硅鈣鉀鎂土壤調(diào)理劑對內(nèi)蒙古馬鈴薯產(chǎn)量及經(jīng)濟效益的影響

王賀東，楊海波，萬夫偉，李小燕*，李 斐，解 秋

（1．天津水泥工業(yè)設(shè)計研究院有限公司，天津 300400；2．內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)草原與資源環(huán)境學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010018）

近些年，由于我國集約化農(nóng)業(yè)的飛速發(fā)展，土壤退化問題已成為制約我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要難題之一［1-3］。而在我國西北干旱半干旱地區(qū)，如何實現(xiàn)土壤退化控制、資源高效利用以及作物增產(chǎn)增收，成為旱作農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的研究熱點［4］。

硅鈣鉀鎂土壤調(diào)理劑是一種以鉀長石、石灰石等天然礦物為原料，采用靜態(tài)水熱法或煅燒法等技術(shù)將礦物中養(yǎng)分活化，且富含硅、鈣、鉀、鎂等多種有效養(yǎng)分的新型無機土壤調(diào)理劑［5-7］。近年來已有大量研究報道關(guān)于硅鈣鉀鎂土壤調(diào)理劑和類似產(chǎn)品的施用效果［8-15］。其作用主要為：（1）改良土壤，調(diào)節(jié)土壤pH，改善土壤結(jié)構(gòu)和微生態(tài)環(huán)境，活化修復(fù)板結(jié)土壤；（2）補充多種中微量元素（硅、鈣、鎂、鐵等），有效預(yù)防作物各種缺素癥狀，提升作物產(chǎn)量和品質(zhì)；（3）提高作物抗旱、抗倒伏及抗病蟲害和抗重茬等抗性能力，增強作物環(huán)境的適應(yīng)能力。

我國是馬鈴薯生產(chǎn)和消費的第一大國［16］，然而，聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示我國馬鈴薯單產(chǎn)還不及世界平均水平［17］。內(nèi)蒙古作為我國馬鈴薯主產(chǎn)區(qū)之一，若施用硅鈣鉀鎂土壤調(diào)理劑在改良土壤的同時，還能夠提高馬鈴薯產(chǎn)量，增加農(nóng)民收益，這將有利于當?shù)鼐G色可持續(xù)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，然而，近些年相關(guān)研究報道較少。本研究以馬鈴薯為研究對象，通過2年的田間試驗研究硅鈣鉀鎂調(diào)理劑對馬鈴薯生長及產(chǎn)量的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

本試驗分兩年進行，2018年試驗位于內(nèi)蒙古烏蘭察布市四子王旗，2019年試驗位于內(nèi)蒙古烏蘭察布市集寧區(qū)馬蓮渠鄉(xiāng)大十號村，都是馬鈴薯主要種植區(qū)，兩個試驗點土壤基本性質(zhì)見表1。

表1 試驗地土壤基本性質(zhì)

1.2 試驗設(shè)計

試驗選用的馬鈴薯品種均為當?shù)爻Ｓ闷贩N，四子王旗選用的品種為費烏瑞它，集寧區(qū)選用的為冀張薯12。硅鈣鉀鎂土壤調(diào)理劑為中材鼎原生態(tài)肥業(yè)有限公司生產(chǎn)，主要基本性質(zhì)為：有效鉀（K2O）6.33%，有效硅（SiO2）35.11%，有效鈣（CaO）32.34%，有效鎂（MgO）≥4.01%，pH 9.0～11.0，粒度（1～4.75 mm）≥90%。

兩個試驗點均設(shè)置6個處理，小區(qū)排列均采用隨機區(qū)組設(shè)計，具體試驗處理設(shè)置及施肥情況如表2所示。其中，氮肥為尿素（N 46%），全部用作追肥，追施時期和比例分別為：幼苗期（20%）、塊莖形成期（20%、20%，兩次追肥）、塊莖膨大期（30%）、淀粉積累期（10%）；磷肥為過磷酸鈣（P2O514%），用作基肥一次性施入；鉀肥為農(nóng)用硫酸鉀（K2O 52%），分為基肥30%、追肥70%（塊莖形成期30%、塊莖膨大期40%）。硅鈣鉀鎂土壤調(diào)理劑（顆粒）作基肥施用，于作物種植前一周一次性撒施，通過整地與土壤均勻混合。2019年硅鈣鉀鎂土壤調(diào)理劑施用量在參考2018年硅鈣鉀鎂土壤調(diào)理劑施用效果的基礎(chǔ)上做了小幅調(diào)整。本試驗除施肥不同外，其他管理均同當?shù)剞r(nóng)民習(xí)慣，灌溉方式均采用滴灌。

表2 硅鈣鉀鎂土壤調(diào)理劑在馬鈴薯作物上的田間試驗設(shè)計方案 （kg·hm-2）

1.3 樣品采集與分析

馬鈴薯于每年5月播種，10月收獲。收獲時，每個小區(qū)單獨稱重測產(chǎn)，同時將大小薯區(qū)分，計算商品率。此外，每小區(qū)隨機選取2個馬鈴薯樣品和植株樣品，用于養(yǎng)分含量分析，測定方法參照鮑士旦［18］提出的方法。植物養(yǎng)分測定的前處理采用濃硫酸-雙氧水消煮，全氮采用凱氏定氮法；全磷采用鉬藍比色法；全鉀采用火焰光度法。

硅鈣鉀鎂土壤調(diào)理劑有效鉀、有效硅、有效鈣、有效鎂的測定方法參照標準NY/T 2272-2012《土壤調(diào)理劑 鈣、鎂、硅含量的測定》和NY/T 2273-2012《土壤調(diào)理劑 磷、鉀含量的測定》。有效鉀、有效硅、有效鈣、有效鎂浸提液均用0.5 mol·L-1稀鹽酸溶液浸提，等離子發(fā)射光譜法測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

氮肥農(nóng)學(xué)效率（%）=（施氮肥區(qū)農(nóng)作物產(chǎn)量-不施氮肥區(qū)農(nóng)作物產(chǎn)量）/肥料施用量×肥料中養(yǎng)分含量×100

所有試驗數(shù)據(jù)和圖表均采用 Excel 2013 處理和繪制。采用SPSS 19.0進行方差分析和多重比較（Duncan，P＜0.05）。數(shù)據(jù)均以平均值±標準差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 產(chǎn)量及商品薯率

不同處理馬鈴薯產(chǎn)量如圖1所示。在2018年，F(xiàn)U處理馬鈴薯產(chǎn)量明顯高于CK和C處理，增產(chǎn)率為70.2%。此外，硅鈣鉀鎂土壤調(diào)理劑的施用也顯著增加了馬鈴薯產(chǎn)量，C與CK處理相比增產(chǎn)顯著（P＜0.05），增產(chǎn)率為39.7%。增施硅鈣鉀鎂土壤調(diào)理劑處理與FU處理相比，產(chǎn)量顯著提高（P＜0.05），增產(chǎn)率為11.9%～21.1%（表3），其中產(chǎn)量大小關(guān)系為FC3＞FC1＞FC2＞FU。2019年，F(xiàn)C2處理產(chǎn)量顯著高于FU處理（P＜0.05），而FC1和FC3處理與FU處理之間無顯著差異。C與CK處理之間產(chǎn)量也沒有顯著差異。

表3 不同處理下馬鈴薯增產(chǎn)率、產(chǎn)值及施肥產(chǎn)投比

圖1 不同處理對馬鈴薯產(chǎn)量及商品薯率的影響

馬鈴薯商品率是評價馬鈴薯經(jīng)濟效益的重要指標。2018年數(shù)據(jù)顯示，施氮肥處理馬鈴薯商品率高于不施氮肥處理CK（P＜0.05）。相同施氮量條件下，添加硅鈣鉀鎂土壤調(diào)理劑處理馬鈴薯商品率明顯高于FU處理（P＜0.05），其中以FC1處理提高最多，比FU處理提高了20.9%，而且商品率提高的主要原因是大薯產(chǎn)量的提高。2019年，F(xiàn)C1、FC2和FC3處理商品率顯著高于CK處理（P＜0.05），但與FU處理無顯著差異。

2.2 養(yǎng)分吸收

收獲時馬鈴薯植株和塊莖中養(yǎng)分含量如表4所示。在2018年，C與CK 處理相比，塊莖中氮素含量明顯提高（P＜0.05）。施用氮肥條件下，F(xiàn)C3處理植株氮素含量明顯高于其他處理（P＜0.05）；而FC3、FU 和FC1處理塊莖中氮素含量顯著高于FC2處理（P＜0.05）。此外，由表4可以看出，施用硅鈣鉀鎂土壤調(diào)理劑（FC1、FC3）處理收獲時馬鈴薯塊莖中鉀素含量顯著高于FU和FC2處理（P＜0.05），但是FC2處理與CK、FU處理相比差異不顯著，其原因需要進一步試驗來探究。不同處理馬鈴薯收獲時塊莖中的磷素含量無明顯差異。在2019年，F(xiàn)U、FC1、FC2和FC3處理植株氮含量均顯著高于CK和C處理（P＜0.05），而FU和FC1、FC2、FC3處理之間植株氮含量差異不顯著。關(guān)于植株磷含量，除了FC3處理顯著高于CK處理（P＜0.05）外，其他處理間均無顯著差異。植株鉀含量，各處理之間差異不顯著。收獲時FC1和FC2處理塊莖氮素含量明顯高于其他處理（P＜0.05），F(xiàn)C3處理塊莖氮素含量較FC1和FC2處理反而顯著降低（P＜0.05）。關(guān)于塊莖磷素含量變化，F(xiàn)U處理明顯高于增施硅鈣鉀鎂土壤調(diào)理劑（FC1、FC2和FC3）處理。

表4 收獲時馬鈴薯植株和塊莖的養(yǎng)分濃度 （g·kg-1）

不同處理下馬鈴薯氮肥利用率和氮肥農(nóng)學(xué)效率如表5所示。在2018年，增施硅鈣鉀鎂土壤調(diào)理劑處理與FU處理相比，氮肥利用率提高5.0%～11.9%，并且添加硅鈣鉀鎂土壤調(diào)理劑后，氮肥農(nóng)學(xué)效率明顯提高14.7～26.0 kg·kg-1（P＜0.05），其提高幅度按大小排序為FC3＞FC1＞FC2。在2019年，增施硅鈣鉀鎂土壤調(diào)理劑處理與FU處理相比，氮肥利用率提高4.40%～14.88%，并且添加硅鈣鉀鎂土壤調(diào)理劑后，氮肥農(nóng)學(xué)效率提高4.4～35.3 kg·kg-1，其中增施硅鈣鉀鎂土壤調(diào)理劑600 kg·hm-2（FC2）處理效果最好。

表5 馬鈴薯氮肥利用率和氮肥農(nóng)學(xué)效率

2.3 經(jīng)濟效益

不同處理下馬鈴薯增產(chǎn)率、產(chǎn)值及施肥產(chǎn)投比如表3所示。增施硅鈣鉀鎂土壤調(diào)理劑對馬鈴薯具有良好的增產(chǎn)效果，并且顯著增加農(nóng)民收益。2018年，與CK處理相比，C處理產(chǎn)值增加了4794.87元·hm-2；與FU處理相比，增施硅鈣鉀鎂土壤調(diào)理劑處理產(chǎn)值增加了5256.41～7230.77元·hm-2；其中收益分別增加了3456.41～4902.56元·hm-2。但也應(yīng)該注意到，與FU處理相比，增施硅鈣鉀鎂土壤調(diào)理劑后總肥料產(chǎn)投比大幅度降低，增施硅鈣鉀鎂土壤調(diào)理劑處理最多降低了6.5，此外，只看硅鈣鉀鎂土壤調(diào)理劑產(chǎn)投比，F(xiàn)C1處理最高。2019年，與CK處理相比，C處理產(chǎn)值增加了2603.66元·hm-2。與FU處理相比，F(xiàn)C2產(chǎn)值和收益增加最多，分別增加了10060.43和8860.43元·hm-2。關(guān)于產(chǎn)投比，與2018年結(jié)果類似，較FU處理，增施硅鈣鉀鎂土壤調(diào)理劑處理總肥料產(chǎn)投比有所降低，只看硅鈣鉀鎂土壤調(diào)理劑產(chǎn)投比，F(xiàn)C2處理最高。

3 討論

一般來講，硅鈣鉀鎂土壤調(diào)理劑能改良土壤，并補充硅、鈣、鉀、鎂等養(yǎng)分，從提高作物抗性和促進養(yǎng)分吸收等方面提高作物產(chǎn)量和效益。本試驗結(jié)果顯示，硅鈣鉀鎂土壤調(diào)理劑顯著促進了作物對氮的吸收，但對磷的吸收有抑制作用，提高了馬鈴薯產(chǎn)量和收益，但效果與本身土壤肥力以及施用量有關(guān)。

3.1 硅鈣鉀鎂土壤調(diào)理劑在北方土壤上的效果

據(jù)前人研究，同類產(chǎn)品不僅在南方酸性土壤上有很好的效果，在堿性土壤上施用也有很多正面報道，如增加作物抗性、改善生長指標、增加產(chǎn)量、提高品質(zhì)等［8-10］，這與本研究結(jié)果中硅鈣鉀鎂土壤調(diào)理劑提高了馬鈴薯產(chǎn)量的結(jié)果一致。在本研究所處的北方內(nèi)陸鹽堿地土壤上，作物對鹽分、水分等環(huán)境脅迫的抗性將成為決定其生長的主要因素之一［19］，而施用土壤調(diào)理劑提高了土壤中硅、鈣、鉀等元素含量，這起到了關(guān)鍵作用。有研究報道，硅元素能降低作物體內(nèi)鈉、鎂的累積［20-22］，植物能夠通過增加K+和減少Na+在體內(nèi)積累量［9］、硅化細胞通過改變植物氣孔開合狀態(tài)［23］，使作物抗逆能力得到大幅度提升。所以這可能是本研究中土壤調(diào)理劑提高馬鈴薯產(chǎn)量的主要原因之一。

3.2 硅鈣鉀鎂土壤調(diào)理劑對馬鈴薯養(yǎng)分吸收的影響

作物對肥料養(yǎng)分的吸收利用能夠反映土壤供肥能力，并最終影響作物生長和產(chǎn)量［24］。已有研究表明，硅鈣鉀鎂土壤調(diào)理劑作為一種富含硅、鈣、鉀、鎂等元素的無機土壤修復(fù)材料，能夠減少肥料養(yǎng)分流失，提高作物肥料利用率，從而促進作物的生長［25］。這可能與無機土壤調(diào)理劑本身疏松多孔的性質(zhì)有關(guān)，其疏松多孔結(jié)構(gòu)能夠?qū)Φ椎瑞B(yǎng)分有一定的固持作用［26］。在本研究中，增施硅鈣鉀鎂土壤調(diào)理劑促進了馬鈴薯對氮的吸收，從而提高了馬鈴薯的氮肥利用率，這與前人的研究結(jié)果一致［26］。此外，還應(yīng)注意到，在2019年增施硅鈣鉀鎂土壤調(diào)理劑抑制塊莖對磷素的吸收，其原因可能是施用硅鈣鉀鎂土壤調(diào)理劑造成了土壤磷鈍化，從而影響了磷的有效性［11］。

3.3 硅鈣鉀鎂土壤調(diào)理劑對馬鈴薯產(chǎn)量及商品率的影響

根據(jù)前人研究，硅鈣鉀鎂土壤調(diào)理劑提高了作物產(chǎn)量，可能與其改善土壤理化性質(zhì)有一定相關(guān)性［12-15，27］。本研究中土壤調(diào)理劑在內(nèi)蒙古馬鈴薯產(chǎn)量提高方面也起到了積極的作用。戴黎等［12］發(fā)現(xiàn)，施用硅鈣鉀鎂土壤調(diào)理劑可顯著增加土壤的堿解氮、有效磷和速效鉀含量，并提高了草莓產(chǎn)量。孫希武等［13］研究表明，硅鈣鉀鎂土壤調(diào)理劑可有效提高土壤酶活性和氮、磷、鉀、硅等營養(yǎng)元素積累量，促進桃幼樹細根的生長，延緩根系衰老進程。李慧等［14］研究報道，硅鈣鉀鎂土壤調(diào)理劑能促進黃瓜幼苗生長，并對黃瓜枯萎病有很好的抑制效果，此外，顯著提高了土壤速效鉀含量。周武先等［15］通過研究硅鈣鉀鎂土壤調(diào)理劑對連作川黨參生長的影響表明，硅鈣鉀鎂土壤調(diào)理劑能顯著提高川黨參產(chǎn)量。也有研究認為，使用硅鈣鉀鎂土壤調(diào)理劑能夠通過改善土壤水分狀況，從而優(yōu)化馬鈴薯塊莖構(gòu)成比例，提高馬鈴薯商品率，最終提高產(chǎn)量［27］。在本研究中，硅鈣鉀鎂土壤調(diào)理劑提高了內(nèi)蒙古干旱半干旱地區(qū)馬鈴薯產(chǎn)量并顯著提高了第一年馬鈴薯商品率，其原因可能是土壤調(diào)理劑改善了土壤性質(zhì)，從而促進了馬鈴薯對養(yǎng)分的吸收，但其機理還需進一步試驗探究。

3.4 硅鈣鉀鎂土壤調(diào)理劑對農(nóng)民經(jīng)濟效益的影響

施用硅鈣類土壤調(diào)理劑既能改良土壤，修復(fù)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)，又能提升農(nóng)民的經(jīng)濟效益［28］。本研究表明，在2年田間試驗中，施用硅鈣鉀鎂土壤調(diào)理劑均能不同程度地提高農(nóng)民經(jīng)濟效益。因此，若農(nóng)民將部分肥料費用用于購買硅鈣鉀鎂土壤調(diào)理劑，這樣能在一定程度上達到改良土壤環(huán)境和增加經(jīng)濟效益的雙贏效果。還要注意到硅鈣鉀鎂土壤調(diào)理劑與化肥配施處理肥料產(chǎn)投比要低于單施化肥處理，其原因為目前硅鈣鉀鎂土壤調(diào)理劑價格偏高，這會在以后隨著硅鈣鉀鎂土壤調(diào)理劑行業(yè)的發(fā)展和產(chǎn)品價格的降低來實現(xiàn)農(nóng)民施肥成本的降低。

4 結(jié)論

在內(nèi)蒙古干旱半干旱地區(qū)，施用硅鈣鉀鎂土壤調(diào)理劑能夠通過促進馬鈴薯對養(yǎng)分的吸收并提高氮素利用效率，從而提高產(chǎn)量和效益，其機理是否為由于改善土壤理化性質(zhì)還需進一步試驗研究。研究結(jié)果表明，硅鈣鉀鎂土壤調(diào)理劑為600 kg·hm-2施用量的效果最優(yōu)。在常規(guī)施用化肥的基礎(chǔ)上增施600 kg·hm-2硅鈣鉀鎂土壤調(diào)理劑后，氮肥利用率和氮肥農(nóng)學(xué)效率最高，分別提高14.88%和35.25 kg·kg-1，最高增產(chǎn)20%，商品率提高20.9%，新增收益最高提升8860.43元·hm-2。因此，在內(nèi)蒙古馬鈴薯種植中，硅鈣鉀鎂土壤調(diào)理劑推薦施用量為600 kg·hm-2。