抗旱性復混肥對土壤物理性狀、持水量和馬鈴薯經濟效益的影響

劉玉環，程紅玉*，陳萬紅，秦嘉海，羅 海

（1.河西學院農業與生物技術學院，甘肅 張掖 734000；2.甘肅省河西走廊特色資源利用省級重點實驗室，甘肅 張掖734000；3.甘肅天潤薯業有限責任公司，甘肅 張掖 734000）

甘肅省張掖市地處河西走廊中段，境內氣候冷涼，日照充足，晝夜溫差大，地勢平坦，灌溉條件便利，是甘肅省馬鈴薯種植的理想地帶和高產區之一[1]。目前已建成加工型馬鈴薯生產基地3萬hm2，年產加工型馬鈴薯112.5萬t[2]。在馬鈴薯生產過程中凸顯的主要問題是：河西冷涼灌區，蒸發量大，降水量小，水資源匱乏，市場上流通的復混肥只具備營養，不具備保水功能，馬鈴薯4月下旬播種時土壤自然含水量低，出苗不整齊，造成缺苗斷壟，產量下降，影響了馬鈴薯產業的可持續發展[3]；因此，研究和開發抗旱性復混肥成為馬鈴薯復混肥研發的關鍵所在。近年來，有關復混肥研究受到了廣泛關注[4]，但馬鈴薯抗旱性復混肥還鮮有報道。針對上述存在的問題，以保水劑[5]、馬鈴薯專用肥、農業廢棄物組合肥為原料，合成抗旱性復混肥，進行田間試驗以驗證其肥效，以便對抗旱性復混肥的肥效做出確切評價。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于張掖市山丹縣位奇鎮孫家營村三社（E 101°07′，N 38°37′），海拔2 030 m，年均溫度5.5 ℃，年均降水量250 mm，年均蒸發量1 800 mm，無霜期150 d，土壤類型是耕種灰鈣土[6]，0～20 cm土層含有機質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，土壤質地為沙質土，前茬作物是馬鈴薯。

1.2 試驗材料

供試馬鈴薯品種：克星4號，由甘肅天潤薯業有限責任公司提供。

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、粗纖維后剩余的皮和種子，含有機碳40%、P2O52.20%、K2O 6.8%；油菜籽餅，含有機質73.8%、N 5.25%、P2O50.8%、K2O 1.04%；馬鈴薯專用肥，自配，尿素、磷酸二銨、硫酸鉀、硫酸鋅質量比按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，將發酵葡萄酒渣、發酵油菜籽餅肥風干質量比按0.60∶0.40混合，含有機質70.90%、N 2.10%、P2O51.64%、K2O 4.49%；保水劑，吸水倍率1 450 g/g；抗旱性復混肥，自配，用廢棄物組合肥、保水劑、馬鈴薯專用肥按最佳配比混合配制。

1.3 試驗設計

1.3.1 抗旱性復混肥配方篩選

試驗設計：試驗于2016年4—9月進行，以廢棄物組合肥、保水劑、馬鈴薯專用肥為3個因素，每個因素設計3個水平，按正交表L9（33）設計9種抗旱性復混肥配方（表1）。稱取各種材料進行混合，在馬鈴薯播種前作底肥施入20 cm土層，每個試驗小區單獨收獲，將小區產量折合成公頃產量，計算因素間的效應（R）和各因素不同水平的T值，篩選出抗旱性復混肥最佳配方。

種植方法：試驗小區面積為30.80 m2（7.0 m×4.4 m），每個小區四周筑埂，埂寬40 cm，埂高30 cm。2016年4月26日播種，種薯采用0.2%的適樂時拌種，每個小區種植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9.0萬株/hm2，播種深度15 cm。抗旱性復混肥作底肥，在播種時撒入土表，覆土起壟。分別在馬鈴薯發棵期、開花期和塊莖膨大期各灌水1次，每個處理灌水量相等，其他田間管理措施與大田相同。

1.3.2 抗旱性復混肥適宜施肥量試驗

試驗設計：2016年篩選出最佳配方后于2017年4—9月開展適宜施肥量試驗，設5個水平的抗旱性復混肥施用量，分別為1.32、2.64、3.96、5.28、6.60 t/hm2，以不施肥為對照，共6個處理，每個處理3次重復，隨機區組排列。

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

表1 L9（33）正交試驗設計

1.4 測定項目與方法

1.4.1 土壤物理性狀和持水量的測定

馬鈴薯收獲（2017年9月20日）后分別在試驗小區內按對角線法，用環刀采集耕層0～20 cm原狀土測定土壤容重，孔隙度采用計算法[7]，土壤含水量采用烘干法測定，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 馬鈴薯塊莖經濟性狀和產量的測定

馬鈴薯成熟期每小區隨機采集10株，分別測定單株薯塊質量和平均薯塊質量。收獲時按小區測實產，取3次重復的平均值折算每公頃產量。

1.4.3 施肥經濟效益評價

施肥成本（元/hm2）＝肥料單價×每公頃所需量；施肥利潤（元/hm2）＝施肥增產值-施肥成本；肥料貢獻率（%）＝（施肥區產量-無肥區產量）/施肥區產量×100%。

1.5 數據處理方法

土壤物理性質、馬鈴薯經濟性狀等數據采用DPS 10.0統計軟件分析，差異顯著性采用多重比較，LSR檢驗?？购敌詮突旆适┓柿颗c土壤物理性質、持水量、馬鈴薯經濟性狀、產量間的關系，按回歸方程y＝a＋bx求得[9]；抗旱性復混肥經濟效益最佳施用量按公式x0＝[（Px/Py）-b]/2c求得[10]，Px為抗旱性復混肥價格，Py為番茄平均售價；依據肥料效應回歸方程y＝a＋bx＋cx2，求得抗旱性復混肥最佳施用量時的馬鈴薯理論產量。

2 結果與分析

2.1 抗旱性復混肥配方篩選

由表2馬鈴薯收獲后測定結果可知，因素間效應（R）為C＞A＞B，說明影響馬鈴薯產量大小的因素依次是馬鈴薯專用肥＞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，說明馬鈴薯產量隨馬鈴薯專用肥施用量的增大而增加，但馬鈴薯專用肥施用量超過2 230 kg/hm2后，產量又隨專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（馬鈴薯專用肥2 230 kg/hm2）。將廢棄物組合肥、保水劑、馬鈴薯專用肥按0.569 5∶0.007 1∶0.423 4質量比混合得到抗旱性復混肥。

表2 L9（33）正交試驗結果分析

2.2 抗旱性復混肥對土壤物理性質的影響

土壤容重是表征土壤物理性質的一個重要指標，土壤容重越小，其蓄水能力越強[11]。于2017年9月20日馬鈴薯收獲后，分別在試驗小區內采集耕層0～20 cm土樣進行測定。由表3結果可以看出，抗旱性復混肥施肥量與土壤容重呈負相關關系，其回歸方程為y＝1.358 0-0.024 5x，相關系數（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[12]。經相關性分析，抗旱性復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關系，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，相關系數（r）分別為0.964 9、0.979 3、0.908 6。

抗旱性復混肥施肥量為6.60 t/hm2時，與對照比較，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混肥中的葡萄酒渣和油菜籽餅肥含有豐富的有機質，使土壤疏松，增大了土壤孔隙度，降低了土壤容重。

2.3 抗旱性復混肥對土壤持水量的影響

土壤持水量是表征土壤貯水能力的重要指標[13]，從表4可以看出，抗旱性復混肥用量為6.60 t/hm2時，與對照比較，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。經相關性分析，抗旱性復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關系，相關系數分別為0.993 2、0.964 9、0.979 1、0.908 7。

表3 抗旱性復混肥對土壤物理性質的影響

表4 抗旱性復混肥對土壤持水量的影響

2.4 抗旱性復混肥對馬鈴薯塊莖經濟性狀的影響

2.4.1 對馬鈴薯單株塊莖質量的影響

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

2.4.2 對馬鈴薯單個塊莖質量的影響

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

2.5 抗旱性復混肥對馬鈴薯產量和施肥利潤的影響

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

肥料貢獻率隨著抗旱性復混肥施用量的增加呈增加趨勢，抗旱性復混肥施用量6.60 t/hm2，肥料貢獻率為28.97%，與抗旱性復混肥施用量5.28、3.96、2.64、1.32 t/hm2比較，肥料貢獻率分別增加了2.6、8.5、13.58、19.96個百分點（表6）。

表5 抗旱性復混肥對馬鈴薯經濟性狀的影響

表6 抗旱性復混肥對馬鈴薯施肥利潤的影響

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

2.6 抗旱性復混肥經濟效益最佳施用量確定

將抗旱性復混肥不同施用量與馬鈴薯產量間的關系采用肥料效應回歸方程y＝a＋bx＋cx2擬合，得到的回歸方程為：y＝28.87＋1.771 3x-0.035 4x2（1）。對回歸方程進行顯著性測驗的結果表明回歸方程擬合良好?？购敌詮突旆蕛r格（Px）為1 676.94元/t，2017年馬鈴薯市場價格（Py）為1 200元/t，將Px、Py、回歸方程的參數b和c，代入經濟效益最佳施用量計算公式x0＝[（Px/Py）-b]/2c，求得抗旱性復混肥經濟效益最佳施用量x0為5.28 t/hm2，代入回歸方程（1），得到產量為37.23 t/m2，統計分析結果與田間施用抗旱性復混肥5.28 t/hm2所得結果基本吻合。

3 結論與討論

本研究表明，影響馬鈴薯產量的因素由大到小依次為：馬鈴薯專用肥＞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，馬鈴薯專用肥2 230 kg/hm2?？购敌詮突旆适┓柿颗c土壤容重呈負相關關系，與土壤總孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度呈正相關關系。隨著抗旱性復混肥施用量的增加，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。分析這一結果產生的原因：一是抗旱性復混肥中的保水劑是一類高分子聚合物，這類物質分子結構交聯成網絡，本身不溶于水，卻能在10 min內吸附超過自身質量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]；二是抗旱性復混肥中的葡萄酒渣和油菜籽餅肥，在土壤中合成腐殖質，腐殖質的最大吸水量可以超過500%[16]，因而提高了土壤的持水量。

隨著抗旱性復混肥施用量的增加，馬鈴薯單株塊莖質量、單個塊莖質量、肥料貢獻率均呈增加趨勢。當抗旱性復混肥施用量由5.28 t/hm2增加到6.60 t/hm2時，施肥利潤降低了485.56元/hm2，出現了報酬遞減律。經回歸統計分析，抗旱性復混肥施肥量與馬鈴薯產量間肥料效應回歸方程是：y＝28.87＋1.771 3x-0.035 4x2，經濟效益最佳施肥量（x0）為5.28 t/hm2，統計分析結果與田間施用抗旱性復混肥5.28 t/hm2所得結果基本吻合。