長期輪作與施肥對馬鈴薯土壤養(yǎng)分和產量的影響

王曉軍 孫玉琴 楊軍學 王勇 張尚沛 程炳文 張曉娟

摘? ? 要：為探明長期輪作與施肥對馬鈴薯土壤養(yǎng)分和產量的影響，采用隨機區(qū)組設計，研究了9 a（年）間不同肥料配比對馬鈴薯與雜糧輪作土壤養(yǎng)分含量的影響。結果表明，經過9 a輪作與施肥，磷鉀肥區(qū)旱作土壤有機質含量從2011年的6.46 g·kg-1上升到2019年的11.79 g·kg-1，土壤速效養(yǎng)分含量總體呈現(xiàn)出緩慢遞增的趨勢，全量養(yǎng)分含量呈遞增-降低-遞增-降低的“M”態(tài)勢，不同氮磷鉀肥配比對馬鈴薯增產效果顯著，在2019年產量達到最高，為12 015 kg·hm-2。綜上所述，經過9 a的長期輪作與施肥后，土壤質量明顯提高。

關鍵詞：馬鈴薯;輪作與施肥;旱作;土壤養(yǎng)分;產量

Abstract： In order to investigate the effects of long-term crop rotation and fertilization on soil nutrient and yield of potato， the effect of different fertilizer ratio on soil nutrient content of potato and multi-grain rotation was studied by random block design. The results showed that after nine years of rotation and fertilization， dry land soil organic matter was increased? from 6.46 g·kg -1（2011） to 11.79 g·kg -1 （2019）， soil available nutrient content presented a slowly increasing trend， the total amount of nutrient content showed an "M" trend of increasing - decreasing - increasing - decreasing， the effect of different N， P and K fertilizer ratio on potato yield increase was significant， the annual output reached the highest at 12 015 kg·hm-2 in 2019. In conclusion， after 9 years of rotation and fertilization， the soil quality was significantly improved.

Key words： Potato; Crop rotation and fertilization; Dry farming; Soil nutrients; Production

寧夏南部山區(qū)屬于旱作農業(yè)雨養(yǎng)區(qū)域，水資源短缺、土壤貧瘠是制約當?shù)剞r業(yè)生產的主要因素[1-2]。當前，肥料利用效率低，土壤養(yǎng)分不平衡等問題日益突出，對旱作土壤養(yǎng)分豐缺狀況進行定位監(jiān)測，分析土壤理化性狀變化趨勢，研究輪作和施肥與土壤質量的關系，對于指導科學施肥具有重要意義。

養(yǎng)分是反映土壤質量變化的重要指標[3]，施肥是提高土壤肥力的重要農藝措施，王曉軍等研究表明，施肥能顯著改變作物耕層土壤養(yǎng)分含量和土壤養(yǎng)分在剖面的分布[4]，而不同氮磷鉀肥配比能使土壤肥料利用效率提高45%以上[5]。王曉軍等[6]研究表明，長期定位施肥對土壤團聚體也具有一定的影響。然而不合理的施肥措施會導致土壤肥力下降，針對土壤肥力變化情況，定位試驗可以解決這一生產上的難題[7]。目前基于定位施肥試驗研究寧夏南部山區(qū)土壤養(yǎng)分變化的報道很多，也取得了一系列研究成果[8-11]。然而，在旱作土壤研究方面，利用輪作與施肥研究土壤養(yǎng)分含量變化的研究報道較少，筆者利用定位試驗，研究了馬鈴薯與谷子9 a（年）長期定位輪作與施肥對馬鈴薯土壤養(yǎng)分含量的動態(tài)變化的影響，為完善該地區(qū)土壤合理培肥技術、增加馬鈴薯產量提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2011年在寧夏農林科學院固原分院長期定位試驗基地進行。試驗地處東經106 ?44 ′，北緯36 ?44 ′，海拔1550 m，年降水量200～350 mm，冬春干旱，降水一般集中在7—9月份，四季多風，年蒸發(fā)量1650 mm，≥10 ℃積溫2800～3500 ℃，年無霜期150～200 d，試驗地平坦，土壤類型為湘黃土。土壤理化性質為：速效氮質量分數(shù)32.21 mg·kg-1，速效磷質量分數(shù)23.88 mg·kg-1，速效鉀質量分數(shù)174.89 mg·kg-1，全氮質量分數(shù)0.61 g·kg-1，全磷質量分數(shù)0.79 g·kg-1，全鉀質量分數(shù)14.56 g·kg-1，有機質質量分數(shù)6.48 g·kg-1，pH值8.63。前茬作物收獲后施入底肥，秋耕、耙耱。

1.2 材料

肥料：氮肥為尿素（含N 46.4%）、磷肥為重過磷酸鈣（含P2O5 43%）、鉀肥為硫酸鉀（含K2O 45%）。作物：谷子品種為張雜13號;馬鈴薯品種為冀張薯8號，為中晚熟菜用型品種，自河北省高寒作物研究所引進。

1.3 試驗設計

試驗采用隨機區(qū)組設計，小區(qū)長5 m，寬6 m，面積30 m2，2次重復，行距50 cm，株距33 cm，種植密度為每6000株·hm-2，種植深度為12 cm。所有肥料70%做基肥施入，30%在灌漿期追施。谷子于每年4月20日左右種植，9月下旬收獲，谷子輪作年份為2012、2014、2016、2018年;馬鈴薯于每年4月20日種植，9月下旬收獲，馬鈴薯輪作年份為2011、2013、2015、2017、2019年。肥料于播前撒施后，翻入土中，田間管理按常規(guī)進行。

1.4 測定項目與方法

每年在收獲后采集試驗處理土壤樣品（0～20 cm），自然風干后分別過1 mm和0.25 mm篩，供測定養(yǎng)分分析用。

采用重鉻酸鉀-硫酸消化法測定有機質、全氮含量;采用高氯酸-硫酸消化法測定全磷含量;采用火焰光度計法測定全鉀含量;采用直接蒸餾、鹽酸滴定法測定速效氮含量;采用Olsen法測定速效磷質量;采用乙酸銨提取、火焰光度計法測定速效鉀含量[12]。測定結果以風干基表示，馬鈴薯產量以小區(qū)實測數(shù)據(jù)計算。

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2010計算整理及制表作圖，采用DPS 20.0軟件進行統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 長期定位施肥對馬鈴薯輪作土壤化學性質及含量的影響

2.1.1 長期定位施肥對馬鈴薯輪作土壤有機質的影響 從圖1可以看出，2011年土壤有機質質量分數(shù)平均為6.48 g·kg-1，經過9 a施肥與輪作后，各處理有機質均呈現(xiàn)上升趨勢，2019年平均為10.98 g·kg-1，高于2011年。不同處理間比較，施磷鉀肥（T3）有機質質量分數(shù)增長最快，到2019年時達11.79 g·kg-1，其次是施氮磷鉀肥（T1）和施氮肥（T2）分別為10.79、10.35 g·kg-1。

2.1.2 長期定位施肥對馬鈴薯輪作土壤速效養(yǎng)分含量的影響 從表2可以看出，2011年各處理土壤速效養(yǎng)分含量較低，土壤速效氮、速效磷、速效鉀平均質量分數(shù)分別為32.21、23.88、174.96 mg·kg-1;經過9 a輪作與施肥后，土壤速效養(yǎng)分含量總體均呈增高趨勢，2019年平均分別為71.67、41.33、281.33 mg·kg-1，所有處理土壤速效養(yǎng)分含量均顯著高于對照。

不同處理間比較，隨著輪作年限的延續(xù)，各處理速效氮質量分數(shù)在2013年下降之后又快速上升，2013年平均為16.73 mg·kg-1，主要原因是黃土丘陵地區(qū)，每年8—9月份降雨較多，黃土地表疏松，土壤養(yǎng)分流失較嚴重。速效磷含量除T2、T3處理在2013年均升高外，各處理均呈現(xiàn)出降低-升高-降低-升高的“W”形狀，但總體以增加趨勢為主。速效鉀質量分數(shù)在2013年施氮肥區(qū)（T2）達到最大，為301.41 mg·kg-1，其次是只施磷鉀肥區(qū)（T3）和施氮磷鉀肥區(qū)（T1），速效鉀質量分數(shù)分別為275.31和264.71 mg·kg-1，分別較對照（184.00 mg·kg-1）增加49.6%和44%;隨后各處理速效鉀含量隨之下降，只施氮肥區(qū)（T2）速效鉀質量分數(shù)在2017年比2015年略有提升，分別為160.00、158.33 mg·kg-1;2017年之后各處理又上升，速效鉀總體呈上升趨勢，且各施肥處理與對照差異顯著。

2.1.3 長期定位施肥對馬鈴薯輪作土壤全量養(yǎng)分含量的影響 從表3可以看出，長期定位施肥對馬鈴薯輪作土壤全氮、全磷、全鉀含量影響較大，所有處理在9 a間均呈現(xiàn)增高-降低-增高-降低的“M”形狀。各處理全氮質量分數(shù)在2013年均達到最大值，平均為1.05 g·kg-1，顯著高于對照;隨后又迅速下降，在2015年下降到最低，各處理全氮質量分數(shù)為0.46～0.57 g·kg-1，平均為0.50 g·kg-1;2017年各處理全氮質量分數(shù)又呈現(xiàn)增加趨勢，為0.83～0.97 g·kg-1，平均為0.88 g·kg-1;2019年各處理全氮質量分數(shù)均下降，為0.66～0.67 g·kg-1，平均為0.66 g·kg-1，各施肥處理全氮含量均與對照差異顯著，全氮含量總體呈現(xiàn)上升趨勢，說明輪作與施肥對土壤全氮含量影響較大。

全磷含量變化趨勢與全氮含量變化相反，隨著試驗年限的推進，各處理呈現(xiàn)下降趨勢。2013年各處理全磷質量分數(shù)達到最大值，為0.95～0.99 g·kg-1，平均為0.97 g·kg-1，各處理全磷含量均顯著高于對照;隨后各處理又下降，但2017年各施肥處理全磷質量分數(shù)稍微有所增加，為0.90～0.96 g·kg-1，平均為0.93 g·kg-1，T2處理全磷含量顯著高于對照，其他處理與對照差異不顯著;2019年全磷質量分數(shù)達到最低，各處理為0.63～0.70 g·kg-1，平均為0.65 g·kg-1，較對照差異顯著。

全鉀含量盡管也呈現(xiàn)出“M”形狀，但總體呈現(xiàn)出遞增且富集的趨勢，2011年各處理土壤全鉀平均質量分數(shù)為14.56 g·kg-1，通過9 a輪作與施肥后，2019年各處理土壤全鉀平均質量分數(shù)達到19.43 g·kg-1，增加33.08%。

2.2 長期定位施肥對馬鈴薯產量的影響

由表4可知，各處理隨著試驗年限的推進，馬鈴薯產量呈逐漸增加趨勢。在2019馬鈴薯產量分別達到最大值，其中施氮磷鉀肥區(qū)（ T1 ）最大，為12 015 kg·hm-2;其次是施磷鉀肥區(qū)（T3），為10 800 kg·hm-2;最后是施氮肥區(qū)（T2），為10 488 kg·hm-2，分別較對照增加86.71%、67.83%和62.98%，各施肥處理馬鈴薯產量均顯著高于對照，而T2與T3處理間馬鈴薯產量差異不顯著。從以上可以看出，合理的氮磷鉀肥配比，使土壤養(yǎng)分達到作物的需求，能夠顯著提高馬鈴薯的產量。

3 討論與結論

土壤有機質是作物礦質營養(yǎng)和有機營養(yǎng)的重要來源，影響土壤的保肥性和通透性，研究表明，長期不施肥會導致土壤有機質含量下降[13]，但筆者研究發(fā)現(xiàn)，馬鈴薯9 a間不施肥處理土壤有機質含量和施肥處理一樣呈遞增趨勢，但增長趨勢較緩慢，主要原因可能是每年作物收獲之后對秸桿粉碎還田導致不施肥處理土壤有機質含量緩慢增加，也許還有其它因素，具體原因有待進一步探明。同時也可能是不同作物之間長期輪作導致土壤有機質含量增加，這一結論已被眾多研究所證明[14-16]。

土壤中氮、磷、鉀三元素對培肥地力起著重要的作用。研究表明，長期施用化肥，尤其是氮磷鉀肥配施，可以顯著提高土壤有機質含量[17]，同時，有機質含量的提升也促進有效氮的積累[18-19]，相關研究結果均證明氮、磷、鉀化肥配施能有效增加土壤養(yǎng)分含量，是培肥地力的最佳施肥組合[20]。9 a的測試數(shù)據(jù)結果表明，各處理土壤速效氮、速效磷、速效鉀質量分數(shù)和土壤有機質質量分數(shù)一樣，多呈現(xiàn)出增加趨勢，并在2019年達到最大值，平均分別為71.67、41.33、281.33 mg·kg-1。

近9 a來，經過長期輪作與施肥，旱作土壤速效養(yǎng)分含量總體呈上升趨勢。研究表明[21]，長期不施用磷肥會導致土壤全磷和有效磷含量下降，而長期施用磷肥能夠顯著提高土壤有效磷含量。本研究中2013年開始施肥處理和對照速效磷含量增加的差異較大，速效磷含量除T3、T3處理在2013年均升高外，各處理均且呈現(xiàn)出“W”形狀，主要原因可能是土壤速效磷含量的升高與磷肥的施入有關，而磷素移動性差，在土壤中不斷積累，提高了磷的容量和強度，土壤有效磷含量也隨之增加[22]。2019年施肥處理土壤速效磷質量分數(shù)均值達41.58 mg·kg-1，但土壤全磷含量缺逐年下降，導致這一結果的原因有待進一步研究。土壤速效鉀含量總體呈升高、降低、穩(wěn)定再升高的趨勢，2011年土壤速效鉀質量分數(shù)平均水平為175.19 mg·kg-1，該時期由于當?shù)剞r戶對鉀肥重視不夠，長期不施或者少施，導致鉀肥用量普遍較低，土壤速效鉀含量只能維持在初始水平，近年來，隨著鉀肥施用量的增加，土壤速效鉀質量分數(shù)逐年提高，2019年平均達到281.71 mg·kg-1，較2011年提高了60.8%。

同樣，氮、磷、鉀三元素在促進馬鈴薯器官的形成和生長發(fā)育，塊莖膨大期光和源的建成等方面起到較大作用[23]。相關研究表明，生產1000 kg馬鈴薯所需（N∶P2O5∶K2O）比例平均為1∶0.87∶3.44[24]。本研究中不同施肥處理的馬鈴薯產量隨著輪作年限逐漸增加，到2019年分別達到最大值，其中施氮磷鉀肥區(qū)（T1）最大，為12 015 kg·hm-2，其次是施磷鉀肥（T3），為10 800 kg·hm-2，最后是施氮肥（T2），為10 488 kg·hm-2，分別較對照增加86.71%、67.83%、62.98%。

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