条施调酸材料对石灰性土壤调酸及马铃薯锌硼吸收的影响

史李萍，索全义，刘美英，邢海峰，南迪娜，李俊文

(内蒙古农业大学 草原与资源环境学院，内蒙古自治区土壤质量与养分资源重点实验室，农业生态安全与绿色发展自治区高等学校重点实验室，内蒙古 呼和浩特 010011)

石灰性土壤因游离碳酸钙含量丰富，导致土壤本身pH值较高，达到7.5～8.5，使土壤中有效锌和有效硼含量降低，从而阻碍作物生长，降低作物产量[1]。马铃薯是喜酸作物，生长最适土壤pH值为5.0～5.5，高pH环境会影响马铃薯品质，并造成马铃薯产量下降[2]。因此，有必要采用调酸材料改善石灰性土壤pH，从而改善马铃薯的生长环境。目前，相关研究中用到的调酸材料有低分子量有机酸(柠檬酸等)、酸性物质(磷酸、硫磺等)和酸性肥料(磷酸一铵等)，如施用柠檬酸可使石灰性黄壤土壤pH值明显降低，土壤有效锌、硼及刺梨实生苗锌、硼吸收量明显增加，促进苗木生长[3]；滴灌酸化剂磷酸和硫酸可以降低局部土壤pH值，提高土壤磷含量及棉花吸磷量，提高皮棉产量[4]；磷酸一铵可促进玉米地上部锌、硼的积累和玉米的生长[5]；硫磺粉能降低土壤pH值，显著促进蓝莓根系生长[6]。在常规施肥基础上，将30 kg/hm2硫磺以基肥一次性施入，可提高马铃薯产量和品质[7]；石灰性土壤单施磷酸一铵可使马铃薯增产57.81%，显著提高马铃薯干物质积累量、磷积累量和单株产量[8]。

锌是植物体内多种酶类的金属组分和活化因子，对马铃薯营养物质合成代谢及植株生长发育具有重要作用，且马铃薯是对锌中度敏感的作物[9]。硼是马铃薯必需的营养元素之一，能促进马铃薯的营养生长和生殖生长，有利于碳水化合物的运输、转化及糖分的合成，从而增加作物的抗逆性[10]。植物的锌、硼营养与土壤锌、硼有效性关系密切，而土壤中锌、硼有效性的影响因素较多，如土壤类型、pH值等。研究表明，偏碱性土壤中pH值与土壤有效锌含量存在负相关关系，土壤pH值下降1个单位，土壤有效锌含量可提高3.26倍[11-12]；土壤pH值与土壤可溶性硼含量的相关性较高[13-14]。本研究以马铃薯为材料，研究调酸材料磷酸一铵、硫磺及其混合调酸剂条施对马铃薯根区土壤的调酸效应和锌硼有效性以及马铃薯锌硼吸收的影响，旨在明确石灰性土壤锌硼有效性及马铃薯锌硼吸收对调酸材料调酸效应的响应，为调酸材料在马铃薯种植中的应用提供科学支撑。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

试验在内蒙古自治区农牧业科学院武川旱作农业试验站进行。该地区属于中温带典型半干旱大陆性季风气候，海拔1 576 m，年均降水量300 mm，年均蒸发量1 850 mm，年均气温2.7 ℃，无霜期110 d，为缓坡丘陵地形，属石灰性土壤地带。土壤类型为栗钙土，pH值8.38，有机质含量23.11 g/kg，有效锌含量0.64 mg/kg，有效硼含量0.93 mg/kg。前茬作物是燕麦。

1.2 供试材料

马铃薯品种选用种薯223，由内蒙古丰益农牧业有限公司提供。

调酸材料：磷酸一铵，购自四川宏达股份有限公司；硫磺，购自郑州隆森化工产品有限公司；混合调酸剂为磷酸一铵和硫磺按质量比1∶1混合。

1.3 试验设计

试验设4个处理：不施调酸材料(CK)、施用磷酸一铵(MAP)、施用硫磺(S)、施用混合调酸剂(MS)，其中3种调酸材料施用量均为450 kg/hm2。采用双行起垄种植，小行距0.3 m，大行距0.7 m，株距0.3 m，每个小区8行，小区面积28 m2。试验采用随机区组设计，3次重复，共有12个小区。播种时将调酸材料在播种沟内一次性条施，薯块在调酸材料上方播种。为避免其他肥料对试验结果的影响，马铃薯播种前和生育期不施用任何肥料。两小行之间铺设滴灌带灌溉。2019年5月11日播种，6月13日出苗，9月16日收获。

1.4 测定项目及方法

在马铃薯苗期(7月1日)、块茎形成期(7月24日)、块茎膨大期(8月12日)、淀粉积累期(8月30日)和收获期(9月16日)，用土钻在单小行植株间采集0～20 cm土层土壤，每小区随机选取4点，将土样混合带回实验室，风干、过筛后保存，用于土壤pH值及有效锌、有效硼含量的测定。

在马铃薯苗期(7月1日)、块茎形成期(7月24日)、块茎膨大期(8月12日)、淀粉积累期(8月30日)和收获期(9月16日)，每小区随机整株取样，将叶片和块茎分开，测定鲜质量，然后85 ℃杀青后65 ℃烘干至恒质量测定干质量。将烘干样品粉碎后保存，用于植株锌硼含量的测定。

土壤pH值测定采用pH计法[15]；土壤有效锌含量测定采用电感耦合等离子体发射光谱法[16]；土壤有效硼含量测定采用甲亚胺-H比色法[17]；植株锌、硼含量测定采用电感耦合等离子体发射光谱法[18]。参考文献[19]的方法计算锌(硼)积累量。

锌(硼)积累量(mg/株)=锌(硼)含量(mg/kg)×干物质量(kg/株)。

1.5 数据处理与统计分析

用Excel 2016进行试验数据处理及图表绘制，用SAS9.2进行单因素方差分析(P<0.05)。

2 结果与分析

2.1 调酸材料对马铃薯根区土壤pH值的影响

由表1可以看出，在马铃薯的整个生育时期，调酸材料的调酸效应总体表现为：MS>MAP>S。与对照相比，除块茎形成期外，其余生育时期MAP处理均可显著降低马铃薯根区土壤pH值(P<0.05)；除淀粉积累期和收获期外，其他生育期S处理马铃薯根区土壤pH值均显著降低；在整个生育期，MS处理马铃薯根区土壤pH值显著降低，且除苗期外，其他生育期均显著低于单独MAP和S处理。说明2种调酸材料混合施用(MS处理)对石灰性土壤具有良好的可持续性调酸效果。

表1 调酸材料对马铃薯根区土壤pH值的影响

2.2 调酸材料对马铃薯根区土壤锌和硼有效性的影响

由表2可以看出，淀粉积累期，调酸处理增加了土壤有效锌含量，MAP、S、MS处理土壤有效锌含量较CK分别提高了58.82%，9.80%和37.25%。MAP处理，在苗期、淀粉积累期土壤有效锌含量较对照分别提高了9.52%和58.82%，而在其他3个生育时期土壤有效锌含量均低于对照；S处理，在块茎形成期土壤有效锌含量较对照显著提高了18.57%；施用混合调酸剂(MS)处理，除块茎膨大期土壤有效锌含量较对照显著降低14.19%外，其余生育时期土壤有效锌含量均高于CK，且在块茎形成期和淀粉积累期较对照分别显著提高了24.29%和37.25%。

由表2还可以看出，淀粉积累期，调酸处理显著增加了土壤有效硼含量，MAP、S、MS处理土壤有效硼含量较CK分别提高了53.01%，57.83%和61.45%。MAP处理，在收获期土壤有效硼含量低于对照，而在其他4个生育时期土壤有效硼含量均高于对照，其中在块茎形成期和淀粉积累期较对照分别显著提高41.49%和53.01%；S处理，在块茎形成期和淀粉累积期，土壤有效硼含量较对照分别显著提高了14.89%和57.83%；施用混合调酸剂(MS)处理，除块茎膨大期土壤有效硼含量较对照显著降低6.14%外，其余生育时期土壤有效硼含量均高于CK，且在苗期、淀粉积累期和收获期较对照分别显著提高了25.00%，61.45%和105.56%。

表2 调酸材料对马铃薯根区土壤锌和硼有效性的影响

2.3 调酸材料对马铃薯叶片锌硼积累量的影响

从图1可以看出，在苗期，施用调酸材料可提高马铃薯叶片锌含量，MAP、S、MS处理较对照分别增加了8.43%，8.61%和1.69%，差异均不显著；在块茎形成期和块茎膨大期，MAP、S、MS处理马铃薯叶片锌含量较对照降低；在淀粉积累期，MAP和MS处理马铃薯叶片锌含量较对照分别降低了8.33%和31.56%，而S处理增加了7.80%， MS处理马铃薯叶片锌含量显著低于其他处理。施用调酸材料提高了苗期马铃薯叶片硼含量，MAP、S、MS处理较对照分别增加了6.14%，2.97%和2.38%，但均差异不显著；在块茎形成期，MAP和S处理马铃薯叶片硼含量较对照分别降低了8.23%和7.83%，差异显著，而MS处理马铃薯叶片硼含量较对照增加了3.82%，但差异不显著；在块茎膨大期，MAP、S、MS处理马铃薯叶片硼含量较对照分别降低了12.40%,5.91%和10.63%；在淀粉积累期，MAP和MS处理马铃薯叶片锌含量较对照分别降低了24.84%和7.03%，而S处理马铃薯叶片锌含量较对照增加了2.78%。

1.苗期；2.块茎形成期；3.块茎膨大期；4.淀粉积累期。图柱上标不同小写字母表示同一时期不同处理间差异显著(P<0.05)。下同

从图2可以看出，与对照相比，在苗期、块茎膨大期，施用调酸材料的MAP、S、MS处理马铃薯叶片的锌积累量分别显著增加了60.83%，48.44%，57.61%和31.43%，39.88%，37.98%，但不同调酸材料间差异不显著，说明调酸材料提高了马铃薯根区土壤锌、硼有效性，促进了马铃薯对锌硼的吸收利用；在块茎形成期，MS和S处理马铃薯叶片的锌积累量较对照增加，但差异不显著；在淀粉积累期，MS和S处理马铃薯叶片的锌积累量较对照分别降低了51.85%和30.25%，而MAP处理马铃薯叶片的锌积累量较对照增加了4.79%，但均差异不显著。与对照相比，在苗期和块茎膨大期，MAP、S、MS处理马铃薯叶片的硼积累量分别增加了57.44%，40.73%，58.68%和22.40%，33.06%，24.20%；在块茎形成期，MS处理马铃薯叶片的硼积累量较对照显著增加了30.91%，而MAP和S处理较对照分别降低了4.11%和3.13%，但差异均不显著；在淀粉积累期，MAP、S、MS处理马铃薯叶片的硼积累量较对照分别减少了20.67%，41.78%和38.21%，均差异不显著。

图2 调酸材料对马铃薯叶片锌、硼积累量的影响

2.4 调酸材料对收获期马铃薯块茎锌硼积累量的影响

由表3可知，在收获期，MAP、S、MS处理马铃薯块茎锌含量分别较对照降低了9.47%，4.94%和14.81%，其中MS处理与对照差异显著，说明调酸材料抑制了锌向马铃薯块茎的转移，表现为锌拮抗作用；S、MS处理马铃薯块茎锌积累量较对照显著降低了5.88%和21.08%，而MAP处理则显著提高了30.39%。在收获期，MAP、S、MS处理马铃薯块茎硼含量分别较对照提高了14.97%，15.51%和63.10%，其中MS处理与对照差异显著；MAP、S、MS处理马铃薯块茎硼积累量分别较对照提高了67.74%，16.13%和51.61%，但均差异不显著。结果说明，施用调酸材料可降低收获期马铃薯块茎锌含量和积累量，提高收获期马铃薯块茎硼含量和积累量。

表3 调酸材料对收获期马铃薯块茎锌硼含量和积累量的影响

3 讨 论

姚晓芹等[20]研究表明，石灰性土壤施用23 g/kg MAP后土壤pH值下降2.5个单位，并维持较长的酸性环境，施用50 g/kg S后土壤pH值降低1.39～1.89个单位。白亚妮等[21]研究表明，盐碱土田间条施2 235 kg/hm2MAP+75 kg/hm2S，土壤pH值下降了0.86个单位。在室内无植物培养试验中，450 kg/hm2MAP、S处理土壤pH值最大下降0.53，0.24个单位[22]。本研究结果表明，石灰性土壤条施450 kg/hm2MAP和S，马铃薯根区土壤pH值最大降幅达0.37和0.49个单位；条施450 kg/hm2混合调酸剂(磷酸一铵和硫磺按质量比1∶1混合)，马铃薯根区土壤pH值下降了0.47～0.75个单位。说明试验类型、调酸材料施入时间以及土壤和植株间的相互作用可能影响土壤pH值的下降；不同酸化剂的酸化机理不同，磷酸一铵通过其酸性直接酸化土壤，而硫磺在微生物作用下产生酸类，中和土壤中的碱性物质。

4 结 论

石灰性土壤条施调酸材料能显著降低马铃薯根区土壤pH值，整个生育期的调酸效应表现为：混合调酸剂>磷酸一铵>硫磺；淀粉积累期，石灰性土壤条施混合调酸剂使土壤有效锌和有效硼含量较对照分别显著提高了37.25%和61.45%，磷酸一铵分别显著提高了58.82%和53.01%，硫磺分别提高了9.80%和57.83%；石灰性土壤条施调酸材料提高了苗期马铃薯叶片锌、硼含量和积累量及块茎膨大期的锌、硼积累量，而降低了块茎膨大期叶片锌、硼含量和淀粉积累期硼积累量；石灰性土壤条施调酸材料降低了收获期马铃薯块茎锌含量，而提高了硼含量和积累量。调酸材料的调酸效应会影响马铃薯对锌硼微量元素的利用，混合调酸剂(MS处理)对马铃薯根区土壤调酸、锌硼利用的作用最明显，是适宜在石灰性土壤马铃薯根区应用的调酸材料。