减量配施腐植酸肥对连作马铃薯及土壤的影响

韩亚楠，高中强*，杨元军，郭新送，郝国芳，李炜蔷，刘国琴，丁习武

（1.山东省农业技术推广总站，山东济南250100；2.山东省农业科学院蔬菜花卉研究所，山东济南250100；3.农业农村部腐植酸类肥料重点实验室/山东农大肥业科技有限公司，山东泰安271000）

马铃薯（Solanum tuberosum L.）在保障粮食供给和经济发展中发挥着越来越重要的作用[1]，但在当前马铃薯生产中，农民过量及盲目施肥现象严重，不仅导致生产成本增加，而且造成土壤理化性状恶化、养分流失严重和环境污染加剧[2]。2015年，农业部出台《到2020年化肥使用量零增长行动方案》，确立“到2020年，盲目施肥和过量施肥现象基本得到遏制，主要农作物化肥使用量实现零增长”的目标任务，2017，2018和2019年连续3年中央1号文件均明确深入推进化肥农药零增长行动，相继出台政策支持马铃薯化肥减施，可见，马铃薯化肥减施势在必行。

有机肥料和无机化学肥料配合施用能够改善作物生长状况，并降低化肥使用量[3]。专用肥配施其他新型肥料可在减肥的基础上进一步增加马铃薯产量[4]。由于腐植酸含有多种活性基团，如羧基、羟基、甲氧基等，其具有较强的离子交换能力和吸附能力[5]。庄振东和李絮花[6]研究表明，腐植酸氮肥能显著提高作物产量和氮肥利用率，促进作物对土壤氮素的吸收利用。门明新等[7]试验得出，腐植酸复合肥较等养分无机肥可提高油菜鲜、干重和氮利用率。因此，配施一定量的腐植酸不仅可以提高肥效达到活化、改良土壤的作用，还能刺激作物生长、提高作物产量和品质，在农田生态上有巨大的应用潜力。

冯志文等[8]以当地推荐施肥量为基准，认为内蒙古自治区滴灌施肥条件下，施肥比例在现有用量的70%左右时，即可满足马铃薯对养分的需求，产量较高。张学让[9]研究结果发现，控释氮90%处理下的马铃薯产量较高，增产幅度较大。马铃薯施用缓控释肥、生物有机肥对改善马铃薯产量构成因素不明显，但可以明显提高产量和经济效益[10]。已有的减量施肥多集中于无机肥或控释肥研究，鲜有关于腐植酸复合肥在田间马铃薯减量施肥的报道。因此，本研究通过3年大田试验，以当地农户常用施肥量为基准，采用常用复合肥、腐植酸复合肥、腐植酸控释肥的常量及减量30%试验组合，分析在马铃薯连作区减量配施腐植酸肥对马铃薯产量及土壤养分的影响，以期为进一步确定合理减量施肥、有效指导马铃薯科学种植提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2017～2019年在山东省肥城市桃园镇屯头村进行。供试土壤pH 5.9，全氮1.37 g/kg，有效磷36.3 mg/kg，速效钾118.7 mg/kg，有机质25 g/kg。马铃薯品种为‘荷兰15号’。供试肥料有3种，分别为硫酸钾型复合肥（以下简称‘常用复合肥’）、硫酸钾型腐植酸复合肥（总养分≥45%、活性腐植酸≥3%，以下简称‘腐植酸复合肥’）、腐植酸控释氮肥（控氮为树脂包膜尿素，控释比例为50%，控释期为2个月，以下简称‘腐植酸控释氮肥’），以上肥料均由山东农大肥业科技有限公司提供。

1.2 试验方法

试验包括3种肥料，每种肥料设2个处理，分别为常量施肥（当地普通农户常用施肥量）和减量30%施肥，共6个处理（表1），每个小区面积为80 m2，重复3次，随机区组设计，所有处理肥料作为基肥一次性施入，另每个小区均施用生物有机肥10 kg。马铃薯采用露天起垄方式种植，垄宽80 cm，垄长20 m，每小区5垄，种植方向为南北走向，3年试验所有处理为同一地块定位试验，后茬无种植作物。

表1 马铃薯减量施肥试验处理Table 1 Treatment of potato fertilization reduction

1.2.1 产量测定

测产小区面积24 m2，收获时每小区取中间三垄，长度10 m对薯块称重，得出小区产量并折合产量。杂质率按1.5%计。计算方法如下：

小区产量（kg/24m2）=[小区商品薯产量（kg）+小区非商品薯产量（kg）]×（1-1.5%）

产量（kg/667m2）=小区产量（kg）/小区面积×667

1.2.2 商品薯率

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

商品薯率（%）=小区商品薯产量（kg）/小区产量（kg）×100

1.2.3 土壤指标测定

马铃薯收获后于各小区内“X”形取0～20 cm土层5个点的土样混匀后，风干，磨碎过筛后用于测定土壤化学指标。pH采用酸度计测定（m∶v=1∶5土质量与水体积比），电导率采用电导法测定，全氮含量采用半微量凯氏定氮法，有机质含量采用重铬酸钾-硫酸氧化法，速效磷采用0.5 mol/L NaHCO3浸提-钼锑抗比色法测定，速效钾含量采用1 mol/L NH4AC浸提-火焰光度法测定[11]。

1.3 数据分析

试验数据采用Microsoft Excel 2007软件进行处理，SPSS 22.0软件进行显著性检验和相关性分析。

2 结果与分析

2.1 减量施肥对马铃薯产量的影响

2017～2019年测产结果表明（表2），施入腐植酸复合肥和控释肥均可较常用复合肥明显提高马铃薯产量，其中以HF1和HF2增产效果较好，HF1、HF2、CF1、CF2分别较TF1增产9.53%、13.27%、3.52%、6.23%；从3年平均产量可以得出，减量30%施肥处理后，马铃薯产量均比其常量施肥处理有所提高，其中以TF2和HF2表现较好，分别较TF1和HF1增产3.88%和3.41%；随减施年份增加，增产效果呈先上升后下降趋势，在2018年增产效果较好。综上得出，在马铃薯连作地块中，减量施肥可以降低生产成本，提高马铃薯产量，减施周期2～3年效果较好。

2.2 减量施肥对马铃薯商品薯率的影响

3种肥料减量施肥对马铃薯的商品薯率影响不显著，而且腐植酸复合肥和控释肥的施入与常用复合肥处理相比，其商品薯率变化也不显著（图1）。从3年统计数据得出，2018年马铃薯商品薯率略低于2017和2019年，与产量变化表现一致，这是由于2018年强冷空气致部分马铃薯受灾所致。综上，减量施肥和腐植酸类型肥料的施入对马铃薯商品薯率影响不显著。

2.3 减量施肥对土壤理化性质的影响

随着马铃薯连作年限的增加，同一处理pH逐年降低，施入腐植酸复合肥和控释肥及其减量处理的pH降低幅度均小于常用复合肥处理；同一年度中，施入腐植酸复合肥和控释氮肥及其减量处理的pH均高于常用复合肥处理，表明添加腐植酸成分的处理可有效降低土壤酸化程度（图2）。

表2 减量施肥对马铃薯产量的影响Table 2 Effect of reduced fertilization on potato yield

随着马铃薯连作年限的增加，常用复合肥及常用复合肥减量处理EC值逐年升高，其他处理变化不明显；同一年度中，常用复合肥EC值显著高于常用复合肥减量处理的EC值，且常用复合肥的EC值要显著高于其减量处理及其他处理的EC值（图3）。

3个年度中均以腐植酸复合肥常量施肥处理有机质含量最高，其次为腐植酸复合肥减量施肥处理、腐植酸控释氮肥常量及减量处理，常用复合肥及其减量处理的有机质含量最低（图4）。

图1 减量施肥对马铃薯商品薯率的影响Figure 1 Effects of reduced fertilization on marketable tuber rate

图2 不同处理对土壤pH的的影响Figure 2 Effects of different treatments on soil pH

图3 不同处理对土壤EC值的的影响Figure 3 Effects of different treatments on EC value

随着马铃薯连作年限的增加，腐植酸控释氮肥处理的土壤总氮含量逐年升高，其他处理变化不明显；同一年度中，腐植酸控释氮肥常量处理的土壤总氮含量最高，其他处理差异不大（图5）。

图4 不同处理对土壤有机质含量的的影响Figure 4 Effects of different treatments on soil organic matter content

图5 不同处理对土壤总氮含量的影响Figure 5 Effects of different treatments on soil total nitrogen content

土壤速效磷和速效钾含量变化趋势较为一致，随着马铃薯连作年限的增加，速效磷和速效钾含量变化不大；同一年度中，土壤速效磷含量腐植酸复合肥常量施肥处理最高，次之为腐植酸复合肥减量施肥处理、腐植酸控释氮肥常量处理；土壤速效钾含量2018、2019年腐植酸复合肥常量施肥处理最高，其次为腐植酸复合肥减量施肥处理、腐植酸控释氮肥常量处理，2017年以腐植酸复合肥减量施肥处理最高，其次为腐植酸控释氮肥减量处理及腐植酸复合肥常量施肥处理（图6、7）。

2.4 相关性分析

对连续3年产量及土壤理化性质指标平均值做相关性分析，表3数据显示，马铃薯产量与速效钾含量呈显著正相关，与土壤EC值呈显著负相关；商品薯率与土壤养分相关性不显著。土壤指标之间的相关性分析显示，速效钾与EC值呈极显著负相关，有机质含量与速效磷含量呈显著正相关。综上，马铃薯产量与土壤理化性质息息相关，土壤指标之间相互影响。

图6 不同处理对土壤速效磷含量的的影响Figure 6 Effects of different treatments on soil available phosphorus content

图7 不同处理对土壤速效钾含量的影响Figure 7 Effects of different treatments on soil available potassium content

表3 产量及土壤理化性质相关性分析Table 3 Correlation analysis of yields and soil physical and chemical properties

3 讨论

本研究表明，在马铃薯连作地区，3种试验肥料减施30%未造成马铃薯减产，常用复合肥减量施肥处理、腐植酸复合肥减量施肥处理、腐植酸控释氮肥减量施肥处理分别比其对应常量施肥的处理增产3.88%、3.41%、2.63%，这与董亮等[12]关于控释肥减量施用对马铃薯产量、品质及土壤硝态氮含量影响及冯志文等[8]关于滴灌条件下马铃薯减量施肥的研究结果基本一致，表明在土壤养分过剩时，一定时间内减量施肥不会降低土壤后续生产力。

试验地块为多年种植马铃薯地块，根据土壤理化性质数据分析，减量施肥及添加腐植酸施肥处理可以有效改善土壤酸化程度，降低土壤EC值；添加腐植酸施肥处理可以有效增加土壤有机质、全氮、速效磷及速效钾的含量，但随着施用年限的增加，土壤全氮、速效磷及速效钾指标变化幅度趋于稳定，这也从土壤理化性质层面解释了减量施肥及添加腐植酸施肥的处理马铃薯增产的原因。与复合肥处理相比，腐植酸复合肥及腐植酸控释氮肥处理可增加马铃薯产量；分别增产9.53%、3.52%，这与腐植酸能够调整土壤微生物的群体结构[13]，或含有多种活性基团，有较强的离子交换能力和吸附能力[14]，或有机无机配施可促使土壤氮素矿化保持在稳定状态，有利于满足作物生长后期对氮素需求[15]，从而可以起到改良土壤，释放养分，增加土壤肥力的作用。据相关研究表明，腐植酸还可以在土壤中通过絮凝和溶胶作用，可形成土壤“有机-无机复合体”，进而形成较大粒径的土壤团聚体，降低土壤容重、增加土壤孔隙度、优化土壤液相及气相物质、土壤热状况，从而提高土壤保持水分和养分的能力[16]。

综上，减量30%施肥2～3年可提高马铃薯产量，以常用复合肥和腐植酸复合肥的处理减施效果较好。减量施肥在保证马铃薯不减产的前提下，可实现节本增效，一方面降低了马铃薯生产成本，提高了经济效益，另一方面改善了土壤理化性质，减少了肥料污染，提高生态效益。腐植酸类肥料作为底肥对马铃薯的增产效果显著高于常用复合肥，并显著提高土壤综合肥力，改善土壤板结问题。因此，在生产马铃薯过程中，可根据当地土壤情况适当降低化肥用量，连作地块施肥可减量30%并增施腐植酸类肥料，减施2～3年后，根据马铃薯生长情况、需肥规律及土壤供肥性能，应用测土配方施肥技术，及时恢复施用适量复合肥、增施有机肥及生物菌肥，保证马铃薯正常生长。