化肥减量及配施生物有机肥对马铃薯产量、矿质元素含量及土壤肥力的影响

摘    要：为研究适合马铃薯化肥减量及生物有机肥替代的最佳方案，以马铃薯为供试材料，探究不同化肥减量及配施不同生物有机肥用量对马铃薯产量、矿质元素含量及土壤肥力的影响。试验处理包括对照组CK1（不施肥）、CK2（当地施肥用量）、T1（化肥减量20%+生物有机肥1500 kg·hm-2）、T2（化肥减量30%+生物有机肥1500 kg·hm-2）、T3（化肥减量40%+生物有机肥1500 kg·hm-2）、T4（化肥减量20%+生物有机肥2100 kg·hm-2）、T5（化肥减量30%+生物有机肥2100 kg·hm-2）、T6（化肥减量40%+生物有机肥2100 kg·hm-2）。结果表明，T5处理下马铃薯株高、茎粗、土壤磷酸酶活性、过氧化氢酶活性、蔗糖酶活性、速效钾含量、速效磷含量和有机质含量在各生育期均达到最高，且与CK2处理相比，马铃薯总产量、商品薯产量、商品薯率、Ca和Mg含量分别提高了13.61%、22.46%、7.79%、18.81%和9.98%。综上所述，该处理可以作为提高当地马铃薯产量、品质和改善土壤环境的最优化肥减量及配施生物有机肥组合。

关键词：马铃薯；生物有机肥；产量；矿质元素；土壤肥力

中图分类号：S532 文献标志码：A 文章编号：1673-2871（2023）09-066-09

Effects of chemical fertilizer reduction and combined application of bio-organic fertilizer on potato yield， mineral elements and soil fertility

DU Honghui1， JIA Xuegang2， YANG Tao3

（1. Horticultural Station of Weiyuan County， Gansu Province， Weiyuan 748200， Gansu， China; 2. Gansu Field Agricultural Science and Technology Co.， Ltd.， Weiyuan 748200， Gansu， China; 3. Institute of Biology， Gansu Academy of Sciences， Lanzhou 730030， Gansu， China）

Abstract： In order to study the best scheme suitable for potato fertilizer reduction and bio-organic fertilizer replacement. Potato was used as test material， the effects of different reduction gradients of fertilizer and different dosages of biological organic fertilizer on potato yield， mineral element content and soil fertility were studied. The experimental treatments included control group CK1 （no fertilization）， CK2（local fertilization rate）， T1 （fertilizer reduction 20%+ bio-organic fertilizer 1500 kg·hm-2）， T2（fertilizer reduction 30%+ bio-organic fertilizer 1500 kg·hm-2）， and T3 （fertilizer reduction 40%+ bio-organic fertilizer 1500） kg·hm-2）， T4 （fertilizer reduction by 20%+ bio-organic fertilizer 2100 kg·hm-2）， T5 （fertilizer reduction by 30%+ bio-organic fertilizer 2100 kg·hm-2）and T6（fertilizer reduction by 40%+ bio-organic fertilizer 2100 kg·hm-2）. The experimental results showed that plant height， stem diameter， soil phosphatase activity， catalase activity， sucrase activity， available potassium content， available phosphorus content and organic matter content of potato under T5 treatment reached the maximum at each growth stage. Compared with CK2 treatment， total potato production， commercial potato yield， commercial potato rate， Ca and Mg contents， increased by 13.61%， 22.46%， 7.79%， 18.81% and 9.98%， respectively. Therefore， this treatment can be used as the optimal fertilizer reduction and combined application of bio-organic fertilizer to improve the yield and quality of local potato and soil environment.

Key words： Potato; Biological organic fertilizer; Yield; Mineral element; Soil fertility

马铃薯是中国第四大粮食作物之一。农户为保证马铃薯产量，盲目增大化肥施用量，而化肥用量不断增加甚至过量施用会导致产品品质差、土壤养分失调、环境污染严重等问题。研究表明，过量施肥尤其是氮肥，会对作物生长造成不利影响，如根系发育受阻[1]、群体冠层光合速率和作物生长速率显著下降[2]、同化物运转受阻[3]、籽粒品质下降[4]、土壤脲酶和硝酸还原酶等功能性酶活性下降[5]等。同时过量施氮对马铃薯出苗和植株生长均产生负面影响，并抑制块茎增大[6]，进而影响产量。研究表明，马铃薯块茎中不仅含有丰富的蛋白质、碳水化合物、维生素及少量的膳食纤维、脂肪，还含有多种矿质元素[7]。因此，马铃薯是人体补充微量元素的最理想的原料之一[8]。研究表明，马铃薯中矿质元素含量受肥料种类和施肥量的影响较为显著[9]，且氮和磷的配合可以促进植物对磷元素的吸收和利用[10]。有研究发现，施用生物有机肥对土壤生物活性的维持与提升具有重要作用[11]。与单施化肥相比，施用生物有机肥可以增加土壤中可培养微生物的数量，改善土壤微生物群系[12]；提高土壤脲酶、蔗糖酶和磷酸酶活性等[13]。长期施用生物有机肥能够降低土壤容重、改善土壤总孔隙度、提高土壤储水能力、增加土壤有机质含量等[14]。研究表明，生物有机肥配施化肥既可以显著提高马铃薯产量，还可以活化土壤，降低肥料量过大造成的环境污染风险[15]。生物有机肥替代化肥是实现作物高产、化肥资源高效利用和农田环境保护的有效途径[16]。

目前，关于有机肥施用对马铃薯矿质营养元素影响的研究较少。因此，笔者在试验中设置化肥减施梯度与不同生物有机肥用量，研究其对马铃薯生长发育、产量、土壤肥力及马铃薯矿质营养元素等各方面的影响，系统阐述生物有机肥替代化肥的优势，同时探讨适宜的化肥减肥配施生物有机肥组合，得到马铃薯减施化肥且增产的最佳施肥组合，以期为定西马铃薯产业的健康绿色可持续发展做出贡献。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2021年4月28日至10月5日在甘肃省定西市渭源县会川镇杨庄村农户农田中进行。当地海拔2340 m，年平均降水量550 mm。供试土壤为黑麻土，肥力均匀。本试验所用生物有机肥及当地耕层（0～20 cm）土壤基本理化性质见表1。

1.2 材料

供试马铃薯品种为陇薯7号，由甘肃田地农业科技有限责任公司提供。供试生物有机肥（N + K2O + P2O5）含量（w，后同）≥5%、有机质含量≥45%、有效活菌数≥0.2亿·g-1，由甘肃大行农业科技开发有限公司生产；化肥分别用云南云天化股份有限公司生产的尿素（N含量≥46%）、山东芊芊化工科技有限公司生产的磷酸二铵（P2O5含量≥46%）和武汉吉业升化工有限公司生产的硫酸钾（K2O含量≥50%）。

1.3 试验设计

以当地农户习惯施肥为对照，设3个减肥处理（减肥20%、减肥30%、减肥40%），2个生物有机肥添加量梯度：低梯度1500 kg·hm-2、高梯度2100 kg·hm-2。共设8个处理（表2），分别为：CK1（不施肥），CK2（当地施肥用量），T1（化肥减量20%+生物有机肥1500 kg·hm-2），T2（化肥减量30%+生物有机肥1500 kg·hm-2），T3（化肥减量40%+生物有机肥1500 kg·hm-2），T4（化肥减量20%+生物有机肥2100 kg·hm-2），T5（化肥减量30%+生物有机肥2100 kg·hm-2），T6（化肥减量40%+生物有机肥2100 kg·hm-2）。试验采用黑膜单垄种植，试验处理采用随机区组设计，每个处理3次重复。将马铃薯种植在垄中间，播种深度15 cm，行距60 cm，株距30 cm，小区面积45 m2（6 m×7.5 m），播种密度60 000株·hm-2。2021年4月28日播种，10月5日收获。所有肥料作基肥一次性施入，具体施肥情况见表2。各处理全生育期与当地管理措施一致。

1.4 测定指标及方法

1.4.1 植株生长指标的测定 用直尺在马铃薯苗期（2021-06-07）、薯块膨大期（2021-08-05）、采收期（2021-10-03）测定株高，每小区测定30株；用游标卡尺于初花期、薯块膨大期、采收期贴近地面2 cm处测定茎粗，每小区测定30株。

1.4.2 产量的测定 在马铃薯采收期时，每小区内连续选择30株马铃薯测定总产量并折合产量。杂质率按1.5%计。换算成单株产量，再换算成1 hm2面积产量。计算方法如下[17]：

单株产量/g=（商品薯产量＋非商品薯产量）×（1-1.5%）/株数；

称量薯块划分商品薯和非商品薯，非商品薯指质量小于50 g的小薯以及病薯、烂薯、绿皮薯等薯块。

商品薯率/%=商品薯产量/总产量×100。

1.4.3 矿质元素含量的测定 各小区选取10株采收期的马铃薯，各取1/4块茎，经去皮、切碎、混合，在105 °C条件下杀青15 min，转入60 °C烘箱完全烘干至恒质量，磨粉，取样（每个处理取样进行3次重复）。前处理采用H2SO4-H2O2消煮法消解，采用原子吸收光谱仪[18]测定Ca、Mg、Cu、Fe、Mn、Zn和K含量。矿物质含量为干质量状态下的含量。

1.4.4 土壤指标的测定 土壤取样：分别在初花期、薯块膨大期和收获期采用“之”字形多点混合采样法，采集不同处理试验小区0～20 cm土壤样品，各小区选择10个采样点，混匀后利用四分法选取土样。土样自然风干后研磨、过筛，将通过0.25 mm筛的土样保存用于土壤中速效养分及有机质含量的测定，将通过1 mm筛的土样保存以测定土壤酶活性。