有機無機肥配施對重茬土壤改良及馬鈴薯生理特性的影響

摘要：為探究有機無機肥配施對重茬馬鈴薯生理特性的影響及對土壤改良的效果，于2021—2023年開展田間定位試驗，以單施化肥（CK）為對照，研究生物有機肥替代化肥20%（F80BF20）、40%（F60BF40）、60%（F40BF60）、80%（F20BF80）、100%（F0BF100）對重茬馬鈴薯田土壤結構、養分含量、酶活性以及馬鈴薯葉片SPAD值、凈光合速率、抗氧化系統和產量的影響。結果表明，與CK相比，單施或配施生物有機肥均可提高土壤孔隙度、有機質含量以及土壤各種酶活性，降低土壤容重及pH值。2023年，與CK相比，F60BF40、F40BF60、F20BF80、F0BF100處理土壤孔隙度分別顯著提高3.80%、6.00%、5.15%、5.64%；F40BF60、F20BF80、F0BF100處理土壤有機質含量分別顯著提高5.16%、7.02%、6.71%；F60BF40處理土壤堿解氮、速效鉀、速效磷含量分別顯著提高6.30%、14.26%、14.22%；F40BF60處理土壤蔗糖酶、過氧化氫酶活性分別顯著提高16.11%、25.39%，F60BF40處理土壤堿性磷酸酶、脲酶活性分別顯著提高24.19%、12.50%。與CK相比，單施或配施生物有機肥可以提高葉片SPAD值、凈光合速率以及過氧化氫酶、過氧化物酶、超氧化物歧化酶活性，降低丙二醛含量，其中F60BF40處理葉片SPAD值、凈光合速率分別顯著提高22.02%、20.35%，F40BF60處理葉片過氧化氫酶、過氧化物酶活性分別顯著提高17.06%、11.58%，F60BF40處理葉片超氧化物歧化酶活性顯著提高16.91%，F60BF40、F40BF60處理葉片丙二醛含量分別顯著降低10.06%、7.10%。2023年馬鈴薯塊莖產量總體表現F60BF40處理＞F40BF60處理＞F80BF20處理＞F20BF80處理＞CK＞F0BF100處理。由此可知，在一定比例范圍內，利用生物有機肥替代化肥可以改善土壤物理結構，提高土壤養分含量及酶活性，能夠延長葉片持綠時間，提升葉片光合作用及抗逆性能力，提高馬鈴薯塊莖產量。其中，F60BF40處理表現最優。

關鍵詞：有機無機肥；土壤改良；馬鈴薯；光合速率；抗氧化系統；產量

中圖分類號：S156；S532.06" 文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2024）24-0205-07

收稿日期：2024-07-05

基金項目：高職高專國家級示范專業建設項目（編號：20080063.3）；河南省科技攻關項目（編號：182102110371）。

作者簡介：胡月華（1971—），女，河南商丘人，碩士，副教授，主要從事農作物栽培與病蟲害防治工作。E-mail：sqhuyuehua @126.com。

通信作者：黃瑞斌，碩士，高級農藝師，主要從事農作物栽培與技術推廣工作。E-mail：ruibin71@163.com。

馬鈴薯是我國第四大糧食作物，因具有產量高、適應性強等特點，在我國各省市被廣泛種植^［1-2］。據統計，2021年我國馬鈴薯種植面積及產量分別占全球總面積及產量的32%和25%，已經成為世界第一大馬鈴薯生產國^［3］。隨著2024年新增千億斤糧食要求的重提，馬鈴薯高產穩產的優點逐漸凸顯，但馬鈴薯產量水平是由多種因素共同決定的，其中品種、地力、施肥是影響馬鈴薯產量的重要因素^［4-5］。有研究表明，施肥是提高馬鈴薯塊莖產量的有效途徑，它的產量貢獻率可高達50%以上^［6］。黃淮海平原馬鈴薯一年兩季，由于馬鈴薯產業發展勢頭良好，馬鈴薯需求量及種植面積明顯增加，但受人均耕地面積較少、土地周轉速度較慢等因素限制，黃淮海平原馬鈴薯種植戶大部分選擇連作種植，但長期連作種植不僅會造成馬鈴薯產量與品質降低，還會造成土壤養分失衡、活性下降等連作障礙問題^［7-8］。為解決馬鈴薯連作障礙問題，大部分種植戶會選擇增施肥藥，但長期大量施肥、施藥不僅會降低肥藥利用率，污染農田土壤生態環境，還會造成土壤板結、酸化以及微生態環境惡化等^［9-10］。因此，有效合理施肥是解決馬鈴薯連作障礙的有效途徑。

有機肥富含有機養分及微生物菌群，具有綠色安全、肥力釋放緩慢等特點，施入土壤中能夠增加土壤肥力，提高土壤活性，延長肥效作用時間^［11-13］。目前，有較多專家學者提出，利用部分有機肥替代化肥能夠有效降低土壤養分失衡、活性降低以及土壤污染等風險，促進我國農業綠色可持續發展^［14-15］。李雅飛等發現，化肥施用量在一定水平時配施有機肥不僅能夠提高馬鈴薯塊莖產量，還有利于提高馬鈴薯塊莖品質^［16］。郭雪嬌等研究表明，合理的化肥與有機肥施用比例可以提高馬鈴薯塊莖產量、肥料利用率及塊莖養分含量^［17］。張平良等研究證實，與單施化肥相比，單施有機肥或配施有機肥均可顯著提高土壤有機碳、微生物量碳含量，有利于農田土壤固碳，提高馬鈴薯塊莖產量^［18］。范秉元研究發現，化肥配施不同有機物料均可增加土壤肥力，改善土壤微生物菌群結構，提高馬鈴薯塊莖產量^［19］。

近年來，關于化肥與有機肥配施對馬鈴薯影響的研究主要集中在馬鈴薯塊莖產量、品質以及土壤理化性質、微生物菌群結構等方面，而關于不同比例有機肥與化肥配施對馬鈴薯生理特性及土壤結構影響的研究并不多見^［20-22］。因此，本研究通過化肥與生物有機肥不同比例配施，探索不同施肥處理對土壤物理性狀、養分含量、酶活性以及馬鈴薯生理特性與馬鈴薯塊莖產量的影響，篩選最佳生物有機肥與化肥施用比例，以期為馬鈴薯田合理配施生物有機肥提供理論依據和技術指導。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

本試驗于2021—2023年在河南省商丘市睢陽區馮橋鎮李莊（116°17' E，39°25' N）進行，該地位于河南地區東部，年平均氣溫14.2～14.7 ℃，年平均日照時數2 200～2 300 h，無霜期210～215 d，年平均降水量680～750 mm，降水多集中在6—9月，屬暖溫帶半濕潤季風氣候。土壤類型為黃潮土中壤土質，耕層（0～20 cm）土壤理化性質：pH值8.12、有機質含量9.85 g/kg、速效鉀含量125.65 mg/kg、速效磷含量62.35 mg/kg、堿解氮含量52.21 mg/kg、容重1.42 g/cm3、孔隙度49.39%。

1.2 供試材料

供試品種：鄭薯6號、鄭單958。供試肥料：復合肥（N、P、K含量分別為10%、12%、15%），生物有機肥（氮磷鉀含量≥5%，有機質含量≥40%，有效活菌數≥2.0億個/g）。

1.3 試驗設計

試驗設單施化肥（CK）、80%化肥＋20%生物有機肥（F80BF20）、60%化肥＋40%生物有機肥（F60BF40）、40%化肥＋60%生物有機肥（F40BF60）、20%化肥＋80%生物有機肥（F20BF80）、單施生物有機肥（F0BF100）6個處理，全部隨機區組排列，小區面積60 m2（20 m×3 m），3次重復。本試驗種植制度長期為馬鈴薯—玉米輪作，馬鈴薯季進行不同施肥處理，玉米季施肥一致。單施化肥用量為復合肥750 kg/hm2，單施生物有機肥用量為1 200 kg/hm2，均作為基肥施入，生育期內不追肥。馬鈴薯株行距為40 cm×50 cm，生育期為3月15日至6月15日；玉米種植密度為 52 500 株/hm2，生育期為6月18日到9月28日。其他田間管理措施同當地大田一致。

1.4 樣品采集與測定

1.4.1 土壤樣品采集

于2022年和2023年馬鈴薯收獲前1 d進行土壤樣品采集。利用專業取土鉆采集0～20 cm土層的土壤，采用泡沫保溫箱帶回實驗室，剔除雜物后分成2個部分，一部分在-4 ℃冰箱低溫保存，用于土壤各種酶活性測定；另一部分自然風干，過1、0.25 mm篩后，用于土壤理化性質分析。另外，利用環刀采集0～20 cm土層土壤的環刀樣品，用于土壤容重、孔隙度的測定。

1.4.2 土壤養分含量測定

土壤pH值的測定采用水土比法；有機質含量的測定采用重鉻酸鉀容量-外加熱法；堿解氮含量的測定采用堿解擴散法；速效鉀含量的測定采用醋酸銨浸提法；速效磷含量的測定采用0.5 mol/L碳酸氫鈉法^［23］。

1.4.3 土壤酶活性測定

土壤蔗糖酶活性的測定采用3，5-二硝基水楊酸比色法；土壤過氧化氫酶活性的測定采用高錳酸鉀滴定法；土壤堿性磷酸酶活性的測定采用磷酸苯二鈉比色法；土壤脲酶活性的測定采用苯酚鈉-次氯酸鈉比色法^［24］。

1.4.4 土壤物理性質測定

土壤容重、孔隙度均采用環刀法^［25］進行測定。

1.4.5 葉片SPAD值及光合速率測定

于2023年馬鈴薯淀粉積累期進行葉片SPAD值及光合速率測定，其中葉片SPAD值利用SPAD-502葉綠素儀進行測定，葉片光合速率利用便攜式光合儀Li－6400進行測定。

1.4.6 葉片抗氧化酶活性及丙二醛含量測定

于2023年馬鈴薯淀粉積累期采集不同處理葉片進行葉片抗氧化酶活性及丙二醛（MDA）含量測定。其中，葉片過氧化氫酶（CAT）活性采用紫外吸收法進行測定；過氧化物酶（POD）活性采用愈創木酚氧化法進行測定；超氧化物歧化酶（SOD）活性采用氮藍四唑光化還原法進行測定；MDA含量采用硫代巴比妥酸法進行測定^［26］。

1.4.7 產量測定

于每年馬鈴薯收獲期進行產量測定。收獲時去除邊行，其余薯塊裝袋稱重，重復處理間取均值。

1.5 數據處理方法

利用Microsoft Excel 2010進行數據整理、計算與圖表制作，SPSS 19.0軟件進行顯著性方差分析。

2 結果與分析

2.1 有機無機肥配施對土壤物理性狀的影響

由圖1可知，有機無機肥配施對土壤容重、孔隙度產生顯著影響。與對照單施化肥處理（CK）相比，2022年和2023年單施或配施生物有機肥處理均可降低土壤容重，提高土壤孔隙度。2022年（施肥處理第2年），與CK相比，F40BF60、F20BF80、F0BF100處理土壤容重顯著分別降低4.20%、6.29%、5.59%，其中F20BF80處理土壤容重最低，顯著低于F80BF20、F60BF40處理，而與F40BF60、F0BF100處理間差異不顯著。2023年（施肥處理第3年），與CK相比，F60BF40、F40BF60、F20BF80、F0BF100處理土壤容重分別顯著降低6.90%、10.34%、8.97%、6.90%，其中F40BF60處理土壤容重最低，顯著低于F80BF20處理，而與F60BF40、F20BF80、F0BF100處理差異不顯著。

2024年，不同有機肥處理土壤孔隙度隨著有機肥施用比例的增加呈現先上升后降低趨勢。與CK相比，F60BF40、F40BF60、F20BF80、F0BF100處理土壤孔隙度分別顯著提高2.64%、3.94%、6.41%、3.43%，其中F20BF80處理土壤孔隙度最大，顯著高于F80BF20、F60BF40、F0BF100處理，而與F40BF60處理間差異不顯著。2023年，與CK相比，F60BF40、F40BF60、F20BF80、F0BF100處理土壤孔隙度分別顯著提高3.80%、6.00%、5.15%、5.64%，其中F40BF60處理土壤孔隙度最大，顯著高于F80BF20處理，而與F60BF40、F20BF80、F0BF100處理差異不顯著。

2.2 有機無機肥配施對土壤養分含量的影響

由表1可知，有機無機肥配施對土壤各養分含量的影響差異較大。與CK相比，2022年和2023年單施或配施生物有機肥處理均可降低土壤pH值，提高有機質含量。2022年，與CK相比，各有機肥處理土壤pH值均降低，但各處理間差異不顯著；F40BF60、F20BF80、F0BF100處理有機質含量分別較CK顯著提高2.26%、2.05%、2.57%，其中F0BF100處理有機質含量最高，各有機肥處理間差異不顯著；F80BF20、F60BF40、F40BF60、F20BF80處理堿解氮、速效鉀、速效磷含量均增加，其中F60BF40處理堿解氮、速效鉀、速效磷含量均最高，堿解氮含量較CK顯著提高3.19%。而F0BF100處理堿解氮、速效鉀、速效磷含量低于CK。

2023年，與CK相比，F40BF60處理土壤pH值顯著降低1.47%，其他處理pH值與CK間差異均不顯著；F40BF60、F20BF80、F0BF100處理有機質含量顯著分別提高5.16%、7.02%、6.71%，其中F20BF80處理有機質含量最高，較F80BF20處理顯著提高4.85%，與其他有機肥處理間差異不顯著；F80BF20、F60BF40、F40BF60處理堿解氮、速效鉀、速效磷含量均增加，其中F60BF40處理堿解氮、速效鉀、速效磷含量均最高，較CK分別顯著提高6.30%、 14.26%、 14.22%。而F20BF80、F0BF100處理堿解氮、速效鉀、速效磷含量低于CK。

2.3 有機無機肥配施對土壤酶活性的影響

不同處理土壤酶活性差異見圖2。與CK相比，各有機肥處理均可提高土壤蔗糖酶、過氧化氫酶、堿性磷酸酶、脲酶活性。F60BF40、F40BF60處理蔗糖酶活性較CK分別顯著提高13.83%、16.11%，其中F40BF60處理蔗糖酶活性最高，較F0BF100處理顯著提高13.47%，其他有機肥處理間差異不顯著。F60BF40、F40BF60、F20BF80、F0BF100處理過氧化氫酶活性較CK分別顯著提高14.95%、25.39%、20.17%、21.23%，其中F40BF60處理過氧化氫酶活性最高，較F80BF20、F60BF40處理分別顯著提高18.10%、9.08%，與其他有機肥處理間差異不顯著。F80BF20、F60BF40、F40BF60、F20BF80處理堿性磷酸酶活性較CK分別顯著提高11.61%、24.19%、23.23%、13.87%，其中F60BF40處理堿性磷酸酶活性最高，較F80BF20、F20BF80、F0BF100處理分別顯著提高11.27%、9.07%、17.74%，與F40BF60處理間差異不顯著。F60BF40處理脲酶活性最高，較CK顯著提高12.50%，與其他有機肥處理間差異不顯著。

2.4 有機無機肥配施對馬鈴薯葉片SPAD值及光合速率的影響

不同有機無機肥配施對馬鈴薯淀粉累積期葉片SPAD值及光合速率的影響見圖3。與CK相比，各有機肥處理葉片SPAD值及光合速率均有所提高。F80BF20、F60BF40、F40BF60、F20BF80處理葉片SPAD值較CK分別顯著提高12.95%、22.02%、15.29%、11.20%，其中F60BF40處理葉片SPAD值最高，較其他有機肥處理顯著提高5.83%～20.71%；F0BF100處理葉片SPAD值最低，顯著低于其他有機肥處理。各有機肥處理葉片光合速率較CK顯著提高4.94%～20.35%，其中F60BF40處理葉片光合速率最高，較其他有機肥處理顯著提高4.14%～14.69%；F40BF60處理光合速率次之，顯著高于F80BF20、F20BF80、F0BF100處理。

2.5 有機無機肥配施對馬鈴薯葉片抗氧化系統的影響

不同處理馬鈴薯淀粉累積期葉片抗氧化酶活性及丙二醛含量差異見圖4。與CK相比，各有機肥處理均可提高葉片過氧化氫酶、過氧化物酶、超氧化物歧化酶活性，降低丙二醛含量。各有機肥處理葉片過氧化氫酶活性較CK顯著提高6.82%～17.06%，其中F40BF60處理葉片過氧化氫酶活性最高，較F80BF20、F0BF100處理分別顯著提高5.55%、9.58%；F60BF40處理過氧化氫酶活性次之，顯著高于F80BF20、F0BF100處理。F60BF40、F40BF60處理葉片過氧化物酶活性較CK分別顯著提高10.53%、11.58%，其中F40BF60處理葉片過氧化物酶活性最高，較F80BF20、F20BF80、F0BF100處理顯著分別提高7.64%、6.23%、9.36%；F60B460處理過氧化物酶活性次之，顯著高于F80BF20、F0BF100處理。F60BF40、F40BF60、F20BF80處理葉片超氧化物歧化酶活性較CK分別顯著提高16.91%、12.82%、8.94% 其中F60BF40處理葉片超氧化物歧化酶活性最高，較F80BF20、F20BF80、F0BF100處理顯著分別提高8.78%、7.31%、13.24%；F40BF60處理超氧化物歧化酶活性次之，顯著高于F0BF100處理。F60BF40、F40BF60處理葉片丙二醛含量較CK分別顯著降低10.06%、7.10%，其中F60BF40處理葉片丙二醛含量最低，較F80BF20、F0BF100處理分別顯著降低7.32%、8.98%；F40BF60處理丙二醛含量次之，與其他有機肥處理間差異不顯著。

2.6 有機無機肥配施對馬鈴薯產量的影響

不同施肥年份各處理馬鈴薯產量見圖5。與CK相比，F80BF20、F60BF40、F40BF60、F20BF80處理在2021、2022、2023年均提高了馬鈴薯產量，而F0BF100處理產量均降低。2021年，F60BF40處理產量最高，較CK、F40BF60、F0BF100處理分別顯著提高12.87%、9.68%、15.49%；F80BF20處理產量次之，顯著高于F0BF100處理；F0BF100處理產量最低，但與CK間差異不顯著，總體表現為F60BF40處理＞F80BF20處理＞F20BF80處理＞F40BF60處理＞CK＞F0BF100處理。2022年，F80BF20、F60BF40、F40BF60處理產量較CK分別顯著提高8.49%、13.99%、11.11%，其中F60BF40處理產量最高，較F20BF80、F0BF100處理分別顯著提高11.92%、29.07%，與F80BF20、F40BF60處理間差異不顯著；F0BF100處理產量顯著最低，總體表現為F60BF40處理＞F40BF60處理＞F80BF20處理＞F20BF80處理＞CK＞F0BF100處理。2023年，F80BF20、F60BF40、F40BF60處理產量較CK分別顯著提高12.91%、19.66%、18.98%，其中F60BF40處理產量最高，較F20BF80、F0BF100處理分別顯著提高16.19%、29.85%；F40BF60處理產量次之，顯著高于CK、F20BF80、F0BF100處理；F0BF100處理產量最低，但與CK間差異不顯著，2023年產量總體表現與2022年相似。

3 討論與結論

良好的土壤結構與較高的土壤肥力是作物取得高產的關鍵^［27］。有研究表明，合理的無機有機肥配施能夠明顯改良土壤性狀，提高土壤肥力^［28-29］。本研究表明，與CK相比，在不同施肥年限條件下單施或配施生物有機肥均可降低土壤容重，提高土壤孔隙度，這可能是因為生物有機肥施入土壤后利用其多孔特性，可以聚集較小團聚體顆粒成為較大粒徑團聚體顆粒，改善土壤通透交換性，進而提高土壤孔隙度，降低土壤容重。這與大多研究結果^［30-31］較為一致。本研究還表明，在不同施肥年限條件下單施或配施生物有機肥均可降低土壤pH值，提高土壤有機質含量，且隨著配施有機肥比例的增加，土壤中堿解氮、速效鉀、速效磷含量均呈現先增加后降低的趨勢，其中F60BF40處理堿解氮、速效鉀、速效磷含量均最高。本研究中，2022年F0BF100處理堿解氮、速效鉀、速效磷含量以及2023年F20BF80、F0BF100處理堿解氮、速效鉀、速效磷含量處理低于CK，這可能是因為化肥減量過多，生物有機肥對改善土壤理化性質的影響不足以抵消化肥減量過多帶來的負面影響。

土壤酶主要來源于動植物殘體以及根系分泌物，是土壤生物化學反應的催化劑，能夠指示生物化學反應過程的方向及強度^［32-33］。有研究顯示，單施或配施生物有機肥可以明顯提高土壤各種酶的活性^［34］。本研究結果表明，與CK相比，單施或配施生物有機肥均可提高土壤各種酶活性，且隨著配施生物有機肥比例的增加，土壤蔗糖酶、堿性磷酸酶、脲酶活性均呈先升高后降低趨勢。這與張萌等的研究結果^［35］較為一致。分析認為，在一定范圍內，減施化肥，增施有機肥可以改良土壤性狀，提高難溶養分轉化效率，從而促進相關酶活性的提高；但超過某個閾值后，由于生物有機肥肥力釋放緩慢，釋放的養分不足以供應植物根系吸收利用，造成土壤轉化速率減緩，從而降低土壤酶活性。

本研究表明，與CK相比，單施或配施生物有機肥均可提高葉片SPAD值、光合速率以及過氧化氫酶、過氧化物酶、超氧化物歧化酶活性，降低葉片丙二醛含量。這與孫得翔等的研究結果^［36］相似。分析認為，單施或配施生物有機肥在改善土壤結構，提高土壤肥力及酶活性的同時，也能夠促進根系養分吸收，延長葉片持綠時間，防止葉片早衰，提高葉片光合作用能力。本研究結果顯示，除F0BF100處理外，其余生物有機肥處理薯塊產量均高于CK，其中，F60BF40處理薯塊產量在2022、2023、2024年均最高；而F0BF100處理薯塊產量低于CK，這可能跟土壤養分含量及酶活性較低有關。

綜合可知，在一定比例范圍內，利用生物有機肥替代化肥可以改善土壤物理結構，提高土壤養分含量及酶活性，促進根系對養分的吸收與利用，提升葉片光合速率及抗逆性能力，降低植物體內丙二醛等有害物質的累積，提高馬鈴薯薯塊產量。其中，F60BF40處理在所有生物有機肥與化肥配施比例組合中表現最優。

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