11]。于2017年9月20日馬鈴薯收獲后，分別在試驗(yàn)小區(qū)內(nèi)采集耕層0～20 cm土樣進(jìn)行測(cè)定。由表3結(jié)果可以看出，抗旱性復(fù)混肥施肥量與土壤容重呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，其回歸方程為y＝1.358 0-0.024 5x，相關(guān)系數(shù)（r）為-0.965 1。

土壤孔隙的大小直接影響土壤中的水分狀況，毛管孔隙度大的土壤蓄水能力強(qiáng)[12]。經(jīng)相關(guān)性分析，抗旱性復(fù)混肥施肥量與土壤總孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度呈正相關(guān)關(guān)系，回歸方程分別為y＝48.747 1＋0.931 2x、y＝16.486 1＋0.286 9x、y＝32.260 9＋0.650 2x，相關(guān)系數(shù)（r）分別為0.964 9、0.979 3、0.908 6。

抗旱性復(fù)混肥施肥量為6.60 t/hm2時(shí)，與對(duì)照比較，土壤總孔隙度增加11.45%，差異極顯著；毛管孔隙度增加10.90%，差異極顯著；非毛管孔隙度增加11.72%，差異極顯著；容重降低11.19%，差異極顯著。究其原因是抗旱性復(fù)混肥中的葡萄酒渣和油菜籽餅肥含有豐富的有機(jī)質(zhì)，使土壤疏松，增大了土壤孔隙度，降低了土壤容重。

2.3 抗旱性復(fù)混肥對(duì)土壤持水量的影響

土壤持水量是表征土壤貯水能力的重要指標(biāo)[13]，從表4可以看出，抗旱性復(fù)混肥用量為6.60 t/hm2時(shí)，與對(duì)照比較，土壤自然含水量、飽和持水量、毛管持水量、非毛管持水量分別增加24.80%、113.20 t/hm2、35.80 t/hm2和77.40 t/hm2，差異極顯著。經(jīng)相關(guān)性分析，抗旱性復(fù)混肥用量與土壤自然含水量、飽和持水量、毛管持水量、非毛管持水量呈正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為0.993 2、0.964 9、0.979 1、0.908 7。

表3 抗旱性復(fù)混肥對(duì)土壤物理性質(zhì)的影響

表4 抗旱性復(fù)混肥對(duì)土壤持水量的影響

2.4 抗旱性復(fù)混肥對(duì)馬鈴薯塊莖經(jīng)濟(jì)性狀的影響

2.4.1 對(duì)馬鈴薯單株塊莖質(zhì)量的影響

隨著抗旱性復(fù)混肥施用量的增加，馬鈴薯單株塊莖質(zhì)量在增加，抗旱性復(fù)混肥施用量為6.60 t/hm2，馬鈴薯單株塊莖質(zhì)量達(dá)到最大，為451.67 g，較對(duì)照增加130.89 g；其次為抗旱性復(fù)混肥施用量5.28 t/hm2，馬鈴薯單株塊莖質(zhì)量435.66 g，較對(duì)照增加114.88 g，兩處理間差異顯著。經(jīng)線性回歸分析，得到的回歸方程是y＝324.208 5＋20.088 3x，相關(guān)系數(shù)（r）為0.997 0（表5）。

2.4.2 對(duì)馬鈴薯單個(gè)塊莖質(zhì)量的影響

隨著抗旱性復(fù)混肥施用量的增加，馬鈴薯單個(gè)塊莖質(zhì)量在增加，抗旱性復(fù)混肥施用量分別為1.32、2.64、3.96、5.28、6.60 t/hm2時(shí)，馬鈴薯塊莖質(zhì)量分別為135.60、140.37、144.05、155.59、161.31 g，較對(duì)照分別增加了1.95、6.72、10.40、21.94、27.66 g。經(jīng)線性回歸分析，得到的回歸方程是y＝130.87＋4.371 2x，相關(guān)系數(shù)（r）為0.971 2（表5）。

2.5 抗旱性復(fù)混肥對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量和施肥利潤(rùn)的影響

由表6可知，隨著抗旱性復(fù)混肥施用量的增加，馬鈴薯產(chǎn)量呈增加趨勢(shì)，抗旱性復(fù)混肥施用量6.60 t/hm2，馬鈴薯產(chǎn)量為40.65 t/hm2，較對(duì)照增加了11.78 t/hm2，其次為抗旱性復(fù)混肥施用量5.28 t/hm2，馬鈴薯產(chǎn)量為39.21 t/hm2，較對(duì)照增加了10.34 t/hm2，兩處理間差異顯著。經(jīng)線性回歸分析，得到的回歸方程是y＝29.180 9＋1.802 7x，相關(guān)系數(shù)（r）為0.997 1（表6）。

肥料貢獻(xiàn)率隨著抗旱性復(fù)混肥施用量的增加呈增加趨勢(shì)，抗旱性復(fù)混肥施用量6.60 t/hm2，肥料貢獻(xiàn)率為28.97%，與抗旱性復(fù)混肥施用量5.28、3.96、2.64、1.32 t/hm2比較，肥料貢獻(xiàn)率分別增加了2.6、8.5、13.58、19.96個(gè)百分點(diǎn)（表6）。

表5 抗旱性復(fù)混肥對(duì)馬鈴薯經(jīng)濟(jì)性狀的影響

表6 抗旱性復(fù)混肥對(duì)馬鈴薯施肥利潤(rùn)的影響

分析施肥利潤(rùn)可知，抗旱性復(fù)混肥施用量由1.32 t/hm2增加到5.28 t/hm2，施肥利潤(rùn)由1 218.44元/hm2增加到3 553.76元/hm2，抗旱性復(fù)混肥施用量由5.28 t/hm2增加到6.60 t/hm2，施肥利潤(rùn)降低了485.56元/hm2（表6），出現(xiàn)了報(bào)酬遞減律，由此可見(jiàn)，抗旱性復(fù)混肥適宜用量為5.28 t/hm2。

2.6 抗旱性復(fù)混肥經(jīng)濟(jì)效益最佳施用量確定

將抗旱性復(fù)混肥不同施用量與馬鈴薯產(chǎn)量間的關(guān)系采用肥料效應(yīng)回歸方程y＝a＋bx＋cx2擬合，得到的回歸方程為：y＝28.87＋1.771 3x-0.035 4x2（1）。對(duì)回歸方程進(jìn)行顯著性測(cè)驗(yàn)的結(jié)果表明回歸方程擬合良好?？购敌詮?fù)混肥價(jià)格（Px）為1 676.94元/t，2017年馬鈴薯市場(chǎng)價(jià)格（Py）為1 200元/t，將Px、Py、回歸方程的參數(shù)b和c，代入經(jīng)濟(jì)效益最佳施用量計(jì)算公式x0＝[（Px/Py）-b]/2c，求得抗旱性復(fù)混肥經(jīng)濟(jì)效益最佳施用量x0為5.28 t/hm2，代入回歸方程（1），得到產(chǎn)量為37.23 t/m2，統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果與田間施用抗旱性復(fù)混肥5.28 t/hm2所得結(jié)果基本吻合。

3 結(jié)論與討論

本研究表明，影響馬鈴薯產(chǎn)量的因素由大到小依次為：馬鈴薯專(zhuān)用肥＞廢棄物組合肥＞保水劑，最佳組合是：廢棄物組合肥3 000 kg/hm2，保水劑37.50 kg/hm2，馬鈴薯專(zhuān)用肥2 230 kg/hm2?？购敌詮?fù)混肥施肥量與土壤容重呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，與土壤總孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度呈正相關(guān)關(guān)系。隨著抗旱性復(fù)混肥施用量的增加，土壤自然含水量、總持水量、毛管持水量、非毛管持水量在增加。分析這一結(jié)果產(chǎn)生的原因：一是抗旱性復(fù)混肥中的保水劑是一類(lèi)高分子聚合物，這類(lèi)物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)交聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)，本身不溶于水，卻能在10 min內(nèi)吸附超過(guò)自身質(zhì)量100～1 400倍的水分，體積大幅度膨脹后形成飽和吸附水球，吸水倍率很大，在提高土壤持水性能方面具有重要的作用[14-15]；二是抗旱性復(fù)混肥中的葡萄酒渣和油菜籽餅肥，在土壤中合成腐殖質(zhì)，腐殖質(zhì)的最大吸水量可以超過(guò)500%[16]，因而提高了土壤的持水量。

隨著抗旱性復(fù)混肥施用量的增加，馬鈴薯單株塊莖質(zhì)量、單個(gè)塊莖質(zhì)量、肥料貢獻(xiàn)率均呈增加趨勢(shì)。當(dāng)抗旱性復(fù)混肥施用量由5.28 t/hm2增加到6.60 t/hm2時(shí)，施肥利潤(rùn)降低了485.56元/hm2，出現(xiàn)了報(bào)酬遞減律。經(jīng)回歸統(tǒng)計(jì)分析，抗旱性復(fù)混肥施肥量與馬鈴薯產(chǎn)量間肥料效應(yīng)回歸方程是：y＝28.87＋1.771 3x-0.035 4x2，經(jīng)濟(jì)效益最佳施肥量（x0）為5.28 t/hm2，統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果與田間施用抗旱性復(fù)混肥5.28 t/hm2所得結(jié)果基本吻合。