粉垄耕作下减施肥料对木薯产量品质的影响初探

申章佑，李艳英#，周 佳，劳承英，周灵芝，韦本辉*，黄 洁，魏云霞

（1．广西农业科学院经济作物研究所，广西 南宁 530007；2．中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所，海南 儋州 571737）

化肥可以促进作物增产，但过犹不及，过量施用化肥不仅造成资源浪费，也对生态环境造成伤害，如土壤酸化、土壤板结、重金属污染、水体污染等一系列农业面源污染问题［1］。2015 年中央1 号文件提出加强农业面源污染治理，关键在于减少化肥农药的使用。随后连续几年的中央1 号文件都强调了要“加大农业面源污染防治力度，实现化肥农药零增长行动”，2020 年中央1号文件则指出要“深入开展农药化肥减量行动”。根据国家统计局公布的数据，我国农用化肥施用量（折纯，下同）1980 年为1269.4 万t，逐年增加，到2015 年达到峰值6022.60 万t，随后开始缓 慢 下 降，2018 年 为5653.42 万t［2］。根 据 联 合国粮食与农业组织的统计数据显示，2008 至2017年，我国农用化肥施用量为412.61 kg/hm2，其中，N 为239.46 kg/hm2，P2O5为102.92 kg/hm2，K2O 为70.23 kg/hm2，但仍然比美国分别高出3.34、3.29、4.28、2.66 倍［3］。由此可见，我国实施的化肥减量行动初见成效，但是与发达国家相比，仍然任重道远。如何进一步降低我国化肥的施用量，将是我们今后迫待解决的问题，对防治农业面源污染、保障农业可持续发展具有重要意义。

化肥、农药零（负）增长是防治面源污染的重要行动［4］。为此，国内外都进行了大量减施化肥的研究，这些减施化肥的措施主要是有机肥替代［5-6］、微生物肥替代［7-8］、绿肥替代［9-10］、秸秆还田［11-12］等，所有的这些措施均是替代，化肥的施用量减少了，但是总的肥料用量并没有减少。

粉垄耕作技术是本课题组发明的一种农耕新技术，它具有深耕深松不乱土层的效果，经过在水稻［13］、玉米［14］、小麦［15］、甘蔗［16］、花生［17］等作物的实践证明，它具有较好的增产效果，前期对水稻［18］、小麦［19］、青稞［20］等作物研究发现，粉垄在减少肥料绝对用量的情况下仍然能够保持作物的产量，但粉垄耕作在木薯上的减施肥料试验尚未见报道。本研究以木薯为研究对象，在粉垄耕作条件下减少肥料的绝对用量，研究其对木薯块根产量品质的影响，为粉垄耕作减施肥料保证作物产量提供依据，为我国的化肥减量行动提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试木薯品种为华南205（中国热带农业科学院选育），为广西地区的主栽品种。

常规耕作使用纽荷兰牌110 马力拖拉机带三铧犁和卧式旋耕耙；粉垄耕作使用广西五丰机械公司生产的LG-125 型自走式粉垄机。

尿素（N 46.4%）：湖北大田化工股份有限公司生产，规格为50 kg/袋；钙镁磷肥（P2O518.0%）：云南省昆明磷都钙镁磷肥厂生产，规格为50 kg/袋；氯化钾（K2O 60.0%）：中化化肥有限公司销售（原产国：约旦），规格为50 kg/袋。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计

试 验 于2018 年3 月 至2019 年1 月 在 广 西 隆安县那桐镇大滕村（107.8° E、22.9° N）进行，试验地土壤为黄壤，全氮含量为0.79 g/kg、全磷含量为0.96 g/kg，全钾含量为8.34 g/kg、碱解氮含量为97.48 mg/kg、有效磷含量为23.24 mg/kg、速效钾含量为104.71 mg/kg，有机质含量为23.48 g/kg，pH为 5.32。

田间试验采用裂区设计，主因素为耕作方式：常规耕作（R）、粉垄耕作（FL）；副因素为施肥量：全量施肥（根据广西木薯生产中常规施肥量设定，100%）、减施肥料10%（90%）、减施肥料30%（70%）、减施肥料50%（50%）、不施肥（即零施肥，0）；以常规耕作全量施肥为对照（CK）。随机区组排列，3 次重复，小区长6 m、宽6 m，面积36 m2。肥料施用方案见表1。

表1 肥料施用方案 （kg/hm2）

1.2.2 种植管理

2018 年3 月23 日进行整地，对照区用拖拉机一犁两耙，粉垄区用粉垄专用机一次性整地；3月27 日种植，种茎长度约15 cm，种茎砍好后用40%啶虫脒可溶性粉剂1500 倍液和5.7%甲氨基阿维菌素苯甲酸盐水分散粒剂1500 倍液混合液浸种10 min，然后播种，行株距离为1 m×1 m；4 月3 日进行芽前封土；5 月12 日进行间苗，每穴留2株建壮苗；7 月23 日进行红蜘蛛防治，随后自然生长，2019 年1 月5 日收获。

1.2.3 施肥管理

在种植时不施基肥，种植后60 d 第1 次追肥，用量为总量的60%，种植后120 d 第2 次追肥，用量为总量的40%。施肥时结合进行田间小培土。

1.2.4 测定项目及方法

株高、茎粗：每株两条苗中选择较高的一条进行测量，种植后60 d 开始调查，之后每隔30 d 调查一次，直至收获。株高为地面至生长点顶端，用卷尺测量；茎粗为距离地面10 ～15 cm 位置，用游标卡尺测量。

结薯条数、薯长、薯茎、单株薯重：收获时，每个小区连续取10 株，数结薯条数，用卷尺测量薯块的长度，用游标卡尺测量薯块茎粗，用普通电子秤称量薯块鲜重，计算平均数。

单位面积产量：收获时收取全小区块根，称量鲜重，折算单位面积产量。

品质指标：干物质含量测定采用烘干法；鲜薯氢氰酸含量的测定参照GB 5009.36-2016《食品安全国家标准 食品中氰化物的测定》的分光光度法；淀粉含量的测定参照GB 5009.9-2016《食品安全国家标准 食品中淀粉的测定》。

1.3 统计分析

采用Excel 2013 进行数据的初步处理，采用SPSS 19.0 进行数据的统计分析。

2 结果与分析

2.1 两种耕作方式下不同施肥量木薯的农艺性状

图1A、B 显示，在同等施肥水平处理下，当施肥量为70%、50%、0%时，粉垄耕作的株高和茎粗均显著高于常规耕作，当施肥量为100%、90%时，粉垄和常规耕作之间的株高和茎粗差异均不显著。与CK（株高318.7 cm、茎粗36.91 mm）相比，R70%、R50%、R0、FL0 处理均显著降低了木薯的株高和茎粗；与CK 相比，FL100%、FL90%、FL70%、FL50%、R90%的株高和茎粗差异均不显著。以上表明，在两种耕作方式下，虽然木薯的株高和茎粗均随着施肥量的减少而降低，但粉垄耕作减施肥料50%，对植株的株高和茎粗无显著影响。

2.2 两种耕作方式下不同施肥量木薯的产量构成因子及产量

由图2A 显示，在同等施肥水平处理下，当施肥量为50%、0%时，粉垄耕作的薯长显著长于常规耕作，分别增加了4.4、4.6 cm；当施肥量为100%、90%、70%时，粉垄耕作与常规耕作之间的薯长差异不显著。两种耕作方式下不同施肥水平之间比较，CK 的薯长最长，为27.1 cm，R0 的薯长最短，为18.3 cm；与CK 相比，R50%、R0、FL0 处理显著缩短了木薯的薯长；与CK 相比，FL100%、FL90%、FL70%、FL50%、R90%、R70%处理的薯长差异均不显著。以上表明，两种耕作方式之间，施肥水平对粉垄耕作的影响小于常规耕作，在粉垄耕作下减施肥料50%对木薯块根的长度无显著影响。

图1 两种耕作方式下不同施肥量木薯的株高和茎粗

图2 两种耕作方式下不同施肥量的薯长和薯径

由图2B 可见，在同等施肥水平处理下，当施肥量为70%、50%、0%时，粉垄耕作显著增加了木薯的薯径，分别增加了6.40、11.40、4.60 mm；当施肥量为100%、90%时，粉垄耕作与常规耕作之间的薯径差异不显著。两种耕作方式下不同施肥水平之间比较，FL70%的薯径最大，为50.21 mm，R0 的薯径最小，为27.61 mm；与CK（48.40 mm）相 比，R70%、R50%、R0、FL0 处 理 显 著 减 小了木薯的薯径；与CK 相比，FL100%、FL90%、FL70%、FL50%、R90%处理的薯径差异均不显著。以上表明，两种耕作方式之间，施肥水平对粉垄耕作的影响小于常规耕作，在粉垄耕作下减施肥料50%对木薯块根的薯径无显著影响。

由表2 可见，在同等施肥水平处理下，当施肥量为100%、70%、50%、0%时，粉垄耕作显著增加了木薯的单株结薯条数；当施肥量为90%时，粉垄耕作与常规耕作之间单株结薯条数差异不显著。两种耕作方式下不同施肥水平之间比较，FL100%的单株结薯条数最多，为12.3 条，R0 的最少，为8.3 条；与CK（10.6 条）相比，R0 的单株结薯条数显著减少，FL100%和FL70%的单株结薯条数显著增加；与CK 相比，R90%、R70%、R50%、FL90%、FL50%、FL0 处理的单株结薯条数差异不显著。以上表明，粉垄耕作更有利于木薯单株结薯数的形成，且适当的减施肥料不会显著减少木薯单株结薯条数。

表2 两种耕作方式下不同施肥量木薯块根单株结薯条数 （条）

由图3 可知，在相同施肥水平处理下，当施肥量为90%、70%、50%、0%时，粉垄耕作显著地增加木薯的鲜薯产量，增产幅度分别为11.86%、34.01%、28.65%、32.12%；当施肥量为100%时，粉垄耕作与常规耕作的鲜薯产量差异不显著。两种耕作方式下不同施肥水平之间比较，FL90%的鲜薯产量最高，为33105 kg/hm2，R0 的产量最低，为14805 kg/hm2；与CK（30690 kg/hm2）相比，R70%、R50%、R0、FL50%、FL0 处理显著降低了鲜薯产量，降低幅度分别为25.83%、38.90%、107.29%、7.97%、56.90%；与CK 相比，FL100%、FL90%、FL70%处理的鲜薯产量差异不显著。以上表明，两种耕作方式之间，施肥水平对粉垄耕作的影响小于常规耕作，粉垄耕作下减施肥料30%可以保证木薯的鲜薯产量。

图3 两种耕作方式下不同施肥量木薯块根产量（鲜重）

2.3 两种耕作方式下不同施肥量木薯的块根品质

由表3 可见，在同等施肥水平处理下，粉垄耕作与常规耕作木薯块根的淀粉含量均无显著差异；两种耕作方式下不同施肥水平之间比较，FL100%的淀粉含量最高，为29.4%，R0 的最低，为25.0%；与CK（28.7%）相比，R0 显著降低了鲜薯淀粉含量；与CK 相比，其他各处理之间鲜薯淀粉含量差异均不显著。在同等施肥水平处理下，粉垄耕作与常规耕作木薯块根的干物质含量均无显著差异；两种耕作方式下不同施肥水平之间比较，CK和FL70%的干物质含量最高，均为36.7%，R70%的最低，为35.3%，但各个处理之间均无显著差异。在同等施肥水平处理下，粉垄耕作的氢氰酸含量均显著低于常规耕作，分别降低22.9、21.8、29.1、17.3、17.0 mg/kg；两种耕作方式下不同施肥水平之间比较，CK 的氢氰酸含量最高，为115.2 mg/kg，FL50%的 最 低， 为77.5 mg/kg； 与CK 相比，R50%、R0、FL100%、FL90%、FL70%、FL50%、FL0 处理显著降低了木薯块根中的氢氰酸含量，与CK 相比，R90%、R70%处理块根中的氢氰酸含量差异不显著。以上表明，常规耕作和粉垄耕作方式下，减肥栽培均对淀粉和干物质含量影响较小，而减少施肥量能有效降低木薯块根中的氢氰酸含量，与常规耕作相比，粉垄耕作能更有效降低木薯块根中氢氰酸的含量。

表3 两种耕作方式下不同施肥量木薯块根品质指标

3 讨论与结论

3.1 粉垄条件下减施肥料用量对木薯农艺性状的影响

在一定肥料用量范围内，作物的株高、茎粗会随着施肥量的增加而增高、增粗［21］。张富仓等［22］在研究施肥水平对玉米产量影响时指出，施肥量对玉米株高有显著的影响，随着施肥量增加株高增高。赵力兴等［23］研究指出，施肥量对苜蓿茎粗影响显著，随着施肥量的增加苜蓿茎粗的变化趋势为先上升后下降。土壤理化性状改善有利于植株生长［24］。粉垄耕作可以显著地改善土壤理化性状，粉垄耕作增加了1 ～0.25 mm 粒径机械稳定性团聚体含量（P＜0.05），减少了大于3 mm 粒径水稳性团聚体含量（P＜0.05），土壤微形态改变呈现出骨骼颗粒细小且排列紧密、表面光滑、土壤比表面积较大、孔隙分布更丰富等特点［25］。适当提高土壤的含水量有利于作物的生长发育［26］。粉垄耕作后可有效增加耕作层厚度、降低土壤容重、增大土壤孔隙度、提高土壤含水量、土壤调蓄水分能力、水分利用效率，协调土壤三相比，促进作物生长发育［27-28］。本研究中木薯的株高和茎粗随着施肥量的减少而降低，但在粉垄耕作方式下，减施肥料对该参数影响较小，造成这一结果的原因可能是粉垄耕作改善了土壤生态环境，有利于作物植株生长。

3.2 粉垄条件下减施肥料用量对木薯产量的影响

作物的产量由产量构成因子决定，木薯块根的产量由薯长、薯径、单株结薯条数和出苗率决定，薯长、薯径和单株结薯条数决定单株薯重，而单株薯重与出苗率又直接决定单位面积内的鲜薯产量［29］。粉垄耕作已经被证实有利于作物根系的生长发育，吕婧娴等［30］在研究粉垄栽培玉米中发现，粉垄耕作可促进玉米根系生长，与旋耕相比，根长、根数、生物量均有所增加。甘秀芹等［31］指出，粉垄栽培的桑树与传统栽培的相比，根系数、单株枝条数分别增加64.71%、37.55%，且都达到显著水平。粉垄耕作方式有利于水稻植株分蘖中后期的分蘖生长，全生育期白根多、活力强，叶绿素相对含量（SPAD）极显著高于常规耕作，叶片净光合速率高，并且持绿时间长，利于光合同化物的生产积累［32］。韦本辉等［33］的研究发现，木薯粉垄栽培比常规栽培单株薯长增加6.94%～60.00%，薯径增加8.40% ～13.91%，单株结薯条数增加23.13%～39.10%。本研究中，粉垄耕作减施肥料30%时，其薯长、薯径、单株结薯条数仍可以与常规耕作全量施肥基本持平，其原因就是粉垄耕作可以促进作物根系生长。

粉垄耕作不仅能改善土壤生态环境，促进作物根系发达及植株的生长发育，最主要的是其可以显著提高作物产量，保障作物高产稳产。本研究中，在同等施肥量时，粉垄耕作的块根鲜重均比常规耕作高4.45%～32.12%，符合粉垄栽培作物的增产规律，而当粉垄耕作减施肥料30%时，仍然获得与常规耕作全量施肥相当的产量，这与在水稻［18］、小麦［19］、青稞［20］上的粉垄减施肥料试验结果一致。以上说明，粉垄耕作条件下，减施肥料30%左右可以保证木薯高产稳产。

3.3 粉垄条件下减施肥料对木薯块根品质的影响

作物的品质主要由品种决定，受栽培环境的影响，作物在生长发育过程中，遇到干旱、高温、冷害、水淹等环境胁迫后，其体内的次生代谢产物会增加［34］。氢氰酸属于作物中的次生代 谢 产 物，Abdelsalam Abdelwahab［35］研 究 表 明，在环境胁迫条件下植物体内的氢氰酸含量会增加。相比与粉垄耕作的良好土壤环境，常规耕作的土壤更加容易板结、受旱等，相当于常规耕作的木薯在生长发育过程中更加容易受到环境的胁迫，因此块根中的氢氰酸含量更高。以上说明，粉垄耕作可以显著地降低木薯块根中的氢氰酸含量。

木薯淀粉主要由叶片光合作用产生的碳水化合物转运到块根中后合成淀粉，淀粉含量主要由木薯品种决定；干物质含量则完全体现光合作用合成碳水化合物的情况，在相似的栽培环境中，这两个指标的变化幅度很小。在本试验中，除了零施肥处理的淀粉含量显著低于全量施肥处理的之外，各个施肥处理在25%～29%之间波动，虽然淀粉含量有随着施肥量的减少而降低的趋势，但是差异不显著；干物质含量均在36.0%左右。说明，适当减施肥料对木薯块根中的淀粉和干物质含量没有影响。

综上所述，粉垄耕作条件下适当减施肥料可以保证木薯块根的产量，并显著降低块根中氢氰酸的含量，兼顾投入与产量经济效益，建议粉垄条件下减施肥料30%为宜。对于是否因为粉垄耕作条件下提高了肥料的利用率，从而使得减施肥料仍能稳产；是否因为粉垄耕作后土壤环境改善，导致木薯块根中的氢氰酸含量降低，这些问题有待下一步研究。