不同地膜覆盖与施肥方式对土壤质量及甘薯生长发育的影响

王文静 刘亚军 胡启国 储凤丽

doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2024.10.008

摘要：为探讨地膜覆盖与施肥方式配套对土壤质量及甘薯生长发育的影响，通过田间试验，设置3种覆盖方式：不覆膜（M1）、生物降解膜（M2）、普通黑白膜（M3），以及2种施肥方式：化肥单施（F1）、化肥混施生物有机肥（F2）共计6个试验处理，研究不同地膜覆盖和施肥方式配套对土壤养分、酶活性、物理结构以及甘薯生长发育的影响。结果表明，与M1、F1处理相比，M2、M3与F2处理能够提高土壤养分含量、酶活性，改善土壤物理结构；能够提高植株抗氧化酶活性，降低丙二醛含量累积；能够提高甘薯产量、干物率以及单株结薯数，降低R/T。不同地膜覆盖与施肥方式相互作用时，M2F2处理碱解氮、速效磷、有机质含量较M1F1处理分别显著提高8.09%、9.07%、11.43%，M3F2处理速效钾较M1F1处理显著提高14.00%；M2F2处理土壤脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶活性较其他处理分别提高10.34%～52.38%、2.86%～12.98%、6.64%～33.82%，M3F2处理过氧化氢酶活性较M1F处理显著提高16.37%；M3F2处理土壤相对含水量较M1F1处理显著提高26.59%，土壤容重显著降低6.04%；M3F2处理叶片过氧化氢酶活性较其他处理显著提高5.27%～40.74%，M2F2处理过氧化物酶、超氧化物歧化酶活性较其他处理分别提高5.45%～32.99%、3.61%～12.78%，M2F2处理丙二醛含量较M1F1处理显著降低6.75%；M3F2处理鲜薯产量较其他处理提高 3.38%～18.73%。综上所述，生物降解膜在提高土壤养分含量、酶活性，改善土壤结构以及提升植株抗逆性能力方面与普通黑白膜作用相当的前提下，鲜薯产量不显著低于普通黑白膜，但能够省去地膜残留回收环节，生产上推荐使用生物降解膜、化肥混施生物有机肥（M2F2）模式。

关键词：甘薯；地膜覆盖；施肥方式；土壤质量；生长发育

中图分类号：S531.06  文献标志码：A

文章编号：1002-1302（2024）10-0062-07

收稿日期：2023-11-02

基金项目：现代农业产业技术体系“国家甘薯产业技术体系”建设专项（编号：CARS-10）。

作者简介：王文静（1987—），女，河南夏邑人，硕士，助理研究员，从事甘薯病虫害防治以及高效栽培研究。E-mail：672315568@qq.com。

通信作者：刘亚军，硕士，助理研究员，从事甘薯新品种选育及栽培研究。E-mail：liuyajun0812@163.com。

甘薯是河南省重要的粮食作物，因产量高、适应性广、营养丰富等特点被人们广泛接受［1-2］。近年来，随着甘薯产业快速发展以及农业供给侧结构性改革等政策推出，甘薯需求量逐年增加。但受种植制度和耕地面积等条件限制，大量增加甘薯种植面积并不符合当前河南省生产实际［3-4］。因此，如何高效种植甘薯是当前促进甘薯产业快速发展的重要研究课题。黄淮平原农区甘薯一年一季，种植户为追求甘薯产量，通常会选择春薯（4月中旬）种植，此时期华北平原气温较低，且易发生倒春寒等天气，对甘薯返苗影响较大［5-6］。而甘薯封垄前高温多雨天气较多，田间杂草丛生，能够与甘薯根系争夺土壤养分，影响其生长发育［7-8］。人工除草费时费力，化学除草对甘薯幼苗具有不同程度的损伤［9］。因此，如何有效提高地温、控制田间杂草是甘薯高效种植的重要组成部分。有研究表明，地膜覆盖能够改善土壤水热条件，减轻早期地温对甘薯返苗的危害［10］。也有研究表明，地膜覆盖能够有效控制田间杂草丛生，减少杂草发生量、发生次数以及人工劳动量［11］。可见，地膜对甘薯生产具有明显的促进作用。普通地膜主要成分为聚乙烯，打碎后带入土壤中难以分解，常年使用会造成白色污染，影响作物根系对土壤养分、水分的吸收与利用［12-13］。生物降解膜主要成分为作物秸秆，能够在自然环境影响下分解为二氧化碳和水，不仅具有普通地膜的保温、控制杂草等作用，还能够有效减少农业地膜残留量，缓解农田土壤环境压力［14-15］。目前，生物降解膜在玉米、蔬菜等领域取得一定的研究进展，但在甘薯方面未见其可行性研究报道，需要进一步开展甘薯田生物降解膜覆膜种植试验［16-18］。

为提高甘薯产量，种植户通常也会大量施用化肥，但过量增施化肥不仅会造成甘薯产量下降、品质降低，还会造成土壤养分失衡、菌群失活、肥力下降等问题［19-20］。生物有机肥具有丰富的营养物质和功能菌群，施入土壤中能够提高土壤微生物代谢活性，促进土壤养分转化、分解，有利于作物根系吸收与利用，且生物有机肥具有养分释放速率缓慢、时效长等特点，基肥施入也能够在一定程度上保障后期土壤养分供应［21-22］。有研究表明，无机肥与有机肥配施能够满足甘薯前中后期需肥要求，提升土壤肥力，改善土壤结构，提高甘薯产量及品质［23］。由此可见，不同地膜覆盖与施肥方式对土壤质量及甘薯生长发育具有不同的影响。

目前，地膜覆盖、施肥措施对甘薯生长发育以及土壤肥力影响的研究有很多，但地膜覆盖与施肥措施配套对甘薯田土壤质量影响的研究并不多，而关于生物降解膜与施肥方式配套对甘薯田土壤酶活性以及物理结构影响的研究更是鲜见［24］。因此，本研究通过不同地膜覆盖与施肥方式配套使用，研究不同措施处理对土壤养分、酶活性、物理结构以及甘薯生长发育的影响，找到适宜的组合模式，优化甘薯高效种植措施，旨在为华北平原地区甘薯田地膜覆盖与施肥方式的合理选择提供科学依据。

1  材料与方法

1.1  试验区概况

试验于2022年5—10月在河南省商丘市农林科学院试验示范基地（116°38′E，39°93′N）进行，属于典型的暖温带半湿润大陆性季风气候。年平均气温为14.2 ℃，年降水量为670 mm，年日照时长为 2 200 h，无霜期为212 d。供试土壤为黄潮土二合土，基础土壤理化性质：碱解氮含量为58.96 mg/kg、速效磷含量为52.12 mg/kg、速效钾含量为 146.44 mg/kg、有机质含量为9.95 g/kg 、pH值为8.03，容重为1.48 g/cm3，孔隙度为49.26%，相对含水量为58.36%。

1.2  供试材料

供试品种：商薯19（商丘市农林科学院甘薯研究所）；供试地膜：生物降解膜（主要成分为作物秸秆，膜宽度为1 100 mm，厚度为0.01 mm，由国家甘薯体系提供）、普通黑白膜（主要成分为聚乙烯，膜中间为白色，两侧为黑色，膜宽度为1 100 mm、厚度为0.01 mm，购买于市场）；供试肥料：复合肥（N、P2O5、K2O 含量分别为10%、10%、20%，由河南亿丰年生物科技有限公司生产）；生物有机肥（芽孢杆菌≥0.5亿CFU/g，有机质含量≥40%，由山东泉林嘉有肥料有限责任公司生产）。

1.3  试验设计

试验采用地膜覆盖（M）和施肥方式（F）双因素随机区组设计。地膜覆盖分为不覆膜（M1）、生物降解膜（M2）、普通黑白膜（M3）。施肥方式分为化肥单施（F1）、化肥混施生物有机肥（F2）。试验共设6个处理（表1），每个处理3次重复，共计18个处理。小区面积为83.2 m2，甘薯株距为26 cm，行距为 80 cm，保护行为2 m，走道为0.8 m。地膜覆盖处理均为全垄覆盖，化肥单施用量为复合肥750 kg/hm2，化肥混施生物有机肥用量分别为化肥450 kg/hm2、生物有机肥450 kg/hm2，均作为基肥一次性施入，生育期内不追肥。生育期150 d，5月15日种植，10月15日收获。其他田间管理措施均与当地农民种植习惯一致，不做特殊处理。

1.4  样品采集与测定方法

1.4.1  土壤样品采集

于甘薯生长旺盛期（栽后90 d）进行土壤样品采集。通过螺旋土钻利用5点取样法采集0～20 cm土壤样品，拣出碎石、根系等较大杂物，通过带有冰袋的泡沫箱带回实验室。过2 mm筛后，一部分保存在-4 ℃冰箱，用于土壤酶活性测定；一部分自然阴干，用于土壤理化性状测定。同时，通过环刀采集0～20 cm土样，用于土壤物理性质的测定。

1.4.2  土壤样品测定方法

土壤碱解氮、速效磷、速效钾、有机质含量分别采用碱解扩散法、0.5 mol/L NaHCO3法、NH4OAc浸提火焰光度法、重铬酸钾容量-外加热法测定，pH值采用水土比法（5 ∶1）测定［25］。土壤脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶、过氧化氢酶活性测定分别采用苯酚钠比色法、3，5-二硝基水杨酸比色法、磷酸苯二钠比色法、高锰酸钾滴定法［26］。土壤容重、孔隙度、相对含水量测定均采用环刀法［27］。

1.4.3  甘薯生长发育测定方法

分别在栽后30、45、60、90 d时选择连续5株进行地上部植株鲜重的测定；90 d时测定叶片抗氧化酶活性和丙二醛含量。其中，过氧化氢酶、过氧化物酶、超氧化物歧化酶活性以及丙二醛含量分别采用紫外吸收法、愈创木酚氧化法、氮蓝四唑光化还原法、硫代巴比妥酸法测定［28］。甘薯收获期测定鲜薯产量、干物率、单株结薯数与R/T。其中，R/T为薯块重与蔓茎重比值。

1.5  数据处理

试验数据采用Microsoft Excel 2018进行整理、计算与分析，采用SPSS 17.0进行方差分析与相关性分析，利用Excel进行表格制作。

2  结果与分析

2.1  地膜覆盖与施肥方式对土壤理化性质的影响

由表2可知，甘薯不同地膜覆盖与施肥方式对土壤理化性质可产生显著影响。施肥方式相同地膜覆盖不同时，与不覆膜（M1处理）相比，M2、M3处理土壤碱解氮、速效磷、速效钾、有机质含量均有不同程度的提高，pH值无明显变化。其中，土壤速效磷、有机质含量表现为M2处理＞M3处理＞M1处理；土壤速效钾含量表现为M3处理＞M2处理＞M1处理。地膜覆盖相同施肥方式不同时，F2处理土壤碱解氮、速效磷、速效钾、有机质含量均不同程度地高于F1处理。而不同地膜覆盖与施肥方式相互作用时，M2F2处理土壤碱解氮、速效磷、有机质含量均最高。其中，碱解氮含量较M1F1处理显著提高8.09%，速效磷含量较M1F1、M3F1处理分别显著提高9.07%、6.31%，有机质含量较M1F1、M2F1、M3F1处理分别显著提高11.43%、5.79%、7.45%。M3F2处理土壤速效钾含量最高，较M1F1、M1F2、M2F1处理分别显著提高14.00%、6.61%、7.53%。M1F1处理碱解氮、速效磷、速效钾、有机质含量均最低。在不同因素间F检验中发现，施肥方式对土壤理化性质的影响均高于地膜覆盖，地膜覆盖与施肥方式配套时对土壤碱解氮、速效磷、速效钾含量的影响有显著或极显著的交互作用。

2.2  地膜覆盖与施肥方式对土壤生物学活性的影响

不同地膜覆盖与施肥方式条件下土壤酶活性差异较大（表3）。施肥方式相同地膜覆盖不同时，与M1处理相比，M2处理脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶、过氧化氢酶活性以及M3处理脲酶、碱性磷酸酶活性均显著提高。地膜覆盖相同施肥方式不同时，F2处理土壤脲酶、碱性磷酸酶、过氧化氢酶活性均不同程度地高于F1处理。而不同地膜覆盖与施肥方式相互作用时，M2F2处理土壤脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶活性均最高，较其他处理分别提高10.34%～52.38%、2.86%～12.98%、6.64%～33.82%，除蔗糖酶活性与M2F1处理相比无显著性差异外，其他指标均显著性提高。M3F2处理过氧化氢酶活性最高，较M1F1、M1F2、M2F1、M3F1处理分别显著提高16.37%、12.68%、5.11%、8.91%。M1F1处理脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶、过氧化氢酶活性均最低。在不同因素间F检验中发现，施肥方式对土壤酶活性的影响均明显高于地膜覆盖，但地膜覆盖与施肥方式配套时对土壤酶活性影响的交互作用均未达到显著效果。

2.3  地膜覆盖与施肥方式对土壤物理性质的影响

不同地膜覆盖与施肥方式条件下土壤物理性质变化见表4。施肥方式相同地膜覆盖不同时，与M1处理相比，M2、M3处理能够提高土壤孔隙度与相对含水量，降低土壤容重。地膜覆盖相同施肥方式不同时，与F1处理相比，F2处理能够提高土壤孔隙度与相对含水量，降低土壤容重。而不同地膜覆盖与施肥方式相互作用时，M3F2处理土壤孔隙度、相对含水量最高，容重最低。其中，土壤相对含水量较M1F1、M1F2、M2F1、M2F2处理分别显著提高26.59%、14.21%、10.64%、8.09%，土壤容重较M1F1处理显著降低6.04%，土壤空隙度与其他处理相比均无显著性差异。M1F1处理土壤孔隙度与相对含水量最低，土壤容重最高。在不同因素间F检验中发现，施肥方式对土壤容重的影响显著高于地膜覆盖，对土壤孔隙度与相对含水量的影响低于地膜覆盖。地膜覆盖与施肥方式配套时也能够较大程度地影响土壤物理性质变化，其中，对土壤相对含水量的影响有显著的交互作用。

2.4  地膜覆盖与施肥方式对甘薯地上部生物量的影响

不同地膜覆盖与施肥方式条件下栽后不同天数甘薯地上部生物量变化见表5。施肥方式相同地膜覆盖不同时，栽后不同天数甘薯地上部生物量表现均为M3处理＞M2处理＞M1处理。地膜覆盖相同施肥方式不同时，栽后30 d时甘薯地上部生物量表现为F1处理＞F2处理；栽后45、60、90 d时表现均为F2处理＞F1处理。而不同地膜覆盖与施肥方式相互作用时，栽后30 d时，M3F1处理甘薯地上部生物量最高， 较其他处理提高1.53%～54.10%，显著高于除M2F1处理外的其他处理，M1F2处理最低。栽后45、60、90 d时，M3F2处理甘薯地上部生物量均最高，较其他处理分别提高1.88%～74.96%、9.07%～37.31%、6.47%～40.39%，除与栽后45 d时的M2F2处理相比无显著差异外，较其他处理均显著提高。M1F1处理栽后45、60、90 d时甘薯地上部生物量均最低。在不同因素间F检验中发现，栽后30 d时，施肥方式对甘薯地上部生物量的影响高于地膜覆盖，而栽后45、60、90 d 时，对甘薯地上部生物量的影响均低于地膜覆盖。地膜覆盖与施肥方式配套时对不同栽后天数甘薯地上部生物量的影响有显著或极显著的交互作用。

2.5  地膜覆盖与施肥方式对甘薯叶片抗氧化系统与丙二醛含量的影响

不同地膜覆盖与施肥方式条件下甘薯叶片抗氧化酶活性与丙二醛含量变化见表6。施肥方式相同地膜覆盖不同时，与M1处理相比，M2、M3处理能够提高叶片过氧化氢酶、过氧化物酶、超氧化物歧化酶活性，降低丙二醛含量。地膜覆盖相同施肥方式不同时，叶片过氧化氢酶、过氧化物酶、超氧化物歧化酶活性表现均为F2处理＞F1处理；丙二醛含量表现为F1处理＞F2处理。而不同地膜覆盖与施肥方式相互作用时，M3F2处理叶片过氧化氢酶活性最高，较其他处理显著提高5.27%～40.74%，M1F1处理最低。M2F2处理过氧化物酶、超氧化物歧化酶活性均最高，较其他处理分别提高5.45%～32.99%、3.61%～12.78%，M1F1处理过氧化物酶、超氧化物歧化酶活性均最低。M2F2处理丙二醛含量最低，较M1F1处理显著降低6.75%。在不同因素间F检验中发现，施肥方式对叶片过氧化物酶活性、丙二醛含量的影响高于地膜覆盖，对叶片过氧化氢酶、超氧化物歧化酶活性的影响低于地膜覆盖。地膜覆盖与施肥方式配套时对过氧化物酶活性的影响有显著的交互作用。

2.6  地膜覆盖与施肥方式对甘薯产量及构成因子的影响

由表7可知，甘薯不同地膜覆盖与施肥方式对甘薯产量及构成因子变化可产生显著影响。施肥方式相同地膜覆盖不同时，与M1处理相比，M2、M3处理能够提高鲜薯产量、干物率以及单株结薯数，降低R/T。地膜覆盖相同施肥方式不同时，鲜薯产量、干物率以及单株结薯数表现均为F2处理＞F1处理；R/T表现为F1处理＞F2处理。而不同地膜覆盖与施肥方式相互作用时，M3F2处理鲜薯产量、干物率以及单株结薯数均最高。其中，鲜薯产量较其他处理提高3.38%～18.73%，单株结薯数较M1F1、M1F2、M2F1处理分别显著提高20.51%、8.67%、8.05%。M1F1处理鲜薯产量、干物率以及单株结薯数均最低。M2F2处理R/T最低，较其他处理显著降低8.86%～19.10%，M1F1处理R/T最高。在不同因素间F检验中发现，施肥方式对鲜薯产量、单株结薯数的影响高于地膜覆盖，对干物率、R/T的影响低于地膜覆盖。地膜覆盖与施肥方式配套时对鲜薯的影响有极显著的交互作用。

3  讨论

3.1  地膜覆盖与施肥方式对土壤质量和物理结构的影响

有研究表明，地膜覆盖能够起到保温保墒，改善土壤物理结构，提升土壤养分转化速率以及提高土壤活性等作用［24］。本研究结果表明，与不覆膜（M1处理）相比，覆盖地膜（M2、M3处理）能够提高土壤养分含量、酶活性、土壤孔隙度以及相对含水量，降低土壤容重。这与胡庆兰等的研究较为一致［29］。这是因为地膜覆膜能够降低土壤潜热通量与土壤、空气间的感热交换，起到保温作用［30］。同时地膜覆盖能够提高土壤相对含水量，改善土壤物理结构和微生态环境，提升土壤微生物代谢能力，进而提高土壤酶活性以及养分转化速率。但不同覆盖处理土壤各种酶活性差异较大，可能与生物降解膜裂解时间有关，降解膜裂解时间较早能够减弱地膜带来的正面影响，从而影响到土壤结构及活性。

施肥措施能够改变土壤物理结构，影响土壤生物学活性变化［31-32］。本研究结果表明，与单施化肥处理相比，有机肥与化肥配施能够提高土壤养分含量、酶活性、土壤孔隙度以及相对含水量，降低土壤容重。这是因为外源有机物的摄入能够提供更多的胶结物质，促使大粒径团聚体形成，能够提高土壤结构稳定性，为微生物代谢活动提供良好的生态环境。且生物有机肥的摄入也能够为土壤微生物代谢活动提供较多的反应底物，促进土壤微生物代谢活动，提高微生物代谢活性，进而提高土壤养分转化速率［33］。

3.2  地膜覆盖与施肥方式对甘薯生长发育的影响

合理的地膜覆盖、施肥方式能够促进作物生长发育，提升植株抗逆性能力，提高作物产量［34-36］。本研究结果表明，与M1处理相比，M2、M3处理能够提高甘薯地上部生物量。这是因为地膜覆盖具有良好的保墒保温作用，能够消除早期低温带来的负面影响，促使甘薯幼苗早返苗早发育。而随着栽培时间延长，生物降解膜逐渐开始裂解，此时期地温较高不需要进行保温，但墒情明显低于普通膜处理，此时生长速度明显慢于普通膜处理。而栽后 30 d 时F1处理＞F2处理，栽后45、60、90 d时表现均为F2处理＞F1处理。分析认为，化肥肥效释放较快能够较大程度地满足作物根系对养分的吸收利用，而有机肥肥效慢、时效长，不能够立即释放肥效，但在生育后期明显优于单施化肥处理。从而使得地膜覆盖、有机无机肥配施处理抗氧化酶活性以及鲜薯产量、干物率优于不覆膜、单施化肥处理。其中，M3处理产量高于M2处理。分析认为可能是降解膜裂解时间较早导致，栽后40～50 d开始大面积裂解，不利于土壤保墒，生长速率较缓，进而减弱光合作用能力及干物质累积。这与其他人的研究有较大出入，可能与气候、土壤、含水量不同有关［37-38］。而在不同因素间F检验中发现，地膜覆盖与施肥方式配套时对土壤碱解氮含量、速效钾含量、速效磷含量、相对含水量以及甘薯生长发育有显著或极显著的交互作用，但具体机制并不明确，需要进一步探究。

4  结论

与不覆膜、单施化肥处理相比，地膜覆盖、有机无机肥配施处理能够提高土壤养分含量、酶活性，改善土壤物理结构；提高植株抗氧化酶活性，降低丙二醛含量累积；提高甘薯产量、干物率以及单株结薯数，降低R/T。生物降解膜在提高土壤养分含量、酶活性，改善土壤结构以及提升植株抗逆性能力方面与普通黑白膜作用相当的前提下，鲜薯产量不显著低于普通黑白膜，但能够省去地膜残留回收环节，生产上推荐使用生物降解膜、化肥混施生物有机肥（M2F2）模式。

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