抗旱性复混肥对土壤物理性状、持水量和马铃薯经济效益的影响

刘玉环，程红玉*，陈万红，秦嘉海，罗 海

（1.河西学院农业与生物技术学院，甘肃 张掖 734000；2.甘肃省河西走廊特色资源利用省级重点实验室，甘肃 张掖734000；3.甘肃天润薯业有限责任公司，甘肃 张掖 734000）

甘肃省张掖市地处河西走廊中段，境内气候冷凉，日照充足，昼夜温差大，地势平坦，灌溉条件便利，是甘肃省马铃薯种植的理想地带和高产区之一[1]。目前已建成加工型马铃薯生产基地3万hm2，年产加工型马铃薯112.5万t[2]。在马铃薯生产过程中凸显的主要问题是：河西冷凉灌区，蒸发量大，降水量小，水资源匮乏，市场上流通的复混肥只具备营养，不具备保水功能，马铃薯4月下旬播种时土壤自然含水量低，出苗不整齐，造成缺苗断垄，产量下降，影响了马铃薯产业的可持续发展[3]；因此，研究和开发抗旱性复混肥成为马铃薯复混肥研发的关键所在。近年来，有关复混肥研究受到了广泛关注[4]，但马铃薯抗旱性复混肥还鲜有报道。针对上述存在的问题，以保水剂[5]、马铃薯专用肥、农业废弃物组合肥为原料，合成抗旱性复混肥，进行田间试验以验证其肥效，以便对抗旱性复混肥的肥效做出确切评价。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验地位于张掖市山丹县位奇镇孙家营村三社（E 101°07′，N 38°37′），海拔2 030 m，年均温度5.5 ℃，年均降水量250 mm，年均蒸发量1 800 mm，无霜期150 d，土壤类型是耕种灰钙土[6]，0～20 cm土层含有机质14.25 g/kg、碱解氮66.43 mg/kg、速效磷8.65 mg/kg、速效钾155.40 mg/kg，pH值7.50，土壤质地为沙质土，前茬作物是马铃薯。

1.2 试验材料

供试马铃薯品种：克星4号，由甘肃天润薯业有限责任公司提供。

供试肥料：尿素，含N 46%；磷酸二铵，含N 18%、P2O546%；硫酸钾，含K2O 50%；硫酸锌，含Zn 23%；葡萄酒渣是酿酒后提取多酚酶、蛋白质、粗纤维后剩余的皮和种子，含有机碳40%、P2O52.20%、K2O 6.8%；油菜籽饼，含有机质73.8%、N 5.25%、P2O50.8%、K2O 1.04%；马铃薯专用肥，自配，尿素、磷酸二铵、硫酸钾、硫酸锌质量比按0.41∶0.10∶0.47∶0.02混合，含N 20.66%、P2O54.60%、K2O 23.50%；废弃物组合肥，自配，将发酵葡萄酒渣、发酵油菜籽饼肥风干质量比按0.60∶0.40混合，含有机质70.90%、N 2.10%、P2O51.64%、K2O 4.49%；保水剂，吸水倍率1 450 g/g；抗旱性复混肥，自配，用废弃物组合肥、保水剂、马铃薯专用肥按最佳配比混合配制。

1.3 试验设计

1.3.1 抗旱性复混肥配方筛选

试验设计：试验于2016年4—9月进行，以废弃物组合肥、保水剂、马铃薯专用肥为3个因素，每个因素设计3个水平，按正交表L9（33）设计9种抗旱性复混肥配方（表1）。称取各种材料进行混合，在马铃薯播种前作底肥施入20 cm土层，每个试验小区单独收获，将小区产量折合成公顷产量，计算因素间的效应（R）和各因素不同水平的T值，筛选出抗旱性复混肥最佳配方。

种植方法：试验小区面积为30.80 m2（7.0 m×4.4 m），每个小区四周筑埂，埂宽40 cm，埂高30 cm。2016年4月26日播种，种薯采用0.2%的适乐时拌种，每个小区种植4垄，垄宽110 cm，垄底宽70 cm，垄间距40 cm，垄高35 cm，每垄种植2行，行距30 cm，株距20 cm，种植密度为9.0万株/hm2，播种深度15 cm。抗旱性复混肥作底肥，在播种时撒入土表，覆土起垄。分别在马铃薯发棵期、开花期和块茎膨大期各灌水1次，每个处理灌水量相等，其他田间管理措施与大田相同。

1.3.2 抗旱性复混肥适宜施肥量试验

试验设计：2016年筛选出最佳配方后于2017年4—9月开展适宜施肥量试验，设5个水平的抗旱性复混肥施用量，分别为1.32、2.64、3.96、5.28、6.60 t/hm2，以不施肥为对照，共6个处理，每个处理3次重复，随机区组排列。

种植方法：播种时间为2017年4月28日，小区面积、马铃薯品种、施肥方法、株行距、灌水方法、灌水量等与1.3.1试验相同。

表1 L9（33）正交试验设计

1.4 测定项目与方法

1.4.1 土壤物理性状和持水量的测定

马铃薯收获（2017年9月20日）后分别在试验小区内按对角线法，用环刀采集耕层0～20 cm原状土测定土壤容重，孔隙度采用计算法[7]，土壤含水量采用烘干法测定，饱和持水量按照公式（面积×总孔隙度×土层深度）求得，毛管持水量按照公式（面积×毛管孔隙度×土层深度），非毛管持水量按照公式（面积×非毛管孔隙度×土层深度）求得[8]。

1.4.2 马铃薯块茎经济性状和产量的测定

马铃薯成熟期每小区随机采集10株，分别测定单株薯块质量和平均薯块质量。收获时按小区测实产，取3次重复的平均值折算每公顷产量。

1.4.3 施肥经济效益评价

施肥成本（元/hm2）＝肥料单价×每公顷所需量；施肥利润（元/hm2）＝施肥增产值-施肥成本；肥料贡献率（%）＝（施肥区产量-无肥区产量）/施肥区产量×100%。

1.5 数据处理方法

土壤物理性质、马铃薯经济性状等数据采用DPS 10.0统计软件分析，差异显著性采用多重比较，LSR检验。抗旱性复混肥施肥量与土壤物理性质、持水量、马铃薯经济性状、产量间的关系，按回归方程y＝a＋bx求得[9]；抗旱性复混肥经济效益最佳施用量按公式x0＝[（Px/Py）-b]/2c求得[10]，Px为抗旱性复混肥价格，Py为番茄平均售价；依据肥料效应回归方程y＝a＋bx＋cx2，求得抗旱性复混肥最佳施用量时的马铃薯理论产量。

2 结果与分析

2.1 抗旱性复混肥配方筛选

由表2马铃薯收获后测定结果可知，因素间效应（R）为C＞A＞B，说明影响马铃薯产量大小的因素依次是马铃薯专用肥＞废弃物组合肥＞保水剂。比较各因素不同水平的T值可以看出，TA1＞TA3＞TA2，TB1＞TB2＞TB3，说明废弃物组合肥和保水剂适宜用量分别为3 000、37.50 kg/hm2。TC2＞TC3＞TC1，说明马铃薯产量随马铃薯专用肥施用量的增大而增加，但马铃薯专用肥施用量超过2 230 kg/hm2后，产量又随专用肥施用量的增大而降低。从各因素的T值可以看出，最佳组合为：A1（废弃物组合肥3 000 kg/hm2），B1（保水剂37.50 kg/hm2），C2（马铃薯专用肥2 230 kg/hm2）。将废弃物组合肥、保水剂、马铃薯专用肥按0.569 5∶0.007 1∶0.423 4质量比混合得到抗旱性复混肥。

表2 L9（33）正交试验结果分析

2.2 抗旱性复混肥对土壤物理性质的影响

土壤容重是表征土壤物理性质的一个重要指标，土壤容重越小，其蓄水能力越强[11]。于2017年9月20日马铃薯收获后，分别在试验小区内采集耕层0～20 cm土样进行测定。由表3结果可以看出，抗旱性复混肥施肥量与土壤容重呈负相关关系，其回归方程为y＝1.358 0-0.024 5x，相关系数（r）为-0.965 1。

土壤孔隙的大小直接影响土壤中的水分状况，毛管孔隙度大的土壤蓄水能力强[12]。经相关性分析，抗旱性复混肥施肥量与土壤总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度呈正相关关系，回归方程分别为y＝48.747 1＋0.931 2x、y＝16.486 1＋0.286 9x、y＝32.260 9＋0.650 2x，相关系数（r）分别为0.964 9、0.979 3、0.908 6。

抗旱性复混肥施肥量为6.60 t/hm2时，与对照比较，土壤总孔隙度增加11.45%，差异极显著；毛管孔隙度增加10.90%，差异极显著；非毛管孔隙度增加11.72%，差异极显著；容重降低11.19%，差异极显著。究其原因是抗旱性复混肥中的葡萄酒渣和油菜籽饼肥含有丰富的有机质，使土壤疏松，增大了土壤孔隙度，降低了土壤容重。

2.3 抗旱性复混肥对土壤持水量的影响

土壤持水量是表征土壤贮水能力的重要指标[13]，从表4可以看出，抗旱性复混肥用量为6.60 t/hm2时，与对照比较，土壤自然含水量、饱和持水量、毛管持水量、非毛管持水量分别增加24.80%、113.20 t/hm2、35.80 t/hm2和77.40 t/hm2，差异极显著。经相关性分析，抗旱性复混肥用量与土壤自然含水量、饱和持水量、毛管持水量、非毛管持水量呈正相关关系，相关系数分别为0.993 2、0.964 9、0.979 1、0.908 7。

表3 抗旱性复混肥对土壤物理性质的影响

表4 抗旱性复混肥对土壤持水量的影响

2.4 抗旱性复混肥对马铃薯块茎经济性状的影响

2.4.1 对马铃薯单株块茎质量的影响

随着抗旱性复混肥施用量的增加，马铃薯单株块茎质量在增加，抗旱性复混肥施用量为6.60 t/hm2，马铃薯单株块茎质量达到最大，为451.67 g，较对照增加130.89 g；其次为抗旱性复混肥施用量5.28 t/hm2，马铃薯单株块茎质量435.66 g，较对照增加114.88 g，两处理间差异显著。经线性回归分析，得到的回归方程是y＝324.208 5＋20.088 3x，相关系数（r）为0.997 0（表5）。

2.4.2 对马铃薯单个块茎质量的影响

随着抗旱性复混肥施用量的增加，马铃薯单个块茎质量在增加，抗旱性复混肥施用量分别为1.32、2.64、3.96、5.28、6.60 t/hm2时，马铃薯块茎质量分别为135.60、140.37、144.05、155.59、161.31 g，较对照分别增加了1.95、6.72、10.40、21.94、27.66 g。经线性回归分析，得到的回归方程是y＝130.87＋4.371 2x，相关系数（r）为0.971 2（表5）。

2.5 抗旱性复混肥对马铃薯产量和施肥利润的影响

由表6可知，随着抗旱性复混肥施用量的增加，马铃薯产量呈增加趋势，抗旱性复混肥施用量6.60 t/hm2，马铃薯产量为40.65 t/hm2，较对照增加了11.78 t/hm2，其次为抗旱性复混肥施用量5.28 t/hm2，马铃薯产量为39.21 t/hm2，较对照增加了10.34 t/hm2，两处理间差异显著。经线性回归分析，得到的回归方程是y＝29.180 9＋1.802 7x，相关系数（r）为0.997 1（表6）。

肥料贡献率随着抗旱性复混肥施用量的增加呈增加趋势，抗旱性复混肥施用量6.60 t/hm2，肥料贡献率为28.97%，与抗旱性复混肥施用量5.28、3.96、2.64、1.32 t/hm2比较，肥料贡献率分别增加了2.6、8.5、13.58、19.96个百分点（表6）。

表5 抗旱性复混肥对马铃薯经济性状的影响

表6 抗旱性复混肥对马铃薯施肥利润的影响

分析施肥利润可知，抗旱性复混肥施用量由1.32 t/hm2增加到5.28 t/hm2，施肥利润由1 218.44元/hm2增加到3 553.76元/hm2，抗旱性复混肥施用量由5.28 t/hm2增加到6.60 t/hm2，施肥利润降低了485.56元/hm2（表6），出现了报酬递减律，由此可见，抗旱性复混肥适宜用量为5.28 t/hm2。

2.6 抗旱性复混肥经济效益最佳施用量确定

将抗旱性复混肥不同施用量与马铃薯产量间的关系采用肥料效应回归方程y＝a＋bx＋cx2拟合，得到的回归方程为：y＝28.87＋1.771 3x-0.035 4x2（1）。对回归方程进行显著性测验的结果表明回归方程拟合良好。抗旱性复混肥价格（Px）为1 676.94元/t，2017年马铃薯市场价格（Py）为1 200元/t，将Px、Py、回归方程的参数b和c，代入经济效益最佳施用量计算公式x0＝[（Px/Py）-b]/2c，求得抗旱性复混肥经济效益最佳施用量x0为5.28 t/hm2，代入回归方程（1），得到产量为37.23 t/m2，统计分析结果与田间施用抗旱性复混肥5.28 t/hm2所得结果基本吻合。

3 结论与讨论

本研究表明，影响马铃薯产量的因素由大到小依次为：马铃薯专用肥＞废弃物组合肥＞保水剂，最佳组合是：废弃物组合肥3 000 kg/hm2，保水剂37.50 kg/hm2，马铃薯专用肥2 230 kg/hm2。抗旱性复混肥施肥量与土壤容重呈负相关关系，与土壤总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度呈正相关关系。随着抗旱性复混肥施用量的增加，土壤自然含水量、总持水量、毛管持水量、非毛管持水量在增加。分析这一结果产生的原因：一是抗旱性复混肥中的保水剂是一类高分子聚合物，这类物质分子结构交联成网络，本身不溶于水，却能在10 min内吸附超过自身质量100～1 400倍的水分，体积大幅度膨胀后形成饱和吸附水球，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]；二是抗旱性复混肥中的葡萄酒渣和油菜籽饼肥，在土壤中合成腐殖质，腐殖质的最大吸水量可以超过500%[16]，因而提高了土壤的持水量。

随着抗旱性复混肥施用量的增加，马铃薯单株块茎质量、单个块茎质量、肥料贡献率均呈增加趋势。当抗旱性复混肥施用量由5.28 t/hm2增加到6.60 t/hm2时，施肥利润降低了485.56元/hm2，出现了报酬递减律。经回归统计分析，抗旱性复混肥施肥量与马铃薯产量间肥料效应回归方程是：y＝28.87＋1.771 3x-0.035 4x2，经济效益最佳施肥量（x0）为5.28 t/hm2，统计分析结果与田间施用抗旱性复混肥5.28 t/hm2所得结果基本吻合。