不同氮水平及生物有機肥對旱地土壤養分和馬鈴薯產量及品質的影響

何進勤 雷金銀 桂林國 羅昀 金建新

摘要：針對寧南山區養殖業快速發展帶來的牛糞還田利用問題，擬開展牛糞生物發酵有機肥（簡稱“有機肥”）與化學氮肥配施對旱地土壤養分及馬鈴薯產量品質影響的研究。結果表明，M2N1處理（生物有機肥用量為9 000 kg/hm2，氮肥用量為150 kg/hm2）、M2N2處理（生物有機肥用量為9 000 kg/hm2，氮肥用量為300 kg/hm2）耕層（0～20 cm）土壤有機質平均含量最高，而有機肥和氮肥配施對土壤全氮含量的影響較小，隨著有機肥用量的增加，耕層土壤堿解氮含量呈逐漸增加趨勢，高氮處理土壤堿解氮平均含量顯著增加（均達90 mg/kg以上），速效磷、速效鉀平均含量相對基本保持平衡。從馬鈴薯產量品質來看，有機肥施用量為4 500 kg/hm2（M1）時，隨著氮肥用量的增加，馬鈴薯單株結薯數、產量整體均呈增加趨勢;當有機肥施用量增加到13 500 kg/hm2（M3）時，隨著氮肥用量的增加，馬鈴薯產量、商品薯率整體呈逐漸降低的變化趨勢。高有機肥低氮肥用量有利于馬鈴薯粗蛋白含量的提高，化學氮肥用量與馬鈴薯淀粉含量負相關。

關鍵詞：有機無機肥;旱地土壤;馬鈴薯;產量;品質;施氮量;土壤養分

中圖分類號： S147.2;S532.06 ?文獻標志碼： A ?文章編號：1002-1302（2021）10-0191-06

有機無機肥料配施作為減施化肥的重要研究方法之一，是我國當前提倡的科學施肥方式。多年來，人們在追求高產的同時不斷增施化肥，不但導致土壤質量下降，還造成環境污染[1-4]。多數研究結果表明，有機無機肥料配施可以降低土壤容重、改善土壤團粒結構、提升土壤有機質和氮磷鉀養分含量、增加土壤酶活性及豐富微生物群落結構等，同時還可顯著提高作物產量，改善產品品質[4-8]。李娟等的研究結果表明，不同有機無機肥配施對土壤有機質、全氮、全磷含量提高效果顯著，長期施用有機肥可以降低土壤pH值，以化肥與廄肥配施對土壤肥力的提升效果最佳[9]。高菊生等的研究結果表明，施用有機肥土壤的全量養分含量比施用化學肥料高，速效養分含量也有變化;有機無機肥連續配施能促使作物持續高產穩產[10]，可見施用有機肥對提升土壤肥力與作物產量均有較好的效果。有關有機無機肥料配施對土壤質量與作物產量影響的研究已有大量報道，但是這些研究大多以高產田或特定區域農田土壤為主[11-14]，關于在低產田或寧南山區旱地土壤中栽培馬鈴薯的報道較少。

干旱缺水與盲目施肥是影響寧夏南部山區馬鈴薯產業的主要制約因素[15-16]。近年來，隨著養殖業的快速發展和農業生產技術的提高，該地區馬鈴薯的生產狀況有所改善，但是由于農民大量施用化肥和不合理施用有機肥（生糞直接還田），造成土壤環境污染風險提升、雜草危害加重、馬鈴薯土傳病害突顯，使得馬鈴薯產量、品質偏低且不穩定[17-22]。如何安全合理地利用養殖業帶來的有機物料對于當地馬鈴薯產業的發展具有重要的現實意義，通過這一方式還能夠減少農民的生產成本、提高土壤的質量。因此，本試驗以寧南山區牛糞生物發酵肥與化學氮肥配施技術作為研究對象，以馬鈴薯作為指示性作物，探討不同牛糞生物發酵肥與氮肥組合配施對旱地土壤養分及馬鈴薯產量品質的影響，提出最優配施技術，以期為當地農業可持續發展及馬鈴薯產量品質改善提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

采用2因素3水平完全隨機區組設計，A因素為牛糞生物發酵有機肥用量，設3個水平，分別為M1低用量有機肥處理（有機肥用量為 4 500 kg/hm2）、M2中用量有機肥處理（有機肥用量為9 000 kg/hm2）、M3高用量有機肥處理（有機肥用量為13 500 kg/hm2）。B因素為氮肥用量，設3個水平，分別為N1低氮水平（150 kg/hm2）、N2中氮水平（300 kg/hm2）、N3高氮水平（450 kg/hm2）。上述不同處理組合后共得到如表1所示的9個處理，每個處理設3次重復。每個小區面積為14 m2。磷、鉀統一按照測土配方水平撒施。本試驗為3年（2017—2019年）定位試驗，本文僅采用了部分數據。

1.2 試驗地點

試驗地位于寧夏回族自治區固原市原州區頭營鎮石羊村，試驗地基礎土壤含 0.73 g/kg 全氮、48.2 mg/kg堿解氮、31.8 mg/kg速效磷、324 mg/kg速效鉀、11.7 g/kg有機質，pH值為8.5，全鹽含量為0.65 g/kg 。

1.3 材料與試劑

本研究所用作物為馬鈴薯青薯9號，所涉及有機肥均為牛糞生物發酵有機肥（含有63.2%有機質、0.18%全氮、0.88%全磷、2.00%全鉀、1 569 mg/kg 堿解氮、475.7 mg/kg速效磷、8 250 mg/kg 速效鉀）。尿素（含46%N），由中國石油化工股份有限公司寧夏石油分公司生產;硫酸鉀（含52%K2O），由河北高橋農業科技有限公司生產;重鈣（含46%P2O5），由云南三環嘉吉化肥有限公司生產。

1.4 樣本測試

土壤有機質、氮、磷、鉀等養分含量參照鮑士旦《土壤農化分析》[23]進行測定。

1.5 數據整理與統計

數據整理與統計用Excel和DPS 18.10完成。

2 結果與分析

2.1 不同處理對馬鈴薯株高的影響

由圖1可以看出，當有機肥用量為 4 500 kg/hm2 時，增施化學氮肥對馬鈴薯株高的影響不顯著;當有機肥用量為9 000 kg/hm2時，隨著氮肥用量的增加，馬鈴薯株高逐漸增加;而當有機肥用量為 13 500 kg/hm2 時，隨著化學氮肥用量的增加，馬鈴薯株高整體呈逐漸降低的趨勢。從整個試驗處理來看，高有機肥、低氮處理對馬鈴薯株高增加的效果最明顯，說明增施有機肥減施化學氮肥對于增加馬鈴薯株高有一定的促進作用。

2.2 不同處理對土壤質量含水量的影響

馬鈴薯在10月1日收獲后，測定土壤質量含水量，得到3年平均質量含水量。由圖2可以看出，不同處理對土壤質量含水量影響較大，從有機肥用量來看，在同等施氮水平下增加有機肥用量可以提高土壤質量含水量，與低有機肥施用量相比，中有機肥施用量處理的土壤含水量增加;從氮肥施用量來看，在同等有機肥投入條件下，增施化學氮肥處理的土壤質量含水量呈先增加后降低的變化趨勢，即在同等有機肥處理條件下，中量氮肥投入土壤含水量較高，這可能與作物長勢造成的土壤水分吸收和蒸騰有關。

2.3 不同處理對馬鈴薯收獲后耕層（0～20cm）土壤養分含量的影響

2.3.1 不同處理對耕層土壤有機質含量的影響 試驗結果（圖3）表明，M2N1、M2N2處理對旱地土壤有機質含量的提升效果最明顯。從不同有機肥用量來看，在低量有機肥處理區，隨著氮肥用量的增加，土壤有機質含量呈先降低再升高的趨勢，且3年的變化趨勢基本一致;在中量有機肥處理區，隨著化學氮肥用量的增加，表層土壤有機質含量2017年呈逐漸增加的趨勢，但是在2018年呈逐漸降低趨勢;在高量有機肥處理區，隨著化學氮肥用量的增加，土壤有機質含量在2017年、2018年呈先降低再增加的趨勢，但是在2019年，土壤有機質含量隨化學氮肥用量的增加而逐漸降低。

2.3.2 不同處理對耕層土壤全氮、堿解氮含量的影響 從圖4、圖5可以看出，在不同年份，不同有機肥與氮肥配施對馬鈴薯收獲后耕層土壤全氮、堿解氮含量的影響各不相同。從土壤全氮含量看，不同處理對土壤全氮含量的影響較小，不同有機肥用量對土壤全氮含量影響的差異甚微，而隨著氮肥用量的增加，土壤全氮含量略有增加;從土壤堿解氮含量來看，不同處理間的土壤堿解氮含量存在顯著差異，總體隨著有機肥用量的增加而逐漸增加，土壤堿解氮含量平均值總體呈增加趨勢，在低、中有機肥區3年數據變化趨勢基本一致，但在高有機肥區2018年隨著氮肥用量的增加土壤堿解氮含量呈先降低再增加的趨勢。由此可見，化學氮肥對增加土壤堿解氮含量的效果更為明顯，在中量或高量有機肥配施高氮處理下，堿解氮在土壤中的殘留相對較多。

2.3.3 不同處理對耕層土壤速效磷、鉀的影響 從圖6、圖7可以看出，不同處理對馬鈴薯收獲后耕層土壤速效磷、速效鉀含量的影響均較大。首先從土壤速效磷來看，3年平均數據顯示，隨著有機肥用量的增加，土壤速效磷含量整體呈增加趨勢，隨著化學氮肥用量的增加，土壤速效磷含量平均值在低、中、高有機肥區均呈先降低后增加的變化趨勢;2019年，在低、高有機肥區隨著化學氮肥用量的增加土壤速效磷逐漸降低，中有機肥區土壤速效磷含量呈先降低再升高的變化特點。其次從土壤速效鉀含量變化特點來看，土壤速效鉀平均含量受有機肥及氮肥用量的影響較小，但是從年季間的變化來看，在中有機肥高氮或高有機肥區，土壤速效鉀含量呈先降低再升高的變化趨勢。

2.3.4 不同處理對馬鈴薯產量性狀的影響 3年馬鈴薯平均產量數據（表2）顯示，不同處理對馬鈴薯產量性狀影響差異較大。首先，從馬鈴薯單株結薯來看，增加有機肥對馬鈴薯單株結薯數影響較小，而氮肥用量的變化對馬鈴薯單株結薯數影響較大，低有機肥（4 500 kg/hm2）施入的情況下，隨氮肥用量的增加馬鈴薯單株結薯數整體呈逐漸增加趨勢，有機肥用量增加到13 500 kg/hm2后，隨氮肥用量的增加馬鈴薯單株結薯數呈降低的趨勢，但處理間的變化未達到顯著差異水平。

其次，從馬鈴薯商品薯來看，不同處理變化趨勢與馬鈴薯單株結薯數基本一致，有機肥施入量增加對馬鈴薯商品薯率影響效果在各處理間的差異仍達不到顯著水平，這可能與定位試驗連續投入有機肥有關。

最后，從馬鈴薯產量情況來看，有機肥和化學氮肥施用量均對馬鈴薯產量影響較大。有機肥施入量為4 500 kg/hm2或 13 500 kg/hm2 時，隨著氮肥用量的增加馬鈴薯產量均逐漸降低，這種變化趨勢在有機肥為 13 500 kg/hm2 時更為明顯，且處理間差異達到顯著水平。從整個試驗處理來看，有機肥用量為 13 500 kg/hm2，氮肥用量為150 kg/hm2時，馬鈴薯產量最高，為89 500 kg/hm2，其次為中量有機肥中氮水平（82 440kg/hm2），而高有機肥（13 500 kg/hm2）高氮肥（450 kg/hm2）投入馬鈴薯產量最低，只有54 585 kg/hm2。由此可見，合理的有機肥和氮肥配施是馬鈴薯高產的前提。

2.4 不同處理對馬鈴薯品質的影響

從表3可以看出，不同處理對馬鈴薯品質的影響各不相同。首先，從粗蛋白含量看，在低有機肥用量（4 500 kg/hm2）、高有機肥用量（13 500 kg/hm2）處理下，馬鈴薯粗蛋白含量的提高對氮肥施入量較為敏感，但是在中等有機肥用量（9 000 kg/hm2）處理下，馬鈴薯粗蛋白含量受氮肥施入量的影響相對低高有機肥區較小。按有機肥施入量 4500 kg/hm2 配施300 kg/hm2氮肥或有機肥施入量13 500 kg/hm2配施150 kg/hm2氮肥時，馬鈴薯粗蛋白含量最高。其次，從馬鈴薯淀粉含量看，有機肥配施氮肥對馬鈴薯淀粉含量的提高效果非常顯著，平均淀粉含量達到18.0%，在低、中、高量有機肥區的低氮肥（150 kg/hm2）處理下，馬鈴薯淀粉含量均在21.0%以上，超過了全國馬鈴薯淀粉最高含量（20.7%）。由此可見，有機肥施入量對馬鈴薯淀粉含量的影響較小，但是化學氮肥施入量對馬鈴薯淀粉含量的影響較大，氮肥用量越小，對馬鈴薯淀粉積累越有利。從馬鈴薯總糖含量看，試驗各處理對馬鈴薯總糖含量的影響均較小。

3 討論與結論

3.1 討論

科學的有機無機肥料配合施用對馬鈴薯的植株生產、產量提升、品質改善具有極其重要的作用，而氮肥是植物生長必需的第一大營養元素，在植物生長發育過程中發揮著極其重要的作用[24]。馬鈴薯的生長發育及產質量都與氮素營養密切相關， 缺氮或氮肥過量均不利于馬鈴薯高產和品質改善。一些研究者認為，隨著施氮量的增加，馬鈴薯塊莖的產量表現為先增加后降低的單峰曲線變化趨勢，但達到峰值產量時的適宜施氮量存在著明顯差異[25-28]。本研究認為，在不同有機肥施用區，隨施氮量水平的變化，馬鈴薯產量、品質及土壤有機質和氮磷鉀養分均存在明顯差異，這也與增施有機肥、減施氮肥的研究結果一致。

在有機無機培肥地力方面的大量研究結果表明，有機無機肥配施是影響土壤肥力水平的重要施肥技術之一。姚源喜通過開展有機肥與氮肥配合定位試驗，結果表明，通過少施或不施磷鉀肥，把有機肥與氮肥配施，作物可獲得高產，土壤有機質含量可逐年遞增0.10%左右，有效磷、有效鉀含量也逐年遞增[29]。王曉春等研究發現，生物有機肥能顯著增加馬鈴薯的產量，同時又能提高馬鈴薯的淀粉含量[8]。李英男分析得出，施用堆廄肥可以防止養分過分吸收，適當減少氮、鉀肥量，能夠提高馬鈴薯的淀粉品質[30]。李成學等研究發現，在施肥適量的情況下，施用有機肥的馬鈴薯淀粉含量均高于無機復合肥處理[31]。穆俊祥等采樣3個正交區組的試驗研究結果表明，合理的有機肥和氮磷鉀組合配施能使馬鈴薯產量、淀粉含量和商品率明顯提高[32-33]。呂彥彬等研究發現，有機肥能使馬鈴薯的產量、淀粉含量分別提高19.7%、1.92%[34]。劉淑英研究得出，在增加土壤堿解氮方面，等氮量的有機肥優于無機肥，有機肥與化肥配合施用對培肥土壤有更顯著的作用[35]。張恩平等的研究結果也顯示，有機肥與化肥配施處理土壤的供氮能力比較平穩，而單施化肥處理土壤的理化性質差，土壤供肥、保肥能力差[36]。由此可見，施用有機肥對土壤肥力與作物產量均有較好的效果，不僅能獲得最經濟的農產品，而且還留下較多的養分為下茬作物吸收利用。本研究結果顯示，中量有機肥配施低中量氮肥土壤的有機質含量提升明顯，有機肥和化學氮肥配施對土壤全氮含量的影響較小，但對堿解氮含量的影響較大，但是隨著有機肥用量的增加，耕層土壤堿解氮含量呈逐漸增加的趨勢，在低有機肥用量區，隨著化學氮肥用量的增加，土壤堿解氮含量整體呈逐漸增加的趨勢，中量有機肥或高量有機肥配施高氮投入的堿解氮在土壤中殘留得較多。同時有機肥配施低中量氮肥可以增加土壤速效磷、速效鉀含量，但高有機肥+高氮肥不利于土壤速效鉀含量的提升，這與前人的研究結果[37-38]有部分類似。由此可見，合理的有機、無機肥配合施用才能有效提高土壤養分含量，全面促進作物生長，提高作物產量。

3.2 結論

增施有機肥或有機無機肥配施對馬鈴薯植株株高的增加效果明顯，對旱地土壤蓄水保墑作用顯著。本試驗通過3年定位跟蹤研究，主要形成以下3點結論：

（1）高有機肥、低氮處理對馬鈴薯株高增加的效果最明顯，說明增施有機肥減施化學氮肥對于增加馬鈴薯株高有一定的促進作用。有機肥用量為 9 000 kg/hm2，化學氮肥施用量為300 kg/hm2土壤蓄水保墑效果最佳。

（2）有機肥的不同施用量增加了土壤有機質平均含量，但對土壤全氮含量影響較小。不同有機肥區隨氮肥用量差異土壤有機質、氮磷鉀養分含量各有差異，低量有機肥區隨氮肥用量增加，土壤有機質、速效磷平均含量先降低再升高，堿解氮含量逐漸增加;中有機肥區隨氮肥用量的增加，土壤有機質、堿解氮平均含量逐漸降低，速效磷含量平均值先降低再升高，速效鉀平均含量呈先升高后降低;在高有機肥區隨氮肥用量增加，土壤有機質、堿解氮、速效磷平均含量先降低后升高，土壤速效鉀平均含量呈增加趨勢。中量或高量有機肥配施高氮處理，土壤堿解氮平均含量在90 mg/kg以上。

（3）低有機肥區隨氮肥用量增加馬鈴薯單株結薯數、產量整體呈增加的趨勢，中、高有機肥區隨氮肥用量增加馬鈴薯的單株結薯數整體呈降低趨勢。高有機肥低氮肥用量有利于馬鈴薯粗蛋白含量的提高，生物有機肥施入量對馬鈴薯淀粉含量的影響較小，但化學氮肥的施入量對馬鈴薯淀粉含量的影響較大，氮肥用量越小，對馬鈴薯淀粉積累越有利。

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