粉壟耕作下減施肥料對(duì)木薯產(chǎn)量品質(zhì)的影響初探

申章佑，李艷英#，周 佳，勞承英，周靈芝，韋本輝*，黃 潔，魏云霞

（1．廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所，廣西 南寧 530007；2．中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶作物品種資源研究所，海南 儋州 571737）

化肥可以促進(jìn)作物增產(chǎn)，但過(guò)猶不及，過(guò)量施用化肥不僅造成資源浪費(fèi)，也對(duì)生態(tài)環(huán)境造成傷害，如土壤酸化、土壤板結(jié)、重金屬污染、水體污染等一系列農(nóng)業(yè)面源污染問(wèn)題［1］。2015 年中央1 號(hào)文件提出加強(qiáng)農(nóng)業(yè)面源污染治理，關(guān)鍵在于減少化肥農(nóng)藥的使用。隨后連續(xù)幾年的中央1 號(hào)文件都強(qiáng)調(diào)了要“加大農(nóng)業(yè)面源污染防治力度，實(shí)現(xiàn)化肥農(nóng)藥零增長(zhǎng)行動(dòng)”，2020 年中央1號(hào)文件則指出要“深入開(kāi)展農(nóng)藥化肥減量行動(dòng)”。根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局公布的數(shù)據(jù)，我國(guó)農(nóng)用化肥施用量（折純，下同）1980 年為1269.4 萬(wàn)t，逐年增加，到2015 年達(dá)到峰值6022.60 萬(wàn)t，隨后開(kāi)始緩 慢 下 降，2018 年 為5653.42 萬(wàn)t［2］。根 據(jù) 聯(lián) 合國(guó)糧食與農(nóng)業(yè)組織的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2008 至2017年，我國(guó)農(nóng)用化肥施用量為412.61 kg/hm2，其中，N 為239.46 kg/hm2，P2O5為102.92 kg/hm2，K2O 為70.23 kg/hm2，但仍然比美國(guó)分別高出3.34、3.29、4.28、2.66 倍［3］。由此可見(jiàn)，我國(guó)實(shí)施的化肥減量行動(dòng)初見(jiàn)成效，但是與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，仍然任重道遠(yuǎn)。如何進(jìn)一步降低我國(guó)化肥的施用量，將是我們今后迫待解決的問(wèn)題，對(duì)防治農(nóng)業(yè)面源污染、保障農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

化肥、農(nóng)藥零（負(fù)）增長(zhǎng)是防治面源污染的重要行動(dòng)［4］。為此，國(guó)內(nèi)外都進(jìn)行了大量減施化肥的研究，這些減施化肥的措施主要是有機(jī)肥替代［5-6］、微生物肥替代［7-8］、綠肥替代［9-10］、秸稈還田［11-12］等，所有的這些措施均是替代，化肥的施用量減少了，但是總的肥料用量并沒(méi)有減少。

粉壟耕作技術(shù)是本課題組發(fā)明的一種農(nóng)耕新技術(shù)，它具有深耕深松不亂土層的效果，經(jīng)過(guò)在水稻［13］、玉米［14］、小麥［15］、甘蔗［16］、花生［17］等作物的實(shí)踐證明，它具有較好的增產(chǎn)效果，前期對(duì)水稻［18］、小麥［19］、青稞［20］等作物研究發(fā)現(xiàn)，粉壟在減少肥料絕對(duì)用量的情況下仍然能夠保持作物的產(chǎn)量，但粉壟耕作在木薯上的減施肥料試驗(yàn)尚未見(jiàn)報(bào)道。本研究以木薯為研究對(duì)象，在粉壟耕作條件下減少肥料的絕對(duì)用量，研究其對(duì)木薯塊根產(chǎn)量品質(zhì)的影響，為粉壟耕作減施肥料保證作物產(chǎn)量提供依據(jù)，為我國(guó)的化肥減量行動(dòng)提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試木薯品種為華南205（中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院選育），為廣西地區(qū)的主栽品種。

常規(guī)耕作使用紐荷蘭牌110 馬力拖拉機(jī)帶三鏵犁和臥式旋耕耙；粉壟耕作使用廣西五豐機(jī)械公司生產(chǎn)的LG-125 型自走式粉壟機(jī)。

尿素（N 46.4%）：湖北大田化工股份有限公司生產(chǎn)，規(guī)格為50 kg/袋；鈣鎂磷肥（P2O518.0%）：云南省昆明磷都鈣鎂磷肥廠生產(chǎn)，規(guī)格為50 kg/袋；氯化鉀（K2O 60.0%）：中化化肥有限公司銷售（原產(chǎn)國(guó)：約旦），規(guī)格為50 kg/袋。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試 驗(yàn) 于2018 年3 月 至2019 年1 月 在 廣 西 隆安縣那桐鎮(zhèn)大滕村（107.8° E、22.9° N）進(jìn)行，試驗(yàn)地土壤為黃壤，全氮含量為0.79 g/kg、全磷含量為0.96 g/kg，全鉀含量為8.34 g/kg、堿解氮含量為97.48 mg/kg、有效磷含量為23.24 mg/kg、速效鉀含量為104.71 mg/kg，有機(jī)質(zhì)含量為23.48 g/kg，pH為 5.32。

田間試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，主因素為耕作方式：常規(guī)耕作（R）、粉壟耕作（FL）；副因素為施肥量：全量施肥（根據(jù)廣西木薯生產(chǎn)中常規(guī)施肥量設(shè)定，100%）、減施肥料10%（90%）、減施肥料30%（70%）、減施肥料50%（50%）、不施肥（即零施肥，0）；以常規(guī)耕作全量施肥為對(duì)照（CK）。隨機(jī)區(qū)組排列，3 次重復(fù)，小區(qū)長(zhǎng)6 m、寬6 m，面積36 m2。肥料施用方案見(jiàn)表1。

表1 肥料施用方案 （kg/hm2）

1.2.2 種植管理

2018 年3 月23 日進(jìn)行整地，對(duì)照區(qū)用拖拉機(jī)一犁兩耙，粉壟區(qū)用粉壟專用機(jī)一次性整地；3月27 日種植，種莖長(zhǎng)度約15 cm，種莖砍好后用40%啶蟲(chóng)脒可溶性粉劑1500 倍液和5.7%甲氨基阿維菌素苯甲酸鹽水分散粒劑1500 倍液混合液浸種10 min，然后播種，行株距離為1 m×1 m；4 月3 日進(jìn)行芽前封土；5 月12 日進(jìn)行間苗，每穴留2株建壯苗；7 月23 日進(jìn)行紅蜘蛛防治，隨后自然生長(zhǎng)，2019 年1 月5 日收獲。

1.2.3 施肥管理

在種植時(shí)不施基肥，種植后60 d 第1 次追肥，用量為總量的60%，種植后120 d 第2 次追肥，用量為總量的40%。施肥時(shí)結(jié)合進(jìn)行田間小培土。

1.2.4 測(cè)定項(xiàng)目及方法

株高、莖粗：每株兩條苗中選擇較高的一條進(jìn)行測(cè)量，種植后60 d 開(kāi)始調(diào)查，之后每隔30 d 調(diào)查一次，直至收獲。株高為地面至生長(zhǎng)點(diǎn)頂端，用卷尺測(cè)量；莖粗為距離地面10 ～15 cm 位置，用游標(biāo)卡尺測(cè)量。

結(jié)薯?xiàng)l數(shù)、薯長(zhǎng)、薯莖、單株薯重：收獲時(shí)，每個(gè)小區(qū)連續(xù)取10 株，數(shù)結(jié)薯?xiàng)l數(shù)，用卷尺測(cè)量薯塊的長(zhǎng)度，用游標(biāo)卡尺測(cè)量薯塊莖粗，用普通電子秤稱量薯塊鮮重，計(jì)算平均數(shù)。

單位面積產(chǎn)量：收獲時(shí)收取全小區(qū)塊根，稱量鮮重，折算單位面積產(chǎn)量。

品質(zhì)指標(biāo)：干物質(zhì)含量測(cè)定采用烘干法；鮮薯氫氰酸含量的測(cè)定參照GB 5009.36-2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中氰化物的測(cè)定》的分光光度法；淀粉含量的測(cè)定參照GB 5009.9-2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中淀粉的測(cè)定》。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel 2013 進(jìn)行數(shù)據(jù)的初步處理，采用SPSS 19.0 進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 兩種耕作方式下不同施肥量木薯的農(nóng)藝性狀

圖1A、B 顯示，在同等施肥水平處理下，當(dāng)施肥量為70%、50%、0%時(shí)，粉壟耕作的株高和莖粗均顯著高于常規(guī)耕作，當(dāng)施肥量為100%、90%時(shí)，粉壟和常規(guī)耕作之間的株高和莖粗差異均不顯著。與CK（株高318.7 cm、莖粗36.91 mm）相比，R70%、R50%、R0、FL0 處理均顯著降低了木薯的株高和莖粗；與CK 相比，F(xiàn)L100%、FL90%、FL70%、FL50%、R90%的株高和莖粗差異均不顯著。以上表明，在兩種耕作方式下，雖然木薯的株高和莖粗均隨著施肥量的減少而降低，但粉壟耕作減施肥料50%，對(duì)植株的株高和莖粗無(wú)顯著影響。

2.2 兩種耕作方式下不同施肥量木薯的產(chǎn)量構(gòu)成因子及產(chǎn)量

由圖2A 顯示，在同等施肥水平處理下，當(dāng)施肥量為50%、0%時(shí)，粉壟耕作的薯長(zhǎng)顯著長(zhǎng)于常規(guī)耕作，分別增加了4.4、4.6 cm；當(dāng)施肥量為100%、90%、70%時(shí)，粉壟耕作與常規(guī)耕作之間的薯長(zhǎng)差異不顯著。兩種耕作方式下不同施肥水平之間比較，CK 的薯長(zhǎng)最長(zhǎng)，為27.1 cm，R0 的薯長(zhǎng)最短，為18.3 cm；與CK 相比，R50%、R0、FL0 處理顯著縮短了木薯的薯長(zhǎng)；與CK 相比，F(xiàn)L100%、FL90%、FL70%、FL50%、R90%、R70%處理的薯長(zhǎng)差異均不顯著。以上表明，兩種耕作方式之間，施肥水平對(duì)粉壟耕作的影響小于常規(guī)耕作，在粉壟耕作下減施肥料50%對(duì)木薯塊根的長(zhǎng)度無(wú)顯著影響。

圖1 兩種耕作方式下不同施肥量木薯的株高和莖粗

圖2 兩種耕作方式下不同施肥量的薯長(zhǎng)和薯徑

由圖2B 可見(jiàn)，在同等施肥水平處理下，當(dāng)施肥量為70%、50%、0%時(shí)，粉壟耕作顯著增加了木薯的薯徑，分別增加了6.40、11.40、4.60 mm；當(dāng)施肥量為100%、90%時(shí)，粉壟耕作與常規(guī)耕作之間的薯徑差異不顯著。兩種耕作方式下不同施肥水平之間比較，F(xiàn)L70%的薯徑最大，為50.21 mm，R0 的薯徑最小，為27.61 mm；與CK（48.40 mm）相 比，R70%、R50%、R0、FL0 處 理 顯 著 減 小了木薯的薯徑；與CK 相比，F(xiàn)L100%、FL90%、FL70%、FL50%、R90%處理的薯徑差異均不顯著。以上表明，兩種耕作方式之間，施肥水平對(duì)粉壟耕作的影響小于常規(guī)耕作，在粉壟耕作下減施肥料50%對(duì)木薯塊根的薯徑無(wú)顯著影響。

由表2 可見(jiàn)，在同等施肥水平處理下，當(dāng)施肥量為100%、70%、50%、0%時(shí)，粉壟耕作顯著增加了木薯的單株結(jié)薯?xiàng)l數(shù)；當(dāng)施肥量為90%時(shí)，粉壟耕作與常規(guī)耕作之間單株結(jié)薯?xiàng)l數(shù)差異不顯著。兩種耕作方式下不同施肥水平之間比較，F(xiàn)L100%的單株結(jié)薯?xiàng)l數(shù)最多，為12.3 條，R0 的最少，為8.3 條；與CK（10.6 條）相比，R0 的單株結(jié)薯?xiàng)l數(shù)顯著減少，F(xiàn)L100%和FL70%的單株結(jié)薯?xiàng)l數(shù)顯著增加；與CK 相比，R90%、R70%、R50%、FL90%、FL50%、FL0 處理的單株結(jié)薯?xiàng)l數(shù)差異不顯著。以上表明，粉壟耕作更有利于木薯單株結(jié)薯數(shù)的形成，且適當(dāng)?shù)臏p施肥料不會(huì)顯著減少木薯單株結(jié)薯?xiàng)l數(shù)。

表2 兩種耕作方式下不同施肥量木薯塊根單株結(jié)薯?xiàng)l數(shù) （條）

由圖3 可知，在相同施肥水平處理下，當(dāng)施肥量為90%、70%、50%、0%時(shí)，粉壟耕作顯著地增加木薯的鮮薯產(chǎn)量，增產(chǎn)幅度分別為11.86%、34.01%、28.65%、32.12%；當(dāng)施肥量為100%時(shí)，粉壟耕作與常規(guī)耕作的鮮薯產(chǎn)量差異不顯著。兩種耕作方式下不同施肥水平之間比較，F(xiàn)L90%的鮮薯產(chǎn)量最高，為33105 kg/hm2，R0 的產(chǎn)量最低，為14805 kg/hm2；與CK（30690 kg/hm2）相比，R70%、R50%、R0、FL50%、FL0 處理顯著降低了鮮薯產(chǎn)量，降低幅度分別為25.83%、38.90%、107.29%、7.97%、56.90%；與CK 相比，F(xiàn)L100%、FL90%、FL70%處理的鮮薯產(chǎn)量差異不顯著。以上表明，兩種耕作方式之間，施肥水平對(duì)粉壟耕作的影響小于常規(guī)耕作，粉壟耕作下減施肥料30%可以保證木薯的鮮薯產(chǎn)量。

圖3 兩種耕作方式下不同施肥量木薯塊根產(chǎn)量（鮮重）

2.3 兩種耕作方式下不同施肥量木薯的塊根品質(zhì)

由表3 可見(jiàn)，在同等施肥水平處理下，粉壟耕作與常規(guī)耕作木薯塊根的淀粉含量均無(wú)顯著差異；兩種耕作方式下不同施肥水平之間比較，F(xiàn)L100%的淀粉含量最高，為29.4%，R0 的最低，為25.0%；與CK（28.7%）相比，R0 顯著降低了鮮薯淀粉含量；與CK 相比，其他各處理之間鮮薯淀粉含量差異均不顯著。在同等施肥水平處理下，粉壟耕作與常規(guī)耕作木薯塊根的干物質(zhì)含量均無(wú)顯著差異；兩種耕作方式下不同施肥水平之間比較，CK和FL70%的干物質(zhì)含量最高，均為36.7%，R70%的最低，為35.3%，但各個(gè)處理之間均無(wú)顯著差異。在同等施肥水平處理下，粉壟耕作的氫氰酸含量均顯著低于常規(guī)耕作，分別降低22.9、21.8、29.1、17.3、17.0 mg/kg；兩種耕作方式下不同施肥水平之間比較，CK 的氫氰酸含量最高，為115.2 mg/kg，F(xiàn)L50%的 最 低， 為77.5 mg/kg； 與CK 相比，R50%、R0、FL100%、FL90%、FL70%、FL50%、FL0 處理顯著降低了木薯塊根中的氫氰酸含量，與CK 相比，R90%、R70%處理塊根中的氫氰酸含量差異不顯著。以上表明，常規(guī)耕作和粉壟耕作方式下，減肥栽培均對(duì)淀粉和干物質(zhì)含量影響較小，而減少施肥量能有效降低木薯塊根中的氫氰酸含量，與常規(guī)耕作相比，粉壟耕作能更有效降低木薯塊根中氫氰酸的含量。

表3 兩種耕作方式下不同施肥量木薯塊根品質(zhì)指標(biāo)

3 討論與結(jié)論

3.1 粉壟條件下減施肥料用量對(duì)木薯農(nóng)藝性狀的影響

在一定肥料用量范圍內(nèi)，作物的株高、莖粗會(huì)隨著施肥量的增加而增高、增粗［21］。張富倉(cāng)等［22］在研究施肥水平對(duì)玉米產(chǎn)量影響時(shí)指出，施肥量對(duì)玉米株高有顯著的影響，隨著施肥量增加株高增高。趙力興等［23］研究指出，施肥量對(duì)苜蓿莖粗影響顯著，隨著施肥量的增加苜蓿莖粗的變化趨勢(shì)為先上升后下降。土壤理化性狀改善有利于植株生長(zhǎng)［24］。粉壟耕作可以顯著地改善土壤理化性狀，粉壟耕作增加了1 ～0.25 mm 粒徑機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體含量（P＜0.05），減少了大于3 mm 粒徑水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量（P＜0.05），土壤微形態(tài)改變呈現(xiàn)出骨骼顆粒細(xì)小且排列緊密、表面光滑、土壤比表面積較大、孔隙分布更豐富等特點(diǎn)［25］。適當(dāng)提高土壤的含水量有利于作物的生長(zhǎng)發(fā)育［26］。粉壟耕作后可有效增加耕作層厚度、降低土壤容重、增大土壤孔隙度、提高土壤含水量、土壤調(diào)蓄水分能力、水分利用效率，協(xié)調(diào)土壤三相比，促進(jìn)作物生長(zhǎng)發(fā)育［27-28］。本研究中木薯的株高和莖粗隨著施肥量的減少而降低，但在粉壟耕作方式下，減施肥料對(duì)該參數(shù)影響較小，造成這一結(jié)果的原因可能是粉壟耕作改善了土壤生態(tài)環(huán)境，有利于作物植株生長(zhǎng)。

3.2 粉壟條件下減施肥料用量對(duì)木薯產(chǎn)量的影響

作物的產(chǎn)量由產(chǎn)量構(gòu)成因子決定，木薯塊根的產(chǎn)量由薯長(zhǎng)、薯徑、單株結(jié)薯?xiàng)l數(shù)和出苗率決定，薯長(zhǎng)、薯徑和單株結(jié)薯?xiàng)l數(shù)決定單株薯重，而單株薯重與出苗率又直接決定單位面積內(nèi)的鮮薯產(chǎn)量［29］。粉壟耕作已經(jīng)被證實(shí)有利于作物根系的生長(zhǎng)發(fā)育，呂婧嫻等［30］在研究粉壟栽培玉米中發(fā)現(xiàn)，粉壟耕作可促進(jìn)玉米根系生長(zhǎng)，與旋耕相比，根長(zhǎng)、根數(shù)、生物量均有所增加。甘秀芹等［31］指出，粉壟栽培的桑樹(shù)與傳統(tǒng)栽培的相比，根系數(shù)、單株枝條數(shù)分別增加64.71%、37.55%，且都達(dá)到顯著水平。粉壟耕作方式有利于水稻植株分蘗中后期的分蘗生長(zhǎng)，全生育期白根多、活力強(qiáng)，葉綠素相對(duì)含量（SPAD）極顯著高于常規(guī)耕作，葉片凈光合速率高，并且持綠時(shí)間長(zhǎng)，利于光合同化物的生產(chǎn)積累［32］。韋本輝等［33］的研究發(fā)現(xiàn)，木薯粉壟栽培比常規(guī)栽培單株薯長(zhǎng)增加6.94%～60.00%，薯徑增加8.40% ～13.91%，單株結(jié)薯?xiàng)l數(shù)增加23.13%～39.10%。本研究中，粉壟耕作減施肥料30%時(shí)，其薯長(zhǎng)、薯徑、單株結(jié)薯?xiàng)l數(shù)仍可以與常規(guī)耕作全量施肥基本持平，其原因就是粉壟耕作可以促進(jìn)作物根系生長(zhǎng)。

粉壟耕作不僅能改善土壤生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)作物根系發(fā)達(dá)及植株的生長(zhǎng)發(fā)育，最主要的是其可以顯著提高作物產(chǎn)量，保障作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。本研究中，在同等施肥量時(shí)，粉壟耕作的塊根鮮重均比常規(guī)耕作高4.45%～32.12%，符合粉壟栽培作物的增產(chǎn)規(guī)律，而當(dāng)粉壟耕作減施肥料30%時(shí)，仍然獲得與常規(guī)耕作全量施肥相當(dāng)?shù)漠a(chǎn)量，這與在水稻［18］、小麥［19］、青稞［20］上的粉壟減施肥料試驗(yàn)結(jié)果一致。以上說(shuō)明，粉壟耕作條件下，減施肥料30%左右可以保證木薯高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。

3.3 粉壟條件下減施肥料對(duì)木薯塊根品質(zhì)的影響

作物的品質(zhì)主要由品種決定，受栽培環(huán)境的影響，作物在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，遇到干旱、高溫、冷害、水淹等環(huán)境脅迫后，其體內(nèi)的次生代謝產(chǎn)物會(huì)增加［34］。氫氰酸屬于作物中的次生代 謝 產(chǎn) 物，Abdelsalam Abdelwahab［35］研 究 表 明，在環(huán)境脅迫條件下植物體內(nèi)的氫氰酸含量會(huì)增加。相比與粉壟耕作的良好土壤環(huán)境，常規(guī)耕作的土壤更加容易板結(jié)、受旱等，相當(dāng)于常規(guī)耕作的木薯在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中更加容易受到環(huán)境的脅迫，因此塊根中的氫氰酸含量更高。以上說(shuō)明，粉壟耕作可以顯著地降低木薯塊根中的氫氰酸含量。

木薯淀粉主要由葉片光合作用產(chǎn)生的碳水化合物轉(zhuǎn)運(yùn)到塊根中后合成淀粉，淀粉含量主要由木薯品種決定；干物質(zhì)含量則完全體現(xiàn)光合作用合成碳水化合物的情況，在相似的栽培環(huán)境中，這兩個(gè)指標(biāo)的變化幅度很小。在本試驗(yàn)中，除了零施肥處理的淀粉含量顯著低于全量施肥處理的之外，各個(gè)施肥處理在25%～29%之間波動(dòng)，雖然淀粉含量有隨著施肥量的減少而降低的趨勢(shì)，但是差異不顯著；干物質(zhì)含量均在36.0%左右。說(shuō)明，適當(dāng)減施肥料對(duì)木薯塊根中的淀粉和干物質(zhì)含量沒(méi)有影響。

綜上所述，粉壟耕作條件下適當(dāng)減施肥料可以保證木薯塊根的產(chǎn)量，并顯著降低塊根中氫氰酸的含量，兼顧投入與產(chǎn)量經(jīng)濟(jì)效益，建議粉壟條件下減施肥料30%為宜。對(duì)于是否因?yàn)榉蹓鸥鳁l件下提高了肥料的利用率，從而使得減施肥料仍能穩(wěn)產(chǎn)；是否因?yàn)榉蹓鸥骱笸寥拉h(huán)境改善，導(dǎo)致木薯塊根中的氫氰酸含量降低，這些問(wèn)題有待下一步研究。