化肥减施对土壤肥力、木薯产量及种植效益的影响

2021-08-23韦云东周时艺郑华李军盘欢罗燕春陈蕊蕊

农业研究与应用 2021年3期

韦云东周时艺郑华李军盘欢罗燕春陈蕊蕊

摘要：为探讨木薯化肥减量增效技术对木薯土壤肥力、木薯产量及种植效益的影响，于2019-2020年开展木薯化肥减施种植技术示范。以木薯新品种“桂热10号”为材料，以化肥减量（25%）配施生物有机肥+地膜覆盖处理为示范种植模式，以常规种植（仅施化肥）和不施肥为对照，比较分析各处理土壤速效养分、土壤酶活性、木薯养分、产量及种植效益差异。结果表明：木薯种植会导致土壤有效养分和生物活性下降，示范种植模式可显著缓解木薯种植后土壤养分的降幅，并提高土壤速效磷、速效钾含量和土壤微生物量碳，显著提高土壤蔗糖酶活性，氮肥和钾肥的利用率分别提高12.8和40.4个百分点;不施肥和常规施化肥情况下木薯种植后土壤微生物量碳显著降低;施肥显著促进木薯植株生长，增加木薯生物量，显著提高木薯鲜薯产量和淀粉产量，常规种植和示范种植鲜薯产量和淀粉产量均显著高于不施肥处理，但施肥对植株氮磷钾含量并无显著影响;示范地块磷肥利用率偏低，应适当减少磷肥施用量;2019年和2020年示范种植较常规种植效益分别增加1532.45元/hm2和1284.45元/hm2。因此，化肥减量配施生物有机肥+地膜覆盖示范种植模式能有效保持土壤肥力，提高木薯产量从而提高木薯种植效益。

关键词：木薯减量施肥土壤肥力种植效益

中图分类号：S154.3，S533 文献标识码：A

随着我国经济的快速发展，农业生产中农药化肥投入量增多，严重破坏了土壤、水体、大气与生态平衡，从而导致土壤退化、污染，对作物产量、品质、食品安全性和人体健康也造成了威胁[1]。随着人们环境安全意识的不断提升，人们逐渐注重食品的安全性和品质，因此我国实施减少化肥、农药投入量的“双减政策”，大力推进新型肥料的推广使用。

农田施肥对作物生物量的持续增加起决定作用，长期施肥会影响土壤物理、化学和生物学性质，进而影响土壤养分含量的稳定性。长期大量施用无机肥会对土壤环境造成巨大压力，有机肥在培肥地力、改善作物品质方面可起到重要作用[2]。有机-无机肥配施可以提高土壤肥力，增加有机质含量，影响微生物活性，增强土壤酶活性，保持农田土地的可持续利用[3]。生物有机肥是以有机废弃物经过无害化、腐熟处理而制成的一类兼具有机肥和微生物功效的肥料。富含有作物生长所需的氮、磷、钾、微量元素等无机养分和利于提高土壤肥力、促进作物吸收及元素释放等特定功能的微生物[4]。生物有机肥在农业生产中的应用取得了良好效果[5-6]。

木薯（Manihot esculenta Crantz）是世界三大薯類作物之一，其块根是多种产业的重要原料。目前，木薯种植管理粗放，肥料利用率低，造成肥料浪费土壤理化性质恶化、肥力下降，木薯单产偏低。如何实现木薯高效栽培从而提高木薯种植效益显得尤为重要。前人研究发现，增施生物有机肥可增加木薯产量、改善木薯品质[7]。为探寻木薯高产高效栽培技术模式，本研究探讨化肥减施配合生物有机肥对木薯生长、产量品质、种植效益土壤和肥力的影响，为木薯高产高效栽培技术提供理论支持。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试木薯品种为桂热10号（GR10），由广西壮族自治区亚热带作物研究所从广西防城港市防城区平旺乡横过村采集的地方糯米木薯种质，原名糯米糍，经多年田间观测及评价，并培育繁育而成。供试生物有机肥为宜坤奇生物有机肥（有机质≥40%，CFU≥2×107/g，执行标准：NY884-2012）由南宁汉和生物科技股份有限公司提供;复合肥（N：P2O5：K2O为15：15：15，欧洲化学安特卫普公司），尿素（N≥46%，重庆建峰化工股份有限公司）、氯化钾（K2O≥60%，中化化肥有限公司）。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计

示范地块位于广西壮族自治区亚热带作物研究所2队生产基地，分为2个地块：N22°54′9.98″，E108°21′29.86″（3.33 hm2）和N22°54′15.03″，E108°21′14.37″（4.67 hm2）。示范设置3个处理，编号分别为CK：不施肥;CF：纯化肥，以复合肥（N：P2O5：K2O为15：15：15）的形式施入N：P2O5：K2O为100：100：100kg/hm2;MF+CFR：生物有机肥（6 t/hm2）+减施化肥+地膜覆盖处理，化肥以上述复合肥+尿素+氯化钾的形式施入75：25：75 kg/hm2。2个地块分为4个区域，每个区域设置CK和CF处理各666.7 m2，其余面积为MF+CFR处理。种茎经过浸种消毒处理后平放种植，种植株行距为1m×0.9m。2019年示范于2019年3月5日种植，2020年1月7日收获。2020年示范于2020年2月20日种植，2021年1月5日收获。

1.2.2 采样与分析方法

于2019年2月2日每个重复用“S”型布点采集1个种植前土壤样品，2020年1月7日采集种植后土样，共24个土样。2020年1月7日收获时测定木薯鲜薯产量、淀粉含量并在每个重复分别采集3株木薯植株样。土样制样后测定土壤微生物生物量碳、微生物生物量氮，碱解氮、速效磷、速效钾、蔗糖酶活性、脲酶活性、酸性磷酸酶活性。植株样品采集后105℃杀青、80℃烘干至恒重后称重获取木薯干物质重量即生物量，粉碎过筛后测定植物样品氮磷钾全量。

土壤铵态氮、硝态氮采用硫酸钾浸提-流动注射仪法测定，碱解氮采用碱解扩散法测定，速效磷采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定，速效钾采用乙酸铵浸提-火焰光度计法测定[8]，微生物生物量碳（Soil Microbial Biomass Carbon， SMBC）和微生物生物量氮（Soil Microbial Biomass Nitrogen， SMBN）采用氯仿熏蒸浸提法测定[8]。土壤蔗糖酶、脲酶、酸性磷酸酶均采用活性试剂盒微量法进行测定，试剂盒生产厂商为索莱宝，商品编号分别为BC0245、BC0125、BC0145。植物氮、磷、钾分别采用H2SO4-H2O2消化-凯氏定氮法、钼锑抗比色法和火焰光度法测定[9]。木薯淀粉含量采用雷蒙称法测定[10]。

1.3 数据处理

木薯干物质率（%）=干重/鲜重×100;作物体内元素吸收量（kg/hm2）=木薯干重（t/hm2）×养分含量（g/kg）;肥料利用率（%）=（施肥区作物养分吸收量-不施肥区作物养分吸收量）/肥料中养分总量×100。

方差分析采用RStudio version 1.1.463（基于R Version 3.5.2）中的ANOVA进行，多重比较采用SSR法。

2 结果与分析

2.1 土壤速效养分

各处理不同土壤养分指标降幅（△值=种植后-种植前）如表1所示，土壤铵态氮和硝态氮各处理种植后均有一定程度的降幅，但各处理间降幅差异不显著;三个处理种植木薯后土壤碱解氮含量均有一定程度的降幅，降幅最大的为CK处理（△值=-42.95 mg/kg），MF+CFR处理降幅显著小于CK和CF处理;土壤速效磷和速效钾均表现为CK和CF处理出现不同程度降幅，两者种植后土壤速效钾降幅分别达到-59.97 mg/kg 和-46.58 mg/kg，而MF+CFR处理提高了木薯种植后土壤速效磷和速效钾含量。

2.2 土壤微生物活性分析

处理土壤微生物活性指标比较如表2所示。三个处理中CK处理SMBC种植前后降幅最大（△值最低，P<0.05），达到-50.10 mg/kg。CF处理也有所降低，其降幅也显著大于MF+CFR处理。三个处理的SMBN均有不同程度降幅（△值均为负值），但施肥处理比不施肥处理的降幅小。土壤蔗糖酶表现为CK处理有一定的降幅，两个施肥处理均有所提高，施肥提高了土壤蔗糖酶活性，且示范种植提高效果显著。施肥显著降低了土壤脲酶活性，且施肥越多，土壤脲酶活性降幅越大。土壤酸性磷酸酶活性均有不同程度增加，但三个处理的增加程度无显著差异（△值无显著差异）。

2.3 各处理木薯产量表现

各处理产量表现见表3，两年种植结果均表现为示范种植（MF+CFR）木薯鲜薯产量和淀粉产量最高，CF和MF+CFR的鲜薯产量和淀粉产量差异不显著，但均显著高于CK，鲜薯淀粉含量最高为不施肥处理，但处理间无显著差异。

2.4 木薯养分含量与肥料利用率

如表4所见，木薯植株氮磷钾含量各处理间无显著差异，施肥处理生物量显著高于不施肥处理。各处理木薯养分吸收和肥料利用率见表5，施肥显著促进了木薯对N和K的吸收量。氮肥利用率和钾肥利用率均表现为MF+CFR高于CF，MF+CFR处理可提高氮和钾的肥料利用率，且分别提高了12.8%和40.4%。

2.5 种植经济效益比较分析

从表6可以看出，示范种植（MF+CFR）虽然成本略高于常規种植（CF），但因产量差异，其种植利润高于常规种植，2019年和2020年新增利润分别达到1532.45元/hm2和1284.45元/hm2。

3 结论与讨论

土壤速效养分是土壤中最活跃的部分，是衡量土壤肥力的重要指标，与作物生长关系密切。本研究结果说明，不施肥或只施化肥木薯种植后土壤速效养分均有一定的亏损，化肥减量配施生物有机肥可显著缓解木薯种植后土壤养分的降幅，且能提高土壤速效磷和速效钾含量。而李小萌等[11]研究发现生物有机肥与减量配施化肥土壤硝态氮和铵态氮显著提高，减少化肥施用量对土壤速效养分含量无显著影响。

土壤微生物是土壤中各种生物化学过程主要调节者，微生物量碳、氮被认为是土壤活性养分的储存库，是植物生长可利用养分的重要来源[12]。土壤微生物量氮（SMBN）基础含量能够反映土壤供氮能力的大小[13]。贾伟等[14]，研究表明施用有机肥有利于提高土壤微生物量碳、氮含量。本研究中，不施肥或者仅施化肥情况下木薯种植后土壤微生物量碳（SMBC）显著降低，但施生物有机肥配合化肥减施则可提高SMBC，与贾伟等[13]研究结果相似。施肥处理比不施肥处理SMBN的降幅小，说明施肥可减缓木薯种植后SMBN降低的趋势。土壤酶在植物生长需养供给及土壤养分循环以过程中起到重要的作用[15]。土壤酶活性作为表征土壤性质的生物活性指标，被广泛应用于评价土壤营养物质的循环转化情况，以及评价各种农业措施和肥料施用的效果[16-17]。施肥可促进作物根系代谢，使根系分泌物增多，微生物繁殖加快，从而提高土壤酶活性[18];同一施肥水平下，有机肥施入量越多，土壤酶活性越高[19]。本研究中，施肥可提高木薯种植后土壤蔗糖酶活性，化肥减量配施生物有机肥提高效果显著。而种植后土壤脲酶活性均出现不同程度的降幅，施肥显著降低了土壤脲酶活性，且施肥越多，土壤脲酶活性降低越严重。土壤脲酶在土壤氮素营养转化中起着重要的作用。其活性与作物生长时期有关[20]，作物生长前期催化尿素分解被作物利用，脲酶活性高，而在作物后期吸收的尿素含量降低，尿素转化慢，所以土壤脲酶活性减弱[21]。所以木薯成熟期对养分吸收较弱，导致种植后土壤脲酶活性降低。不同种植模式间铵态氮和硝态氮差异不显著。土壤酸性磷酸酶均显著增加，但三个处理的无显著差异。不施肥和只施用化肥条件下土壤微生物碳氮和土壤酶活性并无显著差异，与张美存等[22]结果不同，这可能与土壤类型、气候条件、种植制度等因素差异有关。

本研究中，施肥显著促进了木薯植株的生长，从而增加木薯生物量，施肥显著提高木薯鲜薯产量和淀粉产量，常规种植（CF）和示范种植（MF+CFR）鲜薯产量和淀粉产量均显著高于不施肥处理，减量施肥后木薯鲜薯产量最高，但与常规种植差异不显著。施肥对植株氮磷钾含量并无显著影响。张强等[23]研究发现，在减施化肥下配施生物有机肥能够不同程度促进甜菜生长发育，改善根冠比，提高产量。本研究中，生物有机肥施用提高了氮和钾的肥料利用率，分别为12.8%和40.4%。与前人研究结果相似，李小萌等[11]研究表明，化肥减施0～30%配施生物有机肥较单施化肥能显著提高肥料利用率。本研究中，磷肥利用率偏低，且施肥对木薯种植后土壤速效磷无显著影响。木薯适宜施肥N：P2O5：K2O比例在2：1：2到4：1：4之间[24]，但市面上很难购买到适合木薯养分需求配比的专用肥，木薯种植长期施用15：15：15的复合肥，造成磷肥过量施用，多余的磷被土壤吸附固持，导致示范地磷肥利用率偏低。另外试验地于2015年进行了AM菌剂施用试验[25]，可能提高了示范地块土壤AMF丰度，而AMF可促进木薯对磷的吸收，从而导致磷肥利用率偏低，示范地应适当减少磷肥施用量。

示范种植（MF+CFR）增加地膜覆盖，物料成本略高于常规种植（CF），但覆盖地膜可以有效防止杂草生长从而节省人工除草费用及农药使用，本示范种植木薯品种为食用品种GR10，需剥皮、入库，人工成本偏高，但加工后市场售价可达1.6元/kg，因产量差异，示范种植利润较高于常规种植，2019年和2020年新增利润分别达到1532.45元/hm2和1284.45元/hm2。

综上所述，木薯种植会导致土壤有效养分和生物活性指标下降，但化肥减施配合生物有机肥+地膜覆盖种植模式能有效提高土壤养分或延缓土壤养分降幅，提高土壤生物活性和肥料利用率，并提高木薯产量从而增加木薯种植收益。

参考文献

[1] 叶邦兴，唐海明，汤小明，等.中国农田污染的现状及防治对策初探[J]. 中国农学通报，2010，26（7）：295-298.

[2] 郭全忠，常权记，廖咸康.不同施肥措施对安康市无公害设施蔬菜栽培土壤质量的影响[J]. 安徽农业科学，2010，38（12）：6444-644 6，6526.

[3] 李海波，韩晓增，王风.长期施肥条件下土壤碳氮循环过程研究进展[J]. 土壤通报，2007，38（2）：384-388.

[4] 李亮，张翔，毛家伟，等.生物有机肥在烟草上的应用研究进展及展望[J].中国农学通报，2016，32（18）：47-52.

[5] 张余莽，周海军，张景野，等.生物有机肥的研究进展[J]. 吉林农业科学，2010，35 （3）：37- 40.

[6] 付小猛，毛加梅，沈正松，等.中国生物有机肥的发展现状与趋势[J]. 湖北农业科学， 2017，56 （3）：401-404.

[7] 陈会鲜，曹升，严华兵，等.增施生物有机肥对食用木薯产量及品质的影响[J].热带作物学报，2019，40（3）：417-424.

[8] 吴金水，林启美，黄巧云，等.土壤微生物生物量测定方法及其应用[M].北京：气象出版社，2006.

[9] 鲍士旦.土壤农化分析[M].3版. 北京：中国农业出版社，2000.

[10] 黄洁，刘子凡，许瑞丽，等. 四种中微量养分对木薯的增产效果[J]. 中国农学通报，2011，27（5）：254-258.