減量配施腐植酸肥對(duì)連作馬鈴薯及土壤的影響

韓亞楠，高中強(qiáng)*，楊元軍，郭新送，郝國芳，李煒?biāo)N，劉國琴，丁習(xí)武

（1.山東省農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站，山東濟(jì)南250100；2.山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所，山東濟(jì)南250100；3.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部腐植酸類肥料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/山東農(nóng)大肥業(yè)科技有限公司，山東泰安271000）

馬鈴薯（Solanum tuberosum L.）在保障糧食供給和經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮著越來越重要的作用[1]，但在當(dāng)前馬鈴薯生產(chǎn)中，農(nóng)民過量及盲目施肥現(xiàn)象嚴(yán)重，不僅導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加，而且造成土壤理化性狀惡化、養(yǎng)分流失嚴(yán)重和環(huán)境污染加劇[2]。2015年，農(nóng)業(yè)部出臺(tái)《到2020年化肥使用量零增長行動(dòng)方案》，確立“到2020年，盲目施肥和過量施肥現(xiàn)象基本得到遏制，主要農(nóng)作物化肥使用量實(shí)現(xiàn)零增長”的目標(biāo)任務(wù)，2017，2018和2019年連續(xù)3年中央1號(hào)文件均明確深入推進(jìn)化肥農(nóng)藥零增長行動(dòng)，相繼出臺(tái)政策支持馬鈴薯化肥減施，可見，馬鈴薯化肥減施勢在必行。

有機(jī)肥料和無機(jī)化學(xué)肥料配合施用能夠改善作物生長狀況，并降低化肥使用量[3]。專用肥配施其他新型肥料可在減肥的基礎(chǔ)上進(jìn)一步增加馬鈴薯產(chǎn)量[4]。由于腐植酸含有多種活性基團(tuán)，如羧基、羥基、甲氧基等，其具有較強(qiáng)的離子交換能力和吸附能力[5]。莊振東和李絮花[6]研究表明，腐植酸氮肥能顯著提高作物產(chǎn)量和氮肥利用率，促進(jìn)作物對(duì)土壤氮素的吸收利用。門明新等[7]試驗(yàn)得出，腐植酸復(fù)合肥較等養(yǎng)分無機(jī)肥可提高油菜鮮、干重和氮利用率。因此，配施一定量的腐植酸不僅可以提高肥效達(dá)到活化、改良土壤的作用，還能刺激作物生長、提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)，在農(nóng)田生態(tài)上有巨大的應(yīng)用潛力。

馮志文等[8]以當(dāng)?shù)赝扑]施肥量為基準(zhǔn)，認(rèn)為內(nèi)蒙古自治區(qū)滴灌施肥條件下，施肥比例在現(xiàn)有用量的70%左右時(shí)，即可滿足馬鈴薯對(duì)養(yǎng)分的需求，產(chǎn)量較高。張學(xué)讓[9]研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，控釋氮90%處理下的馬鈴薯產(chǎn)量較高，增產(chǎn)幅度較大。馬鈴薯施用緩控釋肥、生物有機(jī)肥對(duì)改善馬鈴薯產(chǎn)量構(gòu)成因素不明顯，但可以明顯提高產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益[10]。已有的減量施肥多集中于無機(jī)肥或控釋肥研究，鮮有關(guān)于腐植酸復(fù)合肥在田間馬鈴薯減量施肥的報(bào)道。因此，本研究通過3年大田試驗(yàn)，以當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶常用施肥量為基準(zhǔn)，采用常用復(fù)合肥、腐植酸復(fù)合肥、腐植酸控釋肥的常量及減量30%試驗(yàn)組合，分析在馬鈴薯連作區(qū)減量配施腐植酸肥對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量及土壤養(yǎng)分的影響，以期為進(jìn)一步確定合理減量施肥、有效指導(dǎo)馬鈴薯科學(xué)種植提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2017～2019年在山東省肥城市桃園鎮(zhèn)屯頭村進(jìn)行。供試土壤pH 5.9，全氮1.37 g/kg，有效磷36.3 mg/kg，速效鉀118.7 mg/kg，有機(jī)質(zhì)25 g/kg。馬鈴薯品種為‘荷蘭15號(hào)’。供試肥料有3種，分別為硫酸鉀型復(fù)合肥（以下簡稱‘常用復(fù)合肥’）、硫酸鉀型腐植酸復(fù)合肥（總養(yǎng)分≥45%、活性腐植酸≥3%，以下簡稱‘腐植酸復(fù)合肥’）、腐植酸控釋氮肥（控氮為樹脂包膜尿素，控釋比例為50%，控釋期為2個(gè)月，以下簡稱‘腐植酸控釋氮肥’），以上肥料均由山東農(nóng)大肥業(yè)科技有限公司提供。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)包括3種肥料，每種肥料設(shè)2個(gè)處理，分別為常量施肥（當(dāng)?shù)仄胀ㄞr(nóng)戶常用施肥量）和減量30%施肥，共6個(gè)處理（表1），每個(gè)小區(qū)面積為80 m2，重復(fù)3次，隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，所有處理肥料作為基肥一次性施入，另每個(gè)小區(qū)均施用生物有機(jī)肥10 kg。馬鈴薯采用露天起壟方式種植，壟寬80 cm，壟長20 m，每小區(qū)5壟，種植方向?yàn)槟媳弊呦颍?年試驗(yàn)所有處理為同一地塊定位試驗(yàn)，后茬無種植作物。

表1 馬鈴薯減量施肥試驗(yàn)處理Table 1 Treatment of potato fertilization reduction

1.2.1 產(chǎn)量測定

測產(chǎn)小區(qū)面積24 m2，收獲時(shí)每小區(qū)取中間三壟，長度10 m對(duì)薯塊稱重，得出小區(qū)產(chǎn)量并折合產(chǎn)量。雜質(zhì)率按1.5%計(jì)。計(jì)算方法如下：

小區(qū)產(chǎn)量（kg/24m2）=[小區(qū)商品薯產(chǎn)量（kg）+小區(qū)非商品薯產(chǎn)量（kg）]×（1-1.5%）

產(chǎn)量（kg/667m2）=小區(qū)產(chǎn)量（kg）/小區(qū)面積×667

1.2.2 商品薯率

稱量薯塊劃分商品薯和非商品薯，非商品薯指重量小于50 g的小薯以及病薯、爛薯、綠皮薯等薯塊。

商品薯率（%）=小區(qū)商品薯產(chǎn)量（kg）/小區(qū)產(chǎn)量（kg）×100

1.2.3 土壤指標(biāo)測定

馬鈴薯收獲后于各小區(qū)內(nèi)“X”形取0～20 cm土層5個(gè)點(diǎn)的土樣混勻后，風(fēng)干，磨碎過篩后用于測定土壤化學(xué)指標(biāo)。pH采用酸度計(jì)測定（m∶v=1∶5土質(zhì)量與水體積比），電導(dǎo)率采用電導(dǎo)法測定，全氮含量采用半微量凱氏定氮法，有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀-硫酸氧化法，速效磷采用0.5 mol/L NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法測定，速效鉀含量采用1 mol/L NH4AC浸提-火焰光度法測定[11]。

1.3 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2007軟件進(jìn)行處理，SPSS 22.0軟件進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)和相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 減量施肥對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量的影響

2017～2019年測產(chǎn)結(jié)果表明（表2），施入腐植酸復(fù)合肥和控釋肥均可較常用復(fù)合肥明顯提高馬鈴薯產(chǎn)量，其中以HF1和HF2增產(chǎn)效果較好，HF1、HF2、CF1、CF2分別較TF1增產(chǎn)9.53%、13.27%、3.52%、6.23%；從3年平均產(chǎn)量可以得出，減量30%施肥處理后，馬鈴薯產(chǎn)量均比其常量施肥處理有所提高，其中以TF2和HF2表現(xiàn)較好，分別較TF1和HF1增產(chǎn)3.88%和3.41%；隨減施年份增加，增產(chǎn)效果呈先上升后下降趨勢，在2018年增產(chǎn)效果較好。綜上得出，在馬鈴薯連作地塊中，減量施肥可以降低生產(chǎn)成本，提高馬鈴薯產(chǎn)量，減施周期2～3年效果較好。

2.2 減量施肥對(duì)馬鈴薯商品薯率的影響

3種肥料減量施肥對(duì)馬鈴薯的商品薯率影響不顯著，而且腐植酸復(fù)合肥和控釋肥的施入與常用復(fù)合肥處理相比，其商品薯率變化也不顯著（圖1）。從3年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)得出，2018年馬鈴薯商品薯率略低于2017和2019年，與產(chǎn)量變化表現(xiàn)一致，這是由于2018年強(qiáng)冷空氣致部分馬鈴薯受災(zāi)所致。綜上，減量施肥和腐植酸類型肥料的施入對(duì)馬鈴薯商品薯率影響不顯著。

2.3 減量施肥對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

隨著馬鈴薯連作年限的增加，同一處理pH逐年降低，施入腐植酸復(fù)合肥和控釋肥及其減量處理的pH降低幅度均小于常用復(fù)合肥處理；同一年度中，施入腐植酸復(fù)合肥和控釋氮肥及其減量處理的pH均高于常用復(fù)合肥處理，表明添加腐植酸成分的處理可有效降低土壤酸化程度（圖2）。

表2 減量施肥對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量的影響Table 2 Effect of reduced fertilization on potato yield

隨著馬鈴薯連作年限的增加，常用復(fù)合肥及常用復(fù)合肥減量處理EC值逐年升高，其他處理變化不明顯；同一年度中，常用復(fù)合肥EC值顯著高于常用復(fù)合肥減量處理的EC值，且常用復(fù)合肥的EC值要顯著高于其減量處理及其他處理的EC值（圖3）。

3個(gè)年度中均以腐植酸復(fù)合肥常量施肥處理有機(jī)質(zhì)含量最高，其次為腐植酸復(fù)合肥減量施肥處理、腐植酸控釋氮肥常量及減量處理，常用復(fù)合肥及其減量處理的有機(jī)質(zhì)含量最低（圖4）。

圖1 減量施肥對(duì)馬鈴薯商品薯率的影響Figure 1 Effects of reduced fertilization on marketable tuber rate

圖2 不同處理對(duì)土壤pH的的影響Figure 2 Effects of different treatments on soil pH

圖3 不同處理對(duì)土壤EC值的的影響Figure 3 Effects of different treatments on EC value

隨著馬鈴薯連作年限的增加，腐植酸控釋氮肥處理的土壤總氮含量逐年升高，其他處理變化不明顯；同一年度中，腐植酸控釋氮肥常量處理的土壤總氮含量最高，其他處理差異不大（圖5）。

圖4 不同處理對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量的的影響Figure 4 Effects of different treatments on soil organic matter content

圖5 不同處理對(duì)土壤總氮含量的影響Figure 5 Effects of different treatments on soil total nitrogen content

土壤速效磷和速效鉀含量變化趨勢較為一致，隨著馬鈴薯連作年限的增加，速效磷和速效鉀含量變化不大；同一年度中，土壤速效磷含量腐植酸復(fù)合肥常量施肥處理最高，次之為腐植酸復(fù)合肥減量施肥處理、腐植酸控釋氮肥常量處理；土壤速效鉀含量2018、2019年腐植酸復(fù)合肥常量施肥處理最高，其次為腐植酸復(fù)合肥減量施肥處理、腐植酸控釋氮肥常量處理，2017年以腐植酸復(fù)合肥減量施肥處理最高，其次為腐植酸控釋氮肥減量處理及腐植酸復(fù)合肥常量施肥處理（圖6、7）。

2.4 相關(guān)性分析

對(duì)連續(xù)3年產(chǎn)量及土壤理化性質(zhì)指標(biāo)平均值做相關(guān)性分析，表3數(shù)據(jù)顯示，馬鈴薯產(chǎn)量與速效鉀含量呈顯著正相關(guān)，與土壤EC值呈顯著負(fù)相關(guān)；商品薯率與土壤養(yǎng)分相關(guān)性不顯著。土壤指標(biāo)之間的相關(guān)性分析顯示，速效鉀與EC值呈極顯著負(fù)相關(guān)，有機(jī)質(zhì)含量與速效磷含量呈顯著正相關(guān)。綜上，馬鈴薯產(chǎn)量與土壤理化性質(zhì)息息相關(guān)，土壤指標(biāo)之間相互影響。

圖6 不同處理對(duì)土壤速效磷含量的的影響Figure 6 Effects of different treatments on soil available phosphorus content

圖7 不同處理對(duì)土壤速效鉀含量的影響Figure 7 Effects of different treatments on soil available potassium content

表3 產(chǎn)量及土壤理化性質(zhì)相關(guān)性分析Table 3 Correlation analysis of yields and soil physical and chemical properties

3 討論

本研究表明，在馬鈴薯連作地區(qū)，3種試驗(yàn)肥料減施30%未造成馬鈴薯減產(chǎn)，常用復(fù)合肥減量施肥處理、腐植酸復(fù)合肥減量施肥處理、腐植酸控釋氮肥減量施肥處理分別比其對(duì)應(yīng)常量施肥的處理增產(chǎn)3.88%、3.41%、2.63%，這與董亮等[12]關(guān)于控釋肥減量施用對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量、品質(zhì)及土壤硝態(tài)氮含量影響及馮志文等[8]關(guān)于滴灌條件下馬鈴薯減量施肥的研究結(jié)果基本一致，表明在土壤養(yǎng)分過剩時(shí)，一定時(shí)間內(nèi)減量施肥不會(huì)降低土壤后續(xù)生產(chǎn)力。

試驗(yàn)地塊為多年種植馬鈴薯地塊，根據(jù)土壤理化性質(zhì)數(shù)據(jù)分析，減量施肥及添加腐植酸施肥處理可以有效改善土壤酸化程度，降低土壤EC值；添加腐植酸施肥處理可以有效增加土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效磷及速效鉀的含量，但隨著施用年限的增加，土壤全氮、速效磷及速效鉀指標(biāo)變化幅度趨于穩(wěn)定，這也從土壤理化性質(zhì)層面解釋了減量施肥及添加腐植酸施肥的處理馬鈴薯增產(chǎn)的原因。與復(fù)合肥處理相比，腐植酸復(fù)合肥及腐植酸控釋氮肥處理可增加馬鈴薯產(chǎn)量；分別增產(chǎn)9.53%、3.52%，這與腐植酸能夠調(diào)整土壤微生物的群體結(jié)構(gòu)[13]，或含有多種活性基團(tuán)，有較強(qiáng)的離子交換能力和吸附能力[14]，或有機(jī)無機(jī)配施可促使土壤氮素礦化保持在穩(wěn)定狀態(tài)，有利于滿足作物生長后期對(duì)氮素需求[15]，從而可以起到改良土壤，釋放養(yǎng)分，增加土壤肥力的作用。據(jù)相關(guān)研究表明，腐植酸還可以在土壤中通過絮凝和溶膠作用，可形成土壤“有機(jī)-無機(jī)復(fù)合體”，進(jìn)而形成較大粒徑的土壤團(tuán)聚體，降低土壤容重、增加土壤孔隙度、優(yōu)化土壤液相及氣相物質(zhì)、土壤熱狀況，從而提高土壤保持水分和養(yǎng)分的能力[16]。

綜上，減量30%施肥2～3年可提高馬鈴薯產(chǎn)量，以常用復(fù)合肥和腐植酸復(fù)合肥的處理減施效果較好。減量施肥在保證馬鈴薯不減產(chǎn)的前提下，可實(shí)現(xiàn)節(jié)本增效，一方面降低了馬鈴薯生產(chǎn)成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益，另一方面改善了土壤理化性質(zhì)，減少了肥料污染，提高生態(tài)效益。腐植酸類肥料作為底肥對(duì)馬鈴薯的增產(chǎn)效果顯著高于常用復(fù)合肥，并顯著提高土壤綜合肥力，改善土壤板結(jié)問題。因此，在生產(chǎn)馬鈴薯過程中，可根據(jù)當(dāng)?shù)赝寥狼闆r適當(dāng)降低化肥用量，連作地塊施肥可減量30%并增施腐植酸類肥料，減施2～3年后，根據(jù)馬鈴薯生長情況、需肥規(guī)律及土壤供肥性能，應(yīng)用測土配方施肥技術(shù)，及時(shí)恢復(fù)施用適量復(fù)合肥、增施有機(jī)肥及生物菌肥，保證馬鈴薯正常生長。